CN202423448U - 纳米碳纤维电容电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纳米碳纤维电容电池，包括壳体(3)、正极板(4)、负极板(6)、隔膜(5)，其特征是：所述的隔膜(5)设置在正极板(4)与负极板(6)之间，正极板(4)、隔膜(5)以及负极板(6)卷绕成柱状后放置在壳体(3)内，壳体(3)内充装有电解液，壳体(3)上固定有与正极板(4)相连接的正极耳(1)以及与负极板(6)相连接的负极耳(2)。采用上述结构后，具有可以大电流充放电、比能量高、容量大、重量轻、具有电容和蓄电池特性等优点。

Description

纳米碳纤维电容电池

技术领域

本实用新型涉及一种电池，特别是一种电化学与物理有机结合而成具有电容和蓄电池特性的电容电池。 

背景技术

现在市场上大量采用的铅酸蓄电池，在使用过程中存在主要缺陷和不足：一是充电时间过长，严重限制了蓄电池的实际应用，且不能采用大电流充电，在采用大电流充电时，极板容易产生焦耳热，并分解水，降低使用寿命，电池变形，甚至裂开而失效，大电流放电时也伴随热效应，导致电压降低，电池的容量也随放电电流增大而降低，有的蓄电池充电最快也要1小时以上，慢则8小时以上。二是比能量低，至使重量过于笨重，是电动车辆不能普及的主要原因之一，铅酸电池的比能量一般只有30-40Wh/kg，由于比能量低，导致铅酸蓄电池不能在汽车、铁路机车、客车、飞机、舰船、坦克、运动工具和各种设备上使用。为此，许多生产厂家和有识之士进行了开发和研究，但至今尚未有合理的产品面世。 

发明内容

为了克服现有电池存在的上述弊病，本实用新型的目的是提供一种可以大电流充放电、比能量高、容量大、重量轻、具有电容和蓄电池特性的纳米碳纤维电容电池。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案，它包括壳体、正极板、负极板、隔膜，所述的隔膜设置在正极板与负极板之间，正极板、隔膜以及负极板卷绕成柱状后放置在壳体内，壳体内充装有电解液，壳体上固定有与正极板相连接的正极耳以及与负极板相连接的负极耳。 

所述正极板的主体为铝板栅，负极板的主体为铜板栅，活性纳米碳纤维直径为25-85nm，长度为200-300nm。 

所述的正极板、隔膜及负极板之间具有小间距。 

所述的隔膜由高绝缘强度的高分子无纺布制备。 

采用上述结构后，本实用新型有如下优点和效果： 

活性纳米碳纤维本身有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。它有极大的比表面积、极高的活性和孔隙率，散热效率高、扩散速率大。即使通过很大的电流，也只有很小的电流密度。因此，由其制作的正、负极板可以通过很大的充放电电流而不产生热效应。此物理效应大大缩短了充电时间。本实用新型采用物理方法大电流快速充电，采用化学方法长时间小电流低电压慢速放电，两者齐全，恰到好处。 

活性纳米碳纤维层纤维直径为25-5nm，其长度为200-300nm，这一尺寸的活性碳纤维活性大，比表面积大，加上碳纳米管后比表面更加大，用于制作正负极板效果最好，每一组正负极板及其隔膜都具有大电流的小间距。隔膜由高绝缘强 度的高分子无纺布制备。这一结构同时具有法拉级电容的特性和大功率电池的特性，其等效电路相当于一个法拉级大电容和一个大功率电池并联。从对等效电路分析可见，瞬时间放电时，电容具有超前角，首先放电，可接受大电流放电的需要，长时间放电时，电池可慢速放电，解决长时间的特点。此时总的放电电流等于电容和电池放电电流之和。充电时，电容首先充电，可防止电流过大冲击力损害电池。此时总的充电电流等于电容和电池充电电流之和，相当于外电路并联多个吸收电容。 

电池和电容两个元件的工作电压V相等，不会产生相互流动，起到互补的作用，这种互补作用相当于一个自动平衡功能，解决了每个电池的平衡问题，提高了电池寿命。设电池的电流为I，则其功率E＝IV。设电容的容量为C，则其功率W＝1/2CV的平方，于是，总能量P＝E+W，实际为两元件之和。因此，其总能量大大超过电池或单个电容。整体重量大大减轻，比能量大大提高。 

