PL248341B1

PL248341B1 - Hybrydowy kondensator potasowo-jonowy

Info

Publication number: PL248341B1
Application number: PL447465A
Authority: PL
Inventors: Adam Maćkowiak; Paweł Jeżowski; Krzysztof Fic
Original assignee: Politechnika Poznańska
Priority date: 2024-01-03
Filing date: 2024-01-03
Publication date: 2025-12-01
Also published as: PL447465A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest hybrydowy kondensator potasowo-jonowy składający się z umieszczonych w bezwodnym, organicznym 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. Elektrolit zawiera octan potasu o wzorze 1.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy kondensator potasowo-jonowy 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:

E = ¹ CU²2 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 EDLC, 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 kondensatorowe 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: EDLC 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 Li4TisO12 [B. Serosati 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 Li4TisO12 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 interkalacyjncgo [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. Lola, 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 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 LiPF6 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 preinterkalacji 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 zgłoszeniu patentowym 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 US 10593992B2), 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. Jedno z proponowanych rozwiązań interkalacji potasu z elektrolitu zostało opisane w zgłoszeniu patentowym P.439332. W zgłoszeniu tym wykorzystano sól tiocyjanianu potasu, jednak nieznana reakcja utleniania tiocyjanianu, powoduje powstanie osadu na elektrodzie dodatniej. Konsekwencją jest pogorszenie pracy cyklicznej kondensatora, dlatego dalej poszukiwany jest dodatek do elektrolitu, który poza skuteczną interkalacją, pozwoli na długą żywotność kondensatora potasowo-jonowego.

Octan potasu jest substancją znaną i często wykorzystywaną w chemii przemysłowej jako składnik nawozu roślinnego co przedstawiono w patencie US 9771306. Octan potasu jest również, wykorzystywany jako konserwant żywności E252 [M. Martinez-Pineda, A. Verect, C. Yaguc-Ruiz. Nutrients. 2021, 13, 3569], jako składnik wytwarzania sztywnych pianek poliuretanowo-poliizocyjanurowych (Pat.215508) oraz jako składnik preparatu do konserwacji nasienia zwierząt (Pat.217869). W elektrochemii znane jest użycie octanu potasu jako soli przewodzącej w wodnym elektrolicie kondensatora podwójnej warstwy elektrycznej co przedstawia patent Pat.239001. Jednak nieznane jest dotąd wykorzystanie octanu potasu jako dodatku do organicznego, bezwodnego elektrolitu w celu przeprowadzania kontrolowanej reakcji utleniania i otrzymania pojemności umożliwiającej jednoetapowe, zainterkalowanie elektrody ujemnej w kondensatorze potasowo-jonowym.

Istotą wynalazku jest hybrydowy kondensator potasowo-jonowy składający się z elektrody dodatniej oraz ujemnej, rozdzielonych separatorem. Całość zanurzona jest w bezwodnym, organicznym roztworze elektrolitu zawierającym octan potasu (KOAc) o wzorze 1.

Korzystnie masa KOAc 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:KOAc).

Optymalny wariant elektrolitu przewiduje mieszaninę octanu potasu (KOAc) 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 potasowo-jonowy 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.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia krzywą interkalacji jonów potasu w strukturę grafitu z dodatkiem octanu potasu do elektrolitu, fig. 2 woltamperogram przedstawiający aktywność redoks jonów octanowych w elektrolicie - przedstawiona krzywa - prezentuje układ, w którym elektrodę dodatnią stanowi węgiel aktywny, a elektrodę ujemną metaliczny potas. fig. 3 przedstawia krzywą ładowania/wyładowania galwanostatycznego przedstawiającą aktywność redoks jonów octanowych w elektrolicie - przedstawiona krzywa prezentuje układ, w którym elektrodę dodatnią stanowi węgiel aktywny, a elektrodę ujemną metaliczny potas.

Wynalazek stanowi hybrydowy kondensator potasowo-jonowy bazujący na mieszaninie soli octanu potasu z heksafluorofosforanem potasu w glikolu dietylenowym i eterze dimetylowym, którego sposób otrzymywania przedstawiają poniższe przykłady:

Przykład I

W kolbie miarowej o objętości 1 dm³ umieszczono 0,01 mola octanu 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 potasowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: grafit SLC1512P (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora potasowo-jonowego 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': 1,6-3,6 V).

Przykład II

W kolbie miarowej o objętości 1 dm³ umieszczono 0,05 mola octanu 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 potasowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: grafit SLC1512P (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora potasowo-jonowego 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 octanu 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 potasowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: grafit SLC1512P (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora potasowo-jonowego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80P (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 octanu 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 potasowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny:grafit SLC1512P (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora potasowo-jonowego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80F (80%) politetrafluoroetylen (PTEE) (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 octanu 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 potasowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: grafit SLC1512P (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora potasowo-jonowego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą o składzie: Kuraray YP80F (80%), politetrafluoroetylen (FTEE) (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 octanu 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 potasowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: grafit SLC1512P (91 %), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora potasowo-jonowego 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-dielektrodowym, 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).

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Hybrydowy kondensator potasowo-jonowy składający się z umieszczonych w bezwodnym, organicznym 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 octan potasu o wzorze 1.

2. Hybrydowy kondensator potasowo-jonowy według zastrz. 1 znamienny tym, że zawartość octanu potasu w elektrolicie pozostaje w proporcji do masy aktywnej elektrody ujemnej w stosunku mas grafit : octan potasu zawierającym się w przedziale 0,7-1,5, korzystnie 1.

3. Hybrydowy kondensator potasowo-jonowy według zastrz. 1 albo 2 znamienny tym, że elektrolit stanowi mieszaninę octanu 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.