[发明专利]用于储存电能的系统和方法

说明书

本公开内容提供了用于储存电能的电容器。所述电容器可以至少部分地包括韧皮纤维、韧皮粉末、杆芯纤维、杆芯粉末或其衍生物。在一些情况下，电容器的电介质可以由韧皮纤维、韧皮粉末、杆芯纤维、杆芯粉末或其衍生物形成。在其他情况下，电容器的一个或两个电极可以由韧皮纤维、韧皮粉末、杆芯纤维、杆芯粉末或其衍生物形成。所得电容器可以被配置成在一定的指定工作温度范围内在各种最小数目的充电/放电循环内具有各种功率密度和各种能量密度。

交叉引用

本申请要求于2017年3月29日提交的美国临时专利申请号62/478,553以及于2017年8月2日提交的美国临时专利申请号62/540,147的权益，这些申请中的每个申请都通过引用整体并入本文。

发明背景

电容器是能够包括更高功率密度的能量储存系统，因此与一些替代性能量储存系统(例如，电池)相比，其能够在较短的时间段内释放能量。超级电容器可以被配置成储存比普通电容器储存的电荷量大几个数量级的电荷量(和从而的电能)，同时仍然包括较高的功率密度。在一些情况下，电容器和超级电容器的材料性质如电容器和超级电容器的电极和电介质的材料会影响电容器的性能。例如，在一些情况下，具有较大表面积的电极可能比具有较小表面积的电极性能更强。又如，在一些情况下，相对介电常数较高的电介质可能比相对介电常数较低的电介质性能更强。

发明内容

本发明提供了用于储存电能的电容器，其中所述电容器至少部分地包括韧皮(bast)和/或杆芯(hurd)或其衍生物。例如，所述电容器可以包括韧皮纤维、韧皮粉末、杆芯纤维、杆芯粉末或其衍生物。在一些实施方式中，电容器的电介质可以由韧皮纤维、韧皮粉末、杆芯纤维、杆芯粉末和/或其衍生物形成。在一些实施方式中，所述电容器的一个或两个电极可以由韧皮纤维、韧皮粉末、杆芯纤维、杆芯粉末和/或其衍生物形成。所得电容器可以被配置成具有各种功率密度和各种能量密度，并且能够在一定的指定工作温度范围内承受各种最小数目的充电/放电循环。

在一方面，提供了用于储存电能的电容器，其中所述电容器的电介质由韧皮或杆芯材料或其衍生物形成。所述电容器可以包括由能够将电子传导到电负载或从电负载传导电子的材料形成的第一电极；与所述第一电极相邻的电介质，其中所述电介质由韧皮纤维、韧皮粉末或其衍生物形成；以及与所述电介质相邻的第二电极，其中所述第二电极由能够将电子传导到所述电负载或从所述电负载传导电子的材料形成，并且其中所述第二电极与所述第一电极电隔离。

可以通过激活所述电容器，使所述电容器与所述电负载电连通，并经由所述电负载对所述电容器进行充电或放电，从而将电能储存在包括由韧皮或杆芯材料或其衍生物形成的电介质的所述电容器中。

在一些实施方式中，在60℃-100℃的温度下，所述电容器在经由所述电负载的至少约250个/放电循环中可以具有至少约55千瓦(kW)/千克(kg)有效质量、75kW/kg有效质量或100kW/kg有效质量的功率密度。

在一些实施方式中，在60℃-100℃的温度下，所述电容器在经由所述电负载的至少约250个充电/放电循环、500个充电/放电循环、1000个充电/放电循环或2000个充电/放电循环中可以具有至少约55

kW/kg有效质量的功率密度。

在一些实施方式中，在60℃-100℃的温度下，所述电容器在经由所述电负载的至少约250个充电/放电循环中可以具有至少约40瓦时(Wh)/kg有效质量或60Wh/kg有效质量的能量密度。

在一些实施方式中，所述电容器的电极向其传导电子或从其传导电子的所述电负载可以是电网。备选地，所述电负载可以包括车辆、飞机、火车或船的电路。