PL248342B1 - Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy - Google Patents

Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy

Info

Publication number
PL248342B1
PL248342B1 PL447466A PL44746624A PL248342B1 PL 248342 B1 PL248342 B1 PL 248342B1 PL 447466 A PL447466 A PL 447466A PL 44746624 A PL44746624 A PL 44746624A PL 248342 B1 PL248342 B1 PL 248342B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
sodium
electrolyte
carbon
hybrid
electrode
Prior art date
Application number
PL447466A
Other languages
English (en)
Other versions
PL447466A1 (pl
Inventor
Adam Maćkowiak
Paweł Jeżowski
Krzysztof Fic
Original Assignee
Politechnika Poznańska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Poznańska filed Critical Politechnika Poznańska
Priority to PL447466A priority Critical patent/PL248342B1/pl
Publication of PL447466A1 publication Critical patent/PL447466A1/pl
Publication of PL248342B1 publication Critical patent/PL248342B1/pl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/022—Electrolytes; Absorbents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54—Electrolytes
    • H01G11/58—Liquid electrolytes
    • H01G11/62—Liquid electrolytes characterised by the solute, e.g. salts, anions or cations therein
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/022—Electrolytes; Absorbents
    • H01G9/035—Liquid electrolytes, e.g. impregnating materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest hybrydowy kondensator sodowo-jonowy składający się z umieszczonych w bezwodnym, organicznym elektrolicie elektrody ujemnej oraz dodatniej przedzielonych separatorem, gdzie elektroda dodatnia wykonana jest z węgla o wysoce rozwiniętej powierzchni właściwej, a elektroda ujemna wykonana jest z miękkiego albo węgla twardego. Elektrolit zawiera octan sodu o wzorze 1.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy kondensator sodowo-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 CU2 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 zostało opisane 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 - znaczny spadek pojemności, związany 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 (stosowany 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 litem grafitu stanowiącego elektrodę ujemną, potencjał jest prawie zawsze stały podczas ładowania i wyładowywania ogniwa 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. 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 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 wcześniej rozwiązanie dało pozytywny rezultat, który został opisany w zgłoszeniu patentowym P.437689. Niemniej jednak, rozwój naukowy i technologiczny spowodował taką popularność baterii litowo-jonowych, że na rynku znacząco 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., 2019, 19, 432-441]. Mimo to, należy rozważać systemy sodowo-jonowe jako alternatywę tańszą, mniej podatną na ryzyko związane z dostawami niż układy litowo-jonowe. Jedno z proponowanych rozwiązań interkalacji sodu z elektrolitu zostało opisane w zgłoszeniu patentowym P.439931. W zgłoszeniu tym wykorzystano sól tiocyjanianu sodu, 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 sodowo-jonowego.
Octan sodu jest substancją znaną i często wykorzystywaną w chemii przemysłowej jako dodatek do żywności E262 w roli regulatora kwasowości i konserwantu [H. Mohammadzadch-Aghdash, Y. Sohrabi, A. Mohammadi, D. Shanchbandi, P. Dehghan. J. E. N. Dolatabadi, Food Chem., 2018, 257,
211-215]. Octan sodu jest również wykorzystywany jako składnik preparatów w leczeniu łuszczycy (EP3348307), jako składnik farb schnących na powietrzu (Pat. 175943) oraz jako składnik roztworu do oczyszczania gazów spalinowych z gazowych związków siarki (Pat. 168505). W elektrochemii znane jest użycie octanu sodu jako składnika wodnego elektrolitu w kondensatorze podwójnej warstwy elektrycznej [J. Piwek, A. Platek, K. Fic, E. Frąckowiak, Electrochim. Acta, 2016, 215, 179-196], [B. Dyatkin, V. Presser, M. Hcon, M. R. Lukatskaya, M. Beidaghi, Y. Gogotsi, ChcmSusChem, 2013. 6, 2269-2280]. Jednak nieznane jest dotąd wykorzystanie octanu sodu jako dodatku do organicznego, bezwodnego elektrolitu w celu przeprowadzania kontrolowanej reakcji utleniania i otrzymania pojemności umożliwiającej jednoetapowe zainterkalowanie elektrody ujemnej w kondensatorze sodowo-jonowym.
Istotą wynalazku jest hybrydowy kondensator sodowo-jonowy składający się z rozdzielonych separatorem elektrody ujemnej oraz elektrody dodatniej. Całość zanurzona jest w bezwodnym, organicznym roztworze elektrolitu zawierającym octan potasu (NaOAc) o wzorze 1.
Korzystnie masa NaOAc 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 (NaOAc: węgiel twardy/węgiel miękki).
Optymalny wariant elektrolitu przewiduje mieszaninę octanu sodu (NaOAc) 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 sodowo-jonowy według wynalazku nadaje się do zastosowania w temperaturze od -25 do 65°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 napięcie pracy - 2,0-4,0 V, • brak konieczności pre-interkalacji elektrody ujemnej przy użyciu metalicznego sodu, • wysoka stabilność elektrochemiczna elektrolitu.
Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia krzywą interkalacji jonów sodu w węgla twardego z dodatkiem octanu sodu 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 sód, 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 sód.
Wynalazek stanowi hybrydowy kondensator sodowo-jonowy bazujący na mieszaninie soli octanu 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 0,1 mola octanu 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 sodowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel twardy (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora sodowo-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 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': 2,2-4,5 V).
Przykład II
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,2 mola octanu 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 sodowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel miękki (9,1%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora sodowo-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 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 III
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,1 mola octanu 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 sodowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel twardy (91 %), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora sodowo-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 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 IV
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,05 mola octanu 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 sodowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel twardy (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora sodowo-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 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 V
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 1 mol octanu sodu oraz dopełniono 1-molowym roztworem chloranu(Vll) 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 sodowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel twardy (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora sodowo-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 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).
Przykład VI
W kolbie miarowej o objętości 1 dm3 umieszczono 0,5 mola octanu 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 sodowo-jonowego wykonano z folii miedzianej pokrytej warstwą mieszaniny: węgiel miękki (91%), polifluorek winylidenu (PVdF) (8%) oraz sadza węglowa C65 (1%). Elektrodę dodatnią hybrydowego kondensatora sodowo-jonowego wykonano z folii aluminiowej pokrytej warstwą w 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-eleklrodowym, 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).

