CN102122729B - 一种新型硅酸盐电解液蓄电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型硅酸盐电解液蓄电池，包括正极、负极、隔离层和电解液，其中电解液由硫酸、磷酸铵、二氧化硅、过硫酸铵、硫酸钠、硫酸钾、聚丙烯酰胺、分散剂、稳定剂和催化剂组成，余量为去离子水，其中所述催化剂为碱式盐、硅烷和硅油中的一种，本发明的蓄电池绿色环保、性能优良，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄电池，尤其涉及一种新型硅酸盐电解液蓄电池。
背景技术
铅蓄电池自问世以来，由于其电动电势高、内阻小、使用性能可靠、价格低廉而得到了广泛应用。但目前市场上的传统铅酸蓄电池，极板多采用铅、汞、镉合金，电解液为稀硫酸溶液，通常在使用期间由于电解液的硫酸盐化，使得蓄电池性能差、寿命短，并且使用过程中比能量低，电池自放电大，低温环境容量骤减，失水严重，同时有可能析氢闪爆，安全性能差。同时，为了防止蓄电池极板的硫化要经常进行维护，从而导致酸腐蚀、酸雾污染，并且极板硫化后产生的汞、镉毒污染可造成人员和环境的不可逆损害，同时由于废弃的电解液不易回收，其中的硫酸铅等会对土壤、水体环境造成极大的污染和破坏。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种绿色环保、性能优良的新型硅酸盐电解液蓄电池。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种新型硅酸盐电解液蓄电池，包括正极、负极、隔离层和电解液，其中电解液由硫酸、磷酸铵、二氧化硅、过硫酸铵、硫酸钾、聚丙烯酰胺、分散剂、稳定剂和催化剂组成，余量为去离子水，其中所述催化剂为碱式盐、硅烷和硅油中的至少一种。
进一步，所述硅酸盐电解液各组分重量百分比为：硫酸20-45%，磷酸铵1-2%，二氧化硅10-15%，过硫酸铵2-3%，硫酸钾1-1.5%，聚丙烯酰胺1-2%，分散剂1-2%，稳定剂2-3%，催化剂3-5%，余量为去离子水。
进一步，所述碱式盐为金属钠、钾的碱式盐中的至少一种。
进一步，所述分散剂为丙三醇、聚乙烯醇和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）中的至少一种。
进一步，所述稳定剂为羧甲基纤维素钠和香兰素中的至少一种。
进一步，所述硅酸盐电解液的制备方法为：
a)二氧化硅加去离子水高速搅拌分散，加入稀硫酸混合搅拌反应；
b)加入磷酸铵、过硫酸铵和硫酸钾，混合搅拌反应；
c)加入聚丙烯酰胺、分散剂、稳定剂和催化剂，在常温常压密封环境下搅拌，催化反应12-24小时；
d)催化完成后，将混合液磁化处理，得到产品。
进一步，所述磁化强度为8000-10000高斯。
进一步，所述磁化时间为10-20秒。
进一步，所述二氧化硅为纳米气相二氧化硅。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明的新型硅酸盐电解液蓄电池，不含汞、镉等物质，同时采用的是一种绿色环保型电解液，该电解液属于非强酸性质，不腐蚀极板，废弃后的电解液中的“酸根离子”大部分被“催化剂”中和、吸附，呈弱酸半固态颗粒状，不会污染环境，可直接废弃，而且其中所含的“氮、磷、钾”成分为高质量复合化肥，可肥沃土地，同时还可增加土壤氧含量，由此电解液制成的蓄电池无论在使用中还是废弃后，都不会污染环境，发展和应用前景广阔；
2）本发明的新型硅酸盐电解液蓄电池性能良好，无充放电记忆效应，析氢电位高，析气微弱，失水极少；对极板腐蚀轻微，可极板活性物质脱落，并可阻止板栅与活性物质电阻层的产生，避免极化产生；充电接受能力强，蓄电池的自放电小，从而大大提高了蓄电池的使用寿命；
