本發(fā)明涉及電能儲(chǔ)存技術(shù)，是一種超大容量超級(jí)電容器。

背景技術(shù)：

目前被人們寄予厚望的超級(jí)電容電池是利用比面積大的炭電極，極化與電極表面接觸的電解液，形成雙電層實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)，超級(jí)電容電池的工作電壓受電解液耐電壓和電極電位的限制,大多小于3.5v，導(dǎo)致超級(jí)電容器的能量密度低(≤10wh/kg)，較鋰離子電池能量密度差一個(gè)數(shù)量級(jí)，限制了其應(yīng)用的領(lǐng)域。

cn2708468y中公開(kāi)了一種“超級(jí)電容器”，其采用電極延伸體、電介質(zhì)延伸體且界定為微米或納米結(jié)構(gòu)材料，采取混合融化并充分?jǐn)嚢?，然后冷卻為一體，形成互為蜂窩狀結(jié)構(gòu)的辦法來(lái)增大電極和電介質(zhì)的接觸面積。納米材料的定義是一種由基本顆粒組成的粉狀或團(tuán)塊狀天然或人工材料，這一基本顆粒的一個(gè)或多個(gè)三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數(shù)量在整個(gè)材料的所有顆?？倲?shù)中占50％以上(歐盟標(biāo)準(zhǔn))。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，電極和介質(zhì)均為固體納米微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，其原子或分子在三維空間內(nèi)流動(dòng)性極差，即使采用混合融化并充分?jǐn)嚢璧姆椒?，也很難使兩種納米材料原子或分子表面實(shí)現(xiàn)充分接觸，其加工工藝復(fù)雜，成型難度大，加工成本高，接觸面積小，現(xiàn)有工藝技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期技術(shù)指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種加工工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、能量密度高、功率密度高的超大容量超級(jí)電容器。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種超大容量超級(jí)電容器，包括密閉殼體，設(shè)置在密閉殼體內(nèi)左、右兩側(cè)的正負(fù)電極，位于正負(fù)電極之間的隔膜或隔板，在絕緣隔膜或隔板的左、右側(cè)分別填充與正負(fù)電極相連的多孔電極材料，其特殊之處是：在所述絕緣隔膜或隔板的左、右側(cè)分別填充液態(tài)或氣態(tài)電介質(zhì)，所述液態(tài)或氣態(tài)電介質(zhì)填滿并吸附在多孔電極材料的微孔內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述多孔電極材料為活性炭、石墨烯、碳納米管、碳?xì)?、介孔碳、石墨、納米門碳或泡沫金屬。

進(jìn)一步地，所述液態(tài)電介質(zhì)為乙腈、丙烯碳酸酯、四氯甲烷或絕緣油。

進(jìn)一步地，所述氣態(tài)電介質(zhì)為六氟化硫、純凈氮?dú)?、二氧化碳、甲烷或丁二烯?/p>

進(jìn)一步地，隔膜上帶有微孔，允許電介質(zhì)自由通過(guò)，微孔直徑小于多孔電極材料顆粒粒徑。

進(jìn)一步地，隔板將其左右兩側(cè)的電介質(zhì)徹底隔離，不允許電介質(zhì)自由通過(guò)。

當(dāng)給正負(fù)極板分別施以正負(fù)電壓后，電流通過(guò)電極板導(dǎo)通到多孔電極表面，多孔電極攜帶與電極相同的電壓，在周邊產(chǎn)生電場(chǎng)，在電場(chǎng)的作用下，與多孔電極緊密接觸的液態(tài)或氣態(tài)電介質(zhì)分子或原子被極化，電介質(zhì)表面出現(xiàn)電荷積累的現(xiàn)象。電極表面的靜電荷和電介質(zhì)表面的靜電荷形成一個(gè)電荷量相等、極性相反的對(duì)壘界面，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)。放電時(shí)，用導(dǎo)線將正極、負(fù)載、負(fù)極板依次按順序連接，電子從負(fù)極經(jīng)負(fù)載流入正極，與正極的正電荷中和做功，同時(shí)電介質(zhì)中的等比例的正負(fù)感應(yīng)電荷中和消失。

由于采用多孔電極材料和液態(tài)、氣態(tài)電介質(zhì)，液態(tài)、氣態(tài)原子或分子在三維空間內(nèi)具有極佳的流動(dòng)性，能夠完全充分快速地深入到多孔電極材料的微孔內(nèi)，大大地增大了比面積。超大容量超級(jí)電容器多孔電極比面積、隔膜間距、多孔電極表面靜電荷與電介質(zhì)感應(yīng)電荷距離等技術(shù)指標(biāo)和現(xiàn)有的超級(jí)電容電池相當(dāng)。超大容量超級(jí)電容器充電時(shí)，充電電壓小于隔膜(隔板)的擊穿電壓即可，隔膜(隔板)的擊穿電壓可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)伏，因此可以用更高的電壓充電，根據(jù)電容能量存儲(chǔ)公式w＝0.5cu²，電容存儲(chǔ)能量大大增加，得到儲(chǔ)存更大電能的效果，本發(fā)明同時(shí)具有高能量密度和功率密度優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、飛機(jī)、儲(chǔ)能等多種領(lǐng)域；綜上所述，本發(fā)明的有益效果是：

