[发明专利]一种太阳光驱动自充电超级电容器及其自充电方法

说明书

本发明提供了一种凝胶电解质及其制备方法和太阳光驱动自充电超级电容器及其自充电方法，涉及凝胶电解质技术领域。本发明提供的凝胶电解质具有较高的阳离子迁移特性、低的热导率和低的比热容。本发明还提供了一种太阳光驱动自充电超级电容器，包括平行相对设置的第一光热转化薄膜电极、第二光热转化薄膜电极和装载在第一光热转化薄膜电极和第二光热转化薄膜电极之间的所述凝胶电解质；所述凝胶电解质的外露部分封装有封装材料；第一光热转化薄膜电极和第二光热转化薄膜电极分别粘结有金属引线，用于外接负载。本发明提供的超级电容器无需借助外部辅助充电系统，仅依靠太阳光即能完成自身充电，实现太阳热能向电能直接高效的转化和存储利用。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及一种凝胶电解质及其制备方法和太阳光驱动自充电超级电容器及其自充电方法。

背景技术

在“碳达峰、碳中和”的发展背景下，大力推动清洁能源技术的开发利用是实现双碳目标的重要手段。清洁能源技术既包括风能、太阳能等绿色能源的低成本获取技术，也包括可实现电能跨时空调蓄的大规模储能技术，以及将热、机械振动等能量转化为电能来提高能量利用效率的能量转化和存储技术等。因此，在清洁能源技术的发展需求中储能技术扮演着举足轻重的作用。储能技术可分为物理储能技术和电化学储能技术。物理储能主要分为抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能等，存在的问题是对场地和设备有较高的要求，并具有地域性和前期投资大的特点；电化学储能是利用化学反应，将电能以化学能进行储存和再释放的一类技术，相比于物理储能，电化学储能的优势在于电化学储能能量和功率配置灵活、受环境影响小，易实现大规模利用。

在电化学储能器件中，超级电容器因具有高功率密度、快速的充放电能力和超常的循环稳定性、宽的工作温度和环境友好等优点，被视为一种理想的功率型电化学储能器件而应用在微电子设备、电动汽车、通讯设备、航空航天器件和军事装备上。然而，要实现超级电容器动力电源供电系统的正常运行，首先必须要借助外部充电系统完成对超级电容器的充电。这也就意味着如果不依赖配置的外部充电设备事先对超级电容器进行充电，它就无法作为动力电源供电系统为用电设备进行持续的供电。此外，在超级电容器动力电源供电系统中，配置的外部充电系统无疑增加了超级电容器动力电源供电系统的复杂性、生产制造难度和经济成本，这无形中阻碍和制约了超级电容器动力电源供电系统在通讯设备、航空航天器件和军事装备上的进一步发展和推广使用。因此，在超级电容器体系中亟需这样一种技术，即无需借助外部辅助电力系统对超级电容器进行充电，而是超级电容器能够依靠自身的热充电特性，将太阳热能直接高效的转化为电化学能来实现自充电。这种技术不仅符合清洁能源技术中先进的多能互补能源系统产业的发展需求，同时，对于推动功能型超级电容器作为储能器件在沙漠、极地、海洋等极端苛刻环境中的使用具有重要的现实意义和价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种凝胶电解质及其制备方法和太阳光驱动自充电超级电容器及其自充电方法。本发明提供的凝胶电解质具有较高的阳离子迁移特性、低的热导率和低的比热容，以所述凝胶电解质与光热转化薄膜电极组装成的超级电容器无需借助外部辅助充电系统，仅依靠太阳光即能完成自身充电。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种凝胶电解质，所述凝胶电解质的组成包括金属盐、水、蒙脱石和高分子聚合物；所述金属盐包括氯化锂、氯化钾、氯化钠和氯化锌中的一种或几种；所述高分子聚合物包括瓜尔胶、聚乙烯醇和聚环氧乙烷中的一种或几种；所述金属盐、水、蒙脱石和高分子聚合物的质量比为1~2:10~50:0.2~0.5:1~3。

本发明提供了以上技术方案所述凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：

将金属盐与水混合，得到金属盐水溶液；

将所述金属盐水溶液与蒙脱石混合，得到混合分散液；

在加热的条件下，将所述混合分散液和高分子聚合物混合，然后将所得混合液冷却至室温，得到所述凝胶电解质。