DE60115560T2

DE60115560T2 - Sekundärbatterie and Kondensator mit Indolverbindungen

Info

Publication number: DE60115560T2
Application number: DE60115560T
Authority: DE
Inventors: Masato Minato-ku Kurosaki; Toshihiko Minato-ku Nishiyama; Hiroyuki Minato-ku Kamisuki; Gaku Minato-ku Harada; Yuuji Minato-ku Nakagawa; Shinya Minato-ku Yoshida; Tomoki Minato-ku Nobuta; Masaya Minato-ku Mitani
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: US6749963B2; JP2002093419A; KR100418845B1; US20040209165A1; DE60115560D1; EP1189295A2; EP1189295B1; EP1189295A3; US7057880B2; KR20020022003A; US20020058185A1; JP3471304B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie und einen Kondensator, der insbesondere eine Indol-Verbindung als ein aktives Material einer Elektrode und ein Proton als einen Ladungsträger verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Indol-Polymere sind im Hinblick auf die elektromotorische Kraft und die Kapazität als ausgezeichnete Materialien für ein aktives Material einer Elektrode bekannt. Die Batterie, in welcher Indol-Polymere als aktives Material verwendet werden, ist jedoch im Hinblick auf ein schnelles Laden und Entladen und eine Zykluscharakteristik nicht zufrieden stellend.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Batterie und ein Kondensator, der eine ausgezeichnete hohe Rate und Zykluscharakteristik sowie auch eine ausreichende elektromotorische Kraft und Kapazität bereitstellt, geschaffen werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Erfindung eine Sekundärbatterie und einen Kondensator bereit, der ein aktives Material einer Elektrode hat, bestehend aus einer Trimer-Verbindung, die drei Einheiten von Indol oder Indol-Derivaten in kondensierter Ringform, wobei die zweite Position und die dritte Position jeder Einheit einen sechsgliedrigen Ring bilden, und ein Proton aufweist, das als Ladungsträger der Trimer-Verbindung verwendet werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Erfindung eine Sekundärbatterie und einen Kondensator bereit, mit:
einer ersten Elektrode mit einem aktiven Material der ersten Elektrode;
einer zweiten Elektrode mit einem aktiven Material der zweiten Elektrode; und
einem Elektrolyten zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei der Elektrolyt ein Protonenquellenmaterial enthält;
wobei das aktive Material der ersten Elektrode und das aktive Material der zweiten Elektrode einer reversiblen Oxidations-Reduktions-Reaktion unterzogen werden, und
beide oder eines der aktiven Materialien der ersten und zweiten Elektrode eine Trimer-Verbindung aufweisen, die drei Einheiten von Indol oder Indol-Derivaten in kondensierter Ringform enthält, wobei die zweite Position und die dritte Position jeder Einheit einen sechsgliedrigen Ring bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Erfindung eine Sekundärbatterie und einen Kondensator bereit, wobei die Aufnahme und die Freigabe von Elektronen gemäß der Oxidations-Reduktions-Reaktion der Trimer-Verbindung nur durch Binden und Eliminieren des Protons, das an die Trimer-Verbindung gebunden ist, durchgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Arbeitsbeispiels einer Batterie und eines Kondensators gemäß dieser Erfindung.
2 ist das zyklische Voltamogram der positiven Elektroden im Beispiel 1 und des Vergleichsbeispiels 1.
3 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse der Lade- und Entladetests (Entladekurven) der Batterie des Beispiels 1.
4 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse der Lade- und Entladetests (Entladekurven) der Batterie gemäß Beispiel 3.
5 ist die graphische Darstellung der Ergebnisse der Lade- und Entladetests (Entladekurven) der Batterie gemäß Vergleichsbeispiel 1.
