[發明專利]一種全固態儲能器件

無效

• 申請號: 201210376840.9
• 申請日: 2012-10-08
• 公開（公告）號: CN102881451A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 劉必前;何敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;劉必前
• 主分類號: H01G4/00
• 分類號: H01G4/00;H01G4/002
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

發明領域

本發明涉及一種全固態儲能器件。

背景技術

能源問題是世界各國在發展過程中無法回避的問題。為了解決能源瓶頸，各國都制定了能源科技發展戰略，充分利用現有能源，大力開發新型儲能設備。傳統的儲能材料如電池和電容器在儲能領域發揮了重要的作用，但是電池的能量密度高而其功率密度較低，這主要是由于電池要通過電化學反應才能產生電荷并進行電能的存儲，因此，電池的充電或放電需要一定的時間，導致其功率密度較低。近年來，鋰離子電池的研究十分廣泛并已經進入商業化階段。然而，鋰離子電池在充電過程中容易發生短路、過充等現象，從而導致爆炸，并且容量會緩慢衰退，使其性能下降。另一方面，電容器具有較高的輸出功率密度，即放電過程能在很短的時間內完成；但是其能量密度較低，導致放電持續時間短。

超級電容器是近年來發展起來的一種介于傳統電容器和二次電池之間的新型儲能器件，它保留了傳統電容器功率密度大，充放電速度快，放電效率高，壽命長的特點，同時其能量密度也大幅提高，是一種新型、實用、高效的儲能器件。但是，超級電容的能量密度仍遠小于鋰電池，這限制了超級電容器在儲能領域的應用。同時，由于仍然使用液態電解質，這種電容器同樣存在電解質滲漏等安全隱患。因此，開發一種既有較高的能量密度，又具有大的功率密度的儲能器件對于儲能具有重要的意義，有助于提高能源的利用效率。

發明內容

本發明針對儲能材料和器件在能量存儲方面存在的能量密度過低(如超級電容器)和功率密度過低(如電池)等問題，提供一種全固態儲能器件，拓展儲能器件在能源存儲方面的應用。

本發明的全固態儲能器件主要由電極、電荷存儲材料、絕緣材料組成，其中電荷存儲材料用絕緣材料隔開，形成電荷存儲材料/絕緣材料/電荷存儲材料的夾心結構。

所述的全固態儲能器件，其中電極為銅或其合金、鋁或其合金、導電性碳材料、導電高分子其中一種；

所述的全固態儲能器件，其中電荷存儲材料包括正電荷存儲材料和電子存儲材料，正電荷存儲材料與正極接觸，電子存儲材料與負極接觸；

所述的全固態儲能器件，正電荷存儲材料是聚對苯撐乙烯、聚乙烯咔唑、聚酚噻嗪中的一種或大于一種的混合物構成；

所述的全固態儲能器件，所使用的正電荷存儲材料的分子量為300～500000；

所述的全固態儲能器件，電子存儲材料是聯苯醌類及其衍生物、噻咯及其衍生物中一種或大于一種的混合物，優選為3，3’-二甲基-5，5’-二叔丁基聯苯醌、3，5-二甲基-3’，5’-二叔丁基聯苯醌的混合物和2，3，4，5-四苯基噻咯中的一種或大于一種的混合物；

所述的全固態儲能器件，絕緣材料是由無機類絕緣材料、有機絕緣聚合物中的一種或大于一種的混合物，優選為二氧化硅(無機)和聚酰亞胺(有機聚合物)中的一種或兩種的混合物。

本發明的全固態儲能器件具有如下優點：

(1)本發明的全固態儲能器件不涉及化學反應，充/放電過程由電荷的遷移速率決定，因此功率密度高，充電時間短；

(2)本發明的全固態儲能器件在儲能過程中沒有電解質的損耗，充放電循環壽命長；

(3)電荷存儲材料具有較強的電荷存儲能力，因此本發明的全固態儲能器件能量密度大；

(4)由于整個器件中沒有化學反應，沒有液態電解質，因此，不存在電解質滲漏等問題，安全可靠，并且對環境友好。

附圖說明

圖1是全固態儲能器件結構示意圖；

其中1是負極，2是電子存儲層，3是絕緣層，4是正電荷存儲層，5是正極；

圖2是串聯全固態儲能器件結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

采用真空蒸鍍技術在金屬鋁表面制備一層面積為10×10cm²，厚度為1μm的3，3’-二甲基-5，5’-二叔丁基聯苯醌，然后在聯苯醌層表面旋涂一層厚度為5μm的聚酰亞胺。最后在聚酰亞胺表面旋涂一層厚度為750nm的聚乙烯咔唑聚合物(平均分子量為19325)。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸鍍一層100nm后的金屬鋁，即得到本發明所述的全固態儲能器件。測試表明，該全固態儲能器件在1.5min內完成充電，能量密度為500Wh/kg，功率密度為8.7kW/kg。

實施例2