PL244110B1 - Hybrydowy kondensator elektrochemiczny - Google Patents
Hybrydowy kondensator elektrochemiczny Download PDFInfo
- Publication number
- PL244110B1 PL244110B1 PL439931A PL43993121A PL244110B1 PL 244110 B1 PL244110 B1 PL 244110B1 PL 439931 A PL439931 A PL 439931A PL 43993121 A PL43993121 A PL 43993121A PL 244110 B1 PL244110 B1 PL 244110B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electrolyte
- electrochemical capacitor
- electrode
- negative electrode
- formula
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 26
- VGTPCRGMBIAPIM-UHFFFAOYSA-M sodium thiocyanate Chemical compound [Na+].[S-]C#N VGTPCRGMBIAPIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 18
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 5
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- BZSXEZOLBIJVQK-UHFFFAOYSA-N 2-methylsulfonylbenzoic acid Chemical compound CS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O BZSXEZOLBIJVQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- ZWWZGWFNRITNNP-UHFFFAOYSA-N carbonic acid;ethene Chemical group C=C.OC(O)=O ZWWZGWFNRITNNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 12
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 12
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 12
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 12
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 12
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 11
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 10
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 10
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N hydrogen thiocyanate Natural products SC#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M sodium perchlorate Chemical compound [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001488 sodium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest hybrydowy kondensator elektrochemiczny zawierający umieszczonych w bezwodnym elektrolicie elektrody dodatniej oraz ujemnej oddzielonych od siebie separatorem, gdzie elektroda ujemna wykonana jest z materiału z węgla twardego albo z węgla miękkiego, a elektroda dodatnia wykonana jest z materiału węglowego o silnie rozwiniętej powierzchni właściwej, a elektrolit zawiera tiocyjanian sodu o wzorze 1.
Description
Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy kondensator elektrochemiczny z zastosowaniem jako urządzenie do konwersji i magazynowania energii.
Kondensatory podwójnej warstwy elektrycznej (ang. Electric Double-Layer Capacitors, EDLCs), zwane także superkondensatorami (ang. Supercapacitors, SCs), zbudowane są z dwóch elektrod wykonanych najczęściej z węgla aktywnego (ang. activated carbon, AC) oddzielonych od siebie separatorem oraz zanurzonych w roztworze elektrolitu, co przykładowo przedstawiono w zgłoszeniu patentowym P.434065. EDLCs to bardzo atrakcyjne rozwiązania na rynku urządzeń magazynowania/konwersji energii ze względu na uzyskiwaną wysoką gęstość mocy, długi cykl życia i relatywnie krótki czas ładowania. Niemniej jednak, ich istotną wadą jest relatywnie niska wartość gęstości energii co ogranicza ich wykorzystanie jedynie do niszowych dziedzin przemysłu [K. Naoi, W. Naoi, S. Aoyagi, J. Miyamoto, T. Kamino, Acc. Chem. Res., 2012, 46, 1075-1083]. Energię kondensatora elektrochemicznego można obliczyć wykorzystując zależność:
2
E=-CU , 2 gdzie: C - pojemność kondensatora elektrochemicznego [F], U - napięcie pracy [V].
