[發明專利]一體化兩電極光充電電容器

有效

• 申請號: 202010564431.6
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111739738B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 雷寶;程念;涂友超
• 申請（專利權）人: 信陽師范學院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 鄭州明華專利代理事務所(普通合伙) 41162
• 代理人: 高麗華

本發明屬于電容器技術領域，具體涉及一種一體化兩電極光充電電容器，該化學電源包括光電轉換電極、活性炭對電極、活性炭儲能電極以及電解質溶液；光電轉換電極為吸附光敏劑的納米顆粒、以透明導電玻璃作為集流體；對電極和儲能電極儲能物質為活性炭、均以透明導電玻璃作為集流體；電解質溶液為含有LiI和LiClO₄的碳酸二丙酯/乙腈混合溶液。本發明所構造的化學電源，借助于光電轉換電極實現太陽能的轉換，同時借助于對電極和儲能電極構成的電容器，快速完成能量的儲存與再利用；且電源結構簡單，制備成本低廉，易產業化。

技術領域

本發明屬于電容器技術領域，具體涉及一種一體化兩電極光充電電容器。

背景技術

經濟社會的快速發展是以能源資源的使用作為支撐，太陽能是一種儲量豐富、可持續使用的清潔能源，滿足人們追求能源經濟以及環境的可持續發展的要求。其中，太陽能電池具有快速地光響應特點，能迅速地實現太陽能到電能的轉換，成為眾多科研工作者關注的焦點。以染料敏化太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池為代表的新型太陽能電池表現出優異光電性能，如：光電轉換效率高、光響應好、電池穩定、成本低廉以及制備簡單，為其大規模應用提供可能。然而，傳統太陽能電池的工作原理決定了其不能儲存能量，這一缺點無疑限制了太陽能電池的應用；同時，太陽輻射的不穩定性，也會降低太陽能的利用效率。如何有效地將太陽能電池轉換的電能加以存儲，是提高太陽能利用率的有效途徑。因此，需要匹配相應的儲能裝置，對轉換的能量進行存儲，從而提高太陽能的利用率。鋰離子電池、液流電池、鋰（鈉）硫電池以及電容器是常見的高效儲能裝置。

現有的光充電電池一般是使用大量電解質溶液，如公開號為CN106785243A的光充二次電池，是本發明發明人早期申報的一項光充電電池，該光充電電池需要使用大量電解質溶液，并將儲能物質溶于電解質溶液中；大量電解質溶液的使用會導致電池的結構器件體積較大；而且在這類光充電電池中為了防止無隔膜條件下器件組裝導致正負電極直接接觸而造成短路的問題出現，在正負電極之間引入陽離子交換膜作為隔膜形成三電極，在器件中引入隔膜，會造成整個器件的內阻較大，影響電池的性能。

發明內容

針對傳統的太陽能電池不能存儲能量，現有的部分光充電電池雖然能夠儲能但需要使用大量電解質溶液，而且將儲能物質溶于電解質溶液中導致器件體積大影響性能的缺陷和問題，本發明提供一種一體化兩電極光充電電容器，該一體化兩電極光充電電容器具有體積小、能在同一結構單元中實現太陽能的轉換、能量存儲以及再利用且能夠快速充放電的特點。

本發明解決其技術問題所采用的方案是：一種一體化兩電極光充電電容器，包括光電轉換電極、活性炭對電極、活性炭儲能電極、電解質溶液和透明導電玻璃；該一體化兩電極光充電電容器的制備工藝包括以下步驟：

（1）制備光電轉換電極：將透明導電玻璃置于濃度為40 mmol L^-1的TiCl₄水溶液中，在烘箱內于70℃保溫處理30 min后，采用刮涂法在處理后的透明導電玻璃上刮涂納米晶顆粒，然后在空氣氣氛中于500-520℃溫度條件下燒制2-2.5 h后取出形成納米晶薄膜，自然降溫至50℃后將帶有納米晶薄膜的透明導電玻璃置于光敏染料溶液中，黑暗條件下，密封浸泡6-11 h，即得帶有光電轉換電極的透明導電玻璃一；

（2）制備活性炭儲能電極和活性炭對電極：在步驟（1）制得的帶有光電轉換電極的透明導電玻璃一上刮涂活性炭漿料形成一個具有活性炭電極作為儲能電極板的透明導電玻璃一，所述活性炭儲能電極與光電轉換電極均與透明導電玻璃一直接接觸且活性炭儲能電極位于光電轉換電極的上方；在另一塊透明導電玻璃上刮涂活性炭漿料形成一個具有活性炭電極作為對電極的透明導電玻璃二；

（3）組裝光充電電容器：將步驟（2）制得的透明導電玻璃一和透明導電玻璃二分別作為電極板依次疊放并固定，向對電極、儲能電極之間的空隙注入電解質溶液，然后封裝；所述電解質溶液中含有LiI和LiClO₄作為支持電解質，溶劑為碳酸二丙酯（DPC）和乙腈（AN），其中碳酸二丙酯和乙腈（DPC/AN）的體積比為1∶0-1∶5；