一种高能量密度超级电容器制造技术

本发明专利技术提供了一种高能量密度超级电容器，包括硅环基底；设置于所述硅环基底上的复合正电极和复合负电极；在所述复合正电极和复合负电极之间设置有阵列式排布的中间介电层，所述阵列式排布的中间介电层固定于金属框架中；其中，所述金属框架连接有电压检测装置；所述调压装置和电压检测装置均连接有云端控制器；所述云端控制器用于将超级电容器的使用数据上传至云端管控中心，云端管控中心根据所述使用数据，进行电容器控制和电容器使用效率计算。本发明专利技术有益效果在于：本发明专利技术的电容器能解决电容器生产成形了以后，能量密度就无法再进行提升的问题。而是能够根据动态的调节功能，将能量密度调节到最高点位置，也能够实时监测电容器的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度超级电容器
本专利技术涉及电容器
，特别涉及一种高能量密度超级电容器。
技术介绍
目前，电容器中的势能被存储在电场中，而电池则以化学形式存储势能。目前，化学存储技术产生的能量密度高于电容器(每单位重量能够存储更多的能量)，但是电池需要更长的充电时间。先有技术的超级电容器的能量密度远远低于市场上任何现代化学的同等尺寸的电池。目前市面上可获得的最高能量密度的超级电容器是6瓦时/千克的Maxwell。电池诸如锂离子超过100瓦时/千克。在许多应用中(例如电动车辆和其它运输模式，包括飞机或火车、手机、公用事业备用存储器、风车和任何其它类型的电力设施)，明显需要高能量密度的电容器来取代电池，因为电容器可被快速充放电并且持续几千、甚至几百万循环。然而，现有技术的电容器，因为技术限制，其能量密度较小，而且在成型之后能量密度就确定了，无法进行调节，而且，随着大数据技术的发展，现有市场中很多产品引入了大数据的实时自动监控和实时自动数据统计功能，对于电器元器件，因为普遍使用制式(标准制备下)元器件，导致大数据功能不能在电子元器件的单个设备上进行实时，而是通过具体的电路实时，这对于市场来说成本更低，但是对于一些需要严格监控不同电子元器件数据的航天领域和研发领域，能够基于大数据实时监控单个电子元器件的使用范围和控制单个电子元器件的变化，而且是自动变化，更加有科研意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种高能量密度超级电容器，用以解决现有技术中电容器能量密度小，而且无法调节，而且不适用于大数据技术的情况。一种高能量密度超级电容器，包括：以多个有机硅环组成的硅环基底；设置于所述硅环基底上的复合正电极和复合负电极；其中，所述复合正电极和复合负电极上均设置有调压装置；在所述复合正电极和复合负电极之间设置有阵列式排布的中间介电层，所述阵列式排布的中间介电层固定于金属框架中；其中，所述金属框架连接有电压检测装置；所述调压装置和电压检测装置均连接有云端控制器；所述云端控制器用于将电容器的使用数据上传至云端管控中心，云端管控中心根据所述使用数据，进行电容器控制和电容器使用效率计算。作为本专利技术的一种实施例，所述硅环基底包括上层硅环和下层硅环；所述上层硅环和下层硅环均由多个硅环拼接而成；所述上层硅环和下层硅环之间填充有石墨烯粘胶；所述硅环的上层硅环内部和下层硅环内部通过由贯穿所述石墨烯粘胶的金属，并通过PET材料固定。作为本专利技术的一种实施例，所述中间介电层由极性材料、电解液和有机溶剂组成；其中，所述极性材料由双层极性材料组成，其介电常数符合下式：其中，ε表示双层极性材料的介电常数；ε1表示第一层极性材料的介电常数；ε2表示第二种极性材料的介电常数；v1表示第一层极性材料的体积；v2表示第二种极性材料的体积；所述电解液为水系电解液、有机电解液或各种离子液体。作为本专利技术的一种实施例，所述复合正电极和复合负电极的比容量相同，且所述比容量符合下式：其中，C正表示复合正电极材料；C负表示复合负电极材料；CD表示超级电容；F1表示复合正电级；F2表示复合负电级；u1表示初始电压；u2表示截止电压。作为本专利技术的一种实施例，所述超级电容的阻抗值等于内阻值，且其电容频率不高于其内阻值，其中，所述超级电容的电容频率为：其中，j表示材料种类；ω表示超级电容的频率值；R表示超级电容的阻值；RJ表示介电材料的阻值；RD表示电解质的阻值；Ry表示有机溶液的电组织液。