1,电解电容器的构造
材料 | 材質(成分) | 比例 | |
1. | 胶管(套管) Sleeve | 聚氯乙稀(PVC) 聚乙烯(PET) | <3% |
2. | 铝壳 Aluminum Case | 铝(Aluminum) | 10-20% |
3. | 素子胶带 Tape | PE、PP | <2% |
4. | 电解纸 Electrolytic Paper | 牛皮纸 马尼拉麻 | <5% |
5. | 负铝箔 Cathode Foil | 铝(Aluminum) | >40% |
6. | 正铝箔 Anode Foil | ||
7. | 电解液 Electrolyte | 乙二醇(Ethylen Glycol)己二酸铵 添加济(Additive) | >28% |
8. | 橡胶密封件 Sealing Rubber | 橡胶(Rubber) | <10% |
9. | 导线 Lead | 铝(Aluminum) CP线 | 2-3% |
(1)腐蚀 Etching
阳极和阴极金属箔是由高纯度的,很薄的只有0.02—0.1mm铝箔做成的,为了增加盘面积和电容量,与电解液接触的表面积的增加是通过蚀刻金属箔去溶解铝,使整个铝箔的表面形成一个高密度的网状的有几十亿个精细微管道的结构.
(2)化成 Forming
阳极箔上有电容器的电介质.电介质是一层很薄的铝氧化物,AL2O3,那是一个在阳极箔上的化学生长过程,这个过程叫“化成”。这个电压是最后电容器额定电压的135%-200%。 阴极箔不用化成,它保持着很高的表面积和高密度的蚀刻模式。 氧化膜的耐电压不足和电解液自身的闪火放电都会造成短路。
(3)卷绕 Winding
电容元件的卷绕是一层隔离纸,一层阳极箔,另一层隔离纸和阴极箔.这些隔离纸防止箔之间接触形成短路,这些隔离物后来保留住电液。 在卷绕铝箔芯子或卷绕过程中为后来连接电容器端子附上箔.最好的方法是通过冷焊,把箔焊上带子,冷焊可以减少短路失效,有更好的高纹波电流性能和放电性能。 内引出端面切口、与引出端铆接的箔条和电极箔剖面的切口都会有毛刺,从而造成相对电极间短路. 电容器发热芯包膨胀和安全阀打开时的压力冲击,芯包发生变形,导致电极间短路.
(4)含浸/电解液
真空、高压条件下,使电解液充分渗透到素子中。
(5)封口 Sealing
电容元件被密封在一个罐子里. 为了释放氢,密封圈不是密闭的,它经常是压力封闭的即将罐子的边沿滚进一个橡胶垫圈,一个橡胶末端插销或滚进压成石碳酸薄板的橡胶. 太则紧密封会导致压力增加,太松则密封会因为电解液的可允许的流失而导致缩短寿命.
(6)清洗
(7)套胶
看完电容,我们来看石墨烯:
众所周知,电极材料是超级电容器的关键所在,它决定着电容器的主要性能指标,如能量密度、功率密度和循环稳定性等。截至目前,纳米结构的活性炭、碳化物转化炭、碳纳米管、炭洋葱、氧化钌、聚苯胺和聚吡咯等已经被用于微型超级电容器的电极材料,然而,它们的性能指标很难满足不断发展的微型能源系统的实际使用要求。而且,制造微型超级电容器电极需要复杂的光刻工艺,条件苛刻、周期长,因此很难降低产品的成本及价格,从而阻碍了其商业化前景。
由一层碳原子呈蜂窝状有序排列而构成的石墨烯已经被证明是一种新型且高效的超级电容器电极材料。近日,美国加州大学洛杉矶分校工程及应用科学学院理查德·卡奈尔教授研究团队发展了以石墨烯为基础的新型微型超级电容器。
现代人类对于物质结构已经有了一个相对明确的认知。如果从原子尺度观察物质结构,原子们就是像搭乐高积木一样构建出我们这个千变成化的物质世界。
而在人们所认知的结构中,石墨绝对是一个另类。
石墨的晶体结构是层状的,靠微弱的范德华力把相邻的两层贴合在一起。层与层之间充斥着大量的电子,因此,石墨是良好的导电体。
而单个石墨层,则是碳原子与碳原子相互连结形成正六边形,并延伸成一张无限大的原子网。这张网上的原子连结的是如此结实,以致于这张网比钻石还硬。
有过削铅笔经验的小伙伴们都很清楚,铅笔中的石墨芯是很软的,而且很容易就掰断了。用铅笔书写,其实就是一个将芯上脱落的石墨颗粒留在纸面上过程。
这是因为石墨相邻分子层粘合的力很弱。石墨层很容易发生相互移动或剥离。就像下面这幅图示意的一样。
随着现代化科学仪器的不断进步,人类研究的尺度也越来越小。已经进入到纳米、甚至更小的原子级别。然而,尽管人们对石墨的结构已有了完全的认识,甚至预言了单层的石墨可能会具有非常好的物理性质。但如何把石墨不断地磨薄,薄到只有一个原子的厚度,这个世界难题还是让所有的科学家们望而却步了。
一种能量密度为60小时瓦/升的新型超级电容,其能量密度可为目前的超级电容的12倍左右,而其中所使用的的正是石墨烯。因为石墨烯的化学性能非常稳定,而且导电性能卓越。
利用一种适应性石墨烯凝胶薄膜来制造新型超级电容中的致密电极。另外使用传统超级电容内的导体——液体电解质来控制亚纳米尺度的石墨烯薄片之间的间隔。这种液体电解质有两个作用:保持石墨烯薄片之间的微小间距以及导电。
通过电解电容的拆解,我们知道:双电层电容器装置的电容积聚的电荷被存储在这作为在高表面积的电极和电解质之间的界面形成的双电层中。双电层电容器材料的几个至关重要的因素是:比表面积(SSA),导电性,和孔径大小及分布。石墨烯对比过去的双电层电容器的电极材料提供了一个很好的替代。与传统的多孔碳材料相比,石墨烯具有非常高的导电性,大的表面积及大量的层间构造。因此,基于石墨烯的材料非常有利于它们在双电层电容器中的应用。
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