阳光胶体蓄电池的概述

目前有一种趋势，是推广电池动力的电动汽车( EV)以及“过渡”使用的混合动力电动汽车，因为立法控制COl排放，油基燃费高价，更加推动了这一趋势的明了化与快速发展。为适应这一趋势，保持传统铅酸电池的优势（性能稳定、安全可靠、价格便宜）与进一步改善循环寿命（负极添加炭）就能克服PbS04蓄积导致的失效，并能满足HEV的使用要求。炭的存在能提供较佳性能，炭的品类与炭的用量较为关键。炭添加剂的比表面积也是影响电池性能的重要因素。

若负极没有添加炭，PbS04还原为Pb的反应（过程）非常缓慢，在充入电量达到理论容量的400%时，仅有35%的PbS04较化（还原）为Pb，而且这个还原反应只在板栅一活物质界面进行。可以推断，活物质中没有炭，只是PbS04与导电体板栅接触接受充电，**于表面，若负极中加有炭，PbS04还原为Pb的反应能顺利进行。似乎是沿着炭路在进行，当炭含量在约3%（质量分数）时，充电会沿着整个较板均匀地进行，而且反应速率相当快。当充入电量达120%时，几乎全部PbS04都已被充电还原为Pb。以上事实经过反复试验证明，炭的影响，理论上可以解释为形成炭“导电网”，炭粒子的体积接触形成的导电网伴生在PbS04里，因而使负极再充电性能得以改善。曾有试验证明：加有炭的负极对PbS04的形成以及PbS04还原为Pb的过程都有很大的影响，肯定了炭粒子的体积接触有着很重要的意义。试验还证明：炭会改善PbS04的还原，特别是在充电时炭能使较板的较化减小。有了炭的负极PbS04充电几乎能全部还原，添加的炭粒子越细，PbS04还原的过程进行得越顺畅，这都说明是炭粒子的作用，是炭粒子与PbS04粒子之间的体积接触的结果。增加炭量，对负极上PbS04积聚有明显的阻滞作用，因而可大大改善电池寿命及性能，特别用于HESS作用更明显。这些有积极意义的改进，都是由于炭在PbS()4粒子上形成了一个“导电炭网”。

添加炭给电池性能带来了积极作用，其作用机理较早的假设是改善了负极活物质的导电性，以有利于再充电。原则上炭的导电性比负极活物质铅要差，但是当在部分荷电状态下使用时，在负极上有些部分产生了PbS04，PbS04本身是绝缘体，因此可以想象出炭粒子能提供导电通路，也通过那些有PbS04的区域。曾有人做过试验：在一个绝缘体( a-Pb0)及PbS04混合物中添加炭，表明了导电性能有明显的提高。尽管炭用量不高，然而导电性的提高却相当明显。这里可能存在一个炭用量的临界值，即总组成中炭含量的质量分数。这一临界值指的是电池性能较优而且*二物相的导电性较大。还必须指出，炭的导电性很大程度上取决于石墨化程度，石墨化程度高，导电性强。石墨是典型的良导体。其他形式的炭，如活性炭或石墨化程度很低而表面积很大的炭，也可能其导电性变化范围很广：从石墨（导电体）到绝缘体。

炭的添加较重要的是选择品种（即炭的形式），此外就是炭的比表面积，要求是比表面积大以及没有那些有害杂质，如金属杂质等。出于对导电性的考虑，炭的形式较好为石墨炭，有很大的比表面积，还具有嵌层作用（层间反应）。

人们期望铅酸电池中负极添加炭能取得较优效果，期望增加炭的用量。但务必注意，炭添加的量不得**过“破坏点”水平。为此，做了理论推算，比如用在混合动力电动汽车上的铅酸电池为高压电池组144V（或大于144V）-6Ah（1小时率容量），按照容量是均等分布在负极上的理论，负极需要12g铅（活性铅），因铅的利用率不**过25%，特别又是高率放电，因此真正需要每个电池负极都得有4g铅在活性物质里。这部分铅应该是两部分：一部分作为导电骨架（板栅），属于低表面积材料，只导电不贡献容量；还有一部分铅是高表面积材料（约Im2lg），这是能量结构铅，贡献出容量。根据这一粗略的概念设计电池，即用的炭是高比表面积(1000～2000m2/g)的，分布在骨架铅与活性铅上。在高率充／放工况下的混合动力电动车上工作时不会**过3%左右的电池容量。按照这一角度来分析，炭添加量贡献6A-h的3%（即180mA-h）或在1V的情况下需180mW-h;按180mW-h计算炭量需要18g。因此对较适于HRPSoC工作的情况，负极要求含炭量约为25%。这一含炭量，乍一看来确实是挑战传统和膏工艺的一大难题，存在如此大量的炭对传统铅膏是一种挑战，会使铅膏的触变性发生巨大变化，以致产生了炭用量的实际限值，务必重新慎重考虑使用新工艺，特别是新的和膏工艺。然而添加多量炭进入铅膏的工艺仍有很长的路要走。