[发明专利]一种离子储能方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及到储能技术领域，特别涉及到利用离子储存电能的技术。

背景技术

储能技术发展很快，特别是电能储存的技术发展更是突飞猛进。电能储存技术主 要有电池储能与电容储能。电池储能技术主要有铅酸电池储能、镍氢电池储能、锂离子电池 储能、钠硫电池储能、液流电池储能。电容储能技术主要有固体电容与电解电容。电池储能 的储能密度相对较高，可以达到几百瓦时每公斤，但单体电池的电压较低，通常电压低于5 伏，常常需要多个电池串联才能满足使用要求。多个电池串联使用增加了电池的技术难度 与使用风险，同时也增加了成本。电容储能可以做到高电压，但电容的储能密度较低，其储 能密度比电池储能密度差了不止一个数量级。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子储能方法及装置，其储能密度可以与电池储能密度 相当，甚至超过电池储能密度，其单体电压可以比单体电池的电压高几个数量级。本发明主 要是利用阴阳离子作为荷电粒子在正负极电解液中体相分布来提升介电层两侧正负极的 荷电粒子密度，从而提升离子储能装置的储能密度。本发明主要由正极、负极、介电层及外 壳组成，正极与负极由介电层隔离开，外壳包覆并保护正极、负极与介电层。所述正极主要 由正极集流体、正极涂覆层、正极电解液组成。所述正极集流体可以是铜箔、铝箔、镍箔、不 锈钢箔等金属箔带，也可以是碳纤维薄膜、石墨薄膜等非金属导电薄膜。所述正极涂覆层可 以是活性炭涂覆层、纳米碳纤维涂覆层、石墨烯涂覆层等高比表面积导电材料涂覆层，也可 以是非导电纳米基材镀导电层的高比表面积导电复合材料。所述正极电解液可以是酸性电 解液、碱性电解液、中性电解液等水基电解液，也可以是有机电解液、离子电解液等非水电 解液。所述负极主要由负极集流体、负极涂覆层、负极电解液组成。所述负极集流体可以是 铜箔、铝箔、镍箔、不锈钢箔等金属箔带，也可以是碳纤维薄膜、石墨薄膜等非金属导电薄 膜。负极集流体可以是与正极集流体相同，也可以与正极集流体不同。所述负极涂覆层可以 是活性炭涂覆层、纳米碳纤维涂覆层、石墨烯涂覆层等高比表面积导电材料涂覆层，也可以 是非导电纳米基材镀导电层的高比表面积导电复合材料。负极涂覆层可以是与正极涂覆层 相同的材料，也可以是与正极涂覆层不同的材料。所述负极电解液可以是酸性电解液、碱性 电解液、中性电解液等水基电解液，也可以是有机电解液、离子电解液等非水电解液。负极 电解液与正极电解液完全隔离，负极电解液可以是与正极电解液成分相同，也可以是与正 极电解液成分不同。所述介电层可以是聚酰胺、聚偏氟乙烯等有机介电层，也可以是钛酸 钙、钛酸钡等无机介电层，还可以是混合钛酸钙的聚酰胺薄膜等复合材料介电层。在正负极 与介电层之间还可以有隔膜，隔膜为电子绝缘离子导通的微孔薄膜，如锂离子电池的隔膜 材料、镍氢电池电池的隔膜材料。介电层也可以有涂覆层，涂覆层材料为高比表面积的导电 材料，如石墨烯、纳米碳纤维、活性炭等。所述外壳可以是钢壳、铝壳等金属外壳，也可以是 PP、ABS等非金属外壳，还可以是铝塑膜等复合材料外壳。

本发明离子储能装置的结构可以是层叠结构，按照正极、介电层、负极、介电层、正 极、介电层……负极，一层一层层叠；也可以是卷绕结构，按正极、介电层、负极、介电层的次 序层叠卷绕。或者按照正极、隔膜、介电层、隔膜、负极、介电层、正极、介电层……负极，一层 一层层叠；也可以是卷绕结构，按正极、隔膜、介电层、隔膜、负极、介电层的次序层叠卷绕。