專利名稱：陰極消隱非惰性陽極超級贗電容的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容器。
背景技術(shù)：
公知的超級電容器(又稱雙電層電解電容器)，是利用不容性(惰性)陽極的耐電 離特性吸附水合陰離子，從而在陽極表面形成特有的雙電層。這層壁壘不是基于電介質(zhì)隔 離，而是正負電場間載荷粒子背靠背地親和，其距離僅有數(shù)埃(1A=40_1 ° m )。故相當(dāng)于極 間距極小的等效平行板電容器。由于陽極材料多選用孔隙多、表面積很大的惰性稀有昂貴 金屬及其氧化物陶瓷(形穩(wěn)陽極)甚至添加了活性炭，故電容量奇大(參見《電子元器件選 用大全》崔體人主編浙江科學(xué)技術(shù)出版社1998年版)。但因電解質(zhì)溶液在陰、陽兩極均參 與電化學(xué)反應(yīng)，充電時有析氫、析氧等氣體析出現(xiàn)象(放電時陰極析氧尤為嚴(yán)重)發(fā)生，且 陽極不斷有電子輸注。故電極電位很低，輸出功率也較小。其成本卻極高。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服公知的電容器陽極析氣現(xiàn)象發(fā)生、陽極不斷有電子輸注、故電極電位很 低、輸出功率也較小、其成本卻極高的缺陷，本發(fā)明提供一種陰極消隱非惰性陽極超級贗電 容，該超級贗電容無陽極析氣現(xiàn)象發(fā)生和電子輸注，輸出功率較大，成本較低。本發(fā)明的技術(shù)方案是該電容器包括外殼，本體位于外殼內(nèi)，陽極集流體位于本體 內(nèi)，陽極集流體內(nèi)側(cè)被覆有非晶硅層作為陽極工作面，陽極工作面上再沉積有多孔石墨反 型層，電解液加注在本體內(nèi)陽極集流體和陰極集流體之間，陰極集流體位于本體內(nèi)中心位 置，壓線板嵌在本體上端，外殼上端封裝有封頭，疏氣散熱塞設(shè)置在封頭上，封頭上的陽極 樁和陰極樁通過壓線板分別與陽極集流體和陰極集流體相連。本發(fā)明的陰極集流體和陽極集流體緊貼著本體內(nèi)部的插槽嵌入，用環(huán)氧樹脂固 封，確保陽極集流體不與電解液接觸。注入過飽和電解質(zhì)濃溶液，適量混入緩沖劑并充分攪 拌，再適度添加乙二醇抗凍液作穩(wěn)定劑以改善低溫使用性能。塞緊濾氣分子塞用環(huán)氧樹脂 溜邊密封。在填料腔中裝入抗振、保溫填料，嵌入壓線板，覆蓋硅膠吸附劑，壓實封頭，旋裝 陰、陽極樁。用電阻焊或膨脹螺栓(適用鋼結(jié)構(gòu)外殼)封裝在外殼中。本發(fā)明用雙陽極結(jié)構(gòu)拓展陽極面積，壓縮極間距離。利用在陽極集流體均勻被覆 薄層不容性致密介質(zhì)作為工作面，來抑制陽極參與電極反應(yīng)而抬升陽極電位。主要是以充 電時電離滲析、放電時電解的本體為中心的結(jié)構(gòu)。故陽極集流體和陰極集流體均無活性，僅 陽極工作面和陰極集流體浸在電解液中，而陽極集流面不與電解液接觸，故能有效防止陽 極溶解。含有抗凍液的過飽和電解質(zhì)溶液，加注在陰陽兩極圍成的反應(yīng)槽中。濾氣分子塞 貼近液面安裝。塞緊后用環(huán)氧樹脂溜邊密封，故能保證任意取向均無滲漏。填料腔中充填 抗振、保溫泡沫塑料作襯里，以確保陽極工作面免受振動也使電解液有足夠的溫度維持其 電化學(xué)活性。嵌入式壓線板可確保匯流排與集流體電接觸良好，并有利于快速組裝。氣室 內(nèi)覆蓋硅膠吸附填充劑可有效限止水分及氨氣流失及自由流動，以極度壓縮氣室空間，兼
