正在走向?qū)嵱玫娜腆w鋁超級電容動力電池

正在走向?qū)嵱玫娜腆w鋁超級電容動力電池一般人很難想象，鋁也能做成超級電容動力電池，就是國內(nèi)外的超級電容專家，很難認同會有鋁超級電容動力電池。只要你能了解本文后，你的想法應(yīng)該能改變。首先，必須修正超級電容動力電池的概念。通常的超級電容是指采用高比表面積炭黑電極和液體電解質(zhì)的電化學(xué)雙層電容器，其主要特征是：（1） 采用高比表面積炭黑作為正極：一般比表面積需達到1000?2000M2/g，電極表面沒有絕緣介電層。（2） 采用水溶液或有機液體電解質(zhì)：充電時，在炭黑正極和液體電解質(zhì)界面形成離子對電層。（3） 輸出電壓：2?3V（4） 電容值很大：做得好能達到5000F/kg由于輸出電壓很低，根據(jù)電容能量公式：Q=￡'CU2=0.5'SOOOFAg'3V"3V=22500（J）=0.00625^電水g100kg的電化學(xué)超級電容電池組也只能儲存0.6度電，這是一種儲存電能微乎其微的超級電容，所以只要輸出電壓只能2?3V,各種電化學(xué)超級電容器是根本不能成為動力電池的。超級電容器能成為動力電池的問題關(guān)鍵是：如何提高輸出電壓達到20~220V,最好是220V。我們的研究工作核心就是提高輸出電壓。如何提高輸出電壓？我們的研究是在鋁箔正極表面均勻涂覆一層高介電常數(shù)的有機絕緣介電層。這是國內(nèi)外空白的創(chuàng)新研究。主要的技術(shù)優(yōu)勢如下：（1） 介電常數(shù)很高：一般在20~30，比鋁電解電容器的A12O3氧化膜提咼$3倍。（2） 耐壓很高：一般10nm有機介電膜層能達到20~30V的輸出電壓。比Al2O3高10~15倍，一般A12O3的耐壓場強是769KV/mm,（3） 采用導(dǎo)電化合物EDOT聚合為固體負極，形成一個標(biāo)準(zhǔn)的平板電容：正極是鋁箔，負極是3,4-亞甲基二氧噻吩（EDOT）聚合得到的固體陰極，中間是一層介電常數(shù)20?30的絕緣介電層。鋁箔EDO碌合物陰極絕緣介電層鋁箔EDO碌合物陰極絕緣介電層（4）鋁箔的面積很大：一般低壓擴面后達到5?20M2/g。0.05mm的電子鋁箔，經(jīng)過低壓擴面，能實現(xiàn)500?1500倍的擴面，一般的電解電容器鋁箔交流低壓擴面，需要將鋁箔表面孔徑做到$1000nm，擴面倍率大概在60?200.。由于我們需要的最佳孔徑在40?100nm，低壓擴面提高表面積的潛力很大。5)儲存的電能很高：盡管全固體鋁超級電容動力電池的比電容遠低于電化學(xué)超級電容器，但由于輸出電壓大幅提高，預(yù)計一個200F/kg的全固體鋁超級電容動力電池的能量存儲如下：輸出電壓U：60V電容C： 200F/kgQ=-'CU2=0.5*200F/kg*60V^60V=360000(J)二CM度電/kg這是已經(jīng)很接近鋰電池的能量密度，但和鋰電池相比，全固體鋁超級電容動力電池具有無可比擬的強大優(yōu)勢：使用壽命超長：預(yù)計10年都不會損壞。大電流放電能力超強：能全面滿足汽車啟動等大電流放電的要求。很廉價：鋁是資源儲量超豐富的廉價金屬，由于電解電容器工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)電子鋁箔工業(yè)能提供大量廉價的電子鋁箔，預(yù)計全固體鋁超級電容動力電池的性價比接近傳統(tǒng)的鉛酸電池，遠遠比鋰電池廉價，為大規(guī)模動力電池的推廣時具有明顯的廉價優(yōu)勢。國內(nèi)外有很多文獻介紹：提高介電層介電常數(shù)的方法。主要是通過在Al2°3介電層中摻雜鈦等金屬離子的方法，這些都是很難實用的方法。我們的方法則是低壓擴面后的電子鋁箔，利用鋁箔表面生成的鋁羥基作為固定活性基團，固定一層高介電常數(shù)的有機絕緣介電層。具體的均勻固定方法和有機介電層的分子結(jié)構(gòu)是技術(shù)核心秘密，這是不會公開的。全固體鋁超級電容動力電池的實用化，面臨一系列有機化合物的低成本合成難題，依賴有機化學(xué)合成技術(shù)的突破。本人是有機合成專家，因此有靈感來設(shè)計合成一系列高介電常數(shù)的有機絕緣介電層。全固體鋁超級電容的另一個廣闊市場是電子工業(yè)的電容微型化。從目前的技術(shù)數(shù)據(jù)看，由于現(xiàn)在絕緣介電層還做不厚，只能在W60V的低壓電容領(lǐng)域應(yīng)用。由于比現(xiàn)有的鋁電解電容量提高了100?1000倍，也就是電子工業(yè)的鋁電解電容可以縮小很多倍，或許2000pF/16V的鋁電解電容可以做到米粒大小。這是一個有幾百億元/年的龐大市場。在低壓電容領(lǐng)域，電腦/手機等電子產(chǎn)品的高性能電解電容需求一直是在強勁增長。從2008年開始，電腦的主板上開始大量應(yīng)用鋁固體電解電容，一般在300?3000卩F/16?40V,就是采用導(dǎo)電化合物EDOT聚合的固體導(dǎo)電陰極替代電解液陰極。臺灣的凱美公司制造的鋁固體電解電容就已