作为本专利技术的一种实施例，所述复合正电极和复合负电极均为三层；其中，上层为纯PUA中层为纯P；下层为不同介电常数；所述复合正电极和复合负电极符合下式：其中，I为超级电容器的外加电流；E为超级电容器的实时代替；Δv表示在预设时间内的电流；v实时电流；Se表示复合正电极或复合负电极的面积。作为本专利技术的一种实施例，所述云端控制器还用于调节调压装置的实时电压，包括以下步骤：预设监测时间，通过所述复合正电极和复合负电极的实时电压，分别划分为第一电极和第二电极，并采集第一电压和第二电压；根据所述电压检测装置，实时获取电解液的实时电压，确定第三电压；根据所述第三电压，通过调压装置实时升高或降低所述调压装置的电压，并确定所述第三电压的变化数据；根据所述第三电压的变化数据，确定第三电压在预设监测时间内的最高电压点，以及调压装置在所述第三电压处于最高电压点时的第一目标电压和第二目标电压，并将所述第一目标电压和第二目标电压作为工作电压。作为本专利技术的一种实施例，所述云端控制器对电容器使用效率计算包括如下步骤：步骤1：根据所述云端控制器，通过下式(1)确定电解液输出的实时电压Ub：其中，Rr表示电解液的电阻阻值；ir表示电解液的电流；Lr表示电解液的电感；VD表示电解液的体积；T表示检测的周期；x(t)表示周期函数；步骤2：根据所述电解液的实时电压，通过下式(2)确定电容器的最高电压：其中，q为电解液的离子带电量；μ为电解液的粘度系数；r为电解液中离子移动的有效半径；步骤3：根据所述实时电压和最高电压，通过下式(3)判断是否为能量密度最高时的电压:其中，当所述ST＝1时，表示超级电容器为能量密度最高时的电压，使用效率为百分之百；ST＜1时，表示超级电容器为非能量密度最高时的电压，。作为本专利技术的一种实施例，所述云端控制器还用于判断调压装置的调节方向，其包括如下步骤：步骤S1:根据所述第三电压的变化数据，计算超级电容器的实时功率：其中，K表示常数；q表示电解液中探测电荷的电荷量；d表示复合正电极和复合负电极的距离；SP表示电容器的实时功率；Ib表示电容器的实际电流；Rz表示电容器的阻值；Rf表示寄生电阻；PE表示电容器的阀值功率：当步骤S2:获取基于云端控制器，获取电容器的有功功率和电解液的恒定电流，确定超级电容器的有功功率：其中，E表示能量密度百分值，SP表示有功功率；Ih表示电容器的电解液的恒定电流；Pq表示电容器的实时有功功率；步骤S3:根据所述电容器的实时有功消耗和电容器的理想有功功率，确定调压装置的调压方向：其中，ΔC表示调压信息，当ΔC＜0时，所述调压装置进行降压，当ΔC≥0时，所述调压装置进行增压。作为本专利技术的一种实施例，所述云端控制器将电容器的使用数据上传至云端管控中心，云端管控中心根据所述使用数据，进行电容器控制，包括以下步骤：根据所述使用数据，统计超级电容器的电解液的实时电压；将所述电解液的实时电压通过大数据进行统计并与超级电容器电解液的最大电压进行比对，判断电解液的实时电压是否等于最大电压；当电解液的实时电压小于等于最大电压时，通过调压装置进行电压调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能量密度超级电容器，其特征在于，包括：/n以多个有机硅环组成的硅环基底；/n设置于所述硅环基底上的复合正电极和复合负电极；其中，/n所述复合正电极和复合负电极上均设置有调压装置；/n在所述复合正电极和复合负电极之间设置有阵列式排布的中间介电层，所述阵列式排布的中间介电层固定于金属框架中；其中，/n所述金属框架连接有电压检测装置；/n所述调压装置和电压检测装置均连接有云端控制器；/n所述云端控制器用于将超级电容器的使用数据上传至云端管控中心，云端管控中心根据所述使用数据，进行电容器控制和电容器使用效率计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度超级电容器，其特征在于，包括：
以多个有机硅环组成的硅环基底；
设置于所述硅环基底上的复合正电极和复合负电极；其中，
所述复合正电极和复合负电极上均设置有调压装置；
在所述复合正电极和复合负电极之间设置有阵列式排布的中间介电层，所述阵列式排布的中间介电层固定于金属框架中；其中，
所述金属框架连接有电压检测装置；
所述调压装置和电压检测装置均连接有云端控制器；
所述云端控制器用于将超级电容器的使用数据上传至云端管控中心，云端管控中心根据所述使用数据，进行电容器控制和电容器使用效率计算。


