專利名稱：含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液液流式雙電層電容的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙電層電容，特別是一種含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液液流式雙電層電容。
背景技術(shù)：
雙電層電容俗稱超級電容或法拉電容，它具有充電快，壽命長，效率高，節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，已部分取代蓄電池，目前正快速發(fā)展。根據(jù)物理原理，密封式雙電層電容的容量是由電極板表面積決定的。為了增加電極板表面積目前國內(nèi)外制造商都采取了兩種措施:措施一；電極使用金屬薄膜卷繞式結(jié)構(gòu)以增大面積。措施二 ；使用含有微孔的導(dǎo)電碳顆粒并把它們粘附在正負(fù)電極板上，使表面積比過去有了很大的提高，容量也有很大提高。但是，這造成了它比功率很大，達(dá)到幾KW / kg，比能量及儲能不大，它的比能量只有2 W h / kg,也就是說；它的瞬時(shí)放電功率很大，但持續(xù)時(shí)間不長。電容的比能量及儲能的大小是由參與反應(yīng)的電解液容量及內(nèi)能決定的，但在密封式雙電層電容中金屬電極占了很大的比重，電解液儲量占的比重很小，這限制它的比能量及儲能的提高。隨著雙電層電容應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，特別是推廣應(yīng)用到電動(dòng)汽車領(lǐng)域及作為風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的儲能元件，這種密封式雙電層電容的比能量及儲能能力不足的缺點(diǎn)就越加顯現(xiàn)出來。即使作了大規(guī)模的串并聯(lián)，它的體積變得很龐大，使用范圍受到很大的限制。如由上海奧威科技開發(fā)有限公司制造的儲能式超級電容，(型號:無機(jī)超級電容單體UCE15V80000A型超級電容器，單體額定電壓1.5V，額定容量80000F。網(wǎng)址:www.aowe1.com.)，應(yīng)用于上海的I I路電車，每行駛一站路就要充一次電，行動(dòng)范圍受到了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前的密封式雙電層電容比功率很大，比能量及儲能較小的問題，本發(fā)明提供了一種含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液液流式雙電層電容。其采用的技術(shù)方案是，整個(gè)雙電層電容做成一個(gè)開放式的平板電極結(jié)構(gòu)，通過擴(kuò)大外接電解液儲量來提高雙電層電容的比能量及儲能，電容在充放電過程中電容工作室中的電解液通過泵的抽運(yùn)與外部儲箱中的電解液和電解液極化后產(chǎn)生的正電荷電解液及負(fù)電荷電解液進(jìn)行交換，導(dǎo)電碳顆粒包含在液態(tài)電解液中，工作時(shí)隨電解液流動(dòng)，作為電解液極化后產(chǎn)生的正負(fù)離子的載體。它的構(gòu)造是由電容工作室，電解液，2只電解液儲箱，正電荷電解液儲箱，負(fù)電荷電解液儲箱，2只充電泵，2只放電泵及連接管道組成，電解液被灌注在電解液儲箱中，通過管道把2只電解液儲箱，2只充電泵，電容工作室，2只放電泵，正電荷電解液儲箱，負(fù)電荷電解液儲箱連接起來。充電時(shí)電解液從電解液儲箱中措出，泵入電容工作室，在電容工作室中電解液中的正負(fù)自由離子在電場作用下被極化，形成正負(fù)兩個(gè)離子區(qū)，并分別吸附在電解液中帶正負(fù)電的導(dǎo)電碳顆粒上，形成正電荷電解液和負(fù)電荷電解液，然后分別被送入正電荷電解液儲箱和負(fù)電荷電解液儲箱隔離存儲。放電時(shí)正負(fù)電荷電解液被抽出，泵入電容工作室，在電容工作室中導(dǎo)電碳顆粒上的正負(fù)電荷通過正負(fù)電極和外回路放電，同時(shí)正負(fù)離子相互吸弓I，脫離導(dǎo)電碳顆粒的吸附，重新回到電解液中變成自由離子，被極化的電解液還原成電中性，然后被送入電解液儲箱，放電過程完成。在電容工作室中設(shè)置有微孔隔離膜，正負(fù)離子可以自由穿越，但導(dǎo)電碳顆粒被過濾，不能穿越，以防內(nèi)部漏電。本發(fā)明的有益效果
