铅酸蓄电池是国民经济的重要组成部分，也是与工业、交通、通信、金融、国防军工、航海航天、新能源储能等和人民日常生活等方面息息相关的一个行业。

根据2020年的数据，铅酸蓄电池行业总产值达到1980亿，并且中国是全球最大的铅酸蓄电池对外贸易国，产品遍布美国、欧洲、非洲及中东等国家和地区^[1]。

今天主要介绍的是铅酸蓄电池的中的一类——胶体电池。

胶体铅酸蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进，用胶体电解液代换了硫酸电解液，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面较普通电池有所改善。

胶体铅酸蓄电池采用凝胶状电解质，内部无游离液体存在，在同等体积下电解质容量大、热容量大、热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生热失控现象；电解质浓度低，对极板的腐蚀作用弱；浓度均匀，不存在电解液分层现象。

更重要的是，胶体蓄电池不需要补充水，并且寿命长。

作为胶体铅酸蓄电池最重要的组成部分之一的胶体电解液，会使用到大量的气相二氧化硅。

气相二氧化硅的生胶原理

二氧化硅通过氢键聚集成大分子团，流体的黏度逐渐增加从而转变成胶，最终形成三维网状结构的胶体，电解液被包围在网中间。

形成的胶体有很强的触变性，在外力作用下，大分子团会被剪切成小分子团，黏度下降；当胶液静置时，颗粒之间通过氢键聚合，黏度上升，重新形成三维网络结构。

这种触变性对硅凝胶进入电池的过程非常重要，使得由气象二氧化硅制作的胶体电池有了优异的电气性能。

胶体电池内的气体再化合

当电流通过一个充满电的传统铅酸电池时，水的电解作用从负极产生氢，从正极产生氧。这意味着水从电池中流失，所以传统的蓄电池需要定期补充水。

然而，由于氧气和氢气不是同时释放的（因为正极的充电效率不如负极），氧气产生时，负极上还存在着大量的高活性海绵状铅。

胶体电池在充电过程中，电解液硫酸的浓度升高，电解质凝胶收缩，并随之形成如毛细血管一样的裂纹，这为氧气扩散到负极打开了通道。

氧气在负极上与氢离子反应发生电化学还原，最终产物是水，这样水就不会从电池中流失。

通过对电池组件的精心设计和选择，使气体再化合效率达到95%甚至更高^[2]。

如何选择合适的气相二氧化硅

气相二氧化硅粒径越小，比表面积越大，越容易凝聚，凝聚速度越快，形成的凝胶强度大，弹性和触变性能越好。但是如果粒径过小，凝胶速度过快，触变性会变差，容易水化分层^[3]。

相反，气相二氧化硅粒径越大，表面活性小，形成结构不稳定，被破坏后会慢慢恢复，所以凝胶的触变性较好；但粒径不宜过大，粒径过大时结构形成缓慢甚至不凝胶^[4]。所以选用粒径在10~40nm的气相二氧化硅为最佳^[5]。

其次，选择的气相二氧化硅中，如果二氧化硅含量较低，不能形成结构网络，或者结构不牢固，不能将硫酸和水分子包裹在其中，切稀后难复凝，因此需要选用高纯度的气相二氧化硅。