TWI473130B - 儲能元件 - Google Patents

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Description

儲能元件
本發明係有關於一種儲能元件，特別是有關於一種於負極表面包覆有一保護層之儲能元件。
隨著可攜帶式電子產品與電動車輛的發展，能兼具高能量、快速充放電、長使用時間等特性之儲能元件，成為各方開發的主要目標之一。
一般來說，儲能元件可分為電池和電容器兩種。
電池本身為利用氧化還原所產生的化學能原理來儲存電能，其設計上是以正常使用情況下做長效性之小電流放電為主，故電極材料之開發是著重在長時間使用及高電量儲存之方面，必須具有高能量密度。但其缺點是由於涉及電極結構之化學氧化還原，反應速率較慢，一次充電往往需要耗費數小時之等待時間，無法因應高功率輸出之需求，若勉強為之則會造成電池性能之劣化。
另一方面，電容器乃利用電荷積聚之物理方式儲能，因此短時間即能完全充電，並能將所儲存的電量在瞬間完全放出。例如利用電化學儲能的超高電容器能在短時間內快速進行充放電，具備高功率之優點，可於瞬間提供相當高之電流。但綜觀目前之超高電容器系統，主要是以電極與電解液離子間之吸附/脫附進行物理儲能，其所能儲存之能量實在太低，無法與電池相比擬，使其用途僅受限於各 類備用電源之範疇。
因此，開發兼具高能量與高功率特性之儲能元件，能夠兼有電池之「高能量」，以及電容器之「高功率」特性者，便成為各方所努力之目標。
儲能元件能儲存的能量(E)正比於元件之電容量(Q)與元件工作電壓(V)。在既有超高電容器中，是由高表面積碳材或金屬氧化物組成電極材料，搭配含有離子鹽類的水溶液或非水溶液作為電解液，其元件由兩相同電極對稱組成。但此種對稱型元件在水系電解液中之工作電壓最大僅能達1.2V，若改用非水系電解液，其工作電壓最大僅達2.5~2.7V，能量密度無法提高。另一方面，具有氧化還原能力的金屬氧化物如RuO2 則由於其原料價格非常昂貴，因而欠缺市場競爭性。因此，為了增加可供利用的電位區間，提高元件工作電壓，近年來陸續有多種利用不對稱電極之設計推出，顧名思義乃是採取兩種不同材料分別作為元件之正、負極者。
在美國專利5,953,204號中所揭露的電雙層電容器，是以活性碳為正極，而以不與鋰離子產生合金化的多孔性鎳(Ni)集電體上擔負能讓鋰離子嵌入/脫出之碳材作為負極，其工作電壓可達4.0V。在世界專利WO2005/096333中所開發之有機電解質電容器，是以活性碳為正極，而以能讓溶液中鋰離子嵌入之中孔碳材(mesoporous carbon)作為負極，其工作電壓可達4.0V。但由於碳材與鋰離子之嵌入反應電位相當接近於0V，在快速充放電過程中很容易造成鋰 金屬沉積在碳材表面，進而刺穿隔離膜而發生短路。此外，為達高電容量的效果，以上所提及的負極碳材必須具有特定結構，因此，需經過複雜且成本昂貴的特殊化學製造程序。美國專利6,252,762號發表利用電雙層吸附特性之活性碳作為正極活性材料，搭配一種具備讓電解液中鋰離子嵌入之Li4 Ti5 O12 活性材料，其工作電壓可達3.0V，但Li4 Ti5 O12 負極活性材料與鋰離子之反應電位較碳材高，約1.5V，如此一來降低了元件可利用之電位區間，且此材料必須在特定合成條件下才能具有良好的充放電容量維持率，其合成條件繁雜不易掌控。
以上系統所使用的負極材料中，碳材與鋰離子反應具有372mAh/g的理論電容量，但與鋰離子之嵌入反應電位相當接近於0V，在快速充放電過程中很容易造成鋰金屬沉積在碳材表面，進而刺穿隔離膜而發生短路。Li4 Ti5 O12 材料與鋰離子之反應電位較碳材高，約1.5V，雖然提高了安全性但降低了元件可利用之電位區間，且其與鋰離子反應僅有140~160mAh/g的低電容量，若欲製作一大容量之元件，就必須使用相當大量之活性材料，無形中亦增加了整體元件之重量。
此外，雖然目前可藉由使用如銻、鉍、矽、錫、鉛、鋁、鎵、銦、鎘或鋅等材料為負極，藉由此些材料與鋰離子反應形成合金的反應，來達到使負極具備較碳材更高的電容量的目的，但此類負極材料於鋰離子在嵌入反應形成合金時，會伴隨發生較原材料數倍的體積膨脹，而當鋰離 子脫出合金時，其體積又會收縮回到原始材料狀態。此一嵌入-脫出的反應過程造成劇烈的體積膨脹-收縮，其對材料產生的應力，往往使材料結構脆裂而瓦解，影響材料壽命甚鉅。因此，在使用類似合金負極時，首先必須能解決如何使電極結構安定化的問題。
本發明之一實施例，提供一種儲能元件，包括：一正極；一負極，表面包覆有一保護層；以及電解液。
該正極由一具備快速儲能的電化學電容能力者披覆於一集電體所構成，該負極則由能與鋰離子產生電化學反應的金屬材料所構成，且金屬材料表面進一步包覆有一保護層，該保護層係由該金屬材料之氧化物或氫氧化物所構成，此金屬材料並可直接作為集電體之用。正極與負極之間並搭配含鋰離子鹽類的電解液，以使該儲能元件具備高能量與快速充放電的能力。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明之一實施例，提供一種儲能元件，包括一正極，一負極，表面包覆有一保護層，以及電解液。
本發明為一種不對稱電極結構的設計，正極由一具備快速儲能的電化學電容能力者披覆於一集電體所構成，負 極則由能與鋰離子產生電化學反應的金屬材料所構成，此金屬材料並可直接作為集電體之用。此外，負極金屬材料表面進一步包覆有一保護層，可由該金屬材料的氧化物或氫氧化物所構成。正極與負極間並搭配含鋰離子鹽類的電解液，以使該儲能元件具備高能量與快速充放電的能力。
