[发明专利]碱性赝电容异质电极及匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性赝电容异质电极及匹配方法。特别是涉及一种镍-碳系赝电容中，镍-碳正极板和活性炭负极板中人工掺杂锰之后，两种异质极板在构成赝电容过程之中、相互之间以及与电解液或导电剂或容氢剂之间的匹配设计和可操作方法。

背景技术

近20年，电极材料发展，尤其是在能源问题推动下的电极材料的发展，将过去电容和电池相对分明的物理概念、电极材料选用以及器件分类，变得模糊而复杂。使人眼花缭乱的新名词，诸如：超级电容器、超电池、电容电池、超级电容电池，以及一些新机理，把过去偏重物理变化而储存物理电荷的器件归类为电容、以化学变化为主体并通过化学变化向外输运电荷的器件归类为电池、存在微量化学变化或化学物质对储存物理电荷做出实质性贡献的器件归类为化学电容器的传统分类冲击的面目皆非。形成一股“电容与电池杂交育种”的潮流或趋势。

赝电容或准电容，来源Psedocapacitance一词的汉语翻译；其全称为Faraday pseudocapacitance；汉语翻译为“法拉弟赝电容”或“法拉弟准电容”。不同翻译使得初学者雾里看花，而且“赝”与“准”汉语中褒贬义不同，这种不同的翻译，也在若隐若显的表露不同科学家对该电容科学本质的观点。

“赝电容”一词翻译注重英文pseudo前缀“伪”和“假的”原意，似乎在表达不是真正的电容，也在透露“真正的电容，随着充电电压持续升高，电容量线性增加，只要电介质耐压等级足够，充电百伏或千伏都可以；而赝品电容，诸如常见添加水溶液介质的化学电容器，水分解的电化学窗口在2V左右，当充电电压为1.8V-2.5V，该赝品电容再充电已经不可能，真正的电容，随着充电电压持续升高特性已经不复存在”。在通过“赝”字阐述这一科学问题同时，暗含对于解决这一科学问题之中技术壁垒的思考以及对自然规律的一种敬畏。

而“准电容”中“准”，通过“接近”、“类似”和“介于”的褒义，透露出这部分科技工作者对这类电容的一种期待和憧憬。

赝电容已经跨进超级电容器行列中的一员(赝电容型超级电容器)，而碱性赝电容为目前(被人新称的)“准法拉第超级电容”基础，也是被业内人士(诸如美国EEStor公司)认为未来最有发展的“法拉第超级电容”的基础。

将超级电容器和大容量的电池组、各自作为独立体，通过IGBT等作为电子开关，所构成的组合电路模块或电能调控模块有很高的商业价值，诸如中国专利局所公开的一些专利(申请号，以下同)：

CN200810048988.3号专利揭示，“武高所”用于解决国家电网电压暂降、提高电网供电质量之用；

CN200910062455.5号专利揭示，含有双回路工业用电大户可用于解决倒闸操作过程中的供电暂断问题之用；

CN201010128989.6号专利揭示：该蓄电池和超级电容器的有源并联混合，可作为平衡电网峰谷电量问题的储能系统之用；

CN200810094406.5号专利揭示：该锂离子动力电池和超级电容器的组合体，可作为通讯指挥方舱车、解决供电隐蔽性和持续性等问题之用。

这些很高的商业价值的应用，在不断的以商务刺激形式推动着超级电容器的产业化发展。

以NiO_x、MnO₂、V₂O₅以至于昂贵的氧化钌这些金属氧化物作为正极材料，以活性炭作为负极材料，这类由异质电极材料所构造的超级电容器为目前被业内同行认为最有适用前景的超级电容器发展方向之一。也被认为是“电容与电池杂交育种”的潮流中，容易获得超电池的途径之一。

然而，这种以赝电容为基础的异质电极所构造的超级电容器，电极“异质化”所带来种种不匹配性，其中科学问题凝练难度超过目前人类认识自然和改造自然的能力，使得材料设计和工程化设计处于盲目阶段。

电极“异质化”所带来不匹配性，客观上对碱性赝电容设计者提出：如何均衡不对称的两极中容量协调、输出电子要求的导电性协调，电解质碱度与材料储存电荷数量之间的协调等，显然，“协调”的根本目的是：在保证赝电容一定功率密度前提下，获得较大能量密度的赝电容。换言之，在“赝电容”三字中，在保证“电容”特性前提下，使得“赝”字表现出最佳能量密度。这种以“协调”为手段，促使赝电容的两极趋于“匹配”和接近于“对称”的可操作措施，特别是一些具有技术创新性的可操作措施，在碱性赝电容，尤其是碱性镍-碳系赝电容体系中，鲜有文章报道或专利公开。

发明内容