CN101136492A

CN101136492A - 含有纳米碳管电解液的胶体电池

Info

Publication number: CN101136492A
Application number: CNA2006101117770A
Authority: CN
Inventors: 沈贤; 杨志申; 陈思彻
Original assignee: MINGXIN SCIENCE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: MINGXIN SCIENCE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-05

Abstract

一种含有纳米碳管电解液的胶体电池，包括有电池槽体，该电池槽体围构有容置空间，并容置有胶体电解液、电池正极结构与电池负极结构，其中，该胶体电解液添加有预定重量百分比纳米碳管材料，该电池正极结构与电池负极结构分别包括有正极基材本体与负极基材本体，该正极基材本体与负极基材本体浸置于该胶体电解液中，且在该正极基材本体与该负极基材本体间配置有隔离膜，而该正极基材本体包含有正极反应面，并涂布有正极反应物质，该负极基材本体包含有负极反应面，并涂布有负极反应物质，以进行化学反应。

Description

含有纳米碳管电解液的胶体电池

技术领域

本发明是关于一种胶体电池，特别是关于一种含有纳米碳管电解液的胶体电池。

背景技术

目前市面上对于铅酸电池的使用仍有高度的依赖性，举凡汽机车、不断电系统等皆大量运用铅酸电池为其主要电力来源。究其广为大众运用的特点在于其具有电动势大、操作温度广、结构简单、技术成熟与价格低廉等优点，且其亦有良好的循环寿命，提供高度的经济效益。

而随着科技的进步，市面上亦可见胶体电池，其是将铅酸电池的电解液添加一预定含量的二氧化硅(即SiO₂)，并制成半固态凝胶的型态。胶体电池在环保性、稳定性及抗温性等方面的表现，比一般铅酸电池更佳。胶体电池不仅完全免保养，不需加水，且无酸雾、氢气的产生，胶体电池更可以任意方向放置使用，而不会发生硫酸液外漏腐蚀现象。并且，在电池壳体受到撞击、摔碎等破坏时，电解液的不流动特性更可确保使用者及使用环境的安全。胶体电池不仅具有优异的热传导性，更耐深度放电循环使用，由于电池于深度放电且长期放置后，仍可完全回复饱电状态，寿命大大延长。

铅酸电池中电解液采用硫酸溶液，一般电解液中是以选用硫酸密度1.1g/ml至1.6g/ml溶液，换算为硫酸的重量百分比是介于16至70重量百分比之间。铅酸电池又可分为一般非胶体电池与胶体电池，而胶体电池比较不会渗出硫酸电解液，具有环保的优势。一般非胶体电池与胶体电池两者的差异，就在于胶体电池的电解液中含有约3重量百分比以上的二氧化硅，此浓度的二氧化硅在硫酸溶液中会形成胶体，故称为胶体电池。二氧化硅在硫酸溶液中是否会形成胶体，除了二氧化硅的重量百分比外，也取决于硫酸溶液中的酸浓度与温度，以及所使用二氧化硅的种类与特性。

纳米碳管为纳米级的管状物质，是二十一世纪纳米科技的代表材料的一，由于该特殊的结构，使其具有非常优异且独特的机械、电子、光电、热传导和化学等特性，使得它具有许多潜在的用途，且近年来已快速推广至各个不同的领域。

在电池相关领域中，纳米碳管最广泛的应用是用在各种电池的电极，例如美国专利7,029,796、7,029,794、6,703,163、6,440,610与中国台湾专利号1232607以及WO2005022666将纳米碳管用于锂电池的电极；美国专利6,706,431纳米碳管用于燃料电池的电极；中国台湾专利号1241029将纳米碳管用于太阳电池的电极；中国台湾专利号1236779将纳米碳管用于镍氢电池的电极；中国专利公开号CN1505186与美国专利公开号US2005181282将纳米碳管用于铅酸电池的正负极。美国专利6,917,181揭示一种电源供应器，其中使用了电极上带有纳米碳管的电池。美国专利6,805,985也揭示一种使用纳米碳管作为燃料电池的储氢材料。美国专利6,781,817揭示一种电极上带有纳米碳管的电容器。美国专利6,454,816将纳米碳管用于超级电容的电极。