3可充做臨時的佇液池，更利于氨與水被再循環(huán)利用。封頭上的疏氣散熱塞，是為防止氣室內(nèi) 壓力過高而設(shè)置的安全裝置(設(shè)置數(shù)量至少為1個)，兼起通風(fēng)降溫雙重作用，其通道孔徑 不得小于3毫米。壓實封頭，置入自復(fù)溫控保險，旋裝陰、陽極端子。用電阻焊或膨脹螺栓 (適用于鋼結(jié)構(gòu)外殼)封裝在防護外殼中。陽極集流體的工作面是在高純度的金屬銅上，用輝光放電氣相沉積法被覆的一層 厚約Ium添加五價施主元素(或采用熱中子嬗變技術(shù)攙雜)的重攙雜N型含氫或含氟非晶 硅，使形成結(jié)面積極大的肖特基勢壘。攙雜量(如低攙雜量IxlO12原子/cm3約6ΚΩ，6χ1012 原子/cm3約IK Ω，一般要求阻值宜盡量小)視勢壘層耐壓需求酌情掌握。為極度拓展陽極 表面積，可再其上再被覆一層多孔石墨反型層。安裝時勿使陽極集流面接觸電解液。作為換能媒介，電解質(zhì)溶液是唯一的化學(xué)活性物質(zhì)。為抑制產(chǎn)氣、增進循環(huán)、自動 調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液酸堿度、防止電極熱腐蝕，優(yōu)先選用硫酸銅氨(分子量約228)濃溶液，必要 時添加少量硅酸作緩沖劑以中和過充時析氫所造成的堿基過剩，混合適量抗凍液乙二醇以 改善低溫使用性能，并防止低溫環(huán)境下電解液結(jié)冰膨脹。電解液是過飽和溶液，電解質(zhì)的用 量很大，須留出足夠的熱貯備。本發(fā)明陰、陽極集流體均無活性且均可選用普通導(dǎo)電有色金屬銅或鋁(陽極不可 用銀，因銀離子會隨同電子發(fā)生遷移)。陽極工作面是用氣相淀積法被覆的一層不容性致 密介質(zhì)，陰極電子則與水合金屬陽離子中和消隱。其儲能方式以化學(xué)儲存為主，輔以靜電存 儲，從而高度融合了靜電電容器與化學(xué)二次電池的優(yōu)勢。本發(fā)明充分抑制陽極上的電化學(xué)反應(yīng)來顯著抬升陽極電位，從而獲得超常電容 量。巧妙而有效地避免了陽極析氧所造成的電能損失和去極化影響，同時也極度限止了陰 極析氫，并始終保持電解液呈中性，故耐過充能力較強。本發(fā)明電容器電動勢較高(類似于傳統(tǒng)靜電電容器)。并突破了極板間有效正對 面積及極間距離對電容量制約的瓶頸，有效使用容量大。無取向、免維護。充電迅速，放電 平穩(wěn)。本發(fā)明的優(yōu)點安全抗暴可參照化學(xué)二次電池標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。單體電動勢高，避免了 串聯(lián)使用所造成的容量折損。自身放電極少，荷電貯存時間明顯延長，資源利用率高。充電 迅速，放電平穩(wěn)，充放循環(huán)次數(shù)多，電極幾無損耗，使用壽命長，伴隨設(shè)備終生。沒有電位記 憶現(xiàn)象，無容量損耗之濾。長期欠電亦不致?lián)p壞，防過充措施完善，散熱條件較好。生產(chǎn)及 使用過程中無毒、害煙塵氣體排放，無重金屬污染。工藝設(shè)備簡單，原材料充足，生產(chǎn)成本低 廉、周期短。采取在陽極上淀積電子絕緣的不容性致密介質(zhì)作為工作面，以充分抑制陽極反 應(yīng)。因而能更有效地阻隔水合陰離子，根本上杜絕了陽極損耗，并易集結(jié)雙電層，顯著抬升 陽極電位。水合金屬陽離子則在陰極表面吸收電子而消隱。故陰、陽極集流體均無活性且 均可選用普通導(dǎo)電有色金屬銅或鋁。即改善了荷電貯存性，又降低了生產(chǎn)成本。無陽極析 氣現(xiàn)象發(fā)生和電子輸注，輸出功率較大，成本較低。主要作為地面公路車輛的牽引電源，野 外作業(yè)的動力電源，再生能源的儲存電源，各類應(yīng)急、備用電源，以及特殊使用場合的貯備 電源等。
