[发明专利]一种超级电容及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容及其制作方法，尤其涉及一种运用固态高分子电解质与改良式碳质电极所制作而成的全固态超级电容及其制作方法。

背景技术

所谓超级电容通常是指目前的主流商品电双层电容（Electric Double Layer Capacitor或EDLC），如图1所示，主要零件包括电极、液态或胶态电解质、及隔离膜等，其工作原理是：通过电极表面电双层的电荷吸附效应，以达快速充放电的功用。超级电容的储电量高达1法拉～数千法拉(1～10³F)或更高值，其充放电的功率比蓄电池（锂电池或铅酸电池）高出甚多，瞬间输出电流极大，但总储电量不及蓄电池，其最大市场是电子产业、其次为能源/绿能、再其次是交通产业。商用超级电容发展成功至今虽近30年，但早期价格昂贵、用量少，近10年则因性能提升，价格降低，应用面急速扩增，现今应是国内研发并生产超级电容的极佳时机。然而，传统超级电容有电极的电阻高、电解质为液态或胶态、及制程复杂等缺点亟待改进，如表一所示。

表一、传统超级电容的缺点

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的主要目的在于提供一种超级电容及其制作方法；

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超级电容，包括

一固态高分子电解质；

一改良式碳质电极，改良式碳质电极设置于固态高分子电解质的两侧；

一活性物质，其中活性物质以三维方式分布于改良的碳质电极中；以及

一引脚，引脚与改良式碳质电极的至少一部分连结。

一种超级电容的制作方法，包括以下步骤：

制备一离子导电性高分子物质；

将离子导电性高分子物质溶于一有机溶剂，以形成一离子导电性高分子物质溶液；

将离子导电性高分子物质溶液涂布于一光滑基板，经过烘烤后可撕取一固态高分子电解质；

另外将一高分子结着剂与一导电助剂、一活性物质主成分混合以形成一活性物质溶液；

将活性物质溶液涂布于一导电性碳质基材；

将涂布活性物质溶液的导电性碳质基材进行烘烤处理，以得到一改良式碳质电极；

将固态高分子电解质与两片改良式碳质电极压合成型以得到一超级电容；以及

在两片改良式碳质电极上各设置一引脚。

本发明的超级电容使用改良式碳质电极及固态高分子电解质的全新组件结构，在两碳质电极之间放置全固态高分子电解质并压合制成，由于未采用液态或胶态电解质，故无须设置隔离膜，又因碳质电极本身具有高导电性，故不须另设置金属集电板，此一元结构与传统超级电容迥异。具此结构的超级电容样品经实验室测试所得的统计数据为功率密度2～10kW/kg，能量密度为3～20Wh/kg，显示本发明的功率密度约与传统超级电容相当，而能量密度甚至还优于传统超级电容。

除性能之外，本发明因使用全固态高分子电解质，制程简易且无易燃及毒性等问题，且产品使用期间的安全性极高，在「制造简易」及「使用安全」等方面均已明显优于传统的液态或胶体电解质超级电容。在制程方面，本发明因未使用液态或胶态电解质，故厂房设备等投资均较低、制程亦较简单。在环保工安方面，本发明因采用固态高分子电解质，故制程中较少有毒物或化学废弃物产生(制程环保)、且产品不易燃、不易爆(产品安全)。综合上述，此种具有改良式碳质电极的全固态高分子电解质超级电容在性能、成本、及环保工安等方面均有其优点，深具发展潜力。兹将本发明与传统超级电容的比较说明于下，如表二所示。

表二、本发明与传统超级电容的比较

本发明超级电容的组件结构如图2所示，其系包括超级电容、引脚、改良式碳质电极，其中该改良式碳质电极可以是高导电性且高比表面积的碳织物，并且在碳织物的纤维表面涂布活性物质、以及全固态高分子电解质。其中该引脚可与该改良式碳质电极的至少一部分连结，如图2所示。该引脚亦可以层迭或三明治的方式，与该改良式碳质电极连结，如图3所示。以下就改良式碳质电极及全固态高分子电解质分别加以说明：