[发明专利]双电层装置

说明书

本发明公开了一种双电层装置，所述双电层装置被构造为使得以与从上部集电板直接提取上部端子的方式相同的方式从下部集电板直接提取下部端子，以由此提高生产率和组装的简便性，此外还增大了连接力。

技术领域

本发明涉及双电层（electric double layer）装置，更具体地，涉及被构造成使得以与从上部集电板直接提取出上部端子的方式相同的方式从下部集电板直接提取出下部端子的双电层装置，以此提高生产率和组装的便利性，增大连接力，并且在减少内部等效电阻的同时提高大电流放电期间的放电效率。

背景技术

通常，双电层装置是诸如电池、电容器或电解电容器等用于存储电能的装置。双电层装置利用导电的电极进行充电和放电。双电层装置被用于手机、GPS接收器、MP3播放器和备份存储器。此外，双电层装置也用于风能系统、太阳能系统以及电动汽车和混合动力电动车的电机。

双电层是这样的层：其被配置成使得正电荷连续地布置在物体的薄膜层的一个表面上，并且负电荷连续地布置在所述薄膜层的另一个表面上，或者使得所述薄膜层的两个表面具有相同的表面密度。典型地，双电层是包括电偶极子的双层。通常，电荷在不同材料之间的界面处重新排列，由此形成双电层。

液态水电解液中的阳离子或阴离子在固态电极与液态水电解液之间的界面处被选择性地吸附，固体表面分子被离解，或者阳离子或阴离子被吸附至偶极子界面上，由此形成双电层。该层被称为亥姆霍兹层（Helmholtz layer）。

这种双电层与诸如电极反应、电动学现象（电泳现象）以及胶体的稳定性等的各种电化学表面现象密切相关。

这种双电层装置的一个示例可以是电容器。

在双电层电容器中，静电层形成在活性炭电极与有机电解液之间的界面处，并且双电层状态起到电介质的作用，从而用来以与电池相同的方式累积电力。

具体地，使用累积在形成于固体电极与固态或液态电解液之间的双电层中的电荷。

电容器具有低于电池的能量密度。然而，就功率密度（即，瞬间高输出）而言，电容器优于电池。此外，电容器能够使用数十万次。也就是说，电容器的使用期限是半永久性的。由于这些原因，电容器被用于各种领域。

双电层电容器根据以下原理进行工作。在将固体电极放置在电解离子溶液中的状态下，当将直流电压施加至一对固体电极时，阴离子被静电吸引至极化为正电极的电极，阳离子被静电吸引至极化为负电极的电极。因此，在各电极和电解质之间的界面处形成了双电层。特别地，活性炭具有大量的孔。因此，易于形成双电层。可以使用下面的方程式1对被存储电荷的电容进行计算。

[方程式1]

其中，ε₀表示空气的介电常数，ε表示电解质的介电常数，σ表示电解离子的半径，并且S表示电极的比表面积。

决定双电层电容器的容量的因素如下。如从上述方程式1可以看出，电极的比表面积越大，电解质的介电常数越大，在形成双层期间的离子的半径越小，就能够获得越大的容量。此外，电容还由电极的内阻、电极中的孔的分布与电解离子的关系、内电压等决定。

双电层电容器包括电极、分隔件、电解质、集流器和壳体。

在构造电容器时，电极材料的选择最为重要。然而，电容器的电容会因电容器的各种其它部件而发生变化。

电极材料必须具有高的导电性和大的比表面积。此外，电极材料必须具有电化学稳定性。

这种双电层装置的另一个示例可以是电池。

电池是通过电化学氧化还原反应（氧化还原反应）将存储在被包含于电池内的化学材料（即，活性材料）中的化学能量转换成电能的装置。