[發明專利]增強聚合物混合型超級電容器的穩定性和電容的多組分方法

在審

• 申請號: 201480057023.4
• 申請日: 2014-08-15
• 公開（公告）號: CN105723482A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 大衛·馮蘭騰;佛瑞德·伍德;艾倫·J·黑格;帕維爾·拉扎列夫
• 申請（專利權）人: 加利福尼亞大學董事會;生物太陽能公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/44;H01G11/86
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;楊生平

本申請要求于2013年8月15日提交的美國臨時申請號61/866,398的優先權，其全部內容在此通過引用并入本文。

本發明由由基礎能源科學辦公室，能源部授予的批準號DE-FG02-08ER46535的政府支持產生。美國政府在這項發明中有一定的權利。

技術領域

本發明當前提出的實施方案的領域涉及電化學能量儲存裝置，更具體地涉及具有增強的穩定性和電容的電化學能量儲存裝置。

背景技術

根據在車輛、消費電子產品和太陽能電池中功率和備份(backup)應用的需要，超級電容器(電化學電容器)是表現出大功率密度比電池放電快幾百倍的能量儲存裝置^[1]。雖然當前一代市售的“雙層”超級電容器使用碳作為電極^[2]，然而在過去的幾十年里一直在進行通過使用氧化還原活性聚合物、過渡金屬或小分子的電極表面功能化增加碳基超級電容器能量密度的研究^[1a_,^3]。

聚合物是豐富、低成本并且易于加工的材料，使得它們成為下一代重量輕、薄的、柔性的、透明的且低成本的能量儲存解決方案的候選者^[1c_,^4]。

而且，電活性聚合物表現出高的固有導電性^[5]、大表面積^[6]和快速可得的氧化還原狀態的級聯^[1a]，這使得它們成為用于超級電容器的優良的高能量密度的電極材料。然而，電活性聚合物的低電化學循環穩定性仍然是妨礙穩定的聚合物基超級電容器和電池裝置發展的嚴重問題^[3b,7]。因此，對具有增強的穩定性和電容的改進的電化學能量儲存裝置仍然有需求。

發明內容

根據本發明的一些實施方案，電化學能量儲存裝置包括第一聚合物電極和第二聚合物電極，第二聚合物電極與第一聚合物電極間隔開，使得在第一聚合物電極和第二聚合物電極之間保留有空間。第一聚合物電極和第二聚合物電極之間保留的空間含有包含醌化合物的電解液。第一聚合物電極和第二聚合物電極各自基本上由酸可摻雜的(acid-dopable)聚合物構成。

根據本發明的一些實施方案，用于制備電化學能量儲存裝置的方法包括：形成包含第一酸可摻雜的聚合物材料的第一聚合物電極；在所述第一聚合物電極上沉積間隔層；將所述間隔層浸泡在電解液中；和在所述間隔層上形成包含第二酸可摻雜的聚合物材料的第二聚合物電極。所述電解液包含醌化合物。

附圖說明

其他目的和優點將通過考慮描述、附圖和實施例變得明顯。

圖1是根據本發明的一個實施方案的電化學能量儲存裝置的示意圖；

圖2是根據本發明的一個實施方案的醌氫醌(BQHQ)聚合物超級電容器裝置結構和充電/放電過程中所涉及的電荷轉移反應的圖示；

圖3A示出了在BQHQ/H₂SO₄/AcOH(曲線300)和在H₂SO₄/AcOH(曲線302)中聚合物超級電容器(12.5mA/cm²)相對循環數的電容保持率(％)；

圖3B示出了在BQHQ/H₂SO₄/AcOH中聚合物超級電容器(12.5mA/cm²)相對循環數的電容保持率(％)；

圖4A示出了在BQHQ/H₂SO₄/AcOH中聚合物超級電容器20,000疲勞壽命循環數之前和之后的阻抗奈奎斯特圖；

圖4B示出了在H₂SO₄/AcOH中聚合物超級電容器20,000疲勞壽命循環數之前和之后的阻抗奈奎斯特圖；