一種測定膠體電解液膠凝時間的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測定膠體電解液膠凝時間的方法，利用氣相二氧化硅膠粒在硫酸水溶液經(jīng)布朗運(yùn)動而彼此接觸，使膠粒表面高活性的硅羥基相互間形成氫鍵，最終形成三維網(wǎng)狀的強(qiáng)觸變性凝膠，此過程的變化會直觀地表現(xiàn)在溶液的粘度上，由此可通過測定粘度的變化來確定膠凝時間。該方法采用流變儀對膠體電解液施加一個小的剪切速率，并記錄不同時間下膠體電解液的粘度，通過繪制膠體電解液粘度隨時間變化的曲線，確定粘度突然上升的臨界時間點即為膠凝時間。本方法操作簡便快捷、精確度和靈敏度高，臨界點清晰，易于判斷。
【專利說明】一種測定膠體電解液膠凝時間的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)電源領(lǐng)域，具體涉及一種測定膠體電解液膠凝時間的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硫酸電解液的凝膠化是閥控式鉛酸蓄電池的重要發(fā)展方向，應(yīng)用氣相二氧化硅作為膠凝劑是目前各電池廠家的首選。氣相二氧化硅具有很強(qiáng)的觸變性，在硫酸介質(zhì)中尤其如此，這使它們形成凝膠的時間很短，對緊密裝配的動力電池來說灌膠變得很困難，這成為膠體電池發(fā)展的瓶頸，也使得準(zhǔn)確測定含氣相二氧化硅硫酸電解液開始凝膠的時間(簡稱為“膠凝時間”)變得十分重要。
[0003]Lambert等以倒立法觀察凝膠表面，將表面停止流動的時間定義為膠凝時間。鄭歐等將裝有電解液的試管傾斜45。角，觀察液面不發(fā)生移動時記錄為膠凝時間。Tantichanakul等測定不同時間下直徑為3mm的小鉛球在距離液面一定高度落下時陷入膠體電解質(zhì)的深度，當(dāng)陷入深度不變時，記錄為膠凝時間。Park等以小振幅動態(tài)振蕩法對凝膠施加一個很小的應(yīng)變力，記錄凝膠儲存模量與損失模量隨時間的變化，定義儲存模量與損失模量的交叉點為膠凝時間。然而這四種方法中，前兩種方法主觀誤差大，第三種方法則手續(xù)繁瑣，相比較而言，Park的流變學(xué)方法科學(xué)性較強(qiáng)，但涉及粘彈譜的技術(shù)相對復(fù)雜。
[0004]范澤婷等借鑒觸變膠體的流變特征，提出將剪切應(yīng)力?~剪切速率D曲線出現(xiàn)的剪切應(yīng)力反彈的臨界時間作為膠凝時間(簡稱“流型曲線法”)，這比Park的方法簡單，但測定誤差約在5min，尚不夠理想。本發(fā)明經(jīng)過進(jìn)一步研究，依靠觸變膠體溶液粘度隨時間變化的特征，建立了一種簡便、精確測定膠體電解液膠凝時間的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種測定膠體電解液膠凝時間的方法，是基于國內(nèi)膠體電解液的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，針對膠體鉛酸電池實際生產(chǎn)過程遇到的難以灌膠的具體問題，為保證膠體電解液的順利灌注，而建立的一種簡便、精確測定膠體電解液膠凝時間的方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種測定膠體電解液膠凝時間的方法，是采用流變儀對膠體電解液施加一個小的剪切速率，并記錄不同時間下膠體電解液的粘度，通過繪制膠體電解液粘度隨時間變化的曲線，確定粘度突然上升的臨界時間點即為膠凝時間。
[0007]具體步驟如下:
(1)利用精密恒溫水浴槽產(chǎn)生的循環(huán)水控溫裝置，將流變儀測試圓筒在5-60°C范圍內(nèi)進(jìn)行定點控溫，控溫精度為±0.rc ；
(2)將膠體電解液沿筒壁緩慢加入到測試圓筒中；
(3)對測試圓筒中的膠體電解液施加恒定剪切速率為800-1200^的預(yù)處理過程，以保證待測膠體電解液的起始狀態(tài)一致；
(4)再對測試圓筒中的膠體電解液施加0.5-1.0s—1的小的恒定剪切速率，記錄不同時間下膠體電解液的粘度；
(5)實驗結(jié)束后，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制膠體電解液粘度隨時間變化的曲線，得到粘度突然上升的臨界時間點即為膠凝時間。
[0008]本發(fā)明的原理是利用氣相二氧化硅膠粒在硫酸水溶液經(jīng)布朗運(yùn)動而彼此接觸，膠粒通過表面高活性的硅羥基(=S1-0H)相互間形成氫鍵，最終形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)觸變性凝膠。此過程會直觀地表現(xiàn)在溶液的粘度上，由此可通過測定粘度的變化來確定膠凝時間，即利用流變儀對待測樣品施加一個很小的剪切速率，以減輕對剛構(gòu)建的膠體電解液三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的破壞，記錄膠體電解液粘度隨時間的變化曲線，確定粘度突然上升的臨界時間就是膠體電解液的膠凝時間。
[0009]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:
