用于高溫應(yīng)用的能量存儲(chǔ)設(shè)備制造技術(shù)

一種用于高溫應(yīng)用的能量存儲(chǔ)設(shè)備，尤其是超級(jí)電容器，具有支撐由贗電容材料改性或摻雜的碳質(zhì)基體的集電器元件，所述贗電容材料包括一種或多種過渡金屬二硫?qū)僭鼗?、過渡金屬氧化物及其混合物，碳質(zhì)基體與非水性電解質(zhì)組合物接觸，其中除了雙電層機(jī)理以外，還可以利用感應(yīng)機(jī)理作為儲(chǔ)能原理。用感應(yīng)機(jī)理作為儲(chǔ)能原理。用感應(yīng)機(jī)理作為儲(chǔ)能原理。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于高溫應(yīng)用的能量存儲(chǔ)設(shè)備
[0001]本申請(qǐng)為2019年4月16日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?01980026716.X且專利技術(shù)名稱為“用于高溫應(yīng)用的能量存儲(chǔ)設(shè)備”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。


[0002]本公開涉及一種用于在需要電能的裝置中使用的設(shè)備，特別地公開的設(shè)備可以作為用于在極端環(huán)境條件下使用的能量存儲(chǔ)設(shè)備使用。還公開了可以用于這種設(shè)備的電解質(zhì)組合物。

技術(shù)介紹

[0003]在許多
中顯然需要緊湊的能量存儲(chǔ)器。由于現(xiàn)在要求許多設(shè)備能夠獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行，因此在電荷存儲(chǔ)設(shè)備的研究方面已經(jīng)做出了很大的努力。
[0004]諸如“硬幣”或“紐扣”大小的電池的設(shè)備具有有限的能量值，并且使用壽命相對(duì)較短?？梢允褂酶蟮碾姵貑卧此^的“蓄電池”，其能夠輸出更多的電能或延長(zhǎng)使用壽命，但是只能在不會(huì)導(dǎo)致部件材料(如電池或蓄電池功能所需的液體電解質(zhì))分解的條件下使用。
[0005]存儲(chǔ)電荷的設(shè)備的另一種形式是電容器，其保持靜電電荷，該電容器可以選擇性地快速放電以完成有限的工作，例如，以激活門鎖或觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)。
[0006]盡管電池和電容器都具有相反極性的電極以與外部電路連接，但在內(nèi)部它們卻以不同的原理操作。電池通常在電池內(nèi)的電極與電解質(zhì)之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，電池會(huì)釋放出電能。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)接近完成時(shí)，電池將不再能夠提供足夠的電能，并被視為已耗盡。
[0007]相反，電容器具有在間隔開的導(dǎo)電板之間的內(nèi)部非導(dǎo)體或介電材料，并且可以在介電材料上建立高靜電荷。
[0008]因此，與這兩種類型的設(shè)備相比，可以說，當(dāng)前技術(shù)水平的電池傾向于緩慢充電，能夠在有限的保質(zhì)期內(nèi)保持電荷，并且可以在預(yù)期的時(shí)間范圍內(nèi)傳遞可預(yù)測(cè)水平的電能。相反，電容器可以被重復(fù)快速地充電，并且在放電時(shí)機(jī)可以在瞬時(shí)時(shí)間段內(nèi)傳遞強(qiáng)烈的能量爆發(fā)。因此，這些類型的電能存儲(chǔ)設(shè)備趨于遵循不同的開發(fā)路徑，但是出于某些目的已經(jīng)考慮了混合裝置。
[0009]本公開的主題的一個(gè)目的是提供一種在寬范圍的操作條件下(包括常溫和常壓，例如在室溫下)提供有用的操作特性和有利的特性的電能存儲(chǔ)設(shè)備。
[0010]本公開的主題的另一個(gè)目的是提供一種電能存儲(chǔ)設(shè)備，其可用于可能暴露在諸如在地下環(huán)境中遇到的極端溫度和壓力條件的裝置或設(shè)備中。
[0011]本公開的主題的另一個(gè)目的是提供一種可以用于電能存儲(chǔ)設(shè)備中的電解質(zhì)組合物。
