活性納米碳纖維(cnt)電極高能蓄電池的製作方法
2023-09-17 16:50:00 2
專利名稱：活性納米碳纖維(cnt)電極高能蓄電池的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電化學蓄電池技術領域，更明確地說是一種活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池。
背景技術：
自1860年Plante發明鉛蓄電池以來，人們主要在電化學範圍內開發研究，作出了不間斷的努力，技術上取得不斷的進步。
但是，已有的蓄電池仍有許多缺陷和不足。其中之一是充電時間過長，嚴重限制了蓄電池的實際應用。過去，因為極板的比表面積小，只能採用化學方法長時間充電，不能採用大電流充放電。否則，大電流充電時，極板易產生焦爾熱並用於分解水，降低其使用壽命，甚至造成熱失控，使電池變形、開裂而失效。大電流放電時，也伴隨有熱效應，易導致電壓降低，電池的容量也隨放電電流的增大而降低。已有的蓄電池的實際充電時間，最快也要30分鐘以上，慢則長達8小時以上。其中之二是比能量低，致使其重量太大，過於笨重，在使用中多有不便。這是電動車輛目前不能普及的主要原因之一。已有的鉛蓄電池的比能量一般只有30～40Wh/kg。這一缺點大大限制了其應用範圍的進一步擴大，大大降低了汽車、鐵路機車、客車、飛機、艦船、坦克等運動工具和設備的有效載荷和有效能耗。
本實用新型的目的，就在於克服上述缺點和不足，提供一種可以採用大電流充放電、可以大大縮短充電時間；比能量高，重量大大降低，從而帶來諸多方便，節能省電，應用範圍廣泛的活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池。
發明內容
為了達到上述目的，本實用新型活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池由電池槽、扣合在電池槽上的槽蓋、填充在電池槽中的電解液、安裝在電池槽中的正負極板及其隔膜、分別與正負極板連接並安裝在槽蓋外面的正負電極所構成。正極板由鋁板柵以及噴制粘合在其表面的活性納米碳纖維層構成，負極板由銅板柵以及噴制粘合在其表面的活性納米碳纖維層構成。
活性納米碳纖維本身具有量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應。它有極大的比表面積、極高的活性和孔隙率，散熱效率高，擴散速率大。即使通過很大的電流，也只有很小的電流密度。因此，由其製作的正、負極板可以通過很大的充放電電流而不產生焦爾熱，無熱效應伴隨。於是，大大縮短了充電時間。本實用新型採用物理方法大電流快速充電，採用化學方法長時間小電流低電壓慢速放電，恰到好處。
活性納米碳纖維層的活性納米碳纖維直徑為20～80nm，其長度為200～300nm。這一尺寸的活性納米碳纖維活性大，比表面積大，用於製作正、負極板效果最好。
每一組正負極板及其隔膜都具有使其成為大電容的小間距。等效於將這一大電容與電池並聯。隔膜由高絕緣強度的高分子無紡布製備，其尺寸與電池槽內部尺寸相同。這一結構同時具有法拉級電容的特性和大功率電池的特性，其等效電路相當於一個法拉級大電容和一個大功率電池並聯。
從對這一等效電路的分析可見瞬時間放電時，電容具有超前角，首先放電，可接受大電流放電的需要。長時間放電時，電池可慢速放電，解決長時間的特點。此時總的放電電流等於電容和電池放電電流之和。充電時，電容首先充電，可防止電流過大而爆炸。此時總的充電電流等於電容和電池充電電流之和，相當於外電路並聯多個吸收電容。
電池和電容兩個元件的工作電壓V相等，不會產生互相流動，起到互補作用。設電池的電流為I，則其功率E＝IV。設電容的容量為C，則其功率W＝1/2CV2。於是，總能量P＝E+W，實為兩元件之和。因此，其總能量大大超過電池或單個電容。整體重量大大減輕，比能量大大提高。
本實用新型的任務就是這樣完成的。
本實用新型提供了一種可以採用大電流充放電、可以大大縮短充電時間；比能量高，重量大大降低，從而帶來諸多方便，節能省電，應用範圍廣泛的活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池。這種電池結構提高了整體能量比，比能量可達300Wh/kg，功率可達1000W/kg以上。重量大為減輕，放電電流大大提高。本實用新型具有電容和電池兩種特性，大電容在8法拉級到3000法拉，電池容量從150mAH至200AH。電力電池可達20000AH，重量只有鉛蓄電池的1/11，體積只有其1/6，充電時間最快只有90秒。它可廣泛應用於工業設備、交通工具、國防武器等國民經濟的各個領域中。
