一种离子储能方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到储能技术领域，特别涉及到利用离子储存电能的技术。
【背景技术】
[0002]储能技术发展很快，特别是电能储存的技术发展更是突飞猛进。电能储存技术主要有电池储能与电容储能。电池储能技术主要有铅酸电池储能、镍氢电池储能、锂离子电池储能、钠硫电池储能、液流电池储能。电容储能技术主要有固体电容与电解电容。电池储能的储能密度相对较高，可以达到几百瓦时每公斤，但单体电池的电压较低，通常电压低于5伏，常常需要多个电池串联才能满足使用要求。多个电池串联使用增加了电池的技术难度与使用风险，同时也增加了成本。电容储能可以做到高电压，但电容的储能密度较低，其储能密度比电池储能密度差了不止一个数量级。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种离子储能方法及装置，其储能密度可以与电池储能密度相当，甚至超过电池储能密度，其单体电压可以比单体电池的电压高几个数量级。本发明主要是利用阴阳离子作为荷电粒子在正负极电解液中体相分布来提升介电层两侧正负极的荷电粒子密度，从而提升离子储能装置的储能密度。本发明主要由正极、负极、介电层及外壳组成，正极与负极由介电层隔离开，外壳包覆并保护正极、负极与介电层。所述正极主要由正极集流体、正极涂覆层、正极电解液组成。所述正极集流体可以是铜箔、铝箔、镍箔、不锈钢箔等金属箔带，也可以是碳纤维薄膜、石墨薄膜等非金属导电薄膜。所述正极涂覆层可以是活性炭涂覆层、纳米碳纤维涂覆层、石墨烯涂覆层等高比表面积导电材料涂覆层，也可以是非导电纳米基材镀导电层的高比表面积导电复合材料。所述正极电解液可以是酸性电解液、碱性电解液、中性电解液等水基电解液，也可以是有机电解液、离子电解液等非水电解液。所述负极主要由负极集流体、负极涂覆层、负极电解液组成。所述负极集流体可以是铜箔、铝箔、镍箔、不锈钢箔等金属箔带，也可以是碳纤维薄膜、石墨薄膜等非金属导电薄膜。负极集流体可以是与正极集流体相同，也可以与正极集流体不同。所述负极涂覆层可以是活性炭涂覆层、纳米碳纤维涂覆层、石墨烯涂覆层等高比表面积导电材料涂覆层，也可以是非导电纳米基材镀导电层的高比表面积导电复合材料。负极涂覆层可以是与正极涂覆层相同的材料，也可以是与正极涂覆层不同的材料。所述负极电解液可以是酸性电解液、碱性电解液、中性电解液等水基电解液，也可以是有机电解液、离子电解液等非水电解液。负极电解液与正极电解液完全隔离，负极电解液可以是与正极电解液成分相同，也可以是与正极电解液成分不同。所述介电层可以是聚酰胺、聚偏氟乙烯等有机介电层，也可以是钛酸钙、钛酸钡等无机介电层，还可以是混合钛酸钙的聚酰胺薄膜等复合材料介电层。在正负极与介电层之间还可以有隔膜，隔膜为电子绝缘离子导通的微孔薄膜，如锂离子电池的隔膜材料、镍氢电池电池的隔膜材料。介电层也可以有涂覆层，涂覆层材料为高比表面积的导电材料，如石墨稀、纳米碳纤维、活性炭等。所述外壳可以是钢壳、招壳等金属外壳，也可以是PP、ABS等非金属外壳，还可以是铝塑膜等复合材料外壳。
[0004]本发明离子储能装置的结构可以是层叠结构，按照正极、介电层、负极、介电层、正极、介电层……负极，一层一层层叠;也可以是卷绕结构，按正极、介电层、负极、介电层的次序层叠卷绕。或者按照正极、隔膜、介电层、隔膜、负极、介电层、正极、介电层……负极，一层一层层叠;也可以是卷绕结构，按正极、隔膜、介电层、隔膜、负极、介电层的次序层叠卷绕。
