TW201316362A - 一種超級電容及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種超級電容及其製作方法，尤指一種運用固態高分子電解質與改良式碳質電極所製作而成的全固態超級電容及其製作方法。本發明係將導電性碳質基材經塗佈活性物質等製程，以得到改良式碳質電極，並且將該改良式碳質電極與固態高分子電解質壓合成一三明治的結構，其性能可優於使用傳統電極且使用液態或膠態電解質之超級電容。此外，改良式碳質電極因具高導電性，故可免用集電板。又因採用全固態高分子電解質之設計，故此超級電容深具抗燃、防止環境污染等工安環保效益。
Description
本發明係關於一種超級電容及其製作方法，尤指一種運用固態高分子電解質與改良式碳質電極所製作而成的全固態超級電容及其製作方法。本發明係將導電性碳質基材經塗佈活性物質等製程，以得到改良式碳質電極，並且將該改良式碳質電極與固態高分子電解質壓合成一三明治的結構，其性能可優於使用傳統電極且使用液態或膠態電解質之超級電容。此外，改良式碳質電極因具高導電性，故可免用集電板。又因採用全固態高分子電解質之設計，故此超級電容深具抗燃、防止環境污染等工安環保效益。
所謂超級電容通常是指目前的主流商品電雙層電容(Electric Double Layer Capacitor或EDLC)，如圖1所示，主要零件包含電極、液態或膠態電解質、及隔離膜等，其工作原理是：藉由電極表面電雙層之電荷吸附效應，以達快速充放電之功用。超級電容之儲電量高達1法拉~數千法拉(1~103 F)或更高值，其充放電之功率比蓄電池(鋰電池或鉛酸電池)高出甚多，瞬間輸出電流極大，但總儲電量不及蓄電池，其最大市場是電子產業、其次為能源/綠能、再其次是交通產業。商用超級電容發展成功至今雖近30年，但早期價格昂貴、用量少，近10年則因性能提升，價格降低，應用面急速擴增，現今應是國內研發並生產超級電容的極佳時機。然而，傳統超級電容有電極之電阻高、電解質為液態或膠態、及製程複雜等缺點亟待改進，如表一所示。
本發明之超級電容係使用改良式碳質電極及固態高分子電解質之全新元件結構，係在兩碳質電極之間放置全固態高分子電解質並壓合製成，由於未採用液態或膠態電解質，故無須設置隔離膜，又因碳質電極本身具有高導電性，故不須另設置金屬集電板，此一元結構與傳統超級電容迥異。具此結構之超級電容樣品經實驗室測試所得之統計數據為功率密度2~10 kW/kg，能量密度為3~20 Wh/kg，顯示本發明之功率密度約與傳統超級電容相當，而能量密度甚至還優於傳統超級電容。
除性能之外，本發明因使用全固態高分子電解質，製程簡易且無易燃及毒性等問題，且產品使用期間之安全性極高，在「製造簡易」及「使用安全」等方面均已明顯優於傳統之液態或膠體電解質超級電容。在製程方面，本發明因未使用液態或膠態電解質，故廠房設備等投資均較低、製程亦較簡單。在環保工安方面，本發明因採用固態高分子電解質，故製程中較少有毒物或化學廢棄物產生(製程環保)、且產品不易燃、不易爆(產品安全)。綜合上述，此種具有改良式碳質電極之全固態高分子電解質超級電容在性能、成本、及環保工安等方面均有其優點，深具發展潛力。玆將本發明與傳統超級電容之比較說明於下，如表二所示。
本發明超級電容之元件結構如圖2所示，其係包含超級電容、引腳、改良式碳質電極，其中該改良式碳質電極可以是高導電性且高比表面積之碳織物，並且在碳織物之纖維表面塗佈活性物質、以及全固態高分子電解質。其中該引腳可與該改良式碳質電極之至少一部分連結，如圖2所示。該引腳亦可以層疊或三明治的方式，與該改良式碳質電極連結，如圖3所示。以下就改良式碳質電極及全固態高分子電解質分別加以說明：
