[发明专利]改进的多层复合吸气剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的多层复合吸气剂、其制造方法和使用该多层复合吸气剂的储存能量的电化学装置。

背景技术

用于除去气态杂质的吸气剂材料的使用已在许多领域中发现得到应用，诸如用于半导体装置的处理室、处理工艺气体的纯化和抽空室的泵送构件。然而，使用吸气剂材料尤其受到认同的领域之一是从气密或密封装置的内部容积中除去有害物种，其中这些有害物种的存在危害该装置的操作。

在此情况下，使该装置的功能性受损的机制基本上为两种类型，第一类是因该有害物种与该装置的一或多个组件相互发生化学作用，该相互作用改变该组件的性质，因此危害其功能。这些相互作用的实例尤其可能是光学装置丧失透明性或通过改变它们的电阻使该组件的电特性劣化，因此使其功能劣化。在第一类情况下，非常重要的是通常为气体形式的有害物种的浓度应尽可能低。

第二种劣化机制并非由于过度加压所致的装置破裂的风险相关联；而是该问题在于装置中的有害物种主要为气态形式，且其产生与该装置本身的操作相关联。在此种情况下，容器机械性破裂的风险及因此也存在安全问题是与该装置的故障相关联。

在用于能量储存的目前本领域中已知为能量储存装置的电化学装置领域中尤其感受到此问题。

在宽范围及多样的用于能量储存的电化学装置中，可区分为非常重要的三大类：可充电电池，尤其指锂电池；电解电容器，尤其指该领域中已知为“铝电容器”的那些；以及“超电容器”。在该技术领域中，前面所列举的后两类装置之间的主要差别在于累积的电容量级不同。尤其是，在小型电解电容器的情况中，电容量在微法拉(μF)等级，然而在超电容器的情况下，电容量也可为10,000倍或更高。

已以各种方式处理这些装置中存在气态杂质的问题。例如，公开专利申请案WO2007/066372及WO2008/148778(二者均为以本申请人的名义)使用具有分散在适用聚合物中的吸气剂材料且利用可渗透有害物种但不渗透电解质的保护聚合物层防止与该电解质接触及相互作用的聚合多层系统。

描述于专利申请案WO2007/080614及WO2008/148781(二者均为以本申请人的名义)的另一解决方案教导了包封在可渗透有害物种但不渗透电解质的聚合物容器中的吸气剂材料的使用。

最后，专利申请案WO2008/033560(也是以本申请人的名义)开发了完全不同的途径以及描述了将金属吸气剂多层用于从能量储存所用的电化学装置中除去氢的用途，尤其是指包含贵金属制成的外层的材料的用途。

上述后者的解决方案似乎是并且在本领域中被如此认为是关于去除H₂方面优于先前的那些解决方案，其原因在于使用聚合物多层必然限制可使用的吸气剂材料的量，因此在该吸气剂材料所占用的同等体积下，造成较低电容量。而且，根据其中吸气剂材料包封在聚合物容器中的解决方案已证实其固有的脆性，尤其是在容器的连接区。除了这些问题之外，根据前两个解决方案还存在聚合物层通常显示使氢吸附变慢的事实，然而在诸如以本申请人名义的国际公开WO2006/089068中所述的多层金属吸气剂具有被认为使其与该应用兼容的特征。

尤其是，虽然该解决方案在用于能量储存的电化学装置内使用的正常条件下对于除去氢非常有效，但在一些特定使用条件下已令人惊异地显示意料外的缺点，其中原本想除去氢的材料本身已成为气体来源，因此导致该装置破裂。

导致在电解电容器及尤其在铝电容器中的该相反表现的主要原因是存在对正常操作而言反向极性的电流。该状况可能因为该装置连接及安装期间的人为错误而具有显著与安全性相关的风险，其由于可能在短时间内产生大量气体，或当该装置内部温度超过电容器的正常温度时(其在该领域中通常定义为该装置的“额定温度”)所致，因为在该情况下产生二次交流电流(在该领域中定义为“脉动电流”)，其反分量是对该装置有害的分量。更多参考及细节可见各种出版公开文件，如1970年出版的Electronic Fundamentals&Applications一书。该现象的强度及因此相关联的气体产生与温度成正比；尤其是当该装置温度超过规定的额定温度5%时该现象开始变得明显。

此问题由于以本申请人名义的国际专利申请案PCT/EP2010/056872的教导而已有效解决，该申请案公开了多层吸气剂系统，其中在吸气剂材料的至少一表面上沉积由钯或基于钯的复合材料所制成的保护层，且其中在涂覆钯或其复合物的一个或多个表面的至少80%表面积上提供可渗透氢的保护聚合物层。

发明内容