[發明專利]一種具有4個雙電層結構的單體高壓超級電容器

有效

• 申請號: 201510426489.3
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN105097296B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 蔣岑;蔣述金;李智琳
• 申請（專利權）人: 蔣岑
• 主分類號: H01G11/70
• 分類號: H01G11/70;H01G11/78
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

技術領域

本發明涉及電容器領域，具體涉及一種具有4個雙電層結構的單體高壓超級電容器。

背景技術

現有超級電容器具有較大的電容量，使其具有一定的存儲電能的能力，但現有單體超級電容器工作電壓一般很低，由于電容器儲能與其工作電壓的平方成正比，其存儲電能的能力十分有限，存儲能量密度遠低于化學蓄電池，遠不能滿足實際使用要求。

目前，超級電容器及其他儲能電容器的典型改進產品有如下幾類：一是組合式超級電容器，即將超級電容器的一個雙電層改做成絕緣膜電極的形式，也就是將超級電容器的2個雙電層改成為1個雙電層+1個絕緣膜，由于絕緣膜可承受較高的電壓，因而提高了單體超級電容器的工作電壓。二是贗電容器，此種電容器的電極能夠發生可逆的電化學反應，等效于增大了電容量。三是與現有蓄電池技術相結合，以集合兩者的優點，進而提高超級電容器的存儲能力。

采用相對介電常數很大的材料，可大幅度提高電容器工作電壓，這也是儲能電容器研究的一個選項。此類產品無雙電層特點，已脫離現有超級電容器典型結構，但從原理上講，由于能夠大幅度提高工作電壓，因而可儲存較多的電能。

還有一種所謂高壓超級電容器，是通過將單體超級電容器串或并聯組合而成，以適應高電壓使用條件，這只是超級電容器的一種應用，并未實質性地改善單體超級電容器的性能。

由上所述，以上改進并未涉及到超級電容器原理上的重大革新，因而改進效果十分有限。

有必要尋求新的原理和思路，以期實現存儲能力的較大突破。

發明內容

本發明主要通過下述技術方案以解決現有超級電容器的不足：

一種具有4個雙電層結構的單體高壓超級電容器，其特征在于，包括：

正電極板：為電容器的正極，用于給電容器充電時接電源的正極；或給負載放電時接負載的正極；

負電極板：為電容器的負極，用于給電容器充電時接電源的負極；或給負載放電時接負載的負極。所述正電極板和負電極板之間為離子儲存空間；

非電解質溶液：分為兩種情況，

情況一：充斥在正電極板內表面，在正電極板聚集正電荷后，在正電極板的內表面形成1層由非電解質分子構成的致密排列的電偶極子，同時形成了2個雙電層，即正電極板與電偶極子的負電荷端之間形成A電層,電偶極子的負電荷端與正電荷端之間形成B電層；

情況二：充斥在負電極板內表面，在負電極板聚集負電荷后，在負電極板的內表面形成1層由非電解質分子構成的致密排列的電偶極子，同時形成了2個雙電層，即負電極板與電偶極子的正電荷端之間形成E電層,電偶極子的負電荷端與正電荷端之間形成F電層；

電解質溶液：分為兩種情況，

情況一：電解質溶液充斥在離子儲存空間內，且充斥的順序是在B電層形成之后。由于電解質負離子與正電極板之間被B電層阻隔，而B電層由非電解質分子構成，因此，電解質負離子不會與B電層的正電荷端進行電荷交換，也不會穿過B電層去與正電極板內表面接觸，B電層相當于對電解質負離子具有絕緣作用，即電解質負離子只會聚集在B電層的正電荷端近鄰并與之形成C電層；

另外，電解質正離子與負電極板之間形成D電層；

所述A電層、B電層、C電層和D電層4個雙電層中，只有B電層由非電解質分子形成；同時，因為B電層由非電解質分子形成，能夠承受高于電解質分解電壓的電壓，從而由A電層、B電層、C電層和D電層構成具有4個雙電層結構的單體高壓電容器；

情況二：電解質溶液充斥在離子儲存空間內，且充斥的順序是在F電層形成之后，由于電解質正離子與負電極板之間被F電層阻隔，而F電層由非電解質分子構成，因此，電解質正離子不會與F電層的負電荷端進行電荷交換，也不會穿過F電層去與負電極板內表面接觸，F電層相當于對電解質負離子具有絕緣作用，即電解質正離子只會聚集在F電層的負電荷端近鄰并與之形成G電層；

另外，電解質負離子與正電極板之間形成H電層；

所述E電層、F電層、G電層和H電層4個雙電層中，只有F電層由非電解質分子形成；同時，因為F電層由非電解質分子形成，能夠承受高于電解質分解電壓的電壓，從而由E電層、F電層、G電層和H電層構成具有4個雙電層結構的單體高壓電容器。

在上述的一種具有4個雙電層結構的單體高壓超級電容器，還包括一隔膜：設置在正電極板和負電極板之間，使正電極板與隔膜、以及負電極板與隔膜分別形成一個離子儲存空間；分別是上部離子儲存空間以及下部離子儲存空間；