一种双电荷层电容器及其制备工艺的制作方法

文档序号:6945515
专利名称:一种双电荷层电容器及其制备工艺的制作方法
技术领域
本发明涉及一种电容器,特别是应用于要求储能容量较大领域内的一种双电荷层 电容器。
背景技术
随着工业的发展,石油、天然气等化石能源只能再维持四十年的开采,人类必须尽 快找到可再生的替代能源,如太阳能、风能等绿色新能源,才能得以持续发展。现在很多城 市已开始采用电力机车、轻轨机车、电瓶车作为公共交通公具,这类交通工具不烧汽油、没 有污染,但其采用的蓄电池由于是化学电池,放电效率和循环寿命都较低,且废电池处置不 妥会带来铅污染。“储能电容”是本世纪使用的一种新型绿色能源,具有充放电速度快、对环 境无污染、循环寿命长等特点,蓄电池是通过电化学反应产生电荷转移,充电速度慢需数个 小时,而储能电容可以在数分钟之内充足电,且功率是蓄电池的10倍以上,储能电容最终 将取代蓄电池,为新型绿色能源发展带来革命性的进步。在近代科学技术产品的应用领域中,利用电容器进行存储电能的应用也越来越广 泛,该电容器称做法拉电容又叫超级电容器,它是一种电化学元件,通过极化电解质来储存 电能,其在储能的过程中并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,也正因此超级电容器 可以反复充放电数十万次。双电荷层电容器是由正负电极和电解液构成的电化学器件,它 利用电极与作为电介质的电解液之间的界面处形成的非常薄的介电层或双电荷层,且能够 通过吸收或释放正电极处的负离子和负电极处的正离子来储存和释放电能。在这种双电荷 层的电容器中,通常在正电极与负电极之间提供隔板用于正电极与负电极的介电分隔并容 纳电解液。但是现有的电容器多存在储能容量小,不同充电范围的储电能量小,且体积大, 重量重等缺点。

发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种储能容量大、体积较小,可适用于不同充电范 围的新型双电荷层电容器及其制备工艺。为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是一种双电荷层电容器,包括位于容器内的正电极、负电极、隔离膜和电解质,所述 电解质位于正电极和负电极之间,电极与电解质之间设置有隔离膜,所述电容器还包括位 于容器内的极化电极,极化电极位于正电极和负电极的外侧,正电极、负电极与极化电极之 间设置有隔离膜。本发明所述正负电极的改进在于正电极和负电极为包括石墨和含有钍、钽、镍、 铜成分的金属纤维的混合物。本发明所述电解质的改进在于电解质为聚苯胺型铝固体。本发明所述隔离膜的改进在于隔离膜为高分子电解隔离膜。本发明所述极化电极的改进在于极化电极采用改性碳素结构材料,含活性碳素
3材料重量比为40 90%,含导电石墨重量比为2 50%,含粘合剂重量比为2 25%。本发明的进一步改进在于所述极化电极、隔离膜、电极、电解质之间的间距为 5-15 μ m0一种双电荷层电容器的制备工艺为电容器在无氧无菌真空条件下装配,其中正 电极和负电极的制作采用干法热压制备A.正电极为A膜,将制备好的正电极导电涂料用涂布机涂布在经过表面处理的集 流体上;B.负电极为B膜;将制备好的负电极导电涂料用涂布机涂布在经过表面处理的集 流体上;C.在正电极A膜和负电极B膜之间压入隔离膜。本工艺的改进在于所述步骤C中压入隔离膜的工艺为将A、B步骤中形成的混合 物用胶带分切机分别制成正负条电极膜;在卷绕机上将两条相同尺寸的分条电极膜夹上隔 离膜制备而成电极;再经过激光焊接引导出电极的正负极。本发明的工作原理如下所述本发明包括位于容器内的多个电解单元,每个电解单元包括一对极化电极、一对 正负电极、多个隔离膜和大量电解质,每个电解单元的具体结构为正极化电极、隔离膜、正 电极、隔离膜、电解质、隔离膜、负电极、隔离膜、负极化电极。本发明在电解质中的两个无反 应活性的极化电极上施加电压,正极化电极吸引电解质中的负离子,负极化电极吸引正离 子,在极化电极处形成两个容性存储层,被分离开的正离子聚集在负极化电极附近,负离子 则聚集在正极化电极附近。在电解质中两个正负电极上施加一个小于电解质分解电压的电 压,这时电解质中的正离子、负离子在电场的作用下会迅速向负电极和负电极运动,并分别 在两电极的表面形成紧密的电荷层即双电荷层,它所形成的双电荷层和传统电容器中的电 介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生双电荷层的电容效应,紧密的双电荷层 近似于平板电容器。因此在整个电解单元中便形成了层叠式结构的双电荷层电容器。由于采用了以上技术方案,本发明所取得技术进步在于本发明所述的双电荷层电容器,在普通储能电容器的基础上从结构的改进到材料 的选择,再到产品的生产都有一个新的突破,其采用在正负电极的外侧增加极化电极,使得 在电容器内部形成了层叠式双电荷层结构,使其储能容量大幅度提升,能够更好地应用在 额定充电电压、电流、波型等不同充电质量和范围变化较大的环境中。 本发明中的各部件均采用新型材料,其所形成紧密的电荷层间距比普通电容器电 荷层间距小得多,并且其特殊材料的使用提高了电容器的寿命;另外,由于极化电极、电极、 电解质及隔离膜之间的间距很小,因此在保持传统储能电容器的基础上降低了体积,加大 了容量,可以获得相同体积下比普通电容器更大的容量,还简化了安装使用。本发明的装配 环境采用无氧无菌真空条件,可以大大降低空气中的各种细菌体和有机物、无机物等对于 电容器内部紧密间隙之间各极化电极、隔离膜、电极、电解质之间增加的电导率,使所制备 的产品为无氧型高密度体,具有更高的介电常数,可适合于不同充电质量和范围变化较大 条件下的电力储能,因此,本发明可广泛应用于光伏产品储能及其它需大容量储能的领域, 具有广阔的发展前景。
