CZ20002241A3 - Capacitor with double electric layer - Google Patents

Capacitor with double electric layer Download PDF

Info

Publication number
CZ20002241A3
CZ20002241A3 CZ20002241A CZ20002241A CZ20002241A3 CZ 20002241 A3 CZ20002241 A3 CZ 20002241A3 CZ 20002241 A CZ20002241 A CZ 20002241A CZ 20002241 A CZ20002241 A CZ 20002241A CZ 20002241 A3 CZ20002241 A3 CZ 20002241A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
capacitor
separator
electrodes
electrolyte
electrode
Prior art date
Application number
CZ20002241A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Vladimir Ivanovich Vasechkin
Jury Mironovich Volfkovich
Pavel Andreevich Shmatko
Evgeny Alexandrovich Ashmarin
Oleg Grigorievich Dashko
Original Assignee
Nauchno-Proizvodstvennoe Predrpriyatie "Exin"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nauchno-Proizvodstvennoe Predrpriyatie "Exin" filed Critical Nauchno-Proizvodstvennoe Predrpriyatie "Exin"
Priority to CZ20002241A priority Critical patent/CZ20002241A3/en
Publication of CZ20002241A3 publication Critical patent/CZ20002241A3/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54Electrolytes
    • H01G11/58Liquid electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66Current collectors
    • H01G11/72Current collectors specially adapted for integration in multiple or stacked hybrid or EDL capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

Kondenzátor s dvojitou elektrickou vrstvou obsahuje dvě elektrody (5), z nichž jedna nebo obě jsou polarizovatelné, kapalný elektrolyt a oddělovač (8). Stupeň naplnění pórů oddělovače a obou elektrod elektrolytem spadá do rozsahu 90 a 40 % celkového prostoru pórů.The double-layer capacitor contains two electrodes (5), one or both of which are polarizable, liquid electrolyte and separator (8). Degree of pore filling The separator and the two electrodes of the electrolyte fall within the range of 90 and 40% of the total pore space.

Description

Kondenzátor s dvojitou elektrickou vrstvouCondenser with double electrical layer

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká elektrotechniky, zvláště oboru výroby kondenzátorů a může nalézt uplatnění při výrobě vysokokapacitních elektrických kondenzátorů, využívajících dvojité elektrické vrstvy (DEL). Kondenzátory s DEL naleznou uplatnění jako pohotovostní zdroje elektrické energie v systémech požadujících nepřerušovanou dodávku elektrické energie, jako jsou výpočetní inženýrství, komunikační zařízení, číslicově řízené stroje, v nepřetržitých výrobních procesech; pro elektrické startéry startující vznětové motory; pro napájení invalidních vozíků, vozíků na golf atd.The invention relates to electrical engineering, in particular to the field of capacitor manufacturing, and may find application in the manufacture of high capacity double capacitor electrical capacitors (DEL). DEL capacitors will find use as standby power sources in systems requiring uninterrupted power supply, such as computing, communication equipment, numerically controlled machines, in continuous production processes; for electric starters starting diesel engines; for powering wheelchairs, golf carts, etc.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Ze stavu techniky jsou nedlouho známé akumulátory elektrické energie obsahující kondenzátory s dvojitou elektrickou vrstvu (DEL), například takové, jaké jsou uvedeny v amerických patentech US 4 313 084 (1982) a 4 562 511 (1985). Uvedené kondenzátory obsahují dvě porézní polarizovatelné elektrody a porézní oddělovač, zhotovený z dielektrického materiálu a umístěný mezi nimi a běžné proložky. Kapalný elektrolytický roztok, ve kterém jsou použity buď vodní nebo nevodní elektrolyty je obsažen v pórech elektrod a oddělovače, stejně tak jako ve volných prostorách uvnitř pouzdra kondenzátoru. Elektrický náboj je akumulován na rozhraní povrchu v pórech mezi materiálem elektrod a elektrolytem. Materiály použité na polarizovatelné elektrody jsou různé porézní uhlíkové materiály. Ke zvýšení kapacitance kondenzátoru s dvojitou elektrickou vrstvou, jsou uvedené uhlíkové materiály vystaveny předaktivaci s ohledem na • · • β · · · · · ···· • · ·· ·· ·· · · ·· zvýšení jejich specifické povrchové oblasti až na 300 - 3000 metrů čtverečních/gram.Electricity accumulators containing double electric layer capacitors (DEL), such as those disclosed in U.S. Pat. Nos. 4,313,084 (1982) and 4,562,511 (1985), have long been known in the art. Said capacitors comprise two porous polarizable electrodes and a porous separator made of dielectric material and placed between them and conventional interleaves. The liquid electrolytic solution in which either aqueous or non-aqueous electrolytes are used is contained in the electrode and separator pores, as well as in the open spaces inside the capacitor housing. The electric charge is accumulated at the surface interface in the pores between the electrode material and the electrolyte. The materials used for the polarizable electrodes are various porous carbon materials. In order to increase the capacitance of the double-layer capacitor, said carbon materials are subjected to pre-activation with a view to increasing their specific surface area up to 300 - 3000 square meters / gram.

