PL229290B1 - Modified alkaline electrolyte for electrochemical capacitor - Google Patents
Modified alkaline electrolyte for electrochemical capacitorInfo
- Publication number
- PL229290B1 PL229290B1 PL404383A PL40438313A PL229290B1 PL 229290 B1 PL229290 B1 PL 229290B1 PL 404383 A PL404383 A PL 404383A PL 40438313 A PL40438313 A PL 40438313A PL 229290 B1 PL229290 B1 PL 229290B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electrolyte
- electrochemical capacitor
- humic acids
- capacitor
- alkaline electrolyte
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 34
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Inorganic materials [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 31
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 claims abstract description 25
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 5
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 3
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- -1 tetrafluoroborate Chemical compound 0.000 description 3
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 1,4-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=C(N)C=C1 CBCKQZAAMUWICA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 1
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000985627 Lota Species 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- IIOJIAVEICKTMN-UHFFFAOYSA-K [C+4].P(=O)([O-])([O-])[O-].[V+5].[Li+] Chemical compound [C+4].P(=O)([O-])([O-])[O-].[V+5].[Li+] IIOJIAVEICKTMN-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000004177 carbon cycle Methods 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- CKFRRHLHAJZIIN-UHFFFAOYSA-N cobalt lithium Chemical class [Li].[Co] CKFRRHLHAJZIIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 150000005686 dimethyl carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 239000003864 humus Substances 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- AYLOITHBNYNILI-UHFFFAOYSA-N iodane Chemical compound I.I.I.I AYLOITHBNYNILI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Inorganic materials [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Inorganic materials [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 159000000001 potassium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 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)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest modyfikowany elektrolit alkaliczny przeznaczony do kondensatora elektrochemicznego z elektrodami wykonanymi z materiału węglowego. Elektrolit alkaliczny do kondensatora elektrochemicznego zawierający wodny roztwór wodorotlenku potasu lub sodu, charakteryzuje się tym, że zawiera także kwasy humusowe lub ich sole potasowe lub sodowe w ilości od 0,5% do 10%, korzystnie 5%.The subject of the invention is a modified alkaline electrolyte intended for an electrochemical capacitor with electrodes made of carbon material. The alkaline electrolyte for the electrochemical capacitor containing an aqueous solution of potassium or sodium hydroxide is characterized in that it also contains humic acids or their potassium or sodium salts in an amount from 0.5% to 10%, preferably 5%.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest modyfikowany elektrolit alkaliczny przeznaczony do kondensatora elektrochemicznego z elektrodami wykonanymi z materiału węglowego.The subject of the invention is a modified alkaline electrolyte intended for an electrochemical capacitor with electrodes made of carbon material.
Kondensator elektrochemiczny jest urządzeniem magazynującym energię elektryczną w sposób odwracalny. Podczas cyklu ładowania następuje gromadzenie ładunku elektrycznego, a zgromadzona energia zależy od jego pojemności oraz kwadratu różnicy potencjałów między jego elektrodami. W czasie wyładowania kondensator oddaje zgromadzony ładunek do zewnętrznego obwodu elektrycznego jednocześnie nagromadzona w nim energia zostaje przekazana odbiornikowi prądu elektrycznego. Kondensator elektrochemiczny cechuje się gęstością energii od 0,5 do 5 Wh/kg czyli znacznie większą niż dla kondensatorów dielektrycznych oraz mniejszą niż dla ogniw czy akumulatorów elektrochemicznych. Jednocześnie duża gęstość mocy wynosząca od 100 do 5000 W/kg zapewnia możliwość ładowania oraz wyładowania bardzo dużymi prądami w czasie od ułamka do kilkudziesięciu sekund. Przy jednocześnie zachowanej wydajności cyklu ładowanie-wyładowanie rzędu 90%, a niekiedy nawet 95%. Liczba cykli jest znacznie wyższa od konwencjonalnych ogniw elektrochemicznych. Optymalnie działający kondensator musi odznaczać się: wysoką pojemnością właściwą, odpowiednią trwałością cykliczną, wysoką gęstością energii i mocy oraz powinien być tani w produkcji i nie zawierać szkodliwych lub niebezpiecznych materiałów.An electrochemical capacitor is a device that stores electrical energy in a reversible manner. During the charging cycle, an electric charge is accumulated and the energy stored depends on its capacity and the square of the potential difference between its electrodes. During the discharge, the capacitor transfers the accumulated charge to the external electric circuit, while the energy accumulated in it is transferred to the electric current receiver. The electrochemical capacitor has an energy density from 0.5 to 5 Wh / kg, which is much higher than for dielectric capacitors and lower than for electrochemical cells or batteries. At the same time, the high power density, ranging from 100 to 5000 W / kg, provides the possibility of charging and discharging with very high currents in the time from a fraction to several dozen seconds. At the same time, the charge-discharge cycle efficiency of 90%, and sometimes even 95%. The number of cycles is much higher than that of conventional electrochemical cells. An optimally functioning capacitor must be characterized by: high specific capacity, adequate cyclic life, high energy and power density, and it should be cheap to produce and not contain harmful or hazardous materials.
Kondensator elektrochemiczny jest to w sensie elektrycznym układ dwóch szeregowo połączonych kondensatorów. Jedną okładkę każdego kondensatora stanowi naładowana elektrycznie powierzchnia elektrody (węgla), natomiast drugą - warstwa przeciwnego ładunku utworzona w elektrolicie przez jony. Jako materiały elektrodowe stosuje się węgle aktywowane, aerożele węglowe, materiały grafitowe oraz nanomateriały węglowe, tlenki metali, polimery przewodzące. Charakteryzują się one wysoce rozwiniętą powierzchnią oraz odpowiednią porowatością co zapewnia bardzo wysoką pojemność kondensatora. Materiały węglowe stosowane są ze względu na niski koszt, łatwą dostępność, stabilność termiczną oraz chemiczną, dużą porowatość oraz dużą powierzchnię właściwą.In an electric sense, an electrochemical capacitor is a system of two capacitors connected in series. One cover of each capacitor is the electrically charged electrode surface (carbon), while the other is the opposite charge layer formed by the ions in the electrolyte. Activated carbons, carbon aerogels, graphite materials and carbon nanomaterials, metal oxides, and conductive polymers are used as electrode materials. They are characterized by a highly developed surface and appropriate porosity, which ensures a very high capacitance of the capacitor. Carbon materials are used due to their low cost, easy availability, thermal and chemical stability, high porosity and large specific surface area.
W kondensatorach elektrochemicznych stosowane są dwa rodzaje elektrolitów. Elektrolity wodne pracują do napięcia nieprzekraczającego 1,2 V ze względu na ograniczenie termodynamiczną trwałością wody. Wśród elektrolitów wodnych najczęściej spotyka się kwasy lub roztwory soli nieorganicznych czy wodorotlenków. Zaletą elektrolitów wodnych jest ich wysokie przewodnictwo. Z tego względu najczęściej stosuje się 6-molowy roztwór wodorotlenku potasu, kwas siarkowy(VI) o gęstości 1,28 g/cm3 lub roztwory chlorków czy siarczanów litu, potasu lub sodu.Two types of electrolytes are used in electrochemical capacitors. Water electrolytes work to a voltage not exceeding 1.2 V due to the limitation of the thermodynamic durability of water. Among the water electrolytes, the most common are acids or solutions of inorganic salts or hydroxides. The advantage of water electrolytes is their high conductivity. For this reason, the most commonly used are a 6-molar potassium hydroxide solution, sulfuric acid (VI) with a density of 1.28 g / cm 3 or solutions of lithium, potassium or sodium chloride or sulphates.
Elektrolity organiczne zapewniają uzyskanie wyższego napięcia pracy kondensatora, zwykle do 2 V lub więcej. Powszechnie stosuje się sole litu tj. chloran(VII), tetrafluoroboran czy heksafluorofosforan rozpuszczone w acetonitrylu, węglanach etylenu, propylenu czy dimetylu lub w mieszaninach wymienionych węglanów. Opisane są także rozwiązania wykorzystujące ciecze jonowe zarówno protonowe jak i aprotonowe w postaci czystej lub jako roztwór w wymienionych rozpuszczalnikach organicznych.Organic electrolytes provide higher capacitor operating voltage, usually up to 2 V or more. Lithium salts are commonly used, i.e. chlorate (VII), tetrafluoroborate or hexafluorophosphate dissolved in acetonitrile, ethylene, propylene or dimethyl carbonates, or in mixtures of the above-mentioned carbonates. There are also described solutions using ionic liquids, both protic and aprotic in pure form or as a solution in the mentioned organic solvents.
Zasada działania kondensatora elektrochemicznego opiera się o wytwarzanie na granicy faz elektroda-elektrolit tzw. podwójnej warstwy elektrycznej. Dodatkowo może występować zjawisko pseudopojemności polegające na wykorzystaniu przemiany chemicznej w celu podniesienia pojemności kondensatora. Zachodząca odwracalna reakcja utleniania i redukcji nazywana reakcją faradajowską - znana z ogniw galwanicznych (akumulatory) odpowiedzialna jest za uzyskanie znacznie większych pojemności niż w układach z podwójną warstwą elektryczną.The principle of operation of an electrochemical capacitor is based on the production of so-called electrolyte at the electrode-electrolyte interface. electric double layer. Additionally, there may be a pseudo-capacity phenomenon involving the use of a chemical transformation to increase the capacitance of the capacitor. The reversible oxidation and reduction reaction, known as the Faraday reaction, known from galvanic cells (batteries), is responsible for obtaining much greater capacities than in systems with a double electric layer.
Efekty pseudopojemnościowe można uzyskać stosując odpowiednio zmodyfikowane materiały elektrodowe lub odpowiednie dodatki do elektrolitu.The pseudo-capacitive effects can be obtained by using appropriately modified electrode materials or appropriate electrolyte additives.
Elektrolit kwaśny z dodatkiem hydrochinonu opisano w pracy [S. Roldan i inni, J. Phys. Chem. C, 115,17606-17611, (2011)]. Odwracalna reakcja redox chinon-hydrochinon zapewnia wzrost pojemności kondensatora o kilka do kilkunastu procent.The acid electrolyte with the addition of hydroquinone is described in [S. Roldan et al., J. Phys. Chem. C, 115, 17606-17611, (2011)]. The reversible redox quinone-hydroquinone reaction increases the capacitance of the capacitor by several to several percent.
Znane są także elektrolity zawierające p-fenylenodiaminę opisane przez [J. Wu i inni, Journal of Materials Chemistry, 22,19025-19030, (2012)] oraz układ redox jodek-trijodek przedstawione w publikacji [G. Lota, E. Frąckowiak, Electrochemistry Communications 11,87-90, (2009)]. Elektrodę węglową pracującą w roztworze z dodatkiem lignosulfonianów ujawniono w zgłoszeniu patentowym P390195, natomiast w pracy [G. Lota, G. Milczarek, Electrochemistry Communications, 13, 470-473, (2011)] przedstawiono elektrolit zawierający lignosulfoniany.There are also known electrolytes containing p-phenylenediamine described by [J. Wu et al., Journal of Materials Chemistry, 22,19025-19030, (2012)] and the iodide-triiodide redox system presented in [G. Lot, E. Frąckowiak, Electrochemistry Communications 11, 87-90, (2009)]. A carbon electrode working in a solution with the addition of lignosulfonates is disclosed in patent application P390195, while in [G. Lota, G. Milczarek, Electrochemistry Communications, 13, 470-473, (2011)] shows an electrolyte containing lignosulfonates.
PL 229 290 Β1PL 229 290 Β1
Kwasy humusowe odgrywają znaczącą rolę w obiegu węgla w przyrodzie. Uznawane są za jeden z produktów przejściowych rozkładu biomasy. Pod względem chemicznym zbudowane są ze szkieletu węglowego alifatyczno-aromatycznego i stanowią mieszaninę związków wielkocząsteczkowych. Zawierają one liczne grupy funkcyjne tj. karboksylowe czy hydroksylowe (fenole) determinujące ich kwasowy charakter, a ponadto inne, jak eterowa, karbonylowa, amidowa czy aminowa. Wytwarzanie kwasów humusowych odbywa się w glebie wskutek rozkładu i przekształcenia materii organicznej, głównie roślinnej, w procesach butwienia oraz gnicia. Procesy te nazywane humifikacją prowadzą do wzrostu żyzności gleby. W ich wyniku może także powstawać torf, w którym kwasy humusowe stanowią jeden z głównych składników. Występują one także w leonardycie powstającym wskutek utlenienia węgla brunatnego - lignitu. Ich wyodrębnienie i oddzielenie od części mineralnej prowadzi się w środowisku alkalicznym. W wyniku reakcji otrzymuje się sole, najczęściej potasowe, które są formą użytkową (F. J. Stevenson, Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions, Wiley (1994)). W zgłoszeniu patentowym P-393672 opisano ekoaktywator zawierający kwasy humusowe jako środek wspomagający uprawy roślin.Humic acids play a significant role in the carbon cycle in nature. They are considered to be one of the intermediate products of biomass decomposition. In terms of chemistry, they are made of an aliphatic-aromatic carbon skeleton and are a mixture of macromolecular compounds. They contain numerous functional groups, such as carboxyl or hydroxyl (phenols), which determine their acidic character, and also others, such as ether, carbonyl, amide and amine. The production of humic acids takes place in the soil as a result of the decomposition and transformation of organic matter, mainly plant matter, in the processes of rotting and rotting. These processes, called humification, lead to an increase in soil fertility. As a result, peat may also form, in which humic acids are one of the main components. They also occur in leonardite formed as a result of the oxidation of brown coal - lignite. Their separation and separation from the mineral part is carried out in an alkaline environment. As a result of the reaction, salts, most often potassium, are obtained, which are usable (F. J. Stevenson, Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions, Wiley (1994)). Patent application P-393672 describes an eco-activator containing humic acids as a plant cultivation aid.
Do tej pory ukazało się niewiele prac dotyczących zastosowania kwasów humusowych lub ich soli w elektrochemii.So far, there have been little papers on the use of humic acids or their salts in electrochemistry.
W pracy [E. D. Jeong, M. S. Won, Y. B. Shim, Journal of Power Sources 70, 70-77, (1998)] opisano materiał katodowy stosowany w ogniwach litowo-jonowych otrzymywany podczas kalcynacji kompleksów litu i kobaltu z kwasami humusowymi. Publikacja [Y. Guo i inni, Electrochimica Acta 54, 2253-2258, (2009)] zawiera charakterystykę katody zbudowanej z kompozytu węgiel-fosforan(V) wanadowo-litowy otrzymywanego w wyniku reakcji prowadzonej w fazie stałej między glukozą, sadzą, kwasami humusowymi, węglanem litu, diwodorofosforanem amonu oraz tlenkiem wanadu(V). W patencie KR20090108964 opisano metodę wytwarzania elektrodowej masy aktywnej zawierającej produkty karbonizacji kwasów humusowych. Patent CN101281981 dotyczy wytwarzania elektrolitu akumulatora kwasowo-ołowiowego z wykorzystaniem kwasów humusowych. Ponadto zastosowanie kwasów humusowych w procesie wytwarzania elektrod stanowi przedmiot patentu JP2005347608. Kwasy humusowe w tym przypadku są składnikiem masy elektroaktywnej, a ich rola polega na zapewnieniu odpowiedniej wytrzymałości i spójności gotowej elektrody. Przygotowana, gotowa elektroda kondensatora elektrochemicznego zawiera lepiszcze, którym są kwasy humusowe. Z kolei, w JPH0281417 zastrzeżono metodę wytwarzania kondensatora elektrolitycznego podczas której stosuje się roztwór wodny zawierający m.in. kwasy humusowe lub ich sole do wytworzenia stabilnej, odpornej na korozję, warstwy dielektrycznej na powierzchni aluminiowej elektrody. Dodatek kwasów humusowych do roztworu zapewnia uzyskanie niższej rezystancji kondensatora elektrolitycznego.In the work [E. D. Jeong, M. S. Won, Y. B. Shim, Journal of Power Sources 70, 70-77, (1998)] describes a cathode material used in lithium-ion cells obtained during the calcination of lithium cobalt complexes with humic acids. The publication [Y. Guo et al., Electrochimica Acta 54, 2253-2258, (2009)] contains the characteristics of a cathode made of a composite carbon-vanadium-lithium phosphate obtained as a result of a solid-phase reaction between glucose, carbon black, humic acids, lithium carbonate, ammonium dihydrogen phosphate and vanadium (V) oxide. The patent KR20090108964 describes a method of producing an electrode active mass containing carbonation products of humic acids. Patent CN101281981 relates to the production of a lead-acid battery electrolyte with the use of humic acids. Moreover, the use of humic acids in the electrode manufacturing process is the subject of JP2005347608. In this case, humic acids are a component of the electroactive mass, and their role is to ensure adequate strength and cohesion of the finished electrode. The prepared, ready electrode of the electrochemical capacitor contains a binder, which are humic acids. In turn, JPH0281417 proposes a method of producing an electrolytic capacitor in which an aqueous solution is used containing, humic acids or their salts to create a stable, corrosion-resistant dielectric layer on the surface of the aluminum electrode. The addition of humic acids to the solution ensures a lower resistance of the electrolytic capacitor.
Istota wynalazku polega na tym, że modyfikowany elektrolit alkaliczny do kondensatora elektrochemicznego zawierający wodny roztwór wodorotlenku potasu lub sodu, zawiera także kwasy humusowe lub ich sole potasowe lub sodowe w ilości od 0,5% do 10%, korzystnie 5%.The essence of the invention consists in the fact that the modified alkaline electrolyte for the electrochemical capacitor, containing an aqueous solution of potassium or sodium hydroxide, also contains humic acids or their potassium or sodium salts in an amount from 0.5% to 10%, preferably 5%.
Zaletą rozwiązania według wynalazku jest wzrost pojemności kondensatora elektrochemicznego zawierającego nowy wodny zasadowy elektrolit otrzymywany z kwasów humusowych lub ich soli potasowych lub sodowych. Kwasy humusowe dzięki swej strukturze molekularnej powodują zachodzenie reakcji faradajowskich na elektrodach węglowych przyczyniając się do wzrostu ogólnej pojemności kondensatora. Ta tak zwana pseudopojemność jest prawie nieobecna w kondensatorze z elektrolitem opartym na czystym KOH.The advantage of the solution according to the invention is an increase in the capacity of the electrochemical capacitor containing a new aqueous basic electrolyte obtained from humic acids or their potassium or sodium salts. Due to their molecular structure, humic acids cause faraday reactions on carbon electrodes, contributing to an increase in the overall capacitance of the capacitor. This so-called pseudocapacity is almost absent in a pure KOH electrolyte capacitor.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoekonomiczne :Thanks to the solution according to the invention, the following technical and economic effects were obtained:
- otrzymano tani elektrolit w wysokim przewodnictwie, nieco niższym od roztworu wodorotlenku potasu o stężeniu 6 mol/dm3,- a cheap electrolyte with a high conductivity was obtained, slightly lower than a solution of potassium hydroxide with a concentration of 6 mol / dm 3 ,
- otrzymany elektrolit jest nietoksyczny i niepalny,- the obtained electrolyte is non-toxic and non-flammable,
- uzyskany elektrolit według wynalazku pozwala na efektywne i odwracalne kumulowanie ładunków elektrycznych, zatem pod względem elektrycznym pracuje jak standardowy kondensator elektrochemiczny,- the obtained electrolyte according to the invention allows for the effective and reversible accumulation of electric charges, therefore electrically it works as a standard electrochemical capacitor,
- kondensator elektrochemiczny zawierający opisany elektrolit charakteryzuje się wyższą pojemnością oraz długotrwałą pracą cykliczną. Obecność kwasów humusowych lub ich soli zapewnia możliwość zachodzenia szybkich, odwracalnych reakcji redox.- an electrochemical capacitor containing the described electrolyte is characterized by a higher capacity and long-term cyclic operation. The presence of humic acids or their salts enables fast, reversible redox reactions to take place.
Wynalazek ilustrują przedstawione poniżej przykłady.The following examples illustrate the invention.
PL 229 290 Β1PL 229 290 Β1
Przykład IExample I.
W kolbie o pojemności 100 cm3 umieszczono 10,7 g stałego wodorotlenku potasu. Następnie podczas intensywnego mieszania wkraplano 29,3 cm3 wody destylowanej. Z kolei, w zlewce o pojemności 50 cm3 umieszczono 0,5 g soli potasowych kwasów humusowych, następnie wkroplono 19,5 ml wcześniej przygotowanego roztworu wodorotlenku potasu. Po całkowitym rozpuszczeniu soli w roztworze uzyskano gotowy elektrolit o gęstości 1,255 g/cm3 i przewodnictwie 615 mS/cm w temperaturze 298 K. Uzyskany elektrolit posłużył do przygotowania kondensatora elektrochemicznego. Elektrody kondensatora elektrochemicznego wykonano z węgla aktywnego handlowo dostępnego /Norit DLC Supra 50/ o powierzchni właściwej 1989 m2/g. W tym celu przygotowano zawiesinę węgla w rozworze polifluorku winylidenu rozpuszczonym w A/-metylo-2-pirolidonie. Następnie nanoszono po 50 pL zawiesiny na kolektory prądowe wykonane ze stali nierdzewnej w formie krążków i suszono do całkowitego odparowania rozpuszczalnika w temperaturze 333 K przez 48 h, a następnie w warunkach obniżonego ciśnienia w temperaturze 373 K przez 12 h. Następnie umieszczono dwie tak przygotowane elektrody w naczyniu elektrochemicznym rozdzielającje separatorem wykonanym z bibuły. Po wypełnieniu naczynia przygotowanym uprzednio elektrolitem wykonano pomiary elektrochemiczne gotowego kondensatora. W celu określenia pojemności kondensatora zastosowano metody woltamperometrii cyklicznej, spektroskopii impedancyjnej oraz galwanostatycznego ładowanie-wyładowanie. Wszystkie pomiary prowadzono z użyciem wielokanałowego potencjostatu-galwanostatu z wbudowanym modułem impedancyjnym firmy Bio-Logic typ VMP/3. Wyniki pomiarów wykazały wzrost pojemności kondensatorów elektrochemicznych zawierających otrzymany elektrolit.10.7 g of solid potassium hydroxide were placed in a 100 cm 3 flask. Then, while stirring vigorously, 29.3 cm 3 of distilled water was added dropwise. On the other hand, in a beaker with a capacity of 50 cm 3 provided 0.5 g of potassium salts of humic acids was then added dropwise 19.5 ml of a previously prepared solution of potassium hydroxide. After complete dissolution of the salt in the solution, a ready electrolyte was obtained with a density of 1.255 g / cm 3 and a conductivity of 615 mS / cm at a temperature of 298 K. The obtained electrolyte was used to prepare an electrochemical capacitor. The electrodes of the electrochemical capacitor are made from activated carbon commercially available / DLC Norit Supra 50 / a specific surface of 1989 m 2 / g. For this purpose, a carbon slurry was prepared in the development of polyvinylidene fluoride dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone. Then, 50 pL of the suspension was applied to the current collectors made of stainless steel in the form of discs and dried until the solvent evaporated completely at the temperature of 333 K for 48 h, and then under reduced pressure at the temperature of 373 K for 12 h. Then, two electrodes prepared in this way were placed. in an electrochemical vessel separating them with a separator made of tissue paper. After filling the vessel with the previously prepared electrolyte, electrochemical measurements of the finished capacitor were performed. In order to determine the capacitance of the capacitor, the methods of cyclic voltammetry, impedance spectroscopy and galvanostatic charge-discharge spectroscopy were used. All measurements were carried out using a multi-channel potentiostat-galvanostat with a built-in impedance module by Bio-Logic, type VMP / 3. The measurement results showed an increase in the capacitance of electrochemical capacitors containing the obtained electrolyte.
Przykład IIExample II
W reaktorze o pojemności 50 dm3 rozpuszczano 12 kg wodorotlenku potasu w 28 dm3 wody demineralizowanej stosując intensywne mieszanie. Po ochłodzeniu zawartości reaktora do temperatury 293 K dodano 1,2 kg kwasów humusowych. Po 30 minutach intensywnego mieszania uzyskano elektrolit o gęstości 1,25 g/cm3 i przewodnictwie 595 mS/cm w temperaturze 293 K.In a 50 dm 3 reactor, 12 kg of potassium hydroxide were dissolved in 28 dm 3 of demineralized water with intensive stirring. After cooling the reactor contents to 293 K, 1.2 kg of humic acids were added. After 30 minutes of intensive stirring, an electrolyte with a density of 1.25 g / cm 3 and conductivity of 595 mS / cm at a temperature of 293 K was obtained.
Uzyskany elektrolit posłużył do przygotowania kondensatora elektrochemicznego, jak opisano w Przykładzie I.The obtained electrolyte was used to prepare an electrochemical capacitor as described in Example I.
Wykonano pomiary elektrochemiczne gotowego kondensatora.Electrochemical measurements of the finished capacitor were performed.
Wyniki pomiarów wykonanych z użyciem wielokanałowego potencjostatu-galwanostatu z wbudowanym modułem impedancyjnym firmy Bio-Logic typ VMP/3 przeprowadzone trzema technikami: woltamperometrii cyklicznej, spektroskopii impedancyjnej oraz galwanostatycznego ładowania-wyładowania, wykazały wzrost pojemności kondensatorów elektrochemicznych z otrzymanym elektrolitem.The results of measurements carried out with the use of a multi-channel potentiostat-galvanostat with a built-in impedance module by Bio-Logic type VMP / 3 carried out using three techniques: cyclic voltammetry, impedance spectroscopy and galvanostatic charge-discharge showed an increase in the capacity of electrochemical capacitors with the obtained electrolyte.
Wartości pojemności [F/g] kondensatora elektrochemicznego z zastosowaniem elektrolitów: standardowego stanowiącego 6-molowy roztwór wodny wodorotlenku potasu oraz otrzymanych według Przykładów I i II zestawiono w Tabeli 1.The capacitance values [F / g] of the electrochemical capacitor with the use of electrolytes: the standard 6-molar potassium hydroxide aqueous solution and those obtained according to Examples I and II are summarized in Table 1.
Tabela 1Table 1
PL 229 290 Β1 5PL 229 290 Β1 5
Zawartość kwasów humusowych lub ich soli w modyfikowanym elektrolicie alkalicznym wpłynęła na zwiększenie pojemności kondensatora elektrochemicznego złożonego z elektrod węglowych o rozwiniętej powierzchni właściwej, w porównaniu do kondensatora z elektrolitem standardowym, stanowiącym 6-molowy roztwór wodny wodorotlenku potasu.The content of humic acids or their salts in the modified alkaline electrolyte increased the capacity of the electrochemical capacitor consisting of carbon electrodes with a developed specific surface, compared to the standard electrolyte, which is a 6-molar aqueous solution of potassium hydroxide.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL404383A PL229290B1 (en) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | Modified alkaline electrolyte for electrochemical capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL404383A PL229290B1 (en) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | Modified alkaline electrolyte for electrochemical capacitor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL404383A1 PL404383A1 (en) | 2014-06-09 |
| PL229290B1 true PL229290B1 (en) | 2018-07-31 |
Family
ID=50846664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL404383A PL229290B1 (en) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | Modified alkaline electrolyte for electrochemical capacitor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL229290B1 (en) |
-
2013
- 2013-06-20 PL PL404383A patent/PL229290B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL404383A1 (en) | 2014-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6423453B2 (en) | Aqueous electrolyte for power storage device and power storage device including the aqueous electrolyte | |
| Huang et al. | Low-cost and high safe manganese-based aqueous battery for grid energy storage and conversion | |
| Nakamoto et al. | Electrolyte dependence of the performance of a Na2FeP2O7//NaTi2 (PO4) 3 rechargeable aqueous sodium-ion battery | |
| Pohlmann et al. | A new conducting salt for high voltage propylene carbonate-based electrochemical double layer capacitors | |
| KR101465732B1 (en) | Electrolyte solution including all organic redox couples and redox flow battery using the same | |
| CN110335764B (en) | A kind of pre-sodiumization method for efficient construction of sodium ion capacitors | |
| CN104282908A (en) | Method for synthesizing high-sodium iron-based Prussian blue electrode material | |
| US20090268377A1 (en) | Electrolyte solution and super capacitor including the same | |
| WO2021140149A1 (en) | Metal ion capacitor based on hard carbon as negative electrode and a mixture of activated carbon and sacrificial salt as the positive electrode | |
| Subramanyan et al. | An efficient upcycling of graphite anode and separator for Na-ion Batteries via solvent-co-intercalation process | |
| CN104064824A (en) | Water system rechargeable battery | |
| Dūrena et al. | How to increase the potential of aqueous Zn-MnO2 batteries: the effect of pH gradient electrolyte | |
| CN109950060B (en) | A redox active electrolyte for supercapacitors | |
| CN101399120A (en) | A Novel Hybrid Supercapacitor | |
| US12388105B2 (en) | Eutectic electrolyte for the zinc based rechargeable redox static energy storage devices | |
| JPWO2012105307A1 (en) | Lithium ion capacitor | |
| Tsutsumi et al. | New type polyamides containing disulfide bonds for positive active material of lithium secondary batteries | |
| Majumdar | Aqueous electrolytes for flexible supercapacitors | |
| CN108550846A (en) | Tungsten disulfide negative material for potassium ion secondary cell | |
| PL229290B1 (en) | Modified alkaline electrolyte for electrochemical capacitor | |
| Ranganatha | Aqueous Redox‐Active Electrolytes | |
| CN115377518B (en) | High-concentration water-based electrolyte with wide electrochemical stability window and application thereof | |
| CN101955182B (en) | Ultracapacitor activated carbon in sulfuric acid electrolyte and application thereof | |
| Yang et al. | Electrodeposited nickel hydroxide on the reduced graphene oxide with high capacitance | |
| JP4739067B2 (en) | Electric double layer capacitor |