專利名稱：超級(jí)電容裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容裝置及其制造方法，尤其涉及一種超級(jí)電容 脫鹽裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容裝置被廣泛地用來(lái)存儲(chǔ)能量。通常，超級(jí)電容裝置為兩層的 電容結(jié)構(gòu)，其包括一對(duì)由活性炭組成的電極及位于電極之間允許帶電離子 通過(guò)且阻止電子通過(guò)的隔離物。電解質(zhì)均勻的分布于電極之間。此外，超 級(jí)電容裝置還可包括一對(duì)集流體用于分別和相應(yīng)的電極相連。當(dāng)對(duì)超級(jí)電容裝置進(jìn)行充電時(shí)，電極與電源相連使電荷聚集在相應(yīng)的 電極與電解質(zhì)的界面位置從而來(lái)吸引不同的帶電離子向相應(yīng)的電極移動(dòng)。 當(dāng)放電時(shí)，離子從相應(yīng)的電極脫離而回到電解質(zhì)中。然而，超級(jí)電容裝置 中存在內(nèi)阻，其通常存在于電極與隔離物之間及電極自身從而增加帶電離 子移動(dòng)的阻力。這樣，不論是在充電或放電過(guò)程中，都需要消耗一部分能 量來(lái)克服超級(jí)電容裝置的內(nèi)阻，從而不可避免的增加了能量的損耗?，F(xiàn)有技術(shù)中有不同的嘗試方法來(lái)減少超級(jí)電容裝置的內(nèi)阻，比如使活性炭電極和集流體一體化。美國(guó)專利公告第5,115,378揭示了一種在高溫下 燒結(jié)使活性炭電極和集流體一體化來(lái)減小超級(jí)電容裝置內(nèi)阻的方法。然而， 很明顯的是該方法中過(guò)多的步驟及大量的能量耗費(fèi)導(dǎo)致了其經(jīng)濟(jì)可行性較 差。而且，通過(guò)該方法制造的超級(jí)電容結(jié)構(gòu)很難對(duì)其形狀進(jìn)行改變來(lái)適應(yīng) 特定的形狀要求。所以，需要提供一種新的超級(jí)電容裝置及其制造方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種超級(jí)電容裝置。該超級(jí)電容裝置包括 第一電極，第二電極及與第一電極接觸并形成第一離子輸送通道來(lái)輸送離 子的第一離子輸送體。此外，該超級(jí)電容裝置還包括第一固持層及分別與第一和第二電極相連的第一和第二集流體。該固持層用于固持第一離子輸 送體于該固持層與第 一 電極間。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種超級(jí)電容脫鹽裝置。該超級(jí)電容脫 鹽裝置包括第一電極和第二電極。該第一和第二電極用于在該超級(jí)電容脫 鹽裝置充電狀態(tài)時(shí)吸引離子并在其放電狀態(tài)時(shí)釋放所述離子。另外，該超 級(jí)電容脫鹽裝置還包括用于固持第一離子輸送體于該固持層與第一電極間 的第一固持層及分別與第一和第二電極相連的第一和第二集流體。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種超級(jí)電容脫鹽系統(tǒng)。該超級(jí)電容脫鹽系 統(tǒng)包括超級(jí)電容脫鹽裝置、電源及流體源。超級(jí)電容脫鹽裝置包括第一電 極，第二電極，與第一電極接觸并形成第一離子輸送通道來(lái)輸送離子的第 一離子輸送體，用于固持第 一 離子輸送體于該固持層與第 一電極間的第一 固持層及分別與第一和第二電極相連的第一和第二集流體。電源用于使所 述第 一和第二電極具有不同的極性。流體源用于提供流體通過(guò)所述超級(jí)電 容脫鹽裝置對(duì)該流體進(jìn)行處理。本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供了一種制造超級(jí)電容裝置的方法。該方法包括設(shè)置第一和第二電極；設(shè)置第一離子輸送體與所述第一電極接觸并形成第一離子輸送通道來(lái)輸送離子；設(shè)置第一固持層固持所述第一離子輸送 體于該固持層與所述第一電極間及設(shè)置第一和第二集流體分別和所述第一 和第二電極相連。


