RU134695U1 - DEVICE FOR STORAGE AND STORAGE OF ELECTRIC ENERGY (OPTIONS) - Google Patents
DEVICE FOR STORAGE AND STORAGE OF ELECTRIC ENERGY (OPTIONS) Download PDFInfo
- Publication number
- RU134695U1 RU134695U1 RU2013117703/07U RU2013117703U RU134695U1 RU 134695 U1 RU134695 U1 RU 134695U1 RU 2013117703/07 U RU2013117703/07 U RU 2013117703/07U RU 2013117703 U RU2013117703 U RU 2013117703U RU 134695 U1 RU134695 U1 RU 134695U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- electrodes
- filler
- layers
- conducting
- Prior art date
Links
Images
Abstract
1. Устройство для накопления и хранения электрической энергии, включающее электроды, углеродный наноматериал, ионопроводящую мембрану (сепаратор) и электролит, отличающееся тем, что между электродами расположен изолятор, имеющий H-образные сечения в двух перпендикулярных плоскостях, с внешней стороны каждого электрода в полостях изолятора располагаются ячеистые структуры из изоляционного материала, на стенки которых нанесены ионопроводящие слои, внутри ячеек находится спрессованный наполнитель, содержащий углеродный наноматериал, а ионопроводящая мембрана (сепаратор) обернута вокруг изолятора и выполнена с возможностью обеспечения ионной связи между наполнителем в ячеистых структурах.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние от поверхности электродов до соответствующих ионопроводящих слоев на стенках ячеек не превышает глубины A эффективного поглощения ионов слоем наполнителя внутри ячейки, а расстояние B между ионопроводящими слоями на противоположных стенках ячейки удовлетворяет условию: B=2A, причем толщина ячеистых структур не превышает 2A.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве углеродного наноматериала используют углеродные нанотрубки.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наполнитель дополнительно содержит активированный уголь и/или ионопроводящие добавки.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что ионопроводящими добавками являются микроцеллюлоза и/или наноцеллюлоза.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроды выполнены с развитой площадью поверхности.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что развитая площадь поверхности электродов выполнена в виде ребер1. A device for storing and storing electrical energy, including electrodes, carbon nanomaterial, an ion-conducting membrane (separator) and an electrolyte, characterized in that an insulator is located between the electrodes, having H-shaped sections in two perpendicular planes, on the outside of each electrode in the cavities insulator cells are made of insulating material, the walls of which are coated with ion-conducting layers, inside the cells is a compressed filler containing carbon nanomaterial, and onoprovodyaschaya membrane (separator) is wrapped around the insulator and arranged to provide ionic communication between the filler in mesh strukturah.2. The device according to claim 1, characterized in that the distance from the surface of the electrodes to the corresponding ion-conducting layers on the cell walls does not exceed the depth A of the effective absorption of ions by the filler layer inside the cell, and the distance B between the ion-conducting layers on the opposite cell walls satisfies the condition: B = 2A, moreover, the thickness of the cellular structures does not exceed 2A.3. The device according to claim 1, characterized in that carbon nanotubes are used as carbon nanomaterial. The device according to claim 1, characterized in that the filler further comprises activated carbon and / or ion-conductive additives. The device according to claim 4, characterized in that the ion-conductive additives are microcellulose and / or nanocellulose. The device according to claim 1, characterized in that the electrodes are made with a developed surface area. The device according to claim 6, characterized in that the developed surface area of the electrodes is made in the form of ribs
Description
Область техникиTechnical field
Группа полезных моделей относится к электротехнике, а именно к устройствам для накопления и хранения электрической энергии.A group of utility models relates to electrical engineering, namely, devices for the accumulation and storage of electrical energy.
Уровень техникиState of the art
Проблема хранения электрической энергии - одна из важнейших не только в энергетике, но и в экономике, а также в науке. Решение проблемы эффективного сохранения и накопления полученной электроэнергии позволит более продуктивно применять способы ее производства с использованием возобновляемых источников энергии, таких как гидроэнергетика, гелиоэнергетика или ветроэнергетика. Кроме того, эффективное накопление электроэнергии позволит решить проблемы пикового потребления в энергетике, связанные с суточными, сезонными или иными непрогнозируемыми изменениями в потребляемой мощности.The problem of storing electric energy is one of the most important not only in the energy sector, but also in the economy, as well as in science. Solving the problem of efficient conservation and accumulation of the generated electricity will allow more productive use of methods for its production using renewable energy sources, such as hydropower, solar energy or wind energy. In addition, the effective accumulation of electricity will solve the problems of peak consumption in the energy sector associated with daily, seasonal or other unpredictable changes in power consumption.