由于在本發(fā)明中雙電層電容的電解液由密封式改為開放液流式，它帶來的益處有:
I，雙電層電容儲能的多少可以通過外接電解液儲量的多少來調(diào)整。2，水基電解液雙電層電容的比能量由通常的2 W h / kg提高到60 W h/ kg。3，它的電壓，電流放電曲線在工作時(shí)始終保持平坦，有利于控制電路的設(shè)計(jì)。


圖1為本發(fā)明含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液液流式雙電層電容系統(tǒng)圖。圖2為本發(fā)明主要部件電容工作室剖視圖。圖1，圖2中的數(shù)字標(biāo)號說明:
1.電容工作室，2.正電極板，3.負(fù)電極板，4.導(dǎo)電碳顆粒，5.負(fù)離子，6.正離子，
7.微孔隔離膜，8.充電泵，18.充電泵，9.放電泵，27.放電泵，10.管道，11.電解液，12電解液.，19.電解液儲箱，20.電解液儲箱，13.負(fù)電荷電解液儲箱，14.正電荷電解液儲箱.，15.負(fù)電荷電解液，16.正電荷電解液，17.電容殼體，21.端口，22.端口，23.端口，24.端口，25.負(fù)電極室，26.正電極室。

具體實(shí)施例方式 步驟1，按圖1，圖2設(shè)計(jì)制作部件:電解液儲箱(11) (12)，正電極板(2)，
負(fù)電極板(3)，微孔隔離膜(7)(材質(zhì)為聚四氟乙烯，孔徑10微米，厚度50微米)，
2只充電泵(8) (18)， 2只放電泵(9) (27)，負(fù)電荷電解液儲箱(13)，正電荷電解液儲箱(14)，管道(10)，左右電容殼體(17)，導(dǎo)電碳顆粒(4)(顆粒直徑50-100微米)。使用材料:電極板選用導(dǎo)電石墨材料，其他部件全部使用PVC工程塑料。然后按圖1把2只電解液儲箱(19) (20)，2只充電泵(8) (18)，電容工作室(I )，2只放電泵(9 ) (27 )，正電荷電解液儲箱(14)，負(fù)電荷電解液儲箱(13 )，用管道(10 )連接起來，其連接順序?yàn)?對于正電極側(cè)，電解液儲箱(20)接充電泵(18)，出來后接入正電極室
(26)的端口(22)，穿過正電極區(qū)(26)后從端口(24)出來，出來后接放電泵(27)，穿過放電泵(27 )后接入正電荷電解液儲箱(14)，對于負(fù)電極側(cè)，電解液儲箱(19 )接充電泵(8 )，出來后接入負(fù)電極室(25)的端口(21)，穿過負(fù)電極區(qū)(25)后從端口(23)出來，出來后接放電泵
(9),穿過放電泵(9)后接入負(fù)電荷電解液儲箱(13)。
步驟2， 配制電解液(11) (12)，它的成分及重量比組成為:
水52 %KOH(氫氧化鉀)17 %導(dǎo)電碳顆粒50-100微米30%
羧甲基纖維素防沉淀劑1%
步驟3，向電解液儲箱(19) (20)灌注電解液(12) (11)
步驟4，系統(tǒng)運(yùn)行測試 現(xiàn)結(jié)合圖1，圖2對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行作詳細(xì)的說明:
由于受水的電解電壓為1.23伏的限制，充電電壓設(shè)為I伏。充電時(shí)，正負(fù)電極板(2)
(3)通電，含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液(11) (12)通過充電泵(18) (8)從電解液儲箱(20)
(19)中抽出分別進(jìn)入電容工作室(I)的正電極室(26)和負(fù)電極室(25)，這時(shí)導(dǎo)電碳顆粒(4)也帶電,使得正電極室(26)的導(dǎo)電碳顆粒帶正電,負(fù)電極室(25)的導(dǎo)電碳顆粒帶負(fù)電，在正負(fù)電場的作用下電解液中的正負(fù)自由離子(5) (6)被極化，并受反電場的吸引各自向反電場方向運(yùn)動(dòng)，正離子向負(fù)電極區(qū)運(yùn)動(dòng)，并被吸附在帶負(fù)電的導(dǎo)電碳顆粒上，形成了負(fù)電荷電解液(15)。負(fù)離子向正電極區(qū)運(yùn)動(dòng)，并被吸附在帶正電的導(dǎo)電碳顆粒上，形成了正電荷電解液(16)。