[發(fā)明專(zhuān)利]一種具有4個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)的單體高壓超級(jí)電容器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510426489.3
• 申請(qǐng)日: 2015-07-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105097296B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣岑;蔣述金;李智琳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蔣岑
• 主分類(lèi)號(hào): H01G11/70
• 分類(lèi)號(hào): H01G11/70;H01G11/78
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

1.一種具有4個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)的單體高壓超級(jí)電容器，其特征在于，包括：

正電極板(1)：為電容器的正極，用于給電容器充電時(shí)接電源的正極；或給負(fù)載放電時(shí)接負(fù)載的正極；

負(fù)電極板(2)：為電容器的負(fù)極，用于給電容器充電時(shí)接電源的負(fù)極；或給負(fù)載放電時(shí)接負(fù)載的負(fù)極；所述正電極板(1)和負(fù)電極板(2)之間為離子儲(chǔ)存空間；

非電解質(zhì)溶液：分為兩種情況，

情況一：充斥在正電極板(1)內(nèi)表面，在正電極板(1)聚集正電荷后，在正電極板(1)的內(nèi)表面形成1層由非電解質(zhì)分子構(gòu)成的致密排列的電偶極子，同時(shí)形成了2個(gè)雙電層，即正電極板(1)與電偶極子的負(fù)電荷端之間形成A電層(11),電偶極子的負(fù)電荷端與正電荷端之間形成B電層(12)；

情況二：充斥在負(fù)電極板(2)內(nèi)表面，在負(fù)電極板(2)聚集負(fù)電荷后，在負(fù)電極板(2)的內(nèi)表面形成1層由非電解質(zhì)分子構(gòu)成的致密排列的電偶極子，同時(shí)形成了2個(gè)雙電層，即負(fù)電極板(2)與電偶極子的正電荷端之間形成E電層(21),電偶極子的負(fù)電荷端與正電荷端之間形成F電層(22)；

電解質(zhì)溶液：分為兩種情況，

情況一：電解質(zhì)溶液充斥在離子儲(chǔ)存空間內(nèi)，且充斥的順序是在B電層(12)形成之后，由于電解質(zhì)負(fù)離子與正電極板(1)之間被B電層(12)阻隔，而B(niǎo)電層(12)由非電解質(zhì)分子構(gòu)成，因此，電解質(zhì)負(fù)離子不會(huì)與B電層(12)的正電荷端進(jìn)行電荷交換，也不會(huì)穿過(guò)B電層(12)去與正電極板(1)內(nèi)表面接觸，B電層(12)相當(dāng)于對(duì)電解質(zhì)負(fù)離子具有絕緣作用，即電解質(zhì)負(fù)離子只會(huì)聚集在B電層(12)的正電荷端近鄰并與之形成C電層(13)；

另外，電解質(zhì)正離子與負(fù)電極板(2)之間形成D電層(14)；

所述A電層(11)、B電層(12)、C電層(13)和D電層(14)4個(gè)雙電層中，只有B電層(12)由非電解質(zhì)分子形成；同時(shí)，因?yàn)锽電層(12)由非電解質(zhì)分子形成，能夠承受高于電解質(zhì)分解電壓的電壓，從而由A電層(11)、B電層(12)、C電層(13)和D電層(14)構(gòu)成具有4個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)的單體高壓電容器；

情況二：電解質(zhì)溶液充斥在離子儲(chǔ)存空間內(nèi)，且充斥的順序是在F電層(22)形成之后，由于電解質(zhì)正離子與負(fù)電極板(2)之間被F電層(22)阻隔，而F電層(22)由非電解質(zhì)分子構(gòu)成，因此，電解質(zhì)正離子不會(huì)與F電層(22)的負(fù)電荷端進(jìn)行電荷交換，也不會(huì)穿過(guò)F電層(22)去與負(fù)電極板(2)內(nèi)表面接觸，F(xiàn)電層(22)相當(dāng)于對(duì)電解質(zhì)負(fù)離子具有絕緣作用，即電解質(zhì)正離子只會(huì)聚集在F電層(22)的負(fù)電荷端近鄰并與之形成G電層(23)；

另外，電解質(zhì)負(fù)離子與正電極板(1)之間形成H電層(24)；

所述E電層(21)、F電層(22)、G電層(23)和H電層(24)4個(gè)雙電層中，只有F電層(22)由非電解質(zhì)分子形成；同時(shí)，因?yàn)镕電層(22)由非電解質(zhì)分子形成，能夠承受高于電解質(zhì)分解電壓的電壓，從而由E電層(21)、F電層(22)、G電層(23)和H電層(24)構(gòu)成具有4個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)的高壓電容器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有4個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)的單體高壓超級(jí)電容器，其特征在于，還包括一隔膜(3)：設(shè)置在正電極板(1)和負(fù)電極板(2)之間，使正電極板(1)與隔膜(3)、以及負(fù)電極板(2)與隔膜(3)分別形成一個(gè)離子儲(chǔ)存空間；分別是上部離子儲(chǔ)存空間以及下部離子儲(chǔ)存空間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有4個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)的單體高壓超級(jí)電容器，其特征在于，非電解質(zhì)溶液由極性分子構(gòu)成；或雖為非極性分子，但在外電場(chǎng)的作用下，分子的正電荷中心與負(fù)電荷中心能夠分離，能夠形成電偶極子。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有4個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)的單體高壓超級(jí)電容器，其特征在于，還包括一個(gè)電壓監(jiān)控裝置，電壓監(jiān)控裝置的正、負(fù)極兩端分別與正電極板(1)和負(fù)電極板(2)電連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有4個(gè)雙電層結(jié)構(gòu)的單體高壓超級(jí)電容器，其特征在于，充斥在正電極板(1)或負(fù)電極板(2)內(nèi)表面的非電解質(zhì)分子的數(shù)量滿足條件：

定義正電極板(1)或負(fù)電極板(2)內(nèi)表面的面積為S，非電解質(zhì)分子截面積為P，非電解質(zhì)分子個(gè)數(shù)M＝kS/P，k≥1為系數(shù)；當(dāng)正電極板(1)或負(fù)電極板(2)聚集電荷后，在電場(chǎng)力的作用下，非電解質(zhì)分子構(gòu)成的電偶極子將沿正電極板(1)或負(fù)電極板(2)內(nèi)表面整齊排列，當(dāng)非電解質(zhì)分子全部參與排列、并且排列成為致密排列的電偶極子時(shí)，k＝1為最佳，即非電解質(zhì)分子全部覆蓋在正電極板(1)或負(fù)電極板(2)內(nèi)表面。