Claims (3)

1. Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy składający się z umieszczonych w bezwodnym, organicznym elektrolicie elektrody ujemnej oraz dodatniej przedzielonych separatorem, gdzie elektroda dodatnia wykonana jest z węgla o wysoce rozwiniętej powierzchni właściwej, a elektroda ujemna wykonana jest z węgla miękkiego albo węgla twardego wykonana znamienny tym, że elektrolit zawiera octan sodu o wzorze 1.
2. Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy według zastrz. 1 znamienny tym, że ilość dodatku octanu sodu w elektrolicie znajduje się w proporcji do masy aktywnej elektrody ujemnej w stosunku mas octan sodu : węgiel twardy/węgiel miękki zawierającym się w przedziale 0,2-1,5, korzystnie 0,6.
3. Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy według zastrz. 1 albo 2 znamienny tym, że elektrolit stanowi mieszaninę octanu 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.
PL447466A 2024-01-03 2024-01-03 Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy PL248342B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL447466A PL248342B1 (pl) 2024-01-03 2024-01-03 Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL447466A PL248342B1 (pl) 2024-01-03 2024-01-03 Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL447466A1 PL447466A1 (pl) 2025-03-31
PL248342B1 true PL248342B1 (pl) 2025-12-01

Family

ID=95154168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL447466A PL248342B1 (pl) 2024-01-03 2024-01-03 Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL248342B1 (pl)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL434065A1 (pl) * 2020-05-25 2021-11-29 Politechnika Poznańska Wysokotemperaturowy kondensator elektrochemiczny
PL439931A1 (pl) * 2021-12-20 2023-06-26 Politechnika Poznańska Hybrydowy kondensator elektrochemiczny

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL434065A1 (pl) * 2020-05-25 2021-11-29 Politechnika Poznańska Wysokotemperaturowy kondensator elektrochemiczny
PL439931A1 (pl) * 2021-12-20 2023-06-26 Politechnika Poznańska Hybrydowy kondensator elektrochemiczny

Also Published As

Publication number Publication date
PL447466A1 (pl) 2025-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cericola et al. Hybridization of electrochemical capacitors and rechargeable batteries: An experimental analysis of the different possible approaches utilizing activated carbon, Li4Ti5O12 and LiMn2O4
KR100463181B1 (ko) 리튬-설퍼 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬-설퍼 전지
CN113270631B (zh) 用于高能量密度的含石墨电池组的电解质
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
KR100570359B1 (ko) 하이브리드 전지
JP4320914B2 (ja) 非水電解液及びそれを用いたリチウム二次電池
KR20080105045A (ko) 이온성 액체를 사용한 리튬 이차 전지
US20190372186A1 (en) Sulfone electrolytes for capacitor-assisted batteries
US20170077553A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
US20230246295A1 (en) Coated separators for electrochemical cells and methods of forming the same
CN111247680A (zh) 非水性电解质、非水性电解质能量储存设备及其制备方法
KR20080110160A (ko) 비수전해액 첨가제 및 이를 이용한 이차 전지
KR101651143B1 (ko) 사이클 수명이 개선된 리튬 이차전지
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
US11646450B2 (en) Propylene carbonate-based electrolyte with extended long cycle life
US20230411687A1 (en) Electrolyte additives for capacitor-assisted battery
KR101018142B1 (ko) 비수 전해액 및 이를 포함하는 이차 전지
US20230231135A1 (en) Protective coatings for lithium metal electrodes and methods of forming the same
US11637285B2 (en) Over-lithiated cathode material
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
PL244110B1 (pl) Hybrydowy kondensator elektrochemiczny
JP4226844B2 (ja) 電気化学ディバイス用部材の腐食抑制方法及び電池
PL244111B1 (pl) Hybrydowy kondensator elektrochemiczny
PL244345B1 (pl) Hybrydowy kondensator elektrochemiczny
PL248342B1 (pl) Hybrydowy kondensator sodowo-jonowy