DE102016218353A1 - Wässriger Elektrolyt für einen Kondensator, Verwendung des Elektrolyten und Kondensator, der den Elektrolyten enthält - Google Patents
Wässriger Elektrolyt für einen Kondensator, Verwendung des Elektrolyten und Kondensator, der den Elektrolyten enthält Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016218353A1 DE102016218353A1 DE102016218353.2A DE102016218353A DE102016218353A1 DE 102016218353 A1 DE102016218353 A1 DE 102016218353A1 DE 102016218353 A DE102016218353 A DE 102016218353A DE 102016218353 A1 DE102016218353 A1 DE 102016218353A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrolyte
- capacitor
- group
- supercapacitor
- och
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 40
- 150000001768 cations Chemical group 0.000 claims abstract description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003446 ligand Substances 0.000 claims description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- -1 poly (p-phenylene) Polymers 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N hydrogen thiocyanate Natural products SC#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 claims description 2
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M Thiocyanate anion Chemical compound [S-]C#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940071106 ethylenediaminetetraacetate Drugs 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M perchlorate Inorganic materials [O-]Cl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229910006095 SO2F Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 229910020366 ClO 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013528 LiN(SO2 CF3)2 Inorganic materials 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 230000005588 protonation Effects 0.000 description 2
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M sodium nitrite Chemical compound [Na+].[O-]N=O LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- XZVXQRDHWQSJDN-UHFFFAOYSA-N N[Co](N)(N)(N)(N)N Chemical compound N[Co](N)(N)(N)(N)N XZVXQRDHWQSJDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L lithium sulfate Inorganic materials [Li+].[Li+].[O-]S([O-])(=O)=O INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 235000010288 sodium nitrite Nutrition 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 3-aminoazetidine-1-carboxylate;hydrochloride Chemical compound Cl.CC(C)(C)OC(=O)N1CC(N)C1 RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
- H01G11/62—Liquid electrolytes characterised by the solute, e.g. salts, anions or cations therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/02—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof using combined reduction-oxidation reactions, e.g. redox arrangement or solion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/04—Hybrid capacitors
- H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
- H01G11/64—Liquid electrolytes characterised by additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen wässrigen Elektrolyt (61) für einen Kondensator. Dieser enthält mindestens ein Leitsalz der Formel XA. Dabei ist X ein Kation ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus H+, Li+, Na+ und K+. A ist ein organisches Anion oder N(SO2F)2 –. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Kondensator, der den Elektrolyten (61) enthält. Der Elektrolyt (61) kann insbesondere in einem Superkondensator (11), in einem Pseudokondensator oder in einem Hybridsuperkondensator verwendet werden.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen wässrigen Elektrolyten für einen Kondensator. Weiterhin betrifft sie eine Verwendung des Elektrolyten. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Kondensator, welcher den Elektrolyten enthält.
- Stand der Technik
- Elektrochemische Energiespeicher spielen in der heutigen Gesellschaft bereits eine wichtige Rolle und werden in Zukunft durch die steigende Verwendung alternativer Energiequellen und durch zunehmende Elektrifizierung der Automobilindustrie noch weiter an Bedeutung gewinnen. Neben Batterien werden vor allem Kondensatoren als elektrische Energiespeicher eingesetzt. Neben klassischen Kondensatordesigns werden heute unter anderem Superkondensatoren, Pseudokondensatoren und Hybridsuperkondensatoren eingesetzt. Unter Superkondensatoren werden Doppelschichtkondensatoren verstanden, in denen der Elektrolyt die ionenleitfähige Verbindung zwischen zwei Elektroden ist. Die Elektroden bestehen aus Kohlenstoff oder dessen Derivaten mit einer sehr hohen statischen Doppelschichtkapazität. Der Anteil der faradayschen Pseudokapazität in der Gesamtkapazität ist nur gering. Pseudokondensatoren speichern elektrische Energie mithilfe von reversiblen Redoxreaktionen an dafür geeignete Elektroden. Hybridsuperkondensatoren (Hybrid Super Capacitors – HSC), wie beispielsweise Lithiumionenkondensatoren, können als Elektrodenmaterial-Gemische mehrerer chemischer Substanzen mit sowohl faradayschen als auch kapazitiv aktiven Materialien verwenden. Die so erhaltenen Elektroden werden als hybridisierte Elektroden bezeichnet.
- Eine der wichtigsten Komponenten aller Kondensatoren ist der Elektrolyt, welcher Auswirkungen auf die Lebensdauer, Leistungsdichte, Kapazität und ESR (Equivalent Series Resistance) eines Kondensators hat. Elektrolyte können flüssig, fest oder gelartig sein. Dabei sind flüssige Elektrolyte am verbreitetsten. Die flüssigen Elektrolyte unterteilen sich wiederum in wässrige, organische und ionische Flüssigkeiten. Wässrige Elektrolyte haben dabei den Vorteil, dass sie mit niedrigen Kosten verbunden sind und ungiftig sind. Als saurer Elektrolyt kann beispielsweise wässrige Schwefelsäure verwendet werden. Natronlauge, Kalilauge und wässrige Lösungen von Lithiumhydroxid sind als alkalische Elektrolyte geeignet. Diese sauren und alkalischen Elektrolyte weisen ein Spannungsfenster von typischerweise ca. 1 V auf. Ein höheres Spannungsfenster von ca. 2 V kann mit neutralen Elektrolyten erreicht werden. Als solche können beispielsweise wässrige Lösungen von Lithiumsulfat, Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Natriumnitrit oder Kaliumchlorid verwendet werden.
- Offenbarung der Erfindung
- Der Elektrolyt für einen Kondensator enthält mindestens ein Leitsalz der Formel XA. Hierbei ist X ein Kation, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus H+, Li+, Na+ und K+. Wenn das Kation H ist, handelt es sich um einen sauren Elektrolyten. Falls das Kation hingegen eines der Alkalimetallkationen Li+, Na+ oder K+ ist, so handelt es sich bei dem Elektrolyten um einen neutralen Elektrolyten. A ist ein organisches Anion oder N(SO2F)2 –. Hierbei wird unter einem organischen Anion jedes Anion mit mindestens einem Kohlenwasserstoffrest einschließlich teilweise oder vollständig halogenierter Reste verstanden. Der Elektrolyt enthält als Lösungsmittel Wasser, kann jedoch optional weitere mit Wasser mischbare Lösungsmittel enthalten. Um die Vorteile der Ungiftigkeit eines vollständig wässrigen Elektrolyten zu erreichen, ist es allerdings bevorzugt, dass er Wasser als einziges Lösungsmittel enthält.
- In einer Ausführungsform des Elektrolyten, in welcher es sich um einen sauren Elektrolyten handelt, stellt dieser eine Alternative zu bisher bekannten wässrigen sauren Elektrolyten dar, der eine verhältnismäßig geringe Acidität aufweist. Damit verfügt er über eine geringe Korrosionsrate gegenüber metallischen Komponenten des Kondensators, wie beispielsweise einem Stromleiter aus Aluminium.
- In einer anderen Ausführungsform des Elektrolyten, in welcher er ein neutraler Elektrolyt ist, ermöglicht dieser ein großes Spannungsfenster der elektrochemischen Zellen des Kondensators, was zu einer hohen Leistungs- und Energiedichte führt.
- Organische Anionen für den Elektrolyten, die eine besonders vorteilhafte Kombination aus Leitfähigkeit und Molekulargewicht aufweisen, sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CO2CF3 –, SO3CH3 –, SO3CF3 –, SO3C4F9 –, SO3(C6H5)–, SO3(C6F5)–, SO3C8F17 –, N(COCF3)2 –, N(SO2CF3)2 –, N(SO2C2F5)2 –, N(SO2C4F9)(SO2CF3)–, N(SO2CF3)(C6F4SO2F)–, N(SO2CF3)(SO2C8F17)–, N(SO2OCH2CF3)2 –, N(SO2OCH2CF2CF3)2 –, N(SO2OCH2CF2CF2H)2 –, N(SO2OCH(CF3)2)2 –, C(SO2CF3)3 –, C(SO2OCH2CF3)3 –, B(C6H3-3,5-(CF3)2)4 – und PO2(C2F5)2 –.
- Neben dem Leitsalz enthält der Elektrolyt vorzugsweise mindestens einen Übergangsmetallkomplex, insbesondere einen Übergangsmetallkomplex mindestens eines Übergangsmetalls, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Cobalt, Chrom, Eisen, Kupfer und Titan. Durch Redoxreaktionen der Übergangsmetalle in den Komplexen kann der Elektrolyt als Redoxelektrolyt fungierten, der zur Kapazität des Kondensators beiträgt.
- Der Übergangsmetallkomplex enthält bevorzugt mindestens einen Liganden, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ammoniak (NH3), Cyanid (CN–), Perchlorat (ClO4 –), Thiocyanat (SCN–) und Ethylendiamintetraacetat (EDTA4–). Besonders bevorzugt weist der Übergangsmetallkomplex die Formel MLx aufweist, wobei M das Übergangsmetall und L einen aus der Gruppe ausgewählten Liganden bezeichnet und x einen Wert von 2, 4 oder 6 hat. Für L = ClO4 – kann x insbesondere auch einen Wert von 1 oder 3 haben. Für L = EDTA4– kann x insbesondere auch einen Wert von 1 haben. Neben den x aus der Gruppe ausgewählten Liganden können Wassermoleküle als weitere Liganden vorhanden sein, so dass der Komplex die Formel MLx(H2O)y aufweisen kann, wobei beispielsweise x + y = 6 ist. Derartige Komplexe stabilisieren die Übergangsmetallionen der Komplexe in wässriger Lösung und ermöglichen einen einfachen Ladungstransfer.
- Die Konzentration des Übergangsmetallkomplexes in dem Elektrolyten liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 mol/l bis 0,5 mol/l. Auf diese Weise kann der Kapazitätsbeitrag des Elektrolyten bedarfsgerecht eingestellt werden.
- Der Elektrolyt ist insbesondere für die Verwendung in einem Superkondensator, in einem Pseudokondensator oder in einem Hybridsuperkondensator geeignet. Durch Einbringen des Elektrolyten in einen herkömmlichen Kondensator kann ein erfindungsgemäßer Kondensator erhalten werden.
- Dieser Kondensator ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Superkondensator. Dabei ist es für den Aufbau einer Helmholtzdoppelschicht bevorzugt, dass die Anode und die Kathode des Kondensators jeweils mindestens einen porösen Kohlenstoff enthalten. Der Elektrolyt kann wahlweise sauer oder neutral sein.
- In einer weiteren Ausführungsform des Kondensators ist dieser als Pseudokondensator ausgeführt. Das Kation des Elektrolyten ist in dieser Ausführungsform H+, das heißt es handelt sich bei dem Elektrolyten um einen sauren Elektrolyten. Dies ermöglicht eine Protonierung des Anodenmaterials. Hierzu ist es bevorzugt, dass die Anode und die Kathode des Pseudokondensators jeweils mindestens eine Substanz enthalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus MnO2, RuO2, Fe3O4, Co3O4, NiCO2O4, Co(OH)2, Ni(OH)2, NiO, Polyanilin (PANI), Polypyrrol (PPy), Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PEDOT), Poly(p-phenylen) und Polyacetylen. Diese Substanzen stellen ein gut protonierbares Elektrodenmaterial dar. Gegebenenfalls können die Elektroden zusätzlich noch einen porösen Kohlenstoff enthalten.
- In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Kondensator ein Hybridsuperkondensator. Dabei ist das Kation des Elektrolyten ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Li+, Na+ und K+, d. h. der Elektrolyt ist ein neutraler Elektrolyt. Damit weist er ein großes Spannungsfenster auf. Bevorzugt enthält die Anode und/oder die Kathode des Hybridsuperkondensators mindestens einen porösen Kohlenstoff und seine Kathode enthält beispielsweise LiMn2O4. Während LiMn2O4 als ionenspeicherndes Material fungieren kann, und somit faradaysche Aktivität aufweist, fungiert der poröse Kohlenstoff der Anode als kapazitives Material.
- Der poröse Kohlenstoff ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanofasern, Graphen, funktionalisiertem Graphen, Aktivkohle, und Gemischen daraus. Diese Kohlenstoffmodifikationen ermöglichen als Elektrodenbestandteil eine schnelle Energiebereitstellung der Elektrode, so dass sie deren elektrische Leitfähigkeit verbessert. Aufgrund der hohen Porosität dieser Kohlenstoffmodifikationen können sie durch oberflächige Ionenabsorption außerdem als Schockabsorber für hohe Ströme fungieren, wenn mindestens eine Elektrode des Kondensators sowohl faradaysche als auch kapazitive Materialien enthält.
- Geeignete Kollektoren bzw. Stromableiter für den Kondensator können insbesondere aus einer Metallfolie oder einem Metallschaum bestehen, wobei das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Nickel, Titan, Aluminium, Kupfer, Edelstahl und Legierungen daraus.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
1a zeigt schematisch einen ungeladenen Superkondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
1b zeigt schematisch einen geladenen Superkondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
2a zeigt schematisch einen ungeladenen Pseudokondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
2b zeigt schematisch einen geladenen Pseudokondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
3a zeigt schematisch einen ungeladenen Hybridsuperkondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
3b zeigt schematisch einen geladenen Hybridsuperkondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Ausführungsbeispiele der Erfindung
- In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Superkondensator
11 eine Anode21 auf, die aus Aktivkohle besteht. Diese ist auf einem ersten Kollektor3 aufgebracht, der aus einer Nickelfolie besteht. Eine Kathode41 des Superkondensators11 besteht ebenfalls aus Aktivkohle und ist auf einem zweiten Kollektor5 aufgebracht, welcher ebenfalls aus einer Nickelfolie besteht. Die Anode21 und die Kathode41 sind von einem nicht dargestellten Separator aus Zellulose getrennt. Zwischen der Anode21 und der Kathode41 ist ein Elektrolyt61 angeordnet. Hierbei handelt es sich um eine Lösung von 1 mol/l HN(SO2CF3)2 in Wasser. Beim Laden des Superkondensators sammeln sich Protonen des Leitsalzes an der Oberfläche der Anode21 und bilden dort eine elektrische Doppelschicht. Eine zweite elektrische Doppelschicht wird dadurch ausgebildet, dass sich die Anionen des Leitsalzes an der Oberfläche der Kathode41 anlagern. - In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Kondensator als Pseudokondensator
12 ausgeführt. Dieser unterscheidet sich von dem Superkondensator11 darin, dass seine Anode22 aus Rutheniumoxid besteht. Seine Kathode42 besteht ebenfalls aus Rutheniumoxid. Der Elektrolyt62 des Pseudokondensators12 hat dieselbe Zusammensetzung wie der Elektrolyt61 des Superkondensators11 . Beim Laden des Pseudokondensators12 erfolgt eine Protonierung des Anodenmaterials gemäß Formel 1:RuO2 + xe–xxH+ → RuO2-x(OH)x (Formel 1) - An der Kathode
42 bildet sich eine elektrische Doppelschicht in derselben Weise wie im Superkondensator11 aus. - In einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den
