PL236798B1 - Kondensator elektrochemiczny - Google Patents
Kondensator elektrochemiczny Download PDFInfo
- Publication number
- PL236798B1 PL236798B1 PL413469A PL41346915A PL236798B1 PL 236798 B1 PL236798 B1 PL 236798B1 PL 413469 A PL413469 A PL 413469A PL 41346915 A PL41346915 A PL 41346915A PL 236798 B1 PL236798 B1 PL 236798B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electrolyte
- electrochemical
- mol
- carbon
- solution
- Prior art date
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)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest kondensator elektrochemiczny składający się z elektrody dodatniej (1) i ujemnej (2) wykonanych z materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej co najmniej 200 m2g-1 oddzielonych od siebie separatorem (4), usytuowanych w elektrolicie (3) którym jest roztwór siarczanu (IV) metalu alkalicznego o stężeniu 0.01 mol L-1 - 6 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest kondensator elektrochemiczny, składający się z dwóch porowatych elektrod węglowych o rozwiniętej powierzchni, pracujących w roztworze wodnym siarczanu (IV) metalu alkalicznego mający zastosowanie w układach do magazynowania i konwersji energii.
Działanie kondensatora elektrochemicznego polega na szybkim, elektrostatycznym procesie akumulacji ładunku w podwójnej warstwie elektrycznej. Znajduje on zastosowanie wtedy gdy wymagana jest duża ilość energii w krótkim czasie, np. w samolotach (Airbus A380), pojazdach hybrydowych (HEV), tramwajach czy podnośnikach, gdzie dostarcza on piku mocy podczas rozruchu/startu a odzyskuje go w trakcie hamowania czy wytracania energii. Kondensatory są odporne na traktowanie dużymi reżimami prądowymi, stąd, sprawdzają się jako urządzenia ochronne dla odwracalnych ogniw elektrochemicznych, np. w komputerach przenośnych czy aparatach fotograficznych, gdzie ich główną rolą jest regulacja napięcia w przypadku skokowych zmian podczas poboru energii [A. Burke „Ultracapacitor technologies and application in hybrid and electric vehicles” International Journal of Energy Research 34 (2010) 133-151], Ich zaletą jest również możliwość szybkiego, ponownego naładowania oraz bardzo dobra trwałość w trakcie pracy cyklicznej, sięgającej setek tysięcy cykli ładowania/wyładowania [J.R. Miller, A. Burke „Electrochemical capacitors: Challenges and opportunities for real-world applications” Electrochemical Society Interface 17 (2008) 53-57.
Ponieważ wartości energii właściwych pozyskiwanych z superkondensatorów są wciąż relatywnie niskie (rzędu 20 Wh kg-1) w porównaniu z ogniwami elektrochemicznymi (rzędu 150 Wh kg-1), obecnie poszukuje się rozwiązań pozwalających na uzyskanie wyższych wartości energii [A. Burke „R&D considerations for the performance and application of electrochemical capacitors” Electrochimica Acta 53 (2007) 1083-1091]. Uwzględniając, że energia E superkondensatora wyraża się wzorem:
E = 0,5 CU2 (1) gdzie C oznacza pojemność kondensatora elektrochemicznego (superkondensatora) a U jego napięcie pracy, wzrost energii można uzyskać dzięki zwiększeniu pojemności lub napięcia pracy.