使用含纳米碳管的电解液而增进效能的电池相关应用，是目前较少被注意的领域。中国专利公开号CN1505196(授权公开号CN 1237646C，专利号ZL 02144682.2)揭示一种在电解液中含有纳米碳质材料的铅酸蓄电池，但是该铅酸蓄电池但铅酸蓄电池的充电容量仅仅提高7.7％(由3.9Ah提高到4.2Ah)，提升并不够高，产业上仍须要有更高提升效果的电解液。且该专利技术未提供大电流快速充电的功效。而在胶体电池的领域中，迄今尚未有任何前案提到有关使用含纳米碳管电解液的胶体电池，以及使用含纳米碳管电解液对胶体电池功能的提升，故，结合纳米碳管电解液的胶体电池将有其宽广的发展空间。

另外，也有一些相关的专利叙述在电池的电解液中加入内含非纳米碳管的电解液碳材。中国专利公开号CN1697236揭示一种使用含纳米碳电解液的阀控式密封铅酸蓄电池，其中纳米碳材料为电解氧化所制成直径为5-15nm的电解氧化碳颗粒，占电解液重量百分比的1-7％，并未提及纳米碳管。该专利所使用的材料为球状碳粉颗粒，与纳米碳管的长条且中空的管状结构大不相同，而纳米碳管具有极佳的导电性，加上特殊的纳米级管状结构，可促进离子在电解液中的移动速率，提升铅酸电池的离子导电效能。同时，在该篇专利中纳米碳材料的浓度属于一般公知的浓度范围，即1重量百分比以上，远高于本发明中所发现的有良效的纳米碳管低浓度，即0.1重量百分比(1000ppm)以下。另外，以上各篇专利都未提及可供大电流充电与放电效果的电池。以上各篇专利的全文在此并入参考文献。

公知对于铅酸电池的相关改良技术皆为提升铅酸电池的使用效能，然一般仍具有制作过程繁杂或效能提升有限的问题存在。并且，迄今未见对于胶体电池性能的改善，以及胶体电池与纳米碳管的结合。如能够增进胶体电池的供电效率及使用循环，势必为其广大的应用提供更高的经济效益。值此全球能源短缺的时机，提高供电装置的使用效率，减少能源的耗费以及对环境的危害，不啻是一大贡献。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种含有纳米碳管电解液的胶体电池，是于胶体化的电池电解液中添加纳米碳管材料，而利用电池正极结构、电池负极结构与添加纳米碳管材料的胶体电解液进行化学反应，以使该胶体电池具有较佳的导电性能。

为实现上述目的，本发明提供的含有纳米碳管电解液的胶体电池，包括有：

一电池槽体，围构有一容置空间；

一胶体电解液，容置于该电池槽体的容置空间中，且该胶体电解液为一具有预定浓度的浓硫酸溶液、预定重量百分比的二氧化硅及水的混合液；

一纳米碳管材料，以一预定重量百分比添加在该胶体电解液中；

一电池正极结构，设置于该容置空间内，该电池正极结构包括：

一正极端子，凸伸于该电池槽体；

复数片正极基材本体，浸置于该电池槽体的容置空间中的胶体电解液并电连接于该正极端子，每一片正极基材本体包含有至少一正极反应面，并涂布有正极反应物质，以进行化学反应；

一电池负极结构，设置于该容置空间内，该电池负极结构包括：

一负极端子，凸伸于该电池槽体；

复数片负极基材本体，浸置于该电池槽体的容置空间中的胶体电解液并与相邻的正极基材本体隔离一预定距离以及电连接于该负极端子，每一片负极基材本体包含有至少一负极反应面，并涂布有负极反应物质，以进行化学反应；

复数片隔离膜，浸置于该电池槽体的容置空间中的胶体电解液，且各个隔离膜配置于该正极基材本体与该负极基材本体所隔离的预定距离间，用以隔开该正极基材本体与该负极基材本体。

所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该胶体电解液中的二氧化硅的重量百分比介于3至20重量百分比之间。

所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该纳米碳管材料的预定重量百分比介于0.001至0.1重量百分比之间。

所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该纳米碳管材料的预定重量百分比介于0.003至0.072重量百分比之间。

所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该纳米碳管材料的预定重量百分比介于0.005至0.018重量百分比之间。

