[发明专利]用于高温应用的能量存储设备

说明书

一种用于高温应用的能量存储设备，尤其是超级电容器，具有支撑由赝电容材料改性或掺杂的碳质基体的集电器元件，所述赝电容材料包括一种或多种过渡金属二硫属元素化物、过渡金属氧化物及其混合物，碳质基体与非水性电解质组合物接触，其中除了双电层机理以外，还可以利用感应机理作为储能原理。

技术领域

本公开涉及一种用于在需要电能的装置中使用的设备，特别地公开的设备可以作为用于在极端环境条件下使用的能量存储设备使用。还公开了可以用于这种设备的电解质组合物。

背景技术

在许多技术领域中显然需要紧凑的能量存储器。由于现在要求许多设备能够独立于电网运行，因此在电荷存储设备的研究方面已经做出了很大的努力。

诸如“硬币”或“纽扣”大小的电池的设备具有有限的能量值，并且使用寿命相对较短。可以使用更大的电池单元，即所谓的“蓄电池”，其能够输出更多的电能或延长使用寿命，但是只能在不会导致部件材料(如电池或蓄电池功能所需的液体电解质)分解的条件下使用。

存储电荷的设备的另一种形式是电容器，其保持静电电荷，该电容器可以选择性地快速放电以完成有限的工作，例如，以激活门锁或触发警报系统。

尽管电池和电容器都具有相反极性的电极以与外部电路连接，但在内部它们却以不同的原理操作。电池通常在电池内的电极与电解质之间进行化学反应，随着化学反应的进行，电池会释放出电能。当化学反应接近完成时，电池将不再能够提供足够的电能，并被视为已耗尽。

相反，电容器具有在间隔开的导电板之间的内部非导体或介电材料，并且可以在介电材料上建立高静电荷。

因此，与这两种类型的设备相比，可以说，当前技术水平的电池倾向于缓慢充电，能够在有限的保质期内保持电荷，并且可以在预期的时间范围内传递可预测水平的电能。相反，电容器可以被重复快速地充电，并且在放电时机可以在瞬时时间段内传递强烈的能量爆发。因此，这些类型的电能存储设备趋于遵循不同的开发路径，但是出于某些目的已经考虑了混合装置。

本公开的主题的一个目的是提供一种在宽范围的操作条件下(包括常温和常压，例如在室温下)提供有用的操作特性和有利的特性的电能存储设备。

本公开的主题的另一个目的是提供一种电能存储设备，其可用于可能暴露在诸如在地下环境中遇到的极端温度和压力条件的装置或设备中。

本公开的主题的另一个目的是提供一种可以用于电能存储设备中的电解质组合物。

在该领域中已经认识到，当暴露于超过100℃的温度时，典型的电化学能量存储设备受到电解质和隔板的热诱导降解的限制。几种可商购的设备包含液体电解质(通常是具有低沸点的有机溶剂)。因此，目前，用于这种设备的商业上允许的最高温度设定为85℃。当前，在本领域中将50℃至100℃之间的温度范围视为“高温”暴露。

期望获得一种电化学能量存储设备，其也可以在超过当前“高温”曲线的条件下操作，例如期望甚至达到200℃或更高。

本公开涉及电容器类型的设备的开发，该设备在本领域中通常被称为“超级电容器(supercapacitor)”或“超电容器(ultracapacitor)”。超级电容器本身是已知的。超级电容器与基本电容器的不同之处在于，电容器具有被绝缘体隔开的导电金属板，而超级电容器还对导电金属板进行了改性，并且将这些板浸入电解质中以作为电极。而且，在电极和电解质之间的边界中形成了电荷双层。超级电容器中的每个导电金属板都涂覆有具有比板本身大的表面积的多孔材料，例如会增加在给定施加电压下可存储在超级电容器中的电荷的量(电容)的活性炭。

以下文档可以提供有助于理解本公开背景的信息：