Węgle aktywne, będące najczęściej stosowanym materiałem elektrodowym dla superkondensatorów [Elżbieta Frąckowiak „Carbon materials for supercapacitor application” Physical Chemistry Chemical Physics 9 (2007) 1774-1785] wykazują pojemność rzędu 100-130 F/g. Związane to jest z ilością ładunku możliwego do zakumulowania w podwójnej warstwie elektrycznej, tworzącej się na granicy faz elektroda/elektrolit. Oprócz typowego ładowania elektrostatycznego, możliwe jest również wykorzystanie ładunku pochodzącego z reakcji elektrochemicznej przebiegającej ze zmianą stopnia utlenienia reagentów czyli reakcji redoks. Procesy faradajowskie wielokrotnie zwiększają pojemność kondensatora, nazywaną w tym wypadku pseudopojemnością. W tym celu stosuje się materiały elektrodowe, zawierające tlenki metali przejściowych tj. MnO2, Fe3O4, InO2, SnO2, V2O5 bądź RuO2, zarówno w postaci czystej, zestawione w układ asymetryczny z elektrodą węglową, np. w pracy [A. Malak, K. Fic, G. Lota, C. Vix-Guterl, E. Frąckowiak „Hybrid materials for supercapacitor application” Journal of Solid State Electrochemistry 14 (2010) 811-816], jak i w formie kompozytu węgiel aktywny-tlenek metalu przejściowego, zestawione w układ symetryczny, opisane w pracy [A. Malak-Polaczyk, C. Vix-Guterl, E. Frąckowiak „Carbon/layered double hydroxide (LDH) composites for supercapacitor application” Energ y and Fuels 24 (2010) 3346-3351], Inną metodą jest zastosowanie materiałów węglowych wzbogaconych w heteroatomy, np. tlen czy azot; pseudopojemność w tym przypadku uzyskuje się dzięki procesom redoks grup funkcyjnych oraz lokalnym zmianom struktury elektronowej w matrycy węglowej wzbogaconej w heteroatom [E.J. Ra, E. Raymundo-Pinero, Y.H. Lee, F. Beguin „High power supercapacitors using polyacrylonitrile-based carbon nanofiber paper” Carbon 47 (2009) 2984-2992], W pracy [G. Lota, E. Frąckowiak „Striking capacitance of carbon/iodide interface” Electrochemistry Communications 11 (2009)
87-90] zaproponowano innowacyjne wykorzystanie pseudopojemności pochodzącej z roztworu (1 mol/L wodny roztwór jodku potasu KI). Elektroda węglowa kondensatora pracująca w roztworze jodku metalu alkalicznego stanowi również przedmiot ochrony patentowej [Elżbieta Frąckowiak, Grzegorz Lota, John R. Miller „Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku” PL 215046 z dn. 28.10.2008 r.]. Tematyka pseudopojemności pochodzącej z roztworu jest również przedmiotem opisu P.392370 K. Fic, G. Lota, E. Frąckowiak „Kondensator elektrochemiczny”, w którym opisano korzystny efekt sprzężenia dwóch par redoks w elektrolicie superkondensatora.
Zgodnie z równaniem (1) na wartość energii superkondensatora największy wpływ ma napięcie jego pracy. Zastosowanie jako elektrolitu cieczy jonowych pozwala na osiągnięcie wartości nawet 4,0 V, jak to opisano w pracach [C. Arbizzani, M. Biso, D. Cericola, M. Lazzari, F. Soavi, M. Mastragostino
PL 236 798 B1 „Safe, high-energy supercapacitors based on solvent-free ionic liquid electrolytes” Journal of Power Sources 185 (2008) 1575-1579] czy [A. Balducci, R. Dugas, P.L. Taberna, P. Simon, D. Plee, M. Mastragostino, S. Passerini „High temperature carbon-carbon supercapacitor using ionic liquid as electrolyte” Journal of Power Sources 165 (2007) 922-927], Jednak elektrolity te charakteryzują się niskim przewodnictwem i dużą lepkością [M. Galiński, A. Lewandowski, F Stępniak „Ionic liquids as electrolytes” Electrochimica Acta 51 (2006) 5567-5580] przez co pojemności uzyskiwane dla elektrod pracujących w tym środowisku nie przekraczają 100 F/g. Wyższe wartości pojemności uzyskać można stosując protyczne ciecze jonowe [R. Mysyk, E. Raymundo-Pinero, M. Anouti, D. Lemordant, F. Beguin „Pseudocapacitance of nanoporous carbons in pyrrolidinium-based protic ionic liquids” Electrochemistry Communications 12 (2010) 414-417], które charakteryzują się większym przewodnictwem, a dodatkowo dzięki odwracalnej reakcji redoks typu chinon/hydrochinon z powierzchnią elektrody węglowej [M.A. Montes-Moran, D. Suarez, J.A. Menendez, E. Fuente „On the nature of basic sites on carbon surfaces: An overview” Carbon 42 (2004) 1219-1224] wykazują rzadko spotykaną w środowisku niewodnym pseudopojemność. Zastosowanie aprotycznych cieczy jonowych jako elektrolitów stanowi także przedmiot opisu patentowego US20090263723 K. Zaghig (Longueuil, CA); P. Charest (Ste-Julie, CA); A. Guerfi (Brossard, CA); M. Dontigny (Sainte Julie, CA); M. Peticlerc (Notre-Dame-du-Mont-Carmel, CA) „Aprotic polymer/molten salt ternary mixture solvent, method for the production and use thereof in electrochemical systems”. Możliwe jest również zastosowanie innych elektrolitów niewodnych np. acetonitrylu [P.W. Ruch, D. Cericola, A. Foelske, R. Kótz, A. Wokaun „A comparison of the aging of electrochemical double layer capacitors with acetonitrile and propylene carbonate-based electrolytes at elevated voltages” Electrochimica Acta 55 (2010) 2352-2357], jednak otrzymywane wartości pojemności nie są satysfakcjonujące, a uzyskiwana energia jest wciąż dużym kompromisem. Dodatkowo, cena superkondensatorów pracujących w elektrolicie niewodnym jest nieporównywalnie wyższa, zarówno ze względu na skomplikowany proces ich produkcji jak i wysoką cenę samego elektrolitu; są one również niebezpieczne dla środowiska naturalnego.
Bardziej ekologiczną i tańszą alternatywą dla elektrolitu organicznego jest elektrolit wodny. Jednak napięcie pracy superkondensatorów w środowisku wodnym ograniczone jest napięciem rozkładowym wody, które wynosi teoretycznie 1,23 V. Większość symetrycznych kondensatorów pracuje w tym środowisku w zakresie poniżej 1,0 V. Najczęściej stosowanymi elektrolitami wodnymi są 1 mol L-1 roztwór H2SO4, np. [G. Lota, J. Tyczkowski, R. Kapica, K. Lota, E. Frąckowiak „Carbon materials modified by plasma treatment as electrodes for supercapacitors” Journal of Power Sources 195 (2010)
7535-7539] oraz 6 mol L-1 roztwór KOH [K. Jurewicz, R. Pietrzak, P. Nowicki, H. Wachowska „Capacitance behaviour of brown coal based active carbon modified through chemical reaction with urea” Electrochimica Acta 53 (2008) 5469-5475]. Charakteryzują się one wysokim przewodnictwem, pozwalają na bardzo dobrą propagację ładunku a tym samym uzyskanie wysokich wartości mocy, jednak silnie przesunięta równowaga kwasowo-zasadowa tych elektrolitów powoduje ich rozkład w pobliżu wartości teoretycznej. Energia właściwa takich układów jest zatem niska.
Asymetryczna konstrukcja superkondensatora, w której jedna z elektrod charakteryzuje się wysokim nadnapięciem wydzielania tlenu lub wodoru, pozwala na osiągnięcie napięcia 1.8 V w środowisku wodnym. Przykład takiego układu zaprezentowano w pracy [V. Khomenko, E. Raymundo-Pinero, E. Frąckowiak, F. Beguin „High-voltage asymmetric supercapacitors operating in aqueous electrolyte” Applied Physics A: Materials Science and Processing 82 (2006) 567-573], w której oprócz pseudopojemności owego charakteru elektrody dodatniej zbudowanej z a-MnO2 oraz elektrody ujemnej z PEDOT (poli(3,4-etylenodioksytiofenem)) wykazano również stabilną pracę cykliczną przy napięciu pracy 1,8 V. Układy asymetryczne, w których jedna z elektrod ma charakter pseudopojemnościowy, charakteryzują się jednak niskimi mocami właściwymi, ponieważ wymagają ładowania/wyładowania łagodnymi (poniżej 1 A g-1) reżimami prądowymi.
Elektrolity o charakterze obojętnym, tzn. takie których pH zawiera się w granicach 6-8 nie wykazują przesuniętej równowagi kwas-zasada, stąd żaden z procesów rozkładu elektrolitu nie jest termodynamicznie faworyzowany. Przykładem takich elektrolitów mogą być siarczany (VI) metali alkalicznych, takich jak lit, sód i potas. W środowisku wodnym są one całkowicie zdysocjowane, zatem charakteryzuje je dobre przewodnictwo. Dodatkowo, zarówno jony litowców (Li, Na, K) jak i anion siarczanowy (VI) są silnie solwatowane cząsteczkami wody. W przypadku litowców, najsilniej solwatowanym jonem jest kation Li+, w którego otoczce solwatacyjnej znajduje się do 27 silnie związanych cząsteczek wody [S.H. Lee, J.C. Rasaiah „Molecular Dynamics Simulation of lon Mobility. 2. Alkali metal and halide ions using
PL 236 798 Β1 the SPC/E model for water at 25°C” Journal of Physical Chemistry 100 (1996) 1420-1425], Anion siarczanowy (VI) SO42- solwatuje do 12 cząsteczek wody, energia solwatacji/desolwatacji tych jonów jest bardzo duża i wynosi 200 kJ mol·1 [W. R. Cannon, B. M. Pettitt, J. A. McCammon „Sulfate Anion in Water: Model Structural, Thermodynamic, and Dynamie Properties” Journal of Physical Chemistry 98 (1994) 6225-6230. W pracy [Q.T. Qu, B. Wang, L.C. Yang, Y. Shi, S. Tian, Y.P. Wu „Study on electrochemical performance of activated carbon in aqueous L12SO4, N 32SO4 and K2SO4 electrolytes” Electrochemistry Communications 10 (2008) 1652-1655] postulowano negatywny wpływ efektu solwatacji na zachowanie elektrod węglowych, jednak autorzy ci swoje wnioski oparli w odniesieniu do badań układów składających się z wyłącznie jednej elektrody węglowej; elektrodę przeciwną w ich wypadku stanowił pręt platynowy, nie był to zatem kondensator elektrochemiczny. Zastosowanie w/w elektrolitów w celu zwiększenia napięcia pracy kondensatora elektrochemicznego jest przedmiotem wynalazku P.392742 z dn. 25.10.2012 Elżbieta Frąckowiak, Krzysztof Fic, Grzegorz Lota „Wysokonapięciowy kondensator elektrochemiczny” oraz zostało szczegółowo opisane w pracy: Krzysztof Fic, Grzegorz Lota, Elżbieta Frąckowiak „Novel insight into neutral medium as electrolyte for high-voltage supercapacitors” Energy&Environmental Science 5 (2012) 5842-5850.
Anion siarczanowy (VI) nie wykazywał jednak żadnych istotnych właściwości redoks, co pozwoliłoby na zwiększenie pojemności kondensatora. W związku z tym w rozwiązaniu wg wynalazku zastosowano roztwory siarczanu (IV), tj. SO32·, które wykazały znakomitą aktywność redoks, jak również możliwość zwiększenia napięcia pracy kondensatora.
SO 2‘ + H0O + 2e“ SO 2“ +2OH“(1)
23
S2O6 2' + 2e“ 2SO3 2“(2)
SO3 2'+ 2H2O + 2e“ S2O4 2‘+ 4OH“(3)
SO3 2’+ 3H2O + 4e“ S + 6 OH“(4)
SO3 2' + 6H + 6e“ S2' + 3 H2O(5)
Eksperymentalnie wykazano, że wpływ kationu metalu (litu, sodu i 175 potasu) jest znikomy pod kątem aktywności redoks, przy czym najlepsze wyniki zarejestrowano dla roztworu siarczanu (IV) litu i sodu.
Badania w naczyniu trójelektrodowym wykazały, że zastosowanie formy siarczanowej (IV) pozwala zbalansować układ redoks i zależnie od kierunku polaryzacji elektrody, wygenerować inne elektroaktywne formy jonowe siarki (S2-, S2O32 ). Dodatkowo, ze względu na alkaliczny charakter roztworów siarczanów (IV), wykazują one dość dobrą zwilżalność w stosunku do elektrody węglowej oraz wpływają pozytywnie na proces elektrosorpcji wodoru w elektrodzie ujemnej. Co więcej, po przekroczeniu potencjału utleniania SO3 do SO42·, istnieje możliwość dalszego rozszerzania napięcia, a tym samym poprawy gęstości energii gromadzonej w kondensatorze [Krzysztof Fic, Grzegorz Lota, Elżbieta Frąckowiak „Novel insight into neutral medium as electrolyte for high-voltage supercapacitors” Energy&Environmental Science 5 (2012) 5842-5850],
Istotą wynalazku jest kondensator elektrochemiczny składający się z elektrody dodatniej i ujemnej wykonanych z materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej co najmniej 200 m2 g-1 oddzielonych od siebie separatorem, usytuowanych w elektrolicie, charakteryzujący się tym, że elektroda dodatnia i ujemna usytuowane są w elektrolicie, którym jest roztwór siarczanu (IV) metalu alkalicznego o stężeniu 0.01 mol L-1 -6 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1.
Korzystnym jest kiedy elektrolitem jest roztwór siarczanu (IV) litu albo siarczanu (IV) sodu albo siarczanu (IV) potasu.
Dzięki zastosowaniu kondensatora według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:
• napięcie pracy 1.9 V;
PL 236 798 B1 • wysoka żywotność i zachowanie pojemności w trakcie pracy cyklicznej (4% spadek pojemności po 50000 cyklach ładowania/wyładowania prądem o gęstości 1 Ag-1;
• bardzo dobra odwracalność procesu ładowania/wyładowania, sięgająca nawet 97% • bardzo dobra propagacja ładunku, w zakresie częstotliwości od 1 mHz do 5.4 mHz i przy amplitudzie napięcia ±5 mV;
• niskie prądy upływu (ok. 23 mA g-1);
• powolny proces samowyładowania;
• elektrolit jest roztworem wodnym i nietoksycznym;
• układ jest symetryczny, zatem tani i trwały;
• w przeciwieństwie do elektrolitów organicznych, roztwór wodny nie wymaga atmosfery ochronnej/inertnej podczas montażu urządzenia, co znacznie ułatwia proces produkcji;
• pH elektrolitu pozwala na szeroki dobór kolektorów prądowych, co znacznie obniża koszt produkcji.
Wynalazek został uwidoczniony na rysunku. Fig. 1 przedstawia schemat ideowy kondensatora.
W niniejszym wynalazku wykorzystano pozytywny efekt aktywności redoks anionów siarczanowych (IV) na pracę symetrycznego kondensatora elektrochemicznego. Znaczna energia solwatacji tych jonów, w połączeniu z solwatacją kationu i aktywnością redoks, zapobiegają rozkładowi elektrolitycznemu wody (rozpuszczalnika), stąd możliwe jest uzyskanie napięcia pracy kondensatora do 1.9 V.
Kondensator elektrochemiczny składa się z elektrody dodatniej 1 i ujemnej 2, które wykonane są z materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej co najmniej 200 m2/g. Elektrody usytuowane są w elektrolicie 3, którym jest roztwór siarczanu (IV) metalu alkalicznego ( korzystnie litu, sodu, potasu) o stężeniu 0.01 mol L-1 - 6 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1. Elektrody oddzielone są separatorem 4.
Wartości pojemności tak skonstruowanego kondensatora kształtują się w zakresie 108-202 F g-1 (pojemność wyrażona w odniesieniu do masy elektrody), w zależności od wartości gęstości prądu wyładowania w zakresie 50 A g-1 do 0.2 Ag-1. Dla porównania, pojemność wyznaczona została w oparciu o inne niż stałoprądowa metody elektrochemiczne - woltamperometrię cykliczną (w zakresie prędkości skanowania od 1 mV s-1 do 100 mV s-1) oraz elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną (w zakresie częstotliwości od 100 kHz do 1 mHz). Zbliżone wyniki uzyskano dla wszystkich technik pomiarowych. Woltamperometria cykliczna wykazała dobrą propagację ładunku do wartości prędkości skanowania 20 mV s-1. Obserwowany spadek pojemności wraz ze wzrostem prędkości skanowania jednoznacznie dowodzi, że jony obecne w roztworze są solwatowane, przez co nieznacznie zmniejsza się ich ruchliwość w polu elektrycznym, przez co brak jest szybkiej odpowiedzi pojemnościowej przy większych prędkościach przesuwu potencjału; dla prędkości 1 mV s-1 pojemność wynosi 211 F g-1, zaś dla 100 mV s-1, która wyklucza praktycznie możliwość pełnego ładowania/wyładowania podwójnej warstwy elektrycznej z udziałem dyfuzji, wynosi ona zaledwie 109 F g-1. Podobna tendencja obserwowana była w przypadku galwanostatycznego ładowania i wyładowania kondensatora - wzrost gęstości prądu wyładowania powodował spadek pojemności; z 202 F g-1 dla łagodnego reżimu 500 mA g-1 do 88 F g-1 dla obciążenia prądem o gęstości 50 A g-1. Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna potwierdza tendencję uzyskaną dla dwóch poprzednich technik - dla częstotliwości prądu 1 mHz uzyskano pojemność 223 F g-1, natomiast dla częstotliwości 1 Hz pojemność wynosiła 99 F g-1. Maksymalne napięcie pracy takiego kondensatora wynosiło 1.9 V, przy zachowaniu pojemności 136 F g-1 podczas 50000 cykli ładowani a/wyładowania.
Wysokie wartości pojemności, uzyskane bez udziału pseudopojemności, w układzie symetrycznym, przy napięciu pracy 1.9V pozwoliły na osiągnięcie energii właściwej równej 17 Wh kg-1.
Wynalazek ilustrują poniższe przykłady:
P r z y k ł a d I
Elektrody kondensatora elektrochemicznego wykonano z węgla aktywnego, którego powierzchnia rzeczywista wynosiła 1865 m2 g-1, natomiast średni rozmiar porów wynosi 0.7 nm. Zawartość pierwiastkowego węgla w próbce wynosiła 95.2 wt%. Tabletki o średnicy 10 mm i grubości ok. 0.7 mm uzyskano przez sprasowanie w prasie hydraulicznej mieszaniny: 85%wag. materiału węglowego, 10% wag. środka wiążącego (PTFE) oraz 5% wag. sadzy.
Następnie przeniesiono je do naczynia elektrochemicznego, zawierającego roztwór 1 mol L-1 U2SO3 jako elektrolit i oddzielono separatorem.
Tak skonstruowany kondensator poddano testom elektrochemicznym: woltamperometrii cyklicznej (1-100 mV s-1), galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu (200 mA g-1 - 50 A g-1) oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (1 mHz-100 kHz).
PL 236 798 B1
P r z y k ł a d II
Elektrody kondensatora elektrochemicznego wykonano z węgla aktywnego, którego powierzchnia rzeczywista wynosiła 1865 m2 g-1, natomiast średni rozmiar porów wynosi 0.7 nm. Zawartość pierwiastkowego węgla w próbce wynosiła 95.2 wt%. Tabletki o średnicy 10 mm i grubości ok. 0.7 mm uzyskano przez sprasowanie w prasie hydraulicznej mieszaniny: 85% wag. materiału węglowego, 10% wag. środka wiążącego (PTFE) oraz 5% wag. sadzy. Następnie przeniesiono je do naczynia elektrochemicznego, zawierającego roztwór 1 mol L-1 Na2SO3 jako elektrolit i oddzielono separatorem.
Tak skonstruowany kondensator poddano testom elektrochemicznym: woltamperometrii cyklicznej (1-100 mV s-1), galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu (200 mA g-1 - 50 A g-1) oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (1 mHz-100 kHz).
P r z y k ł a d III
Elektrody kondensatora elektrochemicznego wykonano z węgla aktywnego, którego powierzchnia rzeczywista wynosiła 1865 m2 g-1, natomiast średni rozmiar porów wynosi 0.7 nm. Zawartość pierwiastkowego węgla w próbce wynosiła 95.2 wt%. Tabletki o średnicy 10 mm i grubości ok. 0.7 mm uzyskano przez sprasowanie w prasie hydraulicznej mieszaniny: 85% wag. materiału węglowego, 10% wag. środka wiążącego (PTFE) oraz 5% wag. Sadzy. Następnie przeniesiono je do naczynia elektrochemicznego, zawierającego roztwór 1 mol L-1 K2SO3 jako elektrolit i oddzielono separatorem.
Tak skonstruowany kondensator poddano testom elektrochemicznym: woltamperometrii cyklicznej (1-100 mV s-1), galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu (200 mA g-1 - 50 A g-1) oraz elektrochemicznej 300 spektroskopii impedancyjnej (1 mHz-100 kHz).
Claims (4)
- Zastrzeżenia patentowe1. Kondensator elektrochemiczny składający się z elektrody dodatniej i ujemnej wykonanych z materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej co najmniej 200 m2 g-1 oddzielonych od siebie separatorem, usytuowanych w elektrolicie, znamienny tym elektrolitem (3) jest roztwór siarczanu (IV) metalu alkalicznego o stężeniu 0.01 mol L-1 - 6 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1.
- 2. Kondensator według zastrz. 1, znamienny tym, elektrolitem (3) jest roztwór siarczanu (IV) litu.
- 3. Kondensator według zastrz. 1, znamienny tym, elektrolitem (3) jest roztwór siarczanu (IV) sodu.
- 4. Kondensator według zastrz. 1, znamienny tym, elektrolitem (3) jest roztwór siarczanu (IV) potasu.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL413469A PL236798B1 (pl) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Kondensator elektrochemiczny |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL413469A PL236798B1 (pl) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Kondensator elektrochemiczny |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL413469A1 PL413469A1 (pl) | 2017-02-13 |
PL236798B1 true PL236798B1 (pl) | 2021-02-22 |
Family
ID=57965355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL413469A PL236798B1 (pl) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | Kondensator elektrochemiczny |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL236798B1 (pl) |
-
2015
- 2015-08-06 PL PL413469A patent/PL236798B1/pl unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL413469A1 (pl) | 2017-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pameté et al. | The many deaths of supercapacitors: degradation, aging, and performance fading | |
Li et al. | Redox enhanced energy storage in an aqueous high-voltage electrochemical capacitor with a potassium bromide electrolyte | |
Virya et al. | Polyacrylamide-lithium chloride polymer electrolyte and its applications in electrochemical capacitors | |
Virya et al. | Li2SO4-polyacrylamide polymer electrolytes for 2.0 V solid symmetric supercapacitors | |
Xun et al. | A biomass-based redox gel polymer electrolyte for improving energy density of flexible supercapacitor | |
Tokita et al. | Degradation characteristics of electric double-layer capacitors consisting of high surface area carbon electrodes with organic electrolyte solutions | |
US9793063B2 (en) | High-capacity slurry electrode and flow energy storage system based on same | |
Virya et al. | A review of neutral pH polymer electrolytes for electrochemical capacitors: Transitioning from liquid to solid devices | |
TW201835954A (zh) | 用於具有大孔電極之活性碳超級電容器之方法、裝置及系統 | |
Minakshi et al. | Electrochemical energy storage device for securing future renewable energy | |
Kamila et al. | Advances in Electrochemical energy storage device: Supercapacitor | |
Yang et al. | Constructing high-energy-density aqueous supercapacitors with potassium iodide-doped electrolytes by a precharging method | |
Muzaffar et al. | Electrolyte materials for supercapacitors | |
Taniki et al. | Evaluation of double-layer and redox capacitances of activated carbon electrodes in n-ethyl-n-methylpyrrolidinium fluorohydrogenate ionic liquid | |
Yi et al. | Electrochemical activation and capacitance enhancement of expanded mesocarbon microbeads for high-voltage, symmetric supercapacitors | |
TWI498931B (zh) | 儲能元件 | |
PL231239B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny | |
PL236798B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny | |
PL236801B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny | |
PL215699B1 (pl) | Wysokonapięciowy kondensator elektrochemiczny | |
PL236799B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny | |
Dž et al. | Graphite, graphite oxide, graphene oxide, and reduced graphene oxide as active materials for electrochemical double layer capacitors: a comparative study | |
Chandrasekaran et al. | Electrochemical study on aqueous magnesium nitrate electrolyte system for EDLC applications | |
Antonucci et al. | Electrochemical energy storage | |
Udaya et al. | Ionic Liquid Electrolytes for Flexible Supercapacitors |