[发明专利]储能组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种储能组件，特别是一种具有活性电解液的储能组件。 

背景技术

在二十一世纪，人们对于电能的需求日益殷切，因此对于电化学储能装置的需求也随之增加，其中电池及电容器(electrochemical capacitor)均是主要的储能装置。由于超级电容器(supercapacitor；ultracapacitor)的储存容量高于一般电容器，且具备反复快速充/放电、瞬间高输出功率能力，因此引起各界极大的研究兴趣。目前，超级电容器主要可分为三个类型：(1)电双层电容器(electric double layer capacitor，EDLC)、(2)氧化还原电容器(redox-capacitor；pseudo-capacitor)以及(3)将前述两种电容器结合在一起的混合型电容器(hybrid capacitors)。 

电双层电容器主要是以多孔隙的物质作为活性材料，并通过其高表面积的特性来储存电能。电双层电容器的电容量与孔隙大小以及电解液中离子的体积相关。由于过大的离子并无法进入小尺寸的孔隙，因此主要储电的孔洞为大于中孔隙(2nm至50nm)的孔洞。然而，电双层电容器的电容量仍仅限于电解液与电极表面离子的吸附/脱附，因此电容量往往无法满足目前需求。 

在氧化还原电容器中，则是利用法拉第电荷转移反应而非电双层电容器应用的静电吸引力来将电容量提高数十倍。因此，活性材料对带电离子的亲合性深切地影响氧化还原电容器的电容量。然而，法拉第反应有时会有不可逆反应，使吸附电荷的活性材料无法有效地放电，导致循环寿命下降，且电容量也受限于活性物质能够掺杂/去掺杂的程度。 

因此，如何进一步提高超级电容器的电容量已成为现今技术的重要课题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有活性电解液的储能组件。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种储能组件，其包括活性电解液、第一电极以及第二电极。活性电解液含有质子以及具有氧化还原能力的离子对。第一电极与第二电极共存于活性电解液中，且第一电极与第二电极电性分离。第一电极与第二电极各自包括与活性电解液产生氧化还原反应的活性材料或与活性电解液产生离子吸附/脱附反应的活性材料。活性电解液接收来自第一电极和/或第二电极的电子以进行氧化还原反应来储存电荷。 

上述的储能组件，所述的活性电解液例如含有具氧化还原能力的多价态离子对、支持电解质与溶剂。 

上述的储能组件，所述的多价态离子对中的离子例如为铬离子、硫离子、铁离子、溴离子、锡离子、锑离子、钛离子、铜离子、铈离子、镁离子、钒离子或其组合。 

上述的储能组件，所述的支持电解质例如为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、过氯酸锂、硝酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、四乙基六氟磷酸铵、四乙基四氟硼酸铵、三乙基甲基六氟磷酸铵、三乙基甲基四氟硼酸铵或其组合。 

上述的储能组件，所述的溶剂例如为水、醇、酮、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、环丁砜、乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或其组合。 

上述的储能组件，所述的可与活性电解液产生氧化还原反应的电极包括导电基板与导电高分子或质子嵌入型金属氧化物，其中导电高分子或质子嵌入型金属氧化物配置于导电基板上。 

上述的储能组件，所述的导电高分子例如为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚芳香烃乙烯、其衍生物、其混合物或其共聚物。 

上述的储能组件，所述的质子嵌入型金属氧化物例如为氧化钨、氧化钼、氧化钌、氧化锰或其组合。 

上述的储能组件，所述的可与活性电解液产生离子吸附/脱附反应的电极包括导电基板与表面积大于50m²/g的碳材，其中碳材配置于导电基板上。 

上述的储能组件，所述的碳材例如为活性碳、石墨碳、碳布、碳毡或其组合。 

上述的储能组件，所述的导电基板的材料例如为白金、金、银、钛、其合 金或其组合。 

上述的储能组件，还可包括隔离膜，其配置于第一电极与第二电极之间。 

上述的储能组件，所述的隔离膜例如为具有离子传导能力。 

上述的储能组件，所述的隔离膜例如为具有磺酸根或磷酸根或碳酸根的高分子膜或其复合膜。 

上述的储能组件，所述的隔离膜例如为不具有离子传导能力。 

上述的储能组件，所述的隔离膜的材料例如为多孔性人造纤维膜、天然纤维膜、或其复合或混纺膜。