TWI570755B - 電容器及其製作方法 - Google Patents

Description

電容器及其製作方法

本發明是有關於一種電容器及其製作方法，且特別是有關於一種具有多孔性基底與電解質組成物的電容器及其製作方法。

電容器具有儲存能量的能力，因此被廣泛應用在電子產品中。依照不同的介電材料，電容器可分為液態電容器與固態電容器，固態電容的介電材料一般為導電性高分子，而液態電容器的介電材料一般為電解液。

液態電容器在長期使用下，電容器中的電解液會因為溫度過熱而導致膨脹，容易導致電容器破裂而產生漏液的問題，甚至發生因溫度超過電解液沸點而造成爆炸的危險現象。

本發明提供一種電容器，其具有多孔性基底與電解質組成物。

本發明提供一種電容器的製作方法，其可製作具有多孔性基底與電解質組成物。

本發明的一實施例的電容器，其包括多孔性基底、電解質組成物以及一對電極。多孔性基底具有多個孔洞。電解質組成物位於多孔性基底的孔洞中，電解質組成物包括電解液以及分散於電解液中的奈米碳材料。所述一對電極分別位於多孔性基底的相對兩表面上。

依照本發明實施例所述的電容器，多孔性基底的材料例如是三聚氰胺(melamine)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚氨酯(polyurethane)、聚乙烯(polyethylene)、乙烯-醋酸乙烯共聚合物(ethylene-vinyl acetate copolymer)、熱可塑橡膠(thermo plastic elastomer)或聚氯乙烯(polyvinyl chloride)。

依照本發明實施例所述的電容器，以電解質組成物的總重量計，奈米碳材料的含量例如介於1%至10%之間。

依照本發明實施例所述的電容器，奈米碳材料例如是膨脹石墨(expanded graphite)或碳氣凝膠(carbon aerogel)。

依照本發明實施例所述的電容器，碳氣凝膠包括顆粒尺寸介於3nm至20nm之間的粒子。

依照本發明實施例所述的電容器，碳氣凝膠的多孔性例如超過50%。

依照本發明實施例所述的電容器，碳氣凝膠的比表面積例如介於400m²/g至1000m²/g之間。

本發明的一實施例的電容器的製作方法是先混合奈米碳材料與電解液，以得到電解質組成物。接著，將多孔性基底浸入電解質組成物中。然後，於多孔性基底的相對兩表面上形成電極。

依照本發明實施例所述的電容器的製作方法，多孔性基底的材料例如是三聚氰胺、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚合物、熱可塑橡膠或聚氯乙烯。

依照本發明實施例所述的電容器的製作方法，以電解質組成物的總重量計，奈米碳材料的含量例如介於1%至10%之間。

依照本發明實施例所述的電容器的製作方法，奈米碳材料例如是膨脹石墨或碳氣凝膠。

依照本發明實施例所述的電容器的製作方法，碳氣凝膠包括顆粒尺寸介於3nm至20nm之間的粒子。

依照本發明實施例所述的電容器的製作方法，碳氣凝膠的多孔性例如超過50%。

依照本發明實施例所述的電容器的製作方法，碳氣凝膠的比表面積例如介於400m²/g至1000m²/g之間。

依照本發明實施例所述的電容器的製作方法，在將多孔性基底浸入電解質組成物中之後，更包括對浸泡過電解質組成物的多孔性基底進行乾燥程序。

依照本發明實施例所述的電容器的製作方法，在將多孔性基底浸入電解質組成物之前，更包括對多孔性基底進行清洗程序。

基於上述，在本發明的電容器中，由於多孔性基底與奈米碳材料皆具有高多孔性而具有高的比表面積，因此可以吸附多量的電解液，且因此能夠有效地提高電容器的電荷儲存能力。此外，由於多孔性基底可以有效地將電解質組成物吸附在多孔性基底的表面上與孔洞中，因此也可以避免電容器的漏液問題。另外，本發明的電容器可藉由將多孔性基底浸泡電解質組成物及在多孔性基底的相對表面上形成電極的程序來製作完成，故製程簡單且無需其他複雜的設備即可完成，因此製作成本低。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧電容器

