專利名稱：一種雙電荷層電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電容器，特別是應(yīng)用于太陽能領(lǐng)域內(nèi)的一種雙電荷層電容
O
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的發(fā)展，石油、天然氣等化石能源只能再維持四十年的開采，人類必須盡 快找到可再生的替代能源，如太陽能、風(fēng)能等綠色新能源，才能得以持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)在很多城 市已開始采用電力機(jī)車、輕軌機(jī)車、電瓶車作為公共交通公具，這類交通工具不燒汽油、沒 有污染，但其采用的蓄電池由于是化學(xué)電池，放電效率和循環(huán)壽命都較低，且廢電池處置不 妥會帶來鉛污染?！皟δ茈娙荨笔潜臼兰o(jì)使用的一種新型綠色能源，具有充放電速度快、對環(huán) 境無污染、循環(huán)壽命長等特點，蓄電池是通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，充電速度慢需數(shù)個 小時，而儲能電容可以在數(shù)分鐘之內(nèi)充足電，且功率是蓄電池的10倍以上，儲能電容最終 將取代蓄電池，為新型綠色能源發(fā)展帶來革命性的進(jìn)步。在近代科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域中，利用電容器進(jìn)行存儲電能的應(yīng)用也越來越廣 泛，該電容器稱做法拉電容又叫超級電容器，它是一種電化學(xué)元件，通過極化電解質(zhì)來儲存 電能，其在儲能的過程中并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲能過程是可逆的，也正因此超級電容器 可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。雙電荷層電容器是由正負(fù)電極和電解液構(gòu)成的電化學(xué)器件，它 利用電極與作為電介質(zhì)的電解液之間的界面處形成的非常薄的介電層或雙電荷層，且能夠 通過吸收或釋放正電極處的負(fù)離子和負(fù)電極處的正離子來儲存和釋放電能。在這種雙電荷 層的電容器中，通常在正電極與負(fù)電極之間提供隔板用于正電極與負(fù)電極的介電分隔并容 納電解液。但是現(xiàn)有的電容器多存在儲能容量小，不同充電范圍的儲電能量小，且體積大， 重量重等缺點。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的技術(shù)問題是提供一種儲能容量大、體積較小，可適用于不同充 電范圍的新型雙電荷層電容器。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是一種雙電荷層電容器，包括位于容器內(nèi)的正電極、負(fù)電極、隔離膜和電解質(zhì)，所述 電解質(zhì)位于正負(fù)電極之間，電極與電解質(zhì)之間設(shè)置有隔離膜，所述電容器還包括位于容器 內(nèi)的極化電極，極化電極位于正負(fù)電極的外側(cè)，正負(fù)電極與極化電極之間設(shè)置有隔離膜。本實用新型所述正負(fù)電極的改進(jìn)在于所述極化電極、隔離膜、正電極、負(fù)電極或 電解質(zhì)之間的間距均為5 μ m 15 μ m。本實用新型的改進(jìn)還在于所述極化電極、隔離膜、正電極、負(fù)電極或電解質(zhì)之間 的間距為6 μ m。本實用新型的各個部件還可以采用不同的特殊材料在無氧無菌真空條件下裝配 而成，使其具有較高的介電常數(shù)。其中正負(fù)電極采用包括石墨和含有釷、鉭、鎳、銅成分的金屬纖維的混合物；電解質(zhì)采用聚苯胺型鋁固體；隔離膜采用高分子電解隔離膜；極化電 極采用改性碳素結(jié)構(gòu)材料。本實用新型的工作原理如下所述本實用新型包括位于容器內(nèi)的多個電解單元，每個電解單元包括一對極化電極、 一對正負(fù)電極、多個隔離膜和大量電解質(zhì)，每個電解單元的結(jié)構(gòu)具體為正極化電極、隔離 膜、正電極、隔離膜、電解質(zhì)、隔離膜、負(fù)電極、隔離膜、負(fù)極化電極。本實用新型在兩個無反 應(yīng)活性的極化電極板上施加電壓，正極化電極吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極化電極吸引正 離子，在極化電極處形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子聚集在負(fù)極化電極附近，負(fù)離 子聚集在正極化電極附近。在正負(fù)電極上施加一個小于電解質(zhì)體分解電壓的電壓，這時電 解質(zhì)中的正離子、負(fù)離子在電場的作用下會迅速向負(fù)電極和正電極運(yùn)動，并分別在兩電極 的表面形成緊密的電荷層即雙電荷層，它所形成的雙電荷層和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電 場作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生雙電荷層的電容效應(yīng)，緊密的雙電荷層近似于平 板電容器。從而在整個電解單元形成層疊式結(jié)構(gòu)的雙電荷層電容器。