PL215046B1 - Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku - Google Patents
Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodkuInfo
- Publication number
- PL215046B1 PL215046B1 PL386352A PL38635208A PL215046B1 PL 215046 B1 PL215046 B1 PL 215046B1 PL 386352 A PL386352 A PL 386352A PL 38635208 A PL38635208 A PL 38635208A PL 215046 B1 PL215046 B1 PL 215046B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- capacitor
- electrode
- mol
- solution
- electrochemical
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title description 8
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 title description 4
- 239000011630 iodine Substances 0.000 title description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 27
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 14
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 8
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001516 alkali metal iodide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000012224 working solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 7
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 3-azaniumyl-2-hydroxypropanoate Chemical compound NCC(O)C(O)=O BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229920006370 Kynar Polymers 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical group Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-M iodate Chemical compound [O-]I(=O)=O ICIWUVCWSCSTAQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Chemical group 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Chemical group 0.000 description 1
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- -1 replica carbons Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- 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
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku.
Kondensator elektrochemiczny jest atrakcyjnym urządzeniem do magazynowania energii na drodze elektrostatycznego przyciągania jonów, któremu mogą towarzyszyć reakcje faradajowskie zwane efektami pseudopojemnościowymi. Jest on zdolny do impulsowego dostarczania mocy w celu zasilania pojazdów, np. podczas startu czy przyspieszeń, podczas gdy ulega on ładowaniu w trakcie hamowania. Superkondensator może także pełnić pomocniczą rolę zasilającą razem z akumulatorem, co znacznie przedłuża żywotność akumulatora.
Kondensator elektrochemiczny najczęściej składa się z dwóch takich samych elektrod (kondensator symetryczny) lub elektrod różniących się materiałami zwany wtedy kondensatorem asymetrycznym, którego przykład stanowi patent US nr 6 222 723 - Razoumov S. et al. (Elton). W patencie US nr 7 440 257 Kirchner et al. (EPCOS) przedstawił sposób optymalizacji działania kondensatora, w którym ładunki poszczególnych elektrod różnią się oraz zakresy potencjałów dla obu elektrod są różne poprzez odpowiedni dobór mas elektrod, ich objętości, etc.
Najczęściej stosowanymi materiałami elektrodowymi kondensatora są materiały węglowe; charakteryzuje je wysokie przewodnictwo, możliwość sterowania porowatością, różne formy (proszki, filmy, włókna, włókniny, filce, monolity), hydrofobowy bądź hydrofilowy charakter. Nowoczesne materiały węglowe, takie jak nanorurki węglowe, węgle otrzymane metodą repliki, aerożele, pojedyncze warstwy grafenowe stanowią także interesujące składniki elektrod kondensatora elektrochemicznego. Rozmiar porów materiału węglowego musi odpowiadać rozmiarowi jonów biorących udział w ładowaniu podwójnej warstwy elektrycznej (ok. 1 nm), aczkolwiek mezopory są niezwykle użytecznymi porami dla zapewnienia szybkiej propagacji ładunku szczególnie przy dużych gęstościach prądowych i pozwalają uzyskać wysokie wartości mocy.
Oprócz kontrolowania mikrotekstury materiału węglowego, znaczny wzrost pojemności można uzyskać poprzez efekty pseudopojemnościowe związane z szybkimi procesami faradajowskimi, tj. utleniania/redukcji tlenków metali przejściowych, polimerów przewodzących i innych, co zostało przedstawione między innymi: w amerykańskim patencie nr US 5 079 674 (Motorola); efekty takie opisano również w pracach: B. E. Conway „Transition from Supercapacitor to Battery Behavior in Electrochemical Energy Storage”, Journal of Electrochemical Society 138 (1991) 1539-1548; B. E. Conway „Electrochemical Supercapacitors - Scientific Fundamentals and Technological Applications” Kluwer Academic, New York, 1999; E. Frackowiak, F. Beguin, V. Gupta (Ed.) „Recent Advances in Supercapacitors” Transworld Research Network, Kerala, India (2006) 79-114.
Korzystny efekt pseudopojemnościowy można uzyskać także przez wykorzystanie materiału węglowego bogatego w takie heteroatomy jak azot i tlen, dzięki procesom redoks grup funkcyjnych oraz lokalnym zmianom elektronowej struktury węglowej matrycy dotowanej heteroatomem, udokumentowane między innymi w pracach: D. Hulicova, M. Kodama, H. Hatori „Electrochemical Performance of Nitrogen-Enriched Carbons in Aqueous and Non-Aqueous Supercapacitors” Chemistry of Materials 18 (2006) 2318-2326 oraz G. Lota, K. Lota, E. Frackowiak „Nanotubes based composites rich in nitrogen for supercapacitor application” Electrochemistry Communications 9 (2007) 1828-1832.
Oprócz modyfikacji materiałów elektrodowych istnieje możliwość poprawy działania kondensatora poprzez wybór roztworu elektrolitu lub dodatku do elektrolitu, przykładowo nieizotropowego roztworu związków amfipatycznych (US nr 5 206 797). Najczęściej stosowanymi roztworami elektrolitu są roztwory organiczne na bazie acetonitrylu lub węglanu propylenu (JP-A-49-68254, JP-A-7-86096) oraz wodne roztwory alkaliczne KOH, kwaśne H2SO4 (JP-A-62-268119, JP-A-63-213915, JP-A-2-174210), czy też obojętne (JP-A-49- 68254).
Poprawę pojemności kondensatora realizowano także poprzez modyfikację elektrody węglowej za pomocą adsorpcji polioksometalatów, których procesy redoks dostarczyły dodatkowego ładunku US nr 4 630 176 (Cuellar et al.); US nr 4 633 372 Calahan J.; US nr 5 501 922 (Li, et al.).
W amerykańskim opisie patentowym US nr 4 713 731 z roku 1987 został przedstawiony sposób zastosowania halogenków jako dodatku do elektrolitu kondensatora elektrochemicznego. W opisie patentowym poruszono temat traktowania węglowego materiału elektrodowego dodatkiem kwasu bromowodorowego HBr oraz 25% kwasem siarkowym, a następnie jego wymycie w celu modyfikacji właściwości fizykochemicznych materiału węglowego. Końcowym efektem i celem tego postępowania było jednak jedynie wyrównywanie napięcia sześciu szeregowo połączonych kondensatorów poprzez celowy wzrost prądu upływu, czyli prądu zwierającego poszczególne ogniwa i powodującego ich saPL 215 046 B1 mowyładowanie. Zastosowanie halogenku miało w tym przypadku zupełnie inny cel, a jego roztwór nie stanowił elektrolitu podstawowego kondensatora.
Istotą wynalazku jest kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku, którego elek2 trody wykonane są z materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej 300-3000 m2/g, ko2 rzystnie 2000 m2/g, charakteryzujący się tym, że elektrolitem jest wodny roztwór jodku metalu alka-1 -1 -1 licznego o stężeniu 0,01 mol L-1- 5 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoekonomiczne:
- technologia wytwarzania superkondensatora jest ekologiczna (nie zawiera metali ciężkich),
- technologia wytwarzania superkondensatora jest tania,
- wysoka wydajność elektryczna i trwałość cykliczna kondensatora,
- roztwór elektrolitu jest neutralny o pH bliskim 7, co umożliwia szerszy wybór kolektorów prądowych,
- istnieje możliwość łatwego odzysku materiału z kondensatora, możliwe zastosowanie jednakowego materiału dla obu elektrod, układ może być obciążany dużymi gęstościami prądowymi nawet
-1 -1 do 50 A g-1, uzyskana moc przyjmuje wysokie wartości, tj. 6-8 kW kg-1.
W wynalazku zostały wykorzystane roztwory jodku metalu alkalicznego litu, sodu, potasu lub ich mieszanin jako elektrolitu superkondensatora zbudowanego z elektrod węglowych. Wyjątkowe właściwości takiego roztworu elektrolitu polegają na wykorzystaniu różnorodnych reakcji faradajowskich zachodzących na granicy faz elektroda/elektrolit związanych z obecnością jodu. Procesy utleniania i redukcji zachodzące na granicy faz elektroda dodatnia/roztwór jodku pozwalają na zmianę warto-1 -1 ściowości jodu od (-1) dla I-1 do (+5) dla IO3-1. Pierwiastek ten okazuje się być doskonałym elektrochemicznym reagentem w superkondensatorze z powodu różnorodnych form utlenienia od najbardziej stabilnej formy jodku do jodanu. Istotnym jest fakt, że substancja redoks obecna jest w roztworze elektrolitu, a nie w masie aktywnej elektrody. Roztwór jodku metalu alkalicznego o stężeniu od 0,1 do mol L-1 pełni dwojaką funkcję, a mianowicie jest elektrolitem (przewodnikiem jonowym) oraz jest źródłem reakcji faradajowskich zachodzących na elektrodzie dodatniej. Proponowany przez nas wybór -1 jodku I-1 jako anionu elektrolitu, wynika z faktu, że spośród wszystkich halogenków jest on najbardziej przyjazny dla środowiska w przeciwieństwie do pozostałych halogenków, takich jak brom, fluor czy chlor.