DEL kondenzátory mají mnohem větší kapacitanci v porovnání s běžnými kondenzátory svitkového typu a elektrolytickými kondenzátory, tzn. malý počet faradů na gram aktivních materiálů elektrody. Avšak takové kondenzátory trpí tím, že mají poněkud nízkou specifickou energii, ne více než 3 W-hodiny/lit.DEL capacitors have a much higher capacitance compared to conventional coil capacitors and electrolytic capacitors, i.e., capacitors. small number of farads per gram of active electrode materials. However, such capacitors suffer from having a somewhat low specific energy, not more than 3 W-hour / liter.

Další nevýhoda vlastní pro DEL kondenzátory spočívá ve vytváření plynů během opětovného nabíjení, například kyslíku na kladné elektrodě a/nebo vodíku na záporné elektrodě. Tato skutečnost je důsledkem toho, že během opětovného nabíjení je potenciál na jednotlivých elektrodách pro vývoj uvedených plynů. Výsledkem je zvýšení tlaku plynu uvnitř kondenzátorového pouzdra, které může vést kjeho stlačení a vlastnímu poškození tlakem, jestliže nejsou provedena opatření pro speciální ventily tlaků. Avšak funkční spolehlivost takových ventilů je často neadekvátní pro zajištění proti takovému poškození tlakem vzhledem k jejich možnému zacpání nečistotou atd. To patří k uvedeným nevýhodám DEL kondenzátorů, že mají základní nevýhodu v nebezpečí jejich poškození tlakem, které má za následek jejich speciální servis a údržbu. K dosažení spolehlivější prevence poškození tlakem v průběhu opětovného nabíjení by mohlo být uvažováno o snížení konečného nabíjecího napětí v zájmu „dvojité pojistky“, odtud počáteční vybíjecí napětí je omezeno, takže nedosahuje nebezpečné hranice. To má za následek značně velký pokles specifické energie DEL kondenzátoru, který, jak je všeobecně známo, je přímo úměrný čtverci specifické energie DEL kondenzátoru, která, jak je všeobecně známo, je přímo úměrná čtverci rozdílu mezi počátečními a koncovými hodnotami vybíjecího napětí.Another disadvantage inherent to DEL capacitors is the formation of gases during recharging, for example oxygen at the + ve electrode and / or hydrogen at the - ve electrode. This is due to the fact that, during recharging, there is potential on the individual electrodes for the development of said gases. The result is an increase in the gas pressure inside the condenser sleeve, which can lead to its compression and self-pressure damage if measures are not taken for special pressure valves. However, the functional reliability of such valves is often inadequate to provide for such pressure damage due to their possible clogging with dirt, etc. This is one of the disadvantages of DEL capacitors mentioned above that they have the basic disadvantage of the risk of pressure damage resulting in their special servicing and maintenance. To achieve a more reliable prevention of pressure damage during recharging, consideration could be given to reducing the final charging voltage in the interest of a "double fuse", hence the initial discharge voltage is limited so that it does not reach the dangerous limit. This results in a very large drop in the specific energy of the DEL capacitor which, as is well known, is directly proportional to the square of the specific energy of the DEL capacitor, which is known to be directly proportional to the square of the difference between the start and end values of the discharge voltage.

• · · 9 · 9 9 • · · · fl · · ·· flflfl flfl · • · · · flfl · • fl flfl ·· flfl9 9 9 9 flf fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl fl Fl fl

Ze známého stavu techniky je znám DEL kondenzátor (WO 97/07518 z 27. února 1997), který má polarizovatelnou elektrodu zhotovenou z porézního uhlíkového materiálu a nepolarizovatelnou elektrodu vyrobenou z kysličníku nikelnatého. Použitý elektrolyt je vodní uhlíkový nebo alkali-metal hydroxid. Takový kondenzátor poskytuje mnohem větší hodnotu specifické energie v porovnání s kondenzátorem DEL majícím dvě polarizovatelné elektrody (45 J/cm krychlový nebo 12,5 W-h/lit) a maximální napětí 1,4 V. Avšak kondenzátor výše popsaný má ještě podstatné nevýhody, tj. problém jak zajistit jeho celkové tlakování a potřebu speciálního servisu a údržby. Výsledkem opatření na celkové tlakování kondenzátoru jsou omezené hodnoty maximálního nabíjecího napětí a specifické energie, stejně jako neadekvátně vysoké hodnoty nabíjecího proudu a příliš dlouhý čas pro nabíjení.A DEL capacitor (WO 97/07518 of February 27, 1997) is known from the prior art, having a polarizable electrode made of porous carbon material and a non-polarizable electrode made of nickel oxide. The electrolyte used is aqueous carbon or alkali metal hydroxide. Such a capacitor provides a much greater specific energy value as compared to a DEL capacitor having two polarizable electrodes (45 J / cm cubic or 12.5 Wh / lit) and a maximum voltage of 1.4 V. the problem of how to ensure its total pressure and the need for special service and maintenance. Measures for total capacitor pressures result in limited maximum charging voltage and specific energy values, as well as inadequately high charging current values and excessive charging time.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Účelem předloženého vynálezu je provést kompletní servis tlakování bez nároků na obsluhu kondenzátoru.The purpose of the present invention is to provide a complete pressurization service without requiring the operation of the capacitor.

Dalším účelem vynálezu je zvýšení specifické energie kondenzátoru a omezení doby nabíjení.Another object of the invention is to increase the capacitor specific energy and to reduce the charging time.

