TW201426777A - 以磁力控制大型超級電容池充放電之方法及該超級電容池 - Google Patents

以磁力控制大型超級電容池充放電之方法及該超級電容池 Download PDF

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Abstract

一種以磁力控制其充放電效率而具有充放電穩定性之大型超級電容池，以藉助所述控制超級電容充放電之方法而能實現提升該超級電容池儲電效果及充放電穩定性等功效。該控制超級電容池充放電之方法，係包含：通電於內部充填有具晶格排列可變性之導電材的一超級電容池，使得該導電材之晶格自等向排列之非結晶相變化為電性向列型之結晶相，以吸附電子而成向列型結晶相之導電材；及施予一外加磁場，以在該外加磁場的作用下使該導電材的晶格排列回復為等向排列之非結晶相並釋出電子。

Description

以磁力控制大型超級電容池充放電之方法及該超級電容池
本發明係關於一種超級電容池之充放電方法，特別是關於一種可控制大型之超級電容池放電效率且維持其充放電穩定性之方法及該超級電容池。
市面上常見蓄電池多為鉛蓄電池、鎳鐵電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，以藉光電轉換及其內部電解液之化學作用來產生並儲存電能。惟此類電池的壽命及蓄電能力皆有限，更礙於其成本較高而無法為高耗電設備所廣用。
為此，現階段多以發展成熟的電容池取代之，且相較於傳統電容池更以超級電容池漸成為現今市場的優勢。
多數超級電容池係以多孔性碳材料為電極，並填加液態界電材料為電解質，以藉由其中電荷分離來儲存電能。例如：屬於碳材之一的石墨烯或其氧化物於近幾年廣用來製備為超級電容池，以仰賴石墨烯具有之高熱傳及高電傳等特性，致使該超級電容池負載有高速充放電之能力。
且於超級電容池工作過程，通常係通電於其內部而致使電子逐漸吸附在石墨烯表面並在石墨烯各分子間蓄足電子後而帶電；反之，則可於超級電容池成通路後迫使電子重新游移而自通路導出放電。但一般情況下，在超級電容池的自放電過程卻始終沒有相當的控制方式，而造成超級電容池總在蓄滿電後即快速耗損，以致超級電容池的放電效率不佳，更因此降低超級電容池的整體儲電效果及充放 電穩定性。
有鑑於此，確實需要發展一種足以控制超級電容池充放電之方法，以藉此發展出有別於習知之超級電容池，並解決如上所述之各種問題。
本發明主要目的乃改善上述問題，以提供一種以磁力控制大型超級電容池充放電之方法，其係能夠使超級電容池具有較佳放電效率，以提升其儲電效果及充放電穩定性者。
本發明次一目的乃改善上述問題，以提供一種可控制其放電效率而具有充放電穩定性之超級電容池。
為達到前述發明目的，本發明以磁力控制超級電容池充放電之方法，係包含：通電於內部充填有具晶格排列可變性之導電材的一超級電容池，使得該導電材之晶格自等向排列之非結晶相變化為電性向列型之結晶相，以吸附電子而成向列型結晶相之導電材；及施予一外加磁場，以在該外加磁場的作用下使該導電材的晶格排列回復為等向排列之非結晶相並釋出電子。
其中，該導電材為石墨、石墨烯、石墨烯氧化物或石墨、石墨烯與金屬、高分子所合成之複合材。
其中，該外加磁場來自天然磁礦、電磁鐵或超導磁鐵受電作用而生成。或該外加磁場由微波電弧放電所生成。
為達到前述發明目的，基於前述概念另提供一種超級電容池，係包含：至少一池槽，其內部充填有具晶格排列 可變性之之導電材，該導電材為石墨、石墨烯、石墨烯氧化物或石墨、石墨烯與金屬、高分子所合成之複合材；及一磁性材，設置於該池槽外，以於通電後產生磁場。
其中，該磁性材為電磁鐵或超導磁鐵。
其中，該容槽為數個，該數個容槽各相互串聯。
其中，該容槽為數個，該數個容槽各相互並聯。
其中，該容槽為數個，該數個容槽各相互串、並聯。
如此一來，本發明藉由導電材的晶格變化，不僅能於通電後，透過緊密且規則排列的晶格結構抑制該導電材的自放電情形；甚至，還能於外加磁場的作用下，以改變磁場大小而有效調控晶格的變化頻率，致使因蓄滿電而呈向列型結晶相之導電材重新回復為等向排列非結晶相，藉此得以使電子游移，並進一步控制該超級電容池的放電效率。如此，上述實施態樣之超級電容池，遂能借助本發明以磁力控制超級電容池充放電之方法，而達到提升該超級電容池儲電效果及充放電穩定性等功效。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明以磁力控制超級電容池充放電之方法係適用於各種類之超級電容池，以於通電後，能夠迫使其中所添加之導電材(通常為具晶格排列可變性之材料)趨於電性向列型結晶相(Electro-Nematic Phase)為主要原則；該控 制超級電容池充放電之方法包含下列步驟：通電於內部充填有具晶格排列可變性之導電材的一超級電容池，使得該導電材之晶格自等向排列之非結晶相變化為電性向列型之結晶相，以吸附電子而成向列型結晶相導電材；且當該超級電容池蓄足電，而欲接續作放電動作時，遂施予一外加磁場，以在該外加磁場的作用下使該導電材之晶格排列回復為等向排列之非結晶相並且釋出電子。