3）本发明的新型硅酸盐电解液蓄电池采用的电解液为表面亚胶体，分散、流动性好，容易灌注，在蓄电池中化成后为糊状，可任意方向放置，使用安全方便。
附图说明
图1是本发明蓄电池的使用寿命曲线图；
图2是本发明蓄电池的小时率曲线图；
图3是本发明蓄电池的自放电曲线；
图4是本发明蓄电池与传统同类蓄电池的性能对照表。
具体实施方式
一种新型硅酸盐电解液蓄电池，包括正极、负极、隔离层和电解液，其中电解液由硫酸、磷酸铵、二氧化硅、过硫酸铵、硫酸钾、聚丙烯酰胺、分散剂、稳定剂和催化剂组成，余量为去离子水，其中所述催化剂为碱式盐、硅烷和硅油中的至少一种。
进一步，所述硅酸盐电解液各组分重量百分比为：硫酸20-45%，磷酸铵1-2%，二氧化硅10-15%，过硫酸铵2-3%，硫酸钾1-1.5%，聚丙烯酰胺1-2%，分散剂1-2%，稳定剂2-3%，催化剂3-5%，余量为去离子水。
进一步，所述碱式盐为金属钠、钾的碱式盐中的至少一种。
进一步，所述分散剂为丙三醇、聚乙烯醇和脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）中的至少一种。
进一步，所述稳定剂为羧甲基纤维素钠和香兰素中的至少一种。
进一步，所述硅酸盐电解液的制备方法为：
a)二氧化硅加去离子水高速搅拌分散，加入稀硫酸混合搅拌反应；
b)加入磷酸铵、过硫酸铵和硫酸钾，混合搅拌反应；
c)加入聚丙烯酰胺、分散剂、稳定剂和催化剂，在常温常压密封环境下搅拌，催化反应12-24小时；
d)催化完成后，将混合液磁化处理，得到产品。
进一步，所述磁化强度为8000-10000高斯。
进一步，所述磁化时间为10-20秒。
进一步，所述二氧化硅为纳米气相二氧化硅。
为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
（1）制备电解液：在二氧化硅10%中加入去离子水高速搅拌进行分散；分散均匀后，加入硫酸40%，搅拌反应，再加入磷酸铵1%、过硫酸铵2%和硫酸钾1.5%，混合搅拌反应；反应完成后，加入聚丙烯酰胺1.5%、聚乙烯醇1%、羧甲基纤维素钠3%和硅油4%，常温常压密封环境搅拌，催化反应24小时，再经8000高斯磁化处理10秒，制得电解液；
（2）将电解液灌注进蓄电池中，封装。
实施例2
（1）制备电解液：在二氧化硅10%中加入去离子水高速搅拌进行分散；分散均匀后，加入硫酸45%，搅拌反应，再加入磷酸铵1%、过硫酸铵2%和硫酸钾1%，混合搅拌反应；反应完成后，加入聚丙烯酰胺1%、丙三醇1%、羧甲基纤维素钠2%和硅烷4%，常温常压密封环境搅拌，催化反应12小时，再经10000高斯磁化处理15秒，制得电解液；
（2）将电解液灌注进蓄电池中，封装。
实施例3
（1）制备电解液：在二氧化硅15%中加入去离子水高速搅拌进行分散；分散均匀后，加入硫酸30%，搅拌反应，再加入磷酸铵1.3%、过硫酸铵3%和硫酸钾1%，混合搅拌反应；反应完成后，加入聚丙烯酰胺1.5%、丙三醇2%、羧甲基纤维素钠2%和硅油3%，常温常压密封环境搅拌，催化反应12小时，再经8000高斯磁化处理15秒，制得电解液；
（2）将电解液灌注进蓄电池中，封装。
实施例4
（1）制备电解液：在二氧化硅15%中加入去离子水高速搅拌进行分散；分散均匀后，加入硫酸20%，搅拌反应，再加入磷酸铵1.5%、过硫酸铵3%和硫酸钾1.3%，混合搅拌反应；反应完成后，加入聚丙烯酰胺2%、聚乙烯醇1%、羧甲基纤维素钠3%和硅烷5%，常温常压密封环境搅拌，催化反应24小时，再经10000高斯磁化处理20秒，制得电解液；
（2）将电解液灌注进蓄电池中，封装。
实施例5
