[發(fā)明專利]一種絕緣隔膜高壓超級(jí)電容器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210406441.6
• 申請(qǐng)日: 2022-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114639554A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭明奎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭明奎
• 主分類號(hào): H01G11/52
• 分類號(hào): H01G11/52;H01G11/22;H01G11/84
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種絕緣隔膜高壓超級(jí)電容器，包括正電極片，負(fù)電極片，絕緣隔膜，電解質(zhì)溶液，電解紙（電解紙隔開(kāi)電極片和絕緣隔膜并吸收儲(chǔ)存電解質(zhì)溶液），本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：一是不受電解質(zhì)溶液分解電壓的限制，可以大幅度提高工作電壓。二是因?yàn)榻^緣隔膜的介電強(qiáng)度高，降低了漏電流，自放電小。三是造價(jià)便宜，環(huán)保無(wú)污染，于撞擊不爆炸不起火燃燒。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲(chǔ)能電容器領(lǐng)域，具體涉及一種絕緣隔膜高壓超級(jí)電容器。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能裝置，兼具電容器與蓄電池的優(yōu)點(diǎn)，具有功率密度高(可達(dá)1000w/kg，相當(dāng)于蓄電池的5-10倍),循環(huán)壽命長(zhǎng)（可循環(huán)充放電50萬(wàn)-100萬(wàn)次），充放電速度快，工作溫限寬，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在新能源汽車，風(fēng)力和光伏太陽(yáng)能儲(chǔ)電，醫(yī)療衛(wèi)生，電子，軍事等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

但是超級(jí)電容器也有短板，就是單體能量密度比蓄電池低得多，均在30wh/kg以內(nèi)，而鋰電池的能量密度都在200wh/kg到350k/kg之間，超級(jí)電容器過(guò)低的能量密度，制約了超級(jí)電容器在更大范圍的應(yīng)用。

電解質(zhì)溶液的分解電壓制約了超級(jí)電容器的工作電壓，當(dāng)前的材料和技術(shù)條件下，單體超級(jí)電容器的工作電壓不超過(guò)3伏。因?yàn)槟芰棵芏扰c電容值成正比，與工作電壓的平方成正比，即E=1/2CU2，提高工作電壓是提高超級(jí)電容器能量密度的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種絕緣隔膜高壓超級(jí)電容器的制備方法，通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，能顯著提高超級(jí)電容器的工作電壓，從而大幅度提高超級(jí)電容器的能量密度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:

一種絕緣隔膜高壓超級(jí)電容器，包括正電極片，負(fù)電極片，絕緣隔膜，電解質(zhì)溶液，電解紙（電解紙隔開(kāi)電極片和絕緣隔膜并吸收儲(chǔ)存電解質(zhì)溶液），其特征是:

1，所述電極材料為高比表面積的多孔導(dǎo)電材料，包括但不限于活性炭，石墨烯，碳納米管，泡沫金屬等。本發(fā)明不涉及贗電容現(xiàn)象，所述電極材料只注重比表面積和導(dǎo)電性，對(duì)材料的活性不做要求。

，所述的電解質(zhì)溶液一般為環(huán)保的水性電解液，如碳酸鉀，氫氧化鉀，氯化鈉，硫酸鋁等的水溶液，要求有盡可能高的離子濃度。特殊要求可用其他耐高低溫的電解質(zhì)溶液。

，所述的絕緣隔膜為復(fù)合絕緣高介電常數(shù)的電介質(zhì)薄膜，該薄膜用高導(dǎo)電率的金屬納米顆粒（理想導(dǎo)體的介電常數(shù)接近無(wú)限大），或者用晶粒鈦酸鋇納米顆粒（介電常數(shù)20000-80000），混入高密度聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯或者聚酰亞胺等耐電壓的高分子聚合物中，攪拌均勻，制成薄膜（圖2）。上述納米顆粒和高分子聚合物的比例以納米顆粒在高分子聚合物中均勻分散，顆粒之間彼此靠近但又互不接觸為最佳。制成的薄膜放入酸液進(jìn)行蝕刻和表面化學(xué)粗化，以增大表面面積。

本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)

超級(jí)電容器電解質(zhì)溶液的分解電壓制約了超級(jí)電容器的工作電壓。電解是使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。形成電解的條件1，直流電源。2，插在電解質(zhì)溶液中與電源相連的兩個(gè)電極。3，形成閉合回路。其實(shí)這也是超級(jí)電容器的充電電路，充電電壓高于電解質(zhì)溶液的分解電壓時(shí)，就會(huì)造成電解質(zhì)溶液的分解。我們把超級(jí)電容器兩個(gè)電極間的隔膜換成絕緣隔膜，阻斷離子的傳導(dǎo)，就等于斷開(kāi)了閉合回路，就等于阻斷了電解的條件，即使充電電壓高于電解質(zhì)溶液的分解電壓，電解質(zhì)溶液也不會(huì)分解。

另外一種證明方法是，絕緣隔膜把超級(jí)電容器分開(kāi)形成了兩個(gè)封閉的系統(tǒng)，根據(jù)電荷守恒定律，孤立系統(tǒng)中，不論發(fā)生什么變化，其中所有電荷的代數(shù)和永遠(yuǎn)保持不變。電中性原則，溶液中電解質(zhì)正負(fù)離子平衡，整體溶液向外不表現(xiàn)帶電的屬性。所以電解反應(yīng)不能進(jìn)行。