圖1是本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2圖1中的本體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的A-A剖視圖。圖4是圖1中的壓線板結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4的B-B剖視圖。圖中1.陰極樁、2.氣室、3.疏氣散熱塞、4.壓線板、5.陽極樁、6.封頭、7.濾氣分 子塞、8.陽極工作面、9.陽極集流體、10.本體、11.填料腔、12.自復(fù)溫控保險、13.陰極集 流體、14.反應(yīng)槽、15.外殼、16.陽極插槽、17.陰極插槽、18.陰極過液梁、19.陽極匯流排、 20.通氣散熱窗、21.陰極匯流排。
具體實施例方式在圖1中，本體10位于外殼15內(nèi)，陽極集流體9位于本體10內(nèi)，陽極集流體9內(nèi) 側(cè)被覆有非晶硅層作為陽極工作面8，電解液加注在本體10內(nèi)陽極集流體9和陰極集流體 13之間，電解液為過飽和硫酸銅氨電解液或氰化銅電解液。陰極集流體13位于本體10內(nèi) 中心位置，壓線板4嵌在本體10上端，外殼15上端封裝有封頭6，疏氣散熱塞3設(shè)置在封頭 6上，封頭6上的陽極樁5和陰極樁1通過壓線板4分別與陽極集流體9和陰極集流體13 相連。本體20及壓線板4可用熱固性工程塑料ABS注塑成型。注制壓線板4時將陽極 匯流排19和陰極匯流排21 —體注入注塑成型。匯流排材料選用高純度的金屬銅，成型后 表面鍍銀以減小接觸電阻，鍍層厚度不小于0. 5毫米。壓線板4上預(yù)留通氣散熱窗20，隔著 硅膠吸附層籍疏氣散熱塞3與外界溝通。其外圍的防護外殼15及封頭6可根據(jù)不同的防 護等級要求而選擇復(fù)合材料或適用的鋼材制作。封頭6上的陰極端子1內(nèi)藏自復(fù)溫控保險 12，用于防止過電流充電和外部短路，也便于檢修時更換。封頭6上還設(shè)置至少1個疏氣散 熱塞3用于泄放溢出過盛的蒸汽和或氨氣。氣室2用硅膠吸附劑充填，以截留氨氣與水蒸汽。工作原理充電時，外電場將陽極集流體9中的自由電子轉(zhuǎn)運到陰極集流體13上。具有化學(xué) 活性的電解質(zhì)溶液被電離(用于解釋氰化物及無氰絡(luò)合劑溶液)水解，水合離子紛紛向兩 極遷移。水合銅離子的活性較水合氫離子及水合銨根離子低，接受電子能力強，在陰極獲得 電子被還原成單質(zhì)析出，吸附在陰極表面。電解液的化學(xué)能(活性)轉(zhuǎn)嫁至陰極儲存。因 肖特基勢壘二極管加正向偏置，勢壘阻擋層變薄直至耗盡而持續(xù)導(dǎo)通，同時，阻擋層逐漸向 液面漂移并逐步累積，與電解液中水合陰離子共同建立新的反向偏置的反型層，使陽極集 流體與水合陰離子保持若即若離的微妙關(guān)系。陽極集流體銅中的自由電子受靜電力排斥便 源源不斷地被轉(zhuǎn)運至陰極消隱，陽極電位穩(wěn)步升高。受陽極工作面半導(dǎo)體材料阻隔，水合陰 離子無法穿越，又不能被還原(較集流面基底金屬更難于失去電子)，就在陽極區(qū)富集成為 贗陰極。從而在電解液與陽極工作面界面處形成贗電容儲存靜電能。電極反應(yīng)所產(chǎn)生的熱 能(電解熱)使電解液升溫溶解度增大而動用熱貯備，以提供更多的水合陰離子。放電時，贗電容上的水合陰離子試圖繞道循外電路達陽極與之發(fā)生電中和，在電 場力驅(qū)動下達陰極被阻隔。陰極上的銅被氧化成銅離子給出電子后進入電解液，重新結(jié)合成銅氨絡(luò)離子，將儲存的化學(xué)能退還給電解液。給出的電子循外電路達陽極，在負載上釋放 復(fù)合能(電能)。與本發(fā)明相關(guān)的電化學(xué)反應(yīng)方程式
