[发明专利]一种基于巨电容率陶瓷电容器的充放电模块及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容器，特别是涉及一种基于巨电容率陶瓷电容器的充放电模块及其制备方法。

背景技术

手机、笔记本电脑等移动电器设备成为现代日常工作和生活中不可缺少的工具，功能越来越多，需求电能量越来越大。这些移动电器设备大多采用锂离子化学电池等作为储存电能元件，化学电池本身存在充放电速度缓慢、能量储存量较小、循环寿命有限以及安全隐患等缺点，影响到移动电器设备的长期正常使用。

随着世界能源危机日趋严重，太阳能、风能等新兴能源的广泛应用成为国际上解决能源紧缺的有效办法，由此迅速发展起风力发电和太阳能光伏发电。但是太阳能和风能发电对自然天气具有强烈依赖，在风力和太阳光丰富时，发电功率可能大于负载需求量而造成电力浪费；在风力和太阳光缺乏时，发电量又难以满足负载需要。所以在光伏发电、风力发电等系统中研制快速能量储存系统来实现能源的高效利用意义重大。而传统储存和释放大电能一般采用铅酸蓄电池，其优点是制造工艺成熟和性价比高，但是含有重金属铅和硫酸等有害物质，对作业人员健康和环境保护都构成严重威胁，而且硫酸等液态物质在使用中会逐步挥发而使电池失效，使用温度较高时还可能发生爆炸事故。

而一般的超级电容器体积较大而不易携带，大部分超级电容器含有液体或者乳液，容易干枯而失效报废。（Jayalakshmi M,Balasubramanian K.，Simple Capacitors to Supercapacitors-An Overview[J].International Journal of Electrochemical Science,2008,3(11)1196-1217;Burke A,Ultracapacitors:why,how,and where is the technology[J].Journal of Power Sources,2000,91(1):37-50）。

开发高性能大容量快速储能电容器是新能源探索的重要工作之一，陶瓷电容器的物理储能机理具有许多化学电池所没有的优点：可大电流快速充放电、体积小巧、不含有害金属、不会对环境造成污染、充放电循环次数多等。钛酸铜钙是一种应用前景广阔的新型巨电容率氧化物功能材料。该材料在100～600K温度区间低频电容率达到10⁵，并且具有很好的温度稳定性；钛酸铜钙是中心对称的晶体结构，不是具有电偶极矩的铁电体，不会出现铁电材料在铁电－顺电相变温度附近介电性能显著变化的情况[Subramanian M A,Li D,Duan N,et al.High dielectric constant in ACu₃Ti₄O₁₂and ACu₃Ti₄O₁₂phases.Journal of Solid State Chemistry，200，151(2):323-325]。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的超级电容器存在的上述缺点，提供具有快速充放电速率、大电容量、小体积、高温度稳定性、无污染、长寿命、小型化方便携带等特点，可以在手机、笔记本电脑等移动设备电能不足时对其快速供应电能，有效延长电器设备（包括手机、笔记本电脑等）的工作时间的一种基于巨电容率陶瓷电容器的充放电模块及其制备方法。

所述基于巨电容率陶瓷电容器的充放电模块设有至少2个巨电容率陶瓷电容器单体，所有巨电容率陶瓷电容器单体串联或/和并联，所述巨电容率陶瓷电容器单体从下至上依次设有下银电极层、下耐电击穿层、中间电介质层、上耐电击穿层和上银电极层。

所述下银电极层涂覆在下耐电击穿层下表面，上银电极层涂覆在上耐电击穿层上表面，所述下银电极层的厚度可为5～500nm，所述上银电极层的厚度可为5～500nm。

所述中间电介质层以巨电容率钛酸铜钙陶瓷或钛酸铜钙基陶瓷作为电介质，中间电介质层为薄片状，厚度可为1～5000μm。

所述下耐电击穿层可为纳米氧化铝层、纳米氧化钛层或纳米氧化硅层等中的一种，所述下耐电击穿层的厚度可为5～500nm。

所述上耐电击穿层可为纳米氧化铝层、纳米氧化钛层或纳米氧化硅层等中的一种，所述下耐电击穿层的厚度可为5～500nm。

所述一种基于巨电容率陶瓷电容器的充放电模块的制备方法如下：

1）制备巨电容率陶瓷电容器单体的中间电介质层；