通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1為本發(fā)明超級(jí)電容裝置的一個(gè)實(shí)施例的剖面示意圖； 圖2為本發(fā)明超級(jí)電容裝置的另 一個(gè)實(shí)施例的剖面示意圖； 圖3本發(fā)明超級(jí)電容脫鹽系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的立體組合圖； 圖4為不設(shè)置離子輸送體的超級(jí)電容脫鹽裝置的一個(gè)實(shí)驗(yàn)曲線； 圖5為本發(fā)明超級(jí)電容脫鹽裝置的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)實(shí)驗(yàn)曲線； 圖6為可顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中超級(jí)電容脫鹽裝置的穩(wěn)定性的一個(gè) 實(shí)驗(yàn)曲線；如圖1所示，超級(jí)電容裝置10包括第一集流體11，第二集流體12，第 一電極13,第二電極14,第一離子輸送體15,第二離子輸送體16，第一 固持層17和第二固持層18。在本實(shí)施例中，第一集流體11和第二集流體 12分別和一個(gè)電源19的正負(fù)極相連。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，電解質(zhì)溶液 20，比如氯化鈉溶液可設(shè)置于第一和第二電極13和14之間。第一集流體ii和第二集流體12分別與第一電極13和第二電極14相 連，這樣，在超級(jí)電容裝置10中，第一電極13可作為陽(yáng)極(正極)，第二 電極14可作為陰極(負(fù)極)。在本實(shí)施例中，第一離子輸送體15設(shè)置于第 一電極13和第一固持層17之間用于輸送陰離子。第二離子輸送體16設(shè)置 于第二電極14和第二固持層18之間用于輸送陽(yáng)離子。第一固持層17和第 二固持層18可進(jìn)行離子交換，即可使離子通過(guò)，也就是說(shuō)，該兩個(gè)固持層 17和18可使與其接觸的電解質(zhì)溶液20中的陰陽(yáng)離子通過(guò)從而到達(dá)相應(yīng)的 電極13和14上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一固持層17和第二固持層 18可分別均允許陰陽(yáng)離子通過(guò)。特別的是在本實(shí)施例中，第一固持層17可 僅使陰離子通過(guò)，第二固持層18可僅使陽(yáng)離子通過(guò)。另一方面，在本發(fā)明 實(shí)施例中，第一離子輸送體15和第二離子輸送體16可分別為聚合電解質(zhì) 溶液，因而，第一固持層17和第二固持層18分別固持第一離子輸送體15 和第二離子輸送體16從而防止聚合電解質(zhì)從相應(yīng)的固持層滲漏而失效。在 本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二離子輸送體15和16也可分別均用來(lái)輸 送陰陽(yáng)離子。此外，在本發(fā)明實(shí)施例中，超級(jí)電容裝置10還可包括一個(gè)隔離裝置100, 特別是在當(dāng)?shù)谝还坛謱?7和第二固持層18之間的距離很小的情況下，用 來(lái)間隔第一固持層17和第二固持層18。該隔離裝置IOO可允許帶電離子通 過(guò)并且阻止電子通過(guò)，其上可設(shè)置有通道用來(lái)使一定的流體通過(guò)第一固持 層17和第二固持層18間。另外，當(dāng)?shù)谝还坛謱?7和第二固持層18間的 距離允許的情況下，超級(jí)電容裝置IO也可不設(shè)置隔離裝置100。在超級(jí)電容裝置10充電狀態(tài)時(shí)，來(lái)自電源19的正負(fù)電荷分別聚集在 第一電極13和第二電極14的表面上從而吸引電解質(zhì)溶液20內(nèi)的帶電離子 聚集在電極13和14上。在放電狀態(tài)時(shí)，在電極13和14上吸引的陰陽(yáng)帶電離子脫離相應(yīng)電極而回到電解質(zhì)溶液20中，其間，釋放的能量可用來(lái)驅(qū) 動(dòng)一定的電器，如電燈等，或者通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換器19,比如雙向直流變換器 (Bi-direction DC-DC Converter)進(jìn)4亍轉(zhuǎn)換。
