[实用新型]一种高介电材料多孔结构电容

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于储蓄电能的电容，尤其涉及一种高介电材料多孔结构电容。 

背景技术

   目前蓄电技术主要有两种，一种是锂离子电池：利用锂（Li⁺）离子在阳极和阴极之间的化学反应实现充放电过程，另一种是超级电容：利用多孔电极巨大表面积和极小间距形成容量巨大的双层电容结构，通过物理过程实现充放电。 

这两种技术在蓄电应用上各有优缺点：锂离子电池具有储能密度大，漏电流小等优点，但是存在循环使用次数少、寿命短、充电时间长、功率密度小、安全性差等缺点；超级电容具有充电时间短，功率密度大以及循环使用次数多以及寿命长等优点，但是目前超级电容的储能密度只有电池的十分之一左右，难以代替电池实现大规模蓄电应用。 

目前的超级电容大多利用双层电容结构，利用活性碳多孔结构极大的表面积和水性或高分子电解质在这些表面形成的极薄离子层，实现了非常大的电容量。通常这种电容可以达到数千法拉。但是由于电解质的离解电压非常低，因此这些电容的工作电压只有几伏特。由于电容蓄积能量与电压的平方成正比，因此这种原理的超级电容能量密度比较小。 

   最近，美国专利（US7466536）提出一种利用高介电系数材料实现大电容蓄电的专利，通过在两个电极之间放入一层极薄的BaTiO₃高介电系数材料，然后通过很多电容叠层实现足够大的容量。美国专利（US20070121274）提出一种CaCu₃Ti₄O₁₂多层薄膜实现大容量电容。这两种材料具有非常高的介电常数，这两个专利通过镀膜或者纳米包裹等方法制备高介电系数材料膜层。这种电容原理上可以承受很高的耐压，因此能量密度可以大幅度提高。但是，这两种方法要实现大电容量需要非常多的叠层结构，一方面制备起来非常困难，另一方面这种平面结构能够提供的表面积非常有限。 

为了解决这一困难，我们借鉴现有超级电容利用多孔电极巨大表面积的原理，提出一种结合两种方法的最佳方案：高介电材料多孔结构超级电容。一方面能够解决现有超级电容工作电压低的问题，另一方面大大增加了表面积增大了电容量。 

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种高介电材料多孔结构电容。 

高介电材料多孔结构电容包括多孔金属高介电材料复合基板，低熔点金属介质，密封容器，正电极，负电极；多孔金属高介电材料复合基板是在泡沫金属骨架表面上沉积一层或多层高介电材料形成的多孔材料，多孔金属高介电材料复合基板浸润在低熔点金属介质中，并且被封装在密封容器里，多孔金属高介电材料复合基板与正电极相连，导电液体介质与负电极相连，形成蓄积电能的电容器。 

所述的高介电材料为BaTiO₃或CaCu₃Ti₄O₁₂高介电系数材料，或者两种材料交替叠加而成。 

所述的泡沫金属骨架的材料为多孔泡沫态的铜、镍、钛或铝。 

所述的多孔金属高介电材料复合基板的BaTiO₃溶胶凝胶烧结方法的步骤为： 

4.1）将摩尔比为1：1的A、B两种溶液混合，在温度40℃～80℃的水浴锅中进行化学反应，反应时间为10分钟～1个小时，得到溶液浓度为0.3～0.5mol/L的溶胶；A溶液由乙酸钡与乙酸溶液按照摩尔比1:1组成；B溶液由钛酸丁酯与摩尔比1:1乙醇-乙酸溶液组成；加入摩尔比1:1的乙酸降低PH值抑制钛酸丁酯在溶液中水解；

4.2）将泡沫金属骨架放入溶胶中完全浸润，然后在空气中陈化4～8小时，再抽真空10分钟以上；

4.3）在100℃～160℃烘箱中烘干，得到附着有干凝胶的泡沫金属骨架；

4.4）在马弗炉中烧结温度为900℃～1150℃，保温1～4小时，得到BaTiO₃的多孔金属高介电材料复合基板。

所述的多孔金属高介电材料复合基板的CaCu₃Ti₄O₁₂溶胶凝胶烧结方法的步骤为： 

5.1）将摩尔比为1：4的C、D两种溶液混合，充分搅拌1小时得到溶液浓度为0.3～0.5mol/L的溶胶；C溶液由硝酸铜、醋酸钙按3：1混合然后与摩尔比1:1乙醇溶液充分搅拌组成；D溶液由钛酸丁酯加入摩尔比1:1乙醇、冰醋酸溶液组成；加入摩尔比1:1乙酸降低PH值抑制钛酸丁酯在溶液中水解；