6 ist die graphische Darstellung der Ergebnisse der Lade- und Entladetests (Entladekurven) der Batterie gemäß Vergleichsbeispiel 3.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert:
1 ist eine Ansicht im Schnitt einer Sekundärbatterie oder eines Kondensators gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine positive Elektrodenmaterialschicht 2 und eine negative Elektrodenmaterialschicht 4, sind auf einem Stromkollektor 1 bzw. einem Stromkollektor 6 so ausgebildet, dass sie über einen Separator 3 einander zugewandt angeordnet sind; an der Seite der Schichten, wo die positive Elektrodenmaterialschicht 2 und die negative Elektrodenmaterialschicht 4 über den Separator 3 übereinander gestapelt sind, ist eine Dichtung 5 aus einem isolierenden Gummi ausgebildet. Die positive Elektrodenmaterialschicht 2 (positive Elektrode) und die negative Elektrodenmaterialschicht 4 (negative Elektrode) sind jeweils mit einer Elektrolytlösung imprägniert, die Protonen enthält.
Eine Trimer-Verbindung, bei der Bindungen zwischen der zweiten Position und der dritten Position jeder Einheit von Indol oder Indol-Derivaten ausgebildet sind, die im Nachfolgenden als "Indol-Trimer" beschrieben wird, kann durch die folgende allgemeine Formel (1) repräsentiert werden:
wobei jedes R unabhängig ein Wasserstoffatom oder einen Substituenten repräsentiert.
Die Indol-Trimere können durch bekannte elektrochemische oder chemische Verfahren hergestellt werden, die bekannte Reaktionen wie beispielsweise elektrochemische Oxidation, chemische Oxidation, Kondensationsreaktion und Substitutionsreaktion in Abhängigkeit von den Substituenten verwenden, beispielsweise Indol- oder Indol-Derivate die im Nachfolgenden als "Indol-Monomer" beschrieben sind, und durch die unten gezeigte allgemeine Formel (2) repräsentiert sind. Die Indol-Trimere werden üblicherweise aus Indol-Monomeren hergestellt, wobei jedes an die zweite Position und die dritte Position angehängte R ein Wasserstoffatom ist.
wobei jedes R unabhängig ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, ein Hydroxyl, ein Carboxyl, eine Sulfonsäuregruppe, eine Schwefelsäuregruppe, eine Nitroverbindung, Zyan, Alkyl, Aryl, Alkoxyl, Amino, Alkylthio oder Arylthio repräsentiert.
Die Indol-Trimere dieser Erfindung können beispielsweise durch die allgemeine Formel (1) repräsentiert sein, wobei jedes R unabhängig ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, ein Hydroxyd, Carboxyl, eine Sulfonsäuregruppe, eine Schwefelsäuregruppe, eine Nitroverbindung, eine Cyanoverbindung, eine Alkyl, Aryl, Alkoxyl, eine Aminoverbindung, Alkylthioverbindung oder Arylthioverbindung repräsentiert. Die Substituenten R in der allgemeinen Formel (1) können von Indol-Monomeren herrühren, die als Rohmaterialien verwendet werden.
Die Halogenatome von R in den allgemeinen Formeln (1) und (2) sind beispielsweise Fluor, Chlor, Brom und Jod. Die Alkylgruppen von R in den Formeln sind beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, s-Butyl, Isobutyl, t-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, n-Heptyl und n-Oktyl. Die Alkoxylgruppen von R in den Formeln sind Gruppen, die repräsentiert sind durch –OX, wobei X beispielsweise die vorstehend beschriebenen Akylgruppen ist. Arylgruppen von R in den Formeln sind beispielsweise Phenyl, Naphthyl, Anthryl und Phenanthryl. Alkylgruppen in den Alkylthiogruppen von R in den Formeln sind beispielsweise die vorstehend beschriebenen Alkylgruppen. Arylgruppen in den Arylthio-Gruppen von R in den Formeln sind beispielsweise die vorstehend beschriebenen Arylgruppen.
Ein leitfähiges Hilfsmaterial wird den Elektroden zugefügt, um sie falls notwendig mit elektrischer Leitfähigkeit zu versehen. Das leitfähige Hilfsmaterial ist beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Material, wie beispielsweise Kristallkarbon, Russ und Graphit. Weiterhin kann Binder zugesetzt werden, um die Formbarkeit der Elektroden zu erhalten und um diese Materialien an einem Stromkollektor zu fixieren.