在本實(shí)施例中，陰離子輸送體15分別與陽(yáng)極13和第一固持層17相接 觸，陽(yáng)離子輸送體16分別與陰極14和第二固持層18相接觸。特別的是離 子輸送體15和16可分布于陽(yáng)極13和陰極14內(nèi)?？梢?，離子輸送體15和 16可滲透到電極13和14內(nèi)，并且在電極13和14的胞間隙與相應(yīng)的固持 層17和18間分布。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一離子輸送體15和第二離子 輸送體16分別形成了第 一 離子輸送通道和第二離子輸送通道用來(lái)向電極方 向輸送離子或輸送來(lái)自于電極方向的離子。這樣，由于離子輸送體15和16 的存在便減小了相應(yīng)的電極和固持層之間的內(nèi)阻。因而，在充電過(guò)程中， 只需要消耗較少的能量來(lái)吸引電解質(zhì)溶液20中的帶電離子到相應(yīng)的電極表 面上；在放電過(guò)程中，帶電離子脫離相應(yīng)的電極回到電解質(zhì)20中也只需要 消耗較少的能量從而減小了能量的耗費(fèi)。
在本發(fā)明實(shí)施例中，第一離子輸送體15可以是用來(lái)輸送陰離子的含有 陽(yáng)離子基團(tuán)，如季胺基的離子聚合體。第二離子輸送體16可以是用來(lái)輸送 陽(yáng)離子的含有陰離子基團(tuán)，如璜酸基(S03H)或羧酸基(COOH-)的離子 聚合體。在圖l所示的實(shí)施例中，第一和第二離子輸送體15和16分別包 括第一和第二離子聚合體，如聚合電解質(zhì)溶液。該第一聚合電解質(zhì)溶液包
括聚二烯丙基二曱基氯化4妄(poly(diallydimethyl ammonium chloride)， PDDA )溶液，第二聚合電解質(zhì)溶液包括聚苯乙烯磺酸鈉(polystyrene sulfate sodium, PSS)溶液。此外，離子輸送體15和16也可分別為大分子的兩性 電解質(zhì)，如聚磷酸鹽，可用來(lái)便利陰陽(yáng)兩種帶電的離子輸送。
當(dāng)組裝超級(jí)電容裝置10的各元件時(shí)，把聚合電解質(zhì)溶液設(shè)置于相應(yīng)的 電極13和14上，或者把電極13和14浸沒(méi)于相應(yīng)的聚合電解質(zhì)溶液中一 段時(shí)間，比如2小時(shí)或2天；然后，把固持層17和18分別按壓于相應(yīng)的 被處理過(guò)的電極13和14上，這樣，就形成了超級(jí)電容裝置的基本架構(gòu)。
這樣，在本發(fā)明實(shí)施例中，固持層17和18就可以防止PSS溶液和PDDA 溶液中的大分子離子從相應(yīng)的固持層滲漏，從而PSS溶液和PDDA溶液被 固持在相應(yīng)的電極和固持層之間以減小其間的阻力來(lái)加快電解質(zhì)20中的陰 陽(yáng)離子的輸送，從而減少充放電過(guò)程中能量的消耗。在圖1所示的實(shí)施例中，離子聚合體15和16以溶液的形式存在。另 外，該離子聚合體15和16也可以非溶液形式，比如凝膠體或半硬狀態(tài)
(Semi-hardened)存在。在本發(fā)明實(shí)施例中，聚合電解質(zhì)凝膠體15和16 可通過(guò)聚電解質(zhì)的單體的原位聚合，或者是使用交聯(lián)劑使聚電解質(zhì)分子交 聯(lián)而形成于電極13和14的表面和內(nèi)部，這對(duì)于業(yè)界技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是較容 易實(shí)現(xiàn)的。交聯(lián)劑可包括 N,N-亞曱基雙丙烯酰胺
(N，N'-Methylenebisacrylamide )或二乙烯基苯(Divinylbenzene )。 在一定 的實(shí)施例中，當(dāng)離子聚合體15和16為凝膠體形式時(shí)，超級(jí)電容裝置10可 不設(shè)置固持層17和18。特別的是超級(jí)電容裝置IO設(shè)置有固持層17和18 來(lái)防止凝膠形式的聚電解質(zhì)散裂從而失效。此外，超級(jí)電容裝置10也可設(shè)
置有隔離裝置ioo。
在本發(fā)明實(shí)施例中，固持層17和18可以是膜形式，其可由電絕緣且 導(dǎo)離子的聚合體制得。該聚合體可包括聚乙烯(Polyethylene )、聚乙烯基氯 (Poly vinyl chloride )、聚丙烯(Polypropylene )、聚四氟乙烯(Teflon )、尼 龍(Nylon)或其組合等。另外，固持層17和18也可為網(wǎng)狀形式或薄片形 式。
