[发明专利]一种具有冲击传感器功能的超级电容器及应用

说明书

本发明公开了属于超级电容器技术领域的一种具有冲击传感器功能的超级电容器及应用，所述超级电容器采用多叠层式结构，每个叠层按正极‑压电PVDF薄膜‑负极依次叠放构成；多个叠层式结构为每两个叠层再按正极、负极叠放，该两个正极、负极的集流体叠在一起，使多个叠层串联起来；然后灌封在外壳内构成具有冲击传感功能的超级电容器。本发明所述超级电容器将压电PVDF薄膜植入超级电容器电极‑电极的空隙中，使得超级电容器在保持基本电容功能外还集成了对冲击过载的传感功能，实现了多个器件功能集成于单一器件中，有利于复杂系统集成化发展，拓展了超级电容器的应用场合。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，特别涉及一种具有冲击传感器功能的超级电容器及应用。

背景技术

小型化是电子元器件、系统的一个重要发展方向，特别是在航天航空、军事领域等特殊应用场合中对系统尺寸和重量提出了更高的要求。而系统小型化的实现需要依赖器件的小型化与集成化，所以具备多功能复合集成的器件往往更受青睐。

相比于常见的锂电池，超级电容器具有容量密度大，高低温性能好、循环寿命长、抗冲击性能好等优势。超级电容器可以用于高冲击测量系统里，传统方法是将超级电容器作为电源部分与传感器联用，由超级电容器为惯性式开关等传感器进行供电，确保传感器正常感知外界冲击。这种纯作为能源器件的电容器不足之处在于集成化的程度不高，功能单一，在一定程度不利于冲击测量系统体积的缩减，这也限制了超级电容器的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有冲击传感器功能的超级电容器及应用；所述超级电容器采用多叠层式结构，每个叠层由正极、隔膜、负极构成，并灌封在外壳内构成基本结构，其中正负极、电解液构成超级电容器体系；其中，隔膜采用压电PVDF薄膜；其特征在于，每个叠层按正极-压电PVDF薄膜-负极依次叠放构成；所述多叠层式结构为每两个叠层再按正极、负极叠放，该两个正极、负极的集流体叠在一起，使多个叠层串联起来；然后灌封在外壳内构成具有冲击传感功能的超级电容器。

所述按正极-压电PVDF薄膜-负极依次叠放构成的叠层，其压电PVDF薄膜为一片或者多片串联式，该压电PVDF薄膜的上下表面各蒸镀一层金属薄层，用于传导电荷，表面镀层能抵抗电解液对薄膜表面金属的腐蚀并有效降低PVDF与电极之间的阻抗；当电解液为酸性或者碱性电解液时，镀层材料选耐酸、碱腐蚀的惰性金属金或银；压电PVDF薄膜的任一面面向叠层的正极或者负极，以面向叠层的正极为佳。

所述每个叠层的压电PVDF薄膜放置于每一叠层的正极和负极之间的空腔中，至少放置一层压电PVDF薄膜；并且几层压电PVDF薄膜叠放后串联。

所述超级电容器采用712固化胶或者3018固化胶灌封成弹性或者刚性结构；外壳采用具有一定弹性的ABS塑料或PLA塑料制作。

所述具有冲击传感器功能的超级电容器用于检测外界冲击的测试方法，先将所述超级电容器充电至一定状态，而后将电容器与一电阻串联放电。利用外部电压检测设备实时监控电容器的输出电压，当冲击发生的瞬间，电容器输出电压将产生不低于100mV的电压升/电压降，响应时间不低于1ms。

本发明所述电容器内的压电PVDF薄膜在外界冲击/连续振动下产生正负电荷，从而影响超级电容器的储能状态；这种储能状态的改变会直接体现在电容器的输出电压的变化上，因此可以用于检测外界冲击。

本发明的有益效果在于：压电PVDF薄膜植入超级电容器电极-电极的空隙中，使得超级电容器在保持基本电容器功能外还具备传感器功能，实现了传感器与储能器件一体化内集成，可以解决以往冲击传感器需要额外电源供电的问题，能够有效减小体积；此外当压电PVDF薄膜的正极朝向超级电容器正极时，外界振动能量可以通过压电PVDF薄膜转换电能并且向超级电容器充电，实现了超级电容器的自充电以及外界能量的利用。其次本发明所述超级电容器实现了多个器件功能集成于单一器件中，有利于复杂系统集成化发展，拓展了超级电容器的应用场合。

附图说明