CN111863452A - 一种油浸式防爆阻燃结构电容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油浸式防爆阻燃结构电容器，壳体、油浸式防爆阻燃结构电容器本体，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体设置于所述壳体内，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体包括极板，所述极板包括基板及设于所述基板表面的电极层；由于所述电极层之材质为混有三聚氰胺的有序中孔碳材，使得碳材表面的孔洞受到氮官能基的影响造成极性改变，影响脱附离子的速度，提供额外的电容表现。如此一来，使得本发明创作所述油浸式防爆阻燃结构电容器整体具有较佳的功率密度及能量密度，即便是功率密度逐渐增加下的状态下，能量密度仍旧可以保持不错状态。

Description

一种油浸式防爆阻燃结构电容器

技术领域

本发明涉及电容器技术领域，特别涉及一种油浸式防爆阻燃结构电容器。

背景技术

随着电子产品不断被开发，消费者对于电子产品的除了在性能上、创新上、外型上均有要求外，逐渐地对于电子产品是否可以长时间连续使用方面也开始在意了起来。但，由于传统蓄电池在储能表现方面能略显不足，也因此，自从电容器逐渐开始发展后，其储能表现方面、输出功率方面均有优异表现，使得大家开始竞相研究，以期大幅度提升电容器的输出功率、及储能能力。

多孔碳材的孔径特性是影响电容器好坏的一项重要关键，孔洞多虽然可以具有较大的表面积，但是，过小的孔洞会造成电离子难以自由进出，而无法提供有效的电容效应。除了孔洞的特性外，碳材本身的化学组成及表面所含的官能基也是影响电容效应好坏的另一项重要关键。也因此，本发明者开始寻找碳材较佳的化学组成及最佳搭配的官能基，以期提升电容器的电容效应。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其技术方案如下：

一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，包括：

壳体、油浸式防爆阻燃结构电容器本体，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体设置于所述壳体内，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体包括极板，所述极板包括基板及设于所述基板表面的电极层；

所述极板的制作方式为：

(1)将水与甲醇等比例混合成第一混合溶液，将三聚氰胺加入所述第一混合溶液内，再将吡咯及硫酸加入所述第一混合溶液内，再以超音波对所述第一混合溶液进行震荡得到悬浮液体；

(2)将中孔硅模板SBA-15加入所述悬浮液体内，再将所述悬浮液体放入高温炉内，先以温度100℃加热一段时间后，再逐渐升温至160℃持续一段时间；

(3)重复(2)得到氮碳硅混合物，再将氮碳硅混合物加温至900℃一段时间后，再以氢氧化钠溶液进行清洗后再进行过滤，得到有序中孔碳材；

(4)取所述有序中孔碳材及碳黑加入超纯水中得到第二混合溶液，对所述第二混合溶液持续搅拌一段时间后，将聚四氟乙烯及乙醇加入所述第二混合溶液后持续搅拌一段时间得到浆料；

(5)取所述浆料涂设于碳布表面，再放入烘烤箱烘烤一段时间后得到所述电极层，再将所述电极层设置于所述基板表面。

与现有技术相比，本发明优势在于：利用碳材表面所参杂的氮官能基，使得碳材表面的孔洞极性受到改变，影响脱附离子的速度，提供额外的电容表现，也因此，造成所述油浸式防爆阻燃结构电容器整体具有较佳的功率密度及能量密度，即便是功率密度逐渐增加下，能量密度仍旧可以保持不错状态。尤其当所述电极层的含氮量在5～7％时，具有最佳的比电容表现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本创作的外观示意图

图2为导电端子的实施例示意图

图3为极板的制作方法

图4为电解质的制作方法

图5为各组件的连接示意图

图6为极板的层状结构

图中数字表示：

1 壳体

11 顶壁

2 油浸式防爆阻燃结构电容器本体

21 极板

211 基板

212 电极层

3 导电端子

4 条状板体

5 放电电阻

6 温度控制器

7 断路器

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

请看图1及图6，本发明创作是关于一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，包括：

壳体1、油浸式防爆阻燃结构电容器本体2，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体2设置于所述壳体1内，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体2包括极板21，所述极板21包括基板211及设于所述基板211表面的电极层212。

请看图3，所述极板21的制作方式为：

(1)先制作中孔硅模板SBA-15：取界面活性剂P123加入盐酸溶液中，搅拌后加入硅酸四乙酯，在固定温度下持续搅拌一段时间后形成白色沉淀物。取出白色沉淀物并放入烘烤箱内进行水热反应得到反应物，将所述反应物进行过滤后用去离子水进行清洗再进行干燥，所述干燥是放在室外一段时间，再用烘烤箱进行烘烤得到白色粉末。将所述白色粉末及氮气放入高温炉内，逐渐增温至500℃持续一段时间后得到所述中孔硅模板SBA-15。