100‧‧‧多孔性基底

100a、100b‧‧‧表面

102‧‧‧奈米碳材料

104‧‧‧電解液

106‧‧‧電解質組成物

108a、108b‧‧‧電極

S100、S110、S120、S130‧‧‧步驟

圖1為本發明一實施例的電容器的製作流程示意圖。

圖2為依照本發明實施例所繪示的電容器的示意圖。

圖1為本發明一實施例的電容器的製作流程示意圖。圖2為依照本發明實施例所繪示的電容器的示意圖。請參照圖1與圖2，首先，進行步驟S100，提供多孔性基底100。多孔性基底100具有多個孔洞，因此具有高的比表面積。多孔性基底100的材料例如是三聚氰胺、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共 聚合物、熱可塑橡膠、聚氯乙烯或其他高分子聚合物。

在一實施例中，可選擇性地對多孔性基底100進行清洗。可使用丙酮或其他清洗液來清洗多孔性基底100，以去除多孔性基底100的表面上與孔洞內的雜質。但本發明不限於此，亦可以對多孔性基底100進行一般常見的清潔處理來去除多孔性基底100的表面上與孔洞內的雜質。

接著，進行步驟S110，將奈米碳材料102加入電解液104中，混合奈米碳材料102與電解液104以使奈米碳材料102均勻分散在電解液104中，以得到電解質組成物106。在此步驟中，所使用的電解液104例如是氫氧化鉀、氫氧化鈉或硫酸。在一實施例中，奈米碳材料102例如是碳氣凝膠。碳氣凝膠可具有顆粒尺寸介於3nm至20nm的粒子。碳氣凝膠具有多孔的結構，且其多孔性(porosity)可超過50%，因此碳氣凝膠具有高的比表面積。在本實施例中，碳氣凝膠的比表面積例如介於400m²/g至1000m²/g之間。由於碳氣凝膠具有高多孔性及高比表面積，因此可有效地使電解液吸附在碳氣凝膠的表面上與孔洞中，且因此能夠吸附較多量的電解液。

在另一實施例中，奈米碳材料102例如是膨脹石墨。膨脹石墨具有多孔的結構(即具有高的比表面積)，因此可有效地使電解液吸附在膨脹石墨的表面上與孔洞中，且因此能夠吸附較多量的電解液。在其他實施例中，亦可使用其他能夠大量吸附電解液的奈米碳材料來作為奈米碳材料102。

在本實施例中，以電解質組成物106的總重量計，奈米碳材料102的含量例如是介於1%至10%之間。當奈米碳材料102含量在上述範圍內時，可使得電解質組成物106保持有電絕緣及高介電常數的特性，且奈米碳材料102可均勻分散在電解液104中而不會集結成團狀。

在此需要說明的是，在本實施例中是先進行步驟S100後再進行步驟S110，但本發明不限於此，在其他實施例中，並不特別限制步驟S100與步驟S110的先後順序。

之後，進行步驟S120，將多孔性基底100浸入電解質組成物106中。在浸泡電解質組成物106的過程中，電解質組成物106逐漸吸附於多孔性基底100上，以使多孔性基底100的孔洞中以及表面上皆有電解質組成物106的存在。在本實施例中，由於多孔性基底100具有高多孔性而具有高的比表面積，因此可以吸附多量的電解質組成物106。

在本實施例中，在浸泡電解質組成物106之後，亦可選擇性地對多孔性基底100進行乾燥程序。詳細來說，可將上述的多孔性基底100放置烘箱中進行烘烤。當然，本發明不限於此，在另一實施例中，可將多孔性基底100靜置揮發來進行乾燥程序。

