CN207052469U - 一种超大容量超级电容器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超大容量超级电容器，包括密闭壳体，设置在密闭壳体内左、右两侧的正负电极，位于正负电极之间的隔膜或隔板，在绝缘隔膜或隔板的左、右侧分别填充与正负电极相连的多孔电极材料，其特殊之处是：在所述绝缘隔膜或隔板的左、右侧分别填充液态或气态电介质，所述液态或气态电介质填满并吸附在多孔电极材料的微孔内。其加工工艺简单、生产成本低、能量密度高、功率密度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能储存技术，是一种超大容量超级电容器。
背景技术
目前被人们寄予厚望的超级电容电池是利用比面积大的炭电极，极化与电极表面接触的电解液，形成双电层实现能量存储，超级电容电池的工作电压受电解液耐电压和电极电位的限制,大多小于3.5V，导致超级电容器的能量密度低(≤10Wh/kg)，较锂离子电池能量密度差一个数量级，限制了其应用的领域。
CN2708468Y中公开了一种“超级电容器”，其采用电极延伸体、电介质延伸体且界定为微米或纳米结构材料，采取混合融化并充分搅拌，然后冷却为一体，形成互为蜂窝状结构的办法来增大电极和电介质的接触面积。纳米材料的定义是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50％以上(欧盟标准)。在现有技术条件下，电极和介质均为固体纳米微观结构时，其原子或分子在三维空间内流动性极差，即使采用混合融化并充分搅拌的方法，也很难使两种纳米材料原子或分子表面实现充分接触，其加工工艺复杂，成型难度大，加工成本高，接触面积小，现有工艺技术难以实现预期技术指标。
发明内容
本实用新型是要克服现有技术存在的上述问题，提供一种加工工艺简单、生产成本低、能量密度高、功率密度高的超大容量超级电容器。
本实用新型的技术解决方案是：
一种超大容量超级电容器，包括密闭壳体，设置在密闭壳体内左、右两侧的正负电极，位于正负电极之间的隔膜或隔板，在绝缘隔膜或隔板的左、右侧分别填充与正负电极相连的多孔电极材料，其特殊之处是：在所述绝缘隔膜或隔板的左、右侧分别填充液态或气态电介质，所述液态或气态电介质填满并吸附在多孔电极材料的微孔内。
进一步地，所述多孔电极材料为活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳毡、介孔碳、石墨、纳米门碳或泡沫金属。
进一步地，所述液态电介质为乙腈、丙烯碳酸酯、四氯甲烷或绝缘油。
进一步地，所述气态电介质为六氟化硫、纯净氮气、二氧化碳、甲烷或丁二烯。
进一步地，隔膜上带有微孔，允许电介质自由通过，微孔直径小于多孔电极材料颗粒粒径。
进一步地，隔板将其左右两侧的电介质彻底隔离，不允许电介质自由通过。
当给正负极板分别施以正负电压后，电流通过电极板导通到多孔电极表面，多孔电极携带与电极相同的电压，在周边产生电场，在电场的作用下，与多孔电极紧密接触的液态或气态电介质分子或原子被极化，电介质表面出现电荷积累的现象。电极表面的静电荷和电介质表面的静电荷形成一个电荷量相等、极性相反的对垒界面，从而产生电容效应。放电时，用导线将正极、负载、负极板依次按顺序连接，电子从负极经负载流入正极，与正极的正电荷中和做功，同时电介质中的等比例的正负感应电荷中和消失。
由于采用多孔电极材料和液态、气态电介质，液态、气态原子或分子在三维空间内具有极佳的流动性，能够完全充分快速地深入到多孔电极材料的微孔内，大大地增大了比面积。超大容量超级电容器多孔电极比面积、隔膜间距、多孔电极表面静电荷与电介质感应电荷距离等技术指标和现有的超级电容电池相当。超大容量超级电容器充电时，充电电压小于隔膜(隔板)的击穿电压即可，隔膜(隔板)的击穿电压可以达到数万伏，因此可以用更高的电压充电，根据电容能量存储公式W＝0.5CU2，电容存储能量大大增加，得到储存更大电能的效果，本实用新型同时具有高能量密度和功率密度优势，可广泛应用于电动汽车、飞机、储能等多种领域；综上所述，本实用新型的有益效果是：
1、充电电压只受隔膜(隔板)击穿电压限制，充电电压可以大幅提高到数万伏，甚至更高，是电解液超级电容电池的几万倍。因为可充电电压高，电荷携带能量高，能量密度巨高。单位体积和质量内存储的电能效果超过传统电化学电池和超级电容电池的数百到数千倍。
2、功率密度高，相当于化学电池的数十倍。
3、充放电过程是个物理过程，没有物质发生改变，不存在电化学电池的记忆效应问题，充电效率高。充电速度快、使用寿命长、能量转换效率高，过程损失小。
4、其结构简单，结构部件寿命长，产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程污染小，循环使用寿命长，使用无污染。
