[發(fā)明專利]一種三維固態(tài)超級電容器結構

在審

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• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111223679A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設計）人: 周陽辛;臧孝賢;張繼國
• 申請（專利權）人: 浙江浙能技術研究院有限公司
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/56;H01G11/10
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發(fā)明涉及一種三維固態(tài)超級電容器結構，包括正電極、負電極和固態(tài)電解質(zhì)；正電極、負電極相互正對；固態(tài)電解質(zhì)設置于正電極和負電極之間，固態(tài)電解質(zhì)與正電極和負電極均貼合。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明公開了一種三維固態(tài)超級電容器結構，通過在正、負電極上設一體的延伸段并對向延伸嵌入固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)，將原來正、負電極和電解質(zhì)之間的二維平面接觸變?yōu)榍逗系娜S立體接觸，在體積不變的情況下增大正、負電極電極和電解質(zhì)的接觸界面面積，提升主要儲能的雙電層區(qū)域的體積占比，從而提高超級電容器的總電容和能量密度；正、負電極之間采用固態(tài)電解質(zhì)，省略隔膜，簡化結構，降低成本。

技術領域

本發(fā)明涉及超級電容器領域，具體為一種導電電極在固態(tài)電解質(zhì)中三維交錯延伸的三維固態(tài)超級電容器結構。

背景技術

超級電容器是由兩塊導電電極和夾在電極中間的電解質(zhì)組成，依據(jù)雙電層工作原理，利用靜電場來儲存電能的一種新型電氣儲能器件。在儲能過程中，超級電容器無需將電能轉化為其他非電氣類能源，不涉及化學反應，因而具有功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、維護成本低等一系列優(yōu)點。

對于傳統(tǒng)電容器，其電勢在絕緣電介質(zhì)中線性變化，能量均勻儲存在絕緣電介質(zhì)中。超級電容器在充電過程中，通過離子移動，在導電電極和電解質(zhì)的接觸界面形成厚度為0.3～0.8nm的雙電層，其電勢的變化主要發(fā)生在雙電層中，能量也主要儲存于所述雙電層。雙電層區(qū)域大小與電極和電解質(zhì)的接觸界面面積正向關聯(lián)，在超級電容器中的體積占比低，因而整體器件的能量密度較低。此外，現(xiàn)有超級電容器一般采用液體電解質(zhì)，為防止電極接觸而引起短路，正、負電極之間需放置隔膜，增加了制造成本。

2016年，美國專利(Patent No.:US 9,300,002B2)公開了一種高能量密度的三維超級電容器/電池結構，其中至少包含一個正極和一個負極，且兩個電極在電解質(zhì)中三維交錯延伸。為了防止電極接觸而引起短路，正、負電極之間需設置隔膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種三維固態(tài)超級電容器結構，正、負電極在固態(tài)電解質(zhì)中的三維交錯延伸，省略隔膜，是本技術領域的一項具有針對性和實用性的技術發(fā)明。

本發(fā)明解決技術問題采用的技術方案：一種三維固態(tài)超級電容器結構，包括正電極、負電極和固態(tài)電解質(zhì)；

所述正電極、負電極相互正對；

所述固態(tài)電解質(zhì)設置于正電極和負電極之間，固態(tài)電解質(zhì)與正電極和負電極均貼合；

正電極上設有若干正電極延伸段，正電極延伸段與正電極連為一體，正電極延伸段嵌入固態(tài)電解質(zhì)并向負電極一側延伸，正電極延伸段不與負電極接觸；

負電極上設有若干負電極延伸段，負電極延伸段與負電極連為一體，負電極延伸段嵌入固態(tài)電解質(zhì)并向正電極一側延伸，負電極延伸段不與正電極接觸。

作為優(yōu)選，正電極延伸段與負電極延伸段在固態(tài)電解質(zhì)中交錯相鄰，并通過固態(tài)電解質(zhì)隔離開來，避免相互接觸引發(fā)短路，不需要隔膜。

作為優(yōu)選，相鄰的正電極延伸段和負電極延伸段上有正對的表面。

作為優(yōu)選，所述正電極延伸段與固態(tài)電解質(zhì)嵌合的接觸面及負電極延伸段與固態(tài)電解質(zhì)嵌合的接觸面為平面、凹凸面或多孔面。

作為優(yōu)選，所述相鄰的正電極延伸段和負電極延伸段上正對的表面以及兩者之間的固態(tài)電解質(zhì)構成一個超級電容器。

作為優(yōu)選，相鄰的多個超級電容器與原有正電極、原有負電極和固態(tài)電解質(zhì)組成的超級電容器為并聯(lián)關系。