圖1為本實用新型的正負極板的結構示意圖。
圖2為本實用新型的等效電路圖。
圖1所示，本實用新型的正負極板分別由鋁、銅板柵1以及噴制粘合在其表面的活性納米碳纖維層2所構成。活性納米碳纖維層2的活性納米碳纖維直徑為20～80nm，其長度為200～300nm。每一組正負極板及其隔膜都具有使其成為大電容的小間距。
圖2所示，本實用新型活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池3等效於一個電池E和一個大電容C並聯，其總能量P＝E+W。
具體實施方式
本實用新型的具體實施例如下實施例1.一種活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池。它由電池槽、槽蓋、電解液、正負極板及隔膜和正負電極構成。正極板由鋁板柵及活性納米碳纖維層構成，負極板由銅板柵及活性納米碳纖維層構成。活性納米碳纖維直徑為20nm，長度為290nm。每一組正負極板及其隔膜都具有使其成為大電容的小間距。等效於將這一大電容與電池並聯。隔膜由高絕緣強度的高分子無紡布製備，尺寸同電池槽內部尺寸。它可採用大電流充放電、充電時間縮短為過去的1/17。比能量高達過去的鉛蓄電池的8倍，重量大大降低。
實施例2.一種活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池，屬於蓄電池技術。它由電池槽、槽蓋、電解液、正負極板及隔膜和正負電極構成。正極板由鋁板柵及活性納米碳纖維層構成，負極板由銅板柵及活性納米碳纖維層構成。活性納米碳纖維直徑為80nm，長度為300nm。餘同實施例1。它可採用大電流充放電、充電時間縮短為過去的1/10。比能量高達過去的鉛蓄電池的7倍，重量大大降低。
實施例3.一種活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池，屬於蓄電池技術。它由電池槽、槽蓋、電解液、正負極板及隔膜和正負電極構成。正極板由鋁板柵及活性納米碳纖維層構成，負極板由銅板柵及活性納米碳纖維層構成。活性納米碳纖維直徑為60nm，長度為200nm。餘同實施例1。它可採用大電流充放電、充電時間縮短為過去的1/20。比能量高達過去的鉛蓄電池的10倍，重量大大降低。
實施例1～3可廣泛應用於工業設備、交通工具、國防武器等各個領域中。
權利要求1.一種活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池，它由電池槽、扣合在電池槽上的槽蓋、填充在電池槽中的電解液、安裝在電池槽中的正負極板及其隔膜、分別與正負極板連接並安裝在槽蓋外面的正負電極所構成，其特徵在於所說的正極板由鋁板柵以及噴制粘合在其表面的活性納米碳纖維層所構成，負極板由銅板柵以及噴制粘合在其表面的活性納米碳纖維層所構成。
2.按照權利要求1所述的活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池，其特徵在於所說的活性納米碳纖維層的活性納米碳纖維直徑為20～80nm，其長度為200～300nm。
3.按照權利要求1或2所述的活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池，其特徵在於所說的每一組正負極板及其隔膜都具有使其成為大電容的小間距。
4.按照權利要求1～3中每一個權利要求所述的活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池，其特徵在於所說的隔膜由高絕緣強度的高分子無紡布製備，其尺寸與電池槽內部尺寸相同。
專利摘要一種活性納米碳纖維(CNT)電極高能蓄電池，屬於蓄電池技術。它由電池槽、槽蓋、電解液、正負極板及隔膜和正負電極構成。正極板由鋁板柵及活性納米碳纖維層構成，負極板由銅板柵及活性納米碳纖維層構成。活性納米碳纖維直徑為20～80nm，長度為200～300nm。每一組正負極板及其隔膜都具有使其成為大電容的小間距。等效於將這一大電容與電池並聯。隔膜由高絕緣強度的高分子無紡布製備，尺寸同電池槽內部尺寸。它可採用大電流充放電、充電時間縮短為過去的1/10～1/20。比能量高達過去的鉛蓄電池的7～10倍，重量大大降低。它可廣泛應用於工業設備、交通工具、國防武器等各個領域中。
文檔編號H01M4/58GK2528116SQ02213330
公開日2002年12月25日 申請日期2002年3月15日 優先權日2002年3月15日
發明者牛錫賢 申請人:牛錫賢