[实用新型]混合电化学电容器

说明书

技术领域

本实用新型属于电化学储能器件领域，具体涉及一种新型的混合电化学电容器。

背景技术

随着经济的不断发展，能源、资源与环境等成为社会的焦点问题，寻找清洁、可再生及资源节约型的能源是人类社会十分迫切而非常艰巨的任务。

目前，在能源领域主要有三种类型的储能器件：电池、物理电容器以及电化学电容器(也称超级电容器)。电化学电容器是近些年来发展起来的介于传统物理电容器和电池特性之间的一种新型绿色储能器件，具有快速充放电特性，功率密度大(为普通电池的几十倍以上)，循环寿命长(循环次数可达10万次以上)，使用温度范围宽(在-40℃～75℃之间)。基于这些独特性能，电化学电容器有非常好的应用前景。

根据储能机理的不同，电化学电容器可分为双电层电容器和法拉第准电容器两大类。双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通常采用具有高比表面积的多孔炭材料。法拉第准电容电容器是指在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电极活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应，从而产生比双电层电容器更高的比容量，其电极材料主要是金属氧化物和导电聚合物。

为了同时获得较高的能量密度和功率密度，近年来发展起来一种新型非对称型电化学电容器(也称混合电化学电容器)，即电容器的一极是双电层电极，另一极为法拉第准电容电极。非对称型电化学超级电容器综合了两类电化学电容器的优点，可更好地满足实际应用中负载对电源系统的能量密度和功率密度的整体要求。

在各类金属氧化物/碳非对称型电化学电容器中，PbO₂/C体系，由于材料价格低及PbO₂电极制造技术成熟，非常适合制造大容量型储能器件。

以往文献中提到的PbO₂/C非对称型电化学电容器，其正极采用薄型铅酸电池的正极材料，利用PbSO₄/PbO₂电对的氧化还原反应，负极采用涂膜活性炭或活性炭纤维布，H₂SO₄水溶液作电解液。由于碳电极的等效串联电阻与电解质离子移动路径等问题，一般认为碳电极的厚度最好不超过0.3mm，即使是薄型正电极，也很难与之匹配。其结果是活性炭负极的电容量远小于氧化铅正极，在充放电过程中，大多数正极材料未被利用，电容器的能量密度低，无法超过20Wh/kg，还不到电池的三分之一。另外，薄型正电极也不适合制造大尺寸极板。

以往文献中提到的PbO₂/C非对称型电化学电容器，其正极为厚度仅60μm的电沉积PbO₂电极(其集流体为有掺杂5％Sb的SnO₂镀层的Ti箔)，负极采用涂膜活性炭，H₂SO₄水溶液作电解液。这是典型的超级电容器设计模式，采用薄型电极时，功率密度大但能量密度小，这是由于构成电容器的非活性组分(集流体、汇流排、极柱、隔板和外壳等)将占总质量的更大部分，因此，其能量密度仅为电池的十分之一左右。

现有的PbO₂/C非对称型电化学电容器，功率密度高，循环寿命长，但其能量密度显著低于蓄电池，达不到电动车与混合动力汽车动力电池的要求、达不到太阳能与风能发电站储能电池的要求，大大地限制了该电容器的应用范围。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种不仅功率密度高，循环寿命长，而且能量密度也显著提高的混合电化学电容器，以便满足电动车与混合动力汽车动力电池的要求以及太阳能与风能发电站储能器件的要求。

本实用新型的技术方案是：一种混合电化学电容器，包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔板及电解液；其特征在于所述负极由两层以上的薄型碳粉末电极和介于相邻两层薄型碳粉末电极之间的负极隔板一同组合而成。

本实用新型中所述薄型碳粉末电极之间以平叠的方式与负极隔板进行组合。

或者本实用新型中所述薄型碳粉末电极以折叠的方式形成多层结构，并与负极隔板进行组合。

或者本实用新型中所述薄型碳粉末电极以卷叠的方式形成多层结构，并与负极隔板进行组合。

本实用新型中所述薄型碳粉末电极的层数优选2～12。

本实用新型中所述正极为普通铅蓄电池PbO₂正极。