(2)接着制作含有氮且混有三聚氰胺的有序中孔碳材，先将水与甲醇等比例混合成第一混合溶液，将三聚氰胺加入所述第一混合溶液内，最好等到所述三聚氰胺完全溶解于所述第一混合溶液后，再将吡咯及硫酸加入所述第一混合溶液内，再以超音波对所述第一混合溶液进行震荡得到悬浮液体。

(3)将所述中孔硅模板SBA-15加入所述悬浮液体内，先让二者均匀混合后，再将所述悬浮液体放入高温炉内，先以温度100℃加热一段时间后，再逐渐升温至160℃持续一段时间。

(4)重复(2)得到氮碳硅混合物，再将氮碳硅混合物加温至900℃一段时间后，使所述碳氮硅混合物产生碳化，再以氢氧化钠溶液进行清洗后以除去硅模板，之后再进行过滤得到所述有序中孔碳材。

(5)接下来进行所述电极层的制作，取所述有序中孔碳材及碳黑加入超纯水中得到第二混合溶液，对所述第二混合溶液持续搅拌一段时间后，将聚四氟乙烯及乙醇加入所述第二混合溶液后持续搅拌一段时间得到浆料。

(6)将所述碳布放入容器中以超音波进行震荡一段时间，再依序以丙酮、超纯水清洗一段时间后，再放入烘烤箱烘烤一段时间，如此一来便完成所述碳布的清洗流程。再来，取所述浆料涂设于碳布表面，再放入烘烤箱烘烤一段时间后得到所述电极层212，再将所述电极层212设置于所述基板211表面，如此一来便完成所述极板21。

透过本发明创作，可使所述油浸式防爆阻燃结构电容器整体具有较佳的功率密度及能量密度，即便是功率密度逐渐增加下，能量密度仍旧可以保持不错状态。此外，当所述电极层212的含氮量在5～7％时，具有最佳的比电容表现。

实施例2：

请看图4，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体2的电解质较佳为胶态高分子电解质薄膜。以下介绍所述胶态高分子电解质薄膜的制作方式：

(1)取聚乙二醇(PEG)、去离子水及氮气加入双颈反应器内进行加热搅拌一段时间，温度较佳在40℃左右，再将丙烯腈(PAN)加入所述双颈反应器再进行加热搅拌一段时间，温度同样在40℃左右为佳；取硝酸铈胺溶入硝酸溶液中得到第三混合溶液；将所述第三混合溶液缓缓加入所述双颈反应器，等到完全反应后得到非均相溶液，将所述非均相溶液进行抽气过滤后再分别以去离子水及丙酮反复进行清洗多次再进行干燥处理，较佳是放在真空烘箱以80℃左右进行烘干，得到PAN-b-PEG-b-PAN三嵌段共聚物高分子，此外，透过改变丙烯腈的重量，可调整所述PAN-b-PEG-b-PAN三嵌段共聚物高分子中，AN/EG之间的链段比。所述PAN-b-PEG-b-PAN三嵌段共聚物高分子的分子式为：

(2)取PAN-b-PEG-b-PAN三嵌段共聚物高分子、过氯酸锂及二甲基甲酰胺放入容器内，再以高温烘箱以80℃左右进行加热得到均相高分子电解质溶液，取微量(如0.1g)所述均相高分子电解质溶液放置于铝盘，再进行加热处理以蒸发所述二甲基甲酰胺得到所述胶态高分子电解质薄膜。

所述胶态高分子电解质薄膜透过三嵌段共聚物具有特别的线性结构，可有效降低阻抗中的离子移动阻力(equivalent series resistance)，及质传扩散阻力(Warburgregion)。综合来说，透过丙烯腈与乙二醇所产生的协同效应，以大幅度提升所述油浸式防爆阻燃结构电容器的储能表现、比能量、比功率等方面的表面，举例来说在比功率10k Wkg^-1的条件下，比能量可达高达21Wh kg^-1，在低放电速率0.12A g^-1的条件下，最大比能量也可高达30kW kg^-1。

实施例3：

请看图2，其实施方式为：所述壳体1表面设有数个相间隔依序排列的导电端子3，且各导电端子3分别电性连接所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体2，各导电端子3的底端分别依序穿设所述壳体1的顶壁11，及条状板体4，所述条状板体4与所述壳体1的顶壁11之间具有间距。

如此一来，透过相间隔的所述顶壁11及条状板体4，可令所述各导电端子3更稳固的设置于所述壳体1顶面，不易受外力影响而损毁。

实施例4：

请看图5，为确保本创作于使用时的用电安全，本创作更进一步令所述各导电端子3分别电性连接放电电阻5，各放电电阻5分别设置于所述壳体1的顶壁11外侧。

实施例5：

请看图5，同样的为确保本创作的用电安全，当温度上升至默认值时就会停止作动以避免发生意外，为此，本创作再进一步可以实施为：所述壳体1内设有温度控制器6，各导电端子3电性连接所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体2的路径一段部分别设有断路器7，当所述温度控制器6侦测到所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体2的温度超过默认温度时，则控制所述断路器7形成断路。