1、充電電壓只受隔膜(隔板)擊穿電壓限制，充電電壓可以大幅提高到數(shù)萬(wàn)伏，甚至更高，是電解液超級(jí)電容電池的幾萬(wàn)倍。因?yàn)榭沙潆婋妷焊?，電荷攜帶能量高，能量密度巨高。單位體積和質(zhì)量?jī)?nèi)存儲(chǔ)的電能效果超過(guò)傳統(tǒng)電化學(xué)電池和超級(jí)電容電池的數(shù)百到數(shù)千倍。

2、功率密度高，相當(dāng)于化學(xué)電池的數(shù)十倍。

3、充放電過(guò)程是個(gè)物理過(guò)程，沒(méi)有物質(zhì)發(fā)生改變，不存在電化學(xué)電池的記憶效應(yīng)問(wèn)題，充電效率高。充電速度快、使用壽命長(zhǎng)、能量轉(zhuǎn)換效率高，過(guò)程損失小。

4、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)部件壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過(guò)程污染小，循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，使用無(wú)污染。

5、充電時(shí)可以按照實(shí)際需求設(shè)定充電電壓，靈活調(diào)整電池蓄電量。

6、充放電線路簡(jiǎn)單，無(wú)需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)，溫度特性好，使用環(huán)境溫度范圍寬。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中i部放大圖(液態(tài)電介質(zhì))；

圖3是圖1中i部放大圖(氣態(tài)電介質(zhì))。

圖中：1－密閉殼體，2、3－正負(fù)電極，4－絕緣隔膜或隔板，5、6－多孔電極材料，7－液態(tài)電介質(zhì)，8－氣態(tài)電介質(zhì)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

如圖1和圖2所示，該超大容量超級(jí)電容器，包括密閉殼體1，設(shè)置在密閉殼體1內(nèi)左、右兩側(cè)的正負(fù)電極2、3，位于正負(fù)電極之間的絕緣隔膜或隔板4，在絕緣隔臘或隔板4的左、右側(cè)分別填充與正負(fù)電極相連且比面積≥100m²/g的多孔電極材料5、6，在所述多孔電極材料5、6內(nèi)注入液態(tài)電介質(zhì)7，所述液態(tài)電介質(zhì)7填滿并吸附在多孔電極材料的微孔內(nèi)。所述多孔電極材料5、6為活性炭、石墨烯、碳納米管、碳?xì)帧⒔榭滋?、石墨、納米門碳或泡沫金屬等多孔導(dǎo)電材料。所述液態(tài)電介質(zhì)7為乙腈、丙烯碳酸酯、四氯甲烷或絕緣油等液態(tài)絕緣液體。隔膜上帶有微孔，允許電介質(zhì)自由通過(guò)，微孔直徑小于多孔電極材料顆粒粒徑。而隔板將其左右兩側(cè)的電介質(zhì)徹底隔離，不允許電介質(zhì)自由通過(guò)。

實(shí)施例二

如圖3所示，電介質(zhì)為氣態(tài)電介質(zhì)8，采用六氟化硫、純凈氮?dú)?、二氧化碳、甲烷或丁二烯等絕緣氣體，其它同實(shí)施例一。

實(shí)施例三

如圖1和圖2所示，在密閉殼體1內(nèi)中間位置放置普通紙張作為隔膜，在隔膜兩側(cè)分別放入0.5kg比面積為1000平方米/克的多孔活性炭作為多孔電極材料5、6，活性炭均勻分布，正負(fù)極被物理分隔，不接觸。在密閉殼體1內(nèi)填充純度為99.9％的乙腈作為液態(tài)電介質(zhì)7，液態(tài)電介質(zhì)7進(jìn)入活性炭微孔內(nèi)并填滿且和活性炭表面充分接觸。在位于隔膜4兩側(cè)的活性炭中分別插入金屬正負(fù)電極2、3，金屬正負(fù)電極2、3分別通過(guò)導(dǎo)線與充電電源正負(fù)極連接。使用100v，1安培直流電源，充電1小時(shí)，得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

對(duì)比例

將1kg比面積為1000平方米/克的多孔活性炭作為多孔電極材料與粘合劑混合攪拌，平均分為10份，分別粘貼在金屬正極、負(fù)極板上、在碳電極中間裝上隔膜，焊上極柱，裝入殼體內(nèi)，組成5個(gè)超級(jí)電容電池注入電解液(電解液為鋰離子有機(jī)溶液)，將5個(gè)超級(jí)電容電池并聯(lián)，充電實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比。

實(shí)施例三與對(duì)比例的檢測(cè)結(jié)果如表1