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图1为本发明内部结构剖视图;图2为本发明外部结构俯视图。其中1.正极化电极,2.隔离膜,3正电极,4.负电极,5.电解质,6.负极化电极, 7.容器。
具体实施例方式下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细的说明。图1是一种双电荷层电容器,包括容器7和两组电解单元,每组电解单元包括依次 设置的正极化电极1、隔离膜2、正电极3、隔离膜2、电解质5、隔离膜2、负电极4、隔离膜2、 负极化电极6 ;极化电极、隔离膜、电极、电解质之间的间距均为6微米。容器的外部焊接有 电源接线柱,与内部的各个电极相应焊接而成,其俯视图如图2所示。本实施例中的正负电极为由石墨和含有钍、钽、镍、铜成分的金属纤维组成的混合 物;电解质为聚苯胺型铝固体;隔离膜为高分子电解隔离膜;极化电极采用改性碳素结构 材料,含活性碳素材料重量比为80%,含导电石墨重量比为15%,含粘合剂重量比为5%。 本实施例是在无氧无菌真空条件下装配而成,其中正负电极的制作采用干法热压制备A.正电极为A膜,将制备好的正电极导电涂料用涂布机涂布在经过表面处理的集 流体上;B.负电极为B膜;将制备好的负电极导电涂料用涂布机涂布在经过表面处理的集 流体上;C.在正电极A膜和负电极B膜之间压入隔离膜,即将步骤A、B中形成的混合物用 胶带分切机分别制成正负条电极膜,在卷绕机上将两条相同尺寸的分条电极膜夹上隔离膜 制备而成正负电极,再经过激光焊接将电极的正负极引出到容器的接线柱。本实施例在两个无反应活性的极化电极上施加电压,正极化电极吸引电解质中的 负离子,负极化电极吸引正离子,在极化电极处形成两个容性存储层,被分离开的正离子聚 集在负极化电极附近,负离子聚集在正极化电极附近。在正负电极上施加一个小于电解质 分解电压的电压,这时电解质中的正离子、负离子在电场的作用下会迅速向负电极和正电 极运动,并分别在两电极的表面形成紧密的电荷层即双电荷层,它所形成的双电荷层和传 统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生双电荷层的电容效应, 紧密的双电荷层近似于平板电容器。从而在整个电解单元中形成层叠式结构的双电荷层电 容器。本实施例所可以在一至两分钟内迅速完成充电,且功率较大,为普通蓄电池的数十 倍,其反复充放电次数能够达到数百万次,可广泛应用于光伏领域内。
权利要求
一种双电荷层电容器,包括位于容器内的正电极(3)、负电极(4)、隔离膜(2)和电解质(5),所述电解质位于正电极和负电极之间,电极与电解质之间设置有隔离膜,其特征在于所述电容器还包括位于容器内的极化电极,极化电极位于正电极和负电极的外侧,正电极、负电极与极化电极之间设置有隔离膜。
2.根据权利要求1所述的一种双电荷层电容器,其特征在于所述正电极(3)、负电极 (4)为包括石墨和含有钍、钽、镍、铜成分的金属纤维的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种双电荷层电容器,其特征在于所述电解质(5)为聚苯 胺型铝固体。
4.根据权利要求3所述的一种双电荷层电容器,其特征在于所述隔离膜(2)为高分 子电解隔离膜。
5.根据权利要求4所述的一种双电荷层电容器,其特征在于所述极化电极(1、6) 采用改性碳素结构材料,含活性碳素材料重量比为40 90%,含导电石墨重量比为2 50%,含粘合剂重量比为2 25%。
6.根据权利要求1所述的一种双电荷层电容器,其特征在于所述极化电极、隔离膜、 电极、电解质之间的间距为5-15 μ m。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种双电荷层电容器的制备工艺,其特征在于 所述电容器在无氧无菌真空条件下装配,其中正电极和负电极的制作采用干法热压制备A.正电极为A膜,将制备好的正电极导电涂料用涂布机涂布在经过表面处理的集流体上;B.负电极为B膜;将制备好的负电极导电涂料用涂布机涂布在经过表面处理的集流体上;C.在正电极A膜和负电极B膜之间压入隔离膜。
8.根据权利要求7所述的一种双电荷层电容器的制备工艺,其特征在于所述步骤C 中压入隔离膜的工艺为将A、B步骤中形成的混合物用胶带分切机分别制成正负条电极膜; 在卷绕机上将两条相同尺寸的分条电极膜夹上隔离膜制备而成电极;再经过激光焊接引导 出电极的正负极。
全文摘要
本发明公开了一种双电荷层电容器及其制备工艺,其中双电荷层电容器包括位于容器内的极化电极、正负电极、隔离膜和电解质,所述电解质位于正负电极之间,极化电极位于正负电极的外侧,极化电极、正负电极以及电解质之间均设置有隔离膜;采用高密度的层叠工艺,使之形成的电容器以双电荷层的电容器结构存在,从而达到相同体积下较大容量的效果。本发明相对于普通储能电容体积小,储能容量大,可广泛应用于光伏产品储能及其它需大容量储能的领域。
文档编号H01G9/02GK101908417SQ20101018149
公开日2010年12月8日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者王士元, 王川 申请人:保定维特瑞交通设施工程有限责任公司
再多了解一些
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