CN101644723B - 水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置，它包括上、下塑料外壳，上塑料外壳和下塑料外壳由塑料螺丝连接，所述上塑料外壳和下塑料外壳在相面对的面上分别设有对称的槽，在设槽处，所述上塑料外壳和下塑料外壳分别设有通孔，所述单元装置中设有带导线的贵金属集电极，所述上塑料外壳和下塑料外壳、塑料螺丝的用材为耐酸碱的硬质树脂。本发明还提供了利用所述单元装置测定水溶液系双电层电容器的电极材料性能的方法本。发明的装置可以适用于具有腐蚀性的硫酸等溶液，也可适用无机碱或盐的水溶液，而且结构简单、组装方便，测定过程中不发生腐蚀和电解液变质，可以多次重复使用，经济性好可期待普及，且测定方法简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置及测定方法。
背景技术
双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor，EDLC)也称超级电容器，是利用具备大比表面积的活性炭等炭素材料与电解质界面间形成的双电层来储存电荷的新型蓄能元件。它具备电诱导型电容器和二次电池的中间特性。它还具备以下通常电容器以及二次电池所没有具备的优点：
(1)不发生过充电/过放电，可以简化电气回路降低价格；
(2)可以通过电压来掌握残余容量；
(3)使用温度范围宽(-30-+90)；
(4)不含重金属，环境负荷低；
(5)不发生化学反应，使用寿命长(10万次以上)。
因此，EDLC的用途非常广泛，小型(＜1F)作为永久性记忆备份应用于LSI、ULSI、RAM等，中型(1-500F)作为蓄电电源用于家电、电子仪器、路标、道路铆钉、玩具以及汽车制动保险系统、UPS等，大型(500-5000F)作为电源或辅助电源用于混合汽车、电车、电梯、自动门、太阳能/风力发电、产业空调等。
EDLC按电解液分为水溶液系(以下简称：水系)和有机溶液系(以下简称：有机系)。水系是采用硫酸、氢氧化钾等离子型无机物的水溶液作为电解质，有机系是采用有机离子溶液为电解质，一般为四乙基氟硼酸铵(Et4NBF4)的碳酸丙烯脂(PC)等溶液。由于水系电解液的电导率高，是有机系的60倍以上，加上粘性、离子扩散系数等因素，水系的内部阻抗较低，一般适合于大电流快速充放电的功率型元件，而有机系由于耐电压高，较适合于高能量密度的蓄能型元件。另外，由于水系EDLC在生产过程中不需要严格控制的水分，工艺、设备较为简单，所以制造成本较低、品质的信赖度高，深受用户的欢迎。
水系EDLC的电解液可采用硫酸、盐酸、氢氧化钾、氯化钠、氯化钾等水溶液，由于硫酸溶液的导电性最高，所以在EDLC制品中绝大多数采用硫酸溶液为电解液。为了制品性能评价的准确性和信赖性，要求评价EDLC电极性能时采用硫酸溶液为电解液。但由于硫酸具有强的腐蚀性，对测定单元的材料有耐腐蚀的要求，所以目前在实验室评价电极性能是一般采用氢氧化钾等非酸性电解液，以不锈钢、铜、合金等材质的测定单元较多，有的单元采用黄金、白金的装置，但其结构复杂、用贵金属量多，造成价格昂贵，使用普遍性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置，结构简单、组装操作方便，而且价格便宜，适合于一般单位的实验室测定用。为此，本发明采用以下技术方案：所述装置包括上塑料外壳和下塑料外壳，所述上塑料外壳和下塑料外壳由塑料螺丝连接，所述上塑料外壳和下塑料外壳在相面对的面上分别设有对称的槽，在设槽处，所述上塑料外壳和下塑料外壳分别设有通孔，所述单元装置中设有带导线的纯贵金属集电极，所述上塑料外壳和下塑料外壳、塑料螺丝的用材为耐酸碱的硬质树脂。所述纯贵金属指其含量(纯度)为99.9％以上。
上述外壳的材料、塑料螺丝的材质为包括PE、PP、PS、PET、PVC、PTFE等在内的所有耐酸碱的硬质树脂。所述PE、PP、PS、PET、PVC、PTFE分别为：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯。
在采用以上技术方案的同时，本发明还可同时采用以下进一步的技术方案：
纯贵金属集电极的材质可选用纯度为99.9％以上的白金和黄金等所有贵金属。
所述上塑料外壳的槽的一边设有开口，下塑料外壳的槽的一边也设有开口，上塑料外壳的槽开口方向与下塑料外壳的槽开口方向错开。
上塑料外壳和下塑料外壳上分别设有与塑料螺丝配合的螺丝孔，上塑料外壳的螺丝孔直径较塑料螺丝稍大且没有螺丝纹，下塑料外壳的螺丝孔有螺纹且螺丝孔的大小与塑料螺丝吻合。
所述上塑料外壳和下塑料外壳分别为厚度为2-4mm、边长为25-40mm的正方形片；所述槽为圆形槽，其直径为10-20mm、深度为0.1-0.5mm；上塑料外壳和下塑料外壳分别设有6-12个所述通孔，所述通孔的直径为1-3mm。
所述带导线的纯贵金属集电极为网状或带孔的片状，贵金属集电极周边形状与槽吻合。
所述带导线的纯贵金属集电极为厚度0.1-0.3mm的圆形网或者有6-12个直径1-3mm的圆孔的园片，其周边形状与槽吻合，其所带的导线的材质与贵金属集电极的材质相同。
本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种利用上述装置测定水溶液系双电层电容器的电极材料性能的方法。为此，本发明采用以下技术方案：在两片待测电极片的上下面放置一片所述纯贵金属集电极片，在两片待测电极之间夹上水溶液系的隔膜纸，所述待测电极片、纯贵金属集电极装在上塑料外壳和下塑料外壳中的槽中，用塑料螺丝将上塑料外壳和下塑料外壳拧紧；在将所述单元装置置于水溶液系电解溶液中抽真空10-60分钟后，连接充放电测定仪上进行电化学性能测定。
本发明所提供的测定方法中，所述待测电极片为水溶液系超级电容器用电极片，比如活性炭电极片。
由于采用本发明的方案，本发明提供的水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置可以适用于具有腐蚀性的硫酸等溶液，也可适用无机碱或盐的水溶液，而且结构简单、组装方便，测定过程中不发生腐蚀和电解液变质，可以多次重复使用，经济性好可期待普及，且测定方法简单易行。
附图说明
图1a为本发明上塑料外壳和下塑料外壳的分解示意图。
图1b为本发明上塑料外壳和下塑料外壳的组合示意图。
图2为本发明实施例1的分解示意图。
图3为本发明实施例2的分解示意图。
具体实施方式
实施例1
参照附图1a、1b、2。上塑料外壳和下塑料外壳的材质为硬质PE，上塑料外壳2-1和下塑料外壳2-2厚度为3mm、边长为30mm的正方形的上下二个穿孔外壳，各自一面的中央有直径为16mm(面积为2cm2)、深度为0.3mm的圆形槽2-1-1和2-2-1，在圆形槽中有9个直径2mm的对称排列的圆孔2-1-2和2-2-2，该槽往正方形的一边开口，作为集电极导线2-7的引出处，上塑料外壳2-1的槽开口2-1-4方向与下塑料外壳2-2的槽开口2-2-4方向相反，防止上下集电极导线接触；在上下二个穿孔塑料外壳的四个角上各有四个螺丝孔，上塑料外壳上的螺丝孔2-1-3为直径3.2mm没有螺丝纹的孔，下塑料外壳上的螺丝孔2-2-3为直径3.0mm的有螺丝纹的孔。配备四个直径3.0mm的硬质PVC材质的螺丝2-3。在上下外壳之间备有二片带白金线2-7、厚度为0.1mm的圆形纯白金网状2-4，其周边形状与槽2-1-1和2-2-1吻合。
以活性炭电极片为例，在测试时：准备二片厚度为0.2-0.3mm、直径为16mm的活性炭电极片2-5，活性炭电极片的周边形状与槽2-1-1和2-2-1吻合，在下塑料外壳2-2的圆形槽2-2-1里放一片白金网集电极2-4，在其上对准放置一片活性炭电极片2-5，在电极片上放置一张面积大于电极片的隔膜纸(厚度30-100μm的PTFE质或其他耐酸纤维膜)2-6后，同样依次在上面对齐放置一片活性炭电极片2-5、白金网集电极2-4，然后放上上塑料外壳2-1，组装时，上下塑料外壳的槽开口要相对错开，比如使它们的开口方向相反，以防上下集电极上的导线接触引起短路，最后用四个螺丝2-3拧紧。将该测定单元浸于水溶液系电解液中抽真空10-60分钟后，连接充放电测定仪上进行电化学性能测定即可用于EDLC电极材料性能评价。水溶液系电解液可以是30％-40％硫酸或氢氧化钾等水溶液系电解溶液。
实施例2
参照附图3。除了集电极采用带有9个直径为2mm圆孔3-4-1、厚度为0.1mm的白金圆片3-4外，其他基本结构和组装方式与实施例1相同，在图3中，与附图2相同的附图标号代表相同的意义。
实施例3
除了外壳的材质采用硬质PVC材料外，其他基本结构和组装方式与实施例1相同。
实施例4
除了集电极的材质为黄金材料外，其他基本结构和组装方式与实施例2相同。
Claims (9)
1.一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置，其特征在于所述装置包括上塑料外壳和下塑料外壳，所述上塑料外壳和下塑料外壳由塑料螺丝连接，所述上塑料外壳和下塑料外壳在相面对的面上分别设有对称的槽，在设槽处，所述上塑料外壳和下塑料外壳分别设有通孔，所述单元装置中设有带导线的纯贵金属集电极，所述上塑料外壳和下塑料外壳、塑料螺丝的用材为耐酸碱的硬质树脂；上塑料外壳和下塑料外壳上分别设有与塑料螺丝配合的螺丝孔，上塑料外壳的螺丝孔直径较塑料螺丝稍大且没有螺丝纹，下塑料外壳的螺丝孔有螺纹且螺丝孔的大小与塑料螺丝吻合。
2.如权利要求1所述的一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置，其特征在于所述上塑料外壳的槽的一边设有开口，下塑料外壳的槽的一边也设有开口，上塑料外壳的槽开口方向与下塑料外壳的槽开口方向错开。
3.如权利要求1所述的一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置，其特征在于所述上塑料外壳和下塑料外壳分别为厚度为2-4mm、边长为25-40mm的正方形片；所述槽为圆形槽，其直径为10-20mm、深度为0.1-0.5mm；上塑料外壳和下塑料外壳分别设有6-12个所述通孔，所述通孔的直径为1-3mm。
4.如权利要求1所述的一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置，其特征在于所述带导线的纯贵金属集电极为网状或带孔的片状，纯贵金属集电极周边形状与槽吻合。
5.如权利要求3所述的一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置，其特征在于所述带导线的纯贵金属集电极为厚度0.1-0.3mm的圆形网或者有6-12个直径1-3mm的圆孔的圆片，其周边形状与槽吻合，其所带的导线的材质与贵金属集电极的材质相同。
6.一种利用权利要求1、2、3、4或5所述单元装置测定水溶液系双电层电容器的电极材料性能的方法，其特征在于它包括以下步骤：
在两片待测电极片的上下面放置一片所述纯贵金属集电极，在两片待测电极之间夹上水溶液系的隔膜纸，所述待测电极片、纯贵金属集电极装在上塑料外壳和下塑料外壳中的槽中，用塑料螺丝将上塑料外壳和下塑料外壳拧紧；在将所述 单元装置置于水溶液系电解溶液中抽真空10-60分钟后，连接充放电测定仪上进行电化学性能测定。
7.如权利要求6所述的测定水溶液系双电层电容器的电极材料性能的方法，其特征在于所述待测电极片为水溶液系超级电容器用电极片。
8.如权利要求6所述的测定水溶液系双电层电容器的电极材料性能的方法，其特征在于所述待测电极片为活性炭电极片。
9.如权利要求2所述的一种水溶液系双电层电容器的电极材料性能测定用单元装置，其特征在于所述上塑料外壳的槽的一边设有开口，下塑料外壳的槽的一边也设有开口，在用塑料螺丝连接时，上塑料外壳的槽开口方向与下塑料外壳的槽开口方向错开。
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