3a und3b dargestellt ist, ist ein Kondensator als Hybridsuperkondensator13 ausgeführt. Dieser unterscheidet sich vom Superkondensator11 und vom Pseudokondensator12 darin, dass seine Anode23 aus Aktivkohle besteht und seine Kathode43 aus LiMn2O4 besteht. Der Elektrolyt63 des Hybridsuperkondensators13 ist eine Lösung von 1 mol/l LiN(SO2CF3)2 in Wasser. Beim Laden des Hybridsuperkondensators13 lösen sich gemäß Formel 2 Lithiumionen aus der Kathode43 im Elektrolyten63 :LiMn2O4 → Li1-xMn2O4 + xLi+ + xe– (Formel 2) - Lithiumionen des Elektrolyten
63 , die entweder aus der Dissoziation des Leitsalzes LiN(SO2CF3)2 stammen oder die aus der Kathode43 in Lösung gegangen sind, bilden an der Oberfläche der Anode23 eine elektrische Doppelschicht. - Die Anodenmaterialien und Kathodenmaterialen des Superkondensators
11 , des Pseudokondensators12 und des Hybridsuperkondensators13 enthalten Polytetrafluorethylen (PTFE) als Bindemittel, um das jeweilige Elektrodenmaterial zu einer festen Masse zu verbinden, die auf den Kollektoren3 ,5 haftet. - In einer Variante dieser drei Ausführungsbeispiele enthält der Elektrolyt
61 ,62 ,63 jeweils zusätzlich 0,1 M Hexaminocobalt(III). Bei Lade- und Entladevorgängen des Hybridsuperkondensators1 laufen im Elektrolyten Redoxreaktionen gemäß der folgenden Formel ab:[Co(NH3)6]3+ ⇌ [Co(NH3)6]4+ + e– ⇌ [Co(NH3)6]6+ + 3e– - Diese Redoxreaktion trägt zur Erhöhung der Energie im Superkondensator
11 , im Pseudokondensator12 und im Hybridsuperkondensator13 bei.
Claims (14)
- Wässriger Elektrolyt (
61 ,62 ,63 ) für einen Kondensator, enthaltend mindestens ein Leitsalz der Formel XA, wobei X ein Kation ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus H+, Li+, Na+ und K+, und wobei A ein organisches Anion oder N(SO2F)2 – ist. - Wässriger Elektrolyt (
61 ,62 ,63 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Anion ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus CO2CF3 –, SO3CH3 –, SO3CF3 –, SO3C4F9 –, SO3(C6H5)–, SO3(C6F5)–, SO3C8F17 –, N(COCF3)2 –, N(SO2CF3)2 –, N(SO2C2F5)2 –, N(SO2C4F9)(SO2CF3)–, N(SO2CF3)(C6F4SO2F)–, N(SO2CF3)(SO2C8F17)–, N(SO2OCH2CF3)2 –, N(SO2OCH2CF2CF3)2 –, N(SO2OCH2CF2CF2H)2 –, N(SO2OCH(CF3)2)2 –, C(SO2CF3)3 –, C(SO2OCH2CF3)3 –, B(C6H3-3,5-(CF3)2)4 – und PO2(C2F5)2 –. - Wässriger Elektrolyt (
61 ,62 ,63 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Übergangsmetallkomplex enthält. - Wässriger Elektrolyt (
61 ,62 ,63 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsmetallkomplex mindestens ein Übergangsmetall enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Cobalt, Chrom, Eisen, Kupfer und Titan. - Wässriger Elektrolyt (
61 ,62 ,63 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsmetallkomplex mindestens einen Liganden enthält, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ammoniak, Cyanid, Perchlorat, Thiocyanat und Ethylendiamintetraacetat. - Verwendung eines Elektrolyten (
61 ,62 ,63 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Superkondensator (11 ), in einem Pseudokondensator (12 ) oder in einem Hybridsuperkondensator (13 ). - Kondensator, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Elektrolyten (
61 ,62 ,63 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthält. - Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Superkondensator (
11 ) ist. - Kondensator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass seine Anode (
21 ) und seine Kathode (41 ) jeweils mindestens einen porösen Kohlenstoff enthalten. - Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Pseudokondensator (
12 ) ist, wobei das Kation des Elektrolyten (62 ) H+ ist. - Kondensator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass seine Anode (
