[发明专利]一种热敏型超级电容器及其应用

说明书

本发明涉及一种热敏型超级电容器及其应用，该热敏型超级电容器使用具有临界会溶组成的RTIL与有机溶剂的二元离子溶液作为超级电容器的电解液，利用具有临界会溶组成的二元离子溶液在临界会溶温度附近发生临界相变，使超级电容器的电压发生阶跃性突变，触发稳压电源产生大电流，将电子电路的保险丝熔断，从而使电子电路免受损坏，可作为电子电路的保护电路元件使用，以解决现有电子电路中的热敏电阻存在的耗能高、易老化、重复性和稳定性差等问题，并且该热敏型超级电容器的单体工作电压高、安全性好。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种热敏型超级电容器及其应用。

技术背景

超级电容器是近年来发展起来的一种电化学储能器件。建立在双电层模型理论基础上的超级电容器是通过在电极和电解液界面形成双电荷层来储存能量，兼具传统铝电解电容器的高功率密度及二次电池的高能量密度的优点，能够广泛应用于轨道交通动力电源、车辆启停系统、混合动力汽车、电机调节器、传感器、智能三表备用电源、风力发电及太阳能发电等领域。将超级电容器作为备用电源集成到一些电子电路中，能够使设备在意外断电条件下维持电子电路中重要模块继续运行，防止数据存储中断或数据丢失。但是，普通超级电容器经集成后除了充当电子电路的备用电源外，不具备热敏电阻的功能，而现有电子电路中的热敏电阻一般都存在耗能高、易老化、重复性和稳定性差等问题，常常需要频繁更换，一方面增加成本，另一方面还影响工作效率。

针对上述问题，希望能够开发一种多功能型的超级电容器，该超级电容器既能充当备用电源，又能充当热敏开关，能够长效稳定地保护电子电路免受损坏，即为“热敏型超级电容器”。

近年来，为了提高超级电容器的单体电压，不少研究者采用包含室温离子液体(RTIL) 的溶液作为超级电容器的电解液，能够将超级电容器的单体电压提高到3V以上。在专利申请CN 104681302 A中，将电解质盐、RTIL和有机溶剂混合后在真空条件下超声分散，得到宽温高电压型超级电容器用电解液。在这种电解液中，电解质盐的浓度为0.5～1.5mol/L，RTIL 的浓度为0.01-0.05mol/L，有机溶剂由乙腈和低熔点溶剂按体积比1:0.1～2混合而成。通过将 RTIL添加到电解液的配方中，降低了电解液凝固点，使组装成的超级电容器使用温度范围在 -65～70℃，单体耐压达到2.75V。在专利申请CN 103474255 A中，将RTIL、腈类溶剂和高压稳定剂混合配制成超级电容器高压电解液，通过将所配的高压电解液应用在超级电容器中，实现了超级电容器单体在3V电压下稳定循环。

由于不同的RTIL与有机溶剂体系具有不同的会溶组成及会溶温度，本发明利用RTIL的此特性，通过使用具有临界会溶组成的二元离子溶液作为超级电容器用的电解液，组装成热敏型超级电容器，当外界环境温度超过热敏型超级电容器用电解液的临界会溶温度时，超级电容器用电解液会发生临界相变，使超级电容器的电压发生阶跃性突变。将所述热敏型超级电容器集成到电子电路中，不仅可以作为储能器件充当电子电路的备用电源使用，当设备意外断电条件下维持电子电路的重要模块继续运行，防止数据存储中断或数据丢失；而且可以作为电路的温度触发开关充当电子电路的热敏电阻使用，当设备负载电流过大或其他不确定因素导致电子电路温度骤升或骤降到热敏型超级电容器用电解液的临界会溶温度附近，热敏型超级电容器的电压发生较大幅度跌落，触发稳压电源产生大电流，将电子电路的保险丝熔断，从而使电子电路免受损坏。因此，本发明的热敏型超级电容器在保持普通超级电容器储能应用的同时还兼具热敏电阻功能，能够部分替代由热敏电阻构成的保护电路，并且基于此类超级电容器使用寿命长及可靠性高等优点，能够克服热敏电阻耗能高、易老化、重复性和稳定性差等缺陷，从而节约了设备在保护电路中反复更换热敏电阻的成本。目前尚未有该方面的专利报道，本发明可为超级电容器的开发提供指导。

发明内容