一种超级电解电容器的制作方法

1.本发明属于储能电容器领域，具体涉及一种超级电解电容器。


背景技术：

2.电解电容器就产量来说，在电容器中占第二位。从直流到交流，从低温到高温，从低压到高压，其上限容量已扩展到4f左右，额定电压已达到700伏，发展越来越广，应用到了生产生活的方方面面。
3.但是在储能方面，电解电容器还只是应用在小容量的范围，虽然它的电容量比其他电容器大得多，但不能和双电层电容比，和锂电池更没有可比性。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种超级电解电容器，能大幅提高电容量，减小漏电流，在储能方面超越蓄电池，跻身高容量储能领域。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种超级电解电容器，由电极片，电极片表面的复合绝缘高介电常数的电介质薄膜，电解质溶液和电解纸（电解纸的作用是吸收储存电解质溶液，隔开电极片）构成。其特征是：1，所述的电极片和复合绝缘高介电常数的电介质薄膜是一体的，其制作方法是，用高导电率的金属纳米颗粒（理想导体的介电常数接近无限大），或者晶粒钛酸钡（介电常数20000-80000），锆钛酸铅，铌镁酸铅系（介电常数10000），ktanbo3压电陶瓷（介电常数30000）等高介电常数材料的纳米颗粒，混入聚氯乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，高密度聚乙烯或者聚酰亚胺等高介电强度的高分子聚合物中，搅拌均匀，制成薄膜。上述颗粒和聚合物的比例，以颗粒在聚合物中均匀分散，彼此靠近但又互不接触为最佳。制成的薄膜经过化学腐蚀，然后表面粗化和其他处理，以增大表面面积（图2）。把经过表面处理的薄膜的一个表面进行电镀镀铝（图3），下一步把完成电镀的两片薄膜镀层相对，中间放一片铝箔，三者复合为一体，铝箔伸出薄膜一部分作为电极极耳（图4）。
5.2，所述的电解质溶液一般为环保的水性电解液，如碳酸钾，硫酸铝，氯化钠等，特殊要求可用其他耐高低温的电解质溶液。
6.3，电解纸的作用是吸收储存电解质溶液，隔开电极片。
7.本发明的原理和优点电解电容器可以等效为两个平板电容器，电解电容器的电容量比不过双电层电容器的原因之一，是电解电容器电介质氧化铝的介电强度低，氧化铝层的厚度随着工作电压的升高而增加，电压升高1伏，氧化铝层的厚度增加1微米。第二个原因是电介质氧化铝的介电常数也比较小，大约9-10左右。假设极板面积一致，电压2伏时，正电极片电荷和电解质溶液中的离子形成的紧密双层的距离是1纳米，此时正电极片不需要电介质氧化铝层。当电压升高到102伏，就需要电介质氧化铝层的厚度达到100纳米，等于100000纳米。按能量密度公式e=1/2cu
²
=1/2*&s/d*u
²
=1/2*10s/100000*100
²
=1/2s，这说明电解电容器在100伏时的能
量密度，和双电层电容器2伏时的能量密度是相等的。
8.超级电解电容器解决了电解电容器电介质介电常数低，介电强度低的缺点。由于电介质极高的介电常数抵消了电介质厚度的影响，极大的提高了电容量。高介电强度提高了超级电解电容器的工作电压，使得超级电解电容器的能量密度随着电压的增加呈指数增长的优势体现出来，同时降低了漏电流，减小了自放电，储存电荷的时间更长。
9.超级电解电容器的优势在于高电压时的能量密度，电压400伏时，能量密度比相同规格的电解电容器提高5000-10000倍以上，可以应用在新能源汽车电源，风力发电和太阳能发电的储能等各种大容量储能领域。
10.图1是超级电解电容器的结构和电荷分布示意图。1是铝箔，2是镀铝层，3是高介电常数的绝缘电介质薄膜。4是电解质溶液。
