CN101763948A - 酸性超级电容器 - Google Patents

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凌付冬
佘沛亮
苏迎东
张明
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Abstract

本发明公开了一种新型酸性超级电容器，其电芯由正极、负极、隔膜加电解液所组成，正极为PbO2正极，负极为在铅集流体上涂敷多孔活性材料，多孔活性材料的组分及配比(重量)为活性炭55～95％、导电剂4.5～30％，粘结剂0.1～15％，将正负极用隔膜包好，所用电解液为浓度1.0～2.0mol/L的H2SO4电解液。用本发明制作的酸性超级电容器，工作电位窗口可以达到2.0V，比能量可以达到20Wh/kg以上，并可显著降低超级电容器的材料成本，缩短制作时间。

Description

酸性超级电容器
技术领域
本发明涉及一种新型酸性超级电容器，特别是酸性超级电容器的负极材料。
背景技术
超级电容器又称为电化学电容器，是20世纪70年代末出现的一种新产品，电容量高达法拉级，是介于电容器和电池之间的储能器件。从使用的电极材料来看，目前主要有3种类型：高比表面积碳材料超级电容器、金属氧化物超级电容器、导电聚合物超级电容器。超级电容器储存电荷的能力强，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。因其具有高比功率、大电容和循环寿命长等特点，成为一种新型的储能装置，在世界范围内引起了极大关注。
随着全球经济和社会的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益恶化，人类将更加依赖于太阳能、风能、生物质能或氢能等可再生能源。其中，在太阳能和风能的储能系统领域，目前主要以铅酸蓄电池技术为主，这种技术存在寿命短、工作温度范围窄、大电流接受能力差等缺陷，所以需要开发新型超电容电池技术来满足该领域储能要求。
现有无机不对称体系超级电容器主要采用碱性体系电解质，电极主要以镍为主，如专利CN101004973A公布了使用氢氧化镍和二氧化锰的混合材料为正极的混合超级电容器、专利CN1431669A公布了使用烧结镍为正极的混合超级电容器，负极为镍体系集流体上涂敷多孔活性炭材料，这种超级电容器尽管寿命较长，但价格是同类型铅酸蓄电池的10～20倍、且工作电位窗口只有1.5V，比能量只有5～10wh/kg左右，难以在储能系统得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的是针对目前的超级电容器大多采用镍电极带来的成本高、比能量低的问题，设计一种能提高超级电容器的工作电位窗口、体积和重量比能量，而且能大幅度降低材料成本的新型酸性超级电容器。
本发明的技术方案是：酸性超级电容器，电芯由正极、负极和隔膜组成，加入电解液制成超级电容器，正极为PbO2材料，其改进之处是所述负极是在铅集流体上涂敷多孔活性材料制成，该多孔活性材料的组分及其重量百分比为：活性炭55～95％，导电剂4.5～30％，粘结剂0.1～15％，所述电解液为无机酸。
进一步的方案是：所述导电剂为导电石墨、超导炭、石墨乳、乙炔黑、导电炭黑中的一种或几种混合而成；所述粘结剂为聚四氟乙烯，羧甲基纤维素钠、水性粘合剂中的一种或几种混合而成；所述无机酸为浓度1.0～2.0mol/L的硫酸。
利用现有的PbO2为正极，对负极材料作改进，正负极电极包上隔膜，放入无机酸电解液，优选浓度1.0～2.0mol/L的H2SO4电解液即可组成酸性超级电容器。本发明使用现有的PbO2正极，只需经过简单的处理，负极采用铅集流体涂敷优质的多孔活性材料，并对活性材料的组分和配比进行优化组合，就可以大大降低材料成本，提高产品性能。制作的超级电容器的比能量可达到20Wh/kg以上，工作电位窗口拓展到2.0V，可显著提高超级电容器的能量密度，降低超级电容器的内阻。
具体实施方式
实施例1
将活性炭、导电剂、粘结剂按照下列重量百分比进行混合，活性炭55％、导电剂30％，粘结剂15％，其中导电剂选用导电石墨，粘结剂选用聚四氟乙烯(PTFE)，加入适量的去离子水，混合成膏状，将混合好的炭膏均匀的涂敷在铅集流体上，120℃进行真空烘干，用轧膜机进行辊压成型，再裁剪成一定的尺寸，制得负极极片，正极利用PbO2正极，将正负极用隔膜分别包好，隔膜选用PE截技膜单层，按照正负极1∶1的比例组成电芯，将电芯浸入1.0mol/L的H2SO4电解液中浸泡2小时，组成酸性超级电容器。
实施例2
将活性炭、导电剂、粘结剂按照下列比例(重量)进行混合，活性炭75％、导电剂20％，粘结剂5％，其中导电剂选用超导炭，粘结剂选用聚四氟乙烯(PTFE)和羧甲基纤维素钠(CMC)按重量比1∶1混合使用，电解液为1.5mol/L的H2SO4，制作方法和实例1相同。与实例1相比，实例2所得到的极片导电性更好，工作电位窗可以达到2.0V。
实施例3
将活性炭、导电剂、粘结剂按照下列比例(重量)进行混合，活性炭90％、导电剂8％，粘结剂2％，其中导电剂选用超导炭和乙炔黑按重量比1∶1混合，粘结剂选用聚四氟乙烯(PTFE)和羧甲基纤维素钠(CMC)按重量比2∶1混合使用，电解液为2.0mol/L的H2SO4，制作方法和实例1相同。与实例1相比实例3所得到的极片容量更高，导电性更好，工作电位窗可以达到2.0V，比能量可以达到20Wh/kg以上，并可显著降低超级电容器的材料成本，约为镍电极的1/3。

Claims (4)

1.一种酸性超级电容器，电芯由正极、负极和隔膜组成，加入电解液制成超级电容器，正极为PbO2材料，其特征是所述负极是在铅集流体上涂敷多孔活性材料制成，该多孔活性材料的组分及其重量百分比为：活性炭55～95％，导电剂4.5～30％，粘结剂0.1～15％，所述电解液为无机酸。
2.按权利要求1所述酸性超级电容器，其特征是：所述导电剂为导电石墨、超导炭、石墨乳、乙炔黑、导电炭黑中的一种或几种混合而成。
3.按权利要求1所述酸性超级电容器，其特征是：所述粘结剂为聚四氟乙烯，羧甲基纤维素钠、水性粘合剂中的一种或几种混合而成。
4.按权利要求1所述酸性超级电容器，其特征是：所述无机酸为浓度1.0～2.0mol/L的硫酸。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102299304A (zh) * 2011-07-29 2011-12-28 南京双登科技发展研究院有限公司 电动车用铅碳电池
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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