其中，該導電材可以為石墨、石墨烯、石墨烯氧化物或石墨、石墨烯與金屬、高分子所合成之複合材；且該外加磁場的生成乃為本領域人員可知悉，其係可以來自天然磁礦、電磁鐵或超導磁鐵受受電作用而生成者，甚至亦可直接由微波電弧放電所生成。
如此一來，本發明便能夠透過導電材於通電後的晶格變化，而迫使該導電材在充分吸附電子後轉變其導電材之結晶特性，即自等向(isotropic)排列之結晶相轉變為電性向列型(nematic)排列之結晶相，以藉緊密且規則排列的晶格結構抑制該導電材的自放電情形；並且，再透過外加磁場作用，更可有效藉磁場的引力改變該導電材的晶格排列，使得該導電材可自向列型結晶相重新回復為等向排列非結晶相，且得以使電子游移而放電。甚至，利用磁場大小為晶格變化頻率的調控，以能有效控制放電效率，達到提升該超級電容池儲電效果及充放電穩定性等功效。
基於前述概念，其操作步驟可隨實際實施而調整其先後順序，以維持超級電容池可充放電為主，在此配合圖式， 以先充電後放電之較佳實施態樣詳細說明如下：
如第1a圖所示，該超級電容池1包含至少一池槽11、一電極組12及一磁性材13，該電極組12置於該池槽11內，該磁性材13則設置於該池槽11外，於通電後能產生磁場；並且，該池槽11內部還充填有具晶格排列可變性之之導電材S，該導電材S較佳係選擇為石墨烯氧化物，借助該導電材S具有高熱傳及高電傳等特性，而能提升該超級電容池1之蓄電量。其中，該磁性材13可以為電磁鐵或超導磁鐵。
承上所述，續如第1a、1b圖(第1b圖為第1a圖所示A處之放大示意圖)所示，本實施例係選擇以石墨烯氧化物作為導電材S，以填充於該超級電容池1的一池槽11內，且透過外加電流通過電極組12，而使該導電材S因電荷吸附而使其晶格自等向(isotropic)排列轉變為電性向列型(nematic)排列之結晶相；意即石墨烯氧化物可在其表面帶電後自液相轉變為呈規則排列且帶電荷之半固相(相當於凝膠狀態)。以上，通入該超級電容池1之電流量，係可以視實際製作之超級電容池1內所含導電材S充填量而定，直至導電材S能吸附電荷達飽和為較佳，此為本領域技術人員可理解並給予電流量管控，不再贅述。
接著，如第2a、2b圖(第2b圖為第2a圖所示B處之放大示意圖)所示，當該超級電容池1蓄足電，而欲接續作放電動作時，遂對該磁性件13通以電流，致使該磁性件13能夠於電流通入後生成磁場M，以藉由磁場M破壞該導電材S(即石墨烯氧化物)的晶格排列，致使呈電性 向列型結晶相的緊密晶格因磁場M的引力作用而逐漸受拉扯；如此一來，原本附著於該導電材S(即石墨烯氧化物)表面之電子則會隨其晶格鬆動而使電子游移於該池槽11內，以此作該超級電容池1之放電。
特別地，前述磁場M大小乃取決於實際實施時所欲釋出之電子量而定，且僅需維持磁場M大小能改變該導電材S之晶格排列即可，此應可為本領域技術人員所理解，以藉此調節電子釋出頻率而能有效控制其放電效率。
此外，如第3圖所示，該超級電容池1’亦可由內含有電極組12的數個池槽11所構成，並同樣於該數個池槽11’外設置有磁性件13’，以藉該磁性件13’外加一磁場，且該數個池槽11’內亦各充填有具晶格排列可變性的導電材S’。其中，該數個池槽11’可以各相互串聯或各相互並聯；亦能夠如圖面所示同時相互串、並聯。
綜上所述，本發明以磁力控制該超級電容池充放電之方法的主要特徵在於：藉由導電材S的晶格變化，不僅能於通電後，透過緊密且規則排列的晶格結構抑制該導電材S的自放電情形；甚至，還能於外加磁場M的作用下，以改變磁場M大小而有效調控晶格的變化頻率，致使該導電材S自向列型結晶相重新回復為等向排列非結晶相而得以使電子游移，並藉此控制該超級電容池1的放電效率。如此，上述實施態樣之超級電容池1、1’，遂能借助本發明控制超級電容池充放電之方法，而達到提升該超級電容池1、1’儲電效果及充放電穩定性等功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
〔本發明〕
1、1’‧‧‧超級電容池
11、11’‧‧‧池槽
12、12’‧‧‧電極組
13、13’‧‧‧磁性件
S、S’‧‧‧導電材
第1a圖：本發明控制超級電容池充電示意圖。
第1b圖：如第1a圖所示A處之局部放大示意圖。
第2a圖：本發明控制超級電容池放電示意圖。
第2b圖：如第2a圖所示B處之局部放大示意圖。
第3圖：本發明超級電容池另一實施態樣示意圖。
1‧‧‧超級電容池
11‧‧‧池槽
12‧‧‧電極組
13‧‧‧磁性件
S‧‧‧導電材

