[发明专利]减少传质或扩散控制或完全无传质或扩散控制的储能设备

说明书

本发明公开了一种减少传质或扩散控制或完全无传质或扩散控制的储能设备，包括隔膜，隔膜的两侧分别设有电极，电极为多孔电极，且电极内的孔间距部分或完全满足：L≤kδ；其中，L为电极内的孔间距；k为系数，且k≥1；δ为扩散控制层厚度。本发明减少传质或扩散控制或完全无传质或扩散控制的储能设备，通过将电极设置为多孔电极，并控制多孔电极内的孔间距，从而使反应分子或离子等在多孔电极内不受传质速率的控制或大大改善传质速率的控制，提高储能设备的比功率以及极大地提高多孔电极的利用率。

技术领域

本发明属于储能设备技术领域，具体的为一种减少传质或扩散控制或完全无传质或扩散控制的储能设备。

背景技术

现有的锂离子电池包括正电极、负电极和隔膜，正电极和负电极之间设有电解液。根据锂离子电池的充放电原理可知：锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。当对电池进行充电时，电池的正电极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负电极。而作为负电极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负电极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时，嵌在负电极碳层中的锂离子脱出，又运动回正电极。回正电极的锂离子越多，放电容量越高。锂电池放电需要注意几点：第一，放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有可能会造成永久性的损害。第二，绝对不能过放电！锂电池内部存储电能是靠电化学一种可逆的化学变化实现的，过度的放电会导致这种化学变化有不可逆的反应发生，因此锂电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将可能导致电池报废。

在锂离子电池充放电过程中，正电极和负电极仅有一定深度的孔表面与电解液接触而产生锂离子的嵌入和脱嵌，正电极和负电极的材料不能完全参与锂离子的嵌入和脱嵌，这也是导致现有的锂离子电池充放电电流不大的原因，不但限制了锂离子电池的充放电容量，而且也限制了电池的充放电功率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减少传质或扩散控制或完全无传质或扩散控制的储能设备，能够有效减少甚至完全消除传质或扩散控制对充放电的影响，提高充放电速率，并能够有效提高比表面，增大储能容量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种减少传质或扩散控制或完全无传质或扩散控制的储能设备，包括电子绝缘且可通过离子的隔膜，所述隔膜的两侧分别设有电极，所述电极为多孔电极，且所述电极内的孔间距部分或完全满足：

L≤kδ

其中，L为电极内的孔间距；k为系数，且k≥1；δ为扩散控制层厚度。

进一步，所述孔间距为所述电极内或电极外表面可传输电解液的孔之间的间距。

进一步，设置在所述电极内的所述孔的孔径大于等于1nm。

进一步，设置在所述电极内的所述孔的孔径小于等于1um。

进一步，设置在所述电极内的所述孔的孔径小于等于100nm。

进一步，设置在所述电极内的所述孔的孔径小于等于50nm。

进一步，设置在所述电极内的所述孔的孔径大于等于2nm。

进一步，所述电极采用介孔材料制成。

进一步，所述介孔材料内设有用于输送电解液的不规则的联通介孔网络或所述介孔材料内设有规则阵列分布的且指向电极表面的介孔。

进一步，所述孔间距满足：L≤10δ。

进一步，所述孔间距满足：L≤5δ。

进一步，所述孔间距满足：L≤2δ。

进一步，所述孔间距满足：L≤δ。

进一步，所述扩散控制层厚度为：