11.图2是复合绝缘高介电常数的电介质薄膜的结构图。1是高介电常数的电介质纳米颗粒。2是高介电强度的高分子聚合物。3是处理后的表面微孔结构。
12.图3是电介质薄膜电镀金属铝的结构图。1是镀铝层。2是高介电常数的绝缘电介质薄膜。
13.图4是镀铝层电介质薄膜和铝箔复合成的电极片结构图。1是铝箔。2是镀铝层。3是高介电常数的绝缘电介质薄膜。
14.图5是本发明的圆柱形结构示意图。1是电解纸。2是复合了绝缘高介电常数薄膜的电极片。
15.图6是本发明的矩形结构示意图。1是电解纸。2是复合了绝缘高介电常数薄膜的电极片。
具体实施方式
16.本发明结构之一，是由圆柱形壳体，两个复合了绝缘高介电常数的电介质薄膜的电极片，电解质溶液和两张电解纸（电解质的作用是吸收储存电解质溶液并隔开电极片）构成，其特征是：电极片和电解纸依次叠放，卷绕成圆柱形，注入电解质溶液，吸收完毕后，用橡胶或者环氧树脂等绝缘材料密封，保持两极间的绝缘，最后放入壳体，封装成型（图5）。
17.本发明的另一种结构，是由矩形壳体，几对或者几十对几百对电极片，相应数量的电解纸（电解纸的作用是吸收储存电解质溶液并隔开电极片）和电解质溶液构成，其特征是：电极片和电解纸依次叠放，然后用橡胶或者环氧树脂等绝缘材料密封，保持两极间的绝缘，最后放入壳体，封装成型（图6）。
18.显然，以上所述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有实施例，都属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种超级电解电容器，由电极片，电极片表面的复合绝缘高介电常数的电介质薄膜，电解质溶液和电解纸构成，所述的电极片和复合绝缘高介电常数的电介质薄膜是一体的；其制作方法是，用高导电率的金属纳米颗粒或者晶粒钛酸钡，锆钛酸铅，铌镁酸铅系，ktanbo3压电陶瓷等高介电常数材料的纳米颗粒，混入聚丙烯，聚苯乙烯等高介电强度的高分子聚合物中，搅拌均匀，制成薄膜，上述颗粒和聚合物的比例以颗粒在聚合物中均匀分散，彼此靠近但又互不接触为最佳；制成的薄膜进行表面化学腐蚀；然后表面化学粗化和其他处理，以增大表面面积；把经过表面处理的薄膜的一个表面进行电镀镀铝；下一步把完成电镀的两片薄膜镀层相对，中间放一片铝箔，三者复合为一体，铝箔伸出薄膜一部分作为电极极耳。2.根据权利要求1所述，一种圆柱形超级电解电容器，由圆柱形壳体，两个复合了绝缘高介电常数的电介质薄膜的电极片，电解质溶液和电解纸构成；电极片和电解纸依次叠放，卷绕成圆柱形，注入电解质溶液，用橡胶或者环氧树脂等绝缘材料密封，保持两极间的绝缘，最后放入壳体，封装成型。3.根据权利要求1所述，一种矩形超级电解电容器，由矩形壳体，几对或者几十对几百对电极片，相应数量的电解纸和电解质溶液构成；电极片和电解纸依次叠放，注入电解质溶液，用橡胶或者环氧树脂等绝缘材料密封，保持两极间的绝缘，最后放入壳体，封装成型。

技术总结
本发明提供一种超级电解电容器，由电极片，电极片表面的复合绝缘高介电常数的电介质薄膜，电解质溶液和电解纸构成，能大幅提高电容量，减小漏电流。超级电解电容器的优势在于高电压，电压400伏时，能量密度比相同规格的电解电解器提高5000-10000倍以上，可以应用在新能源汽车电源，风力发电和光伏发电的储能及其他各种大容量储能领域。他各种大容量储能领域。他各种大容量储能领域。


技术研发人员：郑明奎
受保护的技术使用者：郑明奎
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/6/17