PL244111B1 - Hybrydowy kondensator elektrochemiczny - Google Patents
Hybrydowy kondensator elektrochemiczny Download PDFInfo
- Publication number
- PL244111B1 PL244111B1 PL439932A PL43993221A PL244111B1 PL 244111 B1 PL244111 B1 PL 244111B1 PL 439932 A PL439932 A PL 439932A PL 43993221 A PL43993221 A PL 43993221A PL 244111 B1 PL244111 B1 PL 244111B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electrolyte
- potassium
- electrochemical capacitor
- negative electrode
- electrode
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 26
- ZNNZYHKDIALBAK-UHFFFAOYSA-M potassium thiocyanate Chemical compound [K+].[S-]C#N ZNNZYHKDIALBAK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 18
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 claims abstract 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 229940116357 potassium thiocyanate Drugs 0.000 claims description 11
- HZNVUJQVZSTENZ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone Chemical compound ClC1=C(Cl)C(=O)C(C#N)=C(C#N)C1=O HZNVUJQVZSTENZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 12
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 12
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 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
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 11
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 10
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 10
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 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
- 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
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 5
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process 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
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 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
- 229940037179 potassium ion Drugs 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021135 KPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 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
- 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
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 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 składający się z umieszczonych w bezwodnym elektrolicie elektrody dodatniej oraz ujemnej oddzielonych od siebie separatorem, gdzie elektroda ujemna wykonana jest z materiału grafitowego, a elektroda dodatnia wykonana jest z materiału węglowego o silnie rozwiniętej powierzchni właściwej, w którym elektrolit zawiera tiocyjanian potasu 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= —CU2, 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 napięcia pracy i energii kondensatora. Dlatego istotnym jest, aby uzyskać wyższą stabilność elektrochemiczną elektrolitu, jak wskazano 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 - znaczną utratę pojemności, związaną ze wzrastającym oporem będącym 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 EDLC 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 (wykorzystywany np. w ogniwach Li-ion). 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 EDLC. 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 się podczas ładowania i wyładowania. Z kolei w przypadku zainterkalowanego grafitu stanowiącego elektrodę ujemną, potencjał podczas ładowania i wyładowywania ogniwa jest prawie zawsze stały i umożliwia magazynowanie ładunku w sposób faradajowski, 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 Li4TisOi2 [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 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 zainterkalowania elektrody ujemnej pojemność urządzenia hybrydowego zmniejsza się w ciągu kilkudziesięciu cykli ładowania/wyładowania. W układzie zaproponowanym przez 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 wspomina opis patentowy US2007/0002524A1. Następnym krokiem w rozwoju technologii jest zatem 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. Frąckowiak, F. Beguin, Electrochim. Acta, 2012, 86, 282-286]. Ponieważ elektrolit jest integralną częścią całego systemu, udało się uniknąć stosowania metalicznego litu i wszystkich kwestii dotyczących bezpieczeństwa jego użytkowania. 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 vs. 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 wyżej rozwiązanie dało pozytywny rezultat, który został opisany w polskim opisie wynalazku P.437689. Jednak, w ciągu ostatnich kilku lat włożono ogromne wysiłki w rozwój alternatywnych technologii magazynowania energii elektrycznej, zwłaszcza akumulatorów opartych na innych metalach alkalicznych, takich jak akumulatory sodowo-jonowe i akumulatory potasowo-jonowe. Pierwiastki te stanowią ciekawy substytut dla powszechnie stosowanych układów ze względu na ich podobne właściwości chemiczne do litu, stosunkowo łatwą dostępność i niski koszt. Chemia systemów sodowo-jonowych poczyniła szereg postępów w ostatniej dekadzie co przedstawiono w opisie patentowym WO2016168496A1. Z drugiej strony, stosunkowo niewielu naukowców koncentrowało swoje badania na układach potasowo-jonowych (patent US10593992B2), które mają wyższe napięcie robocze niż układy sodowo-jonowe ze względu na niższy potencjał redoks (-2,93 V dla K/K+ i -2,71 V dla Na/Na+ względem standardowej elektrody wodorowej). W związku z tym układy wykorzystujące jony potasu wydają się bardzo obiecującymi kandydatami do zastąpienia litu w systemach magazynowania energii elektrycznej.
Istotą wynalazku jest hybrydowy kondensator elektrochemiczny składający się z elektrody dodatniej oraz ujemnej, rozdzielonych separatorem. Całość zanurzona jest w bezwodnym roztworze elektrolitu zawierającym tiocyjanian potasu (KSCN) o wzorze 1.
Korzystnie masa KSCN w elektrolicie kondensatora powinna wynosić minimalnie 0,7 masy aktywnej elektrody grafitowej i maksymalnie 1,5 masy aktywnej elektrody grafitowej, korzystnie stosunek ten równy jest 1 (grafit :KSCN).
Optymalny wariant elektrolitu przewiduje mieszaninę tiocyjanianu potasu (KSCN) o wzorze 1 w 1-molowym roztworze heksafluorofosforanu potasu (KPF6) o wzorze 2, a także rozpuszczalników: glikolu dietylenowego (DEG) o wzorze 3 i eteru dimetylowego (DME) o wzorze 4. Stosunek objętościowy DEG:DME wynosi 1:1.
W proponowanym systemie elektroda ujemna zbudowana jest z materiału zawierającego grafit, a elektroda dodatnia zbudowana z materiału węglowego o silnie rozwiniętej powierzchni właściwej. Układ umożliwia interkalację potasu w elektrodę ujemną z wykorzystaniem jonów potasu 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 1,6 do 4,5 V, korzystnie 2.0 do 3,8 V.
Zastosowanie rozwiązania według wynalazku pozwoliło na uzyskanie następujących korzyści technologiczno-użytkowych:
• zastosowanie napięcie pracy - 2,0-3,8 V, • brak konieczności pre-interkalacji elektrody ujemnej przy użyciu metalicznego potasu, • wysoka stabilność elektrochemiczna elektrolitu.
Hybrydowy kondensator elektrochemiczny według wynalazku, bazujący na mieszaninie soli tiocyjanianu potasu z heksafluorofosforanem potasu w glikolu dietylenowym i eterze dimetylowym, przedstawiają poniższe przykłady:
Przykład I
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,01 mola tiocyjanianu potasu oraz dopełniono 1-molowym roztworem heksafluorofosforanu potasu w glikolu dietylenowym i eterze dimetylowym 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: grafit SLC1512P (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 potasu. 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; 1,6 -3,6 V).
Przykład II
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,05 mola tiocyjanianu potasu oraz dopełniono 1-molowym roztworem heksafluorofosforanu potasu w glikolu dietylenowym i eterze dimetylowym 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: grafit SLC1512P (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 potasu. 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 potasu oraz dopełniono 1-molowym roztworem heksafluorofosforanu potasu w glikolu dietylenowym i eterze dimetylowym 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: grafit SLC1512P (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 potasu. 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 potasu oraz dopełniono 1-molowym roztworem heksafluorofosforanu potasu w glikolu dietylenowym i eterze dimetylowym 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: grafit SLC1512P (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 potasu. 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 potasu oraz dopełniono 1-molowym roztworem heksafluorofosforanu potasu w glikolu dietylenowym i eterze dimetylowym 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: grafit SLC1512P (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 potasu. 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).
Przykład VI
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 1 mol tiocyjanianu potasu oraz dopełniono 1-molowym roztworem heksafluorofosforanu potasu w glikolu dietylenowym i eterze dimetylowym 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: grafit SLC1512P (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 potasu. 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 potasu w strukturę grafitu, fig. 2 wykres napięcia pracy układu oraz potencjały pracy elektrody dodatniej i ujemnej podczas 1 cyklu galwanostatycznego ładowania i wyładowania, a fig. 3 woltamogram ilustrujący aktywność redoks jonów tiocyjanianowych w elektrolicie, w którym krzywa prezentuje układ, gdzie elektrodę dodatnią stanowi sadza węglowa, a elektrodę ujemną metaliczny potas.
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 grafitowego, a elektroda dodatnia wykonana jest z materiału węglowego o silnie rozwiniętej powierzchni właściwej znamienny tym, że elektrolit zawiera tiocyjanian potasu o wzorze 1.
2. Hybrydowy kondensator elektrochemiczny według zastrz. 1 znamienny tym, że zawartość tiocyjanianu potasu w elektrolicie pozostaje w proporcji do masy aktywnej elektrody ujemnej w stosunku mas grafit:tiocyjanian potasu zawierającym się w przedziale 0,7-1,5, korzystnie 1.
3. Hybrydowy kondensator elektrochemiczny według zastrz. 1 albo 2 znamienny tym, że elektrolit stanowi mieszaninę tiocyjanianu potasu o wzorze 1 w 1-molowym roztworze heksafluorofosforanu potasu o wzorze 2, a także rozpuszczalników: glikolu dietylenowego o wzorze 3 i eteru dimetylowego o wzorze 4, przy czym stosunek objętościowy glikol dietylenowy: eter dimetylowy wynosi 1:1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439932A PL244111B1 (pl) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439932A PL244111B1 (pl) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL439932A1 PL439932A1 (pl) | 2023-06-26 |
| PL244111B1 true PL244111B1 (pl) | 2023-12-04 |
Family
ID=86945211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL439932A PL244111B1 (pl) | 2021-12-20 | 2021-12-20 | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL244111B1 (pl) |
-
2021
- 2021-12-20 PL PL439932A patent/PL244111B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL439932A1 (pl) | 2023-06-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10629958B2 (en) | Aqueous electrolytic solution for power storage device and power storage device including said aqueous electrolytic solution | |
| US10658706B2 (en) | Aqueous electrolytic solution for power storage device and power storage device including said aqueous electrolytic solution | |
| JP4202334B2 (ja) | 電気化学デバイス | |
| JP7096973B2 (ja) | 非水電解液二次電池の製造方法および製造システム | |
| Boltersdorf et al. | Electrochemical performance of lithium-ion capacitors evaluated under high temperature and high voltage stress using redox stable electrolytes and additives | |
| US9293796B2 (en) | Metal-air battery with dual electrode anode | |
| US20180123134A1 (en) | Electrochemically Active Interlayers for Lithium Ion Batteries | |
| JP5151329B2 (ja) | 正極体およびそれを用いたリチウム二次電池 | |
| US20130280599A1 (en) | Electricity storage device | |
| JP2003242964A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2008510287A (ja) | 酸素陰イオンを含む非水系電解液及びこれを用いたリチウム２次電池 | |
| US20230037790A1 (en) | Green electrolytes for electrochemical energy storage | |
| WO2018013471A1 (en) | Metal plating-based electrical energy storage cell | |
| Wang et al. | Interface solvation regulation stabilizing the Zn metal anode in aqueous Zn batteries | |
| JP2019102188A (ja) | 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 | |
| US10305139B2 (en) | Energy storage system | |
| US9209489B2 (en) | Battery and mixed molten liquid | |
| PL244111B1 (pl) | Hybrydowy kondensator elektrochemiczny | |
| 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 | |
| WO2020059169A1 (en) | Secondary battery, battery pack, vehicle, and stationary power supply | |
| US10147969B2 (en) | Electrolytic solution for electrochemical devices and electrochemical device in which the electrolytic solution is used | |
| KR101018142B1 (ko) | 비수 전해액 및 이를 포함하는 이차 전지 |