[0005]本发明的工作原理主要是:充电时，正电荷通过正极集流体分布到正极涂覆层材料的表面，正极电解液的阴离子迀移到正极涂覆层材料的表面附近与正极涂覆层材料表面的正电荷形成双电层，正极电解液的阳离子迀移到介电层的正极表面附近，形成阳离子层。负电荷通过负极集流体分布到负极涂覆层材料的表面，负极电解液的阳离子迀移到负极涂覆层材料的表面附近与负极涂覆层材料表面的负电荷形成双电层，负极电解液的阴离子迀移到介电层的负极表面附近，形成阴离子层。介电层两侧的阴阳离子层可以保持较高的电势差，离子储能装置可以有较高的开路电压。放电时，分布到正极涂覆层材料表面的正电荷通过正极集流体对外释放，正极涂覆层材料表面附近的正极电解液阴离子迀移回电解液中，正极涂覆层材料表面的双电层消散，介电层正极表面附近的正极电解液阳离子迀移回电解液中，介电层正极的阳离子层消散。分布到负极涂覆层材料表面的负电荷通过负极集流体对外释放，负极涂覆层材料表面附近的负极电解液阳离子迀移回电解液中，负极涂覆层材料表面的双电层消散，介电层负极表面附近的负极电解液阴离子迀移回电解液中，介电层负极的阴离子层消散。
【附图说明】
[0006]图1是离子储能装置的结构示意图1 一正极集流体、2—正极涂覆层、3—介电层、4 一负极涂覆层、5—负极集流体。
【具体实施方式】
[0007]实施例一
本发明主要由正极、负极、介电层及外壳组成，正极与负极由介电层隔离开，外壳包覆并保护正极、负极与介电层。所述正极主要由正极集流体、正极涂覆层、正极电解液组成。正极集流体为铝箔，铝箔厚度为10-40微米，正极涂覆层为活性炭涂覆层，涂覆层厚度为
0.1—3毫米，正极电解液为六氟磷酸锂盐的有机电解液，电解液为30%—100%饱和浓度电解液。所述负极主要由负极集流体、负极涂覆层、负极电解液组成。负极集流体为铝箔，铝箔厚度为10—40微米，负极涂覆层为活性炭涂覆层，涂覆层厚度为0.1—3毫米，负极电解液为六氟磷酸锂的有机电解液，电解液为30%—100%饱和浓度的电解液。负极电解液与正极电解液完全隔离。所述介电层为添加钛酸钙的聚酰胺薄膜介电层。所述外壳为钢壳。本发明的离子储能装置的结构为层叠结构，按照正极、介电层、负极、介电层、正极、介电层……负极，一层一层层叠。本发明的工作原理主要是:充电时，正电荷通过正极集流体铝箔分布到正极涂覆层材料活性炭的表面，正极电解液的阴离子六氟磷酸根离子迀移到正极涂覆层材料的表面附近与正极涂覆层材料表面的正电荷形成双电层，正极电解液的阳离子锂离子迀移到复合聚酰胺介电层的正极表面附近，形成阳离子层。负电荷通过负极集流体铝箔分布到负极涂覆层材料活性炭的表面，负极电解液的阳离子锂离子迀移到负极涂覆层材料的表面附近与负极涂覆层材料表面的负电荷形成双电层，负极电解液的阴离子六氟磷酸根离子迀移到聚酰胺介电层的负极表面附近，形成阴离子层。介电层两侧的阴阳离子层可以保持较高的电势差，离子储能装置可以有较高的开路电压。放电时，分布到正极涂覆层材料表面的正电荷通过正极集流体对外释放，正极涂覆层材料表面附近的正极电解液阴离子迀移回电解液中，正极涂覆层材料表面的双电层消散，介电层正极表面附近的正极电解液阳离子迀移回电解液中，介电层正极的阳离子层消散。分布到负极涂覆层材料表面的负电荷通过负极集流体对外释放，负极涂覆层材料表面附近的负极电解液阳离子迀移回电解液中，负极涂覆层材料表面的双电层消散，介电层负极表面附近的负极电解液的阴离子迀移回电解液中，介电层负极的阴离子层消散。
[0008]实施例二
本发明主要由正极、负极、介电层及外壳组成，正极与负极由介电层隔离开，外壳包覆并保护正极、负极与介电层。所述正极主要由正极集流体、正极涂覆层、正极电解液组成。正极集流体为铝箔，铝箔厚度为10-40微米，正极涂覆层为活性炭涂覆层，活性炭涂覆层厚度为O，1-3毫米，正极电解液为六氟磷酸锂30%-100%饱和浓度的有机电解液。所述负极主要由负极集流体、负极涂覆层、负极电解液组成。负极集流体为不锈钢箔，不锈钢的厚度为10-50微米，负极涂覆层为活性炭涂覆层，性炭涂覆层厚度为0.1-3毫米，负极电解液为氯化钠30%—100%饱和浓度的水溶液。负极电解液与正极电解液完全隔离。所述介电层为添加纳米钛酸钙的聚酰胺薄膜介电