Claims (9)

  1. 一種以磁力控制超級電容池充放電之方法，係包含：通電於內部充填有晶格排列可變性之導電材的一超級電容池，使得該導電材之晶格自等向排列之非結晶相變化為電性向列型之結晶相，以吸附電子而成向列型結晶相之導電材；及施予一外加磁場，以在該外加磁場的作用下使該導電材的晶格排列回復為等向排列之非結晶相並釋出電子。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之以磁力控制超級電容池充放電之方法，其中，該導電材為石墨、石墨烯、石墨烯氧化物或石墨、石墨烯與金屬、高分子所合成之複合材。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之以磁力控制超級電容池充放電之方法，其中，該外加磁場係來自天然磁礦、電磁鐵或超導磁鐵受電作用而生成。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之以磁力控制超級電容池充放電之方法，其中，該外加磁場由微波電弧放電所生成。
  5. 一種超級電容池，係包含：至少一池槽，其內部充填有具晶格排列可變性之導電材，該導電材為石墨、石墨烯、石墨烯氧化物或石墨、石墨烯與金屬、高分子所合成之複合材；及一磁性材，設置於該池槽外，以於通電後產生磁場。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之超級電容池，其中，該磁 性材為電磁鐵或超導磁鐵。
  7. 如申請專利範圍第5或6項所述之超級電容池，其中，該池槽為數個，該數個池槽各相互串聯。
  8. 如申請專利範圍第5或6項所述之超級電容池，其中，該池槽為數個，該數個池槽各相互並聯。
  9. 如申請專利範圍第5或6項所述之超級電容池，其中，該池槽為數個，該數個池槽各相互串、並聯。
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