專利名稱：基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電容器是一種新型的儲能裝置，其具有高能量密度、高功率密度、長壽命的特點。根據(jù)儲能機理的不同其主要分為建立在界面雙電層基礎(chǔ)上的雙電層電容器以及建立在法拉第準(zhǔn)電容基礎(chǔ)上的超級電容器。同時由于電解液的擊穿電壓的限制，一般超級電容器的單體電壓都在4. OV以下，無法滿足一些電子和電氣設(shè)備的使用要求。為了提高工作電壓，就必須對超級電容器進(jìn)行串聯(lián)，這不但會提高超級電容器組件的體積，同時還會提高生 產(chǎn)和使用成本。同時，電解電容器具有高單體電壓，高比功率以及良好的交流電特性。如果能通過合理的設(shè)計，將兩種電容器結(jié)合在一起，制備出混合型超級電容器，其將具有高能量密度、高工作電壓、高功率密度的特點。典型專利有US5369547，Evens公司的混合型超級電容器以Ta為正極RuO2為負(fù)極，其具有高單體電壓、高能量密度等優(yōu)異性能。但是Ru是一種貴金屬價格昂貴且儲量很少，制作該種混合型電容器需要很大的成本，大規(guī)模的推廣應(yīng)用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，滿足相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用的需要。本發(fā)明所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，包括負(fù)極和正極，其特征在于，所述負(fù)極材料為活性炭，所述正極材料為鉭。本發(fā)明采用廉價的活性炭為負(fù)極材料，利用其優(yōu)異的雙電層電容的特點，在保證其電性能的同時制造和使用成本將大大低于現(xiàn)有的Evens公司的同類產(chǎn)品。因此基于Ta正極和活性炭為負(fù)極制備成的超級電容器將具有很大的市場前景和應(yīng)用價值。本發(fā)明能夠有效的提高超級電容器的工作電壓，相比于傳統(tǒng)的超級電容器，本發(fā)明的工作電壓是其的3到10倍，解決了一般超級電容器不能用于高壓脈沖功率系統(tǒng)的問題，同時也明顯減少了高壓電容器模塊的串聯(lián)數(shù)目，有利于提高模塊的安全性和工作穩(wěn)定性。該種混合型超級電容器在工業(yè)、交通、電子、軍事等領(lǐng)域可以有廣泛應(yīng)用。且本混合型超級電容器結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為混合型超級電容器原理圖。
具體實施例方式參見圖1，所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，包括負(fù)極和正極，其特征在于，所述負(fù)極材料為活性炭，所述正極材料為鉭。
進(jìn)一步參見圖1，所述基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，包括負(fù)極引線1、負(fù)極集流體2、負(fù)極、電解液4、正極、Ta2O5膜6、隔膜7、正極引線8和外殼9 ;
負(fù)極材料為活性炭，簡稱活性炭負(fù)極3，所述正極材料為鉭，簡稱鉭正極5 ；
所述鉭正極5設(shè)置在所述外殼9內(nèi)的一側(cè)，并與金屬如鉭外殼9的內(nèi)壁相連,所述Ta2O5膜6附著在所述鉭正極5表面，所述負(fù)極集流體2設(shè)置在所述外殼9內(nèi)的另一側(cè)，所述活性炭負(fù)極3附著在所述負(fù)極集流體2的一面或者兩面上，所述隔膜7設(shè)置在所述鉭正極5和所述活性炭負(fù)極3之間，并卷繞包裹負(fù)極集流體2、活性炭負(fù)極3、鉭正極5和Ta2O5膜6，使負(fù)極集流體2、活性炭負(fù)極3、電解液4、鉭正極5、Ta2O5膜6、隔膜7組成的整個電芯同外殼9絕緣，所述電解液4設(shè)置在所述外殼9的腔體內(nèi)，并使負(fù)極集流體2、活性炭負(fù)極3、鉭正極5、Ta2O5膜6、隔膜7浸泡其中，負(fù)極引線I的一端與所述所述負(fù)極集流體2相連接，另一端穿過殼體9外，通過耐腐蝕的絕緣粘結(jié)劑同外殼相連； 所述正極引線8的一端與鉭正極5相連接,另一端穿過殼體9外；通過耐腐蝕的絕緣粘結(jié)劑同外殼相連；