如圖l所示，集流體11和12可以是板狀、網(wǎng)狀或薄片形式，其可由金 屬或金屬合金制得。該金屬包括鈦、柏、銥或銠等。該金屬合金包括不銹 鋼等。在一個(gè)實(shí)施例中，集流體11和12可包括碳，比如石墨等。另外， 其也可包括塑料材料，比如包括聚乙烯等在內(nèi)的聚烯烴。塑性的集流體11 和12中可混有導(dǎo)電性的碳料或金屬離子來(lái)達(dá)到一定的導(dǎo)電需求。
第一和第二電極13和14可以相互平行設(shè)置且呈板狀形式以形成一種 堆疊的結(jié)構(gòu)。在一定的實(shí)施例中，電極13和14也可以是其他形狀，比如 片狀、塊狀或圓柱狀等。而且，電極13和14的排列也可采用其他形式， 比如二者采用同軸的螺旋形式設(shè)置，并且其間具有連續(xù)的空間。電極13和 14包括有導(dǎo)電材料，其也可導(dǎo)熱或不導(dǎo)熱。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電材料包 括碳或碳基材料。碳基材料包括活性炭顆粒、多孔碳顆粒、碳纖維或其組 合等。另外，導(dǎo)電材料也可包括導(dǎo)電合成物，比如氧化錳、氧化鐵或碳化 鈦、碳化鋯、碳化釩、碳化鴒或其組合等。
此外，導(dǎo)電材料可以是具有小尺寸、大表面積的顆粒。大的表面積可 具有大的吸附能力，較高的能量密度和較高的超級(jí)電容裝置的容量。在本發(fā)明實(shí)施例中，電極13和14的導(dǎo)電材料可通過(guò)一種或多種沉積技術(shù)，比
如濺射、噴射、旋轉(zhuǎn)鍍膜(Spin-coating )、碾壓或印刷等技術(shù)設(shè)置于相應(yīng)的 集流體11和12上。
如圖2所示，其為本發(fā)明超級(jí)電容裝置的另一個(gè)實(shí)施例的剖面示意圖。 圖1和圖2中相同的元件編號(hào)可表示相同的元件。在圖2中，超級(jí)電容裝 置21包括第一集流體11，第二集流體12,與第一集流體11相連的第一電 極13、與第二集流體12相連的第二電極14、設(shè)置于第一和第二電極13和 14間的一個(gè)離子輸送體22及一個(gè)固持層23。該固持層23與離子輸送體22 相接觸且固持離子輸送體22于其與第一電極13間。集流體11和12可依然 分別和電源19 (見圖1)的正負(fù)極相連。電解質(zhì)20可分布于該超級(jí)電容裝 置21內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，離子輸送體22可包括大分子兩性電解質(zhì)，如聚磷酸 鹽或聚硅酸鹽用來(lái)輸送電解質(zhì)20內(nèi)的陰陽(yáng)帶電離子。另外，在一定條件下， 比如要移除液體中特定的離子雜質(zhì)，離子輸送體22也可僅輸送陽(yáng)離子或陰 離子。在一些實(shí)施例中，離子輸送體22可以是凝膠形式或溶液形式等。此 外，超級(jí)電容裝置22也可設(shè)置有隔離裝置100來(lái)隔離固持層23和電極14。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，超級(jí)電容裝置可被用來(lái)作為能量存儲(chǔ)裝置。另 外，本發(fā)明實(shí)施例中的超級(jí)電容裝置也可被用來(lái)作為超級(jí)電容脫鹽裝置 (Supercapacitor Desalination Device, SCD )。超級(jí)電容脫鹽裝置是指使用超 級(jí)電容裝置來(lái)對(duì)海水或其他含鹽的水進(jìn)行脫鹽來(lái)減小其內(nèi)的鹽含量以適合 工業(yè)或農(nóng)業(yè)使用。此外，超級(jí)電容脫鹽裝置也可指使用超級(jí)電容裝置來(lái)移 除或減小流體中的其他離子雜質(zhì)，比如來(lái)自工業(yè)、農(nóng)業(yè)或市政中的廢水或 其他流體中的雜質(zhì)。
圖3所示為本發(fā)明超級(jí)電容脫鹽系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的立體組合圖。以 圖1中所示的超級(jí)電容裝置IO為例。超級(jí)電容脫鹽裝置3包括超級(jí)電容裝 置10,電源19的正負(fù)極分別和第一和第二電極13和14相連。在充電過(guò)程 中，來(lái)自于流體源30的流體，如氯化鈉通過(guò)電極13和14間時(shí)，陽(yáng)離子31 向陰極14移動(dòng)，陰離子32向陽(yáng)極13移動(dòng)。這樣，電荷就聚集在超級(jí)電容 裝置10內(nèi)，并且從超級(jí)電容裝置10流出的輸出流體33變成了稀溶液，其 內(nèi)的特定的離子的濃度便會(huì)小于輸入時(shí)的濃度。在一定的實(shí)施例中，該輸 出流體33也可再次被輸入到另一個(gè)超級(jí)電容脫鹽裝置中繼續(xù)進(jìn)行處理。另可包括有隔離裝置100 (見圖1所示)，其用來(lái) 隔離固持層17和18并可形成一個(gè)流體通道以^f更于流體通過(guò)。
