[發明專利]高電壓超級電容器

有效

• 申請號: 202110332685.X
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN113161155B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·大衛·沃勒爾;蒂莫西·瓦爾德;馬拉帕·拉金德蘭;喬納森·塔克
• 申請（專利權）人: ZAPGO有限公司
• 主分類號: H01G11/14
• 分類號: H01G11/14;H01G11/18;H01G11/36;H01G11/58;H01G11/62
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強

本發明提供了一種超級電容器組件，其特征在于，包括：由含碳陽極和陰極、中間的多孔膜和離子液體電解質組成的超級電容器；用于加熱所述超級電容器的電加熱器；及恒溫器，用于控制所述加熱器并將所述離子液體的溫度保持在一定溫度，以使所述離子液體的粘度在1至50厘泊的范圍內。特別地，本發明提供了一種超級電容器，其可以在大于3.5v的電壓下(例如，在3.5至6v的范圍內)操作而沒有顯著的長期氧化還原降解。

相關申請

本申請是對申請號為201780015650.5的專利申請的分案申請。原申請的申請名稱為“高電壓超級電容器”，申請日為2017年03月10日。

本發明涉及一種采用離子液體電解質的超級電容器，該離子液體電解質尤其能在大于3.5v的電壓下工作，而在多個使用循環中其性能不會顯著降低。

在我們的共同未決申請PCT/GB2015/053003和GB1518385.8中，我們已經教導了由含石墨烯電極、多孔膜以及一種或多種離子液體(例如在低于100℃的溫度下通常為液體的季有機鹽)組成超級電容器。然而，在許多情況下，由于離子液體的粘度太高，這些超級電容器的性能會受到損害。這可能導致不希望的電阻增加和超級電容器的充電承載能力的減小。

2015年出版的《離子液體—最新技術》(Ionic?Liquids–Current?State?of?theArt)第19章(ISBN?978-953-51-2122-0)對離子液體和石墨烯在超級電容器中的使用進行了總體回顧。

CN104332325教導了一種通過中間生產氧化石墨烯而從石墨粉制造超級電容器用石墨烯的方法。

我們現在已經開發出一種通過將超級電容器中的電解質的粘度和/或溫度保持在最佳范圍內來克服上述問題的方法。因此，根據本發明的第一方面，提供一種超級電容器組件，其特征在于，包括：

超級電容器電池，由含碳陽極和陰極、中間的多孔膜和離子液體電解質組成；

電加熱器，用于加熱所述超級電容器電池；及

恒溫器，用于控制所述加熱器并將所述離子液體的溫度保持在一定溫度，以使所述離子液體的粘度在1至50厘泊的范圍內。

在本發明的一個優選實施方式中，所述含碳電極包括陽極和陰極表面，所述陽極和陰極表面基本上由導電金屬集流體構成，所述導電金屬集流體為薄的柔性片(例如鋁，銀或銅箔)，其涂覆有由碳載荷元件(carbon?charge-carrying?elements)組成的層。在另一個實施方式中，這些陽極和陰極表面中的至少一些是設置在同一集流體片的對側面上。合適地，這些載荷元件中的至少一些是碳顆粒，其平均最長尺寸小于1微米，尺寸優選小于100納米。優選地，這些顆粒表現出具有中孔的中孔隙，中孔是在2至50納米的尺寸范圍。在另一個實施方式中，碳載荷元件可以由材料的納米顆粒補充，該材料可以賦予最終的超級電容器一定程度的贗電容行為，例如金屬的鹽、氫氧化物和氧化物，該金屬可以例如鋰或具有一種以上氧化態的過渡金屬，這些過渡金屬包括鎳，錳，釕，鉍，鎢或鉬。

在一個優選實施方式中，該層由嵌入到導電聚合物粘合劑基質中的碳顆粒組成，該層的特征在于：該顆粒與粘合劑的重量比為0.2：1至20：1。在另一個實施方式中，所述碳顆粒包括石墨烯顆粒；在又一個實施方式中，它們包括碳納米管。在一個優選實施方式中，采用石墨烯和碳納米管以及可選存在的活性炭的混合物。在另一個合適的實施方式中，碳顆粒包括這三個組分的混合物，活性炭、碳納米管和石墨烯的重量比為0.5-2000：0.5-100：1；優選為0.5-1500：0.5-80：1。