Наиболее распространенными устройствами для накопления и хранения электроэнергии являются твердотельные литиево-ионные аккумуляторы, обладающие хорошим соотношением энергия/масса, отсутствием эффекта памяти и высокой долговечностью при хранении. Тремя основными функциональными компонентами литиево-ионного аккумулятора являются анод, катод и электролит, для которого могут быть использованы различные материалы. Наиболее распространенным материалом для анода является графит. Катод может быть выполнен с использованием интеркалированных соединений лития, например кобальтита лития, фосфата лития-железа, перманганата лития и других.The most common devices for storing and storing electricity are solid-state lithium-ion batteries with a good energy / mass ratio, no memory effect, and high shelf life. The three main functional components of a lithium-ion battery are the anode, cathode and electrolyte, for which various materials can be used. The most common material for the anode is graphite. The cathode can be made using intercalated lithium compounds, for example lithium cobaltite, lithium iron phosphate, lithium permanganate and others.
Существуют также литиево-металлические аккумуляторы, или литий-металл-полимерные аккумуляторы, которые представляют собой перезаряжаемые аккумуляторы, являющиеся развитием литиево-ионных аккумуляторов. Структура литиево-металлического аккумулятора включает литиево-металлический анод, полимерный композитный электролит и катод. Литиево-металлические аккумуляторы могут быть сформированы посредством складывания тонких пленок этих материалов вместе. Получившаяся в результате структура устройства является гибкой, упругой и прочной. Преимущества литий-металл-полимерной структуры в сравнении с традиционной литиево-ионной конструкцией включают низкую стоимость изготовления и более высокую устойчивость к физическим повреждениям.There are also lithium metal batteries, or lithium metal polymer batteries, which are rechargeable batteries that are the development of lithium-ion batteries. The structure of the lithium metal battery includes a lithium metal anode, a polymer composite electrolyte and a cathode. Lithium metal batteries can be formed by folding thin films of these materials together. The resulting device structure is flexible, resilient and durable. The advantages of the lithium metal polymer structure over the traditional lithium-ion structure include low manufacturing cost and higher resistance to physical damage.
Недостатками известных типов аккумуляторов являются длительное время заряда, пожароопасность при перезарядке и/или перегреве, старение.The disadvantages of the known types of batteries are a long charging time, fire hazard when recharging and / or overheating, aging.
Одним из направлений в устройствах накопления и хранения электроэнергии являются суперконденсаторы (ионисторы), которые имеют сходство с обычными конденсаторами, за исключением того, что они обеспечивают очень высокую емкость в небольшом корпусе. Одним из типов суперконденсаторов является электрический двухслойный конденсатор (см., например, US 5453909 А, 26.09.1995). В электрическом двухслойном конденсаторе аккумулирование энергии осуществляется посредством статического заряда, а не электрохимического процесса, присущего аккумуляторам. Приложение разности потенциалов к положительной и отрицательной пластинам заряжает суперконденсатор. Хотя обычный конденсатор состоит из проводящей фольги и сухого разделителя, суперконденсатор пересекается с технологиями аккумуляторов посредством использования электродов и электролитов, аналогичных электродам и электролитам, используемым в литиево-ионных или литиево-металлических аккумуляторах. Преимущества суперконденсаторов заключаются в высокой скорости зарядки и разрядки, простоте зарядного устройства, долговечности, малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами подобной емкости, низкая токсичность материалов, неполярность.One of the areas in electric energy storage and storage devices is supercapacitors (ionistors), which are similar to conventional capacitors, except that they provide a very high capacity in a small case. One type of supercapacitor is an electric two-layer capacitor (see, for example, US 5453909 A, 09/26/1995). In an electric two-layer capacitor, energy storage is carried out by means of a static charge, and not by the electrochemical process inherent in batteries. Applying the potential difference to the positive and negative plates charges the supercapacitor. Although a conventional capacitor consists of a conductive foil and a dry separator, the supercapacitor interferes with battery technology by using electrodes and electrolytes similar to the electrodes and electrolytes used in lithium-ion or lithium-metal batteries. The advantages of supercapacitors are high charging and discharging speeds, simplicity of the charger, durability, low weight compared to electrolytic capacitors of similar capacity, low toxicity of materials, non-polarity.
