[发明专利]基于减少传质和扩散控制多层电极的电容器

说明书

本发明首先公开了一种基于减少传质和扩散控制多层电极的电容器，包括离子导电但电子绝缘的隔膜，所述隔膜的两侧分别设有电极，所述电极包括多层的薄层电极，相邻两个所述薄层电极之间设有可同时离子导电和电子导电的导电薄膜，该相邻的两个所述薄层电极通过所述导电薄膜导电连接，且所述薄层电极的厚度满足：L≤kδ；其中，L为薄层电极的厚度；k为系数，且k≥1；δ为扩散控制层厚度。通过将电极设置为多层薄层电极，可有效提高比表面积，增大储能容量；另外，通过利用扩散控制层厚度来限定薄层电极的厚度，从而使反应分子或离子等在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

本发明涉及储能设备技术领域，具体的为一种基于减少传质和扩散控制多层电极的电容器。

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，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负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，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，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。

由图1可知，在锂离子电池充放电过程中，正极1和负极2仅有表面与电解液接触而产生锂离子的嵌入和脱嵌，正极1和负极2内部并未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，同时也限制了锂离子电池的充放电容量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于减少传质和扩散控制多层电极的电容器，能够减小扩散控制对充放电的影响，提高充放电速率，并能够提高比表面积，增大储能容量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于减少传质和扩散控制多层电极的电容器，包括离子导电但电子绝缘的隔膜，所述隔膜的两侧分别设有电极，所述电极包括多层的薄层电极，相邻两个所述薄层电极之间设有可同时离子导电和电子导电的导电薄膜，该相邻的两个所述薄层电极通过所述导电薄膜导电连接，且所述薄层电极的厚度满足：

L≤kδ

其中，L为薄层电极的厚度；k为系数，且k≥1；δ为扩散控制层厚度。

进一步，所述导电薄膜采用允许电解液通过从而实现离子导电的多孔导电材料制成。

进一步，所述薄层电极的厚度大于等于1nm。

进一步，所述薄层电极的厚度满足：L≤10δ。

进一步，所述薄层电极的厚度满足：L≤5δ。

进一步，所述薄层电极的厚度满足：L≤2δ。

进一步，所述薄层电极的厚度满足：L≤δ。

进一步，所述导电薄膜采用但不限于多孔的碳、石墨、石墨烯、还原石墨烯或聚苯胺制成。

进一步，所述导电薄膜的厚度满足：

L₀≤kδ

其中，L₀为导电薄膜的厚度；k为系数，且k≥1；δ为扩散控制层厚度。

进一步，所述导电薄膜的厚度大于等于1nm。