所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该纳米碳管选自单壁碳管、双壁碳管、多壁碳管或其混合物之一。

所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该多壁碳管外径为2至100纳米，长度为0.1至80微米。

所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该单壁碳管外径为0.7至2纳米，长度为0.1至80微米。

换言之，本发明为解决公知技术中存在的问题，所采用的技术手段是在一含有纳米碳管电解液的胶体电池中包括有一电池槽体，该电池槽体围构有一容置空间，在该容置空间中容置有预定容量的胶体电解液、一电池正极结构、一电池负极结构与复数片隔离膜，其中，该胶体电解液为一具有预定浓度的浓硫酸溶液、预定重量百分比的二氧化硅及水的混合液，且在该胶体电解液中还添加有一预定重量百分比介于0.001至0.1的纳米碳管材料。

该电池正极结构包括有一正极端子与复数片正极基材本体，其中，该正极端子凸伸于该电池槽体，该正极基材本体浸置于该电池槽体的容置空间中的胶体电解液，并电连接于该正极端子，每一片正极基材本体皆包含有至少一正极反应面，并涂布有正极反应物质，以进行化学反应。

该电池负极结构包括有一负极端子与复数片负极基材本体，其中，该负极端子凸伸于该电池槽体，该负极基材本体浸置于该电池槽体的容置空间中的胶体电解液，并与相邻的正极基材本体隔离一预定距离以及电连接于该负极端子，每一片负极基材本体包含有至少一负极反应面，并涂布有负极反应物质，以进行化学反应。

该隔离膜浸置于该电池槽体的容置空间的胶体电解液中，且各个隔离膜配置于该正极基材本体与该负极基材本体所隔离的预定距离间，用以隔开该正极基材本体与该负极基材本体。

本发明对照公知技术所具有的功效：

相较于公知技术，本发明是于该含有纳米碳管电解液的胶体电池中的胶体电解液添加有一预定重量百分比的纳米碳管材料，以使该电池正极结构与该负极电池结构的正、负极反应物质进行化学反应时能有较佳的供电效率，并可使该本发明的胶体电池具有极佳的使用寿命。

且添加于该胶体电解液的纳米碳管具有极佳的导电性且具有特殊的纳米级管状结构，因此可促进离子在胶体电解液中的移动速率，并提升电池的反应速率，再者，本发明胶体电解液中的纳米碳管可由毛细作用促使胶体电解液中硫酸溶液的浓度均匀分布，而解决传统电解液皆会形成的硫酸浓度梯度的缺点，因而提升胶体电解液及电池的效能，以展现本发明极佳的商业附加价值。

相较于公知技术，本发明具有如下数项创新优势：

(1)本发明含有纳米碳管电解液的胶体电池可以大幅提升电容量，0.1C放电可提高27％，10C放电可提高55％，造成新颖的而且非轻易能够预期的良好性质。此性能改进大幅超过目前其它方法所达到的效果，例如7.7％。

(2)本发明含有纳米碳管电解液的胶体电池，可以有效增进电池的使用寿命，就10C 40A大电流放电与1C 4A大电流充电的冲击测试而言，使用本发明电解液比正常电解液的循环数(寿命)可延长到500％以上。

(3)本发明含有纳米碳管电解液的胶体电池，除了大幅提升放电容量的外，更可克服一般胶体电池无法大电流充放的瓶颈，而达成具有10C大电流充放电效能的胶体电池，且能够可以快速充电，这也是本发明胶体电池的另一项主要的贡献与优势。

(4)纳米碳管的应用极为广泛，已添加在各种材料的中，包括复合材料、运动器材、电子产品，其添加量一般都在1-10重量百分比。本发明采用极低的纳米碳管含量，0.001-0.1重量百分比，为纳米碳管应用领域中前所未见的低浓度，且可达到令人惊异的良好效果。

(5)在本发明胶体电池的电解液中，纳米碳管浓度为低于0.1重量百分比，即1000ppm以下，远低于一般相关技术中采用1-7％重量比或甚至更高的纳米碳管浓度。基于纳米碳管属于高价格材料，每公克价值在数美元到数十美元之间。本发明采用极低浓度纳米碳管即可达到良好的电池功能改善效果，具备了极佳的低成本优势。