实施例6：

为避免本创作在使用时温度过高，所述壳体1较佳是利用金属材质所制，且外侧设有多个散热鳍片，以令本创作于使用时可保持较低的温度而不易酿成意外。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，包括：

壳体、油浸式防爆阻燃结构电容器本体，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体设置于所述壳体内，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体包括极板，所述极板包括基板及设于所述基板表面的电极层；

所述极板的制作方式为：

(1)将水与甲醇等比例混合成第一混合溶液，将三聚氰胺加入所述第一混合溶液内，再将吡咯及硫酸加入所述第一混合溶液内，再以超音波对所述第一混合溶液进行震荡得到悬浮液体；

(2)将中孔硅模板SBA-15加入所述悬浮液体内，再将所述悬浮液体放入高温炉内，先以温度100℃加热一段时间后，再逐渐升温至160℃持续一段时间；

(3)重复(2)得到氮碳硅混合物，再将氮碳硅混合物加温至900℃一段时间后，再以氢氧化钠溶液进行清洗后再进行过滤，得到有序中孔碳材；

(4)取所述有序中孔碳材及碳黑加入超纯水中得到第二混合溶液，对所述第二混合溶液持续搅拌一段时间后，将聚四氟乙烯及乙醇加入所述第二混合溶液后持续搅拌一段时间得到浆料；

(5)取所述浆料涂设于碳布表面，再放入烘烤箱烘烤一段时间后得到所述电极层，再将所述电极层设置于所述基板表面。

2.根据权利要求1所述的一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，所述中孔硅模板SBA-15的制作方式为：取界面活性剂P123加入盐酸溶液中，搅拌后加入硅酸四乙酯，在固定温度下持续搅拌一段时间后形成白色沉淀物；取出白色沉淀物并放入烘烤箱内进行水热反应得到反应物，将所述反应物进行过滤后用去离子水进行清洗再进行干燥，再用烘烤箱进行烘烤得到白色粉末；将所述白色粉末及氮气放入高温炉内，逐渐增温至500℃持续一段时间后得到所述中孔硅模板SBA-15。

3.根据权利要求2所述的一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，步骤(5)中所述浆料涂设于碳布表面前，先将所述碳布放入容器中以超音波进行震荡一段时间，再依序以丙酮、超纯水清洗一段时间后，再放入烘烤箱烘烤一段时间。

4.根据权利要求3所述的一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体的电解质为胶态高分子电解质薄膜，所述胶态高分子电解质薄膜的制作方式为：(1)取聚乙二醇(PEG)、去离子水及氮气加入双颈反应器内进行加热搅拌一段时间，再将丙烯腈(PAN)加入所述双颈反应器再进行加热搅拌一段时间；取硝酸铈胺溶入硝酸溶液中得到第三混合溶液；将所述第三混合溶液缓缓加入所述双颈反应器，等到完全反应后得到非均相溶液，将所述非均相溶液进行抽气过滤后再分别以去离子水及丙酮进行清洗再进行干燥处理，得到PAN-b-PEG-b-PAN三嵌段共聚物高分子；所述PAN-b-PEG-b-PAN三嵌段共聚物高分子的分子式为：

(2)取PAN-b-PEG-b-PAN三嵌段共聚物高分子、过氯酸锂及二甲基甲酰胺放入容器内，再以高温烘箱进行加热得到均相高分子电解质溶液，取微量所述均相高分子电解质溶液放置于铝盘，再进行加热处理以蒸发所述二甲基甲酰胺得到所述胶态高分子电解质薄膜。

5.根据权利要求4所述的一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，所述壳体表面设有数个相间隔依序排列的导电端子，且各导电端子分别电性连接所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体，各导电端子的底端分别依序穿设所述壳体的顶壁，及条状板体，所述条状板体与所述壳体的顶壁之间具有间距。

6.根据权利要求5所述的一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，各导电端子分别电性连接放电电阻，各放电电阻分别设置于所述壳体的顶壁外侧。

7.根据权利要求6所述的一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，所述壳体内设有温度控制器，各导电端子电性连接所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体的路径一段部分别设有一断路器，当所述温度控制器侦测到所述油浸式防爆阻燃结构电容器本体的温度超过默认温度时，则控制所述断路器形成断路。

8.根据权利要求7所述的一种油浸式防爆阻燃结构电容器，其特征在于，所述壳体为金属材质所制，且外侧设有多个散热鳍片。

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