能量存储器件及其方法技术

本发明专利技术涉及一种混合型电容，尤其涉及PbO2/活性炭混合型电容。本发明专利技术的混合型超电容组装简单，没有杂质并能以高法拉第效率快速充电/放电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种混合型电容器，尤其涉及PbO2/活性碳混合型超电容器。本公开的混合型超电容器组装简单，没有杂质并能以高法拉第(faradaic)效率快速充电/放电。
技术介绍
超级电容器(也称超电容器)被设计成电位器件，这类电位器件的主要优势体现在能量存储中。超级电容器受与传统电容器相同的物理性能的影响，但利用高表面积电极和较薄的电介质以取得较大的电容器，从而允许比那些传统电容器更大的能量密度和比那些电池更大的功率密度。超级电容器能被分成三个一般类别，即电-双层电容器、赝电容器和混合式电容器。每个类别以其唯一的电荷存储机制作为特征，也就是法拉第的、非法拉第 的以及两者的结合。例如氧化还原反应的法拉第过程涉及如同在电池电极中那样电极和电解液之间的电荷传递，而非法拉第机制不使用化学机制，而是通过不涉及化学键“类电”双层的形成或制动的物理过程使电荷分布在表面上。混合型超级电容器将以化学形式存储能量的电池电极与以物理形式存储能量的电双层电极组合使用。PbO2/活性碳超级电容器包括与铅酸单元电池(cell)类似的阳极板以及作为负极板的高表面积活性碳电极。在这种混合型超电容器的阳极板和负极板处的充电-放电反应如下(+)板PbSG,+2H2G^Pb02 + H2SO1+ 2H— + Ze(-)板2C+ 2H+2e~^2(rHad；)dl因此，混合型超电容器的净充电-放电反应可写成下列形式。PbSO I+2H20+2C^Pb02+H2S0.1+2 (C-Had:) dl(+)板是通过在硫酸/高氯酸中电化学镀和循环而实现的，而(-)板是通过将活性碳粘贴到铅片上来制备的。所述混合型超电容器以化学形式和物理形式两者来存储能量。现有技术已知的混合型电容器利用传统PbOd!，这种传统PbO2板需要对适当组成的活性材料上浆(Sizing)、混合、粘贴、烘干、固化和成形。这类电极并不完全经得起电容器渴望的快速充电/放电过程。公开声明本公开涉及一种能量存储器件(I)，包括衬底集成的二氧化铅电极(2)、活性碳电极⑶以及浸没到电解液(5)中并设置在容器(6)中的衬底集成的二氧化铅电极和活性碳电极之间的分隔体(separat0r)(4);能量存储器件(7)，该能量存储器件(7)包括多个串联的权利要求I的能量存储器件(I);一种制备衬底集成的二氧化铅的方法包括下列动作(a)对经预抛光的铅片进行蚀刻；(b)用去离子水洗涤经蚀刻的铅片；(c)将经洗涤的铅片浸入硫酸和高氯酸的混合物中以获得硫酸铅层；以及(d)使硫酸铅氧化成二氧化铅以获得衬底集成的二氧化铅；一种制造能量存储器件(I)的方法，包括下列动作(a)制备衬底集成的二氧化铅电极(2)，(b)制备活性碳电极(3)和(C)将衬底集成的二氧化铅电极(2)、活性碳电极(3)安装在容器￠)中，分隔体(4)在衬底集成的二氧化铅电极和活性碳电极之间浸没到电解液(5)中，以制造能量存储器件；一种使用能量存储器件(I或7)的方法，所述方法包括动作将所述能量存储器件与电气设备配对以为设备产生其工作所需的电能。附图简述图I :衬底集成的PbO2/活性碳超电容器的示意图。图2 :串联的衬底集成的PbO2/活性碳超电容器的示意图。图3 :用来制备衬底集成的PbO2电极的电化学单元电池的示意图。图4 :正电极的XRD特征曲线图。图5 =PbO2/活性碳混合型超电容器的循环伏安图。图6 :恒定电流充电/放电循环。·图7:寿命循环试验。图8 :恒定电流充电/放电特征。图9 :恒电位充电和恒电流放电特征。附图说明图10 Pb02/PVDF-接合的活性碳混合物超电容器的循环寿命试验。图11 :6V/40F的PbO2/活性碳混合型超电容器的恒电流放电特征。公开的描述本公开涉及一种能量存储器件(I)，包括(a)衬底集成的二氧化铅电极(2)，(b)活性碳电极(3)，以及(c)浸没到电解液(5)中并设置在容器(6)中的衬底集成的二氧化铅电极和活性碳电极之间的分隔体(separator) (4)。在本公开的一个实施例中，能量存储器件(I)是混合型电容器。在本公开的另一实施例中，分隔体(4)由从包括以下各项的组中选取的材料制成多孔玻璃和多孔聚合物，优选地是多孔玻璃。在本公开的又一实施例中，电解液是从包括以下各项的组中选取的硫酸、甲磺酸、全氟磺酸，并且优选地是硫酸。在本公开的又一实施例中，硫酸被浓缩在大约4M至大约7M的范围内，优选地是大约6M。在本公开的又一实施例中，能量存储器件(I)具有大约94%至大约96%的法拉第效率，优选地是95%。本公开也涉及一种能量存储器件(7)，其包括多个串联的能量存储器件(I)。本公开也涉及一种制备衬底集成的二氧化铅的方法，其包括下列动作(a)对经预抛光的铅片进行蚀刻；(b)用去离子水洗涤经蚀刻的铅片；(C)将经洗涤的铅片浸入硫酸和高氯酸的混合物中以获得硫酸铅层；以及(d)使硫酸铅氧化成二氧化铅以获得衬底集成的二氧化铅。在本公开的再一实施例中，蚀刻是使用硝酸执行的。在本公开的又一实施例中，硝酸被浓缩在大约0. 5M至大约I. 5M的范围内，优选地为大约1M。在本公开的又一实施例中，硫酸被浓缩在大约4M至大约7M的范围内，优选地为大约6M。在本公开的又一实施例中，高氯酸被浓缩在大约0. 05M至大约0. 2M的范围内，优选地为大约0. 1M。在本公开的又一实施例中，硫酸铅至二氧化铅的氧化是通过将硫酸铅用作电化学单元电池中的阳极来实现的。本公开也涉及一种制造能量存储器件(I)的方法，其包括下列动作(a)制备衬底集成的二氧化铅电极(2)，(b)制备活性碳电极⑶，以及(c)将衬底集成的二氧化铅电极(2)、活性碳电极(3)安装在容器(6)中，分隔体(4)在衬底集成的二氧化铅电极和活性碳电极之间浸没到电解液(5)中，以制造能量存储器件。在本公开的另一实施例中，容器(6)由从包括以下各项的组中选取的材料制成多孔玻璃和多孔聚合物，优选地是多孔玻璃。本公开也涉及一种使用能量存储器件(I或7)的方法，所述方法包括动作即将所述能量存储器件与电气设备配对以为设备产生其工作所需的电能。本公开涉及实现无杂质的衬底集成的PbO2/活性碳混合型超电容器。本公开的混合型超电容组装简单，没有杂质并能以高达95 %的法拉第效率快速充电/放电。在本公开中，阳电极、衬底集成的PbO2是通过经预抛光和蚀刻的铅金属板的电化 学成形而制成的。具体地，衬底集成的PbO2是通过对当铅片开始接触硫酸时形成的？&504进行氧化而获得的。在电极成形之后，用去离子水充分地洗涤这些电极以洗去所有杂质。所形成的电极的XRD特征曲线图被记录并发现其没有杂质。图4中的XRD特征曲线图清楚地表示出二氧化铅的成形。阴电极是活性碳电极。在PbO2/活性碳混合型超电容的本公开中，PbO2电极是电池型电极，而活性碳是双层电容器电极。图5是PbO2/活性碳混合型超电容器在10mV/S扫描速率下的循环伏安图，其示出阳极扫描期间在2V处PbSO4至PbO2的氧化的波峰以及阴极扫描期间在I. 5V处PbO2至PbSO4的相应还原的波峰。氧化和还原波峰反映出PbO2/活性碳是混合型器件。一般来说，电池电极以C/10速率(10小时持续时间)被充电并以C/5速率(5小时持本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.22 IN 1744/CHE/20101.一种能量存储器件(1)，包括 (a)衬底集成的二氧化铅电极(2)， (b)活性碳电极(3)，以及 (c)分隔体(4)，其被浸没到电解液(5)中并被固定在容器(6)中的衬底集成的二氧化铅电极和碳电极之间。2.如权利要求I所述的能量存储器件，其特征在于，所述能量存储器件(I)是混合型电容器。3.如权利要求I所述的能量存储器件，其特征在于，所述分隔体(4)由从包括以下各项的组中选取的材料制成多孔玻璃和多孔聚合物，优选是多孔玻璃。4.如权利要求I所述的能量存储器件，其特征在于，所述电解液是从包括以下各项的组中选取的硫酸、甲磺酸、全氟磺酸，优选地是硫酸。5.如权利要求4所述的能量存储器件，其特征在于，所述硫酸被浓缩在大约4M至大约7M的范围内，优选地为大约6M。6.如权利要求I所述的能量存储器件，其特征在于，所述能量存储器件(I)的法拉第效率范围为大约94 %至大约96 %，优选地是95 %。7.一种能量存储器件(7)，包括多个串联的如权利要求I所述的能量存储器件(I)。8.一种制备衬底集成的二氧化铅的方法，包括对经预抛光的铅片进行蚀刻的各个动作 (a)用去离子水洗涤经蚀刻的铅片； (b)将经洗涤的铅片浸入硫酸和高氯酸的混合物中以获得硫酸铅层；以及 (C)使硫酸铅氧化成二氧化铅以获得衬底集成...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·K·舒克拉，M·K·拉维库马，S·A·盖弗，
申请(专利权)人：印度科学理工学院，
类型：
国别省市：