本发明所采用的具体实施例，将由以下实施例及附图作进一步的说明。

附图说明

图1为显示本发明含有纳米碳管电解液的胶体电池的立体外观图；

图2为显示本发明含有纳米碳管电解液的胶体电池的立体分解图；

图3为显示本发明图1中3-3断面的断面图。

具体实施方式

1.材料

本发明实施方式中使用的材料如下：

浓硫酸-密度为1.84g/ml，硫酸浓度为95-98重量百分比；

纳米碳管A-多壁纳米碳管，其外径为10至40纳米，长度为5至20微米；

纳米碳管B-多壁纳米碳管，其外径为5至40纳米，长度为0.1至3微米；

纳米碳管C-单壁纳米碳管，其外径为0.7至2纳米，长度为0.5至30微米；

二氧化硅粉体-200，购自Degussa公司。

2.电池测试方法，

选用12V 4Ah的汽机车使用的电池进行测试，该电池测试方法具有下列二种：

A、高率低率放电测试：

高率低率放电测试系为一混合的放电测试，在该高率低率放电测试中，共做7次的放电测试，其中，第一次与第七次的放电测试为高率10C大电流放电测试(40A)，第二次至第六次为低率0.1C小电流放电测试(0.4A)。而每一次充电都是先以0.1C(0.4A)充到10.5V后，再用1C(4A)充到电池容量的200％。

经高率低率放电测试后会得到三个测试结果：

(1)10C大电流放电量(第一次的测试结果)；

(2)0.1C小电流放电量；

(3)高率放电量损失率。

其中该高率放电量损失率是以第一次高率放电量减第二次高率放电量后，将其结果除以第一次高率放电量即可计算出。

高率放电量损失率是一种模拟电池寿命的方式，当高率放电量损失率小于50％时，表示模拟电池寿命测试有通过，然而，模拟电池寿命测试有通过即表示正常电池寿命测试就会通过，故高率放电量损失率的计算是一种缩短时间的模拟电池寿命测试。若第一次高率放电时间低于1分钟时，即表示此电池无法高率放电。

B、冲击测试：

以高率10C 40A大电流放电与1C 4A大电流充电为一个循环，正常电池使用充电是以0.1C 0.4A小电流充电，以40A放电时间小于1分钟为终止，而重复测试其循环数。因充电是1C为正常充电0.1C的10倍，若所测得的循环数越多，即表示该电池寿命较佳，且当循环数达到一预定数值时，该电池即可做为快充电池。

3.电解液制作

铅酸电池中电解液采用硫酸溶液，一般电解液中是以选用硫酸密度1.1g/ml至1.6g/ml溶液，换算为硫酸的重量百分比介于16至70重量百分比之间。铅酸电池又可分为一般非胶体电池与胶体电池，而胶体电池比较不会渗出硫酸电解液，具有环保的优势。一般非胶体电池与胶体电池两者的差异，就在于胶体电池的电解液中含有约3重量百分比以上的二氧化硅，此浓度的二氧化硅在硫酸溶液中会形成胶体电池，故称为胶体电池。二氧化硅在硫酸溶液中是否会形成胶体，除了二氧化硅的重量百分比外，也取决于硫酸溶液中的酸浓度与温度，以及所使用二氧化硅的种类与特性。

实施例1-24与比较例1-2

使用密度为1.84g/ml的浓硫酸溶液(其中硫酸浓度为98重量百分比)，加入足量的纯水中，配制成为密度为1.33g/ml(其中硫酸浓度为43重量百分比)的硫酸溶液。此硫酸溶液即作为比较例1的电解液。

取上述密度为1.33g/ml的硫酸溶液，另加入以6重量百分比的二氧化硅，此重量百分比是以硫酸溶液重量为100％计算，经充分搅拌，混合均匀，静置使该电解液形成凝胶，即配制成含比较例2的胶体电解液。

取上述密度为1.33g/ml的硫酸溶液，依表1中所列配方，加入纳米碳管，经使用搅拌机充分搅拌24小时，之后添加二氧化硅使达成所需的二氧化硅浓度，混合均匀，静置使该电解液形成凝胶，即配制完成实施例1至24的胶体电解液。将各电解液加入测试电池中，在此采用汽机车使用的电池种类12V 4Ah。测试结果展示于表1中。

表1

编号	纳米碳管重量比	纳米碳管种类	二氧化硅重量比	0.4A放电，小时	40A放电，秒	冲击测试(循环数)	模拟寿命
编号	纳米碳管重量比	纳米碳管种类	二氧化硅重量比	0.4A放电，小时	40A放电，秒	冲击测试(循环数)	模拟寿命	比较例1	电解液中无纳米碳管	无	无	10	150	30	合格
比较例2	胶体电解液中无纳米碳管	无	6％	11	--*	--*	--*	比较例1	电解液中无纳米碳管	无	无	10	150	30	合格
比较例2	胶体电解液中无纳米碳管	无	6％	11	--*	--*	--*	实施例1	0.0005％	A	6％	11	82	12	不合格
实施例2	0.001％	A	6％	11	136	55	合格	实施例1	0.0005％	A	6％	11	82	12	不合格
实施例2	0.001％	A	6％	11	136	55	合格	实施例3	0.002％	A	6％	11.5	158	110	合格
实施例4	0.005％	A	6％	11.5	179	>150	合格	实施例3	0.002％	A	6％	11.5	158	110	合格
实施例4	0.005％	A	6％	11.5	179	>150	合格	实施例5	0.005％	B	6％	11.5	182	>150	合格
实施例6	0.005％	C	6％	12.5	191	>150	合格	实施例5	0.005％	B	6％	11.5	182	>150	合格
实施例6	0.005％	C	6％	12.5	191	>150	合格	实施例7	0.007％	A	6％	12	193	>150	合格
实施例8	0.007％	A	9％	12	186	>150	合格	实施例7	0.007％	A	6％	12	193	>150	合格
实施例8	0.007％	A	9％	12	186	>150	合格	实施例9	0.007％	A	12％	12	174	>150	合格
实施例10	0.007％	B	6％	12	197	>150	合格	实施例9	0.007％	A	12％	12	174	>150	合格
实施例10	0.007％	B	6％	12	197	>150	合格	实施例11	0.007％	C	6％	13.5	218	>150	合格
实施例12	0.009％	A	6％	12.5	197	>150	合格	实施例11	0.007％	C	6％	13.5	218	>150	合格
实施例12	0.009％	A	6％	12.5	197	>150	合格	实施例13	0.009％	B	6％	12.5	199	>150	合格
实施例14	0.009％	C	6％	14	232	>150	合格	实施例13	0.009％	B	6％	12.5	199	>150	合格
实施例14	0.009％	C	6％	14	232	>150	合格	实施例15	0.018％	A	6％	12	182	>150	合格
实施例16	0.036％	A	6％	11.5	174	>150	合格	实施例15	0.018％	A	6％	12	182	>150	合格
实施例16	0.036％	A	6％	11.5	174	>150	合格	实施例17	0.036％	B	6％	11.5	177	>150	合格

实施例18	0.72％	A	6％	11	170	124	合格
实施例18	0.72％	A	6％	11	170	124	合格	实施例19	0.72％	A	9％	11	166	116	合格
实施例20	0.72％	A	12％	11	154	108	合格	实施例19	0.72％	A	9％	11	166	116	合格
实施例20	0.72％	A	12％	11	154	108	合格	实施例21	0.1％	A	6％	11	156	65	合格
实施例22	0.2％*	A	6％	10.5	75	22	不合格**	实施例21	0.1％	A	6％	11	156	65	合格
实施例22	0.2％*	A	6％	10.5	75	22	不合格**	实施例23	0.5％*	A	6％	10	33	--	不合格**
实施例24	1％*	A	6％	10	12	--	不合格**	实施例23	0.5％*	A	6％	10	33	--	不合格**

*目前胶体电池一般最高只有达到3-4C电流放电，尚无10C大电流放电功能。

**在正负极上均发现有明显的纳米碳管沉积现象。

纳米碳管A-多壁碳管，外径10至40纳米，长度5至20微米；

纳米碳管B-多壁碳管，外径5至40纳米，长度0.1至3微米；

纳米碳管C-单壁碳管，外径0.7至2纳米，长度0.5至30微米。

经上述测试中可知，本发明含有纳米碳管的电解液使用在胶体电池的电解液中，也可发挥大幅提升电池功能的效果。其中，当纳米碳管含量在0.001重量百分比(即10ppm)至0.1重量百分比(即1000ppm)之间，都有良好的功效。纳米碳管较佳的比例范围在0.003％重量比至0.072％重量比之间(即30-720ppm)，纳米碳管最佳的比例范围在0.005％重量比至0.018％重量比之间(即50-180ppm)。

相较于加入比较例2电解液的胶体电池，加入本发明含纳米碳管的电解液的胶体电池在0.1C放电量最高可提升27％(0.4A放电由11小时提升到14小时)。10C放电量与冲击测试方面，由于目前胶体电池一般最高只有达到3-4C电流放电，尚无10C大电流放电功能，故只能与使用一般电解液的非胶体电池(比较例1)相较。实验结果显示，加入本发明含纳米碳管的电解液的胶体电池，可提升10C放电量达到55％(150秒提升到232秒)，冲击测试的循环数大则可幅提升到500％(30次提升到多于150次)以上。可知该含有纳米碳管电解液的胶体电池，其寿命将会较一般电池大幅延长，另方面，也具有使用大电流快速充电的优势。

同时，在此纳米碳管含量范围的内，使用不同种类的纳米碳管，都可获得良好的效果。而且以纳米碳管C，即单壁纳米碳管的效果最佳。

由以上电池的测试结果可知，当纳米碳管在0.001重量百分比以下的低浓度时，无法充份发挥其功效；而当纳米碳管浓度在0.1重量百分比以上时，经观察到纳米碳管会因太密集而开始聚集形成团块，这些团块反而会阻碍电解液中离子的移动，因而降低电池的功效。

请参阅图1所示，其显示本发明含有纳米碳管电解液的胶体电池的立体外观图，图2显示本发明含有纳米碳管电解液的胶体电池的立体分解图。图3显示本发明图1中3-3断面的断面图。如图所示，该含有纳米碳管电解液的胶体电池100包括一电池槽体1，且该电池槽体1围构有一容置空间10。

该容置空间10中容置有预定容量的胶体电解液2，该胶体电解液2中添加有一预定重量百分比的纳米碳管材料3，且该胶体电解液2为一具有预定浓度的浓硫酸溶液、预定重量百分比的二氧化硅及水的混合液。

在该容置空间10中，还设置有一电池正极结构4、一负极正极结构5与复数片隔离膜6，其中，该电池正极结构4包括有一正极端子41与复数片正极基材本体42，其中，该正极端子41系凸伸于该电池槽体1，该正极基材本体42浸置于该电池槽体1的容置空间10间的胶体电解液2，并电连接于该正极端子41，且每一片正极基材本体42包含有至少一正极反应面421、422。

在该正极反应面421、422上涂布有正极反应物质423，以进行化学反应，其中，该正极反应物质423具有一预定重量百分比的纳米碳管材料，且该预定重量百分比的纳米碳管材料系依据该含有纳米碳管电解液的胶体电池100的应用领域而改变其重量百分比。

该电池负极结构5包括有一负极端子51与复数片负极基材本体52，其中，该负极端子51凸伸于该电池槽体1，该负极基材本体52浸置于该电池槽体1的容置空间10间的胶体电解液2，并与相邻的正极基材本体42隔离一预定距离以及电连接于该负极端子51，且每一片负极基材本体52包含有至少一负极反应面521、522，在该负极反应面521、522上涂布有负极反应物质523，以进行化学反应。

该隔离膜6浸置于该电池槽体1的容置空间10的胶体电解液2，且各个隔离膜6配置于该正极基材本体42与该负极基材本体52所隔离的预定距离间，用以隔开该正极基材本体42与该负极基材本体52。

在本发明中，因该胶体电解液2为浓硫酸溶液，故该电池槽体1需具有良好的耐酸性，此外，该电池槽体1亦需具有高机械强度、抗震动、抗冲击、与耐高低温的特性，以维持该含有纳米碳管电解液的胶体电池100结构的完整。

该胶体电解液2中所添加的纳米碳管材料3介于0.001至0.1重量百分比之间，且该纳米碳管材料3为多壁碳管或单壁碳管，该多壁碳管外径为5至40纳米，长度为0.1至20微米；该单壁碳管外径为0.7至2纳米，长度为0.5至30微米。

该正极基材本体42与负极基材本体52可由含铅合金所制成，而该正极反应物质423与负极反应物质523的成分主要为二氧化铅。

在实际应用时，该添加纳米碳管材料3的胶体电解液2中的二氧化硅的重量百分比介于3至20重量百分比之间。

该含有纳米碳管电解液的胶体电池100在实际应用时，主要反应皆在该电池正极结构4与该电池负极结构5上进行，当该含有纳米碳管电解液的胶体电池100进行放电反应时，该电池正极结构4是利用其正极反应面421、422附着的正极反应物质423进行还原反应(PbO₂+3H⁺+HSO₄ ^-+2e^-→PbSO₄+2H₂O)，电子由该正极端子41流入该电池正极结构4，并与二氧化铅、氢离子与硫酸氢离子反应，生成硫酸铅与水。

该电池负极结构5是利用其负极反应面521、522附着的负极反应物质523进行氧化反应(Pb(s)+HSO₄ ^-→PbSO₄+H⁺+2e^-)，消耗铅与硫酸氢离子并生成硫酸铅、电子与氢离子，该电子经由负极端子51流出，构成一放电路径。

由上述化学反应可看出，放电反应会持续消耗该电池正极结构4的二氧化铅、该电池负极结构5的铅与该胶体电解液2的硫酸，当硫酸含量过低时应进行充电反应以活化两极，使硫酸浓度回复，即可再进行放电的动作。

充电反应时，该电池正极结构4进行氧化反应(PbSO₄+2H₂O→PbO₂+3H⁺+HSO₄ ^-+2e^-)，分解出二氧化铅、氢离子与硫酸氢离子，而该电池负极结构5则进行还原反应(PbSO₄+H⁺+2e^-→Pb(s)+HSO₄ ^-)，生成铅与硫酸氢离子。因此，充电反应时可产生放电反应时消耗的二氧化铅、铅与硫酸，使硫酸浓度渐渐回复，方可再对外界实行放电反应。

经由上述实施例可知，本发明所使用的纳米碳管材料3，因其具有极佳导电性且具有特殊的纳米级管状结构，可促进离子在胶体电解液中的移动速率，使该电池正极结构与该负极电池结构的正、负极反应物质进行化学反应时能有较佳的供电效率，以提升铅酸电池本身的离子导电效能。适当比例的添加纳米碳管材料3，极大的提高了该胶体电解液2与该正极反应物质423的导电能力，亦提高了该正极反应物质423的反应速度。

本发明的含有纳米碳管电解液的胶体电池100在高率低放电与耐冲击测试的实际测试时，该胶体电池100可达到大电流操作，且该含有纳米碳管电解液的胶体电池100的放电量不仅优于一般铅酸电池，更具有较佳的使用寿命且可快速充电。

以上实施例说明，仅为本发明的较佳实施例说明，凡本领域技术人员当可依据本发明的上述实施例说明而作其它种种的改良及变化。然而这些依据本发明实施例所作的种种改良及变化，当仍属于本发明的发明精神及界定的专利范围内。

Claims

1.一种含有纳米碳管电解液的胶体电池，包括有：

一电池槽体，围构有一容置空间；

一正极端子，凸伸于该电池槽体；

一负极端子，凸伸于该电池槽体；

2.如权利要求1所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该胶体电解液中的二氧化硅的重量百分比介于3至20重量百分比之间。

3.如权利要求1所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该纳米碳管材料的预定重量百分比介于0.001至0.1重量百分比之间。

4.如权利要求1所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该纳米碳管材料的预定重量百分比介于0.003至0.072重量百分比之间。

5.如权利要求1所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该纳米碳管材料的预定重量百分比介于0.005至0.018重量百分比之间。

6.如权利要求1所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该纳米碳管选自单壁碳管、双壁碳管、多壁碳管或其混合物之一。

7.如权利要求6所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该多壁碳管外径为2至100纳米，长度为0.1至80微米。

8.如权利要求6所述的含有纳米碳管电解液的胶体电池，其中，该单壁碳管外径为0.7至2纳米，长度为0.1至80微米。