[发明专利]电双层电容的水系电解质与利用该水系电解质的电双层电容

说明书

技术领域

本发明有关一种水系(water-based)电解质，且特别是有关于一种用于电双层电容(electric double layer capacitor)的水系电解质。

背景技术

电双层电容又称为超级电容(supercapacitor)，顾名思义，电双层电容每单位重量所能储存的能量远高于传统一般电容；另外，在输出能量时，其额定功率(power rating)亦优于许多可充电电池。除此之外，电双层电容还具备了使用寿命长、循环特性佳、操作温度广等特性。正因为如此，电双层电容在储存与输出能量这两方面的应用性都备受瞩目。

简单来说，电双层电容的结构包括了一对可极化电极与夹设于此电极间的隔片(separator)，且上述电极与隔片浸润于一电解质中。当在上述可极化电极间形成一电位差时，由于电解质中的阳离子会向负极移动而阴离子会向阳极移动，会在电双层电容中形成离子电流。当带正电荷或负电荷的离子分别到达电极表面时，这些电荷会被吸附于电解质与电极间形成的接口中，而施加于电极上的电场可将被吸附的电荷保持在该处，进而达到储存电能的目的。

一般而言，电双层电容中的电解质可采用电解质溶液或熔盐(molten salt)电解质；而电解质溶液又可依据其主要溶剂的种类而区分为水系电解质与有机系电解质(organic electrolyte，或称非水系电解质)。

常见的有机系电解质主要是将三级铵盐或四级铵盐溶于有机溶剂(例如碳酸丙烯酯、乙腈或环丁砜)中。而常见的水系电解质主要是金属将金属盐类(如IA、IIA族金属或铵盐)溶于水性溶剂中所得到的水溶液，例如KOH或H₂SO₄的水溶液。

既有的有机系电解质与水系电解质在其性能与实用性上各有优劣。

举例来说，有机系电解质的优点是可在相对较高的电压(约2-3V)下进行充放电，且工作温度范围较广。然而，有机溶剂在高工作电压下容易分解而使得充放电稳定性不佳；此外有机系电解质的内电阻较高，使得最大放电功率难以提升。有机系电解质的其它缺点包括具有毒性、挥发度难以控制、不易长期保存与制造成本较高等。

另一方面，水系电解质的优点为内电阻较低，因而使得放电效能提高；此外水系电解质通常不具毒性且制造成本较低。但是水系电解质受到溶液崩溃电压的限制，因而其适合的工作电压较低(小于约1V)。

再者，为了提供较佳的传导性，水系电解质电解质通常都是强碱(pH值大于13)或强酸(pH值小于2)的水溶液，此种水溶液具有极强的腐蚀性，会严重腐蚀电双层电容中的其它元件。也正由于此种水性电解质溶液具有较强的腐蚀性，使得电双层电容的工作温度范围较窄、效能稳定性不佳，且易出现封装安定性方面的问题。

有鉴于上述问题，相关领域亟需提出一种不同的电解质材料以提升电双层电容的工作效能与其它操作特性。

发明内容

因此，本发明的一目的是提供一种用于一电双层电容的水系电解质，此水系电解质的工作温度范围优于既有水性电解质，且重复可充电率佳。

根据本发明一方面的水系电解质至少包含一溶液，而此溶液至少包含一第一盐类与一第二盐类。上述第一盐类的阳离子为Li⁺、Na⁺或K⁺，且其阴离子为Cl^-、SO₄^2-、PO₄^3-或NO₃^-。上述第二盐类的阳离子为Li⁺、Na⁺或K⁺，且其阴离子为OH^-。

在本发明任选的实施例中，上述第一盐类与第二盐类所含的阳离子可以是相同或不同的阳离子。

根据本发明一任选实施例，在上述溶液中，第一盐类的体积百分浓度为约10至90％，且第二盐类的体积百分浓度为约10至90％。

根据本发明另一任选实施例，上述第一盐类所含的阳离子为Li⁺。根据本发明又一任选实施例，上述第一盐类所含的阴离子为NO₃^-。此外，根据本发明一任选实施例，上述第二盐类所含的阳离子为Li⁺。

在本发明一任选的实施例中，上述第一盐类为LiNO₃且第二盐类为LiOH。

本发明的另一目的是提供一种用于一电双层电容的水系电解质，此水系电解质的工作温度范围优于既有水性电解质，且重复可充电率佳。