本發明之改良式碳質電極結構之一例如圖4所示，此改良式碳質電極所採用之碳質基材可以是具有高導電性、高比表面積之碳布，可供大面積塗佈活性物質，以大幅提高電容性能及電荷傳輸效率。圖4顯示：在導電性碳布之中的每一碳纖維表面都均勻塗佈電容所需之活性物質，此活性物質可為靜電型材料(如活性碳粉、高導電性碳黑或碳粉、及高分子黏著劑之混合物)，亦可為法拉第型金屬氧化物(如RuO2、碳黑及高分子黏著劑之混合物)或法拉第型導電高分子(如摻雜型離子導電性高分子、碳黑及高分子黏著劑之混合物)。由於碳布所含每一碳纖維表面均塗佈活性物質，因此活性物質不僅存在於導電性碳質基材表面，更以三維空間的網狀分佈的方式深入於導電性碳布內部，故可增加活性物質覆蓋之總表面積，亦可縮短電子進出電極之傳輸路徑，以上優點將顯著提高改良式碳質電極之電容密度(電極在單位面積之電容量，單位：F/cm2)及功率密度(電極在單位面積之放電功率，單位：kW/cm2)，使其性能大幅超越使用平面式電極之傳統超級電容。
如上述，將活性物質塗佈於改良式碳質電極每一碳纖維表面(至少局部覆蓋)，可使電極獲得高導電率、高機械強度、及高儲放電性能。由於活性物質均勻分佈於改良式碳質電極之表面、其縱深、及其內層孔隙，故可縮短電荷流入或流出電極之路徑，其電阻或界面電阻均低，優於傳統電極(如：傳統之活性碳電極、金屬氧化物電極、或導電高分子電極)。此外，改良式碳質電極因具高導電性，故不須使用金屬集電板，即可由引腳直接將電荷導入或導出超級電容。反之，傳統電極則必須將其電極材料黏著於金屬集電板，再由引腳將金屬集電板所收集的電荷流入或流出電容元件。
綜合以上，本發明之改良式碳質電極因結合超級電容專用之碳織物工藝及其活性物質塗佈技術，故具高比電容量、高充放電功率等特性。玆說明其材料與結構設計及製造方法之要點如下：
本改良式碳質電極之製作可採用第一種製程，使用優質之碳織物做為一導電性碳質基材(此碳織物基材可採用發明人之一柯澤豪之專利技術製作而成，美國專利證號7670970 B2 & 7927575B2)，以進行活性物質之塗佈，該導電性碳質基材可為碳布、碳氈或碳紙，具有高導電性，其片電阻低於200 Ω/sq、密度大於1.6 g/cm3、含碳量大於65 wt%，比表面積範圍為20-2000 m2/g。活性材料係以漿料形態利用塗刷、刮刀成型、綱印、噴塗、浸滲等方法塗佈於碳織物表面及其內層，最後再經烘烤固化後即得「改良式碳質電極」。
本改良式碳質電極之製作亦可採用第二種製程，以碳纖維作為優質之該導電性碳質基材，先經塗裝活性物質、烘烤固化，爾後再經二維式、三維式、高於三維之編織方法製成碳布，即得「改良式碳質電極」。以碳纖維做成的該導電性碳質基材亦可經由針軋製成碳氈、或經抄紙製成碳紙，而得「改良式碳質電極」。不論採用第一種製程或第二種製程，都可在導電性碳質基材表面及內部之每一碳纖維全部表面或部份表面均勻分佈活性物質。
分佈於上述改良式碳質電極之活性物質係包含主成分、導電助劑和黏著劑，其中主成分約佔80 wt%或更高，可採用非法拉第型(Non-Faradaic)成分或又稱靜電型(Electrostatic)成分，其最常見的物系為活性碳。活性物質之主成分亦可採用法拉第型(Faradaic)成分或又稱氧化還原型(Redox)成分，如特定之金屬氧化物或特定之離子導電性高分子，前者如RuO2、TiO2、MnO2、ZnO、NiOx、IrO2等金屬氧化物粉體或其混合物，後者如PEEK、SPEEK、PPV、PEKK、PEO、Nafion、PVA、PTFE、PPy、pMeT、PVDF、PEDOT、PANI及上述離子導電性高分子之混合物。而活性物質之導電助劑可為碳黑、石墨烯、或奈米碳管等高導電性碳粉，含量約5 wt%左右，或不超過10 wt%。黏著劑可採用一般黏著性高分子、或固態高分子電解質等物系，含量約10 wt%，或不超過15 wt%。大致而言，上述離子導電性高分子除可做為Redox型活性物質之主成分外，亦可用來製作固態高分子電解質膜，且亦可供做活性物質之黏著劑。
