[發明專利]混合型超級電容器

在審

• 申請號: 201610843673.2
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN106941052A
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: E.比勒;F.戈爾克斯;M.維德邁爾;P.費爾馬;T.瓦格納
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: H01G11/60
• 分類號: H01G11/60;H01G11/62;H01G11/64;H01G11/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 邵長準,楊思捷

技術領域

本發明涉及特征在于其電解質成分的混合型超級電容器。

背景技術

混合型超級電容器（HSC），例如鋰離子電容器，是新一代的超級電容器，其可以提供比鋰離子電池組更高的功率。鋰離子電池組雖然具有大的超過100 Wh/kg的能量密度，但該能量僅能緩慢地釋放。混合型超級電容器具有相比于雖然可以提供超過100 kW/kg的功率釋放但具有低的能量密度的超級電容器（EDLC/SC）更高的能量密度。混合型超級電容器可以例如借助短的高能脈沖充電，正如其在機動車的制動能量回收時發生的。以這種方式回收的電能可以隨后使用，以便對機動車加速。這樣可以節省燃料和降低二氧化碳排放。混合型超級電容器也可以考慮用于作為電動車的能源。因為混合型超級電容器相比于傳統的超級電容器和鋰離子電池組是一種新型的技術，目前商業上僅可以獲得少量的產品。在大多數情況下，在混合型超級電容器適用的應用領域中使用超大體積的鋰離子電池組，其基于其體積而分別能夠提供相關應用所需的功率。

在E. Iwama, P. L. Taberna, P. Azais, L. Brégeon, P. Simon, Journal of Power Scources, 2012, 219, 235中描述了，在混合型超級電容器中最經常使用的電解質包含乙腈或碳酸亞丙酯作為溶劑。這些混合型超級電容器的使用限制在最高70℃的溫度。在R. S. Borges, A. L. M. Reddy, M.-T. F. Rodrigues, H. Gullapalli, K. Balakrishnan, G. G. Silva, P. M. Ajayan, Nature 2013, 3, 2572中報道了，當使用由離子液體與粘土的混合物構成的電解質時，將超級電容器的運行范圍擴大到最高200℃。然而，對于混合型超級電容器的運行無法達到更高的溫度。

此外，混合型超級電容器的運行在使用乙腈和碳酸亞丙酯作為電解質的溶劑時向下限制到-55℃的溫度。在Low Temperature Supercapacitors, NASA Tech Briefs, 2008年7月, 11-12中描述了使用乙酸乙酯和甲酸甲酯作為電解質的共溶劑。甚至當使用該共溶劑時，溫度下限僅僅下降到低至-60℃。

發明內容

本發明的混合型超級電容器具有包含選自如下的溶劑的電解質：甲醇、1-丙醇、1-庚醇、乙酰乙酸乙酯、乙二醇、二乙二醇、丙三醇、苯甲醇、鄰苯二甲酸二正丁酯及其混合物。這些電解質實現了混合型超級電容器在低至-100℃的低溫下和/或在高至240℃的高溫下的應用。

在混合型超級電容器的一個實施方案中，所述溶劑選自甲醇、1-丙醇、1-庚醇、乙酰乙酸乙酯及其混合物。這些溶劑特別好地適用于混合型超級電容器在低溫下的使用。當然，它們無法實現其在非常高的溫度下使用。

在混合型超級電容器的一個替代實施方案中，所述溶劑選自乙二醇、二乙二醇、丙三醇、苯甲醇、鄰苯二甲酸二正丁酯及其混合物。這些溶劑特別好地適用于混合型超級電容器在高溫下的使用。當然，它們無法實現混合型超級電容器在特別低的溫度下使用。

向所述溶劑中優選添加四氟硼酸四乙基銨（(C₂H₅)₄NBF₄）和/或至少一種鋰鹽，其溶解在溶劑中。這些導電鹽提高了與溶劑一起形成的溶液的極性和因此使其實現了電解質的作用。