[發明專利]具有雙電荷層的電容器

無效

• 申請號: 97182001.5
• 申請日: 1997-11-11
• 公開（公告）號: CN1249062A
• 公開（公告）日: 2000-03-29
• 發明（設計）人: A·I·貝爾雅可夫;O·G·達斯可;V·A·卡扎羅夫;S·A·卡扎延;S·V·列文寧科;V·I·卡雅寧;P·A·舒馬科;V·I·瓦斯切金;J·M·沃夫科維奇
• 申請（專利權）人: 科學生產企業(?？诵?;秘密股份公司(埃斯瑪)
• 主分類號: H01G9/155
• 分類號: H01G9/155
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王勇,張志醒

本發明涉及電氣工程，并且可用于生產具有高的比功率特性的能夠以高的速率儲存和輸出電功率的雙電荷層(DEL)電容器。

具有液體電解質和由具有高的比表面積的種種材料制成的電極的雙電荷層電容器在現有技術中是公知的(例如US?4313084(1982)和4713734(1987)，以及DE?3210420(1983))。當使用各種活性炭作為電極材料時獲得了最好的結果。這種電容器的比電容超過2F/cu.cm，同時使用質子惰性的電解質可以使電容器的工作電壓增加到2-3V(US?4697224(1987)，Nat.Tech.Report，180，26，#2，pp.220-230)。

在技術實質和可達到的效果方面和本發明最接近的是一種包括兩個電極和液體電解質的DEL電容器(即濃度為3-7摩爾/升的堿金屬氫氧化物水溶液，具有可極化的(負的)由碳纖維材料制成的電極和不可極化的由氧化鎳制成的電極。所述電容器的最大電壓等于1.4V，比電容和比能量分別為46F/cu.cm和45J/cu.cm，(WO97/07518，1997，1，27))。

盡管具有大量的旨在改進DEL電容器的技術方案，但是，如何增加其比特性仍然是個亟待解決的問題。因而，特別是，由上述公知電容器可以實現的比電容和比能量的值以及它們的成本使其在電氣驅動的運輸設備上的應用受到限制。

因此，本發明的主要的和基本的目的是實現DEL電容器的較高的能量密度和較低的成本。

上述目的由此處披露的本發明實現了，其本質在于，可極化的電容電極由碳材料制成，不可極化的電極由包括鉛的氧化物作為活性成分的材料制成。

雖然具有這種電極組合的電容器可以利用各種電解質，但是最好是利用無機酸以及它們的混合物的水溶液。

正是由于上面披露的溶液使得DEL電容器的比能量得以增加而使其成本得以降低。比能量的增加是通過把電容器的操作電壓增加到2.2-2.6V，并且通過使在酸溶液中可獲得的碳材料的電容和堿溶液相比增加1.2-1.4倍實現的。

此外，按照本發明制造的DEL電容器的成本的降低是通過使用比鎳的氧化物電極廉價的鉛的氧化物電極來實現的。

下面結合附圖說明按照本發明的DEL電容器的結構。

這種電容器具有正電極1，負電極2，電流引線3，隔離器4和裝有電解質5的殼體6。

通過下面的例子說明本發明的實質。

在這種電容器中使用的正電極(不可極化電極)是由含有鉛的氧化物(PbO₂)的材料制成的，其幾何尺寸為125×70×0.8mm，而負電極是由活性炭纖維制成的纖維電極，其幾何尺寸為125×70×1.21mm。負電極具有512.3F/g的比電容。負電極2配備有鉛的電流引線3，總重量為12.8g，幾何尺寸為125×70×0.2mm，負電極包括在電氣上互連的并被置于0.1mm厚的聚丙烯隔離器4的袋中的兩部分。負電極的兩部分的兩側被強壓到正電極1的表面上。具有濃度為1.25g/cu.cm的硫酸水溶液用作電解質。

電容器在2.5A的直流電流下被放電。放電電壓從2.2V降低到0.8V。

在上述的放電條件下，電容器的比能量是56.2J/g(270J/cu.cm)。電容器的內電阻等于10.1×10^-3歐姆。在整個放電過程中，不能極化的鉛氧化物電極上的電位從1.71V降低到1.625V，即，實際上保持不變。

此處提出的電容器使得可以實現多個電容器的串并聯連接，并在此基礎上實現制備各種電容器組。

利用擴展的放電電壓范圍可以使得電容器的比能量增加。

上述的例子是說明性的，并不構成對本發明的限制。因而，本領域的技術人員可以作出各種改變和改型。因而，此處提出的電容器的實施例是可以實施的，其中電解質借助于表面張力被約束在電極之間，使得不需要用于填充電解質的專用容器或殼體。

雖然說明了一個其中使用無機酸的水溶液作為電解質的實施例，但是，其它的電解質也可以使用，例如含水的無機鹽，酸和鹽的觸變混合物，以及質子導電的固體電解質(膜)。

所有這些改變和改型都被認為包括在作為下面所附的權利要求的特征的本發明的范圍內。