宽温度范围超级电容器制造技术

公开了宽温度范围超级电容器，特别是公开了双电层电容器装置。所述装置可以适用于宽温度范围的工作。在一些情况中，所述电容器的特征在于包含掺有离子液体的聚合物基体的固态电解质。电解质。电解质。

【技术实现步骤摘要】
宽温度范围超级电容器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是申请日为2016年1月27日、申请号为201680018317.5、专利技术名称为“宽温度范围超级电容器”之申请的分案申请。
[0003]母案申请要求各自于2015年1月27日提交的美国临时申请第62/108,162号和第62/108,494号以及各自于2015年12月17日提交的美国临时申请第62/269,063号和第62/269,077号中的每一个的权益。本申请的内容还涉及2015年8月9日公开的国际公开第WO 201510271号。前述申请的公开内容通过引用并入本文。


[0004]本文中公开的专利技术涉及能量储存单元，并且具体地涉及用于提供在高温下可工作的双电层电容器的技术。

技术介绍

[0005]能量储存单元普遍存在于我们的社会中。虽然大多数人将能量储存单元简单地认为是“电池”，但是也可包括其他类型的单元。例如，最近，超级电容器因其有利的特性而备受关注。简言之，现今许多类型的能量储存单元是已知的并且在使用中。
[0006]一般而言，能量储存单元包括设置在壳体(例如容器(canister))内的能量储存介质。虽然金属容器可为单元提供坚固的物理保护，但是这样的容器通常是导电的并且导热的，并且可以与能量储存单元反应。通常，这样的反应在速率上随着环境温度的升高而提高。许多容器的电化学性质或其他性质可导致不良的初始性能，并且引起能量储存单元过早劣化，尤其是在升高的温度下。
[0007]事实上，多种因素造成能量储存系统在升高的温度下的性能劣化。因此，需要用于改进双电层电容器(EDLC)在升高的温度下的性能的方法和设备。优选地，所述方法和设备以最低成本得到改进的性能。
[0008]在升高的温度下负面影响EDLC性能的一个因素是在升高的温度下电解质的降解。在EDLC中使用多种电解质，但是在升高的温度下只有少数电解质足够稳定地用于高温能量储存单元。此外，可用的电解质通常在高于约200℃的温度下不能充分发挥作用。某些应用需要能够在超过约200℃的温度下工作的能量储存单元，例如地下钻井，例如石油勘探和地热井。此外，在某些苛刻的应用中，可用的电解质在高于约150℃的温度下不能充分发挥作用。因此，需要电解质以将高温能量储存单元(尤其是EDLC)的工作温度范围扩大到高于约200℃的温度。还期望的是能够在宽范围的温度内，例如低至非常低的温度，例如
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40℃或甚至
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110℃且更低下运行的电解质。
[0009]尽管在任何EDLC中通常需要防止电极之间的接触，但是隔离件经常向EDLC引入不期望的特性，例如污染和分解。然而，可用的EDLC不能在没有隔离件的情况下工作，以防止电极之间的接触，即短路。因此，将需要无隔离件的EDLC以改善EDLC的性质。
[0010]前述背景部分仅仅出于信息目的提供，并不构成承认其中包括的任何信息是本申
请的现有技术。