22 ) und seine Kathode (42 ) jeweils mindestens eine Substanz enthalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus MnO2, RuO2, Fe3O4, Co3O4, NiCO2O4, Co(OH)2, Ni(OH)2, NiO, Polyanilin, Polypyrrol, Poly(3,4-ethylendioxythiophen), Poly(p-phenylen) und Polyacetylen. - Kondensator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Hybridsuperkondensator (
13 ) ist, wobei das Kation des Elektrolyten (63 ) ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Li+, Na+ und K+. - Kondensator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass seine Anode (
23 ) und/oder seine Kathode (43 ) mindestens einen porösen Kohlenstoff enthält. - Kondensator nach Anspruch 9 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Kohlenstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanofasern, Graphen, funktionalisiertem Graphen, Aktivkohle, und Gemischen daraus.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016218353.2A DE102016218353A1 (de) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | Wässriger Elektrolyt für einen Kondensator, Verwendung des Elektrolyten und Kondensator, der den Elektrolyten enthält |
PCT/EP2017/069600 WO2018054591A1 (de) | 2016-09-23 | 2017-08-03 | Wässriger elektrolyt für einen kondensator, verwendung des elektrolyten und kondensator, der den elektrolyten enthält |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016218353.2A DE102016218353A1 (de) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | Wässriger Elektrolyt für einen Kondensator, Verwendung des Elektrolyten und Kondensator, der den Elektrolyten enthält |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016218353A1 true DE102016218353A1 (de) | 2018-03-29 |
Family
ID=59699649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016218353.2A Withdrawn DE102016218353A1 (de) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | Wässriger Elektrolyt für einen Kondensator, Verwendung des Elektrolyten und Kondensator, der den Elektrolyten enthält |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016218353A1 (de) |
WO (1) | WO2018054591A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110828808A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-21 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种锂硫电池正极材料的制备方法及应用 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111244540B (zh) * | 2020-01-17 | 2021-11-09 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种水系高电压窗口防冻电解液及其应用 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4505997A (en) | 1982-06-01 | 1985-03-19 | Agence Nationale De Valorisation De La Recherche (Anvar) | Bis perhalogenoacyl -or sulfonyl-imides of alkali metals, their solid solutions with plastic materials and their use to the constitution of conductor elements for electrochemical generators |
US20120052377A1 (en) | 2010-08-26 | 2012-03-01 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Energy storage device |
US20140212770A1 (en) | 2011-08-12 | 2014-07-31 | Ulbe industries, Ltd. | Nonaqueous electrolyte solution and electrochemical element using same |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2428420A1 (en) * | 2002-05-09 | 2003-11-09 | Wilson Greatbatch Technologies, Inc. | Guanidine derivatives as cations for ambient temperature molten salts in electrochemical power sources |
EP1840124B1 (de) * | 2005-01-12 | 2010-03-17 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Quaternäres ammoniumsalz, elektrolyt, elektrolytlösung und elektrochemisches gerät |
US9305716B2 (en) * | 2010-12-03 | 2016-04-05 | Imra America, Inc. | Rechargeable electrochemical energy storage device |
US20140211370A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | Ionova Technologies, Inc. | Electrochemical Cell, Related Material, Process for Production, and Use Thereof |
-
2016
- 2016-09-23 DE DE102016218353.2A patent/DE102016218353A1/de not_active Withdrawn
-
2017