Výše zmíněných účelů je dosaženo zde dále popsaným vynálezem, jehož podstata spočívá vtom, že kondenzátor s dvojitou elektrickou vrstvou obsahuje dvě elektrody, z nichž jedna nebo obě jsou polarizovatelné, kapalný elektrolyt a oddělovač, stupeň naplnění prázdného prostoru oddělovače a obou elektrod elektrolytem spadá do rozsahu 90 a 40%.The aforementioned purposes are achieved by the invention as described herein, wherein the double-layer capacitor comprises two electrodes, one or both of which are polarizable, a liquid electrolyte and a separator, and the degree of filling of the void space of the separator and both electrodes falls within the range. 90 and 40%.

Podstata předloženého technického řešení má za následek to, že plynný kysličník uvolněný na kladné elektrodě DEL kondenzátoru na konci nabíjení a během opětovného nabíjení je v základě absorbovatelný celkově na záporné elektrodě během ·· ·· • · · · • ·· · • · · · · • · · · ·· ·· její ionizační reakce (elektrické redukce) díky velmi vysoké polarizaci zmíněné reakce (Ep > 1 V) a díky skutečnosti, že aktivovaný uhlík je velmi dobrý katalyzátor procesu, kdy je použit v palivu buněk („Chemical current sources“, V. S. Bagotski a A. M. Skunden, Moskva, „Energhia“ PH, 1981, pp. 80, 116 (v ruštině). Na druhou stranu plynný vodík, který může být uvolňován na záporné elektrodě během opětovného nabíjení DEL kondenzátoru, může být v podstatě kompletně absorbován na kladné elektrodě během její ionizační reakce (elektrické oxidace) díky velmi vysoké polarizaci uvedené reakce (Ep > 1 V). Avšak v běžných DEL kondenzátorech jsou póry oddělovače a obou elektrod naplněny elektrolytem prakticky kompletně tak, že plynová průlinčitost v uvedených porézních tělesech je prakticky vyloučena. V takových podmínkách dochází k velmi mnoha těžkostem co se týká difuse stejně tak jako přenosu plynu uvolněného během nabíjecího a dobíjecího procesu z jedné elektrody na druhou. Mechanismus takového přenosu sestává z rozpuštění uvedených plynů v kapalném elektrolytu obsaženém v pórech elektrod, kde je generován, v jeho difúzi v rozpuštěném stavu přes zaplavené póry uvedené elektrody, oddělovače a opačné elektrody, přičemž k reakci ionizace nedochází pokud jsou uvedené operace ukončeny. Je to díky velmi nízké rozpustnosti vodíku a kyslíku v kapalných elektrolytech v normálních podmínkách a tudíž velmi nízké odpovídající hodnotě difusního koeficientu tak, že výsledný poměr ionizace uvedených plynů na opačných elektrodách s prakticky kompletně naplněným prostorem oddělovače a obou elektrod je také velmi nízký. Uvedený poměr je podobně nízký v případech, kde jedna nebo obě elektrody vykazují plynnou poréznost, přičemž póry oddělovače jsou vyplněny kompletně. Velmi nízký poměr přenosu plynů mezi elektrodami je mnohem menší během dobíjení, zatímco tlak uvnitř pouzdra kondenzátoru stoupá až hrozí nebezpečí podtlaku.The principle of the present invention results in the fact that the gaseous oxide released on the DEL electrode positive electrode at the end of the charging and during recharging is basically absorbable on the negative electrode during the whole period. Its ionization reaction (electrical reduction) due to the very high polarization of the reaction (Ep> 1 V) and the fact that activated carbon is a very good catalyst for the process when it is used in cell fuel current sources ", VS Bagotski and AM Skunden, Moscow," Energhia "PH, 1981, pp. 80, 116 (in Russian). On the other hand, hydrogen gas that can be released at the negative electrode during recharging of the DEL capacitor can be essentially completely absorbed by the positive electrode during its ionization reaction (electrical oxidation) due to the very high polarization of the reaction (Ep However, in conventional DEL capacitors, the pores of the separator and of both electrodes are filled with electrolyte virtually completely so that gas porosity in said porous bodies is virtually eliminated. Under such conditions, there are very many diffusion difficulties as well as the transfer of gas released during the charging and charging process from one electrode to the other. The mechanism of such transfer consists in dissolving said gases in the liquid electrolyte contained in the electrode pores where it is generated, in its diffused state in the dissolved state through the flooded pores of said electrode, separator and counter electrode, wherein the ionization reaction does not occur when said operations are complete. This is due to the very low solubility of hydrogen and oxygen in liquid electrolytes under normal conditions and hence very low corresponding to the diffusion coefficient value so that the resulting ionization ratio of said gases on opposite electrodes with virtually completely filled separator space and both electrodes is also very low. The ratio is similarly low in cases where one or both of the electrodes exhibit gaseous porosity, wherein the separator pores are filled completely. The very low gas transfer rate between the electrodes is much less during charging, while the pressure inside the capacitor housing rises until there is a risk of underpressure.

