[发明专利]多层复合吸气剂材料

说明书

本发明涉及多层复合吸气剂材料、其制备方法和使用该多层复合吸气剂材料的储能电化学器件。

用于去除气体杂质的吸气剂材料的使用已经发现用于很多领域中，例如用于半导体器件的工艺室、工艺气体的纯化和用于真空室的泵送元件。然而，其中使用吸气剂材料特别令人欣赏的领域之一是从气密或密封器件的内部容积中除去有害物种的那些领域，其中这些有害物种的存在危及该器件的操作。

在这种情况中，失去该器件的功能的机理基本上是两种类型，第一种是由于该有害物种与该器件的一个或多个组件的化学相互作用，该相互作用改变了所述组件的性质，由此危及其功能。其中这些相互作用的实例可以是通过改变其电阻并因此改变其功能而造成光学器件透明度的某些损失或该组件电特性的恶化。在第一种情况中，有害物种(通常是气体形式)的浓度尽可能低是非常重要的。

第二种恶化机理则与由于增压过大而造成该器件破坏的风险有关；该问题存在于其中有害物种主要为气态形式及其生产与该器件本身的操作有关的器件中。在这种情况中，容器的机械破坏风险及其安全问题与该器件的故障有关。

在储能电化学器件(目前通常称作储能器件)的领域中，该问题特别显著。

在宽范围和多种储能电化学器件中，可以分为两个非常重要的大类：电解电容器，特别指在本领域中称作“铝电容器”和“超电容器”的那些。在该技术领域中，这些种类的器件间的主要区别在于聚集容量的数量级不同。特别地，在小尺寸电解电容器的情况中，其容量是微法拉(μF)数量级别，而在超电容器的情况中，容量也可能高10,000倍。

在这些器件中存在气体杂质的问题已经以多种方式做处理。例如专利申请WO2007/066372和WO2008/148778(两者都是申请人的名字)使用具有分散在适合聚合物中的吸气剂材料，并通过用可渗透该有害物种但不可渗透电解质的保护性聚合物层保护该吸气剂材料以不与电解质接触和相互作用的聚合多层体系。

在专利申请WO2007/080614和WO2008/148781(两者都是申请人的名字)中描述的另一方案教导封闭在可渗透该有害物种但不渗透电解质的聚合容器中的吸气剂材料的使用。

最后，专利申请WO2008/033560(也是申请人的名字)开发了完全不同的方法并描述了使用金属吸气剂多层材料从储能电化学器件中除去氢气，特别涉及使用包括由贵金属制备的外层的材料。在该应用中，预期在适合的聚合物容器内粉末状的材料的使用的可能性，该容器没有其他技术作用而是将该材料保持在该容器内，因为描述了这些材料为可与该储能器件的电解质环境相容。

在H₂去除方面，后一种方案似乎是并且在本领域中被认为优于之前的那些，因为聚合多层材料的使用由于聚合层的特别性质必然限制其中所含的吸气剂材料的量；因此，在该吸气剂材料占据的相等容积上导致较低的容量。其中该吸气剂材料封闭在聚合容器中的方案已经证实本身是易脆的，特别是在该容器的连接区域中。除了这些问题以外，还存在以下事实：在前两种方案中，该聚合物层的存在通常减缓了氢气吸附，而该多层金属吸气剂(如在申请人的专利申请WO2006/089068中如此所描述的那样)具有被认为使其可与其应用相容的特征。

特别地，尽管WO2008/033560中描述的该方案在储能电化学器件内的通常使用条件下在去除氢气方面是非常有效地，但它在其中该预期除去氢气使它们自身成为气体来源的材料的一些特别的使用条件下令人惊奇地显示出未曾预期的缺点，由此造成该器件损坏。

导致该反常行为的主要条件是存在与正常操作相比具有反极性的电流。这种情况可能源自在该器件的连接和安装过程中的人为失误，由于可能在短时间内产生大量气体，或者当该器件的内部温度超过该电容器的标称温度(其通常在本领域中定义为该器件的“额定温度”)时具有显著的相关安全风险，因为在这种情况中，产生了二次交变电流(在本领域中定义为“波纹电流”)，其反向组件对该器件是有害的。在各种出版物中能够发现更多的参考和细节，例如1970年出版的图书Electronic Fundamentals & Applications。这种现象的强度以及因此相关的气体产生与温度成正比：特别地，当该器件的温度超出该特定的额定温度5％时这开始变得明显。