所述鉭正極5為采用燒結(jié)方法制備而成的多孔鉭，其表面具有Ta2O5氧化膜6，所述燒結(jié)方法為本領(lǐng)域公知的方法，如文獻(xiàn)《氧化膜強化技術(shù)在鉭電容器種的應(yīng)用》中樣品制備部分報道的鉭正極的制備方法，鉭電極密度為3 8g/cm3 ；
電解液為濃度為r5mol/L的硫酸溶液，濃度越大電解液電導(dǎo)率越高；
所述的負(fù)極集流體2為鈦箔或鉭箔，所述活性炭負(fù)極3可采用文獻(xiàn)《一步法腐蝕鋁箔對超級電容器性能影響》實驗部分報道的方法，將其所述負(fù)極集流體2的一面或者兩面上，且涂覆單面面容量為700F/nTl000F/m2 ；
所述的隔膜為無紡布隔膜或者纖維素隔膜；
所述外殼為圓柱形或方形。實施例1
利用燒結(jié)工藝制備出密度為5g/cm3直徑為35mm高度為3mm的扁平多孔鉭正極并在其表面形成Ta2O5膜，制備好的單面的且單面面容量為700F/m2的活性炭負(fù)極沖壓成直徑為35mm的極片，兩電極通過無紡布隔膜隔開然后裝入金屬鈦外殼，注入電解液，電解液為濃度為3mol/L的硫酸溶液，兩極最終通過引線引出，本實例最終制得的混合型超級電容器工作電壓為32V，測得容量為8mF內(nèi)阻為0. 08m Q。
實施例2
利用燒結(jié)工藝制備出密度為3g/cm3直徑為35mm高度為3mm的扁平多孔鉭正極并在其表面形成Ta2O5膜，制備好的單面的且單面面容量為700F/m2的活性炭負(fù)極沖壓成直徑為35mm的極片，兩電極通過無紡布隔膜隔開然后裝入金屬鈦外殼，注入電解液，電解液為濃度為lmol/L的硫酸溶液，兩極最終通過引線引出，本實例最終制得的混合型超級電容器工作電壓為30V，測得容量為8mF內(nèi)阻為0. 08m Q。實施例3
利用燒結(jié)工藝制備出密度為8g/cm3直徑為35mm高度為3mm的扁平多孔鉭正極并在其表面形成Ta2O5膜，制備好的單面的且單面面容量為1000F/m2的活性炭負(fù)極沖壓成直徑為35mm的極片，兩電極通過纖維素隔膜隔開然后裝入金屬鉭外殼，注入電解液，電解液為濃度為5mol/L的硫酸溶液，兩極最終通過引線引出，本實例最終制得的混合型超級電容器工作電壓為36V，測得容量為IOmF內(nèi)阻為0. 09m Q。實施例4
利用燒結(jié)工藝制備出密度為5g/cm3直徑為35mm高度為3mm的扁平多孔鉭正極并在其表面形成Ta2O5膜，制備好的雙面的且單面面容量為700F/m2的活性炭負(fù)極沖壓成直徑為35mm的極片，兩電極通過無紡布隔膜隔開在活性炭負(fù)極后疊加隔膜再疊加上述鉭正極無紡布隔膜以及雙面的且單面面容量為700F/m2的活性炭負(fù)極，將該組電極裝入金屬鈦外殼，注入電解液，電解液為濃度為3mol/L的硫酸溶液，將該組極片兩兩端的電極最終通過引線引出，本實例最終制得的混合型超級電容器工作電壓為50V，測得容量為5mF內(nèi)阻為0. 15mQ。實施例5
利用燒結(jié)工藝制備出密度為8g/cm3直徑為35mm高度為3mm的扁平多孔鉭正極并在其表面形成Ta2O5膜，制備好的雙面的且單面面容量為700F/m2的活性炭負(fù)極沖壓成直徑為35mm的極片，兩電極通過無紡布隔膜隔開在活性炭負(fù)極后疊加隔膜再疊加上述鉭正極無紡布隔膜以及雙面的且單面面容量為700F/m2的活性炭負(fù)極，將該組電極裝入金屬鉭外殼，注入電解液，電解液為濃度為3mol/L的硫酸溶液，利用引線分別將鉭正極和活性炭負(fù)極短路后引出，本實例最終制得的混合型超級電容器工作電壓為36V，測得容量為12mF內(nèi)阻為0. 04m Q o本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，包括負(fù)極和正極，其特征在于，所述負(fù)極材料為活性炭，所述正極材料為鉭。
2.基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，包括負(fù)極引線(I)、負(fù)極集流體(2)、電解液(4)、Ta2O5膜(6)、隔膜(7)、正極引線(8)和外殼(9);其特征在于，還包括活性炭負(fù)極(3)和鉭正極(5)，所述鉭正極(5)設(shè)置在所述外殼(9)內(nèi)的一側(cè)，并與金屬如鉭外殼(9)的內(nèi)壁相連,所述Ta2O5膜(6)附著在所述鉭正極(5)表面，所述負(fù)極集流體(2)設(shè)置在所述外殼(9)內(nèi)的另一側(cè)，所述活性炭負(fù)極(3)附著在所述負(fù)極集流體(2)的一面或者兩面上，所述隔膜(7) 設(shè)置在所述鉭正極(5)和所述活性炭負(fù)極(3)之間，并卷繞包裹負(fù)極集流體(2)、活性炭負(fù)極(3)、鉭正極(5)和Ta2O5膜(6)，使負(fù)極集流體(2)、活性炭負(fù)極(3)、電解液(4)、鉭正極(5)、Ta2O5膜(6)、隔膜(7)組成的整個電芯同外殼(9)絕緣，所述電解液(4)設(shè)置在所述外殼(9)的腔體內(nèi)，并使負(fù)極集流體2、活性炭負(fù)極3、鉭正極5、Ta2O5膜6、隔膜7浸泡其中， 負(fù)極引線(I)的一端與所述所述負(fù)極集流體(2)相連接，另一端穿過殼體(9)外，通過耐腐蝕的絕緣粘結(jié)劑同外殼相連；所述正極引線(8)的一端與鉭正極(5)相連接，另一端穿過殼體(9)外；通過耐腐蝕的絕緣粘結(jié)劑同外殼相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，其特征在于，正極為采用燒結(jié)方法制備而成的多孔鉭，其表面具有Ta2O5氧化膜6，電極密度為3lg/3cm ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，其特征在于，正極為采用燒結(jié)方法制備而成的多孔鉭，其表面具有Ta2O5氧化膜6，電極密度為3lg/3cm ο
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，其特征在于，電解液為濃度為r5mol/L的硫酸溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，其特征在于，所述的負(fù)極集流體(2)為鈦箔或鉭箔。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，其特征在于，所述的隔膜為無紡布隔膜或者纖維素隔膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求2 7任一項所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器， 其特征在于，所述活性炭負(fù)極(3)涂覆單面面容量為700F/nTl000F/m2。
9.根據(jù)權(quán)利要求2 7任一項所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器， 其特征在于，所述外殼為圓柱形或方形的鉭外殼或鈦外殼。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，其特征在于，所述外殼為圓柱形或方形的鉭外殼或鈦外殼。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于鉭正極和活性炭負(fù)極的混合型超級電容器，包括負(fù)極和正極，其特征在于，所述負(fù)極材料為活性炭，所述正極材料為鉭。本發(fā)明能夠有效的提高超級電容器的工作電壓，相比于傳統(tǒng)的超級電容器，本發(fā)明的工作電壓是其的3到10倍，解決了一般超級電容器不能用于高壓脈沖功率系統(tǒng)的問題，同時也明顯減少了高壓電容器模塊的串聯(lián)數(shù)目，有利于提高模塊的安全性和工作穩(wěn)定性。該種混合型超級電容器在工業(yè)、交通、電子、軍事等領(lǐng)域可以有廣泛應(yīng)用。且本混合型超級電容器結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號H01G11/30GK103021670SQ20121056723
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者黃廷立, 楊恩東, 安仲勛, 曹小衛(wèi), 吳明霞, 顏亮亮, 張熙貴 申請人:上海奧威科技開發(fā)有限公司