CN102938316A - 一种大功率储能电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率储能电源，包括绝缘介电层（1），其特征是：所述介电绝缘层（1）内部设置有至少一个正内电极（2）和一个负内电极（3），所述正内电极（2）的一端通过正端电极（4）连接正极极性柱（5），所述负内电极（3）的一端通过负端电极（6）连接负极极性柱（7），所述绝缘介电层（1）两侧分别设置有抗干扰涂层（8），所述绝缘介电层（1）、正端电极（4）、负端电极（6）和抗干扰涂层（8）都包裹在绝缘涂层（9）内。本发明储能密度高，是目前最好的锂电池的3-4倍、寿命长、充电快、成本低，与铅酸电池相当、可大电流放电等优点。

Description

一种大功率储能电源

技术领域

本发明涉及电子储能领域，具体地讲，涉及一种大功率储能电源。

背景技术

    由于石油资源的日益枯竭，石油危机导致石油资源的价格大幅度上涨，内燃机汽车在消耗大量石油资源的同时，产生了大量的污染，给城市带来了新的烦恼。由于电能来源广泛，价格便宜，电动汽车越来越受到人们的欢迎。但电动汽车由于受储能技术的制约，到目前为止，在全球范围内，仍然处于起步阶段。

人们已经探索和开发了多种形式的电能储能方式，其中以化学储能电池和双电层超级电容器储能（ElectricalDoule-LayerCapacitor简称EDLC）、多层陶瓷电容器(Multi-layer ceramic capacitors简称MLCC)最具代表性。

目前市场上的化学储能电池丰要有铅酸电池，镍氢电池，液流钒电池、锂电池、燃料电池等化学电池。这类化学电池通过电能化学能一电能的转换过程，来实现能量的储存和释放。而以锂电池为代表的化学电池在能量密度方面已趋于极限，而且充放电速度慢、大功率锂电池存在安全隐患等。

为克服上述化学电池存在的难题，EDLC由于充放电速度快 (以秒分钟计)，在近十年获得的了迅速的发展，其原理是基于采用高比表面积电极材料，来增大电容量，上万法拉的超级电容器已能批量生产。然而双电层超级电容器的单体模块电压低(<3伏)，储能很少，目前最好的双电层电容器的比能量只有锂电池的十分之一。

MLCC虽具有充放电快、寿命长等优点，由于目前在结构上的缺陷在高压下绝缘介电层易被被击穿及产生表面电弧放电，不能在高电压状态下使用，储能尚不及EDLC，更无法用于大功率储能。

因此目前的储能技术已严重制约了以电动汽车产业的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大功率储能电源，此电源耐高压、防电磁干扰、电容大、储能密度高、制备成本低、充电快、漏电少、寿命长、安全性能好、绿色环保。

本发明采用如下技术手段实现发明目的：

一种大功率储能电源，包括绝缘介电层（1），其特征是：所述介电绝缘层（1）内部设置有至少一个正内电极（2）和一个负内电极（3），所述正内电极（2）的一端通过正端电极（4）连接正极极性柱（5），所述负内电极（3）的一端通过负端电极（6）连接负极极性柱（7），所述绝缘介电层（1）外侧设置有抗干扰涂层（8），所述绝缘介电层（1）、正端电极（4）、负端电极（6）和抗干扰涂层（8）都包裹在绝缘涂层（9）内。抗干扰涂层是铝、铜、镍中的一种或几种组成，这样保证了在高压条件下充电时的电磁干扰问题。绝缘涂层采用环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯等绝缘材料，进一步保证了在高压条件下，由于表面电弧放电导致的失效。

作为对本技术方案的进一步限定，所述正极极性柱（5）和负极极性柱（7）外层具有螺纹结构。这样保证了在连接时，尤其是在高压条件下结构牢固、安全可靠。

作为对本技术方案的进一步限定，所述绝缘涂层（9）的外形为正方体形或者长方体形。

 

作为对本技术方案的进一步限定，所述正内电极（2）和负内电极（3）为正方体圆角结构或者长方体圆角结构。这样保证了在高压条件下，由于表面电弧放电导致的失效。

作为对本技术方案的进一步限定，所述绝缘介电层（1）厚度在0.5-10um，介电强度>300V/um，介电常数在1000-1000000之间。

作为对本技术方案的进一步限定，所述正内电极（2）和负内电极（3）厚度在0.1-2um，比表面积在10-2500m²/g之间。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明储能密度高，是目前最好的锂电池的3-4倍、寿命长、充电快、成本低，与铅酸电池相当、可大电流放电等优点。本发明与现有储能产品相比，还有耐高压、防电磁干扰、功率大、漏电少、安全性能好、绿色环保等优点，兼具锂电池的高能量密度和双层超级电容器、多层陶瓷电容器的高功率特性，该产品有望取代锂离子二次电池和双电层超级电容器，不但在电动汽车，而且在风能、太阳能储能、电动工具、各类照明灯具和通讯类电子产品等行业中做为电源或储能装置。

附图说明

图1为本发明优选实施例的结构示意图。

图2为本发明的单层绝缘介电层和内电极的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作更进一步的详细描述。

参见图1和图2，本发明包括绝缘介电层1、正内电极2、负内电极3、正端电极4、正极极性柱5、负端电极6、负极极性柱7、抗干扰涂层8、绝缘涂层9.所述介电绝缘层1内部设置有至少一个正内电极2和一个负内电极3，所述正内电极2的一端通过正端电极4连接正极极性柱5，所述负内电极3的一端通过负端电极6连接负极极性柱7，所述绝缘介电层1两侧分别设置有抗干扰涂层8，所述绝缘介电层1、正端电极4、负端电极6和抗干扰涂层8都包裹在绝缘涂层9内。本实例中正负内电极2、3均为石墨烯，分别为500层，绝缘介电层1为掺杂改性纳米钛酸钡，端电极4为金属镍，极性柱5、6均为铜锡合金。

本实例中正、负内电极2、3正对面积为50mm²，内电极之间的绝缘介电层1厚度为3um。

石墨烯材料具有非常大的比表面积，其比表面积为普通材料的5倍以上。在本实例中，由于采用石墨烯为内电极导电材料，内电极面积增加至少5倍，以5倍计，内电极实际扩大为面积为250mm²。

本实例中掺杂改性纳米钛酸钡绝缘介电材料的介电常数达到20000，介电层耐压达到300V/um。

所述正极极性柱5和负极极性柱7外层具有螺纹结构。

所述绝缘涂层9的外形为正方体形或者长方体形。

所述正内电极2和负内电极3为正方体圆角结构或者长方体圆角结构。

所述绝缘介电层1厚度在0.5-10um，介电强度>300V/um，介电常数在1000-1000000之间。

所述正内电极2和负内电极3厚度在0.1-2um，比表面积在10-2500m²/g之间。

根据储能公式E= 1/2 CV²，E储能(J)，C为电容(F)，V为电压(V)。储能量与电容量成正比，与绝缘介电材料所能耐受的电压的平方数成正比。要提高储能密度，提高绝缘层的耐压场强是最有效的技术方案之一。本发明绝缘介电层1采用耐高压、高介电常数的介电材料，这样保证了在高压条件下，所述大功率电容电池不被击穿。

根据储能公式E= 1/2 CV ²，要提高储能密度，提高电容量是提高储能密度的另一技术方案。根据电容计算公式C =ε xε₀xS/d; ε相对介电常数；ε₀真空介电常数8.86×10^-12单位F/m；面积S，单位平方米；极板间距d，单位米。增大正、负内电极2、3比表面积、减薄绝缘介电层的厚度、提高介电层的相对介电常数都能提高电容电池的电容量。本发明采用以石墨烯为代表的高表面积材料制备内电极，采用Ca、Zr、Mn、Zn 、Mg等碱金属和Dy、Er、H0、Y、Yb、Ga、Nd、PT、Sm和Gd等稀土金属掺杂改性纳米钛酸钡、钛酸锶钡、钛酸铜钙等介电材料，制备微米级介电层，这样保证了在同等质量或同等体积下实现储能电源大容量。

本发明的另一结构形式，可并联两个以上单体，构成不同用途的大功率储能电源。

本发明的另一个实施例将30256个此大功率超级储能电源芯片并连在一起，可组成一个储能量为50KW、体积为13.95L、质量只有77.5kg的大功率储能电源。可供功率10kw的电动汽车以100km/h的速度行驶500km,在充电站内5分钟就可充满电，像汽车加油一样方便。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大功率储能电源，包括绝缘介电层（1），其特征是：所述介电绝缘层（1）内部设置有至少一个正内电极（2）和一个负内电极（3），所述正内电极（2）的一端通过正端电极（4）连接正极极性柱（5），所述负内电极（3）的一端通过负端电极（6）连接负极极性柱（7），所述绝缘介电层（1）的外侧设置有抗干扰涂层（8），所述绝缘介电层（1）、正端电极（4）、负端电极（6）和抗干扰涂层（8）都包裹在绝缘涂层（9）内。

2.根据权利要求1所述的大功率储能电源，其特征是：所述正极极性柱（5）和负极极性柱（7）外层具有螺纹结构。

3.根据权利要求1所述的大功率储能电源，其特征是：所述绝缘涂层（9）的外形为正方体形或者长方体形。

4.根据权利要求1所述的大功率储能电源，其特征是：所述正内电极（2）和负内电极（3）为正方体圆角结构或者长方体圆角结构。

5.根据权利要求1所述的大功率储能电源，其特征是：所述绝缘介电层（1）厚度在0.5-10um，介电强度>300V/um，介电常数在1000-1000000之间。

6.根据权利要求1所述的大功率储能电源，其特征是：所述正内电极（2）和负内电极（3）厚度在0.1-2um，比表面积在10-2500m²/g之间。

Images