[发明专利]电化学混合储能器件

说明书

技术领域

本发明属于电化学电池技术领域，具体的是一种电化学混合储能器件。

背景技术

活性炭的高比表面积使其在新型储能器件的研究开发中备受关注，被作为主要电极材料用于开发各式各样的电化学储能器件，如活性炭超级电容器、铅酸超级电池等。但活性炭作为电极材料，其自身的导电能力弱、密度低，电极比能量密度低，导致迄今为止的活性炭电化学储能器件达不到具有实用意义的能量密度水平。如铅碳超级电池，低比容量的活性炭电极匹配同样比容量不高的铅酸电池正极，由于氧化铅理论比容量也仅224mAh/g，可以预见器件的比容量难以做高，加上铅对环境的危害，其在未来的大规模应用受到很大局限。活性炭作为电化学储能器件的电极材料，要达成实用意义的开发目标，一方面活性炭电极自身要提高比容量，另一方面也要开发具有高比容量特征的对电极与之匹配。

锌作为电化学电池电极材料，具有高比容量(820mAh/g)和低价格成本的独特优势，且对环境友好，已成功大规模应用于锌二氧化锰、锌银、锌空气等电池。本发明因此而来。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学混合储能器件，解决了现有技术中以活性炭为电极材料的电化学储能器件能量密度低，一部分电化学储能器件对环境有害等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案如下：

一种电化学混合储能器件，包括：

(1)正极，所述正极采用活性炭电极；

(2)电解液；

(3)负极；所述负极采用锌电极；

(4)隔膜。

优选的技术方案是：所述活性炭电极中活性炭作为电极活性主体材料，以导电炭黑、超细石墨粉和膨胀石墨粉中的至少一种导电材料为导电剂，以PTFE乳液或分散树脂为电极粘接剂，集流体采用金属箔或金属网或泡沫金属。

优选的技术方案是：所述活性炭具有1000～3000m²/g的比表面积，通过植物类碳或树脂类碳经活化而成；所述导电炭黑选自乙炔黑。

优选的技术方案是：所述石墨选自天然磷片石墨、人造石墨、膨胀石墨及其混合物。

优选的技术方案是：所述活性炭电极包括电极材料自支撑片和集流体，通过电极材料自支撑片和集流体紧密贴合在一起制成。

优选的技术方案是：所述电极材料自支撑片以其组分的重量百分比计包括50％～95％的活性炭，2.5％～25％的导电炭黑、2.5％～25％的石墨；且这些组分中混入上述组分总重量0.05％～10％的PTFE乳液或分散树脂。

优选的技术方案是：所述电极材料自支撑片具有50～3000μm的厚度，0.1～1.5g/cm³的密度，≤0.2Ωcm^-1的直流电阻抗。

优选的技术方案是：所述锌电极为选自以纯锌或锌合金金属片、纯锌或锌合金金属粉、锌氧化物粉、锌酸盐化合物粉单独或组合制成的电极。

优选的技术方案是：所述电解液为质量浓度为18～43％的KOH水溶液。

优选的技术方案是：所述隔膜为由人造纤维、天然纸纤维混合抄制而成的无纺布隔膜或多孔塑料隔膜。

本发明涉及电化学混合储能装置及其材料领域，涉及锌、活性炭及由其组成的电化学储能装置。

将锌和活性炭匹配组成电化学混合储能器件，可实现锌电极的高比容量特性与活性炭电极的高比功率特性的结合，发挥活性炭功率密度高的特点，弥补其能量密度低的弱点，在器件上实现功率密度与能量密度的平衡适用和环境友好。

该活性炭电极，由活性炭作电极活性材料，导电炭黑、超细石墨粉和膨胀石墨粉中的至少一种作导电材料，PTFE乳液或分散树脂作电极粘接剂，金属箔或网或泡沫金属作集流体构成。

本发明的另一目的在于提供一种活性炭电极及其制备方法和由该活性炭电极构成的电化学储能器件及其制造方法。

所述活性炭具有1000～3000m²/g的比表面积，由例如但不局限于用煤、石油类沥青焦碳、椰壳、坚果壳等植物类碳、酚醛树脂等树脂类碳，通过水蒸汽活化、碱活化、氯化锌活化、电场活化等方法活化制成。所述导电炭黑为例如但不限于乙炔黑，商品名为科琴黑、super－p等的导电炭黑等。所述石墨包含但不限于天然磷片石墨、人造石墨、膨胀石墨及其混合物。所述金属箔或网或泡沫金属例如但不限于铜网、铜箔、镍网、镍箔或泡沫镍中的任一种。

所述活性炭电极，其特征在于电极由上述材料制成的电极材料自支撑片和集流体电紧密贴合在一起制成。