Ogólny schemat działania (ładowanie/wyładowanie) kondensatora w roztworze jodku metalu alkalicznego przedstawia fig. 1. Oprócz typowego przyciągania elektrostatycznego jonów, fig. 1 obrazu-1 -1 je pseudopojemnościowe tworzenie kompleksu I3-1 na skutek reakcji anodowego utleniania I-1.
Jako materiał elektrodowy superkondensatora zastosowano materiał węglowy o rozwiniętej po2 wierzchni właściwej (300-3000 m2/g). Powierzchnia rzeczywista odgrywa znaczną rolę, ponieważ decyduje o wydajności reakcji utleniania/redukcji i elektrochemicznym zachowaniu elektrod kondensatora. Dla precyzyjnego wyjaśnienia procesów zachodzących na obu elektrodach badania prowadzono w dwu- i trójelektrodowym naczyniu elektrochemicznym. Istotne znaczenie ma fakt, że zawsze elektroda o mniejszej pojemności decyduje w znacznym stopniu o pojemności całego kondensatora zgodnie z równaniem:
1_ 1 1 C C2
Pojemności właściwe mierzono różnymi technikami za pomocą woltamperometrii cyklicznej -1 -1 -1 -1 (1 mVs-1-1000 mVs-1), galwanostatycznego ładowania/wyładowania (0,1 Ag-1-50 Ag-1) oraz spektroskopii impedancyjnej (1 mHz-100 kHz). Wszystkie trzy techniki dały porównywalne wartości pojemności. Elektrochemiczne charakterystyki kondensatora oraz wartości pojemności wyrażone na masę jednej elektrody przedstawiono na fig. 2 (linia gruba odnosi się do wartości 1 mVs-1, linia jaśniejsza -1 -1 -1 dot. wartości 10 mVs-1, a przerywana 100 mVs-1). Roztwór elektrolitu, tj. 1 mol L-1 Kl pozwala na osią-1 gniecie zdecydowanie większych pojemności aniżeli np. roztwór 1 mol L-1 H2SO4, przy użyciu tego 2 -1 samego rodzaju materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni rzędu 2000 m2g-1. Szczegółowe informacje o elektrochemicznym zachowaniu się dwuelektrodowego układu oraz poszczególnych elektrod przedstawiają kolejne rysunki fig. 2-fig. 5. Typowe woltamperometryczne charakterystyki konden-1 satora rejestrowane przy trzech szybkościach skanowania napięcia (1, 10, 100 mV s-1) dotyczące -1 materiału węglowego w wodnym roztworze 1 mol L-1 Kl przedstawia fig. 2. Obserwuje się zdecydowanie większy udział pojemności elektrody dodatniej aniżeli ujemnej, pomimo iż rozmiar jonu I- jest więk4
PL 215 046 B1 szy (0,53 nm) od jonu K+ (0,32 nm). Fig. 3 przedstawia oddzielne charakterystyki obu elektrod kon-1 densatora rejestrowane przy szybkości skanowania 5 mV s-1, gdzie elektroda dodatnia działa w stosunkowo wąskim zakresie potencjału, aczkolwiek dostarcza wyjątkowo wysokich wartości pojemności rzędu 1800 Fg-1 (linia cienka dotyczy elektrody ujemnej, a linia gruba elektrody dodatniej). Galwanostatyczne ładowanie/wyładowanie kondensatora zbudowanego z materiału węglowego AC1 pracują-1 -1 cego w 1 mol I-1 roztworze Kl przy użyciu gęstości prądu 0,5 A g-1 obrazuje fig. 4 (linia jaśniejsza dotyczy elektrody ujemnej, linia gruba elektrody dodatniej, linia przerywana to dwuelektrodowy układ). Napięcie układu dwuelektrodowego oraz poszczególnych elektrod przedstawiono względem nasyconej elektrody kalomelowej. Potwierdzono asymetrię elektrochemicznego zachowania obu elektrod. Pomiary przeprowadzone metodą spektroskopii impedancyjnej w szerokim zakresie częstotliwości pozwoliły również na szczegółową analizę pojemności poszczególnych elektrod przedstawioną na fig.
(linia z trójkątami dotyczy dwuelektrodowego układu, linia z kwadratami dotyczy elektrody dodatniej, -1 a linia z kółkami elektrody ujemnej). Wartość pojemności rzędu 1845 Fg-1 została wyznaczona dla elektrody dodatniej przy częstotliwości 1 mHz oraz stosując ± 10 mV amplitudę napięcia. Dane przedstawione na fig. 5 obrazują propagację ładowania poszczególnych elektrod. Elektroda dodatnia wyka-1 zuje wysoką pojemność 600 Fg-1 przy częstotliwości 1 Hz. Jak widać z fig. 5, pojemność dwuelektrodowego układu determinowana jest głównie zachowaniem elektrody ujemnej.
Wartości pojemności elektrody dodatniej można wytłumaczyć możliwością zachodzenia kilku -1 odwracalnych reakcji utleniania jodku. Roztwór 1 mol I-1 Kl stosowany w pomiarach posiada pH rzędu 7. Stąd, następujące reakcje elektrodowe, szczególnie (1) do (3), mogą być rozważane jako efekty pseudopojemnościowe. Jod występujący w formie stałej i/lub lotnej z łatwością ulega tu rozpuszczeniu tworząc kompleks I3-. Mierzony zakres potencjałów tych reakcji koreluje dokładnie z danymi termodynamicznymi, zgodnie z M. Pourbaix, Atlas d'Equilibres Electrochimiques, Gauthier-Villars, Paris (1963)
p. 614.
I-1 θ I3-1 + 2e- (1)
I-1 θ I2 + 2e- (2)
I3-1 θ 3 I2 + 2e- (3)
I2 + 6 H2O θ 2 IO3-1 + 12 H+ + 10e- (4)
Ważną cechą tego układu jest fakt, że neutralne środowisko Kl umożliwia stosowanie wielu kolektorów prądowych.
Możliwość obciążania tego układu dużymi gęstościami prądowymi aż do 50 A g-1, pozwala uzy-1 skać wysokie moce 7 kW kg-1 (moc obliczona na masę obu elektrod). Dodatkową korzyścią tego układu jest jego doskonała wydajność prądowa oraz trwałość cykliczna. Kondensator utrzymywał stałe
-1 -1 wartości pojemności (300 Fg-1) w trakcie 10000 cykli przy obciążeniu prądowym 1 Ag-1. Z praktycznego punktu widzenia wysoka odwracalność reakcji pseudopojemnościowych jest szczególnie ważną cechą kondensatora.
Wynalazek ilustruje poniższy przykład:
P r z y k ł a d
Przykład przedstawia korzystny wpływ roztworu elektrolitu na bazie jodku metalu alkalicznego (po-1 tasu) na pojemnościowe charakterystyki kondensatora. Elektrochemiczne pomiary wykonano w 1 mol L-1 wodnym roztworze Kl przy użyciu materiału węglowego AC1 jako materiału obu elektrod. Handlowo ® dostępny węgiel aktywny Norit® SX2 został dodatkowo poddany aktywacji za pomocą KOH (stosunek
-1
C:KOH = 1:4). Powierzchnia rzeczywista uzyskanego materiału węglowego wynosiła 2500 m2g-1.
Całkowita powierzchnia rzeczywista materiału AC1, czyli suma powierzchni mikroporowatej
-1 oraz mezoporowatej zwanej zewnętrzną wynosiła 1470 m2g-1, natomiast średni rozmiar porów wynosił 1,36 nm. Zawartość pierwiastkowego węgla w próbce to 92,5 wt %.
Elektrody kondensatora zawierały 85% wag. węgla, 10% wag środka wiążącego (Kynar Flex
2801) oraz 5% wag. sadzy acetylenowej. Wytworzono je w kształcie tabletek (8-12 mg) o geometrycz2® nej powierzchni 0,8 cm2. Elektrochemiczne testy przeprowadzono w systemie Swagelok®, stosując różne kolektory prądowe. Wartości pojemności wyznaczono techniką woltamperometrii cyklicznej
-1 -1 -1 (1-100 mVs-1), galwanostatycznego ładowania/wyładowania (10 Ag-1-50 Ag-1) oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (1 mHz-100 kHz). Wartości pojemności [F/g] dla aktywnego węgla AC1 -1 -1 w 1 mol L-1 roztworze Kl i w 1 mol L-1 roztworze H2SO4 zestawiono w tabeli 1.
PL 215 046 B1
T a b e l a 1
Wartości pojemności [F/g] dla aktywnego węgla AC1 w 1 mol L-1 roztworze KI i w 1 mol L-1 roztworze H2SO4
| Metody | 1 mol L-1 KI | 1 mol L-1 H2SO4 |
| 1 mV/s | 261 | 160 |
| 10 mV/s | 234 | 139 |
| 100 mV/s | 175 | 126 |
| 200 mA/g | 271 | 146 |
| 2 A/g | 243 | 132 |
| 20 A/g | 180 | 82 |
| Imp. 1 mHz | 278 | 141 |
Zastrzeżenie patentowe
Claims (1)
- Zastrzeżenie patentoweKondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku, którego elektrody wykonane są 22 z materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej 300-3000 m2/g, korzystnie 2000 m2/g, -1 znamienny tym, że elektrolitem jest wodny roztwór jodku metalu alkalicznego o stężeniu 0,01 mol L-1-1 -1-5 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL386352A PL215046B1 (pl) | 2008-10-27 | 2008-10-27 | Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL386352A PL215046B1 (pl) | 2008-10-27 | 2008-10-27 | Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL386352A1 PL386352A1 (pl) | 2010-05-10 |
| PL215046B1 true PL215046B1 (pl) | 2013-10-31 |
Family
ID=43015592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL386352A PL215046B1 (pl) | 2008-10-27 | 2008-10-27 | Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL215046B1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015108428A1 (en) | 2014-01-20 | 2015-07-23 | Politechnika Poznanska | High energy electrochemical capacitor with aqueous electrolyte containing iodite |
-
2008
- 2008-10-27 PL PL386352A patent/PL215046B1/pl not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015108428A1 (en) | 2014-01-20 | 2015-07-23 | Politechnika Poznanska | High energy electrochemical capacitor with aqueous electrolyte containing iodite |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL386352A1 (pl) | 2010-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zheng et al. | MXene—Manganese oxides aqueous asymmetric supercapacitors with high mass loadings, high cell voltages and slow self-discharge | |
| Fic et al. | Novel insight into neutral medium as electrolyte for high-voltage supercapacitors | |
| US9892870B2 (en) | Charge storage devices containing carbon nanotube films as electrodes and charge collectors | |
| Khomenko et al. | Optimisation of an asymmetric manganese oxide/activated carbon capacitor working at 2 V in aqueous medium | |
| Moosavifard et al. | Construction of hierarchical nanoporous bimetallic copper‑cobalt selenide hollow spheres for hybrid supercapacitor | |
| US8520365B2 (en) | Charge storage device architecture for increasing energy and power density | |
| KR20200018598A (ko) | 수용성 전기화학적 에너지 저장 장치용 전극 및 전해질 | |
| US11069487B2 (en) | Methods, devices and systems for activated carbon supercapacitors with macroporous electrodes | |
| Zhang et al. | Activated carbon by one-step calcination of deoxygenated agar for high voltage lithium ion supercapacitor | |
| Makino et al. | 4 V class aqueous hybrid electrochemical capacitor with battery-like capacity | |
| Zhao et al. | Exploiting interfacial Cl–/Cl0 redox for a 1.8-V voltage plateau aqueous electrochemical capacitor | |
| KR20220013544A (ko) | 슈퍼커패시터 | |
| US9728344B2 (en) | Energy storage device including a redox-enhanced electrolyte | |
| Nikiforidis et al. | Polarizable cesium cations for energy storage from electrolyte characterization to-EDLC application | |
| US20150062777A1 (en) | High Energy Capacitors Boosted by both Catholyte and Anolyte | |
| JP5930260B2 (ja) | 電気化学キャパシタ、及び電気化学キャパシタの製造方法 | |
| TWI498931B (zh) | 儲能元件 | |
| KR20090027885A (ko) | 전기이중층 커패시터의 제조방법 | |
| PL215046B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku | |
| Komatsu et al. | Enhancement of energy density in organic redox capacitor by improvement of electric conduction network | |
| KR101705856B1 (ko) | 알루미늄 이온 커패시터 및 이의 용도 | |
| KR20140013327A (ko) | 고분자겔 전해질과 금속산화물 전극을 포함하는 수퍼캐패시터 | |
| JP2001338846A (ja) | 電気化学キャパシタ | |
| KR102695249B1 (ko) | 슈퍼커패시터용 전해질 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터 | |
| KR20160052096A (ko) | 산화환원 활성물질을 포함하는 수퍼커패시터용 유기 전해질 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Decisions on the lapse of the protection rights |
Effective date: 20131027 |