PT786786E - Condensador com uma camada dupla - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO "CONDENSADOR COM UMA CAMADA ELÉCTRICA DUPLA"
CAMPO TÉCNICO A presente invenção é do âmbito da engenharia electrotécnica e pode ser usada para o fabrico de condensadores acumulando energia eléctrica que sejam aplicáveis como fontes de energia em vários aparelhos e dispositivos, por exemplo, relógios, computadores, aparelhos de televisão, receptores de rádio, etc., bem como em sistemas de emergência para abastecimento de energia e para arranque de motores de combustão interna, por exemplo, os de veículos a motor.
Mais especificamente, a presente invenção refere-se a condensadores tendo uma camada eléctrica dupla, isto é, os chamados condensadores de camada dupla.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Os condensadores de camada dupla, com eléctrodos e electrólitos líquidos feitos de vários materiais tendo uma grande superfície específica, são conhecidos na técnica (ver, por exemplo, as patentes U.S. 4 313 084 e 4 713 734 e DE-A1- 32 10 420). Obtiveram-se os melhores resultados quando se usaram vários carvões activados como material de eléctrodo. A capacidade específica deste tipo de condensadores excede 2 F/cm , ao passo que o uso de electrólitos apróticos permite que se aumente a voltagem de trabalho até 2-3 V (ver, por exemplo, a Patente US 4 697 224; “Nat. Techn. Report”, 1980: 26, No. 2, pp. -2- 220-230).
Contudo, o uso de matérias carbónicas e de solventes orgânicos não permite que se obtenham as elevadas características de energia dos condensadores de camada dupla que por vezes são necessárias devido à elevada resistência interna provocada pela baixa condutância do carbono e do electrólito. O aumento dos valores actuais de carga-descarga dos condensadores de camada dupla são obtidos pela melhor construção dos eléctrodos de condensador, por exemplo, usando aditivos ligantes de condução eléctrica e matérias carbónicas fibrosas (ver, por exemplo, “Carbon”, 1990, 28, No. 4, pgs. 477-482; “Radio-Femsehen-Elektro”, 1990, 39, No. 2, pgs. 77-80).
Um condensador de camada dupla que se aproxima da presente invenção quanto à essência técnica e aos resultados que se podem obter representa um dispositivo feito de fibras de carvão activado e tendo eléctrodos polarizáveis, como descrito por W. Halliop et al (ver, por exemplo, “Low Cost Supercapacitors”, Terceiro Seminário Internacional sobre condensadores de camada dupla e dispositivos de armazenamento de energia similares, Florida, 1993). Os condensadores aí descritos têm uma forma cilíndrica, 7 ou 13 mm de diâmetro e 27 mm de altura; têm uma voltagem de funcionamento de 1,8 V, uma capacidade entre 0,1 e 10 F, e descarregam corrente até IA. Os condensadores de camada dupla em forma de comprimido tendo 9,5 mm de diâmetro e 2,1 mm de altura são carregados até uma voltagem de 2,4 V e têm uma capacidade de 0,33 F, e uma resistência interna de 40 Ohm.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Apesar de algumas das conhecidas soluções técnicas que atrás referimos, relativas aos progressos verificados nos condensadores de camada -3- dupla, um aumento das suas características específicas ainda continua a ser um problema a solucionar. Assim, em particular, os níveis de parâmetros eléctricos que podem ser obtidos nos condensadores conhecidos são inadequados ao usá-los para pôr a funcionar motores de combustão interna. O problema atrás referido é solucionado pela invenção que aqui descrevemos em pormenor. A essência da invenção reside no facto de que são usados os mesmo eléctrodos de condensador feitos de diferentes matérias, ou seja, um dos eléctrodos é feito de matéria carbónica fibrosa (como nos condensadores de camada dupla convencionais), ao passo que o outro eléctrodo é feito de óxido de níquel. Devido a essa combinação de eléctrodos, os inventores puderam, bastante inesperadamente, melhorar muito as principais características dos condensadores. Assim, a capacidade específica dos condensadores aumenta de 8 a 10 vezes. Estes resultados podem ainda ser melhorados se o eléctrodo feito de matéria carbónica for revestido a níquel ou a cobre até um teor em metal de até 9-60 % em peso.
Outro aspecto da presente invenção representa o electrólito usado, ou seja, um soluto aquoso de um carbonato de metal alcalino ou hidróxido com uma concentração de 0,01-3 e 3-7 moles/1, respectivamente.
MODELOS DE REALIZAÇÃO PREFERIDOS DA INVENÇÃO A presente invenção será ilustrada pelos exemplos que se seguem. EXEMPLO 1
Um eléctrodo feito de uma teia carbónica com 0,35 mm de espessura tem uma superfície específica de 900-2000 m2/g. O colector actual é feito de folha de níquel perfurada de 0,05 mm de espessura.
Um eléctrodo cermet de óxido de níquel, com 0,35 mm de espessura tem uma capacidade específica de 0,4 Ah/cm3. Um soluto de hidróxido de potássio com uma concentração de 6 moles/1 é usado como electrólito e, como separador, usa-se uma teia de capron com 0,2 mm de espessura. O eléctrodo é encerrado numa caixa metálica com as dimensões de 50 x 24 x 11 mm e selada. EXEMPLO 2 O exemplo 1 é repetido usando um condensador de camada dupla tendo as dimensões 26 x 8 x 50 mm. EXEMPLO 3 O exemplo 1 é repetido usando uma matéria carbónica plaqueada a níquel por meio de um método electrolítico até um teor em níquel de 20 % em peso. Além disso, é usado um condensador de camada dupla com as dimensões 50 x 12 x 11 mm.
As características eléctricas dos condensadores de camada dupla de acordo com os Exemplos 1-3 estão indicadas no Quadro que se segue. Neste Quadro, os parâmetros calculados relativos ao condensador da técnica anterior descrito por Halliop et al. também estão indicados. - 5 -
QUADRO
Exemplo No. Voltagem máxima, V Capacidade F/Cm3 Resistência interna, Ohm Energia, J/cm3 Auto-descarga, % por 40 h 1 1,4 46 0,0017 45 2 1,4 40 0,015 39 15 3 1,4 43 0,0007 42 _ técn. ant. 1,25 5 - 4 50
Do Quadro acima depreende-se que os condensadores de camada dupla fabricados de acordo com a presente invenção excedem muitas vezes o condensador da técnica anterior quanto às suas características eléctricas.
Lisboa, 26 de Janeiro de 2000
JORGE CRUZ
Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA
Claims (4)
- - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Um condensador de camada dupla compreendendo dois eléctrodos e e um electrólito líquido, caracterizado pelo facto de um dos eléctrodos ser feito de matéria carbónica fibrosa, enquanto que o outro eléctrodo é feito de óxido de níquel.
- 2. Um condensador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de um dos eléctrodos ser feito de uma matéria carbónica fibrosa plaqueada a níquel ou a cobre até um teor de 9 a 60 % em peso.
- 3. Um condensador de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de se usar como electrólito um soluto aquoso de um carbonato de metal alcalino tendo uma concentração de 0,001 a 3 moles/1.
- 4. Um condensador de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de se usar como electrólito um soluto aquoso de um hidróxido de metal alcalino tendo uma concentração de 0,001 a 3 moles/1. Lisboa, 26 de Janeiro de 2000JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LtSBOA
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