一種雙電層電容器儲能結構的製作方法
2024-02-21 05:27:15 1
專利名稱：一種雙電層電容器儲能結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雙電層電容器儲能結構，尤其涉及一種電動叉車用雙電層電容器儲能結構，屬於電氣器件技術領域。
背景技術：
目前，市場用Li離子、NiMH、蓄電池等新型電池可以提供一個可靠的能量儲存方案，並且已經在很多領域中廣泛使用。但是，眾所周知，化學電池是通過電化學反應，產生法拉第電荷轉移來儲存電荷的，使用壽命較短，並且受溫度影響較大，容易短路，這也同樣是採用鉛酸電池(蓄電池)的設計者所面臨的困難；還含有大量的鉛、鎘等重金屬，汙染環境。 同時，大電流會直接影響這些電池的壽命，因此，對於要求長壽命、高可靠性的某些應用，這些基於化學反應的電池存在著種種不足。
發明內容為了解決上述存在的問題，本實用新型為一種雙電層電容器儲能結構，尤其涉及一種電動叉車用雙電層電容器儲能結構。雙電層電容器俗稱超級電容器，它是一介於物理電源和化學電源間的新型綠色儲能能源，因其具有優越的性能而在現代科技中得到廣泛應用。電動叉車中的儲能源所要求的性能指標1、放電性能比能量，比功率，放電效率；2、充電性能充電效率，充電時間；3、壽命循環使用次數，總放電量，使用時間；4、維護保養自放電，補水，均衡充電；5、環境再循環利用，汙染物的廢棄，爆炸火災，工作溫度；6、成本製造成本，維護成本，再循環利用成本。就電動叉車配置而言，比能量是首要的技術條件，因為它約束了車輛的行程。另一方面，對於混合動力電動叉車，則比能量的重要性較次，而比功率成為首要的技術條件，這是因為所有的能量來自於能源(發動機或燃料電池)，且為保證車輛制動期間的性能，需要足夠的功率。本實用新型公開了一種雙電層電容器儲能結構，其特徵在於，所述雙電層電容器在固體和液體不同相態時接觸，在接觸面上，正負電荷為相對排列，形成電雙層的結構；所述的雙電層電容器沒有電介質；所述的雙電層結構的比容量為8-12uF/cm3 ；所述的雙電層電容器是由多個單體電容201組成；所述的單體電容201還包括集電體(202、205)、電極(203、206)、隔離層204 ；所述的集電體(202、205)位於所述單體電容201的最外層；所述電極203、206)位於所述集電體(202,205)內側；所述電極(203,206)夾有隔離層204 ；所述隔離層204的材質為活性炭；[0019]所述的隔離層204還包括活性炭孔205 ；所述的活性炭孔205平均孔徑1. 15nm ；總孔容積1. 13cm3/g。一般情況下電容器是在兩個相對電極之間用電介質隔開而構成的，例如在鋁電解電容器中採用了鋁氧化臘，在鉭電解電容器中採用了鉭氧化膜，作為各自的電介質。同一般的電容器相比，超級電容沒有電介質，而是利用所謂的電雙層結構取代其實現電解質的機能。當固體和液體這兩個不同相態接觸的時候，在接觸的界面上，正負電荷為相對排列，形成電雙層的結構。超級電容就是利用了這個原理，其模型的表示如圖1所
7J\ ο由於界面中形成的電雙層結構的比容量一般都為數十uF/cm2，所以超級電容的比表面積很大，導電率也很高，即使在電解液中，電化學性質穩定的活性炭也作為電極材料被廣泛的採用。由於超級電容在充放電時伴隨著離子的移動，而且是直流電，因此適合在低頻率下工作。為了防止由電極的接觸引起的短路，兩活性炭電極間有隔離層，同時將兩個集電體面對面置於活性炭電極外側就構成了單體電容，而它基本上是不分極性的。超級電容是通過電極上正負電荷的物理性的吸咐和脫落而進行充放電操作，它同利用氧化還原反應進行充放電的蓄電池相比較，有以下的特點1、由於在充放電的時候不發生化學反應，因此使大量電流快速充放電成為可能；2、充放電操作可在高的溫度範圍內穩定進行；3、即使短路也不會發生故障；4、使用壽命長；5、不含鉛、鎘等重金屬，較為環保。超級電容根據採用的電解液的不同，可以被分為有機物電解質超級電容和水基溶液電解質超級電容，其中有機物電解質超級電容的單體電壓是很高的。電容中被儲存的電能公式為E(J = W · s)可以表示為=E = (1/2) CV2其中，電容電壓為V，電容容量為C。