技术实现思路

[0011]在一方面中，公开了用于超级电容器的固态聚合物电解质。所述电解质包含离子液体和聚合物，并且可包含其他添加剂，其中使用固态电解质的超级电容器被配置成在约
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40℃至约250℃、275℃、300℃、350℃或更大的温度下输出电能。
[0012]在某些实施方案中，将其他添加剂与聚合物混合，例如，胶凝剂(例如，二氧化硅或硅酸盐)、其他无机或陶瓷粉末(例如，氧化铝、二氧化钛、氧化镁、铝硅酸盐、或钛酸盐如BaTiO3)、黏土(例如，膨润土或蒙脱石及其衍生物)、溶剂、其他聚合材料、增塑剂及其组合。
[0013]在另一方面中，公开了一种设备，其包括工作温度范围为
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110℃至80℃或其任何子范围的双电层电容器。
[0014]在一些实施方案中，所述电容器包含电解质，该电解质包含：盐；第一溶剂；和第二溶剂；其中第一溶剂的熔点大于第二溶剂的熔点；其中第一溶剂的介电常数大于第二溶剂的介电常数。
[0015]在一些实施方案中，所述电容器包括加压壳体，所述加压壳体包含电解质，该电解质包含：盐；第一溶剂，其中第一溶剂在0℃的温度和760mmHg的压力下是气体。
[0016]各个实施方案可以单独或以任何合适的组合包括本文提供的权利要求列表中的任何上述特征。
附图说明
[0017]技术人员将理解附图主要出于举例说明的目的，而非旨在限制本文所述的本专利技术主体的范围。附图无需按比例绘制；在一些情况下，本文所公开的本专利技术主题的不同方面在附图中可以扩大或放大示出以助于理解不同特征。在附图中，相同的附图标记通常是指相同特征(例如，功能相似和/或结构相似的元件)。
[0018]图1A示出了使用隔离件的示例性超级电容器的方面。
[0019]图1B示出了没有隔离件的示例性超级电容器的方面。
[0020]图2是描绘生长到基底上的多个碳纳米管(CNT)的框图。
[0021]图3是描绘将集流体沉积到图2的CNT上以提供电极元件的框图。
[0022]图4是描绘添加转移带至图3的电极元件的框图
[0023]图5是描绘转移过程期间的电极元件的框图。
[0024]图6是描绘转移之后的电极元件的框图。
[0025]图7是描绘由多个电极元件制造的示例性电极的框图。
[0026]图8描绘了可包括在示例性超级电容器中的阳离子的一级结构的实施方案。
[0027]图9示出了使用固态电解质的示例性超级电容器的方面。
[0028]图10示出了掺有离子液体的聚合物基体的电子显微图。
[0029]图11示出了纯化碳纳米管的电子显微图。
[0030]图12示出了示例性溶剂的表。
[0031]图13示出了示例性阴离子和阳离子的表。
[0032]图14A是示出示例性超级电容器性能的表的第一部分。
[0033]图14B是示出由图14A继续的示例性超级电容器性能的表的第二部分。
[0034]图15示出了用于运载火箭(launch vehicle)的级间分离的点火引发剂。
[0035]图16示出了图16的点火引发剂的脉冲功率工作。
具体实施方式
[0036]以下是与本专利技术方法和用于能量储存装置的设备的实施方案相关的各种概念的更详细描述。应理解，上述所介绍的以及以下更详细讨论的不同方面可以以任何多种方式来实现，因为所讨论的方面不限于任何具体实施方式。提供特定实施和应用的实例主要是为了举例说明的目的。
[0037]一般而言，当与现有技术装置相比时，所述电容器包括适于提供高功率密度和高能量密度的能量储存介质。所述电容器包括配置成确保在所述温度范围内工作的部件，并且包括同样额定为(rated for)所述温度范围的多种形式的电解质中的任何一种或更多种。结构、能量储存介质和电解质的组合得到在极端条件下提供稳健工作的能力。为了提供一些观点，现在介绍示例性实施方案的方面。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的固态电解质，包含：掺有离子液体的聚合物基体；以及其中使用所述电解质的超级电容器被配置成在整个工作温度范围内的温度下输出电能，其中所述工作温度范围包括0℃至250℃。2.根据权利要求1所述的电解质，其中所述工作温度范围包括0℃至275℃。3.根据任何前述权利要求所述的电解质，其中所述工作温度范围包括0℃至300℃。4.根据任何前述权利要求所述的电解质，其中所述工作温度范围包括0℃至310℃。5.根据任何前述权利要求所述的电解质，其中所述工作温度范围包括0℃至325℃。6.根据任何前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼科洛，
申请(专利权)人：快帽系统公司，
类型：发明
国别省市：