一种高温储能器件及其高温额定电压的测定方法技术

本发明专利技术提供了一种高温储能器件及其高温额定电压的测定方法，该高温储能器件的极片由含碳集流体、耐高温长链型聚合物粘接剂和富介孔碳材料组成，所述富介孔碳材料通过耐高温长链型聚合物粘接剂固定在含碳集流体上；该超高温储能器件的隔膜为耐高温芳杂环聚合物隔膜；电解液为离子液体电解液；该超高温储能器件的稳定工作电压范围在0‑5V；其稳定工作的温度区间为‑40℃到350℃。其高温额定电压的测定方法，通过循环伏安曲线测试副反应电位，预测电化学窗口；并通过恒流充放电循环来最终确定额定电压，循环1000圈容量衰减20％的最高电压为额定电压。所述高温储能器件的离子液体电解液无毒、不燃烧，高温电化学性质稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种高温储能器件及其高温额定电压的测定方法
本专利技术涉及一种高温储能器件及其高温额定电压的测定方法，属于电化学领域。
技术介绍
伴随着我国在航空、航天、石油和天然气钻井、军工领域的飞速发展，研发新型的储能器件在极端环境下稳定长期运行变得日趋紧迫，储能器件以其比铅酸电池和普通锂电池更宽的工作温度区间，成为了最有可能的候选者。超级电容等物理级储能器件具有快速充放电特性，功率密度是普通电池的几十倍甚至几百倍。另外，其循环寿命长，充放电循环次数可达100000次，是普通电池的几百倍甚至几千倍。然而商用的储能器件存在高温下安全性差和容量衰减大的弱点，限制了其在极端环境特别是高热环境下的使用。并且商用有机系电容器的电解液沸点低、分解电压低、有毒性，存在较大的安全和环保隐患，无法在大于60℃下稳定运行，造成使用不便。如何进一步升级材料体系，开发能够在高热环境下稳定运行的高温储能器件，是储能器件研发与产业发展中亟待解决的关键问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上的不足，提供一种安全、环保、高能量密度、高温储能器件及其制造方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种高温储能器件，其特征在于：该高温储能器件的极片由含碳集流体、耐高温长链型聚合物粘接剂和富介孔碳材料组成，所述富介孔碳材料通过耐高温长链型聚合物粘接剂固定在含碳集流体上；该超高温储能器件的隔膜为耐高温芳杂环聚合物隔膜；该超高温储能器件的电解液为离子液体电解液；该超高温储能器件的稳定工作电压范围在0-5V；其稳定工作的温度区间为-40℃到350℃。进一步的，所述含碳集流体为内部或表面有导电碳的集流体。进一步的，所述富介孔碳材料BET比表面积在2000-3000m2/g，其大微孔和介孔的孔容占总孔容的80％以上，孔径集中分布在1-5nm，其平均孔径在2-3nm。进一步的，所述耐高温长链型粘接剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯酸类耐高温高压粘接剂。进一步的，所述耐高温芳杂环聚合物隔膜为聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚苯醚等耐高温芳杂环聚合物制备的多孔隔膜。进一步的，所述离子液体电解液为咪唑类、吡啶类、吡咯烷类、季铵类、吗啉类、哌啶类的一种或多种的混合离子液体电解液。所述高温储能器件的高温额定电压的测定方法，其特征在于：将富介孔碳材料、耐高温长链型粘接剂和导电剂按照75-90％：3-15％：3-15％的质量比混合制备浆料或干法极片；将浆料或干法极片涂覆或压覆在含碳集流体上，干燥并压实制成极片；采用离子液体电解液、耐高温芳杂环聚合物隔膜做成储能器件；高温储能器件在大于60℃温度下，通过循环伏安曲线测试副反应电位，预测电化学窗口；并通过恒流充放电循环来最终确定额定电压，循环1000圈容量衰减20％的最高电压为额定电压。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术提供的高温储能器件的稳定工作电压范围在0-5V，其稳定工作的温度区间为-40—350℃，且离子液体电解液无毒、无污染、不燃烧，采用的耐高温芳杂环聚合物高温电化学性质稳定，不分解，安全可靠，是真正意义上的实用型高温储能器件。附图说明图1实例1中的储能器件在90℃下的循环伏安曲线。图2实例1中的储能器件在90℃下的充放电曲线。图3实例1中的储能器件在90℃下循环10000圈的性能。图4实例1中的储能器件在180℃下的循环伏安曲线。图5实例2中的储能器件在180℃下的充放电曲线。图6实例2中的储能器件在180℃下循环1000圈的性能。图7实例3中的储能器件在220℃下的充放电曲线。图8实例4中的储能器件在300℃下循环1000圈的性能。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本专利技术的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。