[发明专利]胶体铅碳超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种胶体铅碳超级电容器。

背景技术

随着全球经济和社会的快速发展，资源和能源日渐短缺，生态环境日益 恶化，人类将更加依赖于太阳能、风能、生物质能或氢能等可再生能源。其 中，在太阳能和风能等储能系统中应用的铅蓄电池存在寿命短(约300～500 次)、工作温度范围窄等缺陷，严重影响了配套产品的正常使用，所以需要开 发新型储能技术来满足这些应用领域的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种胶体铅碳超级电容器技术，可以大大拓宽工 作温度范围，与采用AGM隔膜的酸性超级电容器比较，深循环使用寿命可 以延长一倍以上，且便于制造、可靠性高。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种胶体铅碳超级电容器，该超级电容器的负极采用活性炭负极(以活 性炭作为活性物质)，正极采用铅正极(以PbO₂作为活性物质)，隔板采用 PVC-SiO₂，电解质采用胶体电解质。

胶体电解质的成分包括气相二氧化硅2～8wt.％、聚丙烯酰胺1～3.5wt.％、 磷酸0.5～2wt.％、硫酸81～92wt.％和去离子水2～11wt.％，各组分之和为 100％。

活性炭负极物料由导电炭黑、活性炭、CMC、粘结剂和水混合而成。活 性炭负极物料中各组分的具体组成可以为：导电炭黑0.1～5wt.％、活性炭 80～90wt.％、CMC0.1～5wt.％、粘结剂(如LA132)0.1～5wt.％，其余为水。

正极物料由铅粉、短纤维、导电炭黑、稀硫酸和水混合而成。正极物料 铅膏中各组分的组成可以为：铅粉80～90wt.％、短纤维0.01～0.5wt.％、导 电炭黑0.1～5wt.％、稀硫酸(1.1～1.4g/cm³)1～5wt.％，余量为水。

本发明中活性炭负极容量略大于正极容量，如活性炭负极容量为正极容 量的101～120％。

胶体铅碳超级电容器的制备方法为：将正极物料配好后涂覆在铅合金板 栅上制成铅正极；将活性炭负极物料配好后涂覆在铅带或铅合金电极基体上， 烘干制得活性炭负极；将正负极片用PVC-SiO₂隔板按照正负相间的方式排 列，放入铅碳超级电容器壳体中，采用真空注液法注入均匀混合后的胶体电 解质，制得胶体铅碳超级电容器。

铅碳超级电容器的充放电制度是：按0.01～0.2C倍率在1.85V～2.35V电 压范围内恒压限流充放电。

将铅粉、短纤维、导电炭黑、木素磺酸钠和硫酸钡按照一定的比例进行 均匀干混，接着加入适量调节水进行湿混，随后加入适量的稀硫酸和去离子 水，搅拌一定时间后即制成铅膏，用双面涂板机涂覆在铅合金板栅上，即可 制成铅正极。

将导电炭黑与活性炭按照一定的比例进行均匀干混，加入以水为溶剂的 CMC和粘结剂充分混合后的混合物；然后，分别将混合后的铅膏和活性炭混 合物涂敷在铅带或铅合金电极基体的不同区域上，在50～80℃的温度下烘 干，即可制成活性炭负极。

将所述正负极片用PVC-SiO₂隔板按照正负相间的方式排列，放入铅碳 超级电容器壳体中，采用真空注液法注入均匀混合后的由气相二氧化硅、聚 丙烯酰胺、磷酸、硫酸和去离子水按照一定比例组成的胶体电解质，这样即 可制成胶体铅碳超级电容器；其中活性炭负极容量略大于正极容量。

本发明在铅碳超级电容器中采用胶体电解质，其与铅碳超级电容器的负 极(特别是以活性炭作为活性物质的炭负极)之间以及与铅碳超级电容器的 其他构件之间协同作用，带来了显著的效果。如胶体电解质与活性炭的相互 作用时，气相二氧化硅与活性炭颗粒之间的致密接触使得纳米级活性炭不会 在充放电过程中发生团聚，相同涂覆量的极片容量可以增加10％以上；纳米 级气相二氧化硅还使电解液在活性炭表面的浓度分布相对均匀，避免电解液 分层现象；活性炭在充放电过程中不会发生体积上的变化，使得与活性炭接 触的胶态二氧化硅能够保持固定的形态和电解液数量，具体实验证实本发明 比采用AGM隔板制作的铅碳超电容的使用寿命延长1倍以上。