[發(fā)明專利]兼具儲能與沖擊傳感功能的自傳感超級電容器及制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010123233.6
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111223671B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉峰;黃玨;尤政
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: H01G11/12
• 分類號: H01G11/12;H01G11/26;H01G11/46;H01G11/78;H01G11/82;H01G11/84;H01G11/86;G01M7/08
• 代理公司: 北京國林貿(mào)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李富華

本發(fā)明公開了屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域的一種兼具儲能與沖擊傳感功能的自傳感超級電容器及制造方法。該自傳感超級電容器采用多單體串聯(lián)疊層式結(jié)構(gòu)，多單體串聯(lián)疊層式結(jié)構(gòu)中單體電容器由氧化釕電極、鈦集流體、剛性法蘭和電解液構(gòu)成；多單體串聯(lián)疊層在一起；再與帶有凸起電極的單個電容單體串聯(lián)形成半成品疊層電容；兩個半成品疊層電容通過彈性法蘭和彈性灌封膠灌封膠封，并在電容側(cè)面斜對稱各放置剛性基底；即形成自傳感超級電容器。本發(fā)明在超級電容器內(nèi)采用了微短路結(jié)構(gòu)，使得超級電容器在保持基本電容器功能外還具備傳感器功能，實現(xiàn)了傳感器與儲能器件一體化集成，有利于復(fù)雜系統(tǒng)集成化發(fā)展，拓展了超級電容器的應(yīng)用場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種兼具儲能與沖擊傳感功能的自傳感超級電容器及制造方法。

背景技術(shù)

超級電容器具有充放電電流大、循環(huán)壽命長、抗沖擊性能好等優(yōu)勢，常應(yīng)用于電氣系統(tǒng)中作為電源或者備用電源使用。在高過載沖擊探測領(lǐng)域中，通常用超級電容器作為電源部分與傳感器聯(lián)用，由超級電容器為沖擊傳感器進行供電，確保在超高的過載環(huán)境下電源能夠正常對傳感器供電，保證沖擊的可靠探測。

能源與傳感器在系統(tǒng)中分別工作，器件集成化的程度不高，功能單一，在一定程度不利于沖擊測量系統(tǒng)體積的縮減，這也限制了超級電容器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種兼具儲能與沖擊傳感功能的自傳感超級電容器及制造方法；其特征在于，該自傳感超級電容器采用多單體串聯(lián)疊層式結(jié)構(gòu)，多單體串聯(lián)疊層式結(jié)構(gòu)中單體電容器由氧化釕電極1、鈦集流體2、剛性法蘭3或電解液6構(gòu)成；多單體串聯(lián)疊層在一起；再與帶有凸起電極8的單個電容單體串聯(lián)形成半成品疊層電容；每兩個半成品疊層電容的有凸起電極8的一面相對錯位固定，使兩凸起電極8錯開一段距離；該兩個半成品疊層電容的正負電極用彈性法蘭4膠封，然后用彈性灌封膠7灌封成一體，彈性灌封后的電容側(cè)面斜對稱各放置剛性基底5，所述兩個半成品疊層電容之間即是傳感單體電容，即形成自傳感超級電容器。

所述正負電極-集流體都采用鈦基氧化釕涂層；所述電解液采用質(zhì)量分數(shù)38%的硫酸溶液；所述彈性膠采用712灌封膠，所述斜對稱放置的剛性基底采用硬鋁制作。

所述單體電容的正負電極錯位斷開的短路結(jié)構(gòu)，在非沖擊條件下，彈性法蘭4不變形，兩凸起電極8錯開組成的短路結(jié)構(gòu)錯位斷開，不影響超級電容器的正常對外供電；當處于外界高過載沖擊環(huán)境下，彈性法蘭4產(chǎn)生變形，單體電容的正負電極發(fā)生相對移動，原本錯開一段距離的凸起電極觸點閉合形成短路，輸出電壓在瞬間向下發(fā)生短暫跳變，從而感知過載沖擊，即形成所謂的自傳感超級電容器。

所述單體電容的正負電極上錯位固定凸起電極之間相對于對稱軸垂直錯開一段距離，兩個凸起的高度之和稍大于兩個電極之間的距離，保證電極在發(fā)生橫向微小的相對移動時兩個凸起能夠接觸，造成器件瞬間短路，輸出電壓瞬間下降，完成沖擊探測。

所述自傳感超級電容器的制造方法包括步驟：

步驟1，在鈦基底表面上涂覆了一層氧化釕，制成氧化釕電極，組裝時先將常規(guī)鈦基氧化釕電容單體組裝成兩個疊層式電容，再分別與帶有凸起電極的單個電容單體串聯(lián)形成半成品疊層電容，帶凸起的電極位于底層，凸起面朝外；將所述兩個半成品疊層電容組裝起來，并保證兩個凸起電極之間錯位相對，電極之間采用彈性法蘭膠封；法蘭高度稍小于凸起的高度之和，法蘭寬度為2倍于凸起的高度，保證膠圈與電極表面有足夠的接觸面積，以提供穩(wěn)定支撐。

步驟2，當彈性法蘭與電極之間粘連固化后，進行注液與封裝，用針頭從彈性法蘭扎入空腔，抽取空氣同時按壓電容兩端壓縮空腔體積；抽取相應(yīng)的空氣后保持按壓，更換針頭往里注射電解質(zhì)并同步釋放空腔體積，完成電容器注液后填補針孔并在外圍用彈性灌封膠初步灌封。

步驟3，在初步彈性灌封后的電容側(cè)面斜對稱各放置剛度大于灌封膠的基底，其作用在于確保當器件無論受到正向或者反向的橫向沖擊時，兩部分電極不因支撐剛度的不同而發(fā)生相向運動。