CN204809044U - 复合同心圆型全固态平面微型超级电容器 - Google Patents

复合同心圆型全固态平面微型超级电容器 Download PDF

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李闯
吕胤霖
陈玉娟
朱大福
杨昕瑞
赵鹏飞
徐芮
尹雁
高敏
吴淼
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Abstract

复合同心圆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超级电容器构建中采用液体电解质和隔膜，不能实现全固态结构，影响其微型化的问题。它包括硅衬底、多个电容器单元、凝胶电解质、正极极耳、负极极耳和辅助电极；多个电容器单元在硅衬底的上表面呈矩形阵列形式排布，每个电容器单元由内单电极和外单电极组成，内单电极由实心圆部和引出部组成，外单电极由缺口空心圆部、连接部和列连接部组成，辅助电极设置在硅衬底上，所有内单电极、外单电极和辅助电极相互之间设置凝胶电解质；所有内单电极、外单电极和辅助电极的上表面设置铜集流体层。本实用新型作为一种超级电容器。

Description

复合同心圆型全固态平面微型超级电容器
技术领域
本实用新型涉及复合同心圆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超级电容器构建中采用液体电解质和隔膜，不能实现全固态结构，影响其微型化的问题，提供了一种复合同心圆型全固态平面微型超级电容器。
本实用新型所述复合同心圆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、负极极耳和辅助电极；
多个电容器单元在硅衬底的上表面呈矩形阵列形式排布，所有电容器单元的摆放方位相一致；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，内单电极由实心圆部和引出部组成，外单电极由缺口空心圆部、连接部和列连接部组成，
实心圆部设置在缺口空心圆部内，且二者呈同心排布，实心圆部与引出部的首端连接，引出部由缺口空心圆部的缺口伸出；缺口空心圆部通过连接部垂直连接列连接部的中点，连接部与引出部位于同一条直线上；引出部的末端垂直连接相邻下一列电容器单元的相应列连接部的中点；
辅助电极设置在硅衬底上，辅助电极与列连接部相平行设置，硅衬底上最后一列电容器单元的引出部的末端均连接辅助电极；辅助电极的长度与每一列电容器单元中所有列连接部的长度之和相等；
所有内单电极、外单电极和辅助电极相互之间设置凝胶电解质；所有内单电极、外单电极和辅助电极的上表面设置铜集流体层；
正极极耳和负极极耳设置在硅衬底的上表面上，硅衬底上第一列电容器单元的一个外单电极列连接部的铜集流体层连接正极极耳，辅助电极的铜集流体层连接负极极耳。
内单电极、外单电极和辅助电极均为石墨烯电极。
硅衬底的厚度为0.5mm。
本实用新型的优点：本实用新型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单元超级电容器串并联复合构成，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是本实用新型所述复合同心圆型全固态平面微型超级电容器的结构示意图；
图2是一个电容器单元的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述复合同心圆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、负极极耳5和辅助电极6；
多个电容器单元2在硅衬底1的上表面呈矩形阵列形式排布，所有电容器单元2的摆放方位相一致；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由内单电极和外单电极组成，内单电极由实心圆部2-11和引出部2-12组成，外单电极由缺口空心圆部2-21、连接部2-22和列连接部2-23组成，
实心圆部2-11设置在缺口空心圆部2-21内，且二者呈同心排布，实心圆部2-11与引出部2-12的首端连接，引出部2-12由缺口空心圆部2-21的缺口伸出；缺口空心圆部2-21通过连接部2-22垂直连接列连接部2-23的中点，连接部2-22与引出部2-12位于同一条直线上；引出部2-12的末端垂直连接相邻下一列电容器单元2的相应列连接部2-23的中点；
辅助电极6设置在硅衬底1上，辅助电极6与列连接部2-23相平行设置，硅衬底1上最后一列电容器单元2的引出部2-12的末端均连接辅助电极6；辅助电极6的长度与每一列电容器单元2中所有列连接部2-23的长度之和相等；
所有内单电极、外单电极和辅助电极6相互之间设置凝胶电解质3；所有内单电极、外单电极和辅助电极6的上表面设置铜集流体层；
正极极耳4和负极极耳5设置在硅衬底1的上表面上，硅衬底1上第一列电容器单元2的一个外单电极列连接部2-23的铜集流体层连接正极极耳4，辅助电极6的铜集流体层连接负极极耳5。
本实施方式中的铜集流体层适用于凝胶电解质3，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。铜集流体层厚度约为200nm。凝胶电解质位于两个相邻电极之间，厚度约等于相应电极厚度与铜集流体层厚度之和。
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，它通过在左右两端正极和负极极耳上接出正极和负极引线引出。在电极活性物质与凝胶电解质界面上形成扩散双电层，从而构成单元超级电容器的单电极电容。一个单元超级电容器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单元超级电容器的串并联复合。
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、外单电极和辅助电极6均为石墨烯电极。
石墨烯电极属于二维电极，石墨烯具有二维平面纳米结构。石墨烯电极的厚度约为0.5nm。
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，硅衬底1的厚度为0.5mm。
硅衬底1的尺寸可选择为14.8mm×11mm。
本实用新型中，负极极耳的尺寸可选择为：0.5mm*0.5mm+1mm*1mm；正极极耳为：0.5mm*0.5mm+1mm*1mm；石墨烯电极为：10.8mm*10mm。
对于每个电容器单元2，其具体尺寸可选择如下：列连接部2-23长2mm，列连接部2-23至引出部2-12末端的整体长度为2.1mm，连接部2-22长0.1mm，引出部2-12宽0.2mm，引出部2-12处于缺口空心圆部2-21外轮廓以外的长度0.1mm；缺口空心圆部2-21的外圆半径0.8mm，内圆半径0.5mm，实心圆部2-11的半径0.3mm。

