一種離子儲能方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到儲能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到利用離子儲存電能的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]儲能技術(shù)發(fā)展很快，特別是電能儲存的技術(shù)發(fā)展更是突飛猛進(jìn)。電能儲存技術(shù)主要有電池儲能與電容儲能。電池儲能技術(shù)主要有鉛酸電池儲能、鎳氫電池儲能、鋰離子電池儲能、鈉硫電池儲能、液流電池儲能。電容儲能技術(shù)主要有固體電容與電解電容。電池儲能的儲能密度相對較高，可以達(dá)到幾百瓦時每公斤，但單體電池的電壓較低，通常電壓低于5伏，常常需要多個電池串聯(lián)才能滿足使用要求。多個電池串聯(lián)使用增加了電池的技術(shù)難度與使用風(fēng)險，同時也增加了成本。電容儲能可以做到高電壓，但電容的儲能密度較低，其儲能密度比電池儲能密度差了不止一個數(shù)量級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種離子儲能方法及裝置，其儲能密度可以與電池儲能密度相當(dāng)，甚至超過電池儲能密度，其單體電壓可以比單體電池的電壓高幾個數(shù)量級。本發(fā)明主要是利用陰陽離子作為荷電粒子在正負(fù)極電解液中體相分布來提升介電層兩側(cè)正負(fù)極的荷電粒子密度，從而提升離子儲能裝置的儲能密度。本發(fā)明主要由正極、負(fù)極、介電層及外殼組成，正極與負(fù)極由介電層隔離開，外殼包覆并保護(hù)正極、負(fù)極與介電層。所述正極主要由正極集流體、正極涂覆層、正極電解液組成。所述正極集流體可以是銅箔、鋁箔、鎳箔、不銹鋼箔等金屬箔帶，也可以是碳纖維薄膜、石墨薄膜等非金屬導(dǎo)電薄膜。所述正極涂覆層可以是活性炭涂覆層、納米碳纖維涂覆層、石墨烯涂覆層等高比表面積導(dǎo)電材料涂覆層，也可以是非導(dǎo)電納米基材鍍導(dǎo)電層的高比表面積導(dǎo)電復(fù)合材料。所述正極電解液可以是酸性電解液、堿性電解液、中性電解液等水基電解液，也可以是有機(jī)電解液、離子電解液等非水電解液。所述負(fù)極主要由負(fù)極集流體、負(fù)極涂覆層、負(fù)極電解液組成。所述負(fù)極集流體可以是銅箔、鋁箔、鎳箔、不銹鋼箔等金屬箔帶，也可以是碳纖維薄膜、石墨薄膜等非金屬導(dǎo)電薄膜。負(fù)極集流體可以是與正極集流體相同，也可以與正極集流體不同。所述負(fù)極涂覆層可以是活性炭涂覆層、納米碳纖維涂覆層、石墨烯涂覆層等高比表面積導(dǎo)電材料涂覆層，也可以是非導(dǎo)電納米基材鍍導(dǎo)電層的高比表面積導(dǎo)電復(fù)合材料。負(fù)極涂覆層可以是與正極涂覆層相同的材料，也可以是與正極涂覆層不同的材料。所述負(fù)極電解液可以是酸性電解液、堿性電解液、中性電解液等水基電解液，也可以是有機(jī)電解液、離子電解液等非水電解液。負(fù)極電解液與正極電解液完全隔離，負(fù)極電解液可以是與正極電解液成分相同，也可以是與正極電解液成分不同。所述介電層可以是聚酰胺、聚偏氟乙烯等有機(jī)介電層，也可以是鈦酸鈣、鈦酸鋇等無機(jī)介電層，還可以是混合鈦酸鈣的聚酰胺薄膜等復(fù)合材料介電層。在正負(fù)極與介電層之間還可以有隔膜，隔膜為電子絕緣離子導(dǎo)通的微孔薄膜，如鋰離子電池的隔膜材料、鎳氫電池電池的隔膜材料。介電層也可以有涂覆層，涂覆層材料為高比表面積的導(dǎo)電材料，如石墨稀、納米碳纖維、活性炭等。所述外殼可以是鋼殼、招殼等金屬外殼，也可以是PP、ABS等非金屬外殼，還可以是鋁塑膜等復(fù)合材料外殼。
[0004]本發(fā)明離子儲能裝置的結(jié)構(gòu)可以是層疊結(jié)構(gòu)，按照正極、介電層、負(fù)極、介電層、正極、介電層……負(fù)極，一層一層層疊;也可以是卷繞結(jié)構(gòu)，按正極、介電層、負(fù)極、介電層的次序?qū)盈B卷繞?；蛘甙凑照龢O、隔膜、介電層、隔膜、負(fù)極、介電層、正極、介電層……負(fù)極，一層一層層疊;也可以是卷繞結(jié)構(gòu)，按正極、隔膜、介電層、隔膜、負(fù)極、介電層的次序?qū)盈B卷繞。
[0005]本發(fā)明的工作原理主要是:充電時，正電荷通過正極集流體分布到正極涂覆層材料的表面，正極電解液的陰離子迀移到正極涂覆層材料的表面附近與正極涂覆層材料表面的正電荷形成雙電層，正極電解液的陽離子迀移到介電層的正極表面附近，形成陽離子層。負(fù)電荷通過負(fù)極集流體分布到負(fù)極涂覆層材料的表面，負(fù)極電解液的陽離子迀移到負(fù)極涂覆層材料的表面附近與負(fù)極涂覆層材料表面的負(fù)電荷形成雙電層，負(fù)極電解液的陰離子迀移到介電層的負(fù)極表面附近，形成陰離子層。介電層兩側(cè)的陰陽離子層可以保持較高的電勢差，離子儲能裝置可以有較高的開路電壓。放電時，分布到正極涂覆層材料表面的正電荷通過正極集流體對外釋放，正極涂覆層材料表面附近的正極電解液陰離子迀移回電解液中，正極涂覆層材料表面的雙電層消散，介電層正極表面附近的正極電解液陽離子迀移回電解液中，介電層正極的陽離子層消散。分布到負(fù)極涂覆層材料表面的負(fù)電荷通過負(fù)極集流體對外釋放，負(fù)極涂覆層材料表面附近的負(fù)極電解液陽離子迀移回電解液中，負(fù)極涂覆層材料表面的雙電層消散，介電層負(fù)極表面附近的負(fù)極電解液陰離子迀移回電解液中，介電層負(fù)極的陰離子層消散。
【附圖說明】
[0006]圖1是離子儲能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖1 一正極集流體、2—正極涂覆層、3—介電層、4 一負(fù)極涂覆層、5—負(fù)極集流體。
【具體實(shí)施方式】
[0007]實(shí)施例一
本發(fā)明主要由正極、負(fù)極、介電層及外殼組成，正極與負(fù)極由介電層隔離開，外殼包覆并保護(hù)正極、負(fù)極與介電層。所述正極主要由正極集流體、正極涂覆層、正極電解液組成。正極集流體為鋁箔，鋁箔厚度為10-40微米，正極涂覆層為活性炭涂覆層，涂覆層厚度為
0.1—3毫米，正極電解液為六氟磷酸鋰鹽的有機(jī)電解液，電解液為30%—100%飽和濃度電解液。所述負(fù)極主要由負(fù)極集流體、負(fù)極涂覆層、負(fù)極電解液組成。負(fù)極集流體為鋁箔，鋁箔厚度為10—40微米，負(fù)極涂覆層為活性炭涂覆層，涂覆層厚度為0.1—3毫米，負(fù)極電解液為六氟磷酸鋰的有機(jī)電解液，電解液為30%—100%飽和濃度的電解液。負(fù)極電解液與正極電解液完全隔離。所述介電層為添加鈦酸鈣的聚酰胺薄膜介電層。所述外殼為鋼殼。本發(fā)明的離子儲能裝置的結(jié)構(gòu)為層疊結(jié)構(gòu)，按照正極、介電層、負(fù)極、介電層、正極、介電層……負(fù)極，一層一層層疊。本發(fā)明的工作原理主要是:充電時，正電荷通過正極集流體鋁箔分布到正極涂覆層材料活性炭的表面，正極電解液的陰離子六氟磷酸根離子迀移到正極涂覆層材料的表面附近與正極涂覆層材料表面的正電荷形成雙電層，正極電解液的陽離子鋰離子迀移到復(fù)合聚酰胺介電層的正極表面附近，形成陽離子層。負(fù)電荷通過負(fù)極集流體鋁箔分布到負(fù)極涂覆層材料活性炭的表面，負(fù)極電解液的陽離子鋰離子迀移到負(fù)極涂覆層材料的表面附近與負(fù)極涂覆層材料表面的負(fù)電荷形成雙電層，負(fù)極電解液的陰離子六氟磷酸根離子迀移到聚酰胺介電層的負(fù)極表面附近，形成陰離子層。介電層兩側(cè)的陰陽離子層可以保持較高的電勢差，離子儲能裝置可以有較高的開路電壓。放電時，分布到正極涂覆層材料表面的正電荷通過正極集流體對外釋放，正極涂覆層材料表面附近的正極電解液陰離子迀移回電解液中，正極涂覆層材料表面的雙電層消散，介電層正極表面附近的正極電解液陽離子迀移回電解液中，介電層正極的陽離子層消散。分布到負(fù)極涂覆層材料表面的負(fù)電荷通過負(fù)極集流體對外釋放，負(fù)極涂覆層材料表面附近的負(fù)極電解液陽離子迀移回電解液中，負(fù)極涂覆層材料表面的雙電層消散，介電層負(fù)極表面附近的負(fù)極電解液的陰離子迀移回電解液中，介電層負(fù)極的陰離子層消散。
[0008]實(shí)施例二
本發(fā)明主要由正極、負(fù)極、介電層及外殼組成，正極與負(fù)極由介電層隔離開，外殼包覆并保護(hù)正極、負(fù)極與介電層。所述正極主要由正極集流體、正極涂覆層、正極電解液組成。正極集流體為鋁箔，鋁箔厚度為10-40微米，正極涂覆層為活性炭涂覆層，活性炭涂覆層厚度為O，1-3毫米，正極電解液為六氟磷酸鋰30%-100%飽和濃度的有機(jī)電解液。所述負(fù)極主要由負(fù)極集流體、負(fù)極涂覆層、負(fù)極電解液組成。負(fù)極集流體為不銹鋼箔，不銹鋼的厚度為10-50微米，負(fù)極涂覆層為活性炭涂覆層，性炭涂覆層厚度為0.1-3毫米，負(fù)極電解液為氯化鈉30%—100%飽和濃度的水溶液。負(fù)極電解液與正極電解液完全隔離。所述介電層為添加納米鈦酸鈣的聚酰胺薄膜介電