
【化】 colloidal electrolyte
colloid
【化】 colloid; reuuber matrix; rubber mass; rubber matrix
【醫】 colloid
electrolyte
【化】 electrolyte
【醫】 electrolyte
膠體電解質(Colloidal Electrolyte)是指分散質粒子直徑在1納米至100納米之間,并以膠體狀态分散在電解質溶液中的特殊分散體系。其核心特征在于同時具備膠體的物理特性和電解質的導電性。以下是詳細解釋:
漢語解析
英文對應術語
雙電層結構
膠體粒子表面因吸附離子形成雙電層(如$zeta$電位),賦予體系穩定性并影響電導率。例如,矽溶膠在電解液中通過表面羟基電離形成$ce{SiO^-}$,增強離子遷移能力 。
導電機制
兼具離子導電(電解質特性)與界面電荷轉移(膠體特性)。其電導率($sigma$)滿足公式:
$$ sigma = sum n_i q_i mu_i $$
其中$n_i$為載流子濃度,$q_i$為電荷量,$mu_i$為遷移率。
儲能領域
鋅-空氣電池:采用氫氧化鉀膠體電解質(如凝膠化KOH),抑制鋅枝晶生長,提升循環壽命(來源:ACS Energy Letters 。
生物醫學材料
導電水凝膠:如聚苯胺/聚乙烯醇膠體電解質,用于生物傳感器,兼具柔性與離子電導性(來源:Nature Communications 。
膠體科學基礎
Everett, D. H. (1988). Basic Principles of Colloid Science. Royal Society of Chemistry.
(鍊接:https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-0-85186-443-6)
電化學應用
Winter, M., & Brodd, R. J. (2004). What Are Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors? Chemical Reviews, 104(10).
當前研究聚焦于固态膠體電解質(如氧化石墨烯/離子液體複合體系),以解決液态電解質的洩漏風險,同時維持高離子電導率(>10⁻³ S/cm),推動下一代固态電池發展 。
膠體電解質是結合膠體特性與電解質功能的一類物質或體系,其核心特點在于以膠體形式存在的同時具備導電能力。具體解釋如下:
膠體特性
膠體是分散質粒子直徑介于1-100nm的混合物,如蛋白質溶液或表面活性劑膠束。這類體系具有電泳現象(膠粒帶電),但膠體本身屬于混合物而非化合物。
電解質特性
電解質需滿足在溶液或熔融态解離為離子并導電的條件,且必須是化合物(如酸、堿、鹽)。因此,普通膠體本身不屬于電解質。
聚電解質膠體
某些高分子化合物(如蛋白質、聚丙烯酸)在溶液中解離為大分子離子,形成帶電膠粒的膠體體系。這類物質既是膠體又是電解質,屬于特殊類别的電解質。
凝膠态電解質應用
工業中常用膠體電解質指凝膠化電解質溶液,例如鉛酸電池中的膠體電解質:将硫酸溶液與矽膠等凝膠劑混合,形成固态或半固态導電膠體。這種體系兼具高離子導電性和物理穩定性。
在電池領域,膠體電解質通過固化液态電解液,可防止洩漏、減少極闆硫化,并延長電池壽命(如循環壽命可達500次)。其内阻低、自放電率低(<3%/月)的特性也優于液态電解質。
需注意區分“膠體”與“電解質”的從屬關系:
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