一种高储能电容单元的制作方法_2

文档序号:10407519阅读:来源:国知局
、聚(3— 丁基噻吩)、聚(3—己基噻吩)、聚(3—庚基噻吩)、聚(3—辛基噻吩)、聚(3—癸基噻吩)、聚(3 —十二烷基噻吩)、聚(3 —十八烧基噻吩)、聚(3 —漠基噻吩)、聚(3 —氣基噻吩)、聚(3 —鹏基噻吩)、聚(3 —氛基噻吩)、聚(3—苯基噻吩)、聚(3,4一二甲基噻吩)、聚(3,4一二丁基噻吩)、聚(3 —羟基噻吩)、聚(3 —甲氧基噻吩)、聚(3 —乙氧基噻吩)、聚(3 — 丁氧基噻吩)、聚(3 —己氧基噻吩)、聚(3—庚氧基噻吩)、聚(3—辛氧基噻吩)、聚(3—癸氧基噻吩)、聚(3—十二烷氧基噻吩)、聚(3—十八烷氧基噻吩)、聚(3,4一二羟基噻吩)、聚(3,4一二甲氧基噻吩)、聚(3,4一二乙氧基噻吩)、聚(3,4一二丙氧基噻吩)、聚(3,4一二丁氧基噻吩)、聚(3,4一二己氧基噻吩)、聚(3,4一二庚氧基噻吩)、聚(3,4一二辛氧基噻吩)、聚(3,4一二癸氧基噻吩)、聚(3,4一二(十二烷基)氧基噻吩)、聚(3,4一乙二氧基噻吩)、聚(3,4一丙二氧基塞吩)、聚(3,4一丁二氧基噻吩)、聚(3 —甲基一 4 一甲氧基噻吩)、聚(3 —甲基一 4 一乙氧基噻吩)、聚(3 —羧基噻吩)、聚(3 —甲基一 4 一羧基噻吩)、聚(3 —甲基一 4 一羧基乙基噻吩)、聚(3 —甲基一 4 一羧基丁基噻吩)、聚苯胺、聚(2—甲基苯胺)、聚(3—异丁基苯胺)、聚(2—苯胺磺酸)、聚(3—苯胺磺酸)等。
[0026]电解质I中还能进一步包含其他可选择成分,例如有机盐类、聚阴离子及任何能帮助提升性能的辅助材料,藉以提升电解质I的导电度、电化学稳定性及机械性质,使高储能电容单元C的性能提高(工作电压和容量提升、ESR和实体尺寸减缩)。
[0027]在本实施例中,有机盐类可包含酰胺基(具有碳氧双键和碳氮单键的官能基),有机盐类的具体例包含但不限于:acetamide、urea、me thy I urea (MVIU)、2_oxazol idinone(OZO)、ethyleneurea、以及I,3_dimethylurea(DMU)。有机盐类具有作为:π共轭系导电性高分子掺配物以提高导电性和电化学稳定性的机能,举例来说,在添加适量有机盐类的情况下(相对于100wt°/c^导电性高分子,有机盐类的含量为XI?X2 wt%),可达到提高导电性及电化学稳定性的效果。
[0028]聚阴离子为具有含阴离子结构单元的物质,聚阴离子的具体例包含但不限于:经取代或未取代之聚烷撑、经取代或未取代之聚烯撑、经取代或未取代之聚酰亚胺、经取代或未取代之聚酰胺、经取代或未取代之聚酯的单独聚合物或共聚合物。聚阴离子具有作为JT共轭系导电性高分子掺配物以提高导电性的机能,举例来说,在某些特殊情况下(如具有羟基时),聚阴离子可透过氢键增强其与导电性高分子的相互作用,以提高导电性。
[0029]辅助材料可以是陶瓷颗粒,其具体例包含但不限于:高表面积的Zr02、Ti02、A1203、亲油性Si02及玻璃纤维等。作为Ji共轭系导电性高分子掺配物,陶瓷颗粒的添加能降低高分子主体的结晶度,并有助于提升导电性、电化学稳定性及机械性质。
[0030]第一集电体2及第二集电体3间隔设置于电解质I中且彼此相对,第一和第二集电体2、3的材料可以是石墨、镍、铝或铜等,举例来说,第一和第二集电体2、3各可以是一铜片,而且铜片的尺寸大小和形状可依据实际需要作适度的调整。而较佳的设计是,第一和第二集电体2、3各可以是一金属多孔体,例如但不限于:铝(Al)的多孔体、镍(Ni)的多孔体或镍铬合金(N1-Cr)的多孔体。藉此,高储能电容单元C于使用时,活性物质能尽量保持于集电体以减少电极的内电阻,增加高储能电容单元C的能量密度,进而能有效提供顺时大电流之高功率输出。
