胶体电池与AGM电池的对比

胶体电池与AGM电池的对比的一些总结

阀控式密封铅蓄电池有两类，即分别采用玻璃纤维隔板（AGM）和硅凝胶(GEL)二种不同方式来“固定”硫酸电解液。它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的。

一、胶体电池发展和概述

胶体电池属于目前最广泛使用的铅酸蓄电池。是阀控式密封铅酸蓄电池的一类。

铅酸蓄电池从问世到如今，一直是军用民用领域中使用最广泛的化学电源。早期的铅酸电池使用的电解液是“富液式”的（电解液是流动的），由于它使用电解液是游离态的，运输过程中常会有酸液流出，充电时也会有酸雾析出来，对环境和设备造成损害，人们就试图将电解液“固定”起来，将电池“密封”起来，于是使用胶体电解液的铅酸蓄电池应运而生。

初期的胶体铅蓄电池使用的胶体电解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干态铅蓄电池中。这样虽然达到了“固定”电解液或减少酸雾析出的目的，但却使电池的容量较原来使用自由电解液时的电池容量要低20%左右，因而没有被人们所接受。

胶体电池的鼻祖德国阳光公司早在60年代就第一次开发密封铅蓄电池用胶体电解质技术。目前已将该技术成功用于各种用途的密封电池（后备电源用，循环用，太阳能用等）。我国在50年代也开展了初期胶体电池的研制工作，到60年代末也就基本上停止了，60-70年代发展缓慢。80年代，德国阳光公司的胶体密封铅蓄电池产品进入中国市场，多年来使用效果表明它的性能确实不同于以前的胶体铅蓄电池。这就迫使人们要重新认识胶体铅蓄电池。然而70年代后期至目前，国内知名厂家所生产的胶体电池基本上都是模仿德国阳光的技术，多数厂家也仅仅是能作出外表相识的胶体电池，而没有真正掌握核心的技术和成熟的生产工艺。以此，生产出来的胶体电池与国外产品存在明显差距。经过一段时间的“热销”和市场“热捧”后，用户反映不好，未能达到厂家所宣称的水平。经过一番折腾，国内的生产企业才深刻认识到仅仅模仿别人是没有长远发展的，不进行核心技术的研究和配套材料、生产设备等的改进，是不能作出好的“胶体电池”来的。

几乎在研制胶体电池的同时，采用玻璃纤维隔膜的阴极吸收式密封铅蓄电池却诞生了，它不但使铅蓄电池消除了酸雾，而且还表现出内阻小、大电流放电特性好的优点。因而在国民经济中，尤其是原来使用固定型铅蓄电池的场合。尤其是其生产工艺简单，成本低，得到了迅速的推广和应用。目前市场上使用的密封蓄电池里面，采用玻璃纤维隔膜（AGM）的阴极吸收式密封铅蓄电池仍占有绝对优势。

将近年来的两种阀控式密封铅蓄电池的研制、生产和使用效果对它们进行比较，可以总结出胶体电池的明显优势：

○1电解液被完全固化，因此其运输、使用时安全性更高，可以作为非危险品运输（可以空运），而AGM的铅蓄电池是作为危险品运输的。

○2电解液量增加15～25％（相对AGM）,因此充电时的水损失对寿命的影响可忽略，电池寿命大幅提高，一般大密电池的寿命可达12～15年，有的甚至达到20年。而普通AGM式电池多数3～年。

○3热容高，使用时几乎无“热失控”发生，而“热失控”是多数AGM式电池寿命失效方式和引发事故的原因。目前仍然没有解决该问题。

○4具有优良的深放电后容量回复能力，可到95％，而AGM式电池一般在75％。

○5自放电小，因此其贮存时间是AGM的3～4倍（20℃下可以24个月不用补充电）。

○6由于其热容大，电解液多，充电接收能力好，因此，其耐过充能力很强。特别使用环境恶劣的工作场合。

2 电池的工作原理

不论是采用玻璃纤维隔膜的阀控式密封铅蓄电池(以下简称AGM密封铅蓄电池)还是采用胶体电解液的阀控式密封铅蓄电池(以下简称胶体密封铅蓄电池)，它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的。

电池充电时，正极会析出氧气，负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到70%时就开始了。析出的氧到达负极，跟负极起下述反应，达到阴极吸收的目的。

2Pb十O2=2PbO

2PbO十2H2SO4：2PbS04+2H20

负极析氢则要在充电到90%时开始，再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢过电位的提高，从而避免了大量析氢反应。

对AGM密封铅蓄电池而言，AGM隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液，但必须使10%的隔膜孔隙中不进入电解液。正极生成的氧就是通过这部分孔隙到达负极而被负极吸收的。

对胶体密封铅蓄电池而言，电池内的硅凝胶是以SiO2质点作为骨架构成的三维多孔网状结构，它将电解液包藏在里边。电池灌注的硅溶胶变成凝胶后，骨架要进一步收缩，使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间，给正极析出的氧提供了到达负极的通道。

由此看出，两种电池的密封工作原理是相同的，其区别就在于电解液的“固定”方式和提供氧气到达负极通道的方式有所不同。

二、电池结构和工艺上的主要差异

AGM密封铅蓄电池使用纯的硫酸水溶液作电解液，其密度为1.29—1.32g/cm3。除了极板内部吸有一部分电解液外，其大部分存在于玻璃纤维膜之中。为了给正极析出的氧提供向负极的通道，必须使隔膜保持有10%的孔隙不被电解液占有，即贫液式设计。为了使极板充分接触电解液，极群采用紧装配的方式。

另外，为了保证电池有足够的寿命，极板应设计得较厚，正板栅合金采用Pb-Ca-Sn--A1四元合金。并普遍采用压铸工艺提高合金的耐腐蚀性,设计寿命在20年以上,比普通AGM提高50%。

胶体密封铅蓄电池的电解液是由硅溶胶和硫酸配成的，因为电解液量增加15～20％，跟富液式电池相当。硫酸溶液的浓度比AGM式电池要低，通常为1.26～1.28g/cm3。这种电解质以胶体状态存在，充满在隔膜中及正负极之间，硫酸电解液由凝胶包围着，电池外壳即使有裂缝，电液不会流出电池。

由于这种电池采用的是富液式非紧装配结构，正极板栅材料采用低锑合金或与AGM电池相似的Pb-Ca合金，大型电池一般采用管状正极板。同时，为了提高电池容量而又不减少电池寿命，极板可以做得薄一些。电池槽内部空间也可以扩大一些。

普通AGM电池的电液灌注一般都是采用普通加酸机定量灌注，工艺上简便快捷。胶体电池的胶体灌注则困难很多，除了对使用的硅胶要求较高外（纳米级SiO2），如何配制和灌注均匀成为关键。这两个问题解决不好均会导致实际使用中常见的质量问题,比如漏液和胶体水化,寿命大幅降低。

目前国内厂家都是简单的真空灌注，效果欠佳，上下部很难分布均匀。研究合理的灌注工艺和设备已经显得非常必要。

三、性能对比和说明

1 电池放电性能