·· 44 • 44 • 4

4444

4 ► 4 4 «4 ► 3 4 «

44 ·· · ·44 ·· · ·

44 • 4 444 • 4 4

4 ·4 ·

4 4 » 4 4 44 4 4

4 4 44 4 4

Vynálezecká myšlenka podtrhující předložený vynález spočívá v tom, že v DEL kondenzátoru je jediný systém plynových pórů elektrochemické skupiny (ECGp), obsahující porézní elektrody a porézní separátor. Tedy, kyslíkové a vodíkové plyny, které jsou uvolňovány v průběhu nabíjení a dobíjení kondenzátoru jsou velmi rychle převedeny uvedeným systémem na opačné elektrody, kde oba plyny ionizují na vodu nebo na jednotlivé ionty (H+, OH, a další). Skutečností je, že difusní koeficienty plynů v plynné fázi jsou čtyřikrát větší veličinou než v kapalné fázi. Takový systém plynových pórů je proveden díky skutečnosti, že prázdný prostor obou porézních elektrod a porézního oddělovače má stupeň plnění pórů v rozsahu 90 a 40%. Jestliže proporce nenaplněného prázdného prostoru plynových pórů (plynová poréznost) v každém z porézních těles spadá do rozsahu 10 a 60%, je ustaven v konečném důsledku požadovaný systém. Další omezení stupně plnění ECGp elektrolytem je nežádoucí, neboť by značně vzrůstal vnitřní odpor kondenzátoru.The inventive idea underlining the present invention is that in the DEL capacitor there is a single gas pore system of the electrochemical group (ECGp) comprising porous electrodes and a porous separator. Thus, the oxygen and hydrogen gases that are released during the charging and charging of the capacitor are very quickly converted by said system to opposite electrodes, where both gases ionize to water or to single ions (H +, OH, and others). The fact is that the gas diffusion coefficients in the gas phase are four times greater than in the liquid phase. Such a gas pore system is realized due to the fact that the void space of both the porous electrodes and the porous separator has a degree of pore filling of between 90 and 40%. If the proportion of unfilled gas void space (gas porosity) in each of the porous bodies falls within the range of 10 and 60%, the desired system is ultimately established. Further limitation of the degree of filling of the ECGp with electrolyte is undesirable as the internal resistance of the capacitor would increase considerably.

Ustavení plynové poréznosti může být provedeno různými technologiemi, z nichž jedna je možná, když je elektrolyt obsažen pouze v pórech elektrod a separátoru, tzn. není-li volný elektrolyt přítomen v kondenzátoru. Konečné hodnoty stupně naplnění volného prostoru v elektrodách a v oddělovači ve výše uvedeném rozsahu od 90 do 40% celkového prostoru jsou dosažitelné, zaprvé díky vhodně vyměřenému rozsahu elektrolytu uvedeného do kondenzátoru a za druhé použitím elektrod a oddělovače s konečně vzájemně spolupracujícími porézními strukturami. Je skutečností, že distribuce kapaliny uvnitř systému vzájemně kontaktních porézních těles závisí kvantitativně na velikosti distribučních křivek (porogramů) pórů uvedených porézních těles. Uvedené kvantitativní závislosti jsou stanoveny v následujících dokumentech (Volfkovich Yu. M. the Journal „Elektrokhimia“, 1978, v. 14,*4, str. 546, vol. 14,*6, str. 831;*10, str. 1477 (v ruštině); Volfkovich Yu. M. a Bagotzky V. S. Power Sources, • · · · 0 4 4 4 ♦ » · · • · · · · · ·♦ * 1 · · • · 004 0 · 00 00» <4 ·The establishment of the gas porosity can be accomplished by a variety of technologies, one of which is possible when the electrolyte is contained only in the pores of the electrodes and the separator, i. if free electrolyte is not present in the capacitor. The final values of the degree of filling of the void space in the electrodes and the separator in the above range of 90 to 40% of the total space are achievable, firstly through a suitably measured range of electrolyte introduced into the capacitor and secondly by using electrodes and separator with finely cooperating porous structures. It is a fact that the distribution of liquid within a system of inter-porous porous bodies depends quantitatively on the size of the pore distribution curves (porograms) of said porous bodies. These quantitative dependencies are set forth in the following documents (Volfkovich Yu. M. the Journal "Elektrokhimia", 1978, v. 14, * 4, p. 546, vol. 14, * 6, p. 831; * 10, p. 1477 (in Russian); Volfkovich Yu. M. and Bagotzky VS Power Sources, 0 4 4 4 00 »· · · · 4 * 1 · ♦ 004 0 · 00 00» <4 ·

0 0000 00440000 0044

1994, v. 48, str.327, 339). Například se zvýšením proporce velkých pórů v oddělovači v porovnání s elektrodami je stupeň naplnění pórů oddělovače snížen s ohledem na uvedené elektrody. Řízení provádění nastavení hodnot stupně naplnění pórů v každém porézním tělese ECGp může být provedeno za prvé navažováním obou elektrod a oddělovače do zcela naplněného stavu (ve vakuu) a následující impregnací oddělovače a elektrod, sestavením kondenzátorů a jeho následným rozebráním; a za druhé vzetím porogramů elektrod a oddělovač, stejně tak jako vážením celého ECGp před a po impregnaci elektrolytem.1994, v. 48, pp.327, 339). For example, with an increase in the proportion of large pores in the separator compared to the electrodes, the degree of filling of the separator pores is reduced with respect to said electrodes. The control of adjusting the pore filling level values in each porous ECGp body can be accomplished first by weighing both the electrodes and the separator into a fully filled state (under vacuum) and then impregnating the separator and electrodes, assembling the capacitors and disassembling them; and second, by taking the electrode porograms and the separator, as well as weighing the whole ECGp before and after electrolyte impregnation.

K naplnění výše stanovených podmínek, elektrolyt je obsažen pouze v pórech elektrod a oddělovače, je kondenzátor nebo skupina kondenzátorových prvků držena mezi nosným krytem pouzdra a vnitřní odpor kondenzátorů je zvýšen.To fulfill the above conditions, the electrolyte is contained only in the pores of the electrodes and the separator, the capacitor or group of capacitor elements is held between the housing cover and the internal resistance of the capacitors is increased.