由于采用了以上技術(shù)方案，本實用新型所取得技術(shù)進(jìn)步在于本實用新型所述的雙電荷層電容器，在普通儲能電容器的基礎(chǔ)上從結(jié)構(gòu)的改進(jìn)到 材料的選擇，再到產(chǎn)品的生產(chǎn)都有一個新的突破，其采用在正負(fù)電極的外側(cè)增加極化電極， 使得在電容器內(nèi)部形成了雙電荷層的層疊式結(jié)構(gòu)，使其儲能容量大幅度提升，能夠更好地 應(yīng)用在額定充電電壓、電流、波型等不同充電質(zhì)量和范圍變化較大的環(huán)境中。本實用新型中各部件均采用新材料，其所形成緊密的電荷層間距比普通電容器電 荷層間距小得多，并且其特殊材料的使用提高了電容器的壽命；另外，由于極化電極、電極、 電解質(zhì)及隔離膜之間的間距很小，因此在保持傳統(tǒng)儲能電容器的基礎(chǔ)上降低了體積，加大 了容量，可以獲得相同體積下比普通電容器得到更大的容量，還簡化了安裝使用。本實用新 型的裝配環(huán)境采用無氧無菌真空條件，所加工的產(chǎn)品為無氧型高密度體，具有更高的介電 常數(shù)，可適合于不同充電質(zhì)量和范圍變化較大條件下的電力儲能，因此，本實用新型可廣泛 應(yīng)用于光伏產(chǎn)品儲能及其它需大容量儲能的領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

圖1為本實用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2為本實用新型外部結(jié)構(gòu)俯視圖。其中1.正極化電極，2.隔離膜，3.正電極，4.負(fù)電極，5.電解質(zhì)，6.負(fù)極化電極， 7.容器。
具體實施方式
下面將結(jié)合具體實施例對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是一種雙電荷層電容器，包括容器7和兩組電解單元，每組電解單元包括依次 設(shè)置的正極化電極1、隔離膜2、正電極3、隔離膜2、電解質(zhì)5、隔離膜2、負(fù)電極4、隔離膜2、 負(fù)極化電極6 ；極化電極、隔離膜、電極、電解質(zhì)之間的間距均為6 μ m。容器的外部焊接有電 源接線柱，與內(nèi)部的各個電極相應(yīng)焊接而成，其俯視圖如圖2所示。本實施例中的正負(fù)電極為由石墨和含有釷、鉭、鎳、銅成分的金屬纖維組成的混合物；電解質(zhì)為聚苯胺型鋁固體；隔離膜采用高分子電解隔離膜；極化電極采用改性碳素結(jié) 構(gòu)材料。本實施例是在無氧無菌真空條件下裝配而成，具有較高的介電常數(shù)。 本實施例在兩個無反應(yīng)活性的極化電極板上施加電壓，正極化電極吸引電解質(zhì)中 的負(fù)離子，負(fù)極化電極吸引正離子，在極化電極處形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子 聚集在負(fù)極化電極附近，負(fù)離子聚集在正極化電極附近。在正負(fù)電極上施加一個小于電解 質(zhì)體分解電壓的電壓，這時電解質(zhì)中的正離子、負(fù)離子在電場的作用下會迅速向負(fù)電極和 正電極運(yùn)動，并分別在兩電極的表面形成緊密的電荷層即雙電荷層，它所形成的雙電荷層 和傳統(tǒng)電容器中的電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生的極化電荷相似，從而產(chǎn)生雙電荷層的電容效 應(yīng)，緊密的雙電荷層近似于平板電容器。從而在整個電解單元中形成層疊式結(jié)構(gòu)的雙電荷 層電容器。本實施例所可以在一至兩分鐘內(nèi)迅速完成充電，且功率較大，為普通蓄電池的數(shù) 十倍，其反復(fù)充放電次數(shù)能夠達(dá)到數(shù)百萬次，可廣泛應(yīng)用于光伏領(lǐng)域內(nèi)。
權(quán)利要求一種雙電荷層電容器，包括位于容器內(nèi)的正電極(3)、負(fù)電極(4)、隔離膜(2)和電解質(zhì)(5)，所述電解質(zhì)位于正電極和負(fù)電極之間，正電極、負(fù)電極與電解質(zhì)之間分別設(shè)置有隔離膜，其特征在于所述電容器還包括位于容器內(nèi)的極化電極，極化電極位于正電極和負(fù)電極的外側(cè)，正電極、負(fù)電極與極化電極之間設(shè)置有隔離膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙電荷層電容器，其特征在于所述極化電極、隔離膜、 正電極、負(fù)電極或電解質(zhì)之間的間距均為5μπι 15μπι。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種雙電荷層電容器，其特征在于所述極化電極、隔離 膜、正電極、負(fù)電極或電解質(zhì)之間的間距均為6 μ m。
專利摘要本實用新型公開了一種雙電荷層電容器，包括位于容器內(nèi)的極化電極、正負(fù)電極、隔離膜和電解質(zhì)，所述電解質(zhì)位于正負(fù)電極之間，極化電極位于正負(fù)電極的外側(cè)，極化電極、正負(fù)電極以及電解質(zhì)之間均設(shè)置有隔離膜。本實用新型相對于普通儲能電容體積小，儲能容量大，可廣泛應(yīng)用于光伏產(chǎn)品儲能及其它需大容量儲能的領(lǐng)域。
文檔編號H01G9/155GK201655555SQ201020201470
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者王士元, 王川 申請人:保定維特瑞交通設(shè)施工程有限責(zé)任公司