Claims (3)

1.一种复合同心圆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)、负极极耳(5)和辅助电极(6)；
多个电容器单元(2)在硅衬底(1)的上表面呈矩形阵列形式排布，所有电容器单元(2)的摆放方位相一致；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)由内单电极和外单电极组成，内单电极由实心圆部(2-11)和引出部(2-12)组成，外单电极由缺口空心圆部(2-21)、连接部(2-22)和列连接部(2-23)组成，
实心圆部(2-11)设置在缺口空心圆部(2-21)内，且二者呈同心排布，实心圆部(2-11)与引出部(2-12)的首端连接，引出部(2-12)由缺口空心圆部(2-21)的缺口伸出；缺口空心圆部(2-21)通过连接部(2-22)垂直连接列连接部(2-23)的中点，连接部(2-22)与引出部(2-12)位于同一条直线上；引出部(2-12)的末端垂直连接相邻下一列电容器单元(2)的相应列连接部(2-23)的中点；
辅助电极(6)设置在硅衬底(1)上，辅助电极(6)与列连接部(2-23)相平行设置，硅衬底(1)上最后一列电容器单元(2)的引出部(2-12)的末端均连接辅助电极(6)；辅助电极(6)的长度与每一列电容器单元(2)中所有列连接部(2-23)的长度之和相等；
所有内单电极、外单电极和辅助电极(6)相互之间设置凝胶电解质(3)；所有内单电极、外单电极和辅助电极(6)的上表面设置铜集流体层；
正极极耳(4)和负极极耳(5)设置在硅衬底(1)的上表面上，硅衬底(1)上第一列电容器单元(2)的一个外单电极列连接部(2-23)的铜集流体层连接正极极耳(4)，辅助电极(6)的铜集流体层连接负极极耳(5)。
2.根据权利要求1所述的复合同心圆型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，内单电极、外单电极和辅助电极(6)均为石墨烯电极。
3.根据权利要求1或2所述的复合同心圆型全固态平面微型超级电容器，其特征在于，硅衬底(1)的厚度为0.5mm。
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