接著，進行步驟S130，於多孔性基底100的相對兩表面100a、100b上分別形成電極108a、108b(請參照圖2)。在本實施例中，在多孔性基底100的相對兩表面100a、100b上形成電極108a、108b的方法例如是將電極108a、108b黏附在多孔性基底 100的相對兩表面100a、100b上。電極108a、108b的材料例如是銀、鈀或鋁。至此，即完成了具有多孔性基底100以及電解質組成物106的電容器10的製作。

在電容器10中，由於多孔性基底100具有高多孔性而具有高的比表面積，因此可吸附多量的電解質組成物106。另外，由於電解質組成物106中的奈米碳材料102也具有高多孔性及高的比表面積，因此亦可吸附多量的電解液104。也就是說，在電容器10中，奈米碳材料102與多孔性基底100皆可吸附多量的電解液104，因此可有效地提高電容器10的電荷儲存能力。此外，由於多孔性基底100可以有效地將電解質組成物106吸附在多孔性基底100的表面上與孔洞中，因此也可有效地避免電容器的漏液問題。

此外，本發明電容器可藉由先將多孔性基底浸泡在具有奈米碳材料與電解液的電解質組成物中，之後在多孔性基底的相對表面上形成電極來製作完成，故製程簡單且無需使用過於複雜的設備，因此製作成本低。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S100、S110、S120、S130‧‧‧步驟

Claims (16)

1. 一種電容器，包括：多孔性基底，具有多個孔洞；電解質組成物，位於所述多孔性基底的所述孔洞中，所述電解質組成物包括電解液以及分散於所述電解液中的奈米碳材料；以及一對電極，分別位於所述多孔性基底的相對兩表面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電容器，其中所述多孔性基底的材料包括三聚氰胺、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚合物、熱可塑橡膠或聚氯乙烯。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電容器，其中以所述電解質組成物的總重量計，所述奈米碳材料的含量介於1%至10%之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電容器，其中所述奈米碳材料包括膨脹石墨或碳氣凝膠。
5. 如申請專利範圍第4項所述的電容器，其中所述碳氣凝膠包括顆粒尺寸介於3nm至20nm之間的粒子。
6. 如申請專利範圍第4項所述的電容器，其中所述碳氣凝膠的多孔性超過50%。
7. 如申請專利範圍第4項所述的電容器，其中所述碳氣凝膠的比表面積介於400m²/g至1000m²/g之間。
8. 一種電容器的製作方法，包括：混合奈米碳材料與電解液，以得到電解質組成物； 將多孔性基底浸入所述電解質組成物中；以及於所述多孔性基底的相對兩表面上形成電極。
9. 如申請專利範圍第8項所述的電容器的製作方法，其中所述多孔性基底的材料包括三聚氰胺、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚合物、熱可塑橡膠或聚氯乙烯。
10. 如申請專利範圍第8項所述的電容器的製作方法，其中以所述電解質組成物的總重量計，所述奈米碳材料的含量介於1%至10%之間。
11. 如申請專利範圍第8項所述的電容器的製作方法，其中所述奈米碳材料包括膨脹石墨或碳氣凝膠。
12. 如申請專利範圍第11項所述的電容器的製作方法，其中所述碳氣凝膠包括顆粒尺寸介於3nm至20nm之間的粒子。
13. 如申請專利範圍第11項所述的電容器的製作方法，其中所述碳氣凝膠的多孔性超過50%。
14. 如申請專利範圍第11項所述的電容器的製作方法，其中所述碳氣凝膠的比表面積介於400m²/g至1000m²/g之間。
15. 如申請專利範圍第8項所述的電容器的製作方法，其中將所述多孔性基底浸入所述電解質組成物中之後，更包括對浸泡過所述電解質組成物的所述多孔性基底進行乾燥程序。
16. 如申請專利範圍第8項所述的電容器的製作方法，其中將所述多孔性基底浸入所述電解質組成物之前，更包括對所述多孔性基底進行清洗程序。