[实用新型]一种高比能量和高比功率非对称超级电容器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种非对称超级电容器，尤其涉及一种高比能量和高比功率非对称超级电容器。

背景技术

超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型储能元件，具有大容量、高功率密度及长循环寿命等特点，在电动汽车、消费电子、能源电力、交通运输及航空航天等领域都有着广泛的应用。

传统的超级电容器正负极使用相同的材料为电极活性物质，工作电位窗口窄，从而比能量小。此外，目前超级电容器使用的电极材料主要包括高比表面积碳材料，金属氧化物和导电聚合物。对于双电层碳材料，为追求高比能量，通常使用的是小孔径微孔炭，该类活性炭由于平均孔径小，大电流充放电时比能量衰减明显，功率特性差。而金属氧化物和导电聚合物的储能机理主要依靠电极活性物质的电化学氧化还原反应，反应速率主要受电极活性材料内部电荷转移速度的制约。

发明内容

本实用新型是为了克服超级电容器难以兼顾比能量和比功率而提出的一种一种非对称超级电容器，采用非对称结构提高比能量，而且正负极同时采用高比功率的电极材料来提高比功率，在追求高比能量的同时，保持了超级电容器高比功率的特性。

本实用新型的解决方案是：一种高比能量和高比功率非对称超级电容器，由浸有电解液的正极、负极、隔膜、正极壳，负极盖及密封圈组成，正极和负极用隔膜隔开，电容器由正极壳、负极盖和密封圈进行包封，并以正极壳和负极盖分别作为正负极电极引出端。本实用新型的特殊之处在于正极活性层使用α-MnO2为电活性材料，负极活性层使用中孔活性炭为电活性材料。

本实用新型的优点效果在于：利用正负极活性物质工作电位窗口的不同，组成非对称结构，提高了电容器的工作电压，从而提高了比能量；采用具有高比功率特性的α-MnO2和中孔活性炭分别作为正极和负极活性物质，使得电容器同时具有高比功率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

附图中：1-正极壳;2-正极集流体;3-正极活性层;4-隔膜;5-负极活性层;6-负极集流体;7-负极盖;8-密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。本实用新型如图1所示，一种高比能量和高比功率非对称超级电容器,包括正极壳（1）、正极集流体（2）、正极活性层（3）、隔膜（4）、负极活性层（5）、负极集流体（6）、负极盖（7）和密封圈（8）。α-MnO2作为正极活性层（3）电化学活性材料涂覆在正极集流体（2）上形成电容器正极，中孔活性炭作为负极活性层（5）电化学活性材料涂覆在负极集流体（6）上形成电容器负极。电容器正极和负极之间通过隔膜（4）隔开。正极、负极和隔膜（4）均事先用电解液充分浸泡。

工作原理：所述一种高比能量和高比功率非对称超级电容器充放电过程中，α-MnO2发生电化学赝电容反应，中孔活性炭发生电解质离子在活性炭与电解液界面双电层的吸附和脱附过程。由于α-MnO2具有由[MnO6]八面体单元组成的[2×2]隧道结构，非常有利于电解质离子的迁移，这使得α-MnO2不仅具有高功率特性，而且由于体相材料利用率高，从而兼具高比能量。中孔活性炭由于平均孔径大，有利于电解液的浸润和电解质离子的移动，具有高比功率，同时由于比表面积利用率高，从而兼具高比能量。