（1）制备电解液：在二氧化硅13%中加入去离子水高速搅拌进行分散；分散均匀后，加入硫酸35%，搅拌反应，再加入磷酸铵2%、过硫酸铵2.5%和硫酸钾1.5%，混合搅拌反应；反应完成后，加入聚丙烯酰胺2%、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-4）1.5%、羧甲基纤维素钠3%和硅酸3%，常温常压密封环境搅拌，催化反应24小时，再经10000高斯磁化处理20秒，制得电解液；
（2）将电解液灌注进蓄电池中，封装。
实施例6
（1）制备电解液：在二氧化硅12%中加入去离子水高速搅拌进行分散；分散均匀后，加入硫酸25%，搅拌反应，再加入磷酸铵2%、过硫酸铵2.5%和硫酸钾1.5%，混合搅拌反应；反应完成后，加入聚丙烯酰胺1%、丙三醇1%和聚乙烯醇1%、香兰素2.5%和磷酸氢二钾5%，常温常压密封环境搅拌，催化反应24小时，再经9000高斯磁化处理20秒，制得电解液；
（2）将电解液灌注进蓄电池中，封装。
产品性能：
（i）图1是本发明蓄电池的使用寿命曲线图，测试条件：放电电流0.42C；
充电方法：16V恒；压限流0.312；充电时间5-6h；放电量70%；
（ii）图2是本发明蓄电池的小时率曲线；
（iii）图3是本发明蓄电池的自放电曲线；
（iv）图4是本发明蓄电池与传统同类蓄电池的性能对照表。
从附图1-4中可明显看出，本发明的蓄电池具有良好的性能，其比能量高（40-47WH/KG），循环寿命长（≥400充放次），内阻小（0.4-20毫欧），放电限压电位低（≤1.6V/单格），大电流放电能力强（3-30C），自放电率低（年≤10%），适用环境温度范围宽（-40℃-+60℃），同时完全免维护，无酸雾无析气，使用过程安全可靠，绿色无污染。
Claims (7)
1.一种新型硅酸盐电解液蓄电池，包括正极、负极、隔离层和电解液，其特征在于：所述电解液由硫酸、磷酸铵、二氧化硅、过硫酸铵、硫酸钾、聚丙烯酰胺、分散剂、稳定剂和催化剂组成，余量为去离子水，其中所述催化剂为碱式盐、硅烷和硅油中的至少一种，其中所述硅酸盐电解液各组分重量百分比为：硫酸20-45%，磷酸铵1-2%，二氧化硅10-15%，过硫酸铵2-3%，硫酸钾1-1.5%，聚丙烯酰胺1-2%，分散剂1-2%，稳定剂2-3%，催化剂3-5%，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种新型硅酸盐电解液蓄电池，其特征在于：所述碱式盐为金属钠、钾的碱式盐中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种新型硅酸盐电解液蓄电池，其特征在于：所述分散剂为丙三醇、聚乙烯醇和脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种新型硅酸盐电解液蓄电池，其特征在于：所述稳定剂为羧甲基纤维素钠和香兰素中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种新型硅酸盐电解液蓄电池，其特征在于：所述硅酸盐电解液的制备方法为：
a)二氧化硅加去离子水高速搅拌分散，加入稀硫酸混合搅拌反应；
b)加入磷酸铵、过硫酸铵和硫酸钾，混合搅拌反应；
c)加入聚丙烯酰胺、分散剂、稳定剂和催化剂，在常温常压密封环境下搅拌，催化反应12-24小时；
d)催化完成后，将混合液磁化处理，得到产品。
6.根据权利要求6所述的一种新型硅酸盐电解液蓄电池，其特征在于：所述磁化强度为8000-10000高斯。
7.根据权利要求6所述的一种新型硅酸盐电解液蓄电池，其特征在于：所述磁化时间为10-20秒。
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