[0012]在該領(lǐng)域中已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)暴露于超過100℃的溫度時(shí)，典型的電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備受到電解質(zhì)和隔板的熱誘導(dǎo)降解的限制。幾種可商購(gòu)的設(shè)備包含液體電解質(zhì)(通常是具
有低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑)。因此，目前，用于這種設(shè)備的商業(yè)上允許的最高溫度設(shè)定為85℃。當(dāng)前，在本領(lǐng)域中將50℃至100℃之間的溫度范圍視為“高溫”暴露。
[0013]期望獲得一種電化學(xué)能量存儲(chǔ)設(shè)備，其也可以在超過當(dāng)前“高溫”曲線的條件下操作，例如期望甚至達(dá)到200℃或更高。
[0014]本公開涉及電容器類型的設(shè)備的開發(fā)，該設(shè)備在本領(lǐng)域中通常被稱為“超級(jí)電容器(supercapacitor)”或“超電容器(ultracapacitor)”。超級(jí)電容器本身是已知的。超級(jí)電容器與基本電容器的不同之處在于，電容器具有被絕緣體隔開的導(dǎo)電金屬板，而超級(jí)電容器還對(duì)導(dǎo)電金屬板進(jìn)行了改性，并且將這些板浸入電解質(zhì)中以作為電極。而且，在電極和電解質(zhì)之間的邊界中形成了電荷雙層。超級(jí)電容器中的每個(gè)導(dǎo)電金屬板都涂覆有具有比板本身大的表面積的多孔材料，例如會(huì)增加在給定施加電壓下可存儲(chǔ)在超級(jí)電容器中的電荷的量(電容)的活性炭。
[0015]以下文檔可以提供有助于理解本公開背景的信息：
[0016](1)US 8,760,851 B2；(2)US 2012/0156528 A1；(3)US 2013/0342962 A1；
[0017](4)WO 2013/067540 A1；(5)US 2014/057164 A1；(6)CN 2013/10570159；
[0018](7)CN 2015/10821905。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0019]在本公開中，描述了尤其用于高溫應(yīng)用的能量存儲(chǔ)設(shè)備，其包括支撐由贗電容材料改性或摻雜的碳質(zhì)基體的集電器元件，該碳質(zhì)基體與非水性電解質(zhì)組合物接觸，其中提出了除了雙電層機(jī)理以外，還可以利用感應(yīng)機(jī)理作為儲(chǔ)能原理。碳質(zhì)基體可以由一種或多種選自硫?qū)僭鼗?chalcogenide)、氧化物及其混合物的過渡金屬(M
t
)化合物改性或摻雜。該設(shè)備可以包括過渡金屬二硫?qū)僭鼗?，并且任選地還包括過渡金屬氧化物。改性的或摻雜的碳質(zhì)基體用作活性材料，使得能夠滿足預(yù)期用途的關(guān)鍵功能要求。活性材料可以包括以下描述的材料。
[0020]過渡金屬(M
t
)可以選自元素周期表的第3至12族，在一些實(shí)施方案中，例如，可以是選自鋁(Al)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉬(Mo)、鈀(Pa)、銀(Ag)、鎘(Cd)、鎢(W)的一種或多種過渡金屬，優(yōu)選基于在氧化物[M
t
O
x
](其中x對(duì)應(yīng)于金屬M(fèi)的可用化合價(jià))或硫?qū)僭鼗镄问絒M
t
X
c2
]時(shí)表現(xiàn)出的半導(dǎo)體性質(zhì)來選擇。
[0021]硫?qū)僭?X
c
)，例如可以選自硫(S)、硒(Se)或碲(Te)，其中硫可以最大的豐度方便地獲得。
[0022]二硫?qū)僭鼗颷M
t
X
c2
]，例如可以選自單獨(dú)或以其各種組合的MoS2、MoSe2、WS2、WSe2、TeS2、TeSe2。以下是目前可能的用于該目的的部件材料：?jiǎn)为?dú)或以各種組合的TiS2、TaS2、ZrS2、Bi2S3、Bi2Se3、Bi2Te3、MoSe2、TaSe2、NbSe2、MoTe2、NiTe2、BiTe2、GeS2、GeSe2、GeTe、ZnS、ZnSe、EuSe、Ag2S、Ag2Se、Ag2Te、FeS2、Fe7S8、Fe3S4、FeSe2、Fe3Se4、β
?
FeSe
x
、In2S3、SnS、SnS2、SnSe、SnTe、CuS、Cu2S、Cu2?
xSe、Sb2S3、Sb2Te3、MnS、MnSe、CoS2、CoS3、CoTe、NiS、NiSe、NiTe、VS2。
[0023]集電器元件可以包括金屬部件，其任選地支撐在諸如塑料、玻璃或陶瓷的其他材料上，并且可以通過電導(dǎo)體元件連接到其他部件以形成用于充電或放電目的的電路的一部
分，其中該電路可以包括：電源或發(fā)電機(jī)。集電器元件可以被稱為復(fù)合正極和復(fù)合負(fù)極。金屬部件可以以各種物理形式構(gòu)造，任選地以柔性形式構(gòu)造，例如網(wǎng)、箔、泡沫、海綿、片、渦管、板、線圈、棒等，改性或摻雜的碳質(zhì)基體組合物已被施加至其上，例如作為導(dǎo)電粘附層或連續(xù)涂層。
[0024]可以通過諸如表面改性本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種能量存儲(chǔ)設(shè)備，包括集電器元件，每個(gè)所述集電器元件包括至少一個(gè)覆蓋有活性材料的表面，所述活性材料具有石墨烯基體和聚合物粘合劑，所述聚合物粘合劑是基于非水加工的粘合劑并且能夠承受高達(dá)200℃的溫度而無降解，所述石墨烯基體由過渡金屬二硫?qū)僭鼗锔男曰驌诫s，所述過渡金屬二硫?qū)僭鼗锇ㄒ环N或多種過渡金屬化合物，所述設(shè)備填充有非水性電解質(zhì)組合物，使得所述石墨烯基體與所述非水性電解質(zhì)組合物接觸，所述非水性電解質(zhì)組合物包括在選自高沸騰溫度溶劑和離子液體的液體介質(zhì)中的陽(yáng)離子和陰離子，選擇的所述高沸騰溫度溶劑在正常大氣壓和至少150℃的溫度下才經(jīng)歷到氣態(tài)的變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述非水性電解質(zhì)組合物包括一種或多種選自有機(jī)鹽類和無機(jī)鹽類的鹽。3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述非水性電解質(zhì)組合物包括至少一種季銨鹽。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述非水性電解質(zhì)組合物包括至少一種選自四丁基銨、1
?
乙基3
?
甲基咪唑鎓、1
?
丁基
?
3甲基咪唑鎓、1
?
(3
?
氰丙基)
?3?
甲基咪唑鎓、1,2
?
二甲基
?3?
丙基咪唑鎓、1,3
?
雙(3
?
氰丙基)咪唑鎓、1,3
?
二乙氧基咪唑鎓、1
?
丁基
?1?
甲基哌啶鎓、1
?
丁基
?
2,3
?
二甲基咪唑鎓、1
?
丁基
?4?
甲基吡啶鎓、1
?
丁基吡啶鎓、1
?
癸基
?3?
甲基咪唑鎓、3
?
甲基
?1?
丙基吡啶鎓的陽(yáng)離子。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述非水性電解質(zhì)組合物包括至少一種選自乙基硫酸鹽、甲基硫酸鹽、硫氰酸鹽、乙酸鹽、氯化物、甲磺酸鹽、四氯鋁酸鹽、四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、三氟...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：安德里亞，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：艾尼股份公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：