CN204441105U - 对称交叉型全固态平面微型超级电容器 - Google Patents

对称交叉型全固态平面微型超级电容器 Download PDF

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徐芮
赵鹏飞
尹雁
高敏
李闯
陈玉娟
朱大福
杨昕瑞
吕胤霖
王振华
姜久兴
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Abstract

对称交叉型全固态平面微型超级电容器，属于超级电容器技术领域。本实用新型是为了解决现有生产的超级电容器构建中大多采用液体电解质和隔膜，使其难以实现全固态结构的问题。它包括硅衬底、多个电容器单元、凝胶电解质、正极极耳和负极极耳，硅衬底的上表面呈阵列形式排布多个电容器单元，每个电容器单元呈方形，硅衬底上所有电容器单元的摆放方位一致；每个电容器单元由内单电极和外单电极组成，外单电极的边框呈方形，外单电极的上下两条对边框的中段具有开口，内单电极呈十字交叉状，内单电极的十字交叉中心位于外单电极的方形框内中心。本实用新型为一种超级电容器。

Description

对称交叉型全固态平面微型超级电容器
技术领域
本实用新型涉及对称交叉型全固态平面微型超级电容器，属于超级电容器技术领域。
背景技术
超级电容器是一种介于电池与普通电容之间，兼备二者特点的新型储能器件。它具有能量密度高、充放电速度快、循环寿命长、使用温度范围宽等优点，在电动汽车和高性能电源等领域具有广阔的应用前景。
随着便携式电子器件、体内电子器件、大功率能源转换器件和微电流供电器件的快速发展，小型化、柔性化、平面化的高性能微型超级电容器成为电化学能源存储领域的研究热点。微型超级电容器能够解决微型电池功率密度低、电解电容器能量密度低的问题。作为微型能源器件，微型超级电容器能够与纳电子器件直接融合集成，满足高度集成电子器件发展的需要。
现有生产的超级电容器构建中大多采用了液体电解质和隔膜，使超级电容器难以实现全固态结构，影响了进一步平面化和微型化的进程。
发明内容
本实用新型目的是为了解决现有生产的超级电容器构建中大多采用液体电解质和隔膜，使其难以实现全固态结构的问题，提供了一种对称交叉型全固态平面微型超级电容器。
本实用新型所述对称交叉型全固态平面微型超级电容器，它包括硅衬底、多个电容器单元、凝胶电解质、正极极耳和负极极耳，
硅衬底的上表面呈阵列形式排布多个电容器单元，每个电容器单元呈方形，硅衬底上所有电容器单元的摆放方位一致，电容器单元的行数和列数均大于或者等于2；
每个电容器单元由内单电极和外单电极组成，外单电极的边框呈方形，外单电极的上下两条对边框的中段具有开口，内单电极呈十字交叉状，内单电极的十字交叉中心位于外单电极的方形框内中心；
相邻电容器单元的相交边界处共用外单电极的相应段；并且竖直方向相邻电容器单元的内单电极末端相连接；
所有内单电极和外单电极之间的垂直距离相等；所有内单电极和外单电极之间设置凝胶电解质；所有内单电极和外单电极的上表面设置金集流体层；
硅衬底上首列电容器单元的外单电极金集流体层连接正极极耳，硅衬底上尾列电容器单元的外单电极金集流体层连接负极极耳。
内单电极和外单电极均为石墨烯电极。
内单电极和外单电极的厚度均为0.5nm，宽度均为0.2mm。
金集流体层的厚度为200nm。
凝胶电解质的厚度为200.5nm。
所有内单电极和外单电极之间的垂直距离为0.2mm。
本实用新型的优点：本实用新型能够解决全固态超级电容器的平面化和微型化问题，它是一种基于二维电极的全固态平面微型超级电容器，采用具有二维平面纳米结构的石墨烯作电极，电极宽度在微米量级，厚度在纳米量级，实现了超级电容器的平面化和微型化。
在超级电容器构建中采用凝胶电解质，可以不使用隔膜，实现了全固态超级电容器。整个超级电容器是由多个电容器单元串并联复合构成，串联可以提高分解电压，并联可以增大比电容，通过调整串联和并联的周期数，可以优化超级电容器的分解电压和比电容，从而优化了超级电容器的器件结构和电化学性能。
附图说明
图1是本实用新型所述对称交叉型全固态平面微型超级电容器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述对称交叉型全固态平面微型超级电容器，它包括硅衬底1、多个电容器单元2、凝胶电解质3、正极极耳4和负极极耳5，
硅衬底1的上表面呈阵列形式排布多个电容器单元2，每个电容器单元2呈方形，硅衬底1上所有电容器单元2的摆放方位一致，电容器单元2的行数和列数均大于或者等于2；
每个电容器单元2由内单电极21和外单电极22组成，外单电极22的边框呈方形，外单电极22的上下两条对边框的中段具有开口，内单电极21呈十字交叉状，内单电极21的十字交叉中心位于外单电极22的方形框内中心；
相邻电容器单元2的相交边界处共用外单电极22的相应段；并且竖直方向相邻电容器单元2的内单电极21末端相连接；
所有内单电极21和外单电极22之间的垂直距离相等；所有内单电极21和外单电极22之间设置凝胶电解质3；所有内单电极21和外单电极22的上表面设置金集流体层；
硅衬底1上首列电容器单元2的外单电极22金集流体层连接正极极耳4，硅衬底1上尾列电容器单元2的外单电极22金集流体层连接负极极耳5。
本实施方式中的集流体层采用了适用于凝胶电解质的金属金，凝胶电解质容易处置、可靠性强，无电解液泄露，适用于制备全固态超级电容器。硅衬底1的尺寸可选择为4mm×4mm，厚度为0.5mm。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，内单电极21和外单电极22均为石墨烯电极。
本实施方式采用石墨烯电极制作成电容器单元，石墨烯是由SP2杂化碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种新型碳质材料，其具有超薄、高导电性、高比表面积和高比容量等优异特性，能够作为制备微型超级电容器的电极材料。
石墨烯电极属于二维电极，石墨烯具有二维平面纳米结构。金集流体层设置于石墨烯电极上。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，内单电极21和外单电极22的厚度均为0.5nm，宽度均为0.2mm。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，金集流体层的厚度为200nm。
在超级电容器充放电过程中，集流体层起到传递电荷的作用，通过在超级电容器左右两端集流体层上分别焊接正极极耳4和负极极耳5，从而接出正极和负极引线。在石墨烯电极活性物质与凝胶电解质界面上形成扩散双电层，从而构成超级电容器单元的单电极电容。一个电容器单元2可以看作位于凝胶电解质两侧的相邻两个单电极电容的串联，整个超级电容器可视为多个电容器单元2的串并联复合。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，凝胶电解质3的厚度为200.5nm。
凝胶电解质3位于两个相邻电极之间，厚度约等于石墨烯电极厚度与金集流体层厚度之和。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式一、二、三、四或五作进一步说明，所有内单电极21和外单电极22之间的垂直距离为0.2mm。