Zgodnie z podaną zależnością, w celu zwiększenia ilości energii magazynowanej w kondensatorze, poza zwiększeniem pojemności szczególnie efektywne wydaje się opracowanie układów pracujących przy wyższym napięciu, ze względu na wykładniczą zależność energii kondensatora w funkcji napięcia jego pracy. Dlatego istotne jest, aby uzyskać wyższą stabilność elektrochemiczną elektrolitu, co zostało opisane w opisie patentowym P.392742. Obecnie maksymalne napięcie symetrycznego EDLCs, gdzie zarówno elektroda dodatnia jak i ujemna wykonane są z węgla aktywnego, jest ograniczone do 2,7 V. W praktyce przyłożenie napięcia powyżej 2,7 V powoduje - wraz z upływem czasu - znaczny spadek pojemności, związany ze wzrastającym oporem, będący rezultatem uszkodzeń mechanicznych i chemicznych elektrod węglowych. Niepożądane procesy faradajowskie (reakcje uboczne, na przykład wydzielanie się gazu), także prowadzą do wzrostu oporów w układzie i w konsekwencji spadku mocy i energii układu. W związku z tym istnieje ograniczenie napięcia do 2,7 V, które z pewnością ogranicza także dalsze zwiększanie gęstości energii [K. Naoi, S. Ishimoto, J. Miyamoto, W. Naoi, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9363],
Obecnie podejmuje się znaczące wysiłki, aby zwiększyć gęstość energii EDLCs do wartości docelowej ok. 20-30 Wh kg-1. Istnieją trzy główne podejścia do osiągnięcia tego celu: pierwszym jest zmiana materiału elektrody na materiał zawierający węgiel wykazujący wyższe wartości pojemności lub wykazujący aktywność redoks; drugie podejście polega na zamianie elektrolitu na bardziej stabilny elektrochemicznie; trzecim i najbardziej obiecującym podejściem, jest opracowanie hybrydowych kondensatorów, łączących mechanizm magazynowania energii EDLCs i mechanizm faradajowskiego magazynowania energii (stosowany np. w ogniwach typu Li-ion). Podjęto wiele badań i obecnie koncepcja konwencjonalnego symetrycznego kondensatora elektrochemicznego została w praktyce rozszerzona na dwie różne kategorie: EDLCs oraz hybrydowe systemy litowo-jonowe [D. Cericola, P. Novak, A. Wokaun, R. Kotz, J. Power Sources, 2011, 196, 10305-10313].
Kondensatory hybrydowe łączące typ akumulatora litowo-jonowego z układem podwójnej warstwy elektrycznej stanowią ciekawą alternatywę dla EDLCs. Wykazują one wyższą gęstość energii, przy zachowaniu dopuszczalnej gęstości mocy i żywotności układu [L. Dong, W. Yang, W. Yang, Y. Li, W. Wu, G. Wang, J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 13810-13832]. Mechanizm działania kondensatora hybrydowego opiera się na charakterystycznych właściwościach każdego z materiałów elektrod. Węgiel aktywny o rozwiniętej powierzchni właściwej, stanowiący elektrodę dodatnią, umożliwia magazynowanie ładunku o charakterze niefaradajowskim, a jego potencjał zmienia się liniowo podczas ładowania i wyładowania. Z kolei w przypadku zainterkalowanego litem grafitu stanowiącego elektrodę ujemną, potencjał jest prawie zawsze stały podczas ładowania i wyładowywania ogniwa i umożliwia magazynowanie ładunku o charakterze faradajowskim, co przedstawiono w opisie patentowym P.413467. Początkowo do kondensatorów hybrydowych w elektrolicie organicznym stosowano związki interkalujące takie jak Li4Ti50i2 [B. Scrosati, Electrochim. Acta, 2000, 45, 2461-2466] czy LiCoO2 [A. Yoshino, T. Tsubata, M. Shimoyamada, H. Satake, Y. Okano, S. Mori, S. Yata, J. Electroch. Soc., 2004, 151, A2180-A2182]. Jednak w przypadku najbardziej obiecującego systemu opartego na Li4Ti50i2 i węglu aktywnym wymagana jest znacznie większa masa elektrody dodatniej względem elektrody ujemnej, aby zrównoważyć wysoką gęstość energii ujemnej, a okno napięcia jest ograniczone do zakresu od 1,2 do 3,2 V. W konsekwencji gęstość energii kondensatora hybrydowego jest tylko nieznacznie wyższa niż w przypadku symetrycznych EDLCs [G.G. Amatucci, F. Badaway, A.D. Pasquier, T. Zheng, J. Electrochem. Soc., 2001, 148, A930-A939]. Innym podejściem umożliwiającym zwiększenie napięcia pracy jest połączenie grafitowej ujemnej elektrody interkalacyjnej i dodatniej elektrody podwójnej warstwy elektrycznej z węgla aktywnego, przy użyciu soli litu w elektrolicie organicznym. W tym układzie ujemna elektroda grafitowa jest wstępnie litowana przy użyciu pomocniczej metalicznej elektrody litowej w celu utworzenia stabilnego związku interkalacyjnego [T. Aida, K. Yamada, M. Morita, Electrochem. Solid-State Lett., 2006, 9, A534-A536]. Po procesie interkalacji, ogniwo można ładować i wyładowywać w zakresie napięć od 1,9 do 3,6 V. System zaproponowany przez Aida jako elektrody dodatnie i ujemne wykorzystuje węgiel aktywny i węgiel niegrafityzowalny. Bez wstępnego interkalowania elektrody ujemnej pojemność urządzenia hybrydowego zmniejsza się w ciągu kilkudziesięciu cykli ładowani a/wyładowania. Jeśli chodzi o układ Fuji, grafit musi być wstępnie interkalowany litem, aby uzyskać kondensator hybrydowy o zadowalającej żywotności. Jednak doświadczenie zaczerpnięte z technologii akumulatorów litowo-jonowych pokazuje, że użycie metalicznego litu może prowadzić do niekontrolowanego wzrostu temperatury i zapłonu systemów, o czym wspomniano w opisie patentowym US2007/0002524A1. Następnym krokiem w rozwoju technologii byłoby wyeliminowanie pomocniczej elektrody litowej.
W literaturze znane są koncepcje kondensatorów litowo-jonowych, w których jony litu pochodzą z wysoce stężonego roztworu elektrolitycznego [C. Decaux, G. Lota, E. Raymundo-Pinero, E. Frackowiak, F. Beguin, Electrochim. Acta, 2012, 86, 282-286]. Ponieważ elektrolit jest integralną częścią całego systemu, udało się uniknąć stosowania metalicznego litu i wszystkich kwestii bezpieczeństwa związanych z jego użytkowaniem. Ogniwo elektrochemiczne zostało zbudowane z elektrody dodatniej stanowiącej węgiel aktywny i grafitu jako elektrody ujemnej. W przeciwieństwie do powszechnie stosowanego elektrolitu (1-molowy roztwór LiPFs w EC:DMC), wykorzystany został 2-molowy roztwór soli litowej bis(trifluorometano) sulfonoimidu (LiTFSI) w mieszaninie rozpuszczalników EC:DMC. Wybór LiTFSI został podyktowany wyróżniającą się rozpuszczalnością tej soli w porównaniu do konwencjonalnych soli litu. Podczas ładowania ogniwa wzrasta potencjał elektrody z węgla aktywnego, a obniża się potencjał elektrody grafitowej - na skutek interkalacji jonów litu pochodzących z roztworu elektrolitu. Ponieważ maksymalny potencjał elektrody dodatniej musi być ograniczony do ok. 4,2 V względem Li/Li+ (aby uniknąć utleniania elektrolitu), nie jest możliwe wprowadzenie wszystkich niezbędnych jonów litu jednym impulsem ładowania przy C/10 (gdzie C oznacza teoretyczną pojemność grafitu). Pomimo, że w elektrolicie występuje nadmiar jonów litu, proces pre-interkalacji prowadzi do zauważalnego zmniejszenia stężenia jonów Li+ w objętości elektrolitu. W konsekwencji zmniejszenie stężenia elektrolitu powoduje spadek przewodnictwa, co niestety prowadzi do zmniejszenia mocy układu. Należałoby więc zadbać, aby pomimo interkalacji elektrody grafitowej jonami litu z roztworu, w elektrolicie pozostała taka ilość soli, która pozwoliłaby na utrzymanie jego wysokiego przewodnictwa. Dodatkowo, mając na uwadze bilans ładunku gromadzonego na elektrodzie ujemnej i dodatniej, należy odpowiednio dobrać stężenie reagenta redoks tak, aby ładunek interkalacji (elektroda ujemna) był równoważony reakcją redoks (elektroda dodatnia).
Przedstawione wcześniej rozwiązanie dało pozytywny rezultat, który został opisany w publikacji P.437689. Niemniej jednak, rozwój naukowy i technologiczny spowodował taką popularność baterii litowo-jonowych, że na rynku zaczęło brakować surowca do ich produkcji - litu. W związku z tym, coraz częściej poszukuje się innych pierwiastków jako alternatywnego rozwiązania. Często postuluje się zastosowanie sodu - o czym świadczą opisy patentowe Pat.234491 oraz US20120021273A1. Sód dzięki swoim właściwościom chemicznym i dostępności wydaje się oczywistym substytutem litu, wymaga jednak stosowania innych materiałów elektrodowych niż układy z litem [P. Jeżowski, O. Crosnier, T. Brousse. Open Chem., 2021, 19, 432-441]. Mimo to, należy rozważać systemy sodowo-jonowe jako alternatywę tańszą, mniej podatną na ryzyko związane z dostawami niż układy litowo-jonowe.
Istotą wynalazku jest hybrydowy kondensator elektrochemiczny składający się z elektrody dodatniej oraz ujemnej, rozdzielonych separatorem. Całość zanurzona jest w bezwodnym roztworze elektrolitu zawierającym tiocyjanian sodu (NaSCN) o wzorze 1.
Korzystnie masa NaSCN w elektrolicie kondensatora powinna wynosić minimalnie 0,2 masy aktywnej elektrody z węgla twardego albo węgla miękkiego i maksymalnie 1,5 masy aktywnej elektrody z węgla twardego albo węgla miękkiego; korzystnie stosunek ten równy jest 0,6 (NaSCN:węgiel twardy/węgiel miękki).
Optymalny wariant elektrolitu przewiduje mieszaninę tiocyjanianu sodu (NaSCN) o wzorze 1 w 1-molowym roztworze chloranu(VII) sodu (NaClO4) o wzorze 2, a także rozpuszczalników: węglanu etylenu (EC) o wzorze 3 i węglanu propylenu (PC) o wzorze 4. Stosunek objętościowy EC:PC wynosi 1:1.
W proponowanym systemie elektroda ujemna zbudowana jest z materiału zawierającego węgiel twardy albo miękki, korzystnie węgiel twardy, a elektroda dodatnia zbudowana z materiału węglowego o silnie rozwiniętej powierzchni właściwej. Układ umożliwia interkalację sodu w elektrodę ujemną z wykorzystaniem jonów sodu pochodzących z elektrolitu. Hybrydowy kondensator elektrochemiczny według wynalazku nadaje się do zastosowania w temperaturze od -25 do 65°C, korzystnie 30°C, przy napięciu od 1,8 do 4,5 V, korzystnie 2,0 do 4,0 V.
Zastosowanie rozwiązania według wynalazku pozwoliło na uzyskanie następujących korzyści technologiczno-użytkowych:
• zastosowanie napięcia pracy - 2,0-4,0 V, • brak konieczności pre-interkalacji elektrody ujemnej przy użyciu metalicznego sodu, • wysoka stabilność elektrochemiczna elektrolitu.
Wynalazek stanowi hybrydowy kondensator elektrochemiczny bazujący na mieszaninie soli tiocyjanianu sodu z chloranem(VII) sodu w węglanie etylenu i węglanie propylenu, którego sposób otrzymywania przedstawiają poniższe przykłady:
Przykład I
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,01 mola tiocyjanianu sodu oraz dopełniono 1-molowym roztworem chloranu(VII) sodu w węglanie etylenu i węglanie propylenu w stosunku objętościowym 1:1. Składniki mieszano w temperaturze pokojowej do momentu uzyskania jednorodnej mieszaniny, zwanej elektrolitem. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel twardy (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80F (80%), politetrafluoroetylen (PTFE) (5%), sadza węglowa C65 (15%). Obie elektrody o powierzchni 2 cm2 rozdzielono przy pomocy dwóch separatorów GF/D. Elektrodę referencyjną wykonano z metalicznego sodu. Tak złożony układ umieszczono w naczyniu 3-elektrodowym, a następnie nasączono roztworem elektrolitu.
Skonstruowany układ w temperaturze 30°C poddano galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu; gęstość prądu wyrażono w przeliczeniu na masę elektrody ujemnej (0,2 A g-1; 1,8-3,6 V).
Przykład II
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,05 mola tiocyjanianu sodu oraz dopełniono 1-molowym roztworem chloranu(VII) sodu w węglanie etylenu i węglanie propylenu w stosunku objętościowym 1:1. Składniki mieszano w temperaturze pokojowej do momentu uzyskania jednorodnej mieszaniny, zwanej elektrolitem. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel twardy (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80F (80%), politetrafluoroetylen (PTFE) (5%), sadza węglowa C65 (15%). Obie elektrody o powierzchni 2 cm2 rozdzielono przy pomocy dwóch separatorów GF/D. Elektrodę referencyjną wykonano z metalicznego sodu. Tak złożony układ umieszczono w naczyniu 3-elektrodowym, a następnie nasączono roztworem elektrolitu.
Skonstruowany układ w temperaturze 50°C, poddano galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu; gęstość prądu wyrażono w przeliczeniu na masę elektrody ujemnej (0,1 A g-1; 2,0-4,0 V).
Przykład III
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,1 mola tiocyjanianu sodu oraz dopełniono 1-molowym roztworem chloranu(VII) sodu w węglanie etylenu i węglanie propylenu w stosunku objętościowym 1:1. Składniki mieszano w temperaturze pokojowej do momentu uzyskania jednorodnej mieszaniny, zwanej elektrolitem. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel twardy (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80F (80%), politetrafluoroetylen (PTFE) (5%), sadza węglowa C65 (15%). Obie elektrody o powierzchni 2 cm2 rozdzielono przy pomocy dwóch separatorów GF/D. Elektrodę referencyjną wykonano z metalicznego sodu. Tak złożony układ umieszczono w naczyniu 3-elektrodowym, a następnie nasączono roztworem elektrolitu.
Skonstruowany układ w temperaturze 65°C poddano galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu; gęstość prądu wyrażono w przeliczeniu na masę elektrody ujemnej (0,5 A g-1; 2,2-4,5 V).
Przykład IV
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,2 mola tiocyjanianu sodu oraz dopełniono 1-molowym roztworem chloranu(VII) sodu w węglanie etylenu i węglanie propylenu w stosunku objętościowym 1:1. Składniki mieszano w temperaturze pokojowej do momentu uzyskania jednorodnej mieszaniny, zwanej elektrolitem. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel miękki (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80F (80%), politetrafluoroetylen (PTFE) (5%), sadza węglowa C65 (15%). Obie elektrody o powierzchni 2 cm2 rozdzielono przy pomocy dwóch separatorów GF/D. Elektrodę referencyjną wykonano z metalicznego sodu. Tak złożony układ umieszczono w naczyniu 3-elektrodowym, a następnie nasączono roztworem elektrolitu.
Skonstruowany układ w temperaturze 0°C poddano galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu; gęstość prądu wyrażono w przeliczeniu na masę elektrody ujemnej (0,3 A g-1; 1,8-3,8 V).
Przykład V
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,5 mola tiocyjanianu sodu oraz dopełniono 1-molowym roztworem chloranu(VII) sodu w węglanie etylenu i węglanie propylenu w stosunku objętościowym 1:1. Składniki mieszano w temperaturze pokojowej do momentu uzyskania jednorodnej mieszaniny, zwanej elektrolitem. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel miękki (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80F (80%), politetrafluoroetylen (PTFE) (5%), sadza węglowa C65 (15%). Obie elektrody o powierzchni 2 cm2 rozdzielono przy pomocy dwóch separatorów GF/D. Elektrodę referencyjną wykonano z metalicznego sodu. Tak złożony układ umieszczono w naczyniu 3-elektrodowym, a następnie nasączono roztworem elektrolitu.
Skonstruowany układ w temperaturze -25°C poddano galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu; gęstość prądu wyrażono w przeliczeniu na masę elektrody ujemnej (0,4 A g-1; 2,4-4,4 V).
P r z y k ł a d VI
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 1 mol tiocyjanianu sodu oraz dopełniono 1-molowym roztworem chloranu(VII) sodu w węglanie etylenu i węglanie propylenu w stosunku objętościowym 1:1. Składniki mieszano w temperaturze pokojowej do momentu uzyskania jednorodnej mieszaniny, zwanej elektrolitem. Elektrodę ujemną hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel twardy (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora elektrochemicznego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80F (80%), politetrafluoroetylen (PTFE) (5%), sadza węglowa C65 (15%). Obie elektrody o powierzchni 2 cm2 rozdzielono przy pomocy dwóch separatorów GF/D. Elektrodę referencyjną wykonano z metalicznego sodu. Tak złożony układ umieszczono w naczyniu 3-elektrodowym, a następnie nasączono roztworem elektrolitu.
Skonstruowany układ w temperaturze pokojowej poddano galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu; gęstość prądu wyrażono w przeliczeniu na masę elektrody ujemnej (1 A g-1; 2,0-4,0 V).
Powyższe przykłady wsparto rysunkiem na którym fig. 1 przedstawia krzywą interkalacji jonów sodu w strukturę węgla twardego, a fig. 2 woltamperogram ilustrujący aktywność redoks jonów tiocyjanianowych w elektrolicie, gdzie przedstawiona krzywa prezentuje układ, w którym elektrodę dodatnią stanowi sadza węglowa, a elektrodę ujemną metaliczny sód.
Claims (3)
1. Hybrydowy kondensator elektrochemiczny składający się z umieszczonych w bezwodnym elektrolicie elektrody dodatniej oraz ujemnej, oddzielonych od siebie separatorem, gdzie elektroda ujemna wykonana jest z materiału z węgla twardego lub węgla miękkiego, a elektroda dodatnia wykonana jest z materiału węglowego o silnie rozwiniętej powierzchni właściwej znamienny tym, że elektrolit zawiera tiocyjanian sodu o wzorze 1.
PL 244110 Β1
2. Hybrydowy kondensator elektrochemiczny według zastrz. 1 znamienny tym, że zawartość tiocyjanianu sodu w elektrolicie pozostaje w proporcji do masy aktywnej elektrody ujemnej w stosunku mas tiocyjanian sodu:węgiel twardy/węgiel miękki zawierającym się w przedziale 0,2-1,5, korzystnie 0,6.
3. Hybrydowy kondensator elektrochemiczny według zastrz. 1 albo 2 znamienny tym, że elektrolit stanowi mieszaninę tiocyjanianu sodu o wzorze 1 w 1-molowym roztworze chloranu(VII) sodu o wzorze 2, a także rozpuszczalników: węglanu etylenu o wzorze 3 i węglanu propylenu o wzorze 4, przy czym stosunek objętościowy węglan etylenu:węglan propylenu wynosi 1:1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439931A PL244110B1 (pl) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439931A PL244110B1 (pl) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL439931A1 PL439931A1 (pl) | 2023-06-26 |
| PL244110B1 true PL244110B1 (pl) | 2023-12-04 |
Family
ID=86945208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL439931A PL244110B1 (pl) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL244110B1 (pl) |
-
2021
- 2021-12-20 PL PL439931A patent/PL244110B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL439931A1 (pl) | 2023-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100570359B1 (ko) | 하이브리드 전지 | |
| US20060234125A1 (en) | Lithium Ion Rocking Chair Rechargeable Battery | |
| RU2330354C1 (ru) | Неводный электролит, содержащий оксианион, и литиевая аккумуляторная батарея, в которой он применяется | |
| US20180123134A1 (en) | Electrochemically Active Interlayers for Lithium Ion Batteries | |
| KR20190022382A (ko) | 리튬 이차전지용 비수전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| US20130280599A1 (en) | Electricity storage device | |
| JP2003242964A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| US11710853B2 (en) | Nonaqueous electrolyte, nonaqueous electrolyte energy storage device, and method for producing nonaqueous electrolyte energy storage device | |
| CN113270631A (zh) | 用于高能量密度的含石墨电池组的电解质 | |
| KR20080110160A (ko) | 비수전해액 첨가제 및 이를 이용한 이차 전지 | |
| US20230037790A1 (en) | Green electrolytes for electrochemical energy storage | |
| US20140093759A1 (en) | Lithium-ion secondary battery | |
| WO2020135584A1 (zh) | 一种电池电解液正极成膜添加剂及使用该添加剂的电解液和锂离子电池 | |
| JP6541873B2 (ja) | リチウム二次電池用電解液およびこれを含むリチウム二次電池 | |
| US11637285B2 (en) | Over-lithiated cathode material | |
| JP4512776B2 (ja) | リチウムイオン電池の容量向上用添加剤を含有する非水系電解液およびこれを用いたリチウムイオン電池 | |
| JP2018049821A (ja) | 蓄電素子用非水電解質、非水電解質蓄電素子、及び非水電解質蓄電素子の製造方法 | |
| JP2005294028A (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP4114259B2 (ja) | リチウム二次電池用電解液およびそれを用いたリチウム二次電池 | |
| US20210296684A1 (en) | Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply | |
| PL244110B1 (pl) | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny | |
| PL244345B1 (pl) | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny | |
| PL244111B1 (pl) | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny | |
| KR101018142B1 (ko) | 비수 전해액 및 이를 포함하는 이차 전지 | |
| WO2020059169A1 (en) | Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply |