[发明专利]具有活性双功能电解质的混合电容器电池和超级电容器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2011年10月7日提交的标题为“Hybrid Cap-Battery with Active Bi-Functional Electrolyte(具有活性双功能电解质的混合电容器电池)”的美国临时专利申请序列号61/545,049和2012年9月28日提交的标题为“Carbon Nanostructures and Method of Making the Same(碳纳米结构及其制造方法)”的美国临时专利申请序列号61/707,738的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及电化学器件，并且更具体地，涉及能够进行能量存储的电子器件。

背景技术

在传统的电容器和电池中，电极是活性材料。电解质产生离子迁移的连续路径。为了增加电容/容量，电极量成比例增加。由于电极通常是高孔隙率的以促进离子传输，因此在给定相同孔隙率的情况下，电解质的量也成比例增加。然而，电解质的量并不有助于容量的增加。

有利的是，开发出一种具有可以有助于整体容量的活性电解质的能量存储器件。这样的电解质可以用作双功能元件，该双功能元件用于传导离子并且作用于电极表面以有助于整体能量存储。本发明提供了这样的能量存储器件并且还提供了相关的优点。

发明内容

在一些方面中，本文公开的实施例涉及能量存储器件，该能量存储器件采用用于电解质和电极材料的组分，由此电解质可以有助于整体能量存储，同时电极保持其作为活性材料的作用。

在一些方面中，本文公开的实施例涉及一种电极，该电极包括：基材，在该基材上布置有碳纳米结构(CNS)；以及涂层，该涂层包括保形地布置在碳纳米结构和基材周围的活性材料。

在一些方面中，本文公开的实施例涉及一种混合电容器电池，该混合电容器电池包括：电极，该电极包括其上布置有碳纳米结构(CNS)的基材和包括保形地布置在碳纳米结构和基材周围的活性材料的可选涂层；以及双功能电解质，其中，该双功能电解质能够进行能量存储。

在一些方面中，本文公开的实施例涉及一种方法，该方法包括：在基材上合成碳纳米结构(CNS)以提供装载CNS的基材；以及用活性材料保形地涂覆所述装载CNS的基材。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的电极，该电极包括其上布置有碳纳米结构(CNS)的基材和包括保形地布置在碳纳米结构和基材周围的活性材料的涂层。

图2示出了根据本文公开的实施例的作为简化呈现的碳纳米结构(CNS)或“薄片(flake)”结构。

图3示出了根据本文公开的实施例的真实样本CNS结构的扫描电子显微照片(SEM)图像。

图4示出了用于在基材上准备CNS的工艺的流程图，指示了将CNS贮存在基材上或者紧接在合成之后离析CNS的能力。

图5示出了根据本文公开的实施例的具有有助于使CNS与基材和/或催化剂离析的抗粘着层的催化剂。

图6示出了根据本文公开的实施例的用于作为薄片产物的CNS的湿法和干法移除以及可选的后离析处理的示例性总体工艺的流程图。

图7示出了根据本文公开的实施例的采用空气喷嘴和气旋过滤器来从基材移除CNS的示例性工艺的流程图。

图8示出了根据本文公开的实施例的通过在以主要为基部CNS生长的CNS生长模型中对催化剂颗粒和基材之间的联结进行剪切来移除CNS网的示图。

图9示出了根据本文公开的实施例的通过在以主要为基部CNS生长的CNS生长模型中对催化剂颗粒和CNS之间的联结进行剪切来移除CNS网的示图。

图10示出了根据一个实施例的包括如图1中所示的电极和双功能电解质的混合电容器电池。

具体实施方式

本发明部分地针对包括用作电极的碳纳米结构(CNS)注入的纤维材料和双功能电解质的能量存储器件，该双功能电解质可以导引离子并且作用于电极表面以有助于整体能量存储。在具体实施例中，CNS注入的纤维材料是碳纤维材料，但是在本文公开的存储装置中可以采用任何纤维组分。