[0031]第一电极4(作为高储能电容单元C的正电极)设置于第一集电体2的表面,且第一电极4与第一集电体2保持电性接触。而较佳的设计是,本实施例之第一电极4包含一金属基材41及一覆盖金属基材41表面的过渡金属氧化物层42,而较佳的设计是,金属基材41为一多孔质金属基材,例如但不限于:泡棉状铝材、泡棉状钴材、或泡棉状镍材;过渡金属氧化物层42的材料为氧化锰(Mn02)、氧化镍(N1)、氧化钴(Co304)、氧化钒(V205)、氧化钌(Ru02)或氧化铱(Ir02)。
[0032]值得注意的是,本实用新型透过过渡金属氧化物复合材料阳极之运用,其中第一电极4可藉由多孔质金属基材41来提升实际上可利用之表面积,以增加电极表面与电解质I间之反应界面,如此一来,高储能电容单元C在外部电场的作用下,可在该反应界面形成电双层(electrical double layer),使离子以电子吸附的方式储存在电极材料内;再者,过渡金属氧化物层42在外部电场的作用下,可透过快速的氧化还原反应在其表面和体相内储存大量电荷,使高储能电容单元C的工作电压得到显着提升(提升大于100%两倍以上)。
[0033]除此之外,过渡金属氧化物层42可作为高储能电容单元C的拟电容,也就是说,过渡金属氧化物层42可透过表面反应的电荷转移而形成的法拉第电流,增加高储能电容单元C的电容量。附带一提,上述的过渡金属氧化物材料不仅价格低廉,且均具有较好的超级电容特性。
[0034]过渡金属氧化物层42的制备方法可包括:步骤:首先,将过渡金属氧化物原料(如奈米片、奈米颗粒或奈米线)溶于去离子水,形成过渡金属氧化物初始溶液;然后,利用电化学阳极氧化成长方式,使过渡金属氧化物层42成长于金属基材41上。以上所述,仅为本实用新型的较佳实施例而已,本实用新型并不限制过渡金属氧化物层42的制备方法。
[0035]举例来说,过渡金属氧化物层42也可以利用像是固相法、化学沉淀法、溶胶凝胶法、水热法或熔盐法等方法形成;需要说明的是,不同的制备方法会对原料的粒径、团聚程度及微观形貌等各方面产生很大的影响,本领域的技术人员可以根据特定的电化学性能而选择合适的制备方法,并依此来完成第一电极4的制作。
[0036]第二电极5(作为高储能电容单元C的正电极)设置于第二集电体3的表面,且第二电极5与第二集电体3保持电性接触。第二电极5的材料可以是一由奈米碳材料制成的碳电极,奈米碳材料的具体例包含但不限于:奈米石墨稀、奈米碳管、奈米碳黑、奈米碳纤维及奈米碳球等。第二电极5具有高表面积、高导电性且不会与电解液产生化学反应,因此,第二电极5于使用时可透过电化学机构的电双层效应,将大量离子储存于电极表面。
[0037]隔离膜6设置于第一电极4与第二电极5之间,用以避免两极互相接触,隔离膜6的材质无特别限制,可利用市面上现有的隔离膜,而本实施例系采用无纺布作为隔离膜6。(非必要的组件,claim)
[0038]请参阅图2,根据本实施例之高储能电容单元的另一种实施态样,第二电极5也可依实际需求而设计为泡棉状结构,以提升实际上可利用之表面积。
[0039]请参阅图3,根据本实施例之高储能电容单元的又一种实施态样,高储能电容单元C也可依实际需求而不包括隔离膜6,然而电解质I必须为水系胶体电解液,其中水系胶体电解液可选择包含或不包含上述的导电性高分子。值得注意的是,虽然水系电解液的工作电压一般较低,但是本实用新型透过水系胶体电解液的使用,可使工作电压由现有的0.8V左右大幅提升至2.0V以上,且绝无安全上的疑虑(不
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