RO125941A2 - Supercondensator şi procedeu de realizare a acestuia - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de realizare a unui supercondensator şi la supercondensatorul astfel obţinut. Procedeul de realizare, conform invenţiei, constă din depunerea unui electrod (4) realizat din pastă de carbon, pe o folie (1) metalică subţire, pe care este lipită în prealabil, în regiunea periferică, o bandă (2) îngustă, prevăzută cu întreruperi (3) la colţuri, peste care se aşază o folie (5) din material poros, izolator electric, cu rol de separator, având, într-o zonă (6) periferică, porii impregnaţi cu un material, pentru ca această zonă (6) să nu mai fie permeabilă la lichid, iar în altă zonă (7) centrală porii fiind impregnaţi cu un electrolit lichid, zona (7) centrală având aceleaşi dimensiuni ca electrodul (4), obţinându-se astfel un subansamblu cu un singur colector de curent şi un singur electrod, peste care se adaugă un alt subansamblu identic, formându-se astfel o celulă de supracondensator deschisă, care se închide apoi prin depunerea unui strat de adeziv.

Description

97,ST Pț.HTRU INVENȚII Șl MÂRCÎI de bri?vei de invenție _ X Of)

Supercondensator si procedeu de realizare a acestuia

Invenția se refera la un procedeu de realizare a unui condensator cu o capacitate electrica mult mai mare decât a condensatorilor convenționali atingând o valoare mai mare decât 1 Farad (supercondensator).

Un procedeu cunoscut de realizare a supercondensator!lor utilizează pulbere de carbon activat (nanoporos) pentru obținerea celor doi electrozi ai celulei de supercondensator. Pulberea de carbon si un material ca liant pentru particulele de carbon se introduc intr-un solvent in cantitati adecvate. Liantul este in procentaj semnificativ mai redus decât pulberea de carbon. Prin încălzire si evaporarea parțiala a solventului se obține o pasta de carbon. Pasta de carbon se depune in strat subțire pe substrat de folie metalica. Prin uscare la temperatura ridicata tot solventul se evapora obtinandu-se un strat solid din carbon poros. Aderenta dintre particulele de carbon si a acestora la substratul metalic este asigurata de liantul existent inițial in pasta. Stratul de carbon poros astfel obtinut si impregnat cu electrolit lichid este utilizat ca electrod intr-o celula de supercondensator. O astfel de celula conține doi electrozi depuși pe substrat metalic avand porii impregnati cu electrolit lichid. Electrozii contactează la rândul lor un strat subțire din material dielectric la fel poros si impregnat cu electrolit. Acest strat fiind bun conducător de ioni dar nu si de electroni se numește separator.

Acest procedeu are dezavantajul ca este costisitor deoarece necesita alte operatii de realizare a electrozilor si de impregnare a acestora cu electrolit lichid.

Un alt procedeu cunoscut de realizare a unei celule supercondensator prevede prepararea unei paste din pulbere de carbon nanoporos prin amestecul acesteia cu electrolit lichid. Din aceasta pasta prin utilizarea unei matrite sub presiune se realizeza electrod solid de forma si dimensiuni dorite care conține si electrolit Un electrod obtinut din pasta de carbon si celalalt electrod obtinut din pasta din pudra de alt material amestecat cu electrolit (ca de exemplu carbura de bor) au fost utilizati la realizarea de celule supercondensator.

Acest procedeu are dezavantajul ca pentru realizarea de celule supercondensator sunt necesare presiuni de valoare ridicate iar materialele pentru cei doi electrozi sunt diferite. Procedeul este costisitor iar performanta celulei supercondensator este redusa.