Další způsob provedení požadované plynové poréznosti spočívá vtom, že rozptýlený vodní repelent je přidán kjedné nebo k oběma elektrodám a/nebo k oddělovači, například polytetrafluoretylén nebo polyetylén. Vodorepelentní zpracování záporné elektrody zvyšuje rozsah difúze v elektrolytu rozpuštěného kyslíku uvnitř pórů přímo k vnitřnímu elektrodo/elektrolytickému rozhraní a výsledkem je vyšší rozsah jeho elektrické redukce. Poněvadž opětovné znovunabíjení kondenzátorů (s E<0) nemůže být zcela vyloučeno, vodík je náchylný k uvolňování na záporné elektrodě. Přidání rozptýleného vodního repelentu ke kladné elektrodě urychluje proces přenášení vodíku k vnitřnímu povrchu a spěje k procesu vodíkové elektrické oxidace na uvedené elektrodě. Tedy přidání vodních repelentů do složení porézních elektrod pomáhá v řešení problému vytvoření kompletně tlakovaného kondenzátorů.Another way of performing the desired gas porosity is to add the dispersed water repellent to one or both of the electrodes and / or to the separator, for example polytetrafluoroethylene or polyethylene. The water repellant treatment of the negative electrode increases the extent of diffusion in the dissolved oxygen electrolyte within the pores directly to the internal electrode / electrolytic interface, resulting in a greater extent of its electrical reduction. Since the recharging of capacitors (with E <0) cannot be completely eliminated, hydrogen is prone to release on the negative electrode. The addition of the dispersed water repellent to the + ve electrode accelerates the process of transferring hydrogen to the inner surface and leads to a process of hydrogen electric oxidation at said electrode. Thus, the addition of water repellents to the porous electrode composition assists in solving the problem of forming completely pressurized capacitors.

Přehled obrázků na výkresech • ·· · · »9 · · «9 ·BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

99·· 99 99 · t« «99 ·· 99 99 · t

9 999 99 99 9 9 · < 9 ·9,999 99,999 9 · <9 ·

Obr. 1 znázorňuje provedení kondenzátoru podle předloženého vynálezu;Giant. 1 shows an embodiment of a capacitor according to the present invention;

Obr. 2 znázorňuje alternativní provedení kondenzátoru podle předloženého vynálezu;Giant. 2 shows an alternative embodiment of a capacitor according to the present invention;

Obr. 3 znázorňuje další provedení kondenzátoru podle předloženého vynálezu.Giant. 3 shows another embodiment of a capacitor according to the present invention.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1Example 1

Kondenzátor s dvojitou elektrickou vrstvou (obr. 1) sestává ze dvou polarizovatelných elektrod 5, vyrobených ztřívrstvé aktivované uhlíkové látky typu „Viscumac“ se specifickou povrchovou oblastí 1200 čtverečních metrů/g a celkovou tloušťkou 0,9 mm, porézního oddělovače 8, stupně FPP-20 SA, vyrobeného z perchlorvinylu s celkovou tloušťkou 120 mikronů, z proudových přívodů 3 zhotovených z oceli; 0,3 mm silného ocelového nosného krytu 1_ pouzdra; 0,3 mm silného nosného stranového panelu 6 pouzdra; nevodivého těsnění 7 zhotoveného z ataktického polypropylénu; a izolátoru 2 vyrobeného z pevného PVC. Ochranná vrstva 4 proudového přívodu je vyrobena z grafitového filmu 0,3 mm silného, impregnovaného kyselině odolným polymerem a přilnavé připoutaným v několika bodech ke kovové elektrodě proudového přívodu. Obě elektrody jsou plošky, každá měří 123x143 mm. Jako elektrolyt je použit roztok kyseliny sírové s hustotou 1,3 g/cm krychlový. Kondenzátor je natlakován, tlakovací tlak tohoto ECGp je 3 kg/cm čtvereční. Elektrolyt je umístěn pouze v pórech tohoto ECGp. Stupně naplnění volného prostoru elektrolytem jak bylo změřeno vážením jsou následující: pro elektrody 73%, pro oddělovač 81%.The double-film capacitor (Fig. 1) consists of two polarizable electrodes 5, made of "Viscumac" activated carbon with a specific surface area of 1200 square meters / g and a total thickness of 0.9 mm, porous separator 8, FPP-20 grade SA, made of perchlorvinyl with a total thickness of 120 microns, of power leads 3 made of steel; A 0.3 mm thick steel support housing 7; 0.3 mm thick housing side panel 6 of the housing; a non-conductive seal 7 made of atactic polypropylene; and an insulator 2 made of rigid PVC. The current-carrying protective layer 4 is made of a graphite film of 0.3 mm thick, impregnated with an acid-resistant polymer and adhered at several points to the metal electrode of the current-supply. Both electrodes are pads, each measuring 123x143 mm. A sulfuric acid solution with a density of 1.3 g / cm @ 3 is used as the electrolyte. The capacitor is pressurized, the pressure of this ECGp is 3 kg / cm2. The electrolyte is located only in the pores of this ECGp. The degrees of filling of the free space with electrolyte as measured by weighing are as follows: for electrodes 73%, for separator 81%.