本發明之改良式碳質電極具有高比表面積和高導電性，此一電極不僅可搭配固態高分子電解質，以製作新型之「全固態高分子電解質超級電容」，亦可搭配使用傳統之液態或膠態電解質製作超級電容，惟使用液態或膠態電解質(如摻雜LiBF4之PEO、KOH、PANI、PP、PVDF等物系)之製程成本較高、電解質可燃、且有外洩危險，故採用固態高分子電解質膜應為未來趨勢。固態高分子電解質通常是特定物系之離子導電性高分子，如PEEK、SPEEK、PPV、PEKK、PEO、Nafion、PVA、PTFE、PPy、pMeT、PVDF、PEDOT、PANI等，及以上高分子材料之混合物。
縮寫註記：
PEEK: Polyether ether ketone,聚醚醚酮
SPEEK: Sulfonated polyether ether ketone,磺化聚醚醚酮
PPV: Polyphenylene vinylene,聚伸苯基乙烯化合物
PEKK: Poly(ether ketone ketone)聚醚酮酮
PEO: Polyethylene oxide,聚氧化乙烯
PVA: Polyvinyl alcohol,聚乙烯醇
PTFE: Polytetrafluoroethylene,聚四氟乙烯
PEDOT: Polyethylenedioxythiophene,聚二氧乙烯噻吩
PANI: Polyaniline,聚苯胺
PPy: Polypyrrole,聚吡咯
Nafion: a sulfonated tetrafluoroethylene based fluoropolymer-copolymer，磺酸聚氟碳化物，一種以磺化四氟乙烯為基底之共聚合物，係美國DuPont公司之商品名稱。
PVDF: Polyvinylidene fluoride，聚二氟乙烯
本發明之超級電容結構如圖2所示，超級電容10包含一固態高分子電解質40；一改良式碳質電極30，該改良式碳質電極30係設置於該固態高分子電解質40之兩側；一活性物質32，其中該活性物質32係以三維方式分佈於該改良之碳質電極30中；以及一引腳20，該引腳20係與該改良式碳質電極30的至少一部分連結，如圖2與圖3所示。所述之該改良式碳質電極30係可為塗佈了該活性物質32的一導電性碳質基材31或一高導電性之其他形式之碳織物，例如：碳布、碳氈、碳紙、碳纖維、碳顆粒、或碳粉末，即得改良式碳質電極30，此為第一種電極製程，其製造流程如下方圖A所示。所述之該改良式碳質電極30，亦可由一高導電性碳纖維作為該導電性碳質基材31，再塗佈該活性物質32，接著以二維、三維、高於三維的編織、針軋、抄紙等方式將塗佈該活性物質32的該高導電性碳纖維製成該改良式碳質電極30，此為第二種電極製程，其製造流程如下方圖B所示。第一種電極製程所述之該導電性碳質基材31的片電阻低於200 Ω/sq、密度大於1.6 g/cm3、含碳量大於65 wt%、比表面積介於20-2000 m2/g；第二種電極製程所述之該高導電性碳纖維的電阻率低於5×10-2 Ω-cm、密度大於1.6 g/cm3、含碳量大於65 wt%、比表面積介於20-2000 m2/g。