在》文電過(guò)程中，吸附的帶電離子可脫離相應(yīng)的電極13和14。在一個(gè)實(shí) 施例中，電極13和14的極性可保持不變，此時(shí)使電極13和14短路使吸 附的帶電離子脫離。另外，也可改變電極13和14的極性而使電極14上的 陽(yáng)離子向電極13移動(dòng)，使電極13上的離子陰離子向電極14移動(dòng)。這樣， 通過(guò)此種方式可使輸出流體33的濃度高于輸入時(shí)的濃度。
圖4所示為沒(méi)有設(shè)置離子輸送體的超級(jí)電容脫鹽裝置的一個(gè)實(shí)驗(yàn)曲線。 圖5所示為本發(fā)明超級(jí)電容脫鹽裝置的一個(gè)實(shí)驗(yàn)曲線。在圖4中，當(dāng)處理 一個(gè)流體，使80毫安的電流通過(guò)沒(méi)有設(shè)置離子輸送體的超級(jí)電容脫鹽裝置 超級(jí)電容脫鹽裝置上時(shí)，其電壓突變(VoltageJump) VAc大約為0.4伏，其 開路電壓(Open Circuit Voltage, OCV ) VAB大概為0.1伏，這樣，其內(nèi)阻 就可以表示為(0.4伏-0.1伏)/0.08安=3.75歐姆。在圖5中，當(dāng)處理相同 的流體，使同樣80毫安的電流通過(guò)本發(fā)明超級(jí)電容脫鹽裝置時(shí)，其電壓突 變VoE大約為0.2伏且開路電壓很小可以不計(jì)，這樣其內(nèi)阻就可以表示為 0.2伏/0.08安=2.5歐姆。可見，在處理相同的流體時(shí)，本發(fā)明超級(jí)電容脫鹽 裝置的內(nèi)阻小于沒(méi)有設(shè)置離子輸送體的超級(jí)電容脫鹽裝置的內(nèi)阻。由于使 用了離子輸送體，其內(nèi)阻降低了大概30%。因而，'離子輸送體15和16可 很好的減小超級(jí)脫鹽裝置的內(nèi)阻從而降低能量的消耗，特別是當(dāng)需要處理 大量的流體的情況下，就更可以避免消耗更多的能量。
圖6所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中超級(jí)電容脫鹽裝置經(jīng)歷了 600多次充 放電過(guò)程中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)曲線。從圖中可以看出，在600多次的充放電過(guò)程 中，超級(jí)電容脫鹽裝置的內(nèi)阻基本上維持在2.0-2.6歐姆間。可見，本發(fā)明 一個(gè)實(shí)施例的超級(jí)電容脫鹽裝置的性能是很穩(wěn)定的。
圖7所示為多個(gè)本發(fā)明超級(jí)電容脫鹽裝置組合的一個(gè)實(shí)施例的平面示 意圖。如圖7所示，該組合包括有收容器71，多個(gè)超級(jí)電容脫鹽裝置72相 互平行的設(shè)置于收容器71內(nèi)。該收容器71設(shè)置有入口 74和出口 74用于 流體進(jìn)入和流出。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)脫鹽裝置72分別與一個(gè)電源，如 電源19(如圖l所示)相連，在相鄰的兩個(gè)脫鹽裝置72間可設(shè)置有隔離裝 置73用來(lái)電絕緣相鄰的兩個(gè)脫鹽裝置。另外，多個(gè)超級(jí)電容脫鹽裝置72 也可平行設(shè)置且相互串聯(lián)后與一個(gè)電源相連，即相鄰的兩個(gè)不同脫鹽裝置72的相對(duì)的兩個(gè)單個(gè)電極相連，最外層的兩個(gè)單電極分別與電源的正負(fù)極
相連。這樣，就可以同時(shí)處理較多的流體。在該實(shí)施例中，超級(jí)電容脫鹽
裝置72可與裝置10或21相同，或者與本發(fā)明其他實(shí)施例中裝置相同。流 體可借助外力，比如使用泵來(lái)導(dǎo)入進(jìn)收容器71內(nèi)。此外，多個(gè)超級(jí)電容脫 鹽裝置也可依次排列從而前一個(gè)裝置的輸出流體可作為后一個(gè)裝置的輸入 流體。
雖然結(jié)合特定的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以理解，對(duì)本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求 書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電容裝置，包括第一電極和第二電極；第一離子輸送體，其與所述第一電極接觸并形成第一離子輸送通道來(lái)輸送離子；第一固持層，其用于固持所述第一離子輸送體于該固持層與所述第一電極間；電解質(zhì)，其設(shè)置于所述第一電極和第二電極間用于提供所述離子；第一集流體，其與所述第一電極相連；及第二集流體，其與所述第二電極相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容裝置，進(jìn)一步包括第二離子輸送體 和第二固持層，所述第二離子輸送體與所述第二電極相接并形成第二離子 輸送通道來(lái)輸送離子；所述第二固持層用于固持所述第二離子輸送體于該 固持層與所述第二電極間。
3. 如權(quán)利要求2所述的超級(jí)電容裝置，其中所述第一離子輸送體包 括聚二烯丙基二曱基氯化銨溶液，所述第二離子輸送體包括聚苯乙烯磺酸 鈉溶液。
4. 如權(quán)利要求2所述超級(jí)電容裝置，其中所述第一和第二固持層分 別包括離子交換膜，其可用于保護(hù)相應(yīng)的第一離子輸送體和第二離子輸送 體以避免其失效。
5. 如權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容裝置，其中所述第一離子輸送通道 和所述第二離子輸送通道可分別用于減小相應(yīng)的電極和固持層之間的電 阻。
6. 如權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容裝置，其中所述第一固持層僅允許 陰離子通過(guò)，所述第二固持層僅允許陽(yáng)離子通過(guò)。
7. —種超級(jí)電容脫鹽裝置，包括第一電極，其用于在該超級(jí)電容脫鹽裝置充電狀態(tài)時(shí)吸引離子并在其 放電狀態(tài)時(shí)釋放所述離子；第二電極，其用于在該超級(jí)電容脫鹽裝置充電狀態(tài)時(shí)吸引離子并在其 放電狀態(tài)時(shí)釋放所述離子；第 一 離子輸送體，其與所述第 一 電極接觸并形成第 一 離子輸送通道來(lái)輸送離子；第一固持層，其用于固持所述第一離子輸送體于該固持層與所述第一 電極間；第一集流體，其與所述第一電極相連；及第二集流體，其與所述第二電極相連。
8. 如權(quán)利要求7所述的超級(jí)電容裝置，其中所述第一離子輸送體包 括大分子兩性電解質(zhì)。
9. 如權(quán)利要求7所述超級(jí)電容脫鹽裝置，進(jìn)一步包括第二離子輸送 體和第二固持層，所述第二離子輸送體與所述第二電極相接并形成第二離 子輸送通道來(lái)輸送離子；所述第二固持層用于固持所述第二離子輸送體于 該固持層和所述第二電極間。
10. 如權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容脫鹽裝置，其中所述第一離子輸送 通道和所述第二離子輸送通道可分別用于減小相應(yīng)的電極和固持層之間的 電阻。
11. 如權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容脫鹽裝置，其中所述第一離子輸送 體包括含有陽(yáng)離子基團(tuán)的離子聚合體，所述第二離子輸送體包括含有陰離 子基團(tuán)的離子聚合體。
12. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容脫鹽裝置，其中所述第一離子輸 送體包括聚二烯丙基二曱基氯化銨，所述第二離子輸送體包括聚苯乙烯磺 酸鈉。
13. 如權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容脫鹽裝置，其中所述第一和第二固 持層分別包括離子交換膜，其可用于保護(hù)相應(yīng)的第一離子輸送體和第二離 子輸送體以避免其失效。
14. 如權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容脫鹽裝置，其中所述第一固持層僅 允許陰離子通過(guò)，所述第二固持層僅允許陽(yáng)離子通過(guò)。
15. 如權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容脫鹽裝置，其中所述第一和第二離 子輸送體均為溶液形式。.