碳纳米管是理想的纳米碳合成石墨烯片卷成的无缝、中空的管体，有单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，碳纳米管表面积可比普通的材料的表面积提高100倍，因此，表面积的导电性能也提高100倍。利用碳纳米管产生出大电流，产生的电能比锂离子电池电能更高。 

钛酸钡超细粉体技术是当今高科技材料领域方兴未艾的新兴产业之一。它具有强铁电、压电和介电等特性，是一种非常重要的电子陶瓷材料，主要用于介质陶瓷、敏感陶瓷的制造，加于0.1％的钛酸钡以提高电池耐温1700多度。因此，提高了 电容器的容量稳定性、安全性。 

由此可见，本实用新型提供了一种可以采用大电流充放电，可以大大缩短充电时间；比能量高，重量大大降低，节能省电，又环保，应用广泛的一种电容电池。比能量可达300Wh/kg，功率可达1000W/kg以上，放电电流大大提高。具有物理电容和化学电池两种特性，大电容在100F-3000F，电池容量100mAH-200mAH。重量只有铅酸电池的1/10，体积只有1/6。它可广泛应用于电动汽车、国防武器、民用电动车等各个领域中。 

附图说明

图1为本实用新型的立体示意图。 

图2为本实用新型正负极板卷成柱状示意图。 

图3为本实用新型正负极板的结构示意图。 

图4为本实用新型等效电路图。 

其中1正极耳，2负极耳，3壳体，4正极板，5隔膜，6负极板，7由活性纳米碳纤维和钛酸钡组成的混合物，8由活性纳米碳纤维和纳米碳管组成的混合物。 

具体实施方式

图1至图4所示，为本实用新型一种纳米碳纤维电容电池的具体实施方案，它包括壳体3、正极板4、负极板6、隔膜5，所述的正极板4表面粘接由活性纳米碳纤维和钛酸钡组成的混合物7，负极板6表面粘接由活性纳米碳纤维和纳米碳管组成 的混合物8，隔膜5设置在正极板4与负极板6之间，正极板4、隔膜5以及负极板6卷绕成柱状后放置在壳体3内，正极板4、隔膜5及负极板6之间具有使本实用新型成为大电容的小间距，壳体3内充装有电解液，壳体3上固定有与正极板4相连接的正极耳1以及与负极板6相连接的负极耳2。 

所述正极板4的主体为铝板栅，负极板6的主体为铜板栅，活性纳米碳纤维直径为25-85nm，长度为200-300nm。 

所述的隔膜5由高绝缘强度的高分子无纺布制备。 

下面结合具体实施例进一步进行阐述，当活性纳米碳纤维直径为20nm、长度为290nm时，在同等条件下，充电时间缩短为过去的1/17，比能量高达过去的铅蓄电池的8倍。 

当活性纳米碳纤维直径为80nm、长度为300nm时，在同等条件下，充电时间缩短为过去的1/10，比能量高达过去的铅蓄电池的7倍。 

当活性纳米碳纤维直径为60nm、长度为200nm时，在同等条件下，充电时间缩短为过去的1/20，比能量高达过去的铅蓄电池的10倍。 

Claims (4)

1.一种纳米碳纤维电容电池，包括壳体(3)、正极板(4)、负极板(6)、隔膜(5)，其特征是：所述的隔膜(5)设置在正极板(4)与负极板(6)之间，正极板(4)、隔膜(5)以及负极板(6)卷绕成柱状后放置在壳体(3)内，壳体(3)内充装有电解液，壳体(3)上固定有与正极板(4)相连接的正极耳(1)以及与负极板(6)相连接的负极耳(2)。

2.根据权利要求1所述的纳米碳纤维电容电池，其特征是：所述正极板(4)的主体为铝板栅，负极板(6)的主体为铜板栅，活性纳米碳纤维直径为25-85nm，长度为200-300nm。

3.根据权利要求1或2所述的纳米碳纤维电容电池，其特征是：所述的正极板(4)、隔膜(5)及负极板(6)之间具有小间距。

4.根据权利要求1所述的纳米碳纤维电容电池，其特征是：所述的隔膜(5)由高绝缘强度的高分子无纺布制备。 

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