Cu(NH3)4S04 + 4H20 魈 Cu| + (NH4)2S04 + 2NH3 H20 + 20H-
1~S042"+ 2NH4+ | (NH4)2S04 + 2H20 鐘 2NH3.H20 + SO, + 2H+ 2NH3-H20水溶性電解液中惰性陽極氣相分析惰性陽極在水溶性電解液中工作時析氣與否，主要取決于陽極集流體基底面積及 極間距離(包括模擬極距)。如在電冶金中，為了將流動著的電解液中金屬離子解離出來， 常使用惰性導(dǎo)體做陽極。與惰性陽極相連的較活波金屬導(dǎo)體雖然也易失去電子，但因與電 解液的接觸面積極小，陽極反應(yīng)中則主要表現(xiàn)為水合陰離子失去電子而被還原，故析氣現(xiàn) 象明顯。而此實施例中，因基底活波金屬的有效面積很大，且模擬極距又極小(僅有數(shù)埃)， 故陽極失電子現(xiàn)象占絕對優(yōu)勢，陽極電位也較高。電解液的氫耗分析使用硫酸銅做電解液的電容器體積相對較小，但工作時會伴隨大量的氫氣析出。 游離態(tài)的氫很“調(diào)皮”，會到處亂竄，還很危險。嚴(yán)重時將導(dǎo)致電解液水分大量流失，內(nèi)阻增 大。甚至于發(fā)生爆炸！理論上，充電時因水合銅離子的活度比氫低，易得電子，在陰極電滲析。隨著充電 的深入，電解液中水合銅離子濃度逐漸降低。過充時陰極就會析氫。實際上，充電開始進行時就同時伴隨氫氣的析出。隨著充電的深入，陰極氣泡逐漸 密集繼而轉(zhuǎn)為較大的氣泡，隨后便會沸騰。由于氫氣的溢出，破壞了水的電離平衡，溶液的 PH值升高，而使電解液略顯堿性。而熱的堿液其腐蝕性則不容忽視！結(jié)論若使用氰化物(或其它無氰絡(luò)合劑)電液，情況將明顯好轉(zhuǎn)。因氰化物的電離度 總是很小，電極反應(yīng)不致過于劇烈。氫氰酸的酸性又很微弱，即使溫度很高，其腐蝕性也不 大。這對保護電極、保證容量至關(guān)重要。雖說使用含氰電液有損職業(yè)道德，確仍不失為可行 的方案。倘論無氰電液，當(dāng)首推硫酸銅氨。因銅氨絡(luò)離子的電離度也很小，中心離子銅被還 原后的剩留物為硫酸銨與氨水(確切地講應(yīng)為水合硫酸根與一水合氨，呈中性稍偏堿)，并 釋放兩個堿基，而硫酸銨的水解產(chǎn)物則顯酸性，剛好與之中和。即限制了析氫，又解決了熱 腐蝕，這對保持水分及快速充電極為有利，但大電流過充時也會大量析氫。唯一缺憾就是硫 酸銅氨的分子量較大(約228)，如50安時(A h)的電容器差不多要用掉500克(約2克 當(dāng)量)電解質(zhì)，單位容量電解質(zhì)的用量較多。而硫酸銅的分子量僅為160，約為硫酸銅氨的 2/3用量。充放電過程中的電解液循環(huán)1.氨循環(huán)過飽和硫酸銅氨溶液電解時，銅元素析出后溶液中的剩留物為硫酸銨、 氨水和堿基。過充時，硫酸銨溶液電解生成水合硫酸根、水合銨根及水合氫離子與堿基并部 分結(jié)合成氨水而顯酸性。水合銨離子在陰極得電子被還原析出氫氣并欲溢出氨氣。鑒于氨氣溶解度極大，常溫時1體積水約可溶解700體積氨氣。