2.如权利要求1所述的一种高能量密度超级电容器，其特征在于，所述硅环基底包括上层硅环和下层硅环；
所述上层硅环和下层硅环均由多个硅环拼接而成；
所述上层硅环和下层硅环之间填充有石墨烯粘胶；
所述硅环的上层硅环内部和下层硅环内部通过由贯穿所述石墨烯粘胶的金属，并通过PET材料固定。


3.如权利要求1所述的一种高能量密度超级电容器，其特征在于，所述中间介电层由极性材料、电解液和有机溶剂组成；其中，
所述极性材料由双层极性材料组成，其介电常数符合下式：



其中，ε表示双层极性材料的介电常数；ε1表示第一层极性材料的介电常数；ε2表示第二种极性材料的介电常数；v1表示第一层极性材料的体积；v2表示第二种极性材料的体积；
所述电解液为水系电解液、有机电解液或各种离子液体。


4.如权利要求1所述的一种高能量密度超级电容器，其特征在于，所述复合正电极和复合负电极的比容量相同，且所述比容量符合下式：



其中，C正表示复合正电极材料；C负表示复合负电极材料；CD表示超级电容；F1表示复合正电级；F2表示复合负电级；u1表示初始电压；u2表示截止电压。


5.如权利要求1所述的一种高能量密度超级电容器，其特征在于，所述超级电容的阻抗值等于内阻值，且其电容频率不高于其内阻值，其中，
所述超级电容的电容频率为：



其中，j表示材料种类；ω表示超级电容的频率值；R表示超级电容的阻值；RJ表示介电材料的阻值；RD表示电解质的阻值；Ry表示有机溶液的阻值。


6.如权利要求1所述的一种高能量密度超级电容器，其特征在于，所述复合正电极和复合负电极均为三层；其中，
上层为纯PUA；
中层为纯P；
下层为不同介电常数；
所述复合正电极和复合负电极符合下式：



其中，I为超级电容器的外加电流；E为超级电容器的实时代替；Δv表示在预设时间内的电流；v实时电流；Se表示复合正电极或复合负电极的面积。


7.如权利要求1所述的一种高能量密度超级电容器，其特征在于，所述云端控制器还用于调节调压装置的实时电压，包括以下步骤：
预设监测时间，通过所述复合正电极和复合负电极的实时电压，分别划分为第一电极和第二电极，并采集第一电压和第二电压；
根据所述电压检测装置，实时获取电解液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马镇鸿，
申请(专利权)人：深圳市高微科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44