本發明正極具備快速儲能的電化學電容材料可包含活性碳、導電高分子等。若使用之正極活性物質為活性碳，所利用的儲能機制為對電解液離子吸附/脫附的高度可逆性，可快速充放電，其電容量約為20~30mAh/g。有鑒於儲能元件之能量正比於材料之電容量，因此除活性碳以外，具備快速摻雜-去摻雜反應能力且高可逆性的導電高分子如聚苯胺(polyaniline)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)等導電性高分子及其相關衍生物，其電容量約為40~70mAh/g，亦可作為正極活性物質使用。其中尤以聚噻吩(polythiophene)類衍生物之聚3-甲基噻吩(poly (3-methylthiophene), PMeT)、聚3,4-乙烯雙氧噻吩(poly (3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT)、聚3-(4-氟苯噻吩)(poly (3-(4-fluorophenylthiophene)), PFPT)等具有較佳的穩定性及較高的反應電位，有利於元件工作電壓之提升，由於儲能元件之能量正比於材料之工作電壓，因此如PMeT、PEDOT、PFPT等，特別有利於元件能量密度之提高。正極可由活性碳、導電高分子或其組合披覆於一集電體所構成，此集電體通常為具有良好導電性之材料，如鋁、鎳、不鏽鋼、碳、鉑等，通常以鋁為較佳之選擇。
本發明儲能元件所使用的的負極材料較正極材料具有更高電容量，且能與鋰離子藉由電化學反應形成合金，如銻、鉍、矽、錫、鉛、鋁、鎵、銦、鎘或鋅等材料皆有此能力，其電容量較碳材電容量(372mAh/g)更高。本發明中此負極材料可直接作為集電體之用，因此以具優良導電性之金屬材料為佳。在能與鋰離子反應形成合金的金屬材料中，鋁之密度為2.70g/cm3 ，遠較其他金屬材料為輕(銻6.68g/cm3 ，鉍：9.79g/cm3 ，錫7.31g/cm3 ，鉛:11.34g/cm3 ，鎵5.91g/cm3 ，銦：7.31g/cm3 ，鋅7.14g/cm3 ，鎘8.65g/cm3 )，若能直接使用鋁箔作為負極活性材料並扮演集電體之用，一方面因鋁相較於現行儲能元件負極集電體常使用的銅、鎳等具有重量輕的優點，而能使元件整體能量密度獲得提高，另一方面則因得免去進行繁雜的活性物質塗佈、乾燥、輥壓程序，製程更為簡便。此外鋁與鋰離子間嵌入與脫出的反應電位約在0.2~0.5V之間，其較碳材為高可因此避免發生短路的可能。另此外，鑒於所形成合金材料在充放電過程中因脆裂而產生結構瓦解的問題，本發明於鋁負極表面更進一步形成一保護層，藉由此保護層的存在得在施以電化學過程中與電解液中鋰離子產生反應後形成一穩定架構(matrix)，即可達到安定化電極結構之目的，有利於元件在長時間充放電循環之電容量維持。此保護層為鋁箔表面經化學或電化學方式化成處理者，使其表面部分形成含有氧化物或氫氧化物的保護層皮膜，此皮膜厚度由化成電壓決定，約為1.3nm/V。一般來說該保護層厚度可在1~200nm 之間，以1~50nm間較佳。
此外，本發明所使用的電解液為含鋰離子鹽類的溶液，其中該鋰離子鹽類可包含如LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiB(C2 O4 )2 、LiAsF6 、LiCF3 SO3 、LiN(CF3 SO2 )2 、LiN(C2 F5 SO2 )2 或LiC(CF3 SO2 )3 等。
綜上所述，正極與負極採不同材料的不對稱設計可使元件工作電壓有效地被提高，達到提高能量的目的。
【實施例】 【實施例1】 活性碳/鋁箔(含表面保護層)不對稱電極結構(1)
首先，將活性碳粉末(Norit® SX Ultra activated carbon)加入以CMC (Carboxymethylcellulose, sodium salt)溶於去離子水/甲醇(體積比1:1)所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳：黏結劑的重量比為90:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
採用表面經化學或電化學化成處理的鋁箔為負極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護層皮膜。此皮膜的化成電壓為2.0V。
取塗佈活性碳的鋁箔極片(0.0220g)為正極與負極蝕刻鋁箔(2.0V化成,0.0158g)，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此組成元件以0.25mA定電流進行測試，每次充放電循環過程中靜置平衡30分鐘。第1圖為此元件在定 電流充放電之各次循環充放電曲線。元件電壓範圍為2.4~4.2V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為17.9Wh/kg。
【實施例2】 活性碳/鋁箔(含表面保護層)不對稱電極結構(2)
首先，將活性碳粉末(Norit® A Supra)加入以導電碳與黏結劑溶於去離子水所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳：導電碳：黏結劑的重量比為100:5:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
採用表面經化學或電化學化成處理的鋁箔為負極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護層皮膜。此皮膜的化成電壓為4.0V。
取塗佈活性碳的鋁箔極片(0.0097g)為正極與負極蝕刻鋁箔(4.0V化成,0.0158g)，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此組成元件以1mA定電流進行測試，每次充放電循環過程中靜置平衡30秒。第2圖為此元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。元件電壓範圍為2.8~4.4V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為13.3Wh/kg。
第3圖為此元件在1mA充放電循環下，電容量隨循環次數之變化，經500次充放電循環後，電容量維持率約為82.2%。
【實施例3】 活性碳/鋁箔(含表面保護層)不對稱電極結構(3)
首先，將活性碳粉末(Norit® A Supra)加入以導電碳與黏結劑溶於去離子水所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳：導電碳：黏結劑的重量比為100:5:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
採用表面經化學或電化學化成處理的鋁箔為負極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護層皮膜。此皮膜的化成電壓為6.0V。
取塗佈活性碳的鋁箔極片(0.0097g)為正極與負極蝕刻鋁箔(6.0V化成，0.0158g)，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此組成元件以1mA定電流進行測試，每次充放電循環過程中靜置平衡30秒。第4圖為此元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。元件電壓範圍為2.8~4.4V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為13Wh/kg。
第5圖為此元件在1mA充放電循環下，電容量隨循環次數之變化，經500次充放電循環後，電容量維持率約為92.0%。
【實施例4】 導電高分子/鋁箔(含表面保護層)不對稱電極結構(1)
首先，以3-甲基噻吩(3-methylthiophene)為單體，加入氯化鐵氧化劑，於三氯甲烷溶劑中進行反應，並以冰浴控制其反應速率。待反應5小時後進行抽氣過濾，並將甲醇 與去離子水清洗所得之產物，於70℃真空下烘乾，即可獲得粉末狀的聚3-甲基噻吩poly (3-methylthiophene, PMeT)導電高分子。
接著，將PMeT粉末與導電碳混合均勻，加入以CMC (Carboxymethylcellulose, sodium salt)溶於去離子水/甲醇(體積比1:1)所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中PMeT：導電碳：黏結劑的重量比為70:20:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
採用表面經化學或電化學化成處理的鋁箔為負極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護層皮膜。此皮膜的化成電壓為6.0V。
取塗佈PMeT的鋁箔極片(0.0106g)為正極，蝕刻鋁箔(6.0V化成,0.0158g)為負極，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此組成元件以2mA定電流進行測試，每次充放電循環過程中靜置平衡30秒。第6圖為此元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。元件電壓範圍為2.2~3.6V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為16.0Wh/kg。
第7圖為此元件在2mA充放電循環下，電容量隨循環次數之變化，經500次充放電循環後，電容量維持率約為87.5%。
【實施例5】 導電高分子/鋁箔(含表面保護層)不對稱電極結構(2)
首先，以3,4-乙烯雙氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene, EDOT)為單體，加入1.5倍莫耳比的對-甲苯磺酸鐵(Iron (III)p-toluenesulfonate)為氧化劑，於正丁醇溶劑中進行反應，並以冰浴控制其反應速率。待反應5小時後進行抽氣過濾，並將甲醇與去離子水清洗所得之產物，於70℃真空下烘乾，即可獲得粉末狀的聚3,4-乙烯雙氧噻吩(poly (3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT)導電高分子。
