[發明專利]含有電解質的改良超級電容器

有效

• 申請號: 201780073948.1
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN110476213B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 布麗吉特·萊里東;斯泰凡·霍萊;雷米·費代里西
• 申請（專利權）人: 巴黎科學與文學基金會;國家科學研究中心;索邦大學;巴黎市工業物理化學學校
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H10N70/20;H01G11/56;H01G11/84;H01G11/14;G11C13/02;C04B35/465
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 南霆;李有財

本發明涉及一種超級電容器，包括：?具有第一端和與第一端相對的第二端的電解質，?與所述電解質的第一端接觸的第一電極(E1)，以及?與所述電解質的第二端接觸的第二電極(E2)。特別地，所述電解質由具有離子導電性和電絕緣性的固體材料(D)制成。

技術領域

本發明涉及電容式電氣或電子元件領域，尤其是用于能量或信息存儲。

更具體地說，本發明涉及一種超級電容器。

背景技術

介于電沉積(“電解”)制造的電容器和可充電電池之間，超級電容器具有比電池更快充放電速度和比電解電容器存儲量更大的優勢。

但是，它們的儲存能量密度仍然比電池低三到四倍。因此，它們被用作電池的補充。

與傳統電容器相比，超級電容器的容量大約高出10,000倍，通常為150farad/g，因此稱為“超級電容器”或“超級電容”。

超級電容器的應用主要涉及能量的臨時儲存，特別是在車載車輛、火車、公共汽車、起重機和電梯上。超級電容器能夠從制動和短期存儲中恢復能量。

超級電容器還用于靜態隨機存取存儲器或SRAM中的信息存儲。

在超級電容器中，純靜電存儲的雙層電容器和具有電化學存儲的偽電容器之間存在區別。還有可以發揮這兩種效果的混合電容器。

雙層靜電超級電容器通常使用碳電極或其衍生物，電荷分離發生在一個非常小的厚度(幾埃)在與電極界面的雙層、被稱為亥姆霍茲層中。除了這個雙層，電解質通過離子方式傳導電流，從而形成一種虛擬電極。

通常，超級電容器包括電解質，該電解質包含分隔膜且與膜的兩側上的兩個電極相連。在兩個電極間施加電場的作用下，在其表面上產生極性相反的亥姆霍茲雙層。電解質電荷集中在電極上，這大大減小了電極電荷與電解質電荷之間的距離，因此具有高的界面電容。由于電解質是部分導電的，因此電解質的中心部分不參與由電極上的雙層形成的容量的串聯裝配。

這種現象產生純靜電容量。此外，對于某些材料，離子可被電極吸收。隨后加入法拉第電流，從而產生額外的偽電容。這種電流不同于電池中存在化學反應的法拉第電流。在超級電容器的情況下，法拉第電流更多與電荷轉移到電極的物理現象(吸附、插入)有關。

使用的電極通常是碳電極(多孔碳、碳納米管或甚至石墨烯)。

圖1示出了這種超級電容器結構的說明性示例。這個結構包括：

-電解質，由材料D制成，且具有第一端和與第一端相對的第二端，

-與電解質D第一端接觸的第一電極El，以及

-與電解質D第二端接觸的第二電極E2。

特別地，材料D是離子導電的。因此，當向材料D施加電壓V時(例如使用源S)，離子從電解質材料(例如，圖1中所示示例中表示為AN-的離子)向極性相反的電極(圖1中所示示例中帶正電的電極E1)發生遷移。相反，在另一個電極E2處，材料帶正電，最終以簡單的“宏-偶極子”的方式。

美國專利6,671,166中特別描述了這種類型設備如何操作的細節。

在該文獻中，電解質材料是一種液體，這可能對包含這種液體電解質的超級電容器的制造和包裝中產生問題，尤其是對存儲器制造應用。另外，雖然由于雙層厚度小，所得電容遠高于傳統電容器的電容，但仍然受到可以在雙層中積聚的電荷總量的限制。

本發明改善了這種情況。

發明內容

為此，本發明提出了一種包含至少一個超級電容器的設備，其包括：

-具有第一端和與第一端相對的第二端的電解質，