Das Mischungsverhältnis der Materialien, welche die Elektroden konstituieren, kann solange beliebig sein, als die erforderliche Charakteristik erhalten wird. Im Hinblick auf die Effizienz pro Gewichtseinheit oder Volumeneinheit liegen bevorzugte Zusammensetzungsbereiche bei 30 bis 95 Gew. % eines Indol-Trimers, 5 bis 50 Gew. % eines leitfähigen Hilfsmaterials und 0 bis 20 Gew. % eines Bindemittels.
Eine wässrige oder nichtwässrige Lösung, die Protonen enthält, wird vorzugsweise als eine Elektrolytlösung verwendet, so dass die Protonen als Ladungsträger der Indol-Trimere verwendet werden können. Weiterhin ist die Konzentration der Protonen in der Elektrolytlösung vorzugsweise 10^–3 mol/l bis 18 mol/l. Der Elektrolytlösung können Salz oder oberflächenaktive Agenzien zugesetzt werden, um die elektrische Leitfähigkeit oder andere Eigenschaften zu erhöhen.
Als ein mit einer Elektrolytlösung gesättigter Separator wird irgendein Material, das eine elektrische Leitfähigkeit hat und eine ionische Leitfähigkeit hat oder bereitstellt, beispielsweise ein poröser Film aus Polyethylen oder Polytetrafluorethylen, verwendet. Der Separator kann durch einen Elektrolyt, wie beispielsweise einen Gelelektrolyt oder Festelektrolyt, wenn dieser zwischen die Elektroden geschichtet ist, substituiert sein.
Das Indol-Trimer dieser Erfindung ist durch ein elektrochemisches oder chemisches Verfahren wie durch die vorstehend beschriebene Reaktionsformel beschrieben, dotiert. In der Formel repräsentiert X^– ein Dotiermittelion, beispielsweise ein Sulfation, ein Halogenidion, ein Perchlorsäureion und ein Trifluoressigsäureion und ist nicht auf diese Ionen begrenzt, solange als sie das Indol-Trimer mit einer elektrochemischen Aktivität durch Dotieren versehen.
Reaktionsformel 1
Das durch dieses Verfahren dotierte Indol-Trimer erzeugt eine elektrochemische Reaktion begleitet von einer Adsorption und Desorption eines Protons, wie dies durch die folgende Reaktionsformel 2 veranschaulicht ist. Nur die Adsorption und Desorption eines Protons in dem Indol-Trimer betrifft die Aufnahme und das Freigeben von Elektronen begleitet von einer Oxidations-Reduktions-Reaktion des Indol-Trimers. Da in der elktrochemischen Reaktion ein Transfermaterial nur ein Proton ist, ist in der Batterie und dem Kondensator gemäß dieser Erfindung, die das Indol-Trimer als Elektrodenmaterial verwenden, in welcher die elektrochemische Reaktion auftritt, eine Volumenänderung der Elektroden, welche die Reaktionen begleitet, geringer und diese haben eine ausgezeichnete Zykluscharakteristik. Weiterhin führt eine hohe Mobilität eines Protons und eine schnelle chemische Reaktion zu einer ausgezeichneten Hochgeschwindigkeitscharakteristik, d. h. einer Charakteristik des schnellen Ladens und Entladens der Batterie.
Reaktionsformel 1
Im Folgenden werden Beispiele der Batterie in dieser Erfindung im Einzelnen erläutert und es ist auch möglich, eine Struktur zu konstruieren, die für einen Kondensator geeignet ist, indem die Kapazität und die Lade-Entlade-Rate genau gesetzt werden.
(Beispiel 1)
1 zeigt eine Batterie mit der vorstehend beschriebenen Struktur, die gemäß einem üblichen Verfahren hergestellt worden war. Als äußeres Material wurden Dichtungen 5 aus isolierendem Gummi verwendet und die Stromkollektoren 1 und 6 bestanden aus leitfähigem Gummi. Es wurde ein Separator bestehend aus einem porösen Film, der mit einer Elektrolytlösung von 40 % Schwefelsäure imprägniert war, verwendet.