接著，將PEDOT粉末與導電碳混合均勻，加入以EPDM rubber溶於正庚烷所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中PEDOT：導電碳：黏結劑的重量比為70:20:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
採用表面經化學或電化學化成處理的鋁箔為負極，其表面部分含有氧化物或氫氧化物的保護層皮膜。此皮膜的化成電壓為6.0 V。
取塗佈PEDOT的鋁箔極片(0.0140g)為正極，蝕刻鋁箔(6.0V化成,0.0158g)為負極，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此組成元件以1.5mA定電流進行測試，每次充放電循環過程中靜置平衡30秒。第8圖為此元件在定電流充放電之各次循環充放電曲緣。元件電壓範圍為2.4~3.8V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為11.7Wh/kg。
第9圖為此元件在1.5mA充放電循環下，電容量隨循環次數之變化，經500次充放電循環後，電容量維持率約為80.5%。
【比較實施例1】 活性碳/活性碳對稱電極結構
首先，將活性碳粉末(Norit® SX Ultra activated carbon)加入以CMC (Carboxymethylcellulose, sodium salt)溶於去離子水/甲醇(體積比1:1)所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳：黏結劑的重量比為90:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
取兩片相同塗佈活性碳的鋁箔極片(0.0197g)分別作為正極與負極之用，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此組成元件以0.42mA定電流進行測試，每次充放電循環過程中靜置平衡30分鐘。第10圖為此元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。元件電壓範圍為0~2.5V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為3.59Wh/kg。
【比較實施例2】 導電高分子/鋁箔不對稱電極結構
首先，以3-甲基噻吩(3-methylthiophene)為單體，加入氯化鐵氧化劑，於三氯甲烷溶劑中進行反應，並以冰浴控制其反應速率。待反應5小時後進行抽氣過濾，並將甲醇與去離子水清洗所得之產物，於70℃真空下烘乾，即可獲 得粉末狀的聚3-甲基噻吩poly (3-methylthiophene, PMeT)導電高分子。
接著，將PMeT粉末與導電碳混合均勻，加入以CMC (Carboxymethylcellulose, sodium salt)溶於去離子水/甲醇(體積比1:1)所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中PMeT：導電碳：黏結劑的重量比為70:20:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
以塗佈PMeT的鋁箔極片(0.0195g)為正極，鋁箔(未經蝕刻，未化成，0.0120g)為負極，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此元件以0.18375mA定電流進行連續充放電測試。第11圖為此元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。元件電壓範圍為1.0~3.6V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為8.21Wh/kg。
【比較實施例3】 活性碳/鋁箔不對稱電極結構
首先，將活性碳粉末(Norit® SX Ultra activated carbon)加入以CMC (Carboxymethylcellulose, sodium salt)溶於去離子水/甲醇(體積比1:1)所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳：黏結劑的重量比為90:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
取塗佈活性碳的鋁箔極片(0.0197g)為正極，蝕刻鋁箔(未化成,0.0125g)為負極，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此組成元件以0.21mA定電流進行測試。第12圖為此元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。元件電壓範圍為2.6~4.4V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為8.26Wh/kg。
【比較實施例4】 活性碳/活性碳對稱電極結構
首先，將活性碳粉末(Norit® A Supra)加入以導電碳與黏結劑溶於去離子水所配製成的黏結劑溶液中進行攪拌，直至得到一均勻漿料。此漿料中活性碳：導電碳：黏結劑的重量比為100:5:10。之後，以刮刀將漿料塗佈於鋁箔上，並待溶劑揮發後置於真空烘箱中烘乾。待以輥壓機進一步將極板壓實後，裁剪成所需尺寸備用。
