[发明专利]一种具备开关功能的超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具备开关功能的超级电容器及其制备方法。本发明的超级电容器具有层叠结构，由下至上依次为第一金属片、第一混合电极浆料层、第一凝胶电解质层、第二混合电极浆料层、第二金属片、绝缘弹性圈、第三金属片、第三混合电极浆料层、第二凝胶电解质层、第四混合电极浆料层和第四金属片，其制备方法包括以下步骤：1)配制凝胶电解质和混合电极浆料；2)制备具有层叠结构的超级电容器电极；3)将超级电容器电极、绝缘弹性圈和超级电容器电极层叠粘合。本发明的超级电容器结构简单，将多个超级电容器堆叠便可以实现串联升压，不需要连接线，能量效率高，且通过挤压便可以实现开关功能，适应性强。

技术领域

本发明涉及一种具备开关功能的超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、温度适应性好、安全性高等优势，适合进行瞬时大功率充放电。目前，超级电容器的应用领域主要集中于无线通讯、移动电脑、智能三表、汽车电子、消费电子、轨道交通、备用电源、风力/太阳能发电等领域。超级电容器产品一直存在单体使用电压低的缺陷，目前主要是通过以下两种方式来克服该缺陷：电路升压和串联升压。电路升压会造成巨大的能量损失，而串联升压的能量利用率高很多，因此串联升压更具可行性。然而，将超级电容器串联升压过程中，存在两个比较突出的问题：1)需要使用大量的连接线，这些连接线会发热造成能量利用效率降低；2)瞬间电流如果过大，会对超级电容器造成不同程度地损坏，如果超级电容器在电流过载时自身可以瞬间断开充电过程，则可以有效保护超级电容器。

因此，开发一种自身具备开关功能的新型超级电容器，并免去串联升压所需要的连接线，必将得到良好的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备开关功能的超级电容器及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种具备开关功能的超级电容器，具有层叠结构，由下至上依次为第一金属片、第一混合电极浆料层、第一凝胶电解质层、第二混合电极浆料层、第二金属片、绝缘弹性圈、第三金属片、第三混合电极浆料层、第二凝胶电解质层、第四混合电极浆料层和第四金属片。

优选的，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片中的金属元素均独立地为金、银、铜、铝中的至少一种。

进一步优选的，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片均为铝片。

优选的，所述第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片的厚度均为150～200μm。注：第一金属片、第二金属片、第三金属片和第四金属片的厚度可以完全一样，也可以各不相同。

优选的，所述第一混合电极浆料层、第二混合电极浆料层、第三混合电极浆料层和第四混合电极浆料层均是由碳电极浆料和凝胶电解质组成。

进一步优选的，所述第一混合电极浆料层、第二混合电极浆料层、第三混合电极浆料层和第四混合电极浆料层均是由碳电极浆料和凝胶电解质按照质量比(1～3)：1组成。

优选的，所述第一凝胶电解质层和第二凝胶电解质层均由凝胶电解质组成。

优选的，所述碳电极浆料由活性碳、导电石墨、羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成。

进一步优选的，所述碳电极浆料由活性碳、导电石墨、羧甲基纤维素和丁苯橡胶按照质量比(30～35)：(5～7)：(0.8～1.2)：1组成。

优选的，所述凝胶电解质由疏水琼脂糖、四氟硼酸螺环季铵盐和乙醇组成。

进一步优选的，所述凝胶电解质由疏水琼脂糖、四氟硼酸螺环季铵盐和无水乙醇按照质量体积比(1～2)g：(1～2)g：(25～35)mL组成。

优选的，所述绝缘弹性圈外圈的形状和大小与第二金属片匹配，内圈的大小要小于外圈。