(1)本發(fā)明直接利用了三維凝膠結(jié)構(gòu)形成時溶液粘度增大的特點，建立了簡便、快捷且靈敏度高的測試方法；
(2)本發(fā)明方法在測定時對待測樣品施加一個很小的剪切力，能減輕對剛構(gòu)建的膠體電解液三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的破壞；
(3)本發(fā)明方法操作簡便，每個待測樣品只要測定一條粘度曲線就可以確定膠凝時間；且粘度急劇上升的臨界點十分清晰，數(shù)值唯一，排除了人為主觀判斷的干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為實施例1低硅含量膠體電解液的粘度-時間曲線圖。
[0011]圖2為實施例2不同硅濃度膠體電解液的粘度-時間曲線圖；其中a為4 Wt %硅濃度的膠體電解質(zhì)，b為6 wt %硅濃度的膠體電解質(zhì)，c為8 wt %硅濃度的膠體電解質(zhì)，d為10 wt %硅濃度的膠體電解質(zhì)。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
1.膠體電解液的制備
(1)氣相二氧化硅水溶液的制備:稱取50g氣相二氧化硅N20，溶解于200g水中，利用高速剪切機(jī)16000轉(zhuǎn)/分鐘剪切3min，制備成20 wt%氣相二氧化硅水溶液母膠，膠粒粒徑為165nm;再稱取5g 20 wt%氣相二氧化娃水溶液母膠,加入35g水,攪拌均勻即得；
(2)硫酸溶液的制備:利用密度計配制比重d(20°C)=1.480,58.3 wt%的硫酸溶液，冷卻至5°C備用；
(3)膠體電解液的制備:將步驟(I)稀釋好的氣相二氧化硅水溶液邊攪拌邊加入到60g已冷卻的硫酸溶液中，500轉(zhuǎn)/分鐘攪拌混合3min,即得膠體電解液。
[0013]2.膠體電解液膠凝時間的測定
(1)利用精密恒溫水浴槽產(chǎn)生的循環(huán)水控溫裝置，使流變儀測試圓筒內(nèi)的溫度控制在25±0.10C ；
(2)用量筒取70mL新鮮配制的膠體電解液，沿筒壁加入到流變儀測試圓筒；
(3)對膠體電解液施加800s」的恒定剪切速率，剪切Imin進(jìn)行預(yù)處理；
(4)再對待測膠體電解液施加0.5s-1的小的恒定剪切速率，記錄不同時間下膠體電解液的粘度；
(5)實驗結(jié)束后，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制膠體電解液粘度隨時間變化的曲線，結(jié)果見圖1。
[0014]如圖1低硅含量膠體電解液的粘度-時間曲線所示，t=382.3min時，電解液的粘度呈現(xiàn)一個清晰的上升點，即為其膠凝時間。說明本發(fā)明測試方法對于I wt%硅含量這樣低硅含量的膠體電解液，也能很精確地測定其開始形成少量網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膠凝時間，因此，本發(fā)明的測試方法對硅濃度低的膠體電解液產(chǎn)生的長膠凝時間體系具有較高的靈敏度。
[0015]實施例2
1.膠體電解液的制備
(1)氣相二氧化硅水溶液的制備:稱取50g氣相二氧化硅N20，溶解于200g水中，利用高速剪切機(jī)16000轉(zhuǎn)/分鐘剪切3min，制備成20 wt%氣相二氧化硅水溶液母膠，膠粒粒徑為 165nm ；
(2)硫酸溶液的制備:利用密度計配制比重d(20°C)=1.610,70 wt%的硫酸溶液，冷卻至5°C備用；
(3)按表1稱取20wt%氣相二氧化硅水溶液母膠，加水?dāng)嚢杈鶆?，配制成不同硅濃度的氣相二氧化硅水溶液?br> (4)膠體電解液的制備:分別將步驟(3)稀釋好的氣相二氧化硅水溶液邊攪拌邊加入到50g已冷卻的硫酸溶液中，500轉(zhuǎn)/分鐘攪拌混合3min,即得不同娃濃度的膠體電解液。
[0016]表1不同娃含量膠體電解液的配制
【權(quán)利要求】
1.一種測定膠體電解液膠凝時間的方法，其特征在于:采用流變儀對膠體電解液施加一個小的剪切速率，并記錄不同時間下膠體電解液的粘度，通過繪制膠體電解液粘度隨時間變化的曲線，確定粘度突然上升的臨界時間點即為膠凝時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測定膠體電解液膠凝時間的方法，其特征在于:其具體步驟如下: (1)對流變儀測試圓筒在5-60°C范圍內(nèi)進(jìn)行定點控溫，控溫精度為±0.10C ； (2)將膠體電解液沿筒壁緩慢加入到測試圓筒中； (3)對測試圓筒中的膠體電解液施加800-1200S—1的恒定剪切速率，剪切處理Imin ； (4)再對測試圓筒中的膠體電解液施加0.5-1.0s—1的小的恒定剪切速率，記錄不同時間下膠體電解液的粘度； (5)實驗結(jié)束后，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制膠體電解液粘度隨時間變化的曲線，得到粘度突然上升的臨界時間點即為膠凝時間。
【文檔編號】G01N11/00GK103969157SQ201410234831
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】趙劍曦, 孫小祥 申請人:福州大學(xué)