取兩片相同塗佈活性碳的鋁箔極片(0.0100g)分別作為正極與負極之用，搭配含LiPF6 鹽類之電解液組成測試元件。此組成元件以1mA定電流進行測試，每次充放電循環過程中靜置平衡30秒。第13圖為此元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。元件電壓範圍為0~3.2V，以正、負極總重量換算得到之元件能量密度為4.77Wh/kg。
第14圖為此元件在1mA充放電循環下，電容量隨循環次數之變化，經500次充放電循環後，電容量維持率約為72%。
上述實施例1~5與比較實施例1~4之實驗數據歸納列 於表一與表二。
相較於正、負電極採相同活性碳的對稱型設計，採用鋁箔為負極材料的不對稱型元件係具有較高的工作電壓及能量密度，而在負極鋁箔表面另形成一保護層時，將更有利於能量密度的提升。
如比較實施例4中採正、負電極相同活性碳的對稱型設計者，其工作電壓相較比較實施例1中提高僅有助於能量密度自3.59Wh/kg至4.77Wh/kg的微幅提升，但此舉對循環過程之電容量維持率產生不利影響。相較於正、負電極採相同活性碳的對稱型設計，本發明於負極表面包覆有一保護層的不對稱型元件係具有較高工作電壓、能量密度及較佳的電容量維持率。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，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。
第1圖為具有活性碳/鋁(含2.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。
第2圖為具有活性碳/鋁(含4.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。
第3圖為具有活性碳/鋁(含4.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在1mA充放電循環下，電容量維持率隨循環次數之變化。
第4圖為具有活性碳/鋁(含6.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。
第5圖為具有活性碳/鋁(含6.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在1mA充放電循環下，電容量維持率隨循環次數之變化。
第6圖為具有導電高分子PMeT/鋁(含6.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。
第7圖為具有導電高分子PMeT/鋁(含6.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在2mA充放電循環下，電容量維持率隨循環次數之變化。
第8圖為具有導電高分子PEDOT/鋁(含6.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各 次循環充放電曲線。
第9圖為具有導電高分子PEDOT/鋁(含6.0V化成表面保護層)不對稱電極結構之儲能元件在1.5mA充放電循環下，電容量維持率隨循環次數之變化。
第10圖為具有活性碳/活性碳對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。
第11圖為具有導電高分子/鋁不對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。
第12圖為具有活性碳/鋁不對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。
第13圖為具有活性碳/活性碳對稱電極結構之儲能元件在定電流充放電之各次循環充放電曲線。
第14圖為具有活性碳/活性碳對稱電極結構之儲能元件在1mA充放電循環下，電容量維持率隨循環次數之變化。

Claims (6)

  1. 一種儲能元件，包括：一正極；一負極，表面包覆有一保護層，其中該負極係由一可與鋰離子產生電化學反應之金屬材料所構成，該金屬材料由鋁組成，該保護層係由該金屬材料之氧化物或氫氧化物所構成；以及一電解液。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之儲能元件，其中該正極係由具備快速儲能的電化學電容能力之材料披覆於一集電體所構成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之儲能元件，其中該材料係由活性碳、導電高分子或其組合所構成。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之儲能元件，其中該導電高分子包括聚3-甲基噻吩(poly(3-methylthiophene),PMeT)或聚3,4-乙烯雙氧噻吩(poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之儲能元件，其中該集電體為鋁。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之儲能元件，其中該電解液包含鋰離子鹽類。
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