PL234491B1 - Hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy - Google Patents

Hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy Download PDF

Info

Publication number
PL234491B1
PL234491B1 PL419541A PL41954116A PL234491B1 PL 234491 B1 PL234491 B1 PL 234491B1 PL 419541 A PL419541 A PL 419541A PL 41954116 A PL41954116 A PL 41954116A PL 234491 B1 PL234491 B1 PL 234491B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
positive electrode
electrode
sodium
electrodes
carbon
Prior art date
Application number
PL419541A
Other languages
English (en)
Other versions
PL419541A1 (pl
Inventor
Krzysztof Wasiński
Paulina Półrolniczak
Mariusz Walkowiak
Original Assignee
Inst Metali Niezelaznych
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Metali Niezelaznych filed Critical Inst Metali Niezelaznych
Priority to PL419541A priority Critical patent/PL234491B1/pl
Publication of PL419541A1 publication Critical patent/PL419541A1/pl
Publication of PL234491B1 publication Critical patent/PL234491B1/pl

Links

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
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy, stosowany jako urządzenie do magazynowania i dostarczania energii.
Kondensator elektrochemiczny jest urządzeniem magazynującym energię elektryczną gdzie wykorzystywane jest zjawisko tworzenia podwójnej warstwy elektrycznej na granicy faz elektroda -elektrolit. Urządzenia te cechuje bardzo duża pojemność elektryczna przypadająca na niewielką całkowitą masę urządzenia. Efekt ten zawdzięczają one niezwykle małej odległości na jaką rozdzielone są ładunki w obrębie podwójnej warstwy elektrycznej oraz bardzo dużej powierzchni aktywnej materiałów z jakich wykonywane są elektrody. Kondensatory elektrochemiczne mogą pracować w środo wisku elektrolitów wodnych oraz organicznych. Najczęściej materiałem aktywnym elektrod są aktywowane węgle o dużej powierzchni właściwej.
Układ kondensatora elektrochemicznego, w którym zastosowano ten sam materiał aktywny obu elektrod nazywany jest symetrycznym. Ze względów użytkowych jest on rzadko stosowany gdyż nie zapewnia optymalnej wartości pojemności, jaką można uzyskać stosując dany materiał. Ze względów praktycznych w urządzeniach wykorzystuje się zmianę stosunku mas aktywnych elektrod lub/i ich grubości. Wprowadzenie takich zmian powoduje tzw. desymetryzację układu i w konsekwencji stosując tą samą masę materiału aktywnego uzyskuje się kondensator asymetryczny o wyższej pojemności niż układ symetryczny. Rozwiązanie takie opisano w International Journal of Electrochemical Science 8 (2013) 10293-10307.
Bardzo często w celu zwiększenia pojemności kondensatora elektrochemicznego wykorzystuje się zjawisko tzw. pseudopojemności gdzie dodatkowo oprócz tworzenia podwójnej warstwy elektrycznej na granicy faz elektroda-elektrolit zachodzą reakcje utleniania i redukcji (redox, procesy faradajowskie). Ładunek gromadzony jest elektrostatycznie, a ponadto w postaci energii wiązań chemicznych powstających podczas przemian elektrochemicznych, a także zmiany stopni utlenienia. W procesach tych biorą udział powierzchniowe grupy funkcyjne materiałów węglowych elektrod. Omawiane procesy mogą zachodzić na jednej lub na obu elektrodach. Metody i sposoby zwiększenia pojemności kondensatorów elektrochemicznych szczegółowo zostały opisane w literaturze Journal of Energy Chemistry 22 (2013) 226-240 oraz Renewable and Sustainable Energy Reviews 58 (2016) 1189-1206. Zjawisko pseudopojemności można uzyskać stosując jako aktywny składnik elektrody wyselekcjonowany materiał zdolny do odwracalnych reakcji redox. Szeroko rozpowszechnione zostały układy zawierające tlenki metali tj. ruten, nikiel, kobalt, żelazo, cyna, wanad czy iryd jednak najczęściej opisywane są rozwiązania bazujące na tlenkach manganu, głównie tlenku manganu (VI) MnO2. Dodatkowo wykorzystywane są polimery przewodzące takie jak polianilina lub polipirol.
Szczególnym przykładem kondensatora elektrochemicznego asymetrycznego jest kondensator elektrochemiczny hybrydowy. Urządzenie takie zawiera jedną elektrodę gromadzącą ładunek w procesach elektrostatycznych (elektrosorpcji) w podwójnej warstwie elektrycznej, natomiast druga elektroda, nazywana faradajowską w procesach utleniania i redukcji (redox). W takich układach najczęściej wykorzystywane są elektrody stosowane w ogniwach wtórnych (akumulatorach). Zachodzące procesy faradajowskie cechuje zdolność gromadzenia zdecydowanie wyższych ilości energii, przez co urządzenie posiada zdecydowanie wyższą pojemność w stosunku do innych opisanych wcześniej układów. Konsekwencją tego jest wzrost energii właściwej.
Zasada działania urządzeń pracujących w elektrolitach organicznych opiera się najczęściej na procesach insercji jonów litu. W takich przypadkach elektroda insercyjna (faradajowska) pracuje w analogiczny sposób jak w akumulatorze litowo-jonowym. Najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest układ gdzie elektrodą dodatnią jest węgiel aktywowany o wysokiej powierzchni właściwej - elektroda z podwójną warstwą elektryczną, a ujemną elektroda insercyjna, której materiałem aktywnym może być grafit, interkalacyjny związek grafitu z litem lub tytanian litu Li4Ti5O12 (LTO). Rozwiązania takie ujawniono w patentach US9129756, US20120077080, US8795899.
Kondensatory elektrochemiczne z elektrodą ujemną wykonaną z węgla aktywowanego o dużej powierzchni właściwej pracujące w elektrolicie wodnym zawierającym 0,5 lub 1 mol/dm3 siarczanu(VI) sodu przedstawiono w Journal of Power Sources 194 (2009) 1222-1225, Electrochemistry Communications 12 (2010) 463-466, Journal of Power Sources 196 (2011) 10502-10506, Journal of Solid State Electrochemistry 17 (2013) 1939-1944 oraz w Journal of Power Sources 253 (2014) 98-103.
Elektrodę dodatnią stanowią odpowiednio: warstwowy a-NaMnO2 (JCPDS 25-0845) zanieczyszczony warstwowym Nag.7MnO2 (JCPDS 27-0751); Na4MngO18 (zanieczyszczony Mn2O3);
PL 234 491 B1
Na2MnsOio (JCPDS 27-0749); NatMngOis (JCPDS 27-0750) oraz NaoąsMnOg i Nao.95MnO2. Urządzenia opisane w wyżej wymienionych pozycjach literatury cechuje maksymalne napięcie pracy równe 1,7 V.
Rozwiązanie, w którym elektrodą insercyjną (faradajowską, redox) jest elektroda ujemna, a elektrolit stanowi chloran (VII) sodu rozpuszczony w węglanie propylenu (4-metylo-1,3-dioksolano-4-on) opisano w ACS Nano 6 (2012) 4319-4327. Masę aktywną elektrody ujemnej opisanego kondensatora elektrochemicznego stanowi kompozyt nanorurki węglowe - nanowłókna tlenku vanadu(V).
W Electrochimica Acta 114 (2013) 726-732 przedstawiono podobne rozwiązanie stosując tlenek niklu-kobaltu NiCo2O4 i 1,5 mol/dm3 roztwór chloranu(VII) sodu rozpuszczony w mieszaninie węglanu propylenu i węglanu dimetylu w stosunku objętościowym 1+2.
Ze zgłoszenia patentowego CN104036965 znany jest układ kondensatora elektrochemicznego pracującego w elektrolicie wodnym (IM Na2SO4) z elektrodą dodatnią zawierającą tlenek manganu-sodu o wzorze Na4Mn9O18. Maksymalne napięcie pracy takiego układu wynosi 1.7 V. Ujawniono, iż kolektorem prądowym obu elektrod jest prasowana pianka niklowa, w skład elektrody dodatniej wchodzi od 75% do 85% (w/w) Na4Mn9O18, od 10% do 20% dodatku poprawiającego przewodnictwo oraz 5% lepiszcza, ujemnej: 85% stanowi węgiel aktywowany, 10% dodatku poprawiającego przewodnictwo oraz 5% lepiszcza. Istotą wynalazku jest hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy posiadający ujemną elektrodę węglową wykonaną z węgla aktywowanego o wysoce rozwiniętej powierzchni właściwej zawierającą dodatek środka wiążącego oraz środka poprawiającego przewodnictwo, oddzieloną separatorem od elektrody dodatniej, gdzie elektrody umieszczone są w elektrolicie, charakteryzujący się tym, że elektrody osadzone są w elektrolicie organicznym stanowiącym roztwór o stężeniu 1 mol/dm3 chloranu (VII) sodu rozpuszczonego w 4-metylo-1,3-dioksolano-4-onie, a składnikiem aktywnym elektrody dodatniej jest tlenek manganu-sodu NaxMnO2 gdzie x wynosi 0,4 do 0,67 korzystnie 0,4 przy czym elektroda dodatnia zawiera 70% tlenku manganu-sodu, 10% kopolimeru fluorowinylidenu i heksafluoropropylenu, 10% sadzy acetylenowej i 10% drugiego środka poprawiającego przewodnictwo elektronowe korzystnie w postaci materiału węglowego, zaś elektroda ujemna zawiera 10% Wagowych karboksymetylocelulozy i 10% wagowych sadzy acetylenowej. Korzystnie drugim środkiem poprawiającym przewodnictwo elektronowe w elektrodzie dodatniej jest grafit lub grafit ekspandowany lub wielościenne nanorurki węglowe.
Nowy sodowo-jonowy hybrydowy kondensator elektrochemiczny z elektrolitem organicznym z elektrodą ujemną wykonaną z węgla aktywowanego o wysokiej powierzchni właściwej i elektrodą dodatnią wykonaną z tlenku manganu-sodu o wzorze sumarycznym NaxMnO2 gdzie x wynosi od 0,4 do 0,67, której zasada działania polega na odwracalnej insercji i deinsercji sodu na granicy faz elektroda-elektrolit (elektroda faradajowska) wyróżnia się tym, że zachodzące procesy redox zwiększają jego pojemność w stosunku do układu symetrycznego gdzie wykorzystuje się jedynie zjawisko tworzenia podwójnej warstwy elektrycznej na obu elektrodach wykonanych z materiału o wysokiej powierzchni właściwej. W odróżnieniu od znanych rozwiązań kondensatorów elektrochemicznych gdzie zachodzi jedynie utlenianie i redukcja tlenku manganu-sodu w obrębie elektrody w środowisku wodnym, które mogą pracować przy napięciu do 1,7 V, nowy kondensator według wynalazku może pracować w szerokim zakresie napięć od 0 do 2,7 V.
Celem wynalazku jest uzyskanie urządzenia magazynującego energię elektryczną o większej pojemności w stosunku do układu symetrycznego, o wyższym maksymalnym napięciu pracy niż układ symetryczny pracujący w tym samym elektrolicie, a także o wyższej energii i mocy w stosunku do układu symetrycznego z elektrolitem zawierającym jedynie chloran (VII) sodu rozpuszczony w 4-metylo-1,3-dioksolano-4-onie.
Wynalazek został przedstawiony w poniższych przykładach.
P r z y k ł a d 1. Materiał elektrodowy elektrody ujemnej hybrydowego kondensatora elektrochemicznego sodowo-jonowego zawierał 80% wag. węgla, 10% wag karboksymetylocelulozy jako środek wiążący oraz 10% wag. sadzy acetylenowej. Jako materiał aktywny elektrody ujemnej zastosowano węgiel aktywowany NORIT® SX Ultra. Powierzchnia właściwa (BET) materiału węglowego wynosiła 1200 m2/g, natomiast średni rozmiar porów wynosił 3,5 nm. Analiza elementarna (CHNS): C 95,8%; H 0,4%; N 0,5%; S0,03%.
We fiolce o pojemności 100 cm3 zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono materiał elektrodowy w ilości 10 g, następnie dodano 50 cm3 wody destylowanej i całość mieszano w czasie 12 h do uzyskania trwałej zawiesiny. Folię aluminiową o grubości 20 μm (kolektor prądowy elektrody) umieszczono na płaskiej powierzchni automatycznego aplikatora powłok (Elcometer® 4340). Następnie za pomocą zgarniacza nanoszono równomiernie w postaci warstwy o grubości 0,1 mm wcześniej
PL 234 491 B1 przygotowaną zawiesinę. Z kolei folię z naniesioną w ten sposób masą podgrzewano do temperatury 80°C i odparowywano w ciągu 2 h wodę oraz dalej suszono w temperaturze 105°C w czasie 24 h w warunkach obniżonego ciśnienia. Następnie wycięto krążki o średnicy 20 mm i uzyskano gotową elektrodę ujemną pokrytą z jednej strony materiałem elektrodowym o grubości równej 35 pm.
Jako materiał aktywny elektrody dodatniej zastosowano tlenek manganu-sodu o wzorze sumarycznym Nas.eMngOiB (NaxMnO2 gdzie x=0,4) syntezowany w temperaturze 800°C przez 12 godzin przy użyciu tlenku manganu (III) i węglanu sodu zmieszanych w proporcjach wagowo-wagowych 9+4. Po procesie syntezy wykonano analizę składu fazowego metodą rentgenograficzną, refleksy przy (kąty 2Θ CuKa): 6,69; 10,28; 13,4; 13,99; 16,58; 19,41; 19,82; 22,43; 26,97; 32,48; 32,96; 33,88; 34,06; 35,91; 37,37; 38,72; 42,04; 43,89; 45,6; 48,94; 51,35; 62,23; 62,9; 63,10; 64,17; 66,03. Wykazano obecność tylko fazy Na3.6MngO18 (NaxMnO2 gdzie x=0,4) zgodny ze wzorcem dyfrakcyjnym JCPDS-ICDD 04-018-7223. Analiza elementarna (ICP-OES) wartości obliczone: Mn 57,15%; Na 9,57%; wartości zmierzone: Mn 57,01%; Na 9,68%. Analiza elementarna (XRF) wartości obliczone: Mn 57,15%; Na 9,57%; wartości zmierzone: Mn 57,38%; Na 9,35%.
Materiał elektrodowy elektrody dodatniej hybrydowego kondensatora elektrochemicznego zawierał 70% wag. Na3,6MngO18 (NaxMnO2 gdzie x=0,4), 10% wag środka wiążącego - kopolimeru fluorowinylidenu i heksafluoropropylenu oraz 10% wag. sadzy acetylenowej oraz 10% wag. wielościennych nanorurek węglowych.
W celu przygotowania elektrody dodatniej we fiolce o pojemności 100 cm3 zaopatrzonej w mieszadło magnetyczne umieszczono materiał elektrodowy w ilości 6 g, następnie dodano 40 cm3 W-metylopirolidonu jako rozpuszczalnika i całość mieszano w czasie 8 h do uzyskania trwałej zawiesiny. Folię aluminiową o grubości 20 pm (kolektor prądowy elektrody) umieszczono na płaskiej powierzchni automatycznego aplikatora powłok (Elcometer® 4340). Następnie za pomocą zgarniacza nanoszono równomiernie w postaci warstwy o grubości 0,1 mm wcześniej przygotowaną zawiesinę. Po podgrzaniu do temperatury 70°C odparowywano w ciągu 1 h W-metylopirolidon. Następnie folię z naniesioną w ten sposób masą suszono w temperaturze 105°C w czasie 24 h w warunkach obniżonego ciśnienia. Ostatecznie elektrodę dodatnią pokrytą z jednej strony masą o grubości równej 25 pm uzyskano po wycięciu krążków o średnicy 20 mm.
Na elektrody ujemną i dodatnią dozowano po 150 pl elektrolitu, który stanowił roztwór o stężeniu 1 mol/dm3 chloranu (VII) sodu w 4-metylo-1,3-dioksolano-4-onie, po czym między zwilżonymi i nasączonymi elektrolitem elektrodami umieszczono porowaty separator Celgard® 2400 uprzednio nasączony elektrolitem. Następnie zestaw elektrod umieszczano w szczelnie zamykanym naczyniu elektrochemicznym wykonanym ze stali nierdzewnej zapewniającym szczelność oraz brak zwarcia między elektrodami rozdzielonymi separatorem i jednocześnie zapewniającym kontakt elektryczny pomiędzy kolektorami prądowymi, a zewnętrznymi powierzchniami stalowymi.
Procesy zwilżania elektrod, przygotowania elektrolitu oraz montażu ogniw przeprowadzono w komorze rękawicowej z atmosferą ochronną, którą stanowił argon o czystości 99,999% zawierający poniżej 0,5 ppm wilgoci oraz poniżej 0,5 ppm tlenu.
Pomiary elektrochemiczne przeprowadzono stosując wielkokanałowy potencjostat-galwanostat połączony z badanym ogniwem. Wartości pojemności wyznaczono techniką galwanostatycznego ładowania i wyładowania w zakresie gęstości prądu od 50 A/kg do 500 A/kg. Wartości pojemności wyrażono w Faradach przypadających na jeden kilogram sumy mas aktywnych obu elektrod znajdujących się w urządzeniu.
Jako kondensator referencyjny zbadano układ symetrycznego kondensatora elektrochemicznego zbudowanego z dwóch elektrod węglowych wykonanych z tych samych składników i według tej samej metodyki co ujemna elektroda węglowa nowego kondensatora hybrydowego oraz usytuowanych w tym samym elektrolicie i oddzielonych takim samym separatorem.
Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 1.
P r z y k ł a d 2. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego przygotowano postępując analogicznie jak w przykładzie 1.
Jako materiał aktywny elektrody dodatniej zastosowano tlenek manganu-sodu o wzorze sumarycznym Na2Mn3O7 (NaxMnO2 gdzie x=0,67) syntezowany w temperaturze 800°C przez 12 godzin przy użyciu tlenku manganu (III) i węglanu sodu zmieszanych w proporcjach wagowo-wagowych 3+2. Po procesie syntezy wykonano analizę składu fazowego metodą rentgenograficzną, refleksy przy (kąty 2Θ CuKa): 13,61; 16,02; 32,34; 36,37; 40,06; 44,06; 49,29; 62,72; 65,70; 67,58. Wykazano obecność tylko fazy Na2Mn3O7 (NaxMnO2 gdzie x=0,67) zgodny ze wzorcem dyfrakcyjnym JCPDS
PL 234 491 B1
ICDD 04-011-5747. Analiza elementarna (ICP-OES) wartości obliczone: Mn 51,06%; Na 14,24%; wartości zmierzone: Mn 51,22%; Na 14,11%. Analiza elementarna (XRF) wartości obliczone: Mn 51,06%; Na 14,24%; wartości zmierzone: Mn 50,68%; Na 14,56%.
Materiał elektrodowy elektrody dodatniej kondensatora elektrochemicznego zawierał 70% wag. Na2Mn3O7 (NaxMnO2 gdzie x=0,67), 10% wag środka wiążącego - kopolimeru fluorowinylidenu i heksafluoropropylenu oraz 10% wag. sadzy acetylenowej oraz 10% wag. wielościennych nanorurek węglowych.
Dalej, postępując w analogiczny sposób jak w przykładzie 1, przygotowano elektrodę dodatnią a następnie zmontowano kondensator i poddano go testom elektrochemicznym stosując wielkokanałowy potencjostat-galwanostat.
Jako kondensator referencyjny zbadano identyczny układ symetrycznego kondensatora elektrochemicznego zbudowanego z dwóch elektrod węglowych, wykonany jak w przykładzie
Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 1.
P r z y k ł a d 3. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego przygotowano postępując analogicznie jak w przykładzie 1.
Jako materiał aktywny elektrody dodatniej zastosowano tlenek manganu-sodu o wzorze sumarycznym Na3.6Mn9O18 (NaxMnO2 gdzie x=0,4) syntezowany w temperaturze 800°C przez 12 godzin przy użyciu tlenku manganu (III) i węglanu sodu zmieszanych w proporcjach wagowo-wagowych 9+4. Po procesie syntezy wykonano analizę składu fazowego metodą rentgenograficzną, refleksy przy (kąty 2Θ CuKa): 6,69; 10,28; 13,4; 13,99; 16,58; 19,41; 19,82; 22,43; 26,97; 32,48; 32,96; 33,88; 34,06; 35,91; 37,37; 38,72; 42,04; 43,89; 45,6; 48,94; 51,35; 62,23; 62,9; 63,10; 64,17; 66,03. Wykazano obecność tylko fazy Na3,6MngO18 (NaxMnO2 gdzie x=0,4) zgodny ze wzorcem dyfrakcyjnym JCPDS-ICDD 04-018-7223. Analiza elementarna (ICP-OES) wartości obliczone: Mn 57,15%; Na 9,57%; wartości zmierzone: Mn 57,01%; Na 9,68%. Analiza elementarna (XRF) wartości obliczone: Mn 57,15%; Na 9,57%; wartości zmierzone: Mn 57,38%; Na 9,35%.
Materiał elektrodowy elektrody dodatniej kondensatora elektrochemicznego zawierał 70% wag. Nas.6MngO18 (NaxMnO2 gdzie x=0,4), 10% wag środka wiążącego - kopolimeru fluorowinylidenu i heksafluoropropylenu oraz 10% wag. sadzy acetylenowej oraz 10% wag. grafitu ekspandowanego.
Dalej, postępując w analogiczny sposób jak w przykładzie 1, przygotowano elektrodę dodatnią a następnie zmontowano kondensator i poddano go testom elektrochemicznym stosując wielkokanałowy potencjostat-galwanostat.
Jako kondensator referencyjny zbadano identyczny układ symetrycznego kondensatora elektrochemicznego zbudowanego z dwóch elektrod węglowych, wykonany jak w przykładzie 1.
Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 1.
P r z y k ł a d 4. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego przygotowano postępując analogicznie jak w przykładzie 1.
Jako materiał aktywny elektrody dodatniej zastosowano tlenek manganu-sodu o wzorze sumarycznym Nas.6MngO18 (NaxMnO2 gdzie x=0,4) syntezowany w temperaturze 800°C przez 12 godzin przy użyciu tlenku manganu (III) i węglanu sodu zmieszanych w proporcjach wagowo-wagowych 9+4. Po procesie syntezy wykonano analizę składu fazowego metodą rentgenograficzną, refleksy przy (kąty 2Θ CuKa): 6,69; 10,28; 13,4; 13,99; 16,58; 19,41; 19,82; 22,43; 26,97; 32,48; 32,96; 33,88; 34,06; 35,91; 37,37, 38,72, 42,04; 43,89; 45,6; 48,94; 51,35; 62,23; 62,9; 63,10; 64,17; 66,03. Wykazano obecność tylko fazy Na3.6Mn9O18 (NaxMnO2 gdzie x=0,4) zgodny ze wzorcem dyfrakcyjnym JCPDS-ICDD 04-018-7223. Analiza elementarna (ICP-OES) wartości obliczone: Mn 57,15%; Na 9,57%; wartości zmierzone: Mn 57,01%; Na 9,68%. Analiza elementarna (XRF) wartości obliczone: Mn 57,15%; Na 9,57%; wartości zmierzone: Mn 57,38%; Na 9,35%.
Materiał elektrodowy elektrody dodatniej kondensatora elektrochemicznego zawierał 70% wag. Na3.6MngO18 (NaxMnO2 gdzie x=0,4), 10% wag środka wiążącego - kopolimeru fluorowinylidenu i heksafluoropropylenu oraz 10% wag. sadzy acetylenowej oraz 10% wag. grafitu.
Dalej, postępując w analogiczny sposób jak w przykładzie 1, przygotowano elektrodę dodatnią a następnie zmontowano kondensator i poddano go testom elektrochemicznym stosując wielkokanałowy potencjostat-galwanostat.
Jako kondensator referencyjny zbadano identyczny układ symetrycznego kondensatora elektrochemicznego zbudowanego z dwóch elektrod węglowych, wykonany jak w przykładzie 1.
Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 1.
PL 234 491 Β1
Powyższe przykłady przedstawiają korzystny wpływ zamiany materiału elektrody dodatniej na pojemność kondensatora elektrochemicznego a wyniki pomiarów zebrano w tabeli 1.
Tabela 1
Natężenie prądu wyładowania1 [A/kg] Pojemność układu hybrydowego wg. przykładu 1. [kF/kg] Pojemność układu hybrydowego wg. przykładu 2. [kF/kg] Pojemność układu hybrydowego wg. przykładu 3. [kF/kg] Pojemność układu hybrydowego wg. przykładu 4. [kF/kg] Pojemność układu symetrycznego kondensator referencyjny [kF/kg]
50 17,4 16,9 16,7 15,5 13,3
100 16,5 16,0 15,8 15,6 13,2
200 14,8 14,0 13,7 13,6 13,1
500 12,0 11,9 11,7 11,6 13,0
Napięcie maksymalne [V] 2,7 2,7 2,7 2,7 2,5
Maksymalna energia2 rwh/kgl 17,6 17,1 16.9 15,7 11,5
Samowyładowanie, napięcie otwartego obwodu po 48b [V] 1,41 1,39 1,35 1,34 0,48
1 ' Wartości natężenia prądu wyładowania wyrażone w amperach przypadających na jeden kilogram sumy mas aktywnych obu elektrod.
2' Wartości energii właściwej wyrażono w watogodzinach przypadających na jeden kilogram sumy mas aktywnych obu elektrod.

Claims (2)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy posiadający ujemną elektrodę węglową wykonaną z węgla aktywowanego o wysoce rozwiniętej powierzchni właściwej zawierającą dodatek środka wiążącego oraz środka poprawiającego przewodnictwo, oddzieloną separatorem od elektrody dodatniej, gdzie elektrody umieszczone są w elektrolicie, znamienny tym, że elektrody osadzone są w elektrolicie organicznym stanowiącym roztwór o stężeniu 1 mol/dm3 chloranu (VII) sodu rozpuszczonego w 4-metylo-1,3-dioksolano-4-onie, a składnikiem aktywnym elektrody dodatniej jest tlenek manganu-sodu NaxMnO2 gdzie x wynosi 0,4 do 0,67 korzystnie 0,4 przy czym elektroda dodatnia zawiera 70% tlenku manganusodu, 10% kopolimeru fluorowinylidenu i heksafluoropropylenu, 10% sadzy acetylenowej i 10% drugiego środka poprawiającego przewodnictwo elektronowe korzystnie w postaci materiału węglowego, zaś elektroda ujemna zawiera 10% wagowych karboksymetylocelulozy i 10% wagowych sadzy acetylenowej.
  2. 2. Hybrydowy kondensator elektrochemiczny wg zastrz. 1, znamienny tym, że drugim środkiem poprawiającym przewodnictwo elektronowe w elektrodzie dodatniej jest grafit lub grafit ekspandowany lub wielościenne nanorurki węglowe.
PL419541A 2016-11-22 2016-11-22 Hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy PL234491B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL419541A PL234491B1 (pl) 2016-11-22 2016-11-22 Hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL419541A PL234491B1 (pl) 2016-11-22 2016-11-22 Hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL419541A1 PL419541A1 (pl) 2017-06-19
PL234491B1 true PL234491B1 (pl) 2020-03-31

Family

ID=59061617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL419541A PL234491B1 (pl) 2016-11-22 2016-11-22 Hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL234491B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL419541A1 (pl) 2017-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ko et al. Combining battery-like and pseudocapacitive charge storage in 3D MnO x@ carbon electrode architectures for zinc-ion cells
CN107112600B (zh) 蓄电装置用水系电解液和含有该水系电解液的蓄电装置
Ma et al. Tuning crystal structure and redox potential of NASICON-type cathodes for sodium-ion batteries
Liang et al. Preparation and performance study of a PVDF–LATP ceramic composite polymer electrolyte membrane for solid-state batteries
Shanmugavani et al. Synthesis of ZnFe 2 O 4 nanoparticles and their asymmetric configuration with Ni (OH) 2 for a pseudocapacitor
Maiti et al. Electrochemical energy storage in Mn 2 O 3 porous nanobars derived from morphology-conserved transformation of benzenetricarboxylate-bridged metal–organic framework
Pham et al. Facile synthesis of pyrite (FeS 2/C) nanoparticles as an electrode material for non-aqueous hybrid electrochemical capacitors
TWI463720B (zh) 鈉離子為主之水相電解質電化學二次能源儲存裝置
TWI644474B (zh) Electrode slurry, battery pole piece and preparation method thereof
Chojnacka et al. High performance hybrid sodium-ion capacitor with tin phosphide used as battery-type negative electrode
Chae et al. Highly reversible conversion-capacity of MnO x-loaded ordered mesoporous carbon nanorods for lithium-ion battery anodes
Zhang et al. Effect of Ti-doping on the electrochemical performance of sodium vanadium (III) phosphate
Aswathy et al. Octahedral high voltage LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 spinel cathode: Enhanced capacity retention of hybrid aqueous capacitors with nitrogen doped graphene
JP6585007B2 (ja) 正極、ナトリウムイオン電気化学電池、可逆ナトリウム電池、ナトリウム注入物の作製方法
Kidanu et al. High capacity and inexpensive multivalent cathode materials for aqueous rechargeable Zn-ion battery fabricated via in situ electrochemical oxidation of VO2 nanorods
JP2020024819A (ja) 水系亜鉛イオン電池用正極活物質
Adil et al. High-performance aqueous asymmetric supercapacitors based on the cathode of one-step electrodeposited cracked bark-shaped nickel manganese sulfides on activated carbon cloth
KR102522173B1 (ko) 나트륨이차전지용 질소-도핑된 탄소가 코팅된 음극 활물질 및 그 제조방법
US20200403224A1 (en) Lithium molybdate anode material
Li et al. Facile synthesis of Mn-doped hollow Fe 2 O 3 nanospheres coated with polypyrrole as anodes for high-performance lithium-ion batteries
US20220238882A1 (en) Tragacanth gum (tgc)-based aqueous binder and method for manufacturing battery electrode using same
Lee et al. Hierarchical porous carbon/MnO2 hybrids as supercapacitor electrodes
Lathika Divya et al. Carbothermally Synthesized Mo O 2 as an Insertion Host for High-Performance Li-ion Capacitors
JP5758731B2 (ja) 非水電解質二次電池
PL234491B1 (pl) Hybrydowy kondensator elektrochemiczny sodowo-jonowy