16. 如權(quán)利要求9所述的超級(jí)電容脫鹽裝置，其中所述第一和第二離 子輸送體均為凝膠形式。
17. —種超級(jí)電容脫鹽系統(tǒng)，包括超級(jí)電容脫鹽裝置，其包括用于在該超級(jí)電容脫鹽裝置充電狀態(tài)時(shí)吸 引離子并在其放電狀態(tài)時(shí)釋放所述離子的第一和第二電極，與所述第一電 極接觸并形成第一離子輸送通道來(lái)輸送離子的第一離子輸送體，用于固持 所述第 一 離子輸送體在其和所述第 一 電極間的第 一 固持層及分別與所述第 一和第二電極相連的第一和第二集流體；電源，用于使所述第一和第二電極具有不同的極性；及流體源，用于提供流體通過(guò)所述超級(jí)電容脫鹽裝置對(duì)該流體進(jìn)行處理
18. 如權(quán)利要求17所述的超級(jí)電容脫鹽系統(tǒng)，其中所述超級(jí)電容脫 鹽裝置還包括第二離子輸送體和第二固持層，所述第二離子輸送體與所述 第二電極相接并形成第二離子輸送通道來(lái)輸送離子；所述第二固持層用于 固持所述第二離子輸送體于該固持層和所述第二電極間。
19. 如權(quán)利要求18所述的超級(jí)電容脫鹽系統(tǒng)，其中所述第一離子輸 送體包括聚二烯丙基二曱基氯化銨溶液，所述第二離子輸送體包括聚苯乙 烯磺酸鈉溶液。
20. —種用于制造超級(jí)電容裝置的方法，包括 設(shè)置第一和第二電極；設(shè)置第一離子輸送體，其與所述第一電極接觸并形成第一離子輸送通 道來(lái)輸送離子；設(shè)置第一固持層，其用于固持所述第一離子輸送體于該固持層與所述 第一電極間；及設(shè)置第一和第二集流體分別和所述第一和第二電極相連。
21. 如權(quán)利要求20所述的用于制造超級(jí)電容裝置的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置第二離子輸送體，其與所述第二電極接觸并形成第二離子輸送通 道來(lái)輸送離子；及設(shè)置第二固持層，固持所述第二離子輸送體于該固持層與所述第二電極間。
22,如權(quán)利要求21所述的用于制造超級(jí)電容裝置的方法，其中所述第 一離子輸送體包括聚二烯丙基二曱基氯化銨溶液，所述第二離子輸送體包 括聚苯乙烯磺酸鈉溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容裝置及其制造方法。該超級(jí)電容裝置包括第一電極，第二電極及與第一電極接觸并形成第一離子輸送通道來(lái)輸送離子的第一離子輸送體。此外，該超級(jí)電容裝置還包括第一固持層及分別與第一和第二電極相連的第一和第二集流體。該固持層用于固持第一離子輸送體于該固持層與第一電極間。
文檔編號(hào)H01G9/022GK101615512SQ20081013299
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者劉建允, 蘇 呂, 海 楊, 熊日華, 巍 蔡 申請(qǐng)人:通用電氣公司