5、充电时可以按照实际需求设定充电电压，灵活调整电池蓄电量。
6、充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护，温度特性好，使用环境温度范围宽。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1中I部放大图(液态电介质)；
图3是图1中I部放大图(气态电介质)。
图中：1－密闭壳体，2、3－正负电极，4－绝缘隔膜或隔板，5、6－多孔电极材料，7－液态电介质，8－气态电介质。
具体实施方式
实施例一
如图1和图2所示，该超大容量超级电容器，包括密闭壳体1，设置在密闭壳体1内左、右两侧的正负电极2、3，位于正负电极之间的绝缘隔膜或隔板4，在绝缘隔腊或隔板4的左、右侧分别填充与正负电极相连且比面积≥100m2/g的多孔电极材料5、6，在所述多孔电极材料5、6内注入液态电介质7，所述液态电介质7填满并吸附在多孔电极材料的微孔内。所述多孔电极材料5、6为活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳毡、介孔碳、石墨、纳米门碳或泡沫金属等多孔导电材料。所述液态电介质7为乙腈、丙烯碳酸酯、四氯甲烷或绝缘油等液态绝缘液体。隔膜上带有微孔，允许电介质自由通过，微孔直径小于多孔电极材料颗粒粒径。而隔板将其左右两侧的电介质彻底隔离，不允许电介质自由通过。
实施例二
如图3所示，电介质为气态电介质8，采用六氟化硫、纯净氮气、二氧化碳、甲烷或丁二烯等绝缘气体，其它同实施例一。
实施例三
如图1和图2所示，在密闭壳体1内中间位置放置普通纸张作为隔膜，在隔膜两侧分别放入0.5kg比面积为1000平方米/克的多孔活性炭作为多孔电极材料5、6，活性炭均匀分布，正负极被物理分隔，不接触。在密闭壳体1内填充纯度为99.9％的乙腈作为液态电介质7，液态电介质7进入活性炭微孔内并填满且和活性炭表面充分接触。在位于隔膜4两侧的活性炭中分别插入金属正负电极2、3，金属正负电极2、3分别通过导线与充电电源正负极连接。使用100v，1安培直流电源，充电1小时，得到如下实验结果如表1所示。
对比例
将1kg比面积为1000平方米/克的多孔活性炭作为多孔电极材料与粘合剂混合搅拌，平均分为10份，分别粘贴在金属正极、负极板上、在碳电极中间装上隔膜，焊上极柱，装入壳体内，组成5个超级电容电池注入电解液(电解液为锂离子有机溶液)，将5个超级电容电池并联，充电实验，进行对比。
实施例三与对比例的检测结果如表1
Claims (6)
1.一种超大容量超级电容器，包括密闭壳体，设置在密闭壳体内左、右两侧的正负电极，位于正负电极之间的隔膜或隔板，在绝缘隔膜或隔板的左、右侧分别填充与正负电极相连的多孔电极材料，其特征是：在所述绝缘隔膜或隔板的左、右侧分别填充液态或气态电介质，所述液态或气态电介质填满并吸附在多孔电极材料的微孔内。
2.根据权利要求1所述的超大容量超级电容器，其特征是：所述多孔电极材料为活性炭、石墨烯、碳纳米管、碳毡、介孔碳、石墨、纳米门碳或泡沫金属。
3.根据权利要求1所述的超大容量超级电容器，其特征是：所述液态电介质为乙腈、丙烯碳酸酯、四氯甲烷或绝缘油。
4.根据权利要求1所述的超大容量超级电容器，其特征是：所述气态电介质为六氟化硫、纯净氮气、二氧化碳、甲烷或丁二烯。
5.根据权利要求1所述的超大容量超级电容器，其特征是：隔膜上带有微孔，允许电介质自由通过，微孔直径小于多孔电极材料颗粒粒径。
6.根据权利要求1所述的超大容量超级电容器，其特征是：隔板将其左右两侧的电介质彻底隔离，不允许电介质自由通过。
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| CN201721095163.8U CN207052469U (zh) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 一种超大容量超级电容器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107331527A (zh) * | 2017-08-30 | 2017-11-07 | 顾天罡 | 一种超大容量超级电容器 |
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2017
- 2017-08-30 CN CN201721095163.8U patent/CN207052469U/zh not_active Expired - Fee Related
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