该电容器可以在0-5V下稳定工作，而且，该电容器的稳定工作温度区间为-40—350℃，再次，该电容器在针刺、挤压、高温、坠落等一系列极端条件下不会燃烧爆炸，且电解液无毒、无污染，是真正意义上的安全、环保、高能量密度、高温储能器件。该高温储能器件的极片由含碳集流体、耐高温长链型聚合物粘接剂和富介孔碳材料组成，所述富介孔碳材料通过耐高温长链型聚合物粘接剂固定在含碳集流体上。该高温储能器件的隔膜为耐高温芳杂环聚合物隔膜；该高温储能器件的电解液为离子液体电解液。该含碳集流体为内部或表面有高导电碳的集流体。高导电碳经过高温渗碳或低温覆碳的方法将集流体保护住，防止在充放电的过程中，离子液体电解液在电化学条件下对集流体的表面产生腐蚀。含碳集流体起到降低电容器内阻的作用。该富介孔碳材料是一种分级多孔三维结构的碳材料，富介孔碳材料BET比表面积在2000-3000m2/g，其大微孔和介孔的孔容占总孔容的80％以上，且孔径集中分布在1-5nm，其平均孔径在2-3nm。该富介孔碳材料通过富介孔碳材料通过耐高温长链型聚合物粘接剂固定在含碳集流体上，该耐高温长链型聚合物粘接剂为聚四氟乙烯、聚丙烯酸类粘接剂。该粘接剂的胶粒应足够大，大于50nm，以避免堵塞富介孔碳材料的孔道，且耐高压和高温。该耐高温芳杂环聚合物隔膜为聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚苯醚等耐高温芳杂环聚合物制备的多孔隔膜。该离子液体电解液为咪唑类、吡啶类、吡咯烷类、季铵类、吗啉类、哌啶类的一种或多种的混合离子液体电解液。其分解电压可达10V，化学稳定的温度可达400℃，凝固温度最低可达-90℃。所述的高温储能器件的额定电压随温度的升高递减，其特征在于：当环境温度大于60℃时，高温储能器件的额定电压是可变的，温度越高，高电压下的漏电流越大，高电压高温下，会增加副反应发生的可能性。高温储能器件的额定电压随温度的升高递减。大于60℃的高温下，额定电压的确定需要结合高温循环伏安曲线和高温恒流充放电循环数据来共同确定。首先需要通过循环伏安曲线测试副反应电位，预测电化学窗口，并通过恒流充放电循环来最终确定额定电压，循环1000圈容量衰减20％的最高电压为额定电压。下面结合具体实施例对所述的高温额定电压的测定方法做进一步的说明：实施例1富介孔碳材料、聚丙烯酸(PAA)和导电炭黑按照80:10:10的质量比混合制备干法极片，将该极片粘覆在涂炭铝箔上，干燥并压实制成极片。采用EMIMBF4作为电解液，采用聚醚醚酮薄膜为隔膜，做成软包电容器。该电容器在90℃下和0-4V下，测试所得到的循环伏安曲线如图1所示，根据循环伏安曲线，副反应峰发生在3.5V以后，充放电电压窗口定为0-3.5V，充放电曲线如图2所示，该电容器的比容量为160F/g，循环10000圈容量衰减20％，如图3所示，额定电压为3.5V。实施例2富介孔碳材料、聚四氟乙烯(PTFE)和导电炭黑按照85:10:5的质量比混合干法极片，将该极片粘覆在石墨烯纸上，干燥并压实制成极片。采用EMIMBF4+BMIMBF4作为电解液，采用聚苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温储能器件，其特征在于：该高温储能器件的极片由含碳集流体、耐高温长链型聚合物粘接剂和大微孔碳材料组成，所述大微孔碳材料通过耐高温长链型聚合物粘接剂固定在含碳集流体上；该超高温储能器件的隔膜为耐高温芳杂环聚合物隔膜；该超高温储能器件的电解液为离子液体电解液；该超高温储能器件的稳定工作电压范围在0‑5V；其稳定工作的温度区间为‑40℃到350℃。

【技术特征摘要】
1.一种高温储能器件，其特征在于：该高温储能器件的极片由含碳集流体、耐高温长链型聚合物粘接剂和大微孔碳材料组成，所述大微孔碳材料通过耐高温长链型聚合物粘接剂固定在含碳集流体上；该超高温储能器件的隔膜为耐高温芳杂环聚合物隔膜；该超高温储能器件的电解液为离子液体电解液；该超高温储能器件的稳定工作电压范围在0-5V；其稳定工作的温度区间为-40℃到350℃。2.根据权利要求1所述的高温储能器件，其特征在于：所述含碳集流体为内部或表面有导电碳的集流体。3.根据权利要求1所述的高温储能器件，其特征在于：所述大微孔碳材料BET比表面积在2000-3000m2/g，其大微孔和介孔的孔容占总孔容的80％以上，孔径集中分布在1-5nm，其平均孔径在2-3nm。4.根据权利要求1所述的高温储能器件，其特征在于：所述耐高温长链型粘接剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯酸类耐高温高压粘接...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海涛，高宏权，陈德，杨建红，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32