氨氣溶解于水產(chǎn)生負壓并結(jié)成一 水合氨，分解后釋放堿基，既而與酸根化合還原成硫酸銨，完成氨循環(huán)，故始終維持電解液 呈中性。這對保持水分及快速充電極為有利，既特別耐過充。另外，隨著電解液溫度升高， 部分氨氣從溶液中溢出，透過濾氣分子塞并為硅膠吸附劑吸附，與水蒸氣相遇再結(jié)合成氨 水。通過疏氣散熱塞吸入外界含有微量水汽的冷空氣得以冷卻，而不會吮吸電解液，卻反被 電解液的高滲透壓及負壓拉回。2.水循環(huán)充電時電流通過電解質(zhì)溶液使其溫度升高，伴隨液面蒸發(fā)會產(chǎn)生大量的 水蒸汽。蒸汽穿過濾氣分子塞并為硅膠吸附劑吸附。蒸汽壓過高時，少部分經(jīng)疏氣散熱塞 溢出，其余則冷卻液化，并在滲透壓作用下被拉回電解液完成水循環(huán)。但液態(tài)的水分子在表 面張力及電解液負壓(由氨氣溶解時產(chǎn)生)作用下，不會通過濾氣分子塞流失。3.銅離子循環(huán)充電時，硫酸銅氨水溶液電離出少量中心銅離子，并在陰極獲得電 子而發(fā)生電沉積。銅氨絡(luò)離子的電離平衡被打破，并不斷有單質(zhì)銅在陰極析出，而將電解液 化學(xué)活性轉(zhuǎn)嫁致陰極儲存。鑒于陰極滲析的銅元素其金屬活動性位于氫之后，比較靠后，給 出電子的能力低?？蛰d時比氫及水合銨根離子難于電離，顯惰性，故亦起延緩自身放電作 用。放電時，陰極上的單質(zhì)銅被氧化成二價水合銅離子而不斷地溶解進入電解液，將儲存的 化學(xué)能退還給電解液而重新結(jié)合成銅氨絡(luò)離子，從而實現(xiàn)銅離子循環(huán)。4.水合陰離子循環(huán)充電時，水合陰離子遷移至陽極。因肖特基勢壘二極管處于正 向偏置，使阻擋層變薄而有利于維持小的極間距。受半導(dǎo)體材料阻隔水合陰離子不能穿越， 卻可通過其剝奪陽極集流體銅中的自由電子，并經(jīng)外電場轉(zhuǎn)運至陰極使其成為干荷陽離 子。陽極電位升高，而水合陰離子自身則不參與電化學(xué)反應(yīng)且更不會析氧。因而在電解液 與陽極工作面界面處形成贗電容儲存靜電能。放電時，贗陰極上的水合陰離子試圖繞道循 外電路達陽極與之發(fā)生電中和，在電場力驅(qū)動下達陰極被阻隔。陰極上的銅被氧化成銅離 子給出電子后進入電解液，重新結(jié)合成銅氨絡(luò)離子。而水合陰離子自身也不參與電極反應(yīng)， 只是在陰、陽兩極間進行著電遷移。電極極化與電位分析充電時，陽極上自由電子的轉(zhuǎn)運速度明顯大于在陰極上與銅離子的消隱速度。導(dǎo) 致陰極電子過?，F(xiàn)象，使陰極發(fā)生極化。這種極化既有電化學(xué)極化因素，也有濃度極化因素 存在。陰極上的電子過剩，形成反電動勢而阻止充電電流，導(dǎo)致端電位攀升。所以充電期間， 陰、陽極間的電位差會明顯高于正常工作電壓，而且愈臨近充電終了差值愈大。設(shè)計自動恒 流充電機時，可根據(jù)這一現(xiàn)象選擇比較運算放大器的充電終止參考電位。放電時，陰極電子轉(zhuǎn)運的速度同樣也高于贗陰極陰離子的遷移速度。使陰極去極 化速度高于極化速度，陰極電位略有下降。導(dǎo)致陰、陽極間電位差略有下降。隨著放電深度 增加，這種現(xiàn)象愈加突出。此外，兩極間端壓還與負載大小密切相關(guān)。負載越大，端壓下降 越明顯。推薦使用的地面公路車輛電源管理辦法本發(fā)明電容器輸出的端壓較高，容量也很大。譬如一塊48伏(V) 5000安時(A *h) 的明電容器，要在6分鐘內(nèi)充足電，5000 (A) X60 (分)/6 = 50000 (A) 48 (V) X50000 (A) ^ 2500000 (W)就須要 50000 安培的充電電流！和2500千瓦的充電設(shè)備！這的確不太現(xiàn)實，更不可能做到。若采用化整為零的辦法，更貼合實際，也容易的多。推薦措施1.統(tǒng)一定額就是要求電源生產(chǎn)廠家和車輛生產(chǎn)廠家協(xié)商，做到統(tǒng)一規(guī)格、統(tǒng)一尺 寸和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。譬如，地面輕型電車系列統(tǒng)一配用48伏(V) 100安時(A*h)的電容器。容 量上的差別僅取決于容放電容器數(shù)量的多與少。通過車輛內(nèi)部的自動切換電路，秩序切換 使用電源。2.計價管理車輛充電，也和燃油車加油類似。只充乏電源，需充幾塊客戶自行做主。又如，每塊48伏(V) 100安時(A*h)的電容器，每次充電只需6分鐘。而3塊電 容器同時充電，也僅只要6分鐘。充幾塊電容器付幾塊的錢。迅速、安全，有條不紊，秩序井 然。3.故障排除出現(xiàn)有故障電容器，只損失容量而不影響工作。如使用中發(fā)現(xiàn)電源故 障，僅需剔除或更換故障電容器即可排除。單體電池的電動勢與容量的關(guān)系電池的容量與放電電流密切相關(guān)。放電電流密度愈小，損耗愈低。在內(nèi)阻不變的 情況下，其視在儲量等于電池電動勢與放電電流密度及放電時間的乘積。保持一定的放電 功率，電池的電動勢越高，則放電電流就越小，損耗也越少。其放出的能量也就愈接近視在 儲量。根據(jù)法拉第電解定律，電極上每生成(或消耗)1克當(dāng)量的任何物質(zhì)，所需(或產(chǎn)生) 的電量為96520庫侖，約合26. 8安時。那么，對于3塊2伏特20安時的電池所攜帶的電 量，就和1塊6伏特60安時電池的體積也相當(dāng)。若將前者串聯(lián)起來并保持10安培的電流 密度，同樣以60伏安的功率放電。前者僅能維持放電2小時，而后者則可持續(xù)放電6小時 之久。由此可見，單體電池的電動勢抬升后，在電池的體積和所攜帶的電量相同的情況下， 實際放出的容量要高出許多。之所以出現(xiàn)所述情況，實因有效容量能得以充分釋放。因此， 提高單體電池的電動勢，是擴充電池容量最為簡捷而有效的途徑。商用24安時試樣電容器二次設(shè)計實施方案1.結(jié)構(gòu)設(shè)計①安全策略因電容器的抗外部暴力能力較差，諸如不能耐受擠壓、沖(撞)擊、穿 刺等強外力損傷。尤其對外力穿刺造成的內(nèi)部短路極為敏感，陽極工作面的附著層又極怕 振動。所以，外殼防護極為重要。由于策劃結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇以防護外殼做保護，反而使安全 防護變的極為容易。故遭受外力意外損傷的破壞性試驗，僅須單純針對防護外殼進行即可， 而不必做成品試驗。但震蕩耐受性試驗必須用成品來完成。②設(shè)計原則對于要求3小時率放電容量不低于24安時的電容器，擬儲備容量約 2. 8安時。根據(jù)法拉第電解定律，僅需1克當(dāng)量的電解質(zhì)完全參與電化學(xué)反應(yīng)即可滿足設(shè)計 要求。1克當(dāng)量的硫酸銅氨重約228克，再追加15%的電解質(zhì)作必要的熱貯備，取整數(shù)250 克。因為電解液使用的是過飽和溶液，而硫酸銅氨的溶解度又是個變量，不必去管它，約莫 用85%的藥品按濃度40%時的溶解度配比添加蒸餾水即可。使用溫度按-20 40°C即可 滿足一般要求，故電解液中還須添加占水容量約20%的乙二醇制劑。至于膨脹劑，由于鐵離 子等有害雜質(zhì)元素含量較高，暫不考慮使用。刨去電極板所占體積，合計求得電解液總?cè)萘?約為500毫升，即可作為電容器反應(yīng)槽容積的設(shè)計依據(jù)。
③設(shè)計方案24安時電容器規(guī)格見表1-1電容器本體壁厚取2. 5±°_2mm，底部厚度2±°_2mm，材質(zhì)選用耐高溫?zé)峁绦怨こ趟芰?ABS注塑成型。防護外殼壁厚4±°_2mm，材質(zhì)ABS復(fù)合材料。加強類型炭纖維和或聚酰胺纖維 增強網(wǎng)。正負極端子材質(zhì)直徑不小于8毫米的紫銅質(zhì)螺栓。壓線板厚度6±°_2mm，材質(zhì)ABS， 外部尺寸長143±°_5mm，寬89±°_5mm。封頭材料ABS復(fù)合材料，安裝尺寸高度18±°_2mm，搭接 深度6±°_2讓，搭接處壁厚2. 5±0'2mm,邊壁厚度10±°_2讓，上壁厚度4±°_2mm，氣室高度8±°_2讓。 外殼封裝形式環(huán)氧樹脂粘接，經(jīng)室溫加壓固化24小時穩(wěn)定。抗振、保溫填料材質(zhì)包裝用 泡沫塑料，其外形規(guī)格見表1-2。裝配類型動配合，組裝尺寸見表1-3。④設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)額定端壓48伏(工作電壓48伏)，充電器直流電壓52伏，充電電流 250安培，電流密度1.5A/Cm2。最少充電時間(min)彡6分鐘。允許使用48伏鉛酸蓄電池 直流60伏特充電器充電(工作電壓56伏)。3小時率額定容量C3 ^ 24安時，3小時率額 定放電電流I3 ^ 8安培，額定工作環(huán)境溫度-20 40°C。外殼材料ABS工程塑料加增強纖 維。⑤設(shè)計要求適用電動道路車輛用鉛酸蓄電池國家標(biāo)準(zhǔn)。充電終止電壓高于51 伏，允許耐受過充電時間大于4分鐘。充放電接受能力甲級。放電終止電壓及充放循環(huán)次 數(shù)不作特別要求，允許零荷電貯存。清潔干燥室溫環(huán)境荷電年損失電量不大于5%。根據(jù)可靠性設(shè)計要求，對于有抗外力損壞要求的，防護外殼的安全系數(shù)應(yīng)乘以9。 使用材質(zhì)可選擇適用鋼材。
2.原材料收集與原料制備
①電極制備陽極材料與半導(dǎo)體廠商協(xié)商定制。陰極材料自備2mm厚純鋁板或?qū)?流排，按所需尺寸下料。表面電鍍純銅，鍍層厚度0. 5mm，頂邊電鍍0. 5mm純銀，上銑床銑去 多余部位鍍層備用。②粘接劑材料配方0164環(huán)氧樹脂100g，669活性稀釋劑6g，三乙烯四胺4g，650 聚酰胺6g，甲苯lg，使用前配制。溢出的粘劑可用棉紗蘸乙醇擦試。室溫加壓24小時固化。 ③電解液的配制炮制電解質(zhì)(1)在通風(fēng)廚中，用純銅棒不斷攪拌蒸發(fā)皿中被加 熱的高純度濃(98%)硫酸，制得高純度硫酸銅。緩慢加注蒸餾水稀釋并攪拌。往液體中 滴入新配制的濃氨水并攪拌，至PH值近中性。蒸發(fā)焙干后即得高純度硫酸銅氨。(2)用五 水硫酸銅(廉價的低純度農(nóng)藥用膽礬)加自來水配制硫酸銅(雜質(zhì)含量較高的混合物)溶 液，加入適量氫氧化鋁或氫氧化鈉并攪拌，靜置5 10分鐘，過濾后得到氫氧化銅(含有多 量的氫氧化鎂和氫氧化鈣等雜質(zhì))沉淀物。用蒸餾水反復(fù)沖洗除去酸根，然后將沉淀物溶 于市售28%的分析純氨水中，進一步反應(yīng)制得氫氧化銅氨。反復(fù)過濾濾除沉淀物，再在濾液 中加入純硫酸的稀溶液(濃度約50%)充分反應(yīng)后(至PH值呈中性)即可得到高純度的 硫酸銅氨溶液。配制電解液按表1-1所示配比，在大燒杯中混合并攪拌，制成電解質(zhì)溶液備用。 若化工商店有高純度(分析純)硫酸銅氨出售，則可在當(dāng)?shù)蒯t(yī)藥公司購置藥用濃氨水配制。④分子塞制備準(zhǔn)備足量的斜發(fā)沸石并碎成粉末，取沸石粉末200g，加聚四氟乙烯 分散劑(液)25g，用泡花堿液和勻使成塑材，在坯模中壓制成生坯，然后以氨水飽和熱蒸汽 流吹定型，即可得孔徑略大于3A的透氣不漏液的濾氣分子塞。若材料缺乏，則可與魚具商協(xié) 商定制。⑤250A自復(fù)溫控保險與生產(chǎn)商協(xié)商定制。⑥注塑容器及配件注塑件可與當(dāng)?shù)刈⑺苌虆f(xié)商定制。⑦其他端子可自制或定制加工。自動充電機可與相關(guān)廠商協(xié)商定制。⑦制備硅膠吸附劑往泡花堿溶液里加入鹽酸，生成硅酸的沉淀。取出沉淀物在圓 底燒瓶中減壓加熱至300°C蒸發(fā)(排汽蒸發(fā))，即得網(wǎng)狀多孔的硅膠。其主要成分為約含 4%水的二氧化硅。泡花堿的純度按照膠體蓄電池用泡花堿原料純度要求。3.成品抽樣檢驗適用電動道路車輛用鉛酸蓄電池國家標(biāo)準(zhǔn)。
①禁止過電流充電。任何情況放電電流決不允許大于1/3額定充電電流。②嚴(yán)防電流通過人體，以免觸電。③組裝時，高度方向上的誤差宜盡量減小，以保證電接觸可靠。其余部位若裝配間 隙過大，可灌注環(huán)氧樹脂粘劑予以消除。④電容器本體內(nèi)的陽極插槽宜取動配合，以免裝配過緊而損壞陽極。陰極插槽則 可取過渡配合以盡量縮小偏差。⑤電動道路車輛用鉛酸蓄電池國家標(biāo)準(zhǔn)參見(《蓄電池行業(yè)商務(wù)年鑒》2006 2007)。⑥電解質(zhì)炮制方法(1)較簡單，但因有大量二氧化硫排放污染大氣，故宜選方法 ⑵。
權(quán)利要求
一種陰極消隱非惰性陽極超級贗電容，該電容器包括外殼，本體位于外殼內(nèi)，陽極集流體位于本體內(nèi)，電解液加注在本體內(nèi)陽極集流體和陰極集流體之間，其特征是陽極集流體內(nèi)側(cè)被覆有非晶硅層作為陽極工作面，陽極工作面上再沉積有多孔石墨反型層，陰極集流體位于本體內(nèi)中心位置，壓線板嵌在本體上端，外殼上端封裝有封頭，疏氣散熱塞設(shè)置在封頭上，封頭上的陽極樁和陰極樁通過壓線板分別與陽極集流體和陰極集流體相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陰極消隱非惰性陽極超級贗電容，該電容器包括外殼，本體位于外殼內(nèi)，陽極集流體位于本體內(nèi)，陽極集流體內(nèi)側(cè)被覆有非晶硅層作為陽極工作面，陽極工作面上再沉積有多孔石墨反型層，電解液加注在本體內(nèi)陽極集流體和陰極集流體之間，陰極集流體位于本體內(nèi)中心位置，壓線板嵌在本體上端，外殼上端封裝有封頭，疏氣散熱塞設(shè)置在封頭上，封頭上的陽極樁和陰極樁通過壓線板分別與陽極集流體和陰極集流體相連。能更有效地阻隔水合陰離子，根本上杜絕了陽極損耗。無陽極析氣現(xiàn)象發(fā)生，輸出功率較大，成本較低。主要作為地面公路車輛的牽引電源，野外作業(yè)的動力電源，再生能源的儲存電源，各類應(yīng)急、備用電源。
文檔編號H01G9/12GK101894683SQ20101021122
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者王慶生 申請人:王慶剛