[发明专利]包括石墨烯碳颗粒的超级电容器电极

说明书

公开了包含活性电荷负载颗粒、石墨烯碳颗粒、和粘合剂的超级电容器电极。该活性电荷负载颗粒可包含活性炭。该石墨烯碳颗粒可以是热产生的。该电极可进一步包含导电性碳。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月31日提交的美国临时专利申请序列号62/073,298的权益，其在此通过引用并入。

发明领域

本发明涉及石墨烯碳颗粒在超级电容器电极中的用途。

发明背景

对用于多种产品(诸如便携式电子器件和电动车)中的高功率能源存在大的需求。超级电容器对于这样的用途提供常规的电容器和电池的有前景的替代物。相较于常规的电容器，超级电容器的比能量可高出若干个数量级。此外，超级电容器能够以超越用电池可得的相对高速储存能量并输送电力。

发明内容

本发明的方面提供一种超级电容器电极，其包含：导电箔基材层；和该导电箔基材层的相对侧上的电极涂覆层，其中各电极涂覆层包含：活性电荷负载颗粒；石墨烯碳颗粒；和粘合剂。也提供包含这样的电极的超级电容器。

本发明的另一方面提供一种电极涂层，其包含：50至95重量％活性炭颗粒；1至10重量％热产生的石墨烯碳颗粒；和1至15重量％粘合剂。

附图说明

图1是呈试验纽扣电池的形式的超级电容器的部分侧视示意图，该超级电容器包括包含根据本发明的实施方案的石墨烯碳颗粒的电极。

图2是根据本发明的实施方案的超级电容器电极的部分侧视截面示意图，其包含在其相对侧上有电极涂覆层的导电箔层。

图3是说明包含具有石墨烯碳颗粒作为电极涂覆层的活性组分的超级电容器试验纽扣电池的线性充电和放电特性的图表。

图4是仅包括活性炭颗粒或其与石墨烯碳颗粒的组合的电极的比电容相对于总涂层负载的图表。

图5是包括活性炭颗粒和不同类型石墨烯碳颗粒的电极的外加电压相对于时间的图表。

图6是包括活性炭颗粒和不同类型石墨烯碳颗粒的电极的外加电压相对于时间的图表。

图7是仅包括活性炭颗粒或其与石墨烯碳颗粒的组合的电极的尼奎斯特曲线。

具体实施方式

图1示意性地说明呈试验纽扣电池10的形式的超级电容器，其包括具有经绝缘环分离的两部分的不锈钢壳12、电解质14、间隔物(separator)16、垫片(spacer)18和电极20。根据本发明的实施方案，电极20中的一个或多个可包括石墨烯碳颗粒。如本领域技术人员所知，试验纽扣电池电容器10的其他组件，诸如电解质14、间隔物16和垫片18可由任何适宜的常规材料制成。

如图2中示意性显示，超级电容器电极20包括其相对侧上施加有电极涂覆层24和26的导电箔层22。导电箔层22可由任何适宜的导电性材料(诸如铝等)制成。导电箔层22可具有任何适宜的厚度(例如，5至25微米，或10至20微米)。在特定实施方案中，导电箔层22包含具有约15微米的厚度的铝箔。

图2中所示的电极层24和26各可具有任何适宜的厚度，通常为5至200微米(例如，10至120微米、或20至100微米)。在图2中所示的实施方案中，电极涂覆层24和26各自具有相同厚度。然而，在某些实施方案中，层24和26可具有不同厚度。