因此，從比能量這點上來看，有機物電解質超級電容是非常優越的，但是，其電解液的成本卻相對較高。圖3，超級電容的電容量介於鋁電解電容器和化學蓄電池之間，然而對蓄電池的利用仍是主要的。同鋁電解電容器相比，由於超級電容小型且容量大，所以在錄像機、傳真、電話、電阻器等的電源斷時，或者在攝影機、立體聲耳機等的主電源更換電池的時候，利用其作為備用電源使用。圖4，當叉車制動時，發動機城制動中仍有運轉過程。為了使能源快速回收，一般用蓄電池來回收它，但由於頻繁的快速充電降低了蓄電池的使用壽命。而使用雙電層電容器幾乎能夠將能源近乎100%地快速回收，然後再向負載及電池輸送電能，以實現能源的有效利用。同時，由於雙電層電容器具較大的放電功率，因此在叉車起動和加速過程中可使蓄電池的壽命延長，並使組數減少，從而減輕車體自身重量。雙電層電容器靜電容量是同體積普通電容器的IO5-IO6倍[2]，與二次電池相比，它具有容量大、充放電速度快、循環壽命長、功率密度高、漏電流小、電壓保持性能好、充放電過程簡單以及循環壽命長，製造成本低。可以廣泛應用於電動叉車、電動汽車、動車組等眾多車業。
圖1是由充放電引起的電雙層結構的變化；圖2是單體電容截面圖；圖3是超級電容的電容量；圖4是電動叉車在叉車能源再生系統中的應用圖。
具體實施方式
按照本實用新型的技術方案，開發一種雙電層電容器儲能結構，該雙電層電容器在固體和液體不同相態時接觸，在接觸面上，正負電荷為相對排列，形成電雙層的結構；該雙電層電容器沒有電介質；該雙電層結構的比容量為8-12uF/cm3 ；該雙電層電容器是由多個單體電容(201)組成；該單體電容(201)還包括集電體(202、205)、電極(203、206)、隔離層(204)；該集電體(202、205)位於所述單體電容(201)的最外層；所述電極(203、206)位於所述集電體(202,205)內側；所述電極(203,206)夾有隔離層(204)；該隔離層(204)的材質為活性炭；該隔離層(204)還包括活性炭孔(205)；該活性炭孔(205)平均孔徑1. 15nm ；總孔容積1. 13cm3/g。
權利要求1.一種雙電層電容器儲能結構，其特徵在於，所述雙電層電容器在固體和液體不同相態時接觸，在接觸面上，正負電荷為相對排列，形成電雙層的結構，所述的雙電層電容器沒有電介質，所述的雙電層結構的比容量為8-12uF/Cm3，所述的雙電層電容器是由多個單體電容(201)組成，所述的單體電容(201)還包括集電體(202、205)、電極(203、206)、隔離層 (204)。
2.根據權利要求1所述的雙電層電容器儲能結構，其特徵在於，所述的集電體(202、 205)位於所述單體電容(201)的最外層；所述電極(203、206)位於所述集電體(202、205) 內側；所述電極(203,206)夾有隔離層(204)。
3.根據權利要求1所述的雙電層電容器儲能結構，其特徵在於，所述隔離層(204)的材質為活性炭；所述的隔離層(204)還包括活性炭孔(205)。
4.根據權利要求1所述的雙電層電容器儲能結構，其特徵在於，所述的活性炭孔(205) 平均孔徑1. 15nm ；總孔容積1. 13cm3/g。
專利摘要本實用新型涉及一種雙電層電容器儲能結構，尤其涉及一種電動叉車用雙電層電容器儲能結構。雙電層電容器俗稱超級電容器，它是一介於物理電源和化學電源間的新型綠色儲能能源，所述雙電層電容器在固體和液體不同相態時接觸，在接觸面上，正負電荷為相對排列，形成電雙層的結構；所述的雙電層電容器沒有電介質。本實用新型由於在充放電的時候不發生化學反應，因此使大量電流快速充放電成為可能；充放電操作可在高的溫度範圍內穩定進行；即使短路也不會發生故障；使用壽命長；不含鉛、鎘等重金屬，較為環保等優點。
文檔編號H01G9/02GK202025655SQ20102015319
公開日2011年11月2日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者吳金賢, 潘呈, 王剛 申請人:杭州浙力叉車集團有限公司