[發明專利]增加電容電極表面積的方法

有效

• 申請號: 201110230774.X
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN102426931A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 劉永輝;吳振東;周書華;傅元勇
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電容器電池技術領域，涉及需要超大表面積電極的包括超級電容、鋰離子電容等儲能元器件，具體是一種制作超大表面積電極的新方法。

背景技術

電容電池屬于雙電層電容器，是目前世界上已投入量產的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質組成的雙電層結構獲得超大的容量。具有充電速度快、循環使用壽命長、大電流放電能力超強、功率密度高、充放電線路簡單、超低溫特性好、檢測方便、單體容量范圍寬的理想綠色環保的化學電源。

電容電池由正極、負極以及介于兩者之間的隔膜及電解液組成。通常采用活性炭材料制作成多孔電極，同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質溶液，當在兩端施加電壓時，相對的多孔電極上分別聚集正負電荷，而電解質溶液中的正負離子將由于電場作用分別聚集到與正負極板相對的界面上，從而形成兩個集電層，相當于兩個電容器串聯。由于活性碳材料具有≥1200m²/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A)，而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm(即獲得了極小的介質厚度d)，根據計算公式：電容值為：C＝ε·A/3.6πd·10^-6(μF)，其中A為極板面積，d為介質厚度。所儲存的能量為：E＝C(ΔV)²/2可以看出，其中C為電容值，ΔV為極板間的電壓降。可見，若想獲得較大的電容量，儲存更多的能量，必須增大面積A或減少介質厚度d，但介質厚度d伸縮空間有限。為增大面積A，通常采用活性碳作為電極材料。例如，中國專利200710035238.8中，將納米級的具有脫嵌鋰特性的化合物材料粉末進行機械融合造粒，形成1～15μm的球形顆粒；加入用量為脫嵌鋰特性化合物材料重量的10％～100％的多孔炭材料，再進行機械融合，從而得到多孔炭包覆脫嵌鋰化合物復合材料，并以該材料為電極材料。此類電容電池由于使用多孔碳作為電極材料，雖然在常溫下提高了器件的比功率，但在高溫下多孔碳會使電解液分解，很難實用化。

發明內容

(一)發明目的

針對上述問題，本發明提供一種利用重離子微孔膜與核孔膜技術制作超大表面積電極，目的是在保證電容電池性能穩定的同時增加電容電池的比電容(單位體積的電容量或單位重量的電容量)。

(二)技術方案

一種增加電容電極表面積的方法，關鍵在于：采用帶有金屬鍍層的重離子微孔膜或核孔膜作為電容電池的電極。

所述的重離子微孔膜或核孔膜是利用加速器產生的重離子或反應堆產生的裂變碎片轟擊高分子聚合物薄膜，使得在薄膜的一側形成徑跡損傷通道而不穿透，經化學溶液的蝕刻，在薄膜的一面蝕刻出大量點坑。

其中，所述點坑的深度為0.1～20μm，密度為1×10⁵～1×10¹⁰/cm²，直徑為0.1～9.0μm，優選的點坑參數為：深度：15～20μm，密度：1×10⁶～1×10⁸/cm²，直徑：5～9.0μm，

其中，金屬鍍層所用金屬為金、鉑、銅或銀等，鍍層厚度為50～300nm。

(三)發明效果

上述技術方案提供的方法，在高分子聚合物薄膜一側經過化學蝕刻后形成的點坑，其側面積是增加的表面積，在保證高分子聚合物薄膜強度的條件下，點坑越密，越深，所增加的表面積就越多。經計算，用這種材料作為電極，表面積可以增加1～20倍以上，加電容電池的比電容，進而可以有效增加電容電池的容量。

附圖說明

圖1重離子微孔膜電鏡圖片。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的技術方案作進一步說明。

為增加電容電極表面積，本發明提供了一種帶有金屬鍍層的重離子微孔膜作為電容電池的電極。其具體制作步驟如下。

1)輻照。選用厚度為10～300μm的高分子聚合物薄膜作基膜，本實施例選用25μm的聚酯薄膜作基膜。在中國原子能科學研究院的串列加速器上，以負離子源產生S^-1離子，加速后再剝離成S⁺¹¹離子，當加速器頭部高壓為10MV，經加速后產生能量為120～500MeV的硫離子束，束流強度為0.1nA～1mA，在右70度管道上輻射在基膜上，照射時間為0.1～0.8秒。

2)敏化。將照射后的基膜用功率為50～1000瓦紫外線燈照射敏化，燈與基膜的距離為0.1～10cm，敏化時間為60～180min。