[發明專利]堿性贗電容異質電極及匹配方法

有效

• 申請號: 201210049903.X
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102543458A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王奪;吳耀明;王立民;程勇;唐琛明;李曉忠;楊玉勛;石志水;孫振;高松
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/042
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及一種堿性贗電容異質電極及匹配方法。特別是涉及一種鎳-碳系贗電容中，鎳-碳正極板和活性炭負極板中人工摻雜錳之后，兩種異質極板在構成贗電容過程之中、相互之間以及與電解液或導電劑或容氫劑之間的匹配設計和可操作方法。

背景技術

近20年，電極材料發展，尤其是在能源問題推動下的電極材料的發展，將過去電容和電池相對分明的物理概念、電極材料選用以及器件分類，變得模糊而復雜。使人眼花繚亂的新名詞，諸如：超級電容器、超電池、電容電池、超級電容電池，以及一些新機理，把過去偏重物理變化而儲存物理電荷的器件歸類為電容、以化學變化為主體并通過化學變化向外輸運電荷的器件歸類為電池、存在微量化學變化或化學物質對儲存物理電荷做出實質性貢獻的器件歸類為化學電容器的傳統分類沖擊的面目皆非。形成一股“電容與電池雜交育種”的潮流或趨勢。

贗電容或準電容，來源Psedocapacitance一詞的漢語翻譯；其全稱為Faraday?pseudocapacitance；漢語翻譯為“法拉弟贗電容”或“法拉弟準電容”。不同翻譯使得初學者霧里看花，而且“贗”與“準”漢語中褒貶義不同，這種不同的翻譯，也在若隱若顯的表露不同科學家對該電容科學本質的觀點。

“贗電容”一詞翻譯注重英文pseudo前綴“偽”和“假的”原意，似乎在表達不是真正的電容，也在透露“真正的電容，隨著充電電壓持續升高，電容量線性增加，只要電介質耐壓等級足夠，充電百伏或千伏都可以；而贗品電容，諸如常見添加水溶液介質的化學電容器，水分解的電化學窗口在2V左右，當充電電壓為1.8V-2.5V，該贗品電容再充電已經不可能，真正的電容，隨著充電電壓持續升高特性已經不復存在”。在通過“贗”字闡述這一科學問題同時，暗含對于解決這一科學問題之中技術壁壘的思考以及對自然規律的一種敬畏。

而“準電容”中“準”，通過“接近”、“類似”和“介于”的褒義，透露出這部分科技工作者對這類電容的一種期待和憧憬。

贗電容已經跨進超級電容器行列中的一員(贗電容型超級電容器)，而堿性贗電容為目前(被人新稱的)“準法拉第超級電容”基礎，也是被業內人士(諸如美國EEStor公司)認為未來最有發展的“法拉第超級電容”的基礎。

將超級電容器和大容量的電池組、各自作為獨立體，通過IGBT等作為電子開關，所構成的組合電路模塊或電能調控模塊有很高的商業價值，諸如中國專利局所公開的一些專利(申請號，以下同)：

CN200810048988.3號專利揭示，“武高所”用于解決國家電網電壓暫降、提高電網供電質量之用；

CN200910062455.5號專利揭示，含有雙回路工業用電大戶可用于解決倒閘操作過程中的供電暫斷問題之用；

CN201010128989.6號專利揭示：該蓄電池和超級電容器的有源并聯混合，可作為平衡電網峰谷電量問題的儲能系統之用；

CN200810094406.5號專利揭示：該鋰離子動力電池和超級電容器的組合體，可作為通訊指揮方艙車、解決供電隱蔽性和持續性等問題之用。

這些很高的商業價值的應用，在不斷的以商務刺激形式推動著超級電容器的產業化發展。

以NiO_x、MnO₂、V₂O₅以至于昂貴的氧化釕這些金屬氧化物作為正極材料，以活性炭作為負極材料，這類由異質電極材料所構造的超級電容器為目前被業內同行認為最有適用前景的超級電容器發展方向之一。也被認為是“電容與電池雜交育種”的潮流中，容易獲得超電池的途徑之一。

然而，這種以贗電容為基礎的異質電極所構造的超級電容器，電極“異質化”所帶來種種不匹配性，其中科學問題凝練難度超過目前人類認識自然和改造自然的能力，使得材料設計和工程化設計處于盲目階段。

電極“異質化”所帶來不匹配性，客觀上對堿性贗電容設計者提出：如何均衡不對稱的兩極中容量協調、輸出電子要求的導電性協調，電解質堿度與材料儲存電荷數量之間的協調等，顯然，“協調”的根本目的是：在保證贗電容一定功率密度前提下，獲得較大能量密度的贗電容。換言之，在“贗電容”三字中，在保證“電容”特性前提下，使得“贗”字表現出最佳能量密度。這種以“協調”為手段，促使贗電容的兩極趨于“匹配”和接近于“對稱”的可操作措施，特別是一些具有技術創新性的可操作措施，在堿性贗電容，尤其是堿性鎳-碳系贗電容體系中，鮮有文章報道或專利公開。

發明內容