[發(fā)明專利]電雙層電容的水系電解質(zhì)與利用該水系電解質(zhì)的電雙層電容

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910225611.5
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN102074369A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林文婷;陳宏昌;李佳徽;維克多·托可瑞夫;艾爾·查尼烈夫斯基;何瑞霍瑞·艾爾查克;歐烈·謝夫查克
• 申請（專利權(quán)）人: 財團法人紡織產(chǎn)業(yè)綜合研究所
• 主分類號: H01G9/038
• 分類號: H01G9/038;H01G9/155
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 任永武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明有關(guān)一種水系(water-based)電解質(zhì)，且特別是有關(guān)于一種用于電雙層電容(electric?double?layer?capacitor)的水系電解質(zhì)。

背景技術(shù)

電雙層電容又稱為超級電容(supercapacitor)，顧名思義，電雙層電容每單位重量所能儲存的能量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)一般電容；另外，在輸出能量時，其額定功率(power?rating)亦優(yōu)于許多可充電電池。除此之外，電雙層電容還具備了使用壽命長、循環(huán)特性佳、操作溫度廣等特性。正因為如此，電雙層電容在儲存與輸出能量這兩方面的應(yīng)用性都備受矚目。

簡單來說，電雙層電容的結(jié)構(gòu)包括了一對可極化電極與夾設(shè)于此電極間的隔片(separator)，且上述電極與隔片浸潤于一電解質(zhì)中。當(dāng)在上述可極化電極間形成一電位差時，由于電解質(zhì)中的陽離子會向負(fù)極移動而陰離子會向陽極移動，會在電雙層電容中形成離子電流。當(dāng)帶正電荷或負(fù)電荷的離子分別到達(dá)電極表面時，這些電荷會被吸附于電解質(zhì)與電極間形成的接口中，而施加于電極上的電場可將被吸附的電荷保持在該處，進(jìn)而達(dá)到儲存電能的目的。

一般而言，電雙層電容中的電解質(zhì)可采用電解質(zhì)溶液或熔鹽(molten?salt)電解質(zhì)；而電解質(zhì)溶液又可依據(jù)其主要溶劑的種類而區(qū)分為水系電解質(zhì)與有機系電解質(zhì)(organic?electrolyte，或稱非水系電解質(zhì))。

常見的有機系電解質(zhì)主要是將三級銨鹽或四級銨鹽溶于有機溶劑(例如碳酸丙烯酯、乙腈或環(huán)丁砜)中。而常見的水系電解質(zhì)主要是金屬將金屬鹽類(如IA、IIA族金屬或銨鹽)溶于水性溶劑中所得到的水溶液，例如KOH或H₂SO₄的水溶液。

既有的有機系電解質(zhì)與水系電解質(zhì)在其性能與實用性上各有優(yōu)劣。

舉例來說，有機系電解質(zhì)的優(yōu)點是可在相對較高的電壓(約2-3V)下進(jìn)行充放電，且工作溫度范圍較廣。然而，有機溶劑在高工作電壓下容易分解而使得充放電穩(wěn)定性不佳；此外有機系電解質(zhì)的內(nèi)電阻較高，使得最大放電功率難以提升。有機系電解質(zhì)的其它缺點包括具有毒性、揮發(fā)度難以控制、不易長期保存與制造成本較高等。

另一方面，水系電解質(zhì)的優(yōu)點為內(nèi)電阻較低，因而使得放電效能提高；此外水系電解質(zhì)通常不具毒性且制造成本較低。但是水系電解質(zhì)受到溶液崩潰電壓的限制，因而其適合的工作電壓較低(小于約1V)。

再者，為了提供較佳的傳導(dǎo)性，水系電解質(zhì)電解質(zhì)通常都是強堿(pH值大于13)或強酸(pH值小于2)的水溶液，此種水溶液具有極強的腐蝕性，會嚴(yán)重腐蝕電雙層電容中的其它元件。也正由于此種水性電解質(zhì)溶液具有較強的腐蝕性，使得電雙層電容的工作溫度范圍較窄、效能穩(wěn)定性不佳，且易出現(xiàn)封裝安定性方面的問題。

有鑒于上述問題，相關(guān)領(lǐng)域亟需提出一種不同的電解質(zhì)材料以提升電雙層電容的工作效能與其它操作特性。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一目的是提供一種用于一電雙層電容的水系電解質(zhì)，此水系電解質(zhì)的工作溫度范圍優(yōu)于既有水性電解質(zhì)，且重復(fù)可充電率佳。

根據(jù)本發(fā)明一方面的水系電解質(zhì)至少包含一溶液，而此溶液至少包含一第一鹽類與一第二鹽類。上述第一鹽類的陽離子為Li⁺、Na⁺或K⁺，且其陰離子為Cl^-、SO₄^2-、PO₄^3-或NO₃^-。上述第二鹽類的陽離子為Li⁺、Na⁺或K⁺，且其陰離子為OH^-。

在本發(fā)明任選的實施例中，上述第一鹽類與第二鹽類所含的陽離子可以是相同或不同的陽離子。

根據(jù)本發(fā)明一任選實施例，在上述溶液中，第一鹽類的體積百分濃度為約10至90％，且第二鹽類的體積百分濃度為約10至90％。

根據(jù)本發(fā)明另一任選實施例，上述第一鹽類所含的陽離子為Li⁺。根據(jù)本發(fā)明又一任選實施例，上述第一鹽類所含的陰離子為NO₃^-。此外，根據(jù)本發(fā)明一任選實施例，上述第二鹽類所含的陽離子為Li⁺。

在本發(fā)明一任選的實施例中，上述第一鹽類為LiNO₃且第二鹽類為LiOH。

本發(fā)明的另一目的是提供一種用于一電雙層電容的水系電解質(zhì)，此水系電解質(zhì)的工作溫度范圍優(yōu)于既有水性電解質(zhì)，且重復(fù)可充電率佳。