PL239337B1

PL239337B1 - Electrochemical capacitor

Info

Publication number: PL239337B1
Application number: PL428354A
Authority: PL
Inventors: Elżbieta FRĄCKOWIAK; Elżbieta Frąckowiak; Krzysztof Fic; Justyna Piwek; Anetta Płatek
Original assignee: Politechnika Poznanska
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2021-11-22
Also published as: PL428354A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest kondensator elektrochemiczny zbudowany z dwóch symetrycznych elektrod węglowych o rozwiniętej powierzchni właściwiej, znajdujący swoje zastosowanie w systemach do magazynowania i konwersji energii.The subject of the invention is an electrochemical capacitor made of two symmetrical carbon electrodes with a more properly developed surface, which can be used in energy storage and conversion systems.

Kondensatory elektrochemiczne to podstawowe urządzenia wykorzystywane do magazynowania energii, czyli do gromadzenia ładunku elektrycznego na granicy faz elektroda/elektrolit, aby w późniejszym czasie uwolnić go w przypadku potrzeby zasilania urządzeń zewnętrznych (E. Frąckowiak and F. Beguin „Supercapacitors: Materials, Systems, and Applications” Wiley-VCH, 1^st edition, ISBN-13: 978-3527328833, 2013). Ponadto główną zaletą kondensatorów elektrochemicznych jest ich szybki czas reakcji, co pozwala na uzyskanie względnie wysokich wartości gęstości mocy w porównaniu do innych dostępnych urządzeń do magazynowania/konwersji energii takich jak ogniwa elektrochemiczne czy paliwowe. Najczęściej, urządzenia te składają się z dwóch polaryzowalnych elektrod. Ze względu na rozwiniętą powierzchnię właściwą węgle aktywne wypierają stosowane tlenki metali czy kompozyty tlenkowe. Ponadto elektrody te rozdziela się za pomocą półp rzep u szcza In ej membrany, najczęściej włókna szklanego ze względu na jego dostępność i cenę. Kolejnym głównym elementem kondensatora elektrochemicznego jest zastosowany elektrolit. Zapewnia on obecność jonów, które przyciągane do spolaryzowanej powierzchni elektrod tworzą podwójną warstwę, elektryczną (R. Kótz and M. Carlen, „Principles and applications of electrochemical capacitors” Electrochim. Acta, vol. 45, no. 15-16, pp. 2483-2498, 2000). Ze względu na obecność elektrostatycznych oddziaływań na granicy faz elektroda/elektrolit ładunek zgromadzony na powierzchni może się bardzo długo na niej utrzymywać. Podczas wyładowania kondensatora elektrochemicznego, układ powraca do nieuporządkowanego stanu, zapewniając przepływ elektronów przez zewnętrzne podłączenie.Electrochemical capacitors are the basic devices used for energy storage, i.e. to accumulate electric charge at the electrode / electrolyte interface, to later release it in the event of the need to power external devices (E. Frąckowiak and F. Beguin "Supercapacitors: Materials, Systems, and Applications "Wiley-VCH, 1 ^st edition, ISBN-13: 978-3527328833, 2013). In addition, the main advantage of electrochemical capacitors is their fast response time, which allows for relatively high power densities compared to other available energy storage / conversion devices such as electrochemical or fuel cells. Most often, these devices consist of two polarizable electrodes. Due to the developed specific surface, active carbons displace the used metal oxides or oxide composites. In addition, these electrodes are separated by a velcro strap on a different membrane, most often fiberglass due to its availability and price. The next main component of an electrochemical capacitor is the electrolyte used. It ensures the presence of ions which, when attracted to the polarized surface of the electrodes, form a double electric layer (R. Kótz and M. Carlen, "Principles and applications of electrochemical capacitors" Electrochim. Acta, vol. 45, no. 15-16, pp. 2483 -2498,2000). Due to the presence of electrostatic interactions at the electrode / electrolyte interface, the charge accumulated on the surface may remain there for a very long time. When the electrochemical capacitor is discharged, the system returns to a disordered state, ensuring the flow of electrons through the external connection.