Als ein aktives Material in der Materialschicht 2 der positiven Elektrode wurde ein Indol-Trimer bestehend aus einem 6-Nitroindol-Trimer verwendet und als ein leitfähiges Hilfs material wurden in dieser Elektrode in der Gasphase gewachsene Kohlenstofffibern verwendet.
Als ein aktives Material in der Materialschicht 4 der negativen Elektrode wurde ein Quinoxalin-Polymer, das durch die unten beschriebene Formel repräsentiert ist, verwendet und als ein leitfähiges Hilfsmaterial wurde in ihr Russ verwendet. Wenn in der positiven Elektrode ein Indol-Trimer verwendet wird, ist ein aktives Material, das in der negativen Elektrode verwendet wird, nicht auf das Material begrenzt, wenn es elektrochemisch aktiv ist und einer reversiblen Oxidations-Reduktions-Reaktion unterliegt. Ein Mischungsverhältnis des aktiven Materials zu dem leitfähigen Hilfsmaterial, welches die Elektroden bildet, wurde als Gewichtsverhältnis von 75:25 gewählt (aktives Material: leitfähiges Hilfsmaterial), und zwar sowohl in der positiven als auch negativen Elektrode.
2 zeigt ein zyklisches Voltamogramm (im Nachfolgenden als "CV" bezeichnet) der Materialschicht 2 der positiven Elektrode in einer saueren wässrigen Lösung. Im Reaktionsbereich 1 (200–800 mV vs. Ag/AgCl) tritt das Dotieren und Entdotieren der Dotierionen wie durch die Reaktionsformel 1 repräsentiert, auf und es wird dem zugeordnet ein elektrischer Strom beobachtet. Im Reaktionsbereich 2 (800–1200 mV vs. Ag/AgCl) tritt die Adsorption und Desorption von Protonen, wie durch die Reaktionsformel 2 repräsentiert, auf.
Es wurden Lade- und Entladetests durchgeführt, um die hergestellte Batterie zu evaluieren. Ein Laden wurde bis zu 1,2 V bei einem konstanten elektrischen Strom von 10 mA/cm² durchgeführt und ein Entladen wurde bei konstanten elektrischen Strömen von 1 mA/cm² bis 200 mA/cm² durchgeführt. Die Ergebnisse der Tests sind in der 3 gezeigt. Die Entladekapazitäten basieren auf dem Gewicht des aktiven Materials. Die Testergebnisse der Entladekapazitäten bis auf 0,9 V herunter sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Eine Erhöhung des Entladestroms von 1 mA/cm² auf 200 mA/cm² führte zu einer Verminderung der Entladekapazität von 78 mAh/g auf 62 mAh/g mit einer Verminderungsrate von nur 20 %. Die Batterie dieser Erfindung, die ein Indol-Trimer in der positiven Elektrode verwendet, zeigt eine exzellente Hochgeschwindigkeitscharakteristik.
Es wurden Zyklustests bei wiederholtem Laden bis zu 1,2 V und Entladen auf 0,9 V mit einem konstanten Lade-Entladestrom von 10 mA/cm² durchgeführt. Als Ergebnis der Tests betrug die Anzahl der Zyklen 31000 bis Erreichen der Endkapazität von 80 % der Anfangskapazität. Die Batterie dieser Erfindung, die ein Indol-Trimer in der positiven Elektrode verwendet, hatte eine ausgezeichnete Zykluscharakteristik.
Ein Indol-Trimer, das ein konstantes Molekulargewicht und eine konstante Molekulargröße hat, unterscheidet sich von einem aktiven Material eines Polymers, das eine Molekulargewichtverteilung hat und in einer kristallisierten Struktur oder in einer ähnlichen Anordnung in einer Elektrode existieren kann. Der Transferpfad eines reagierenden Ions, beispielsweise eines Protons in der Elektrode ist daher nahezu linear und seine Verminderung der Mobilität ist geringer. Andererseits ist das Polymermaterial in der Elektrode in einem amorphen Zustand und der Transfergrad eines reagierenden Ions muss durch Polymerketten, die zufällig angeordnet sind, überbrückt werden. Weiterhin ist im Fall der Verwendung des Indol-Trimers als einem Elektrodenmaterial die Leitfähigkeit der Elektrode höher und der Transfer der Elektronen leichter als im Fall der Verwendung von Indol-Polymeren, wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist. Die Transfergeschwindigkeit von Ionen und Elektronen wird durch die Verwendung des Indol-Trimers als Elektrodenmaterial höher, woraus eine Erhöhung der Reaktionsrate resultiert, wodurch es möglich wird, eine Batterie herzustellen, die eine ausgezeichnete Hochgeschwindigkeitscharakteristik hat.
Ein Indol-Trimer ist durch eine fünfgliedrige Ringeinheit und eine sechsgliedrige Ringeinheit aufgebaut, die über das gesamte Hauptskelett eine Resonanzstruktur hat. Daher hat verglichen mit einem Elektrodenmaterial, das keine Resonanzstruktur in dem Hauptskelett hat, das Indol-Trimer eine höhere chemische Stabilität und wird kaum verschlechtert. Da das Indol-Trimer verglichen mit einem Polymermaterial eine höhere Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln infolge seines niedrigeren Molekulargewichtes hat und seine chemische Eigenschaft, wie beispielsweise die Löslichkeit wegen seines konstanten Molekulargewichts eine Einheit ist, ist es möglich, Verunreinigungen, wie beispielsweise Metallelemente, die vom Oxidieren von Agenzien während der Herstellung herrühren, zusätzlich zur leichten Reinigung, zu reduzieren. Es ist daher möglich, eine Batterie herzustellen, die eine ausgezeichnete Zykluseigenschaft hat.
(Beispiel 2)
Es wurde eine ähnliche Batterie wie im Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dass als ein aktives Material in der Materialschicht 2 der positiven Elektrode ein Indol-Trimer, bestehend aus einem 5-Zyanoindol-Trimer, verwendet wurde.
Es wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie beim Beispiel 1 Lade- und Entladetests durchgeführt. Eine Liste der Entladekapazitäten bis zu 0,9 V ist in der Tabelle 1 gezeigt. Eine Erhöhung des Entladestroms von 1 mA/cm² auf 200 mA/cm² führt zu einer Verminderung der Entladekapazität von 86 mAh//g auf 72 mAh/g mit einer Verminderungsrate von nur 16 %.
Es wurden Zyklustests durchgeführt, bei denen Laden bis zu 1,2 V und Entladen bis auf 0,9 V bei einem konstanten Lade-Entlade-Strom von 10 mA/cm² wiederholt wurden. Als Ergebnis der Tests betrug die Anzahl der Zyklen 25000 bis zum Erreichen der Endkapazität von 80 % der anfänglichen Kapazität.
In einer Batterie, bei der ein Indol-Polymer bestehend aus dem gleichen Indol-Monomer (Vergleichsbeispiel 2) verwendet wurde, führte eine Erhöhung eines Entladestroms von 1 mA/cm² auf 200 mA/cm² zu 25 % Verminderung der Kapazität. Andererseits zeigt die Verminderung in der Kapazität dieses Beispiels nur 16 % an und die Zykluscharakteristik in diesem Beispiel beträgt 25000 Zyklen, was verglichen mit dem Vergleichsbeispiel 2 zu einer Verbesserung von 10000 Zyklen führt.
(Beispiel 3)
Es wurde eine ähnliche Batterie wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dass eine Propylencarbonatlösung verwendet wurde, wobei 1 mol/l Tetraethylammonium-Tetrafluorborat und 0,1 mol/l Trifluoressigsäure gelöst waren (im Nachfolgenden als "PC-Lösung" bezeichnet).
Es wurden Lade- und Entladetests durchgeführt, um die hergestellte Batterie zu evaluieren. Die Batterie wurde bei einem konstanten Strom von 10 mA/cm² bis auf 2,3 V geladen und bei konstanten Strömen von 1 bis 200 mA/cm² entladen. Die Ergebnisse der Tests sind in der 4 gezeigt und die Daten der Kapazitäten bis auf 0,5 V sind in der Tabelle 1 aufgelistet.
Eine Erhöhung in einem Entladestrom von 1 mA/cm² auf 200 mA/cm² führt zu einer Verminderung der Entladekapazität von 70 mAh/g auf 39 mAh/g, was eine Verminderung von 44 % in der Kapazität anzeigt.
Es wurden Zyklustests durchgeführt, indem das Laden bis auf 2,3 V und Entladen auf 0,5 V bei einem konstanten Lade-Entlade-Strom von 10 mA/cm² wiederholt durchgeführt wurden. Als Ergebnis der Tests betrug die Anzahl der Zyklen 19000 bis zum Erreichen der Endkapazität von 80 % der Anfangskapazität.
In einer Batterie, die eine PC-Lösung als eine Elektrolytlösung und ein Indol-Polymer, das aus dem gleichen Indol-Monomer (Vergleichsbeispiel 3) besteht, verwendet, führt eine Erhöhung im Entladestrom von 1 mA/cm² auf 200 mA/cm² zu einer Verminderung der Kapazität auf 73 %. Andererseits zeigt die Verminderung der Kapazität dieses Beispiels 44 % an und die Zykluscharakteristik in diesem Beispiel sind 19000 Zyklen, woraus eine Verbesserung von 7000 Zyklen verglichen mit der Anzahl beim Vergleichsbeispiel 3, resultiert.
(Vergleichsbeispiel 1)
Es wurde eine ähnliche Batterie wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dass ein Indol-Polymer, d. h. Poly-6-Nitorindol als aktives Material in der Materialschicht 2 der positiven Elektrode verwendet wurde.
Es wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie beim Beispiel 1 Lade- und Entladetests durchgeführt. Die Testergebnisse der Entladekapazitäten bis auf 0,9 V sind in der Tabelle 1 gezeigt. Eine Erhöhung des Entladestroms von 1 mA/cm² auf 200 mA/cm² führt zu einer Verminderung der Entladekapazität von 77 mAh/g auf 44 mAh/g mit einer Verminderungsrate von 43 %.
Es wurden durch das gleiche Verfahren wie beim Beispiel 1 Zyklustests durchgeführt und die Testergebnisse zeigten an, dass die Anzahl der Zyklen bis zum Erreichen der Endkapazität von 80 % der Anfangskapazität 24000 betrug.
(Vergleichsbeispiel 2)
Es wurde eine ähnliche Batterie wie beim Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme, dass ein Indol-Polymer, d. h. ein Poly-5-Cyanoindol als aktives Material in der Materialschicht 2 der positiven Elektrode verwendet wurde.
Es wurden Lade- und Entladetests gemäß dem gleichen Verfahren wie beim Beispiel 1 durchgeführt. Die Testergebnisse der Entladekapazitäten bis auf 0,9 V sind in der Tabelle 1 gezeigt. Eine Erhöhung des Entladestroms von 1 mA/cm² auf 200 mA/cm² führt zu einer Verminderung der Entladekapazität von 85 mAh/g auf 64 mAh/g mit einer Verminderungsrate von 25 %.
Es wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie beim Beispiel 1 Zyklustests durchgeführt und die Testergebnisse zeigten an, dass die Anzahl der Zyklen bis zum Erreichen der Endkapazität von 80 % der Anfangskapazität 15000 betrug.
(Vergleichsbeispiel 3)
Es wurde eine ähnliche Batterie wie im Beispiel 1 hergestellt, mit Ausnahme dass ein Indol-Polymer, d. h. ein Poly-6-Nitroindol als ein aktives Material in der Materialschicht der positiven Elektrode und eine PC-Lösung als ein Elektrolyt verwendet wurden, wobei 1 mol/l Tetraethylammonium-Tetrafluoroborat und 0,1 mol/l Trifluoressigsäure gelöst waren.
Es wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie beim Beispiel 1 Lade- und Entladetests durchgeführt. Die Testergebnisse der Entladekapazitäten bis auf 0,9 V sind in der Tabelle 1 gezeigt. Eine Erhöhung des Entladestroms von 1 mA/cm² auf 200 mA/cm² führt zu einer Verminderung der Entladekapazität von 67 mAh/g auf 18 mAh/g mit einer Verminderungsrate von 73 %.
Es wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie beim Beispiel 1 Zyklustests durchgeführt und die Testergebnisse zeigten an, dass die Anzahl der Zyklen bis zum Erreichen der Endkapazität von 80 % der Anfangskapazität 12000 betrug.

Claims

Sekundärbatterie mit einem aktiven Material einer Elektrode, das eine Trimer-Verbindung aufweist, die drei Einheiten von Indol oder Indol-Derivaten in kondensierter Ringform, wobei die zweite Position und die dritte Position jeder Einheit einen sechsgliedrigen Ring bilden, und ein Proton aufweist, das als Ladungsträger der Trimer-Verbindung verwendet werden kann.
Batterie nach Anspruch 1, wobei die Aufnahme und das Freigeben von Elektroden in Übereinstimmung mit der Oxidations-Reduktions-Reaktion der Trimer-Verbindung nur durch Bindung und Eliminierung des Protons, das an die Trimer-Verbindung gebunden ist, durchgeführt wird.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Trimer-Verbindung repräsentiert ist durch die folgende allgemeine Formel (1):
wobei jedes R unabhängig ein Wasserstoffatom oder einen Substituenten repräsentiert.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, mit einer Elektrode, die 30 Gew.-% bis 95 Gew.-% der Trimer-Verbindung enthält.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, mit einer Lösung, die 10^–3 mol/l bis 18 mol/l des Protons als Elektrolyt enthält.
Kondensator mit einem aktiven Material einer Elektrode bestehend aus einer Primärverbindung, die drei Einheiten von Indol oder Indol-Derivaten in kondensierter Ringform, wobei die zweite Position und die dritte Position jeder Einheit einen sechsgliedrigen Ring bilden, und ein Proton aufweist, das als ein Ladungsträger der Primärverbindung verwendet werden kann.
Kondensator nach Anspruch 6, wobei das Aufnehmen und Freigeben von Elektronen in Übereinstimmung mit der Oxidations-Reduktions-Reaktion der Primärverbindung nur durch das Binden und Eliminieren des an die Trimer-Verbindung gebundenen Protons durchgeführt wird.
Kondensator nach Anspruch 8, wobei die Trimer-Verbindung durch die folgende allgemeine Formel (1) repräsentiert ist:
wobei jedes R unabhängig ein Wasserstoffatom oder einen Substituenten repräsentiert.
Kondensator nach Anspruch 6, mit einer Elektrode, die 30 Gew.-% bis 95 Gew.-% der Trimer-Verbindung enthält.
Kondensator nach Anspruch 6, mit einer Lösung, die 10^–3 mol/l bis 18 mol/l des Protons als Elektrolyt enthält.
Sekundärbatterie mit: einer ersten Elektrode mit einem aktiven Material der ersten Elektrode; einer zweiten Elektrode mit einem aktiven Material der zweiten Elektrode; und einem Elektrolyt zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei der Elektrolyt ein Protonenquellenmaterial enthält; wobei das aktive Material der ersten Elektrode und das aktive Material der zweiten Elektrode einer reversiblen Oxidations-Reduktions-Reaktion unterzogen werden, und beide oder eines der aktiven Materialien der ersten und zweiten Elektrode eine Trimer-Verbindung enthält, die drei Einheiten von Indol oder Indol-Derivaten in kondensierter Ringform aufweist, wobei die zweite Position und die dritte Position jeder Einheit einen sechsgliedrigen Ring bilden.
Kondensator mit: einer ersten Elektrode mit einem aktiven Material der ersten Elektrode; einer zweiten Elektrode mit einem aktiven Material der zweiten Elektrode; und einem Elektrolyt zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, wobei der Elektrolyt ein Protonenquellenmaterial enthält; wobei das aktive Material der ersten Elektrode und das aktive Material der zweiten Elektrode einer reversiblen Oxidations-Reduktions-Reaktion unterzogen werden, und beide oder eines der aktiven Materialien der ersten und zweiten Elektrode eine Trimer-Verbindung aufweisen, die drei Einheiten von Indol oder Indol-Derivaten in kondensierter Ringform enthält, wobei die zweite Position und die dritte Position jeder Einheit einen sechsgliedrigen Ring bilden.