φφ φφ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φφφ φ · φ φ φ φ φ φφφ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ · · φ φ φ φ

Φ φ φΦ φ φ

φ φφ φ

φ φφ φ

φ φ « φ φ « φφ φ φ φ φ φ φ φφφ «φ φ φ φ φ φ φ φ φ φφ

Následující charakteristiky byly obdrženy jako výsledek testování: maximální napětí 1V; specifická energie 2 W-h/lit;The following characteristics were obtained as a result of testing: maximum voltage 1V; specific energy 2 W-h / lit;

maximální přetlak plynů změřeno uvnitř pouzdra 0,02 atm.maximum gas overpressure measured inside the enclosure 0.02 atm.

Příklad 2Example 2

Kondenzátor s dvojitou elektrickou vrstvou (obr. 2) je tvořen následujícími prvky:The double-film capacitor (Fig. 2) consists of the following elements:

Zápornou polarizovatelnou elektrodou 4, která je zhotovena z desetivrstvé aktivované uhlíkové látky, typu „Viscumac“, se specifickou povrchovou oblastí 1200 čtverečních m/g. Kladná (nepolarizovatelná elektroda 5 obsahuje aktivní materiál hydroxidu nikelnatého (NÍOH3). Stupně FPP-20 SA polypropylén, ze kterého je proveden 60 mikronů silný oddělovač 6. Proudové přívody 3 obou elektrod jsou zhotoveny z niklového plechu. Každá elektroda je ploška měřící 123x143 mm. Samonosný kryt 1 z ocelového plechu a samonosný stranový panel 8 pouzdra jsou použity k tlakování kondenzátoru ECGp. Nevodivé těsnění 7 je vyrobeno z ataktického polypropylénu a izolátor 2 je vyroben z pevného PVC. Jako elektrolyt je použit 30% vodní hydroxid draselný. Kompresní tlak tohoto ECGp je 10 kg/cm čtvereční. Stupně naplnění volného prostoru elektrolytem byly naměřeny vážením následující: pro zápornou elektrodu 63%, pro kladnou elektrodu 71%; pro oddělovač 79%. Kondenzátor je sestaven ve vakuu. Celkové rozměry úplné sestavy jsou 130x150x14 mm.The negative polarizable electrode 4, which is made of a 10-layer activated carbon fabric of the "Viscumac" type, with a specific surface area of 1200 square m / g. Positive (non-polarizable electrode 5 contains active nickel hydroxide (NiOH3) material) Grades FPP-20 SA polypropylene, from which a 60 micron thick separator 6 is made. The self-supporting sheet steel cover 1 and the self-supporting side panel 8 of the casing are used to pressurize the ECGp capacitor The non-conductive seal 7 is made of atactic polypropylene and the insulator 2 is made of rigid PVC 30% aqueous potassium hydroxide as electrolyte. The electrolyte filling levels were measured by weighing the following: for the negative electrode 63%, for the positive electrode 71%, for the separator 79%, the capacitor is assembled in vacuum, the overall dimensions of the complete assembly are 130x150x14 mm.

Následující charakteristiky byly obdrženy jako výsledek testování: maximální napětí 1,45 V; specifická energie 16 W-h/lit; vnitřní odpor 2,5 mOhm; nabíjecí čas 20 min; maximální přetlak plynů měřeno uvnitř pouzdra 0,01 atm.The following characteristics were obtained as a result of testing: maximum voltage 1.45 V; specific energy 16 W-h / lit; internal resistance 2.5 mOhm; charging time 20 min; maximum gas overpressure measured inside the enclosure of 0.01 atm.

Příklad 3Example 3

Kondenzátor s dvojitou elektrickou vrstvou (obr. 2) je tvořen následujícími prvky.The capacitor with double electrical layer (Fig. 2) consists of the following elements.

ΜΜ

Záporná polarizovatelná elektroda 7 je vyrobena tvářením a slinutím směsi obsahující 20% práškového polyetylénu a 80% aktivovaného práškového uhlíku, stupně AG-3 se specifickou povrchovou oblastí 1100 čtverečních m/g. Elektroda 7 je 3 mm silná. Kladná polarizovatelná elektroda 5 sestává z mřížky zhotovené ze slitiny obsahující 95% olova a 5% antimonu. Vložena uvnitř mřížkových buněk je směs obsahující 85% síranu olovnatého a 15% polytetrafluoretylénu. 60 mikronů silný, stupně FPP-20 SA, je perchlorvinylový oddělovač 6 impregnovaný 15% lakem na bázi PTFE. Proudové vodiče 3 jsou vyrobeny z ocelového plechu. Ochranná vrstva 4 proudového vodiče je vyrobena z grafitového filmu impregnovaného 0,3 mm silným kyselině odolným polymerem, uvedený film je připoután v několika bodech ke kovové elektrodě proudového přívodu. Každá elektroda je ploška měřící 123x143 mm. Samonosný kryt 1 a samonosný stranový panel 9 pouzdra jsou vyrobeny z ocelového plechu a jsou použity pro tlakování kondenzátoru ECGp. Nevodivé těsnění 8 je vyrobeno ataktického polypropylénu a izolátor 2 je vyroben z pevného PVC. Jako elektrolyt je použita vodní kyselina sírová s hustotou 1,05 g/cm krychlový. Kompresní tlak tohoto ECGp je 10 kg/čtvereční centimetr. Stupně naplnění volného prostoru elektrolytem jsou změřeny vážením a jsou následující: pro zápornou elektrodu 63%, pro kladnou elektrodu 71%; pro oddělovač 79%. Kondenzátor je sestaven ve vakuu. Celkové rozměry celé sestavy jsou 130x150x17 mm.The negative polarizable electrode 7 is made by molding and sintering a composition comprising 20% polyethylene powder and 80% activated powdered carbon, grade AG-3, with a specific surface area of 1100 square m / g. The electrode 7 is 3 mm thick. The positive polarizable electrode 5 consists of a grid made of an alloy containing 95% lead and 5% antimony. Embedded within the lattice cells is a mixture containing 85% lead sulfate and 15% polytetrafluoroethylene. 60 microns thick, grade FPP-20 SA, is a perchlorvinyl separator 6 impregnated with 15% PTFE based lacquer. The current conductors 3 are made of sheet steel. The current conductor protective layer 4 is made of a graphite film impregnated with a 0.3 mm thick acid-resistant polymer, said film being attached at several points to the metal electrode of the power lead. Each electrode is a surface measuring 123x143 mm. The self-supporting housing 1 and the self-supporting side panel 9 of the housing are made of sheet steel and are used to pressurize the ECGp capacitor. The non-conductive seal 8 is made of atactic polypropylene and the insulator 2 is made of rigid PVC. As the electrolyte, aqueous sulfuric acid having a density of 1.05 g / cm @ 3 is used. The compression pressure of this ECGp is 10 kg / square centimeter. The degrees of electrolyte filling are measured by weighing and are as follows: for a negative electrode 63%, for a positive electrode 71%; for 79% separator. The capacitor is assembled under vacuum. The overall dimensions of the whole assembly are 130x150x17 mm.

Následující charakteristiky byly obdrženy jako výsledek testování: maximální napětí 2 V; specifická energie s vybíjecím proudem 2,5 A je 51 W-h/lit; počet dosažitelných nabíjecích a vybíjecích cyklů je 6500; vnitřní odpor 2 mOhm; nabíjecí čas 15 min; maximální přetlak plynů měřeno uvnitř pouzdra je 0,01 atm.The following characteristics were obtained as a result of testing: maximum voltage 2 V; the specific energy with a discharge current of 2.5 A is 51 W-h / lit; the number of available charge and discharge cycles is 6500; internal resistance 2 mOhm; charging time 15 min; the maximum gas excess pressure measured inside the enclosure is 0,01 atm.

Jak je zřejmé z předložených příkladů praktického provedení vynálezu, je obdržený maximální přetlak plynů měřený ♦ · • · ·* ·· ίAs is evident from the present examples of the practical embodiment of the invention, the maximum gas overpressure measured is obtained.

• · ·· » · · ·· 99 ·· • » · · • · ·· • · · · • · · · ·· ♦· uvnitř pouzdra všech testovaných DEL kondenzátorů v rozmezí 0,01 - 0,02 atm. Tyto hodnoty jsou velmi nízké a jsou mnohem nižší než mez pevnosti kondenzátorových pouzder, čímž nepředstavují nebezpečí jejich podtlakování.99 • Inside the housing of all tested DEL capacitors in the range of 0.01 - 0.02 atm. These values are very low and are much lower than the breaking strength of the capacitor shells, thus not posing a risk of underpressure.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález výše popsaný řeší problém provedení kompletního tlakování jakéhokoliv typu DEL kondenzátoru s oběma nebo jednou polarizovatelnou elektrodou. Výsledku praktického řešení problému vyšší specifické energie je dosaženo díky zvýšenému maximálnímu nabíjecímu napětí na účet nikoliv nebezpečnému podtlakování kondenzátoru. Z toho samého důvodu vzniká možnost značně velkého zvýšení nabíjecího proudu a tudíž odpovídající omezení nabíjecího času, který je prvořadě důležitý pro velké množství praktických použití předloženého kondenzátoru.The invention described above solves the problem of performing complete pressurization of any type of DEL capacitor with both or one polarizable electrode. The practical solution to the problem of higher specific energy is achieved due to the increased maximum charging voltage on account of the non-hazardous underpressure of the capacitor. For the same reason, there is the possibility of a considerably large increase in the charging current and hence a corresponding limitation of the charging time, which is of primary importance for the large number of practical applications of the present capacitor.

Ještě další kladný výsledek praktické aplikace zde navrženého technického řešení spočívá vtom, že elektrolyt je obsažen pouze v části volného prostoru elektrod a oddělovače a také v absenci volného elektrolytu, což má za následek skutečnost, že schopnost provozu a charakteristiky DEL kondenzátoru jsou kompletně nezávislé na poloze kondenzátoru, to znamená je-li umístěn vodorovně, svisle atd. Z těch samých důvodů musí navržený kondenzátor pracovat normálně v pohyblivých objektech s vysokým rozsahem zrychlení, takových jako jsou motorová vozidla, letadla, kosmické dopravní prostředky atd.Yet another positive result of the practical application of the technical solution proposed here is that the electrolyte is contained only in a portion of the free space of the electrodes and the separator, and also in the absence of free electrolyte, resulting in For the same reasons, the designed capacitor must operate normally in moving objects with a high acceleration range, such as motor vehicles, aircraft, space vehicles, etc.

Konečně, kondenzátory zhotovené podle předloženého vynálezu nepotřebují žádnou speciální obsluhu.Finally, capacitors made according to the present invention do not need any special operation.