不論採用第一或第二電極製程，本發明之該活性物質32係以三維方式包覆於該導電性碳質基材31，使該活性物質32均勻分布於該導電性碳質基材31所含之纖維的至少一部份。上述之塗佈方式係包含塗刷、刮刀成型、綱印、噴塗、浸滲、及其組合的方式。該活性物質32可呈現漿料之型態；亦可使用烘烤的方式使該活性物質32固化，烘烤所選用的溫度範圍係介於60至400℃之間。本發明之該活性物質32係包含一主成分、一導電助劑、以及一黏結劑。其中，該主成分可為比表面積介於20-2000 m2/g之間的活性碳粉。該主成分亦可包含PEEK、SPEEK、PPV、PEKK、PEO、Nafion、PVA、PTFE、PPy、pMeT、PVDF、PEDOT、PANI、及上述高分子物質之混合物。該主成分亦可為金屬氧化物粉體，例如但不限於以下物質：RuO2、TiO2、MnO2、ZnO、NiOx、IrO2、及其混合物。上述之該黏結劑可為PEEK、SPEEK、PPV、PEKK、PEO、Nafion、PVA、PTFE、PPy、pMeT、PVDF、PEDOT、PANI、及上述高分子物質之混合物。本發明之超級電容10，其中該固態高分子電解質40係為一離子導電性高分子，或係為一離子導電性高分子與一離子化合物之混合物，該固態高分子電解質40之厚度係介於0.5至50 μm之間。所述之該離子導電性高分子可為PEEK、SPEEK、PPV、PEKK、PEO、Nafion、PVA、PTFE、PPy、pMeT、PVDF、PEDOT、PANI、及上述高分子物質之混合物。所述之該離子化合物可為氫氧化鋰、硝酸鋰、Li2CF3SO3、或上述化合物之混合物。
此樣本係採用第一種電極製程製作一改良式碳質電極30(圖2所示)，再自製一固態高分子電解質膜40，爾後在兩片改良式碳質電極之間放置一片自製之固態高分子電解質膜，經壓合成型即得本發明之超級電容10。
本發明之高分子電解質膜為磺化聚醚醚酮(SPEEK)物系，先將磺化聚醚醚酮(SPEEK)溶於二甲亞楓(Dimethylsulfoxide或DMSO)，形成SPEEK溶液，此溶液塗佈於平板玻璃後，經烘烤後可撕取高分子膜，即得固態高分子電解質膜以做為固態高分子電解質40，膜厚30μm。
SPEEK溶液除用來製備固態高分子電解質40之外，亦可用來製作活性物質32，例如：使用SPEEK溶液做為黏著劑，均勻混合85 wt%主成分(活性碳)及5 wt%導電助劑(碳黑，廠牌XC-72R)，即得泥漿狀(Slurry)活性物質，漿料之固體成分為85 wt%活性碳，5 %碳黑，10 wt% SPEEK。此漿料即可塗刷於導電性碳質基材31表面，以製作改良式碳質電極30。
本製程之碳布基材係採用發明人之專利技術製造而成，美國專利證號為7670970 B2及7927575B2。漿料塗刷於導電性碳質基材31後，除有部份存留在導電性碳質基材31表面，其餘漿料則滲流導電性碳質基材31內部並包覆導電性碳質基材31之每一碳纖維表面，再經120℃烘乾後，即得改良式碳質電極30。此電極尺寸為2 cm×2 cm，其活性碳之劑量為5 mg。最後，將SPEEK電解質膜之兩面噴撒DMSO溶劑後再與兩片改良式碳質電極30壓合成型，即得本發明之超級電容10，本發明超級電容10之製造流程圖如圖5所示。
此樣本是屬於對照組，與上述實驗組相較，本樣僅將改良式碳質電極30(圖2所示)改為傳統電極，其餘的材料或製程維持不變，以便於比較電極對超級電容性能之效應。傳統電極是採用與樣品A相同之活性物質32(85 wt%活性碳，5 wt%碳黑，10 wt% SPEEK)，塗佈於銅箔集電板表面，塗佈面積亦為2 cm×2 cm，經烘乾固化即得傳統電極，每片電極所含活性物質30(即活性碳)之劑量亦為5 mg。SPEEK電解質膜之製程與上述實驗組相同，最後，將SPEEK電解質膜與兩片傳統電極壓合成型為全固態高分子電解質超級電容，即得對照組樣本樣品B。
圖C表示使用改良式碳質電極(樣品A)和使用傳統電極(樣品B，對照組)之全固態超級電容的電流-電壓曲線圖(CV圖)，在50 mV/s掃描速率下，顯見本發明之電容性能超越使用傳統電極之超級電容。其中樣品A的電容密度是1.5 F/cm2，明顯優於樣品B的電容密度0.89 F/cm2。樣品A的功率密度及能量密度亦高，分別為4.0 kW/kg及20 Wh/kg。
本發明改良式碳質電極30(樣品A)經取樣500 mg後進行熱重分析(TGA)，所得之TGA曲線如圖D所示，將TGA曲線做一次微分分析，可知熱劣化反應峰均發生於高溫，分別是210℃,381℃,及528℃，而在200℃以下無任何劣化反應峰，顯示改良式碳質電極及全固態高分子電解質均具耐高溫特性，堪稱具備高安全性之儲能元件，適合在嚴苛的溫度條件下使用，其熱穩定性遠勝過使用水系電解質(操作溫度<100℃)、液態有機系及膠態電解質(操作溫度<150℃)之傳統超級電容。
本發明之樣本係屬非對稱性超級電容，其負極為「非法拉第型電極」，正極則為「法拉第型電極」。此樣本之SPEEK電解質膜40(圖2所示)的製程與樣品A所述相同，但將膜厚增為60μm。SPEEK溶液除用來製備固態高分子電解質40之外，亦可用來製作活性物質32，例如：使用SPEEK溶液做為黏著劑(SPEEK含量佔活性物質之10 wt%)，均勻混合85 wt%活性碳及5 wt%碳黑(廠牌XC-72R)，即得負極所需之泥漿狀活性物質32。此負極漿料經塗刷於自製導電性碳質基材31之表面(詳細步驟與實施例二中樣品A相同，隸屬第一電極製程)，該負極漿料除有部份存留在導電性碳質基材31表面，其餘的該漿料則滲流導電性碳質基材31內部並包覆導電性碳質基材31之每一碳纖維表面，再經120℃烘乾後，即得一片可做為負極的一改良式碳質電極30。此電極尺寸為2 cm×2 cm，其活性物質主成分之劑量為5 mg活性碳。另外，使用SPEEK做黏著劑(SPEEK含量佔活性物質之10 wt%)，混合80 wt%活性物質之主成分(以本實施例而言是Polymethylthiophene或pMet)及5 wt%導電助劑(本例是碳黑)，即得正極漿料，該正極漿料經塗刷於另一片自製導電性碳質基材31之表面(導電性碳質基材31亦採用第一種電極製程製作)，烘乾後即得另一片可做為正極的一改良式碳質電極30，其製程與負極相同，其活性物質主成分為pMet，劑量亦為5 mg。最後，將SPEEK電解質膜與上述兩片改良式碳質電極壓合成型，即得本發明之非對稱性超級電容10。
本發明(樣品C)已通過0-3 V之定電流充放電測試(Constant Current Charge Discharge test或CCCD test)，測試數據如圖E所示。此測試條件是無串聯狀態之單一元件，充放電之電流密度為10 mA/cm2，測試結果顯示，截至3.0 V之高電壓，本發明仍可正常充放電，上述數值大幅超過一般商用水系電解質超級電容之額定電壓(Rated voltage或VR)值約為1.0~1.7 V，亦超過一般商用有機系電解質超級電容的VR值(約為2.5~2.7 V)。
此樣本係使用共高分子(Copolymer)製作固態高分子電解質，首先將聚乙烯醇-磺化聚醚醚酮(5wt% PVA- 95 wt% SPEEK)之高分子混合物溶於二甲亞楓(Dimethylsulfoxide或DMSO)，形成PVA-SPEEK溶液，此溶液塗佈於平板玻璃後，經烘烤後可撕取高分子膜，即得此固態共高分子電解質膜，以做為固態高分子電解質40(圖2所示)，膜厚50 μm。PVA-SPEEK溶液除用來製備固態高分子電解質40之外，亦可用來製作活性物質32，例如：使用PVA-SPEEK溶液做為黏著劑(PVA-SPEEK含量佔活性物質之10 wt%)，均勻混合85 wt%活性碳及5 wt%碳黑，即得漿料狀活性物質32。將此漿料塗刷於自製高導電性碳纖維之表面，經140℃烘乾後，即可得到表面改質碳纖維，該表面改質碳纖維再經二維方式編織，即得改良式碳質電極30(即第二種電極製程)。此電極尺寸為2 cm×2 cm，其活性碳之劑量為5 mg。最後，將PVA-SPEEK電解質膜與兩片上述之改良式碳質電極30壓合成型，即得本發明之超級電容10。
循環壽命測試(Cyclic life test)係在10 mA/cm2之恆定電流密度條件下進行，使用本發明(樣品D)之壽測結果如圖F所示。結果顯示，測試前之電容密度為220 F/g，完成120000次循環壽命測試後，電容密度略減為214 F/g，衰退率<3%，並未發生明顯之性能衰退。
10．．．超級電容
20．．．引腳
30．．．改良式碳質電極
31．．．導電性碳質基材
32．．．活性物質
40．．．固態高分子電解質
圖1為習知技術之構造示意圖。
圖2為本發明之一實施例的構造示意圖。
圖3為本發明之另一實施例的構造示意圖。
圖4為本發明之改良式碳質電極的示意圖。
圖5為本發明之製造流程圖。
10．．．超級電容
20．．．引腳
30．．．改良式碳質電極
31．．．導電性碳質基材
32．．．活性物質
40．．．固態高分子電解質
Claims (25)
- 一種超級電容，包含一固態高分子電解質；一改良式碳質電極，該改良式碳質電極係設置於該固態高分子電解質之兩側；一活性物質，其中該活性物質係以三維方式分佈於該改良之碳質電極中；以及一引腳，該引腳係與該改良式碳質電極的至少一部份連結。
- 如申請專利範圍第1項所述之超級電容，其中該改良式碳質電極係為塗佈該活性物質的一導電性碳質基材，該導電性碳質基材可為一碳布、一碳氈、一碳紙、一碳纖維、一碳顆粒、或一碳粉末。
- 如申請專利範圍第2項所述之超級電容，其中該導電性碳質基材的片電阻低於200 Ω/sq、密度大於1.6 g/cm3、含碳量大於65wt%。
- 如申請專利範圍第2項所述之超級電容，其中該導電性碳質基材的比表面積係介於20至2000 m2/g之間。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述之超級電容，其中該活性物質係以三維方式分佈於該導電性碳質基材的表面及孔隙內。
- 如申請專利範圍第5項所述之超級電容，其中該活性物質係以漿料型態利用包含塗刷、刮刀成型、綱印、噴塗、浸滲、及其組合的方式，分佈於該導電性碳質基材的表面及孔隙內。
- 如申請專利範圍第5項所述之超級電容，其中分佈於該導電性碳質基材之該活性物質，以烘烤的方式使該活性物質固化。
- 如申請專利範圍第7項所述之超級電容，其中烘烤的溫度係介於攝氏60至400度之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之超級電容，其中該活性物質係包含一主成分、一導電助劑、以及一黏結劑。
- 如申請專利範圍第9項所述之超級電容，其中該導電助劑可為一碳黑、一石墨烯、或一奈米碳管。
- 如申請專利範圍第9項所述之超級電容，其中該主成分可為活性碳粉，且其比表面積係介於20-2000 m2/g之間。
- 如申請專利範圍第9項所述之超級電容，其中該主成分可為聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物、聚二氟乙烯、及上述高分子物質之混合物。
