[发明专利]混合型超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及特征在于其电解质成分的混合型超级电容器。

背景技术

混合型超级电容器（HSC），例如锂离子电容器，是新一代的超级电容器，其可以提供比锂离子电池组更高的功率。锂离子电池组虽然具有大的超过100 Wh/kg的能量密度，但该能量仅能缓慢地释放。混合型超级电容器具有相比于虽然可以提供超过100 kW/kg的功率释放但具有低的能量密度的超级电容器（EDLC/SC）更高的能量密度。混合型超级电容器可以例如借助短的高能脉冲充电，正如其在机动车的制动能量回收时发生的。以这种方式回收的电能可以随后使用，以便对机动车加速。这样可以节省燃料和降低二氧化碳排放。混合型超级电容器也可以考虑用于作为电动车的能源。因为混合型超级电容器相比于传统的超级电容器和锂离子电池组是一种新型的技术，目前商业上仅可以获得少量的产品。在大多数情况下，在混合型超级电容器适用的应用领域中使用超大体积的锂离子电池组，其基于其体积而分别能够提供相关应用所需的功率。

在E. Iwama, P. L. Taberna, P. Azais, L. Brégeon, P. Simon, Journal of Power Scources, 2012, 219, 235中描述了，在混合型超级电容器中最经常使用的电解质包含乙腈或碳酸亚丙酯作为溶剂。这些混合型超级电容器的使用限制在最高70℃的温度。在R. S. Borges, A. L. M. Reddy, M.-T. F. Rodrigues, H. Gullapalli, K. Balakrishnan, G. G. Silva, P. M. Ajayan, Nature 2013, 3, 2572中报道了，当使用由离子液体与粘土的混合物构成的电解质时，将超级电容器的运行范围扩大到最高200℃。然而，对于混合型超级电容器的运行无法达到更高的温度。

此外，混合型超级电容器的运行在使用乙腈和碳酸亚丙酯作为电解质的溶剂时向下限制到-55℃的温度。在Low Temperature Supercapacitors, NASA Tech Briefs, 2008年7月, 11-12中描述了使用乙酸乙酯和甲酸甲酯作为电解质的共溶剂。甚至当使用该共溶剂时，温度下限仅仅下降到低至-60℃。

发明内容

本发明的混合型超级电容器具有包含选自如下的溶剂的电解质：甲醇、1-丙醇、1-庚醇、乙酰乙酸乙酯、乙二醇、二乙二醇、丙三醇、苯甲醇、邻苯二甲酸二正丁酯及其混合物。这些电解质实现了混合型超级电容器在低至-100℃的低温下和/或在高至240℃的高温下的应用。

在混合型超级电容器的一个实施方案中，所述溶剂选自甲醇、1-丙醇、1-庚醇、乙酰乙酸乙酯及其混合物。这些溶剂特别好地适用于混合型超级电容器在低温下的使用。当然，它们无法实现其在非常高的温度下使用。

在混合型超级电容器的一个替代实施方案中，所述溶剂选自乙二醇、二乙二醇、丙三醇、苯甲醇、邻苯二甲酸二正丁酯及其混合物。这些溶剂特别好地适用于混合型超级电容器在高温下的使用。当然，它们无法实现混合型超级电容器在特别低的温度下使用。

向所述溶剂中优选添加四氟硼酸四乙基铵（(C₂H₅)₄NBF₄）和/或至少一种锂盐，其溶解在溶剂中。这些导电盐提高了与溶剂一起形成的溶液的极性和因此使其实现了电解质的作用。