Claims (6)

1.一种对称交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，它包括硅衬底(1)、多个电容器单元(2)、凝胶电解质(3)、正极极耳(4)和负极极耳(5)，
硅衬底(1)的上表面呈阵列形式排布多个电容器单元(2)，每个电容器单元(2)呈方形，硅衬底(1)上所有电容器单元(2)的摆放方位一致，电容器单元(2)的行数和列数均大于或者等于2；
每个电容器单元(2)由内单电极(21)和外单电极(22)组成，外单电极(22)的边框呈方形，外单电极(22)的上下两条对边框的中段具有开口，内单电极(21)呈十字交叉状，内单电极(21)的十字交叉中心位于外单电极(22)的方形框内中心；
相邻电容器单元(2)的相交边界处共用外单电极(22)的相应段；并且竖直方向相邻电容器单元(2)的内单电极(21)末端相连接；
所有内单电极(21)和外单电极(22)之间的垂直距离相等；所有内单电极(21)和外单电极(22)之间设置凝胶电解质(3)；所有内单电极(21)和外单电极(22)的上表面设置金集流体层；
硅衬底(1)上首列电容器单元(2)的外单电极(22)金集流体层连接正极极耳(4)，硅衬底(1)上尾列电容器单元(2)的外单电极(22)金集流体层连接负极极耳(5)。
2.根据权利要求1所述的对称交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，内单电极(21)和外单电极(22)均为石墨烯电极。
3.根据权利要求1或2所述的对称交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，内单电极(21)和外单电极(22)的厚度均为0.5nm，宽度均为0.2mm。
4.根据权利要求3所述的对称交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，金集流体层的厚度为200nm。
5.根据权利要求4所述的对称交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，凝胶电解质(3)的厚度为200.5nm。
6.根据权利要求5所述的对称交叉型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，所有内单电极(21)和外单电极(22)之间的垂直距离为0.2mm。
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CN109637846A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 中国科学院大连化学物理研究所 一种高电压平面型超级电容器及其制备方法

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