Podstawą stworzenia kondensatorów elektrochemicznych była potrzeba zwiększenia gęstości energii magazynowanej przez konwencjonalne kondensatory. Z tego względu w tych układach stosuje się materiały o rozwiniętej powierzchni właściwej, zdolne do adsorpcji dużej ilości ładunku, jak również elektrolity wodne zdolne do pracy przy napięciu wyższym niż 1,2 V. Wynika to z równania na energię kondensatora, gdzie energia (E [J]) jest proporcjonalna do pojemności (C [F]) oraz kwadratu napięcia pracy (U [V]) zgodnie z równaniem (1).The basis for the development of electrochemical capacitors was the need to increase the energy density stored by conventional capacitors. For this reason, these systems use materials with a developed specific surface, capable of adsorbing a large amount of charge, as well as water electrolytes capable of operating at a voltage higher than 1.2 V. It results from the equation for the energy of the capacitor, where energy (E [ J]) is proportional to the capacitance (C [F]) and the square of the operating voltage (U [V]) according to equation (1).

E=^CU² (1)E = ^ CU ² (1)

Elektrolity wodne zdolne do pracy przy napięciu wyższymi ,2 V zostały opisane stosunkowo niedawno (K. Fic, G. Lota, M. Meller, and E. Frąckowiak, „Novel insight into neutral medium as electrolyte for high-voltage supercapacitors” Energy Environ. Sci., vol. 5, no. 2, pp. 5842-5850, 2012), a graniczna wartość napięcia zostaje coraz to bardziej przesunięta w stronę wyższych wartości. Jednakże, nawet jeżeli układ jest w stanie pracować w wysokich napięciach, bardzo często jego praca cykliczna ograniczona zostaje do zaledwie kilku cykli. Z tego względu poszukiwane są nowe rozwiązania, które pozwolą na połącznie kluczowych wymaganych parametrów pracy, takich jak: brak negatywnego wpływu na środowisko, trwała praca cykliczna, wysoka wydajność procesów ładowania i wyładowania oraz jak najwyższa wartość gęstości energii i mocy.Water electrolytes capable of operating at higher voltages, 2 V, have been described relatively recently (K. Fic, G. Lota, M. Meller, and E. Frąckowiak, "Novel insight into neutral medium as electrolyte for high-voltage supercapacitors" Energy Environ. Sci., Vol. 5, no. 2, pp. 5842-5850, 2012), and the voltage limit is increasingly shifted towards higher values. However, even if the system is capable of operating at high voltages, very often its cyclical operation is limited to just a few cycles. For this reason, new solutions are sought that will enable the combination of the key required operating parameters, such as: no negative impact on the environment, permanent cyclic operation, high efficiency of charging and discharging processes, and the highest possible value of energy and power density.

Z tego względu zwrócono zainteresowanie naukowe w stronę dotychczas niestosowanych w roztworach wodnych elektrolitów. Powszechnie znanym elektrolitem w ogniwach elektrochemicznych jest nadchloran litu bądź sodu, jednakże ze względu na charakterystykę pracy tych układów jego rozpuszczalnikiem są zawsze sole organiczne: węglan propylenu, acetylen, dimetyloformamid itp. Początkowo zaaplikowano te elektrolity w kondensatorach elektrochemicznych bez zmiany środowiska pracy (Z. Sisi, H. Hongbo, F. Shaowei, Z. Zhibin, N. Jin, L. Hong and H. Xuejie, „Electrolyte and secondary lithium battery and capacitor containing electrolyte”, CN102280664 (A) - 2011-12-14), (L. W. Gai „Electrolyte of electrochemical capacitor in double electrode layer”, CN1873866 (A) - 2006-12-06), (E. Eiji, M. Takeshi, K. Manabu, H. Kazuya „ELECTRIC DOUBLE-LAYER CAPACITOR”, JPH0837133 (A) 1996-02-06). Pomimo uzyskania satysfakcjonującego okna elektrochemicznego, ze względu na niskie wartości; przewodnictwa roztworów organicznych zakłada się, że uzyskane wartości pojemności właściwej są znacznie mniejsze niż te uzyskane w roztworach wodnych. Ponadto, nie tylko samo użycie rozpuszczalnika organicznego działa szkodliwie na środowisko, ale również cała procedura przygotowania materiałów, która wymaga ekstremalnego suszenia komponentów i montowania układów w komorach rękawicowych, co znacznie zwiększa zużycie energii podczas przygotowywania układów.For this reason, scientific interest has been directed towards electrolytes not previously used in aqueous solutions. A commonly known electrolyte in electrochemical cells is lithium or sodium perchlorate, however, due to the operating characteristics of these systems, its solvents are always organic salts: propylene carbonate, acetylene, dimethylformamide, etc. Initially, these electrolytes were applied in electrochemical capacitors without changing the working environment (Z. Sisi , H. Hongbo, F. Shaowei, Z. Zhibin, N. Jin, L. Hong and H. Xuejie, "Electrolyte and secondary lithium battery and capacitor containing electrolyte", CN102280664 (A) - 2011-12-14), ( LW Gai "Electrolyte of electrochemical capacitor in double electrode layer", CN1873866 (A) - 2006-12-06), (E. Eiji, M. Takeshi, K. Manabu, H. Kazuya "ELECTRIC DOUBLE-LAYER CAPACITOR", JPH0837133 (A) 1996-02-06). Despite obtaining a satisfactory electrochemical window, due to the low values; conductivity of organic solutions, it is assumed that the obtained values of specific capacity are much lower than those obtained in aqueous solutions. Moreover, not only the use of an organic solvent is detrimental to the environment, but also the entire material preparation procedure, which requires extreme drying of the components and assembly of the systems in gloved boxes, which significantly increases the energy consumption during the preparation of the systems.

PL 239 337 B1PL 239 337 B1

Z tego względu pochylono się nad zastosowaniem soli nadchloranów w roztworach wodnych (W. Hongyu, G. Jichao, Q. Li, „Aqueous electrolyte and super-capacitor”, CN1105280397 (A) - 2016-01-27). Niemniej jednak przedmiotem tego zgłoszenia patentowego jest roztwór wodny zdolny do pracy w niskich temperaturach, gdzie jako dodatek obniżający temperaturę krzepnięcia zastosowano glukozę, a wykorzystaną solą był nadchloran sodu. Prezentowane rozwiązanie w niniejszym patencie skupia się na wykorzystaniu wodnych soli nadchloranu litu jako efektywnych i bardzo stabilnych w pracy cyklicznej elektrolitów. Wodny roztwór nadchloranu litu charakteryzuje się znacznie wyższym (ok. 3 razy) przewodnictwem niż 1 M Li2SO4 (K. Fic, G. Lota, M. Meller, and E. Frąckowiak, „Novel insight into neutral medium as electrolyte for high-voltage supercapacitors”, Energy Environ. Sci., vol. 5, no. 2, pp. 58425850, 2012). Dlatego wykorzystano tę szczególną cechę i w niniejszym patencie połączono roztwór wodny nadchloranu litu o stężeniu 3,0 M z materiałem elektrodowym o rozwiniętej powierzchni właściwej (tj. węglem aktywnym) w celu uzyskania wysokich wartości mocy jak również pojemności kulombowskiej (w oparciu na elektrostatyczne magazynowanie ładunku na granicy faz elektroda/elektrolit). Ponadto, ze względu na zastosowanie czystych soli i rozpuszczalnika wodnego, a nie mieszanek różnych związków w celu poprawy pracy niskotemperaturowej prezentowane rozwiązanie technologiczne jest tańs ze w produkcji. Na koszt wpływa również niska cena zaproponowanego materiału węglowego, tj. węgla aktywnego. Warto również podkreślić, że roztwory nadchloranów były już badane w kondensatorach elektrochemicznych w środowisku wodnym (H. Tomiyasu, H. Shikata, K. Takao, N. Asanuma, S. Taruta, Y-Y. Park, „An aqueous electrolyte of the widest potential window and its superior capability for capacitors”, Scientific Reports, vol. 7, no. 45048, pp. 1-12, 2017). Niemniej jednak badania te bazują na nasyconych roztworach o dokładnie niezdefiniowanych stężeniach. Jak wynika z obliczeń rozpuszczalności nadchloranu litu w wodzie stężenie to wynosi >3,5 M. Dlatego też, zaproponowane rozwiązanie technologiczne opiera się na roztworze nadchloranu litu o zdefiniowanym stężeniu w zakresie 0,1-3,5 M, które charakteryzuje się bardziej wydajną pracą w kondensatorze elektrochemicznym niż roztwory nasycone. Dodatkowo badane układy prezentowane w publikacji są asymetrycznymi układami elektrochemicznymi, które wykorzystują materiały na bazie grafitu (tylko z dodatkiem węgla aktywnego) oraz tlenków metali. Zaproponowane rozwiązanie technologiczne wykorzystuje dwie symetryczne elektrody z udziałem przynajmniej 80% wag. węgla aktywnego. Układy te mają bardzo stabilną pracą cykliczną oraz wysoką moc właściwą. Systemy prezentowane w przytoczonej publikacji charakteryzują się nieliniową krzywą stałoprądowego ładowania/wyładowania w zakresie 0-3,2 V, co wskazuje, iż układy wykorzystują nie tylko oddziaływania elektrostatyczne, ale również reakcje z przeniesień ładunku tzw. redoks (charakterystyczne dla ogniw elektrochemicznych) wynikające z obecności tlenków m etali. Prezentowane rozwiązanie technologiczne charakteryzuje się głównie gromadzeniem ładunku w podwójnej warstwie elektrycznej, co jest szczególne dla kondensatorów elektrochemicznych. Ponadto, w przytoczonej publikacji kondensatory elektrochemiczne zbudowane są przy użyciu drogich separatorów, np. membrany kationowymiennej. W niniejszym wynalazku separator stanowi włókno szklane, którego zadaniem jest oddzielenie elektrod w celu uniknięcia zwarcia. Separator ten ma korzystne parametry nie zwiększające oporu w układzie, a ponadto cechuje się niską ceną.For this reason, the use of perchlorate salts in aqueous solutions has been focused on (W. Hongyu, G. Jichao, Q. Li, "Aqueous electrolyte and super-capacitor", CN1105280397 (A) - 2016-01-27). Nevertheless, the subject of this patent application is an aqueous solution capable of operating at low temperatures, where glucose was used as the freezing point depressant additive and the salt used was sodium perchlorate. The presented solution in this patent focuses on the use of aqueous lithium perchlorate salts as effective and very stable electrolytes in cyclic operation. An aqueous solution of lithium perchlorate is characterized by a much higher (approx. 3 times) conductivity than 1 M Li2SO4 (K. Fic, G. Lota, M. Meller, and E. Frąckowiak, "Novel insight into neutral medium as electrolyte for high-voltage supercapacitors ”, Energy Environ. Sci., Vol. 5, no. 2, pp. 58425850, 2012). Therefore, this special feature was exploited and in this patent a 3.0 M aqueous solution of lithium perchlorate was combined with an electrode material with a high specific surface area (i.e. activated carbon) to obtain high power values as well as Coulomb capacity (based on electrostatic charge storage at electrode / electrolyte interface). Moreover, due to the use of pure salts and water solvent, and not mixtures of various compounds in order to improve low-temperature operation, the presented technological solution is cheaper to produce. The cost is also influenced by the low price of the proposed carbon material, i.e. activated carbon. It is also worth noting that perchlorate solutions have already been tested in electrochemical capacitors in an aqueous environment (H. Tomiyasu, H. Shikata, K. Takao, N. Asanuma, S. Taruta, YY. Park, "An aqueous electrolyte of the widest potential window and its superior capability for capacitors ”, Scientific Reports, vol. 7, no. 45048, pp. 1-12, 2017). Nevertheless, these tests are based on saturated solutions with exactly undefined concentrations. As it results from the calculations of the solubility of lithium perchlorate in water, this concentration is> 3.5 M. Therefore, the proposed technological solution is based on a lithium perchlorate solution with a defined concentration in the range of 0.1-3.5 M, which is characterized by a more efficient operation in an electrochemical capacitor than saturated solutions. Additionally, the tested systems presented in the publication are asymmetric electrochemical systems that use materials based on graphite (only with the addition of active carbon) and metal oxides. The proposed technological solution uses two symmetrical electrodes with a share of at least 80% by weight. activated carbon. These systems have a very stable cyclic operation and high specific power. The systems presented in the cited publication are characterized by a non-linear DC charge / discharge curve in the range of 0-3.2 V, which indicates that the systems use not only electrostatic interactions, but also reactions from charge transfers, the so-called redox (characteristic of electrochemical cells) resulting from the presence of metal oxides. The presented technological solution is mainly characterized by the accumulation of a charge in an electrical double layer, which is special for electrochemical capacitors. Moreover, in the cited publication, electrochemical capacitors are built with the use of expensive separators, e.g. a cation exchange membrane. In the present invention, the separator is a glass fiber, the purpose of which is to separate the electrodes in order to avoid a short circuit. This separator has favorable parameters that do not increase the resistance in the system, and is also characterized by a low price.

Podsumowując świadome połączenie elektrolitu o wysokim przewodnictwie właściwym z elektrodami na bazie węgla aktywnego pozwoliło uzyskać kondensator elektrochemiczny wykazujący bardzo wysoką moc i pojemność właściwą, konkurencyjną dla innych znanych w literaturze rozwiązań.Summing up, the deliberate combination of an electrolyte with high specific conductivity and electrodes based on active carbon allowed to obtain an electrochemical capacitor showing very high power and specific capacity, competitive to other solutions known in the literature.

Istotą wynalazku jest kondensator elektrochemiczny, który cechuje się zwiększonym napięciem pracy, który jest zdolny do długotrwałej pracy z bardzo wysoką wydajnością procesów adsorpcji/desorpcji jonów. Składa się dwóch elektrod: dodatniej i ujemnej, oddzielonych separatorem. Powierzchnia właściwa zastosowanych elektrod jest powierzchnią wysoce rozwiniętą, tj. co najmniej 500 m² g^-1. Elektrody węglowe wraz z półprzepuszczalną membraną usytuowane są w roztworze zawierającym nadchloran litu rozpuszczony w wodzie, o stężeniu w zakresie 0,1-3,5 M. Z tym że najbardziej korzystne jest stężenie 3,0 M. Istotnym elementem są elektrody wykonane z węgla aktywnego przy udziale przynajmniej 80% wag. węgla aktywnego.The essence of the invention is an electrochemical capacitor, which is characterized by an increased operating voltage, which is capable of long-term operation with a very high efficiency of ion adsorption / desorption processes. It consists of two electrodes: positive and negative, separated by a separator. The specific surface area of the electrodes used is highly developed, i.e. at least 500 m ² g ^-1 . Carbon electrodes with a semi-permeable membrane are placed in a solution containing lithium perchlorate dissolved in water, with a concentration in the range 0.1-3.5 M. However, the most preferred concentration is 3.0 M. Electrodes made of activated carbon are an important element with a proportion of at least 80% by weight. activated carbon.

Dzięki zastosowaniu kondensatora według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:Due to the use of the capacitor according to the invention, the following technical and operational effects were obtained:

• możliwość rozszerzenia napięcia pracy układu >1,2 V, • możliwość uzyskania długoterminowej trwałości cyklicznej układów przy wysokim napięciu (>1,2 V, >5000 cykli), • bardzo dobre zachowanie pojemności kondensatora elektrochemicznego bazującego na oddziaływaniach elektrostatycznych podczas galwanostatycznego ładowania/wyładowania• possibility of extending the operating voltage of the system> 1.2 V, • possibility of obtaining long-term cyclic durability of systems at high voltage (> 1.2 V,> 5000 cycles), • very good preservation of the electrochemical capacitor based on electrostatic interactions during galvanostatic charging / discharging

PL 239 337 B1 w reżimie 0,1-10 A g·¹ z zachowaniem 90% wartości pojemności właściwej dla wysokiego reżimu prądowego (10 A g·¹) w porównaniu z 0,1 A g-¹, • wysoka odwracalność procesu ładowania/wyładowania obliczona z czasu ładowania do czasu wyładowania (>90%) przy wysokich napięciach pracy (>1,2 V), • symetria układu sprawia, że jest to układ tani i łatwy w konstrukcji, • zastosowanie wody jako rozpuszczalnika znacznie ułatwia montaż układu. Nie wymaga on pracy w atmosferze obojętnej, co znacznie obniża koszty finalne urządzenia, • zastosowanie wody znacznie obniża wpływ na środowisko kondensatora elektrochemicznego, • roztwory nadchloranów w proponowanych stężeniach umożliwiają zastosowanie stalowych kolektorów prądowych dzięki pH zbliżonemu do neutralnego, co znacznie redukuje koszty produkcji urządzenia.PL 239 337 B1 in the 0.1-10 A g · ¹ regime with 90% of the specific capacity value for the high current regime (10 A g · ¹ ) compared to 0.1 A g- ¹ , • high reversibility of the charging process / discharges calculated from the charging time to the discharge time (> 90%) at high operating voltages (> 1.2 V), • the symmetry of the system makes it a cheap and easy to design system, • the use of water as a solvent significantly facilitates the assembly of the system. It does not require work in an inert atmosphere, which significantly reduces the final cost of the device, • the use of water significantly reduces the environmental impact of the electrochemical condenser, • perchlorate solutions in the proposed concentrations allow the use of steel current collectors thanks to the pH close to neutral, which significantly reduces the cost of production of the device.

Wynalazek został przedstawiony na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia krzywe woltamperometrii cyklicznej (dla nadchloranu litu o stężeniu 3,0 M) zarejestrowane przy różnych prędkościach skanowania w zakresie 0-0,8V. W ykres ten ilustruje bardzo dobrą propagację ładunku nawet podczas zastosowania relatywnie wysokich prędkościach przesuwu (>20 mV s^-1). Fig. 2 przedstawia zależność pojemności właściwej uzyskanej przy wyładowaniu kondensatora elektrochemicznego (z nadchloranem litu jako elektrolitem o stężeniu 3,0 M) różnymi gęstościami prądu (od 0,1 do 10 A g^-1) w zakresie 0-0,8 V. Bardzo wysoka wartość pojemności właściwej dla wysokiego reżimu prądowego (10 A g^-1) wskazuje, że jest to urządzenie o bardzo wysokiej gęstości mocy. Fig. 3 prezentuje zależność pojemności względnej od częstotliwości, czyli czasu ładowania/wyładowania. Co można tutaj zaobserwować, to brak zmiany jakościowej w przebiegu krzywej dla eksperymentu wykonanego przy 0 V jak i przy 0,8 V. Oznacza to, że w zakresie niskiego napięcia nie występują żadne reakcje niepożądane, tj. rozkład elektrolitu czy utlenianie materiału węglowego. Ponadto, dla 1 Hz, czyli 1 s ładowania/wyładowana układ charakteryzuje się 90% wartością pojemności właściwej, w porównaniu do procesu zachodzącego wolno (przy 100 s ładowaniu/wyładowaniu).The invention is illustrated in the drawings, where Fig. 1 shows cyclic voltammetry curves (for 3.0 M lithium perchlorate) recorded at various scan speeds in the range of 0-0.8V. This graph illustrates a very good charge propagation even when used with relatively high travel speeds (> 20 mV s ^-1 ). Fig. 2 shows the dependence of the specific capacity obtained during the discharge of an electrochemical capacitor (with 3.0 M lithium perchlorate as the electrolyte) with different current densities (from 0.1 to 10 A g ^-1 ) in the range of 0-0.8 V. Very a high value of the specific capacity for a high current regime (10 A g ^-1 ) indicates that it is a device with a very high power density. Fig. 3 shows the frequency dependence of the relative capacity, i.e. the charge / discharge time. What can be observed here is that there is no qualitative change in the course of the curve for the experiment carried out at 0 V and at 0.8 V. This means that in the low voltage range there are no undesirable reactions, such as electrolyte decomposition or oxidation of the carbon material. Moreover, for 1 Hz, i.e. 1 s of charging / discharging, the system is characterized by a 90% value of specific capacity, compared to the slow process (at 100 s of charging / discharging).

Wynalazek ilustruje poniższy przykład:The invention is illustrated by the following example:

Przykład IExample I.

Elektrody kondensatora elektrochemicznego wykonano z węgla aktywowanego. Powierzchnia rzeczywista zastosowanych elektrod wynosiła >1000 m² g^-1. Materiał elektrody składa się w 90% wag. z węgla aktywowanego o powierzchni właściwej >1500 m² g^-1, 5% wag. lepiszcza polimerowego PTFE oraz 5% wag. sadzy C65. Materiał elektrodowy uformowano w krążki o średnicy 10 mm. Przygotowane elektrody zostały oddzielone separatorem z włókna szklanego o średnicy 12 mm i grubości 260 μm. Komponenty umieszczone zostały w naczyniu elektrochemicznym, które zostało następnie napełnione elektrolitem (250 μL), który stanowi roztwór wodny nadchloranu litu, korzystnie o stężeniu 3,0 M.The electrodes of the electrochemical capacitor are made of activated carbon. The real area of the electrodes used was> 1000 m ² g ^-1 . The electrode material consists of 90% by weight. activated carbon with a specific surface area of> 1500 m ² g ^-1, 5% by weight. PTFE polymer binder and 5 wt. C65 carbon black. The electrode material was formed into discs with a diameter of 10 mm. The prepared electrodes were separated by a glass fiber separator with a diameter of 12 mm and a thickness of 260 μm. The components were placed in an electrochemical vessel which was then filled with electrolyte (250 μL), which is an aqueous solution of lithium perchlorate, preferably at a concentration of 3.0 M.

Tak skonstruowany kondensator poddano badaniom elektrochemicznym: woltamperometrii cyklicznej (1-100 mV s^-1), galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu (0,1-10 A g^-1), elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (1 mHz-100 kHz) oraz badaniom cykliczności. Wyniki testów zostały przedstawione na fig. 1,2 i 3.The capacitor constructed in this way was subjected to electrochemical tests: cyclic voltammetry (1-100 mV s ^-1 ), galvanostatic charge / discharge (0.1-10 A g ^-1 ), electrochemical impedance spectroscopy (1 mHz-100 kHz) and cyclic tests. The test results are shown in Figures 1, 2 and 3.

Claims

1. Electrochemical capacitor consisting of a positive and negative electrode separated by a separator and immersed in the electrolyte, the electrodes are made of carbon material with a specific surface area of at least 500 m ² g ^-1 , characterized in that the electrolyte is an aqueous solution of lithium perchlorate with in a concentration in the range of 0.1-3.5 M, preferably 3.0 M, both electrodes made of activated carbon with a proportion of at least 80% by weight. activated carbon.