- 如申請專利範圍第9項所述之超級電容，其中該主成分可包含金屬氧化物粉體二氧化釕、二氧化鈦、二氧化錳、氧化鋅、氧化鎳、二氧化銥、及其混合物。
- 如申請專利範圍第9項所述之超級電容，其中該黏結劑可為聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物、聚二氟乙烯、及上述高分子物質之混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之超級電容，其中該固態高分子電解質係為一離子導電性高分子，或係為一離子導電性高分子與一離子化合物之混合物。
- 如申請專利範圍第15項所述之超級電容，其中該離子導電性高分子可為聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物、聚二氟乙烯、及上述高分子物質之混合物。
- 如申請專利範圍第15項所述之超級電容，其中該離子化合物可為氫氧化鋰、硝酸鋰、三氧化硫三氟甲基鋰(Li2CF3SO3)、及上述化合物之混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之超級電容，其中該固態高分子電解質的厚度係介於0.5至50 μm之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之超級電容，其中該改良式碳質電極可由該導電性碳質基材經二維、三維、高於三維之編織方法、針軋方法、抄紙方法、及其組合的方式製作而成。
- 如申請專利範圍第2項所述之超級電容，其中該碳纖維之電阻率低於5×10-2 Ω-cm、密度大於1.6 g/cm3、含碳量大於65 wt%。
- 一種超級電容的製作方法，包含以下步驟：i. 製備一離子導電性高分子物質；ii. 將該離子導電性高分子物質溶於一有機溶劑，以形成一離子導電性高分子物質溶液；iii. 將該離子導電性高分子物質溶液塗佈於光滑基板，經過烘烤後可撕取一固態高分子電解質；iv. 另外將一高分子黏著劑與一導電助劑、一活性物質主成分混合以形成一活性物質溶液；v. 將該活性物質溶液塗佈於一導電性碳質基材；vi. 將塗佈該活性物質溶液的該導電性碳質基材進行烘烤處理，以得到一改良式碳質電極；vii. 將該固態高分子電解質與兩片該改良式碳質電極壓合成型以得到一超級電容；以及viii. 在兩片該改良式碳質電極上各設置一引腳。
- 如申請專利範圍第21項所述之超級電容的製作方法，其中該導電性碳質基材可為一碳布、一碳氈、一碳紙、一碳纖維、一碳顆粒、或一碳粉末。
- 如申請專利範圍第21項所述之超級電容的製作方法，其中製備該離子導電性高分子物質的材料可為聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、聚伸苯基乙烯化合物、聚醚酮酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚二氧乙烯噻吩、聚苯胺、聚吡咯、磺酸聚氟碳化物、聚二氟乙烯、及上述高分子物質之混合物。
- 如申請專利範圍第21項所述之超級電容的製作方法，其中步驟v所述之塗佈係包含使用塗刷、刮刀成型、綱印、噴塗、浸滲、及其組合的方式。
- 如申請專利範圍第21項所述之超級電容的製作方法，其中步驟vi所述之該改良式碳質電極可由該導電性碳質基材經二維、三維、高於三維之編織方法、針軋方法、抄紙方法、及其組合的方式製作而成。
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