Invenția de fata înlătură dezavantajele menționate mai sus prin aceea ca ambii electrozi ai supercondensatorului se realizează din pasta obtinuta prin amestecul de pulbere de carbon activat si soluție de electrolit. Pentru realizarea electrodului un strat de pasta de carbon se depune pe o bucata de folie metalica subțire de forma dorita, utilizata ca substrat sau colector de curent. La periferia substratului din folie metalica exista lipita banda îngusta din material izolant electric avand grosimea aproximativ egala cu cea a electrodului din pasta care se dorește a se obține. Aceasta banda din material izolant electric si inert la acțiunea electrolitului din pasta de carbon va asigura etansarea electrodului in viitoarea celula supercondensator. Banda periferica este întrerupta in cateva locuri, de exemplu la cele patru colturi, daca substratul metalic este de forma dreptunghiulara. In vederea obținerii celor doi electrozi identici pentru o celula de supercondensator sunt necesari doi colectori metalici cu banda la periferie, identici. Fiind depus stratul de pasta de carbon pe suprafața colectorului metalic mărginită de banda îngusta de material izolant, se aseaza peste pasta folie subțire din material poros si izolator electric avand aria ceva mai mare decât a colectorului metalic cu banda la periferie. înainte de așezarea foliei pe banda de material izolant se depune un strat <U ''λ.'.;¹ <Χ- 2 Ο Ο 8 - Ο Ο 7 ο 4 - - _Ω ι

2 -10- 2008 de adeziv. Ansamblul colector-electrod din pasta-folie material poros se aseaza apoi concentric peste cele de-al doilea ansamblu electrod pasta -colector după ce in prealabil si pe banda acestui colector s-a depus strat de adeziv. . Folia de material poros dintre cei doi electrozi impregnata cu electrolit lichid poate fi traversata de ioni dar nu de electroni. Este denumita separator asigurând izolarea electrica a electrozilor. Separatorul in zona sa periferica care contactează banda periferica a colectorului metalic are porii impregnati cu un material adecvat astfel ca lichidul nu mai poate pătrunde. La contactul dintre separator si benzile periferice ale celor doi colectori metalici, stratul de adeziv existent va asigura o lipire etanșa. După lipire, ansamblul electrozi-separator-colectori se aseaza pe o suprafața plana si este presat cu o placa plana astfel incat excesul de pasta de carbon sa iasa prin spatiile libere din banda periferica de la periferia celor doi colectori. In zonele de la periferie unde a ieșit pasta de carbon, îndepărtarea acesteia are loc prin curatare cu hârtie de filtru sau tesatura umeda după care aceste zone se acopera cu adeziv pentru etansarea definitiva a celulei supercondensator astfel obținute.

Se da in continuare un exemplu de realizare a invenției, in legătură si cu Fig. 1 - 7 care reprezintă:

Fig. 1 - folie metalica subțire (substrat sau colector metalic) de forma dreptunghiulara sau patrata;

Fig. 2 - colector metalic după lipirea benzii periferice izolatoare cu întreruperi la colturi; a) vedere perspectiva, b) secțiune;

Fig. 3 - colector metalic cu banda periferica avand strat depus din pasta de carbon; a) vedere perspectiva b) secțiune;

Fig. 4 - folie izolator electric subțire, poros in partea centrala si cu porii impregnati de materia] izolator in zona periferica (separator); a) vedere perspectiva; b) secțiune;

Fig. 5 - Ansamblu colector cu strat din pasta de carbon (electrod) si folia - separator așezata peste pasta; a) vedere perspectiva ; b) secțiune;

Fig. 6 - Ansambu -celula supercondensator înainte de închidere (etansare);

Fig.7 - Celula supercondensator închisa; a) vedere exterioara, b) secțiune;

Conform invenției pe folie metalica subțire (substratul sau colectorul de curent) 1, de forma dorita (dreptunghiulara , patrata, etc.) se lipește in regiunea periferica banda îngusta 2, cu întrerupere sau zona libera 3, la colturi. Zona întrerupta sau libera de banda 2 este îngusta. Interfața de lipire dintre banda 2 si folia metalica sau colectorul de curent 1 este etanșa la orice lichid sau aer. Banda 2 se poate obține de exemplu prin decupare din hârtie la dimensiunea si grosimea dorita. Pentru lipire pe colectorul 1, banda 2 este imersata in prealabil intr-un adeziv lichid astfel ca o pelicula ramane pe banda. Ca adeziv se poate utiliza cauciuc siliconic sau rasina epoxidica. Se obține astfel colectorul metalic cu banda izolatoare ia periferie din Fig.2. Pentru o celula supercondensator sunt necesare doua astfel de componente.

In continuare, pe suprafața colectorului metalic 1 delimitată de banda izolatoare 2, se depune strat din pasta de carbon (electrod) 4, de viscozitate adecvata. Se obține astfel subansamblul din Fig.3. Doua astfel de subansambluri sunt necesare pentru realizarea unui supercondensator - celula. Pasta de carbon se obține prin introducerea in electrolit lichid a unei cantitati de pudra de carbon activat (nanoporos) si prin menținere la temperatura ridicata o parte din apa se evapora obtinandu-se viscozitatea dorita. Menținerea la temperatura ridicata mai asigura si eliminarea eventualelor urme de aer din pori si pătrunderea electrolitului in acești pori.

Peste pasta de carbon (electrodul) 4 si banda periferica 2 se aseaza o folie subțire din 'LA>··, material poros si izolator electric (separator) 5. Separatorul 5 din Fig.4 are porii in ;

Tr / -rr / ··,!, -.· ' _·, i ·a a;

''A'.aâf· »--2 0 0 8 - 0 0 7 0 4 -2 2 -10- 2000 periferica 6 impregnati cu un material astfel ca aceasta zona nu mai este permeabila pentru lichid. In zona centrala 7 a separatorului porii sunt impregnati cu electrolit lichid. Separatorul 5 este de dimensiuni ceva mai mari decât a colectorului 1 iar zona sa centrala 7 are aria aproximativ egala cu a electrodului 4. Prin adaugarea separatorului 5 se obține subansamblul din Fig.5 care conține numai un singur colector de curent 1 si un singur electrod 4 din carbon nanoporos impregnat cu electrolit. Prin adaugarea a unui alt subansablu ca cel din Fig.3 alipit in mod corespunzător peste subansamblul din Fig.5 se obține ansamblul unei celule supercondensator aratat in Fig.6. Stratul de adeziv existent in zona 6 a separatorului 5 si pe o fata si pe cealalta, asigura o lipire etanșa la lichid sau aer la interfața cu banda izolatoare periferica 2. La colturi in Fig. 6 exista mici spatii libere 3 de o parte si alta a separatorului 5 prin care la o presare intre doua placi plane ale ansamblului celula se elimina rămășițele de aer din cei doi electrozi 4 aflati de o parte si alta a separatorului 5 sau a surplusului de pasta de carbon. Surplusul de pasta de carbon ieșit prin spatiile libere 3 se șterge cu tesatura sau hârtie de filtru umeda. In continuare pe întreg perimetrul celulei neinchise din Fig.6 se depune un strat de adeziv care după întărire asa cum se arata in Fig.7 asigura etansarea acesteia împotriva evaporării lichidului din interior sau a pătrunderii aerului din exterior.

Supercondensatorul si procedeul de realizare, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

Celula supercsatorului este simpla iar procedeul de realizare nu necesita echipamente costisitoare;

Celula de supercondensator poate fi inseriata cu ușurința pentru realizarea de module la tensiune de lucru ridicata;

Referințe

Brevet SUA Nr. 6594138B1

Brevet SUA Nr. 557497

Brevet SUA Nr 5420747

Claims (3)

1. C^l008-00704-2 2 -10- 2008

   Revendicări:

   1. Supercondensator si procedeu de realizare, caracterizat prin aceea ca, pe folie metalica subțire, de forma dreptunghiulara, patrata sau circulara avand la periferie banda din material izolant si de grosimea dorita, se depune un strat din pasta de carbon obtinuta prin amestec de pudra din carbon activat si electrolit, grosimea acestui strat fiind apropiata de a benzii de la periferie care este întrerupta in cateva zone iar peste stratul din pasta de carbon se depune folie din material izolant electric si poros denumita separator, după care peste separator se aseaza a doua folie metalica cu banda la periferie si strat de pasta de carbon depus iar la periferia separatorului si a celor doua folii metalice (colectori de curent) se depune rasina epoxidica pentru etansarea celulei de supercondensator astfel obținute.
2. 2. Supercondensator si procedeu de realizare conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca, folia de separator dintre cele doua straturi de pasta de carbon (electrozii supercondensatorului) are la periferie o zona inmpermeabila pentru lichid.
3. 3. Supercondensator conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca ambii electrozi sunt realizati din pasta de carbon.