[發明專利]高能量密度的非對稱型準電容器及其制作方法

有效

• 申請號: 201410359117.9
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN105023751B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 曾俊元;洪崇榮;林鵬
• 申請（專利權）人: 財團法人交大思源基金會
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/048;H01G13/00
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,李茂家

技術領域

本發明涉及一種非對稱型電容器及其制作方法，特別是涉及一種利用電泳法所制得的高能量密度的非對稱電容器及其制作方法。

背景技術

由于電化學電容器能于小體積中擁有高電容值，適合發展作為儲能工具，所以，電化學電容器逐漸成為新一代電池的發展主流。

其中，非對稱型準電容器(asymmetric pseudocapacitor)是其中一種新穎的電化學電容器，其工作原理在于利用材料表面的電活性(electro active)與電解液，而進行快速可逆的法拉第反應，以儲存電荷。

參閱圖1，一般的非對稱型準電容器包括陽極板11、陰極板12，及設置于該陽極板11與該陰極板12間而可供離子穿透的隔離膜13。

該陽極板11包括導電基材111、陽極薄膜112，及位于該導電基材111與該陽極薄膜112間并供該陽極薄膜112與該導電基材111彼此相連結的粘著劑 113。

該陰極板12包括導電基材121、陰極薄膜122，及位于該導電基材121與該陰極薄膜122間并供該陰極薄膜122與該導電基材121彼此相連結的粘著劑 123。

該非對稱型準電容器的制作方法如下：

(1)準備一導電基板，于該導電基板的其中一表面涂布一層粘著劑，再于該粘著劑的表面以加壓的方式設置該陽極薄膜；

(2)準備另一導電基板，于該導電基板的其中一表面涂布一層粘著劑，再于該粘著劑的表面以加壓的方式設置該陰極薄膜；及

(3)于該陽極薄膜與該陰極薄膜間設置隔離膜。

然而，由于該陽極板的粘著劑，及該陰極板的粘著劑是屬于不導電的材料，造成該陽極板與該陰極板的電阻值過高的問題。

針對該粘著劑113、123所造成電阻值過高的問題，有學者提出利用電泳法，將該陽極薄膜與該陰極薄膜直接沉積于該導電基板表面，繼而省略該粘著劑，其中，使用于電泳法的電泳液，為了增加電泳度，以使該陽極薄膜與該陰極薄膜材料表面帶電荷，而于電泳液中添加界面活性劑。但此作法的缺點在于，在完成電泳法的后續蒸發電解質的過程中，該界面活性劑未能隨蒸發過程同時揮發，反而使得陽極板的陽極薄膜及該陰極板的該陰極薄膜中含有大量的界面活性劑，導致電阻值仍然無法有效地被降低。

因此，如何改善該非對稱型準電容器的陽極板與該陰極板的電阻值，繼而有效地大幅提升非對稱型準電容器的功率密度、能量密度與循環壽命 (cycle time)，為本技術領域主要研究發展的方向之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高功率密度、高能量密度與長循環壽命的高能量密度的非對稱型準電容器。

此外，本發明的另一目的，即在提供一種具有高功率密度、高能量密度與長循環壽命的高能量密度的非對稱型準電容器的制作方法。

本發明的高能量密度的非對稱型準電容器，包含：陰極板、陽極板，及隔離膜。

該陰極板包括第一導電基材，及形成于該第一導電基材上的多孔性陰極薄膜，該多孔性陰極薄膜具有多個片狀復合物，及穿伸于所述片狀復合物的間隙間且與所述片狀復合物接觸的網狀結構，每一所述片狀復合物為具有石墨烯、過渡金屬化合物及納米碳管的復合物，該網狀結構具有納米碳管。

該陽極板包括第二導電基材，及形成于第二導電基材上的陽極薄膜，該陽極薄膜具有石墨烯及納米碳管的復合物。

該隔離膜設置于該陽極板及該陰極板間，并供離子穿透。

較佳地，前述高能量密度的非對稱型準電容器，該陰極板的第一導電基材與該陽極板的第二導電基材為鎳金屬。

較佳地，前述高能量密度的非對稱型準電容器，該陰極板的所述片狀復合物的過渡金屬化合物為二氧化錳。

再者，本發明的高能量密度的非對稱型準電容器的制作方法，包含：

氧化石墨粉體成為石墨烯氧化物。

利用氫氧化鈉水液溶作為還原劑還原該石墨烯氧化物為石墨烯。

將具有該石墨烯、過渡金屬氧化物及納米碳管的已合成的第一復合物粉體，及納米碳管粉體，分散于含有質子酸的有機溶劑中，成為第一溶液。

利用電泳法配合該第一溶液于第一導電基材的表面沉積得陰極薄膜。

將石墨烯粉體及納米碳管粉體，分散于含有質子酸的有機溶劑中，成為第二溶液。

利用電泳法配合該第二溶液于第二導電基材的表面沉積得陽極薄膜。

于該陽極薄膜與該多孔性陰極薄膜間設置供離子穿透的間隔板，制得該高能量的非對稱型電容器。