PL239000B1 - Sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego oraz kondensator elektrochemiczny z modyfikowanym materiałem elektrodowym - Google Patents
Sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego oraz kondensator elektrochemiczny z modyfikowanym materiałem elektrodowym Download PDFInfo
- Publication number
- PL239000B1 PL239000B1 PL427167A PL42716718A PL239000B1 PL 239000 B1 PL239000 B1 PL 239000B1 PL 427167 A PL427167 A PL 427167A PL 42716718 A PL42716718 A PL 42716718A PL 239000 B1 PL239000 B1 PL 239000B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- carbon
- electrochemical capacitor
- electrode material
- modifying
- electrochemical
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910003439 heavy metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 238000005297 material degradation process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 125000004355 nitrogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 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
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego, charakteryzujący się tym, że materiał węglowy korzystnie węgiel aktywny, warstwy grafenowe lub poligrafenowe, nanorurki węglowe, nanostrukturalny węgiel amorficzny o rozwiniętej powierzchni właściwej 10 - 3000 m2/g poddaje się ozonowaniu a następnie reakcji z wodnym roztworem 25% amoniaku w temperaturze 25°C i czasie 1 - 120 min, korzystnie 60 min. Przedmiotem zgłoszenia jest także ww. kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze wodnym lub cieczy jonowej.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego oraz kondensator elektrochemiczny pracujący na bazie modyfikowanych elektrod węglowych mający zastosowanie do magazynowania i konwersji energii elektrycznej. Elektrody wykonane z węgla aktywnego posiadają na swej powierzchni azot w różnych ugrupowaniach, charakteryzujące się atrakcyjnymi właściwościami fizykochemicznymi.
Materiały węglowe znajdują szerokie zastosowanie ponieważ pierwiastek ten występuje w wielu odmianach alotropowych z uwagi na hybrydyzację orbitali atomów węgla (sp, sp2 oraz sp3). Szeroki zakres zastosowań mają węgle aktywne, grafit i diament. Materiały węglowe stosowane są jako adsorbenty, katalizatory i ich nośniki, a także materiały elektrodowe. Biorąc pod uwagę różnorodność form materiałów węglowych (proszki, granulaty, włókna, tkaniny oraz filce) szczególną uwagę przypisuje się zastosowaniom elektrochemicznym. Szybki rozwój cywilizacji spowodował, że zaczęto poszukiwać nowoczesnych źródeł magazynowania energii. Ogromne wykorzystanie przenośnych urządzeń elektronicznych wymusił znaczący postęp w dziedzinie chemicznych źródeł prądu. Ogromne zapotrzebowanie rynku na systemy energii o dużej wydajności doprowadził do szybszego rozwoju kondensatorów elektrochemicznych. Niestety nie istnieje takie ogniwo, które charakteryzowałoby się jednocześnie dużą gęstością energii oraz mocy. Dlatego też, nieustannie prowadzone są prace badawcze mające na celu wytworzenie nowych materiałów elektrodowych zdolnych do efektywnego gromadzenia i konwersji energii elektrycznej.
Kondensatory elektrochemiczne są urządzeniami służącymi do magazynowania energii elektrycznej dzięki ładowaniu podwójnej warstwy elektrycznej. Ładowanie podwójnej warstwy elektrycznej jest procesem elektrostatycznym i polega na oddziaływaniu jonów elektrolitu z powierzchnią materiału elektrodowego. Materiał elektrodowy powinien charakteryzować się stabilnością elektrochemiczną, wysokim przewodnictwem, a także dobrze rozwiniętą i dostępną dla jonów powierzchnią. Układy te pod względem elektrycznym zdolne są do impulsowego dostarczania energii o dużej gęstości mocy. Dzięki wykorzystaniu odpowiednich materiałów elektrodowych oraz elektrolitów urządzenia te są zdolne do gromadzenia kilkaset razy więcej ładunku niż konwencjonalne kondensatory dielektryczne. Ponadto ich trwałość cykliczna może przekraczać milion cykli ładowania/wyładowania. Niestety urządzenia te charakteryzują się niskimi wartościami gęstości energii w porównaniu do ogniw elektrochemicznych. Energia kondensatora zależy od jego pojemności oraz kwadratu napięcia, dlatego konieczne jest dążenie do zaprojektowania układów charakteryzujących się wysokimi pojemnościami oraz stabilnością w szerokim zakresie napięciowym pracy układu. Wzrost pojemności może wynikać z tzw. procesów faradajowskich (pseudopojemnościowych) zachodzących na granicy faz elektroda/elektrolit. Dodatkowe reakcje redoks można wymusić poprzez odpowiednią modyfikację materiału elektrodowego. Dlatego też, prowadzone są badania mające na celu wzrost pojemności poprzez wykorzystanie procesów pseudopojemnościowych czyli reakcji przeniesienia ładunku. Procesy pseudopojemnościowe mogą wynikać z reakcji redoks zachodzących w obecności odpowiednio modyfikowanych elektrod. Korzystny efekt pseudopojemnościowy umożliwia obecność tlenków metali przejściowych (D. Belanger, T. Brousse, J.W. Long, Electrochem. Soc. Interface 17 (2008) 49-52; N. Yu, L. Gao, S. Zhao, Z. Wang, Electrochim. Acta 54 (2009) 3835-3841). Stosowanie tlenków metali zostało ujawnione na przykład w zgłoszeniu PL 405072, w którym wykorzystano kompozyt MnO2/nanowłókna węglowe do budowy elektrod w asymetrycznym kondensatorze elektrochemicznym. Do budowy elektrod korzystnym jest również stosowanie polimerów przewodzących takich jak: polianilina, polipirol, politiofen oraz poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (K. Lota, V. Khomenko, E. Frackowiak, J. Phys. Chem. Solids 65 (2004) 295-301; K.S. Ryu, K.M. Kim, N.G. Park, Y.J. Park, S.H Chang, J. Power Sources 103 (2002) 305-309; G.A. Snook, P. Kao, A.S. Best, J. Power Sources 196 (2011) 1-12). Efekt pseudopojemnościowy może wynikać również z odpowiednio modyfikowanego elektrolitu. Przykładem może być patent PL 386352, w którym ujawniono kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze jodku, patent nr PL 398367, w którym kondensator elektrochemiczny pracuje w roztworach dihydroksybenzenów oraz patent PL 392370, w którym kondensator elektrochemiczny pracuje w dwóch różnych roztworach elektrolitu.
Najczęściej wykorzystywanym materiałem do budowy kondensatorów elektrochemicznych są węgle porowate o rozwiniętej powierzchni właściwej. Tego typu materiały charakteryzują się dużą dostępnością, chemiczną stabilnością, a także niskim kosztem wytwarzania. Tego typu materiały powinny charakteryzować się dobrym przewodnictwem oraz zwilżalnością, która związana jest z obecnością grup funkcyjnych. Prowadzone są zatem prace badawcze mające na celu modyfikację materiałów węglowych pod kątem ich zastosowania w kondensatorach elektrochemicznych. Jednym z ważniejszych kierunków tych badań jest wytworzenie na powierzchni węgli dodatkowych grup funkcyjnych zawierających heteroatomy, takie jak tlen, azot,
PL 239 000 B1 siarka bądź jod. W wyniku zachodzących dodatkowych odwracalnych reakcji redoks na granicy faz elektroda/elektrolit z udziałem wspomnianych grup funkcyjnych następuje wzrost pojemności układu (tzw. efekt pseudopojemnościowy) (F. Beguin, E. Frąckowiak, Supercapacitors. Materials, Systems and Applications, Wiley-VCH, Weinheim, 2013; G. Lota, J. Tyczkowski, P. Makowski, J. Balcerzak, K. Lota, I. Acznik, D. Peziak-Kowalska, Ł. Kolanowski, Mater. Lett. 18 (2016) 7216-7228). Przykładem może być zgłoszenie PL 411974, w którym ujawniono wykorzystanie procesu ozonowania do wytworzenia tlenowych grup funkcyjnych. Wprowadzenie azotu w strukturę materiału węglowego może odbywać się poprzez wygrzewanie prekursorów organicznych (poliakrylonitryl, tiomocznik) w wysokich temperaturach (G. Lota, B. Grzyb, H. Machnikowska, J. Machnikowski, E. Frackowiak, Chem. Phys, Lett. 404 (2005) 53-58; W. Lei, J. Guo, Z. Wu, C. Xuan, W. Xiao, D. Wang, Sci. Bull. 62 (2017) 1011-1017), albo poprzez reakcję chemiczną powierzchniowych grup tlenowych z amoniakiem w temperaturze 400-800°C (A. Laheaar, S. Delpeux-Ouldrianne, E. Lust, F. Beguin, J. Electrochem. Soc. 161 (2014) A568-A575). Modyfikacja materiałów węglowych poprzez wzbogacenie w grupy funkcyjne z udziałem azotu może odbywać się również w procesie amoksydacji. Amoksydacja jest procesem równoczesnego azotowania i utleniania przy pomocy mieszaniny amoniaku i powietrza (K. Jurewicz, K. Babel, A. Ziółkowski, H. Wachowska, Electrochim. Acta 48 (2003) 14911498; K. Jurewicz, K. Babel, A. Ziołkowski, H. Wachowska, J. Phys. Chem. Solids 65 (2004) 269-273). Przykład stanowi patent PL 320652, w którym ujawniono sposób wytwarzania węgla aktywnego zawierającego na swej powierzchni azot w wyniku reakcji amoksydacji w temperaturze 150-400°C.
Istotą niniejszego wynalazku jest sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego na bazie ozonowanych materiałów węglowych modyfikowanych azotem za pomocą reakcji z amoniakiem. Nowatorskim podejściem jest wykorzystanie ozonu jako czynnik umożliwiający wprowadzenie azotu do struktury materiału węglowego w wyniku reakcji z amoniakiem w temperaturze 25°C. Wprowadzenie w strukturę materiału węglowego azotowych grup funkcyjnych odbywa się poprzez ozonowanie materiału o rozwiniętej powierzchni właściwej 10-3000 m2/g, a następnie reakcji z wodnym roztworem 25% amoniaku w czasie 1-120 min, korzystnie 60 min w temperaturze 25°C. Proces wbudowywania się azotu w strukturę materiału węglowego polega na reakcji amoniaku z powierzchniowymi grupami tlenowymi powstałymi w wyniku ozonowania, a także ozonu (obecnego w porach materiału węglowego po procesie ozonowania) z amoniakiem tworząc reaktywne formy azotu (tlenek azotu) zdolne do powierzchniowej modyfikacji materiału.
Korzystnym jest gdy proces ozonowania prowadzi się w czasie 15-240 min.
Korzystnym jest również, że materiałem węglowym jest węgiel aktywny, warstwy grafenowe lub poligrafenowe nanorurki węglowe albo nanostrukturalny węgiel amorficzny.
Istotą wynalazku jest także kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze wodnym, organicznym bądź cieczy jonowej, charakteryzujący się tym, że dowolna elektroda zawiera materiał modyfikowany według zastrz. 1.
Dzięki zastosowaniu powyższego rozwiązania uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:
• otrzymano elektrody węglowe o zawartości 1-3 wt% azotu w temperaturze 25°C • kondensator elektrochemiczny pracujący na bazie otrzymanych elektrod charakteryzuje się wysoką wydajnością elektryczną i pracą cykliczną (rząd 5000 cykli ładowania/wyładowania bez degradacji materiału) • możliwość zastosowania tego samego materiału dla obu elektrod (możliwość pracy w układzie symetrycznym, co znacznie obniża koszty produkcji) • technologia otrzymywania materiałów jest tania i ekologiczna, nie wymaga użycia specjalnych warunków ochronnych, a także nie wprowadza metali i tlenków metali ciężkich • układ może być obciążany, dużymi wartościami prądu (do 20 A g-1)
P R Z Y K Ł A D 1
Przykład przedstawia korzystny wpływ modyfikacji handlowo dostępnego materiału węglowego ozonem, a następnie amoniakiem na pojemnościowe charakterystyki kondensatora, w którym jako elektrolit zastosowano 1M kwas siarkowy (VI).
Do szklanego reaktora wprowadzono materiał węglowy w ilości 2 g. Proces ozonowania węgla aktywnego prowadzono w warunkach dynamicznych przepuszczając gazowy ozon przez złoże utworzone przez modyfikowany materiał węglowy. Kontrolowana prędkość przepływ ozonu, odpowiadająca ozonowaniu 1 g węgla aktywnego wynosiła 0,45 dm3/min. Proces prowadzony był przez 120 min. w temperaturze pokojowej. Źródłem ozonu był ozonator zasilany sprężonym powietrzem. Następnie ozonowany materiał węglowy poddaje się reakcji z wodnym roztworem 25% amoniaku w czasie 60 min.
PL 239 000 Β1
Następnie wytworzono elektrody w kształcie tabletek o masie ok. 10 mg i geometrycznej powierzchni 0,8 cm2. Elektrody kondensatora składały się z 85% wag. węgla, 10% wag. materiału włażącego oraz 5% wag. sadzy acetylenowej.
Badania elektrochemiczne przeprowadzono w systemie dwuelektrodowym, w 1M kwasie siarkowym (VI). Parametry pracy kondensatora wyznaczono przy użyciu następujących metod: woltamperometrii cyklicznej (1 - 100 mV/s), galwanostatycznego ładowania/wyładowania (100 mA/g - 10 A/g) oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (1 mHz- 100 kHz). Wartości pojemności [F/g] dla materiału węglowego niemodyfikowanego i modyfikowanego przedstawiono w tabeli 1.
PRZYKŁAD 2
Przykład przedstawia korzystny wpływ modyfikacji handlowo dostępnego materiału węglowego ozonem, a następnie amoniakiem na pojemnościowe charakterystyki kondensatora, w którym jako elektrolit zastosowano 6M wodorotlenek potasu.
Do szklanego reaktora wprowadzono materiał węglowy w ilości 2 g. Proces ozonowania węgla aktywnego prowadzono w warunkach dynamicznych przepuszczając gazowy ozon przez złoże utworzone przez modyfikowany materiał węglowy. Kontrolowana prędkość przepływ ozonu, odpowiadająca ozonowaniu 1 g węgla aktywnego wynosiła 0,45 dm3/min. Proces prowadzony był przez 120 min. w temperaturze pokojowej. Źródłem ozonu był ozonator zasilany sprężonym powietrzem. Następnie ozonowany materiał węglowy poddaje się reakcji z wodnym roztworem 25% amoniaku w czasie 60 min.
Następnie wytworzono elektrody w kształcie tabletek o masie ok. 10 mg i geometrycznej powierzchni 0,8 cm2. Elektrody kondensatora składały się z 85% wag. węgla, 10% wag. materiału włażącego oraz 5% wag. sadzy acetylenowej.
Badania elektrochemiczne przeprowadzono w systemie dwuelektrodowym, w 6M wodorotlenku sodu. Parametry pracy kondensatora wyznaczono przy użyciu następujących metod: woltamperometrii cyklicznej (1-100 mV/s), galwanostatycznego ładowania/wyładowania (100 mA/g - 10 A/g) oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (1 mHz - 100 kHz). Wartości pojemności [F/g] dla materiału węglowego niemodyfikowanego i modyfikowanego przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Zestawienie wartości pojemności kondensatora w [F/g]
| Materiał węgłowy | Metoda | Kondensator działający w IM H2SO4 | Kondensator działający w 6M KOH |
| Niemodyfikowany | wo llamperometria cykliczna (10mV/s) | 91 | 79 |
| galwanostatyczne ładowanie/wy ładowań ie (0,5 A/g) | 91 | 81 | |
| elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (1 mHz) | 97 | 92 | |
| Modyfikowany ozonem w temperaturze pokojowej (120 min), a następnie amoniakiem (60 min) | woltamperometria cykliczna (l0mV/s) | 135 | 113 |
| galwanostatyczne ładowanie/wyładowanie (0,5 A/g) | 140 | 121 | |
| elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (I mHz) | 154 | 140 |
PL 239 000 B1
Claims (3)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego, znamienny tym, że materiał węglowy korzystnie węgiel aktywny, warstwy grafenowe lub poligrafenowe, nanorurki węglowe, nanostrukturalny węgiel amorficzny o rozwiniętej powierzchni właściwej 10-3000 m2/g poddaje się ozonowaniu a następnie reakcji z wodnym roztworem 25% amoniaku w temperaturze 25°C i czasie 1-120 min, korzystnie 60 min.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces ozonowania materiałów węglowych przeprowadza się w czasie 15-240 min.
- 3. Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworze wodnym, organicznym bądź cieczy jonowej, znamienny tym, że dowolna elektroda zawiera materiał modyfikowany według zastrz. 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL427167A PL239000B1 (pl) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego oraz kondensator elektrochemiczny z modyfikowanym materiałem elektrodowym |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL427167A PL239000B1 (pl) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego oraz kondensator elektrochemiczny z modyfikowanym materiałem elektrodowym |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL427167A1 PL427167A1 (pl) | 2020-04-06 |
| PL239000B1 true PL239000B1 (pl) | 2021-10-25 |
Family
ID=70049327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL427167A PL239000B1 (pl) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Sposób modyfikacji materiału elektrodowego kondensatora elektrochemicznego oraz kondensator elektrochemiczny z modyfikowanym materiałem elektrodowym |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL239000B1 (pl) |
-
2018
- 2018-09-24 PL PL427167A patent/PL239000B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL427167A1 (pl) | 2020-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Co-etching effect to convert waste polyethylene terephthalate into hierarchical porous carbon toward excellent capacitive energy storage | |
| Chen et al. | Cotton fabric derived hierarchically porous carbon and nitrogen doping for sustainable capacitor electrode | |
| Su et al. | Superior supercapacitive performance of hollow activated carbon nanomesh with hierarchical structure derived from poplar catkins | |
| Zeng et al. | Supercapacitors based on high-quality graphene scrolls | |
| Guan et al. | Facile synthesis of ZnCo 2 O 4 nanowire cluster arrays on Ni foam for high-performance asymmetric supercapacitors | |
| Vidhyadharan et al. | Superior supercapacitive performance in electrospun copper oxide nanowire electrodes | |
| Khalid et al. | Bendable tube-shaped supercapacitor based on reduced graphene oxide and Prussian blue coated carbon fiber yarns for energy storage | |
| P Mahore et al. | Development of nanocomposites based on polypyrrole and carbon nanotubes for supercapacitors | |
| Lee et al. | Sustainable fabrication of nitrogen activated carbon from chlorella vulgaris for energy storage devices | |
| Hussain et al. | Reagents assisted Mg-doped CeO2 for high-performance energy-storage applications | |
| Ramachandran et al. | Synergistic effects in CuO/SnO2/Ti3C2Tx nanohybrids: Unveiling their potential as supercapacitor cathode material | |
| García-Pérez et al. | Supercapacitor based on graphene oxide/tetra (para-aminophenyl) porphyrin/Nylon 66 composite electrode | |
| Shi et al. | Construction of activated-CNT/carbon composite aerogel for supercapacitor electrode with ultra high cycle stability | |
| Tang et al. | Achievement of high energy carbon based supercapacitors in acid solution enabled by the balance of SSA with abundant micropores and conductivity | |
| Koventhan et al. | Development of a polyaniline/CMK-3/hydroquinone composite supercapacitor system | |
| Singh et al. | A review on transition-metal oxalate based electrode for supercapacitors | |
| Arumugam et al. | Hierarchical structure of graphene oxide/MnO2 electrodes for supercapacitor | |
| Zhang et al. | A nickel coordination supramolecular network synergized with nitrogen-doped graphene as an advanced cathode to significantly boost the rate capability and durability of supercapacitors | |
| Dhandapani et al. | A heterogeneous NiCo 2 O 4@ 2D-carbyne nanohybrid–a new electrode material for robust and high energy density hybrid supercapacitors | |
| Du et al. | Graphene-like carbon nanosheets based on nanocellulose reassembly and their composites as electrodes for asymmetric supercapacitors with high energy and power densities | |
| Bibi et al. | Enhancement in electrochemical performance of perovskites (NdMnO3) with PANI for supercapacitor | |
| Gu et al. | Carbon Nanofibers as Supporting Substrate for Growth of Polyaniline Nanorods on Fe2O3 Nanoneedles toward Electrochemical Energy Storage | |
| Jiao et al. | High rate supercapacitor electrodes based α-Fe2O3 nanosheet networks anchored on a nickel foam | |
| Molane et al. | Electrospun Fabric Tin Oxide 1‐D Nanofibers: Approach Towards Flexible Electrode for Supercapacitor Application | |
| Dong et al. | Polypyrrole and polypyrrole@ MnO2 nanowires grown on graphene foam for asymmetric supercapacitor |