[发明专利]含有电解质的改良超级电容器

说明书

本发明涉及一种超级电容器，包括：‑具有第一端和与第一端相对的第二端的电解质，‑与所述电解质的第一端接触的第一电极(E1)，以及‑与所述电解质的第二端接触的第二电极(E2)。特别地，所述电解质由具有离子导电性和电绝缘性的固体材料(D)制成。

技术领域

本发明涉及电容式电气或电子元件领域，尤其是用于能量或信息存储。

更具体地说，本发明涉及一种超级电容器。

背景技术

介于电沉积(“电解”)制造的电容器和可充电电池之间，超级电容器具有比电池更快充放电速度和比电解电容器存储量更大的优势。

但是，它们的储存能量密度仍然比电池低三到四倍。因此，它们被用作电池的补充。

与传统电容器相比，超级电容器的容量大约高出10,000倍，通常为150farad/g，因此称为“超级电容器”或“超级电容”。

超级电容器的应用主要涉及能量的临时储存，特别是在车载车辆、火车、公共汽车、起重机和电梯上。超级电容器能够从制动和短期存储中恢复能量。

超级电容器还用于静态随机存取存储器或SRAM中的信息存储。

在超级电容器中，纯静电存储的双层电容器和具有电化学存储的伪电容器之间存在区别。还有可以发挥这两种效果的混合电容器。

双层静电超级电容器通常使用碳电极或其衍生物，电荷分离发生在一个非常小的厚度(几埃)在与电极界面的双层、被称为亥姆霍兹层中。除了这个双层，电解质通过离子方式传导电流，从而形成一种虚拟电极。

通常，超级电容器包括电解质，该电解质包含分隔膜且与膜的两侧上的两个电极相连。在两个电极间施加电场的作用下，在其表面上产生极性相反的亥姆霍兹双层。电解质电荷集中在电极上，这大大减小了电极电荷与电解质电荷之间的距离，因此具有高的界面电容。由于电解质是部分导电的，因此电解质的中心部分不参与由电极上的双层形成的容量的串联装配。

这种现象产生纯静电容量。此外，对于某些材料，离子可被电极吸收。随后加入法拉第电流，从而产生额外的伪电容。这种电流不同于电池中存在化学反应的法拉第电流。在超级电容器的情况下，法拉第电流更多与电荷转移到电极的物理现象(吸附、插入)有关。

使用的电极通常是碳电极(多孔碳、碳纳米管或甚至石墨烯)。

图1示出了这种超级电容器结构的说明性示例。这个结构包括：

-电解质，由材料D制成，且具有第一端和与第一端相对的第二端，

-与电解质D第一端接触的第一电极El，以及

-与电解质D第二端接触的第二电极E2。

特别地，材料D是离子导电的。因此，当向材料D施加电压V时(例如使用源S)，离子从电解质材料(例如，图1中所示示例中表示为AN-的离子)向极性相反的电极(图1中所示示例中带正电的电极E1)发生迁移。相反，在另一个电极E2处，材料带正电，最终以简单的“宏-偶极子”的方式。

美国专利6,671,166中特别描述了这种类型设备如何操作的细节。

在该文献中，电解质材料是一种液体，这可能对包含这种液体电解质的超级电容器的制造和包装中产生问题，尤其是对存储器制造应用。另外，虽然由于双层厚度小，所得电容远高于传统电容器的电容，但仍然受到可以在双层中积聚的电荷总量的限制。

本发明改善了这种情况。

发明内容

为此，本发明提出了一种包含至少一个超级电容器的设备，其包括：

-具有第一端和与第一端相对的第二端的电解质，