[发明专利]非对称的电化学电容器

说明书

发明领域

本发明涉及具有高电容量用于存储电能的电化学电容器，更具体地说，涉及非对称的电化学电容器。

发明背景

一种包括一个外壳、其中安装着两个电极并在电极之间放着电解质的电化学电容器，是已知的(WO97/07518，Int.Cl.H01G9/00，1992)。电极在电极-电解质的边界具有双电气层。此外，电极之一可以由能够实现法拉第过程的材料制成。含水的及不含水的电解质被用作为电解质。

一个非对称电化学电容器包括一个外壳，安装在其中的至少一对电极，这一对电极包括第一和第二电极，放在电极之间的电解质，以及一个分隔器(RU专利2054723号，Int.Cl.01G9/00，1996)。

一种含水的电解质被用作为电解质。比能量是电容器的一个重要参数。

电容器的比能量是存储在其中的能量对电容器的质量或体积之比。

电容器的高比能是力求达到的参数，因为它允许在特定的应用领域中减少电容器的质量和体积。

使用不含水的电解质能够分别减少电化学电容器的工作电压和它的比能量。但是，不含水电解质相当贵而且对水及/或氧的百分比不敏感。更重要的是，这样的电解质和含水电解质相比具有较低的导电率，因此，这些电容器具有较低的功率参数(RU专利2054723号，Int.Cl.H01G9/00，1996)。

从技术本质来说最接近于这里提出的电容器是一种非对称的电化学电容器，它包括一个外壳，其中安装着至少一对电极，该电极对包括第一和第二电极，在电极之间安放着电解质和分隔器，各电极的绝对电容量相互有着差别，且第一电极的绝对电容量大于第二电极的绝对电容量(RU专利2093465号，Int.Cl.H01G9/04，1997)。

在已知结构中各电极是由一种材料制成的。

但是，这种已知电容器的比电容量不够高。这和这样的事实有关，即如果具有规定的总体质量的类似电极之一增加了，那么另外一个的质量就要减少。

很明显，电容器的电容量也将会减少。

发明概要

这里提出的非对称电化学电容器要解决的技术问题是显著地增加它的比能量和增加使用寿命。

这些设定的问题是通过建立一种非对称的电化学电容器而解决的，它包括一个外壳，安装在其中的至少一对电极，该电极对包括第一和第二电极，安放在电极之间的电解质以及一分隔器，各电极的绝对电容量是不同的，第一电极的绝对电容量大于第二电极的绝对电容量，其中，按照本发明，电极之一是用在法拉第过程中能够存储能量的材料制成的，而另外一个则是由能在双电气层中储存能量的材料制成的。

本发明的特征还在于第一电极的绝对电容量比第二电极的绝对电容量至少是三倍大。

这允许将电容器的电容量更加接近于一个电极的电容量。

本发明的特征在于电极之一是用碳材料制成的，而另一个则是用在水溶液中具有可逆的电化学氧化可能性的材料制成的。

也有可能是第二电极是用吸水材料制成的。

由于用能够实现法拉第过程的材料所制成的电极的比电容要明显地大于另外电极的电容量，所以电容器的总的电容量大体上等于用碳材料制成电极的电容量。

选择包括活性碳、或碳纤维布、或石油沥青、或灯黑、或碳黑以及它们的各种组合等碳材料的原因是因为它们具有扩大的表面，因而具有更大的双电气层电容量。

本发明的特征在于第一电极的比电容大于另一电极的比电容。

这允许在电极的几何尺寸相似的情况下得到具有不同的绝对电容量的电极。

这种非对称电化学电容器的一个实施例，它的第一电极的体积小于或等于第二电极的体积，这允许减少电容器的总体尺寸。

本发明的特征在于，第一电极的质量小于或等于第二电极的质量。

这允许减少电容器的质量。

非对称电化学电容器的一种实施例是可能的，其中第一电极的绝对电容量大于第二电极的绝对电容量，且第一电极的比电容大于第二电极的比电容。

非对称电化学电容器的一种实施例是可能的，其中第一电极的绝对电容量大于第二电极的绝对电容量，而第一电极的比电容则小于第二电极的比电容。

这允许得到具有不同比特性的电容器。

本发明的特征还在于，水溶液被用作为电解质，且碱金属的氢氧化合物或碳酸盐的水溶液、或硫酸、或过氯酸可以用作为水溶液。

这些溶液在宽广的温度范围内具有离子导电率和低的欧姆电阻。