本发明专利技术涉及双电层电容器（ＥＤＬＣ）装置。一方面，本发明专利技术涉及包括具有可调孔结构的活化炭冷冻凝胶的电极，其中：通过７７Ｋ下的氮吸附以及ＢＥＴ分析所测定的表面积为至少１５００ｍ↑［２］／ｇ；孔结构对于孔径为０．６ｎｍ至１．０ｎｍ的孔具有约０．０１ｃｃ／ｇ至约０．２５ｃｃ／ｇ的孔体积。另一方面，本发明专利技术涉及包括活化冷冻凝胶的双电层电容器（ＥＤＬＣ）装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双电层电容装置专利技术详述随着混合动力车变得更加普遍，对提高蓄电装置如超级电容器(supercapacitor)和电池的性能的需求持续增长。双电层电容器(EDLC)构成填补高能储量传统电化学电池或燃料电池和高功率介电电容器之间空白的一种途径(参见图3)。然而，目前所用的电极材料通常导致EDLC超级电容器的功率和能量输出两者受损。本文披露的新型活化炭冷冻凝胶(activatedcarbon cryogel)电极材料可使超级电容器达到与介电电容器的功率和燃料电池或电池的能储量竟争的水平。EDLC通过将电解质离子吸附在带电的双电层中而将电荷储存在电极材料的表面上。因此， 一旦加入电解质，则应注意电极的表面积、以及孔的可进入性(accessibility)和系统的传导率。本文给出的活化炭冷冻凝胶基电极的实例显示出利用简单的溶胶-凝胶工艺变量以及利用借助于热解和活化的更标准改性来调节这些参数的能力。这些活化炭冷冻凝胶电极可制备成具有高于2500 m2/g的表面积且具有可调的微孔尺寸分布，由此产生大的电容和功率。本申请涉及双电层电容(EDLC)装置(electric double layer capacitance其中通过在77K下的氮吸附(nitrogen sorption)以及BET分析所测定的表面积为至少1500 m2/g;以及孔结构对于孔径为0.6 nm至l.Onm的孔具有约0.01 cc/g至约0.25 cc/g的孔体积(pore volume)。另 一方面，本申i青涉及包括活化冷冻凝胶的双电层电容器(EDLC)装置。参照在附图中描述和/或示例以及在以下说明中详述的非限制性实施方式和实施例，对本专利技术的实施方式及其各种特征和有利细节进4亍更充分地说明。应注意，即使本文中未明确陈述，本领域技术人员也应i人识到一种实施方式的特征可为其它实施方式采用。本文所用的实施例仅意图促进对能够实施本专利技术的方式的理解并进一步使本领域技术人员得以实施本申请的实施方式。因此，本文中的实施例和实施方式不应解释为限制本申请的范围，所述范围仅由所附权利要求书限定。10附图说明图1是双电池电极(twocelleletrode)的计时电位(CP)曲线，示出了如何测量V最大、I、 V、 t和ESR(粗体)的值，以确定电容、比能量和功率。图2是经构造以测试电极材料的原型电容器单元的示意图。图3是与传统介电电容器、目前生产的EDLC、电化学电池和燃料电池的性能区域相比改变R/C比和活化百分率获得的活化炭冷冻凝胶的能量(Wh/kg)与功率(W/g)(以loglO计)的关系图。图4A是70。/。活化的活化炭冷冻凝胶的初始溶胶的R/C(间苯二酚/催化剂之比)与电容(F/g)和孔体积(cc/g)的关系图。图4B是R/C与电容和表面积(m"g)的关系图。图5是使用10、 25、 50和75的R/C比制得的活化炭冷冻凝胶在77K下的氮吸附等温图。图6是R/C比为50和75(所有其它参数保持相等)的两个样品的孔径分布。图6.5是0.35醒-1.5 nm(利用0)2吸附)和1.5 nm-10 nm(利用N,及附)的孔径分布以及累积孔体积。图7A是与电容相比R/C与四个范围(〈0.6nm、 0.6-1.0nm、 1.0-2.0nm、2.0-4.0nm)内的孔径分布的归一值的关系图。所有值乘以常数，以使R/C二10时的值为1.00。图7B是以孔体积与电容以及电容与电容的关系为基线与图7A中的数据相同的数据图。图7C是溶剂化的TEA离子和未溶剂化的TEA离子的尺寸图。图8A是活化至不同水平的四个样品的活化百分率与电容(F/g)和孔体积(cc/g)的关系图。图8B是基于相同的四个样品的活化百分率与电容和表面积(mVg)的关系图。图9是R/C值相同、活化至四个不同水平的四个样品的氮吸附等温图。图10是以BET表面积作为响应的Ybar边缘均值(Ybar marginal means)图。x轴显示各变量的高低值以及y轴显示平均BET表面积。图IIA是以BET表面积作为响应的样品的RC和RW的交互作用关系图，所述关系图是采用Taguchi L12法的四点式交互作用关系图(fourliinteraction plot)。图11B是以BET表面积作为响应的样品的RW和活化温度的交互作用关系图，所述关系图是采用TaguchiL12法的四点式交互作用关系图。图IIC是以BET表面积作为响应的样品的热解时间和RW的交互作用关系图，所述关系图是采用TaguchiL12法的四点式交互作用关系图。图12是Ybar边缘均值与比功率、比能量和比电容的关系图。图13是具有多孔电极的电容器的阻抗数据的复平面图。图14提供样品1的阻抗数据。该样品存在很小的电偏压效应。图15提供样品2的阻抗数据。该样品的电压效应使复平面线向左移动，从而降低ESR。复平面图中的移动不明显并可归因于电阻的小幅下降。图16是实验测定的能量-功率关系的Ragone图。图17是四个测试电容器的基于质量的俘获能量(左)和存储能量(右)的关系图。在充电过程中电压开始于1.25V并结束于2.5V。当充电时间减少(较高的充电速率)时，存储较少的能量。图18是在不同的充电时间下所存储的能量与可存储的总有效能之比(能量容许效率)。除非本文另外具体指出，所用术语的定义为有机和肽合成以及药物学领域所用的标准定义。如本文所用，术语"电极"是指电解质离子吸附于其上而形成双电层的多孔材料。如本文所用，术语"合成聚合物"是指由合成前体或单体获得的聚合物材料。如本文所用，短语"炭冷冻凝胶"是指由聚合物冷冻凝胶或其它冷冻凝胶解时能够产生碳的有机材料构成。如本文所用，术语"溶胶"是指前体颗粒的胶状悬浮体，术语"凝胶"是指前体颗粒缩合获得的湿的三维多孔网络。如本文所用，术语"粘合剂"是指能够使独立的炭颗粒保持在一起的材料，使得在将粘合剂和炭混合在一起之后所得混合物可形成片材、粒料(pdlet)或者圓片(disk)。非排它性实例包括含氟聚合物，例如PTFE(聚四氟乙烯，Teflon)、 PFA(全氟烷氧基聚合物树脂，也称为Teflon)、 FEP(氟化乙丙烯，也称为Teflon)、 ETFE(聚乙烯四氟乙烯，作为Tefzel和Fluon出售)、PVF(聚氟乙烯，作为Tedlar出售)、ECTFE(聚乙烯氯三氟乙烯，作为Halar出售)、PVDF(聚偏氟乙烯，作为Kynar出售)、PCTFE(聚氯三氟乙烯，作为Kel-F和CTFE出售)和三氟乙醇。如本文所用，术语"惰性"是指在电解质中没有活性的材料，即没有吸附大量离子或没有发生化学变化如分解。如本文所用，术语"多孔隔板"是指能够使相对的电极彼此电绝缘但具有开孔使得电解质可从一个电极到达另 一 电极的材料。如本文所用，术语"导电"是指材料通过传输弱结合价电子来传导电子的能力。如本文所用，术语"集流体"是指与活性电极材料相比能够更容易地传导电子的高导电性材料。集流体可包括导电聚合物，金属如经处理的铝、不锈钢、钛、柏、金、铜、镍或其它这样的金属或者金属的组合，和/或不易被电解质腐蚀的聚合物。如本文所用，术语"电接触"是指足以从一种材料向另一种材料传导有效电流的物理4妄触。术语"孔，，是指表面中的开口或凹陷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包括具有可调孔结构的活化炭冷冻凝胶的电极，其中： 通过７７Ｋ下的氮吸附和ＢＥＴ分析所测定的表面积为至少１５００ｍ↑［２］／ｇ，以及 所述孔结构对于孔径为０．６ｎｍ至１．０ｎｍ的孔具有约０．０１ｃｃ／ｇ至约０．２５ｃｃ／ｇ的孔 体积。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿伦M菲弗，曹国忠，
申请(专利权)人：EnerG二股份有限公司，华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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