Claims (6)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Kondenzátor s dvojitou elektrickou vrstvou obsahující pouzdru přizpůsobené dvě elektrody, z nichž jedna nebo obě jsou polarizovatelné, oddělovač a tekutý elektrolyt, obě elektrody a oddělovač mají pórovitou strukturu, vyznačující se tím, že stupeň naplnění pórů oddělovače a obou elektrod elektrolytem spadá do rozsahu 90 a 40% celkového prostoru pórů.1. A double electrode layer capacitor comprising a housing adapted to two electrodes, one or both of which are polarizable, a separator and a liquid electrolyte, both electrodes and a separator having a porous structure, wherein the degree of electrolyte filling of the separator and both electrodes falls within the range. 90 and 40% of the total pore volume. 2. Kondenzátor podle nároku 1,vyznačující se tím, že elektrolyt je obsažen pouze v pórech elektrod a oddělovače, stupeň naplnění pórů oddělovače a obou elektrod elektrolytem spadá do rozmezí 90 a 40% celkového prostoru pórů.2. The capacitor of claim 1 wherein the electrolyte is contained only in the pores of the electrodes and the separator, the degree of filling of the pores of the separator and both electrodes with the electrolyte being between 90 and 40% of the total pore volume. 3. Kondenzátor podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, v yznačující se tím, že materiál jedné nebo obou elektrod je dotován rozptýleným vodním repelentem, například polytetrafluoretylénem nebo polyetylénem.Condenser according to any one of the preceding claims, characterized in that the material of one or both of the electrodes is doped with a dispersed water repellent, for example polytetrafluoroethylene or polyethylene. 4. Kondenzátor podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, v yznačující se tím, že materiál oddělovače je dotován rozptýleným vodním repelentem, například polytetrafluoretylénem nebo polyetylénem.Condenser according to any one of the preceding claims, characterized in that the separator material is doped with a dispersed water repellent, for example polytetrafluoroethylene or polyethylene. • 4 • 44« 4 4 4 4 • · 4 · · · ·· • 4 444 4 · 4 4 ·• 4 • 44 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 · 4 4 · · 4 · ·4 4 · · 4 · · 44 ·· ·· 4«45 ·· ·· 4 « 4 4 944 4 94 4 4 4 4 • · · 94 4 4 4 • · · 9 4 · 4 44 4 4 4 4 94 4 4 9 4 9 4 44 9 4 4 5. Kondenzátor podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že jeho vnitřní prostor je vakuován.A capacitor according to any one of the preceding claims, characterized in that its internal space is vacuumed. 6. Kondenzátor podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, v y značující se t í m, že je tlakován.Condenser according to any one of the preceding claims, characterized in that it is pressurized. 15-JUN-2000 15:49 FROM GSHMOSCOW 2213187 9357187 TO «12181042022494672415-JUN-2000 14:49 FROM GSHMOSCOW 2213187 9357187 TO «121810420224946724
CZ20002241A 1997-12-18 1997-12-18 Capacitor with double electric layer CZ20002241A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20002241A CZ20002241A3 (en) 1997-12-18 1997-12-18 Capacitor with double electric layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20002241A CZ20002241A3 (en) 1997-12-18 1997-12-18 Capacitor with double electric layer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ20002241A3 true CZ20002241A3 (en) 2000-11-15

Family

ID=5471032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20002241A CZ20002241A3 (en) 1997-12-18 1997-12-18 Capacitor with double electric layer

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ20002241A3 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100523956B1 (en) Capacitor with dual electric layer
US6628504B2 (en) Electric double layer capacitor
KR100897945B1 (en) Electric double layer capacitor
Figueredo-Rodríguez et al. A rechargeable, aqueous iron air battery with nanostructured electrodes capable of high energy density operation
RU2180144C1 (en) Double-layer capacitor
US3850694A (en) Low pressure nickel hydrogen cell
US3867199A (en) Nickel hydrogen cell
Sarangapani et al. Advanced double layer capacitors
US3990910A (en) Nickel-hydrogen battery
AU2002257436A1 (en) Electric double layer capacitor
WO2007001199A1 (en) Heterogeneous electrochemical supercapacitor and method of manufacture
CN106471650B (en) Secondary electrochemical cell and charging method
AU2008240532B2 (en) Hydrogen storing method and unit
US3544375A (en) Rechargeable fuel cell
Zihong et al. Electrochemical performance of nickel hydroxide/activated carbon supercapacitors using a modified polyvinyl alcohol based alkaline polymer electrolyte
US20040248005A1 (en) Negative electrodes including highly active, high surface area hydrogen storage material for use in electrochemical cells
Zheng et al. Electrochemical investigations of bare and Pd-coated LaNi 4.25 Al 0.75 electrodes in alkaline solution
CZ20002241A3 (en) Capacitor with double electric layer
Xie et al. Hydrogen ion supercapacitor cell construction and rational design of cell structure
Sarangapani et al. Some recent studies with the solid-ionomer electrochemical capacitor
JP6523658B2 (en) Intermediate layer material composition for capacitor air battery, electrode having intermediate layer containing the material composition, and capacitor air battery provided with the electrode
WO2022203011A1 (en) Electrochemical cell
Kuklinski et al. A method of cobalt addition to improve nickel plaque electrode performance
CN1294748A (en) Capacitor with dual electric layer
CZ20002240A3 (en) Capacitor with double electric layer

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic