CN103198933A

CN103198933A - 含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容

Info

Publication number: CN103198933A
Application number: CN2013101231386A
Authority: CN
Inventors: 吴凯明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明公开了一种含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容，它的构造是由电解液，2只电解液储箱，2只充电泵，电容工作室，2只放电泵，正电荷电解液储箱，负电荷电解液储箱组成，通过管道把它们连接起来，其特点在于在充放电过程中电容工作室中的电解液通过泵的抽运与4个外部储箱中的电解液和电解液极化后产生的正电荷电解液，负电荷电解液进行交换，这样就可通过扩大外接的电解液储量来提高双电层电容的比能量及储能，并且导电碳颗粒包含在液态电解液中，工作时随电解液流动，作为电解液极化后产生的正负离子的载体。

Description

含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容

技术领域

本发明涉及一种双电层电容，特别是一种含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容。

背景技术

双电层电容俗称超级电容或法拉电容，它具有充电快，寿命长，效率高，节能环保的特点，已部分取代蓄电池，目前正快速发展。根据物理原理，密封式双电层电容的容量是由电极板表面积决定的。为了增加电极板表面积目前国内外制造商都采取了两种措施：措施一；电极使用金属薄膜卷绕式结构以增大面积。措施二；使用含有微孔的导电碳颗粒并把它们粘附在正负电极板上，使表面积比过去有了很大的提高，容量也有很大提高。但是，这造成了它比功率很大，达到几KW / kg，比能量及储能不大，它的比能量只有2 W h / kg，也就是说；它的瞬时放电功率很大，但持续时间不长。电容的比能量及储能的大小是由参与反应的电解液容量及内能决定的，但在密封式双电层电容中金属电极占了很大的比重，电解液储量占的比重很小，这限制它的比能量及储能的提高。随着双电层电容应用范围的扩大，特别是推广应用到电动汽车领域及作为风力发电和太阳能发电的储能元件，这种密封式双电层电容的比能量及储能能力不足的缺点就越加显现出来。即使作了大规模的串并联，它的体积变得很庞大，使用范围受到很大的限制。如由上海奥威科技开发有限公司制造的储能式超级电容，(型号：无机超级电容单体UCE15V80000A型超级电容器，单体额定电压1.5V，额定容量80000F。网址：www.aowei.com.)，应用于上海的1 1路电车，每行驶一站路就要充一次电，行动范围受到了很大的限制。

发明内容

为了解决目前的密封式双电层电容比功率很大，比能量及储能较小的问题，本发明提供了一种含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容。其采用的技术方案是，整个双电层电容做成一个开放式的平板电极结构，通过扩大外接电解液储量来提高双电层电容的比能量及储能，电容在充放电过程中电容工作室中的电解液通过泵的抽运与外部储箱中的电解液和电解液极化后产生的正电荷电解液及负电荷电解液进行交换，导电碳颗粒包含在液态电解液中，工作时随电解液流动，作为电解液极化后产生的正负离子的载体。

它的构造是由电容工作室，电解液，2只电解液储箱，正电荷电解液储箱，负电荷电解液储箱，2只充电泵，2只放电泵及连接管道组成，电解液被灌注在电解液储箱中，通过管道把2只电解液储箱，2只充电泵，电容工作室，2只放电泵，正电荷电解液储箱，负电荷电解液储箱连接起来。

充电时电解液从电解液储箱中措出，泵入电容工作室，在电容工作室中电解液中的正负自由离子在电场作用下被极化，形成正负两个离子区，并分别吸附在电解液中带正负电的导电碳颗粒上，形成正电荷电解液和负电荷电解液，然后分别被送入正电荷电解液储箱和负电荷电解液储箱隔离存储。放电时正负电荷电解液被抽出，泵入电容工作室，在电容工作室中导电碳颗粒上的正负电荷通过正负电极和外回路放电，同时正负离子相互吸引，脱离导电碳颗粒的吸附，重新回到电解液中变成自由离子，被极化的电解液还原成电中性，然后被送入电解液储箱，放电过程完成。在电容工作室中设置有微孔隔离膜，正负离子可以自由穿越，但导电碳颗粒被过滤，不能穿越，以防内部漏电。

本发明的有益效果

由于在本发明中双电层电容的电解液由密封式改为开放液流式，它带来的益处有：

1，双电层电容储能的多少可以通过外接电解液储量的多少来调整。

2，水基电解液双电层电容的比能量由通常的2 W h / kg提高到60 W h/ kg。

3，它的电压，电流放电曲线在工作时始终保持平坦，有利于控制电路的设计。

附图说明

图1 为本发明含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容系统图。

图2 为本发明主要部件电容工作室剖视图。

图1，图2中的数字标号说明：

1.电容工作室，2.正电极板，3.负电极板，4.导电碳颗粒，5.负离子，6.正离子，7.微孔隔离膜，8.充电泵，18.充电泵，9.放电泵，27.放电泵，10.管道，11.电解液，12电解液.，19.电解液储箱，20.电解液储箱， 13.负电荷电解液储箱，14.正电荷电解液储箱.，15.负电荷电解液，16.正电荷电解液，17.电容壳体，21.端口，22.端口，23.端口，24.端口，25.负电极室，26.正电极室。

具体实施方式

步骤1，按图1，图2设计制作部件：电解液储箱（11）（12），正电极板（2），

负电极板（3），微孔隔离膜（7）（材质为聚四氟乙烯，孔径10微米，厚度50微米），

2只充电泵（8）（18）， 2只放电泵（9）（27），负电荷电解液储箱（13），正电荷电解液储箱（14），管道（10），左右电容壳体（17），导电碳颗粒（4）（颗粒直径50-100微米）。

使用材料：电极板选用导电石墨材料，其他部件全部使用PVC工程塑料。

然后按图1把2只电解液储箱（19）（20），2只充电泵（8）（18），电容工作室（1），2只放电泵（9）（27），正电荷电解液储箱（14），负电荷电解液储箱（13），用管道（10）连接起来，其连接顺序为：对于正电极侧，电解液储箱（20）接充电泵（18），出来后接入正电极室（26）的端口（22），穿过正电极区（26）后从端口（24）出来，出来后接放电泵（27），穿过放电泵（27）后接入正电荷电解液储箱（14），对于负电极侧，电解液储箱（19）接充电泵（8），出来后接入负电极室（25）的端口（21），穿过负电极区（25）后从端口（23）出来，出来后接放电泵（9），穿过放电泵（9）后接入负电荷电解液储箱（13）。

步骤2，配制电解液（11）（12）, 它的成分及重量比组成为：

水 52 % KOH（氢氧化钾）17 % 导电碳颗粒 50-100微米 30%

羧甲基纤维素防沉淀剂 1%

步骤3，向电解液储箱（19）（20）灌注电解液（12）（11）

步骤4，系统运行测试

现结合图1，图2对整个系统的运行作详细的说明：

由于受水的电解电压为1.23伏的限制，充电电压设为1伏。充电时，正负电极板（2）

（3）通电，含有导电碳颗粒的电解液(11)（12）通过充电泵（18）（8）从电解液储箱（20）

（19）中抽出分别进入电容工作室（1）的正电极室（26）和负电极室（25），这时导电碳颗粒（4）也带电，使得正电极室（26）的导电碳颗粒带正电，负电极室（25）的导电碳颗粒带负电，在正负电场的作用下电解液中的正负自由离子（5）（6）被极化，并受反电场的吸引各自向反电场方向运动，正离子向负电极区运动，并被吸附在带负电的导电碳颗粒上，形成了负电荷电解液（15）。负离子向正电极区运动，并被吸附在带正电的导电碳颗粒上，形成了正电荷电解液（16）。正负离子可以相互穿越微孔隔离膜（7），而导电碳颗粒被过滤不能相互穿越，在整个充电过程中电解液是流动的，前面充好电的正电荷电解液（16）被送入正电荷电解液储箱（14），负电荷电解液（15）被送入负电荷电解液储箱（13），后面不断补入来自电解液储箱（19）（20）的电解液(12)（11），就这样完成了充电过程。电极板与导电碳颗粒之间的导电方式为应用约瑟夫逊隧道导电效应，应使导电碳颗粒间的间距小于约瑟夫逊隧道导电效应距离。

放电时，通过2只放电泵（27）（9）从正负电荷电解液储箱（14）（13）中抽出正负电荷电解液（16）（15）分别送入电容工作室（1）的正负电极室（26）（25）。当外回路接通时，负电极室（25）导电碳颗粒上的电子通过负电极（3），外回路及正电极（2）流向正电极室（26）的带正电荷的导电碳颗粒放电，同时正负离子相互吸引，脱离导电碳颗粒的吸附重新回到电解液中，又成为自由离子，这样就完成了放电过程，放电后的电解液已成电中性，可被送入电解液储箱（19）（20）又成为原电解液（12）（11）。后面新的带电的正负电荷电解液（16）（15）不断补入，电流不断的输出，放电电压为1伏。

由于不断得到新的带电的正负电荷电解液的补充，本液流式双电层电容的电压，电流放电曲线在工作时始终保持平坦。它的比能量达到60 W h / kg ，充放电效率为90 % 。

Claims

1.一种含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容，它的构造是由电容工作室（1），电解液（12）（11），2只电解液储箱（19）（20），正电荷电解液储箱（14），负电荷电解液储箱（13），2只充电泵（8）（18），2只放电泵（9）（27）组成，电解液（12）（11）被灌注在电解液储箱（19）（20）中，其特征在于通过管道（10）把它们连接起来，其连接顺序为：对于正电极侧，电解液储箱（20）接充电泵（18），出来后接入正电极室（26）的端口（22），穿过正电极室（26）后从端口（24）出来，出来后接放电泵（27），穿过放电泵（27）后接入正电荷电解液储箱（14），对于负电极侧，电解液储箱（19）接充电泵（8），出来后接入负电极室（25）的端口（21），穿过负电极室（25）后从端口（23）出来，出来后接放电泵（9），穿过放电泵（9）后接入负电荷电解液储箱（13）。

2. 根据权利1所述的含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容，其特征在于在电容工作室（1）中的正电极室（26）和负电极室（25）之间设置有微孔隔离膜（7），其孔径为10微米，厚度为50微米，材质为聚四氟乙烯。

3. 根据权利1所述的含有导电碳颗粒的电解液液流式双电层电容，其特征在于配制的电解液（12）（11）, 它的成分及重量比组成为：

水 52 % KOH氢氧化钾 17 % 导电碳颗粒 50-100微米 30 %

羧甲基纤维素防沉淀剂 1 % 。