正負(fù)離子可以相互穿越微孔隔離膜(7)，而導(dǎo)電碳顆粒被過濾不能相互穿越，在整個(gè)充電過程中電解液是流動(dòng)的，前面充好電的正電荷電解液(16)被送入正電荷電解液儲箱(14)，負(fù)電荷電解液(15)被送入負(fù)電荷電解液儲箱(13)，后面不斷補(bǔ)入來自電解液儲箱(19) (20)的電解液(12) (11)，就這樣完成了充電過程。電極板與導(dǎo)電碳顆粒之間的導(dǎo)電方式為應(yīng)用約瑟夫遜隧道導(dǎo)電效應(yīng)，應(yīng)使導(dǎo)電碳顆粒間的間距小于約瑟夫遜隧道導(dǎo)電效應(yīng)距離。放電時(shí)，通過2只放電泵(27) (9)從正負(fù)電荷電解液儲箱(14) (13)中抽出正負(fù)電荷電解液(16) (15)分別送入電容工作室(I)的正負(fù)電極室(26) (25)。當(dāng)外回路接通時(shí)，負(fù)電極室(25 )導(dǎo)電碳顆粒上的電子通過負(fù)電極(3 )，外回路及正電極(2 )流向正電極室(26 )的帶正電荷的導(dǎo)電碳顆粒放電，同時(shí)正負(fù)離子相互吸引，脫離導(dǎo)電碳顆粒的吸附重新回到電解液中，又成為自由離子，這樣就完成了放電過程，放電后的電解液已成電中性，可被送入電解液儲箱(19) (20)又成為原電解液(12) (11)。后面新的帶電的正負(fù)電荷電解液(16) (15)不斷補(bǔ)入，電流不斷的輸出，放電電壓為I伏。由于不斷得到新的帶電的正負(fù)電荷電解液的補(bǔ)充，本液流式雙電層電容的電壓，電流放電曲線在工作時(shí)始終保持平坦。它的比能量達(dá)到60 W h / kg，充放電效率為90 %
O
權(quán)利要求
1.一種含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液液流式雙電層電容，它的構(gòu)造是由電容工作室(I )，電解液(12 ) (11)，2只電解液儲箱(19 ) (20 )，正電荷電解液儲箱(14 )，負(fù)電荷電解液儲箱(13)，2只充電泵(8) (18)，2只放電泵(9) (27)組成，電解液(12) (11)被灌注在電解液儲箱(19) (20)中，其特征在于通過管道(10)把它們連接起來，其連接順序?yàn)?對于正電極偵牝電解液儲箱(20)接充電泵(18)，出來后接入正電極室(26)的端口(22)，穿過正電極室(26)后從端口(24)出來，出來后接放電泵(27)，穿過放電泵(27)后接入正電荷電解液儲箱(14)，對于負(fù)電極側(cè)，電解液儲箱(19)接充電泵(8)，出來后接入負(fù)電極室(25)的端口(21 )，芽過負(fù)電極室(25)后從端口(23)出來，出來后接放電栗(9)，芽過放電栗(9)后接入負(fù)電荷電解液儲箱(13)。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液液流式雙電層電容，其特征在于在電容工作室(I)中的正電極室(26)和負(fù)電極室(25)之間設(shè)置有微孔隔離膜(7)， 其孔徑為10微米，厚度為50微米，材質(zhì)為聚四氟乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液液流式雙電層電容，其特征在于配制的電解液(12) (11)，它的成分及重量比組成為: 水52 %KOH氫氧化鉀17 %導(dǎo)電碳顆粒50-100微米30 % 羧甲基纖維素 防沉淀劑I % 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有導(dǎo)電碳顆粒的電解液液流式雙電層電容，它的構(gòu)造是由電解液，2只電解液儲箱，2只充電泵，電容工作室，2只放電泵，正電荷電解液儲箱，負(fù)電荷電解液儲箱組成，通過管道把它們連接起來，其特點(diǎn)在于在充放電過程中電容工作室中的電解液通過泵的抽運(yùn)與4個(gè)外部儲箱中的電解液和電解液極化后產(chǎn)生的正電荷電解液，負(fù)電荷電解液進(jìn)行交換，這樣就可通過擴(kuò)大外接的電解液儲量來提高雙電層電容的比能量及儲能，并且導(dǎo)電碳顆粒包含在液態(tài)電解液中，工作時(shí)隨電解液流動(dòng)，作為電解液極化后產(chǎn)生的正負(fù)離子的載體。
文檔編號H01G11/58GK103198933SQ201310123138
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者吳凱明 申請人:吳凱明