[发明专利]水系电解液化学电容器

说明书

技术领域

本发明涉及水系电解液化学电容器技术领域，尤其涉及一中以硝酸镁水溶液为电解液的电化学电容器。

背景技术

电化学电容器是一种能快速存储/释放能量的新型储能装置，由于其存储的电容远远高于传统电解质电容器，因此又将其称作超级电容器。电化学电容器由电极材料、电解液、隔膜与外壳等构成。由炭材料组成的电化学电容器，其储能方式主要是通过电解质溶液-炭电极材料的界面形成电双层来实现的，期间并没有产生氧化还原反应反应，储能-释能过程是可逆的。电化学电容器具有内阻小、充放电电流大、充放电效率高、循环寿命长(数万至十万次)、无污染等独特的优点，因此，应用范围非常广泛，且其市场规模也正在快速扩大。

电化学电容器的性能主要受电极材料和电解液的影响，对于同一种电极材料而言，其性能主要与电解液的物化性能紧密相连。电解液有水系电解液和有机电解液，其中水系电解液的黏度小、电导率大，比电容大，价格低，但工作电压较低，低温性能较差而应用受到一定的限制。如目前所应用的H₂SO₄水溶液、KOH水溶液和KCl水溶液等水系电解液，前两者分别表现出强酸、强碱性，腐蚀性大，对生产设备与电容器的外壳包装有着较高要求，KCl水溶液对集流体腐蚀性大，使用范围窄。对于目前商品化的有机电解液而言，如1mol/L的Et₄NBF₄/PC电解液，虽然有较高的工作电压，表现出电容器具有较高的比能量，但是，电解液存在黏度大、电导率低、价格高、有机溶剂易挥发、电解质盐易析出等不足，而使其应用受到限制。

发明内容

本发明为了克服上述的技术不足，提供一种水系电解液化学电容器，其目的是解决现有双电层电容器工作电压低、能量密度和功率密度小且对环境污染大、成本高等的缺点。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的基本技术方案为：一种水系电解液化学电容器，包括外壳和设置于外壳内部的集流体、以多孔聚丙烯薄膜制得的隔膜、表面涂有涂覆物的负极极片和正极极片、及电解液，所述电解液为水系电解液，该水系电解液是浓度为2.0～7.0mol/L的硝酸镁水溶液。其中，多孔聚丙烯薄膜的电阻率≤0.15Ω·cm^-2，厚度为0.028mm。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述硝酸镁水溶液是用去离子水配置而成。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述集流体为镍网。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述涂覆物包括活性物质、导电剂和粘结剂，所述活性物质、导电剂和粘结剂按照重量百分比为8∶1∶1。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述活性物质为活性炭，该活性炭的比表面积为2050m²/g。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述导电剂为导电石墨粉，该导电石墨粉的粒度为300目。

本发明所述的水系电解液化学电容器中，所述粘结剂为聚四氟乙烯乳液，该聚四氟乙烯乳液的质量百分比浓度为60％。

本发明的有益效果是：

本发明采用的技术方案为以去离子水配置而成的浓度为2.0～7.0mol/L的硝酸镁水溶液为电解液，以重量百分比为8∶1∶1的活性物质、导电剂和粘结剂制得的涂覆物涂覆在正极极片和负极极片的表面，通过该技术，使得双电层电容器具有如下的性能：

1、工作电压范围大，为1.2～1.9V，工作温度范围宽，为-40～80℃；

2、电容器能量密度为6.2～16wh·kg^-1大、功率密度为180～6700w·kg^-1，是通常酸碱水系电解液电容器的2.2～7.0倍；

3、其可逆性能好，库仑效率高，充放电循环10000次后容量仍可保持在92％以上；

4、安全、绿色环保、无腐蚀、工艺简单与成本低，有很好的产业化前景。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的技术方案，以下将以三个具体实施例对本发明的技术做进一步的说明。

实施例一