- 2017-08-03 WO PCT/EP2017/069600 patent/WO2018054591A1/de active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4505997A (en) | 1982-06-01 | 1985-03-19 | Agence Nationale De Valorisation De La Recherche (Anvar) | Bis perhalogenoacyl -or sulfonyl-imides of alkali metals, their solid solutions with plastic materials and their use to the constitution of conductor elements for electrochemical generators |
US20120052377A1 (en) | 2010-08-26 | 2012-03-01 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Energy storage device |
US20140212770A1 (en) | 2011-08-12 | 2014-07-31 | Ulbe industries, Ltd. | Nonaqueous electrolyte solution and electrochemical element using same |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Kai Wang: Conducting Polyaniline Nanowire Arrays for High Performance Supercapacitors. In: The Journal of Physical Chemistry C, 114, 2010, 17, 8062-8067. |
Zhao et al.: High-voltage Zn/LiMn0.8Fe0.2PO4 aqueous rechargeable battery by virtue of "water-in-salt" electrolyte. In: Electrochemistry Communications, 69, 2016, 6-10. |
Zhu et al.: Possible use of ferrocyanide as a redox additive for prevention of electrolyte decomposition in overcharged nickel batteries. In: Electrochimica Acta, 48, 2003, 4033-4037. |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110828808A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-21 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种锂硫电池正极材料的制备方法及应用 |
CN110828808B (zh) * | 2019-11-19 | 2022-04-26 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种锂硫电池正极材料的制备方法及应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018054591A1 (de) | 2018-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60032417T2 (de) | Sekundärbatterie und Kondensator mit Indol-Polymerverbindung | |
EP1984973B1 (de) | Redoxakkumulator mit trennelektrode | |
DE69215195T2 (de) | Leitfähiges Polymer enthaltender Superkondensator | |
DE60215439T2 (de) | Elektrolytlösung und deren Verwendung in einer elektrochemischen Zelle | |
DE112012004734T5 (de) | Elektrode für eine elektrische Speichervorrichtung, elektrische Speichervorrichtung und Herstellungsverfahren einer Elektrode für eine elektrische Speichervorrichtung | |
DE10051132A1 (de) | Elektrochemischer Kondensator | |
AT503315A1 (de) | Redox-durchfluss-batterie, sowie elektrolyt-lösung für eine redox-durchfluss-batterie | |
DE112015000186T5 (de) | Flexibler Superkondensator und Verfahren zur Herstellung eines solchen | |
DE602005000013T2 (de) | Doppelschichtkondensator und Elektrolytlösung dafür | |
WO2006012890A1 (de) | Elektrolytlösung für doppelschichtkondensatoren und doppelschichtkondensator mit der elektrolytlösung | |
DE102016202979A1 (de) | Hybridsuperkondensator | |
DE102015218433A1 (de) | Hybridsuperkondensator | |
DE102016221172A1 (de) | Optimierter Hybridsuperkondensator | |
DE102015224094A1 (de) | Hybridsuperkondensator | |
WO2018054591A1 (de) | Wässriger elektrolyt für einen kondensator, verwendung des elektrolyten und kondensator, der den elektrolyten enthält | |
DE2738215A1 (de) | Verfahren zur herstellung von aktivem material fuer gepresste nickelelektroden | |
DE69800274T2 (de) | Elektrischer Doppelschichtkondensator und Elektrolyt | |
DE69800689T2 (de) | Wiederaufladbare Polymerbatterie | |
DE112018003716T5 (de) | Redox-Flow Batterie | |
DE102015216964A1 (de) | Asymmetrischer Hybridsuperkondensator | |
DE60314532T2 (de) | Elektrochemischer kondensator und verfahren zu dessen verwendung | |
DE102016202977A1 (de) | Wässriger Elektrolyt, Verwendung des Elektrolyten und Hybridsuperkondensator, der den Elektrolyten enthält | |
DE102015224040A1 (de) | Hybridisierte Elektrode für einen Hybridsuperkondensator | |
DE112013001750T5 (de) | Elektrodenmaterial sowie Kondensator und Sekundärbatterie, die das Elektrodenmaterial verwenden | |
DE102012015176A1 (de) | Redoxelektrolyt mit redoxaktiver Substanz für Redox-Flow-Batterien |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |