CN105674919A - 一种胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测试方便、测试结果准确的胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法，采用基于毛细管作用原理的气泡压法来测定湿曲线Fw和干曲线Fv，根据被打开的膜孔面积的分率：R(r)＝(Fw/Fv)×100％，将R(r)对孔径微分得到隔板孔径分布函数f(r)＝d(R(r))/dr。本发明提供的胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法的有益效果在于：测定湿曲线时隔板样品放入乙醇溶液中浸泡，能够真实反映隔板装配入电池后实际产生作用的孔隙情况，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，得到的结果较为精确；本发明测定方法测试方便，测定得到的孔径分布结果准确，与电镜检测和压汞检测的结果吻合。

Description

一种胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法
技术领域
本发明涉及化学电源领域，具体地说是一种胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法。
背景技术
在化学电源中，自铅酸蓄电池问世以来，人们便开始对铅酸蓄电池开展大量的研究，不断地对铅酸蓄电池进行改进优化，使铅酸蓄电池得到了快速地发展。一百多年中铅酸蓄电池始终担任着重要二次电池的角色。其中具有代表性的就属阀控式铅酸蓄电池。一般来说，阀控铅酸蓄电池中固定电解液的方式有两种，一种是采用具有大孔径，价格低廉的粗纤维板，即AGM技术。现今国内大部分铅酸蓄电池都采用此种技术，但它有隔板孔径太大、耐压性能不好、易导致酸分层等缺点，正在逐渐被另一种更先进的固定技术代替。通过向硫酸电解液中添加二氧化硅形成三维网状结构来固定，即GEL技术。
胶体铅酸蓄电池已被公认具有深度放电循环中可靠性更高，电解液分层更少，很少甚至没有硫酸的漏失，板栅腐蚀很少等优点。按理说，与GEL技术配套的通常为具有很小孔径的PVC隔板。但是，由于国内目前没有理想的PVC隔板产品，再加上进口PVC隔板价格很高。因此，为降低成本，企业在运用凝胶技术时采用了价廉的AGM隔板，形成了AGM/GEL的混用。而AGM/GEL的混用基本上体现了GEL的特点，没有出现附加的优点，尤其是仍旧没有消除各自单独使用时无法阻止铅枝晶生长的危险，因此开发具有优良孔径分布的专用隔板不可忽视。
国内大多数企业正在使用的进口PVC隔板是由阿莫西尔公司以PVC和沉淀二氧化硅为原料，采用一种特殊的混合和挤出方式制成的。这种隔板具有0.01μm～0.1μm和1μm～10μm两种区域的孔径分布。而隔板的孔径对胶体铅酸蓄电池的电学性能具有很大的影响，同时，隔板孔径能够与凝胶电解质形成的微孔道更好地匹配，显得尤为重要。其中，沉淀二氧化硅的存在能提高隔板对凝胶电解液的亲和性。进口PVC隔板之所以好，是因为其具有优良的孔径分布。但现有技术中却没有专门的用于测定胶体铅酸蓄电池的隔板孔径分布情况的方法，以实现对改进隔板的隔板孔径分布情况进行实时跟踪监测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种测试方便、测试结果准确的胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测试方法，包括如下步骤：
步骤1、将隔板样品置于质量浓度为60～100wt％的乙醇溶液中，在室温下浸泡1～6h后取出并吸走隔板样品表面多余的乙醇溶液。向隔板样品的一面通入压力气体，然后测试隔板样品的压力和对应的流量值，逐步增大气体压力并测定对应的气体流量值，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，隔板样品上的孔按直径从大到小的顺序被打开，当气体压力增大至气体流量值恒定时，此时隔板样品为干隔板样品，得到的压力-流量关系曲线称为湿曲线Fw；
步骤2、将步骤1所得干隔板样品的气体压力降为零，逐步增大气体压力并测定对应的气体流量值，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，得到的压力-流量关系曲线称为干曲线Fv；
步骤3、根据被打开的膜孔面积的分率：R(r)＝(Fw/Fv)×100％，将R(r)对孔径微分得到隔板孔径分布函数f(r)＝d(R(r))/dr，r表示孔的直径。
进一步的，所述的隔板为胶体铅酸蓄电池隔板。
进一步的，所述隔板样品的半径为1～4cm。
本发明的有益效果在于：测定湿曲线时，将隔板样品置于质量浓度为60～100wt％的乙醇溶液中，能够真实反映隔板装配入电池后实际产生作用的孔隙情况；由于胶体铅酸蓄电池隔板的孔径主要集中在1-4μm，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，可较精确地得到湿曲线和干曲线，同时在一定程度上缩短测定时间；本发明测定方法测定得到的孔径分布结果准确，与电镜检测和压汞检测的结果吻合。
附图说明
图1为实施例1用到的测定装置的结构示意图。
图2为实施例1中隔板A的采用本发明测定方法所得孔径分布测试图。
图3为对比例1中隔板A的表面扫描电镜图。
图4为对比例2中隔板A采用压汞测试方法所得孔径分布测试图。
图1标号说明：
1、高压纯氮罐；2、气体流速调节器；3、压力表；4、夹膜器；5、气体转子流量计；6、烧杯；7、PU硬质导管。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：采用基于毛细管作用原理的气泡压法来测定，测定湿曲线时隔板样品放入60～100wt％的乙醇溶液中浸泡，能够真实反映隔板装配入电池后实际产生作用的孔隙情况，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，得到的结果较为精确。
本发明技术方案为：
一种胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测试方法，包括如下步骤：
步骤1、将隔板样品置于质量浓度为60～100wt％的乙醇溶液中，在室温下浸泡1～6h后取出并吸走隔板样品表面多余的乙醇溶液。向隔板样品的一面通入压力气体，然后测试隔板样品的压力和对应的流量值，逐步增大气体压力并测定对应的气体流量值，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，隔板样品上的孔按直径从大到小的顺序被打开，当气体压力增大至气体流量值恒定时，此时隔板样品为干隔板样品，得到的压力-流量关系曲线称为湿曲线Fw；
步骤2、将步骤1所得干隔板样品的气体压力降为零，逐步增大气体压力并测定对应的气体流量值，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，得到的压力-流量关系曲线称为干曲线Fv；
步骤3、根据被打开的膜孔面积的分率：R(r)＝(Fw/Fv)×100％，将R(r)对孔径微分得到隔板孔径分布函数f(r)＝d(R(r))/dr，r表示孔的直径。室温时，隔板样品被乙醇完全润湿时，由公式d＝2r＝4σ/P知，其中σ为室温时一定质量浓度乙醇的表面张力，据此可换算得到孔直径d(μm)，其中P的单位为MPa。
进一步的，所述的隔板为胶体铅酸蓄电池隔板。
进一步的，所述隔板样品的半径为1～4cm。
本发明的原理在于：将隔板放入乙醇溶液浸泡润湿后，由于表面张力的存在，乙醇溶液被束缚在隔板的孔隙内；给隔板的一侧加以逐渐增大的气体压强，当气体压强达到大于某孔径内浸润液的表面张力产生的压强时，该孔径中的浸润液将被气体推出；由于孔径越小，表面张力产生的压强越高，所以要推出其中的浸润液所需施加的气体压强也越高；同样，可知，孔径的孔内的浸润液将首先会被推出，使气体透过，然后随着压力的升高，孔径由大到小，孔中的浸润液依次被推出，使气体透过，直至全部的孔被打开，达到与干隔板样品相同的透过率。
本发明所述的孔径为孔道的最窄处的直径。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：测定湿曲线时，将隔板样品提前置于亲和性较好的质量浓度为60～100wt％的乙醇溶液中充分浸泡后，置于夹膜器中进行测试，测试结果能够真实反映隔板装配入电池后实际产生作用的孔隙情况；由于胶体铅酸蓄电池隔板的孔径主要集中在1-4μm，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，可较精确地得到湿曲线和干曲线，同时在一定程度上缩短测定时间；本发明测定方法测定得到的孔径分布结果准确，与电镜检测和压汞检测的结果吻合。
实施例1
1、制备胶体铅酸蓄电池隔板：
称取5gPVC溶解于45gDMF溶液中，加入1.2wt％的偶联剂(KH-550)原液，70℃加热搅拌2h；
称取15g300-400目硅藻土加入，室温下充分搅拌10min；
将所得混合物倒入密封容器，置于40℃恒温水浴中静置脱泡30min；
用1000μm刮刀刮制成片，静置400s；
置入70℃水溶液中脱模成片，2h后取出，60℃烘干2h；
置于25℃质量含量为0.2％的非离子型表面活性剂TX-100水溶液中，2h后取出，60℃烘干2h，得隔板A；
2、用本发明测定方法测定隔板孔径分布情况：
将上述隔板A裁剪成半径为1-4cm的样品，置于质量浓度为60-100wt％的乙醇溶液中，在室温下浸泡1-6h；
测试时，用镊子夹取已浸泡过的隔板样品，吸走表面多余的乙醇溶液，在室温下进行测试。调节气体流速调节器控制每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，记录每次压力增加前后对应的气体流量计读数；
先测试被乙醇完全润湿隔板的压力Pw和对应流量值Fw，当压力增大至流量值恒定时，将压力减小至最小，逐渐升高压力测得干隔板的压力Pv和对应流量值Fv。根据湿膜流量Fw与干膜流量Fv比反映为被打开膜孔面积的分率：R(r)＝(Fw/Fv)×100％，将R(r)对孔径微分得到孔径分布函数f(r)＝d(R(r))/dr，得孔径分布测试图，如图2。
本实施例用到的测试装置如图1所示，该测试装置包括高压纯氮罐1(最大量程：10-15MPa)、气体流速调节器2(最大量程：50-100L/min)、压力表3(最大量程：0.5-1MPa，精密度：0.25级)、夹膜器4、气体转子流量计5(最大量程：20-80L/min)、烧杯6和PU硬质导管7(内径：0.5-2cm)。
所用夹膜器的半径为1-4cm，气体可通过的有效面积为5-10cm2。
对比例1
将实施例1中制备得到的隔板A进行电镜扫描，其孔径分布结果如图3。
对比例2
将实施例1中制备得到的隔板A进行压汞测试，其孔径分布结果如图4。
由实施例1和对比例1、2可知，将图2、图3和图4的结果进行对比，本发明测定方法测定得到的孔径分布结果准确，与电镜检测和压汞检测的结果吻合。
综上所述，本发明提供的胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法的有益效果在于：测定湿曲线时，将隔板样品置于质量浓度为60～100wt％的乙醇溶液中，能够真实反映隔板装配入电池后实际产生作用的孔隙情况；由于胶体铅酸蓄电池隔板的孔径主要集中在1-4μm，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，可较精确地得到湿曲线和干曲线，同时在一定程度上缩短测定时间；本发明测定方法测定得到的孔径分布结果准确，与电镜检测和压汞检测的结果吻合。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将隔板样品置于质量浓度为60～100wt％的乙醇溶液中，在室温下浸泡1～6h后取出并吸走隔板样品表面多余的乙醇溶液，向隔板样品的一面通入压力气体，然后测试隔板样品的压力和对应的流量值，逐步增大气体压力并测定对应的气体流量值，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，隔板样品上的孔按直径从大到小的顺序被打开，当气体压力增大至气体流量值恒定时，此时隔板样品为干隔板样品，得到的压力-流量关系曲线称为湿曲线Fw；
步骤2、将步骤1所得干隔板样品的气体压力降为零，逐步增大气体压力并测定对应的气体流量值，每次压力增加的值为0.001～0.01MPa，得到的压力-流量关系曲线称为干曲线Fv；
步骤3、根据被打开的膜孔面积的分率：R(r)＝(Fw/Fv)×100％，将R(r)对孔径微分得到隔板孔径分布函数f(r)＝d(R(r))/dr，r表示孔的直径。
2.根据权利要求1所述的胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法，其特征在于，所述的隔板为胶体铅酸蓄电池隔板。
3.根据权利要求1所述的胶体铅酸蓄电池隔板孔径分布的测定方法，其特征在于，所述隔板样品的半径为1～4cm。
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