В последнее время, для увеличения емкости и срока службы суперконденсаторов, в них используются наноструктурированные материалы (см. например, US 2011013344 A1, 20.01.2011; WO 2011159477 A1, 22.12.2011; US 7852612 B2, 14.12.2010).Recently, to increase the capacity and service life of supercapacitors, they use nanostructured materials (see, for example, US 2011013344 A1, 01/20/2011; WO 2011159477 A1, 12/22/2011; US 7852612 B2, 12/14/2010).
В качестве наиболее близкого аналога взят суперконденсатор (см. US 2002048143 A1, 25.04.2002) состоящий из двух металлических электродов, на внутренних поверхностях которых нанесен слой углеродных нанотрубок, электролита в пространстве между электродами и сепаратора, разделяющего электролит между электродами.As the closest analogue, we took a supercapacitor (see US2002048143 A1, 04.25.2002) consisting of two metal electrodes, on the inner surfaces of which a layer of carbon nanotubes, an electrolyte in the space between the electrodes, and a separator separating the electrolyte between the electrodes were deposited.
Недостатками известных суперконденсаторов являются небольшая удельная энергия, по сравнению с аккумуляторами, зависимость напряжения от степени заряженности, возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании, значительно больший, по сравнению с аккумуляторами, саморазряд.The disadvantages of the known supercapacitors are a small specific energy, compared with batteries, the dependence of voltage on the degree of charge, the possibility of burnout of internal contacts during a short circuit, much greater self-discharge compared to batteries.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Задачей, на решение которой направлена предложенная группа полезных моделей, является создание устройств накопления и хранения электрической энергии, лишенных недостатков известных средств (аккумуляторов и суперконденсаторов), и сочетающих в себе их преимущества. Техническим результатом группы полезных моделей является снижение саморазряда при увеличении плотности энергии на единицу массы.The task to which the proposed group of utility models is directed is to create devices for storing and storing electric energy, devoid of the disadvantages of known means (batteries and supercapacitors), and combining their advantages. The technical result of the group of utility models is to reduce self-discharge with increasing energy density per unit mass.
Технический результат достигается в устройстве для накопления и хранения электрической энергии, включающем электроды, углеродный наноматериал, ионопроводящую мембрану (сепаратор) и электролит. При этом между электродами расположен изолятор, имеющий H-образные сечения в двух перпендикулярных плоскостях, с внешней стороны каждого электрода, в полостях изолятора, располагаются ячеистые структуры из изоляционного материала на стенки которых нанесены ионопроводящие слои, внутри ячеек находится спрессованный наполнитель, содержащий углеродный наноматериал, а ионопроводящая мембрана (сепаратор) обернута вокруг изолятора и выполнена с возможностью обеспечения ионной связи между наполнителем в ячеистых структурах.The technical result is achieved in a device for the accumulation and storage of electrical energy, including electrodes, carbon nanomaterial, an ion-conducting membrane (separator) and an electrolyte. In this case, between the electrodes there is an insulator having H-shaped sections in two perpendicular planes, on the outside of each electrode, in the cavity of the insulator, cellular structures of insulating material are placed on the walls of which ion-conducting layers are deposited, inside the cells there is a pressed filler containing carbon nanomaterial, and an ion-conducting membrane (separator) is wrapped around the insulator and is configured to provide ionic bonding between the filler in cellular structures.
Расстояние от поверхности электродов до соответствующих ионопроводящих слоев на стенках ячеек не превышает глубины А эффективного поглощения ионов слоем наполнителя внутри ячейки, а расстояние В между ионопроводящими слоями на противоположных стенках ячейки удовлетворяет условию: В=2А, причем толщина ячеистых структур не превышает 2А.The distance from the surface of the electrodes to the corresponding ion-conducting layers on the cell walls does not exceed the depth A of the effective absorption of ions by the filler layer inside the cell, and the distance B between the ion-conducting layers on the opposite cell walls satisfies the condition: B = 2A, and the thickness of the cellular structures does not exceed 2A.
Технический результат достигается также в устройстве для накопления и хранения электрической энергии, включающем электроды, углеродный наноматериал, ионопроводящую мембрану (сепаратор) и электролит. При этом между электродами расположен изолятор, имеющий H-образные сечения в двух перпендикулярных плоскостях, с внешней стороны каждого электрода, в полостях изолятора, расположены два или более ячеистых слоев, разделенных ионопроводящими подложками, причем каждый слой включает ячеистую структуру из изоляционного материала, спрессованный наполнитель внутри ячеек, содержащий углеродный наноматериал. Начиная со вторых ячеистых слоев, на стенки ячеистых структур нанесены ионопроводящие слои, а ионопроводящая мембрана (сепаратор) обернута вокруг изолятора и выполнена с возможностью обеспечения ионной связи между наполнителем во внешних ячеистых слоях.The technical result is also achieved in a device for the accumulation and storage of electrical energy, including electrodes, carbon nanomaterial, an ion-conducting membrane (separator) and an electrolyte. In this case, between the electrodes is an insulator having H-shaped sections in two perpendicular planes, on the outside of each electrode, in the cavity of the insulator, there are two or more cellular layers separated by ion-conductive substrates, each layer comprising a cellular structure of insulating material, a compressed filler inside cells containing carbon nanomaterial. Starting from the second cellular layers, ion-conducting layers are deposited on the walls of the cellular structures, and the ion-conducting membrane (separator) is wrapped around the insulator and is configured to provide ionic bonding between the filler in the outer cellular layers.
В одном из вариантов устройства с каждой стороны электрода все ячеистые слои имеют общую ячеистую структуру, разделяющие ионопроводящие подложки расположены в каждой ячейке, причем расстояние от поверхности электродов до вторых ячеистых слоев не превышает глубины А эффективного поглощения ионов слоем наполнителя внутри ячейки, а расстояние В между ионопроводящими слоями на противоположных стенках ячеек удовлетворяет условию: В=2А, при этом толщина ячеистых слоев не превышает А.In one embodiment of the device, on each side of the electrode, all the cellular layers have a common cellular structure, the separating ion-conducting substrates are located in each cell, and the distance from the surface of the electrodes to the second cellular layers does not exceed the depth A of the effective absorption of ions by the filler layer inside the cell, and the distance B between ion-conducting layers on opposite cell walls satisfy the condition: B = 2A, while the thickness of the cellular layers does not exceed A.
В другом варианте устройства с каждой стороны электрода все ячеистые слои имеют отдельную ячеистую структуру, ячейки в слое имеют общую разделяющую ионопроводящую положку, причем расстояние от поверхности электродов до вторых ячеистых слоев не превышает глубины А эффективного поглощения ионов слоем наполнителя внутри ячейки, а расстояние В между ионопроводящими слоями на противоположных стенках ячеек удовлетворяет условию: В=2А, при этом толщина ячеистых слоев не превышает А.In another embodiment of the device, on each side of the electrode, all the cellular layers have a separate cellular structure, the cells in the layer have a common separating ion-conducting position, and the distance from the surface of the electrodes to the second cellular layers does not exceed the depth A of the effective absorption of ions by the filler layer inside the cell, and the distance B between ion-conducting layers on opposite cell walls satisfy the condition: B = 2A, while the thickness of the cellular layers does not exceed A.
Во всех вариантах устройства в качестве углеродного наноматериала можно использовать углеродные нанотрубки.In all embodiments of the device, carbon nanotubes can be used as carbon nanomaterial.
Наполнитель дополнительно может содержать активированный уголь и/или ионопроводящие добавки, которыми могут быть микроцеллюлоза и/или наноцеллюлоза.The filler may further comprise activated carbon and / or ion-conductive additives, which may be microcellulose and / or nanocellulose.
Электроды могут быть выполнены с развитой площадью поверхности, например, в виде ребер или игл, и изготовлены из металла или комбинации металла и графитовой ткани, а электролит может быть кислотным или щелочным.The electrodes can be made with a developed surface area, for example, in the form of ribs or needles, and are made of metal or a combination of metal and graphite fabric, and the electrolyte can be acidic or alkaline.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 - схематичный вид фронтального разреза предложенного устройства в соответствии с первым вариантом конструктивного выполнения.Figure 1 is a schematic view of a frontal section of the proposed device in accordance with the first embodiment.
Фиг.2 - схематичный вид разреза предложенного устройства в горизонтальной плоскости в соответствии с первым вариантом конструктивного выполнения.Figure 2 is a schematic sectional view of the proposed device in the horizontal plane in accordance with the first embodiment.
Фиг.3 - схематичный вид фронтального разреза предложенного устройства в соответствии со вторым вариантом конструктивного выполнения.Figure 3 is a schematic view of a frontal section of the proposed device in accordance with the second embodiment.
Фиг.4 - схематичный вид разреза предложенного устройства в горизонтальной плоскости в соответствии со вторым вариантом конструктивного выполнения.Figure 4 is a schematic sectional view of the proposed device in the horizontal plane in accordance with the second embodiment.
Фиг.5 - схематичный вид фронтального разреза предложенного устройства в соответствии с третьим вариантом конструктивного выполнения.5 is a schematic front view of the proposed device in accordance with the third embodiment.
Фиг.6 - схематичный вид разреза предложенного устройства в горизонтальной плоскости в соответствии с третьим вариантом конструктивного выполнения.6 is a schematic sectional view of the proposed device in the horizontal plane in accordance with the third embodiment.
Фиг.7 - схематичный вид разреза устройства по первому варианту, поясняющий принцип работы и конструктивные особенности.7 is a schematic sectional view of a device according to the first embodiment, explaining the principle of operation and design features.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Сущность группы полезных моделей поясняется чертежами. На Фиг.1, Фиг.2 показан схематичный вид устройства в соответствии с первым вариантом конструктивного выполнения. Устройство для накопления и хранения электрической энергии содержит герметичный корпус, состоящий из основания 1 и крышки 2, электрические контакты 3 и 4, плоские электроды 5, 6, изолятор 7, ячеистые структуры 8, ионопроводящие слои 9, наполнитель 10, мембрану (сепаратор) 11 и электролит (на чертеже не показан).The essence of the group of utility models is illustrated by drawings. Figure 1, Figure 2 shows a schematic view of a device in accordance with the first embodiment. A device for storing and storing electrical energy contains a sealed enclosure consisting of a
Основание 1 и крышка 2 корпуса выполняются из пластика и герметично свариваются между собой, при этом щели между электрическими контактами 3, и крышкой 1 загерметизированы, для предохранения устройства от внешних воздействий и вытекания электролита. Электрические контакты 3 и 4 связывают электроды 5, 6 с внешней стороной корпуса и являются выводами устройства. Электроды 5 и 6 выполняются из металла, или комбинации металла с графитовой тканью. Следует отметить, что электроды 5 и 6, помимо плоского варианта выполнения, могут быть выполнены и с развитой поверхностью, для увеличения их площади. В частности, развитая поверхность может быть выполнена в виде ребер или игл, проникающих в глубину наполнителя 10. Между электродами 5 и 6 расположен изолятор 7, имеющий H - образное поперечное сечение в двух перпендикулярных плоскостях (Фиг.1, Фиг.2) и снабженный отверстиями для прохождения электродов 5, 6 и последующего соединения их с электрическими контактами 3, 4. С внешних сторон электродов и 6, внутри полостей, сформированных изолятором 7, расположены ячеистые структуры 8 из изоляционного материала, которые образуют две группы ячеек. Материалом для изготовления ячеистых структур может служить пластик или любой другой материал с электроизоляционными свойствами. На стенках ячеек структур 8 расположены ионопроводящие слои 9, которые необходимы для проникновения ионов по всей глубине наполнителя 10 к электродам 5, 6. Различные средства и методы изготовления материалов с ионной проводимостью, из которых выполнены слои 9, широко известны в уровне техники. В качестве наполнителя 10 ячеистых структур 8 используется спрессованный углеродный наноматериал, например, углеродные нанотрубки (УНТ). Кроме того, наполнитель 10 может быть выполнен в виде спрессованной смеси из углеродных нанотрубок с добавлением микроцеллюлозы, наноцеллюлозы или активированного угля. Углеродный наноматериал, (например УНТ), активированный уголь, как и в обычных суперконденсаторах, служит для концентрации ионов на своей поверхности, а добавление микроцеллюлозы или наноцеллюлозы увеличивает ионную проводимость наполнителя 10, что в свою очередь увеличивает эффективную глубину проникновения ионов по всему объему наполнителя 10. Вокруг изолятора 7 обернута мембрана (сепаратор) 11, которая обеспечивает ионную связь между наполнителем 10 в каждой ячейки структур 8 и группами ячеек на каждом электроде 5,6. Ионопроводящие слои 9 и мембрана (сепаратор) 11 могут быть выполнены из одного и того же материала. Ионопроводящие слои 9, наполнитель 10 и мембрана (сепаратор) 11 пропитаны электролитом, который может быть как щелочным, так и кислотным.The
Предложенное конструктивное выполнение позволяет увеличить плотность энергии на единицу веса за счет увеличения концентрации ионов, участвующих в образовании двойного электрического слоя, по всему объему наполнителя 10 со стороны каждого электрода.The proposed structural embodiment allows to increase the energy density per unit weight by increasing the concentration of ions involved in the formation of a double electric layer throughout the volume of the
Для достижения более эффективного и равномерного распределения плотности ионов по всей толщине наполнителя 10 и увеличения плотности энергии на единицу массы в его объеме расстояние L1 от поверхности электродов 5, 6 до соответствующих ионопроводящих слоев 9, меньше или равно глубине А эффективного поглощения ионов слоем наполнителя 10 внутри ячейки (т.е. расстояния на котором происходит резкое понижение концентрации ионов). При этом расстояние В между ионопроводящими слоями на противоположных стенках внутри каждой ячейки структур 8 должно удовлетворять условию: В=2А, а высота L2 ячеистых структур 8 много больше А.To achieve a more efficient and uniform distribution of ion density over the entire thickness of the
На Фиг.3, Фиг.4 показан схематичный вид устройства в соответствии со вторым вариантом конструктивного выполнения. Данный вариант может быть использован, когда требуется сохранить напряжение при длительном разряде на согласованную нагрузку. В отличие от первого варианта, в данном варианте выполнено послойное распределение наполнителя 10 внутри ячеек. На Фиг.3, Фиг.4 показано двухслойное распределение, однако, в зависимости от требований к параметрам устройства, слоев может быть более двух. В данном варианте используется общая ячеистая структура 8 для всех слоев со стороны каждого электрода, а разделение слоев наполнителя 10 осуществляется посредством расположения в каждой ячейке структур 8 ионопроводящих подложек 12. Ионопроводящие подложки могут быть выполнены из того же материала, что и ионопроводящии слои 9 и ионопроводящая мембрана (сепаратор) 11. Выполнение послойного распределения наполнителя 10 позволяет более плотно распределять энергию по всей его толщине и осуществлять каскадный заряд/разряд устройства накопления. При этом обеспечивается возможность повышения объема накапливаемой энергии за счет увеличения эффективной толщины наполнителя 10 для концентрации ионов, участвующих в образовании двойного электрического слоя.Figure 3, Figure 4 shows a schematic view of a device in accordance with a second embodiment. This option can be used when it is required to maintain voltage during a long discharge to a matched load. In contrast to the first embodiment, in this embodiment, a layer-by-layer distribution of the
На Фиг.5, Фиг.6 показан схематичный вид устройства в соответствии с третьим вариантом конструктивного выполнения. В данном варианте устройства так же используется послойное распределение наполнителя 10. Отличием от второго варианта здесь является то, что каждый ячеистый слой со стороны каждого электрода имеет собственную ячеистую структуру 8, а ионопроводящие подложки 12 являются общими для всех ячеек в слое.Figure 5, Figure 6 shows a schematic view of a device in accordance with a third embodiment. In this embodiment of the device, a layer-by-layer distribution of
Во втором и третьем вариантах устройства для более эффективного и равномерного распределения плотности ионов по всей толщине наполнителя 10 и как следствие увеличения плотности энергии на единицу массы в его объеме расстояние от поверхности электродов 5, 6 до вторых ячеистых слоев не должно превышать глубины А эффективного поглощения ионов слоем наполнителя внутри ячейки, а расстояние В между ионопроводящими слоями на противоположных стенках ячеек удовлетворяет условию: В=2А, причем толщина ячеистых слоев не должна превышать А.In the second and third versions of the device for a more efficient and uniform distribution of the ion density over the entire thickness of the
Работает устройство следующим образом. При приложении разности потенциалов к электрическим контактам 3, 4 ионы электролита начинают концентрироваться на поверхности углеродного наноматериала, входящего в составе наполнителя 10, в ячейках у внешних сторон соответствующих электродов 5, 6, и происходит образование ионного слоя с зарядом противоположного знака вблизи электродов (двойного электрического слоя). При отключении напряжения между заряженными электродами формируется электростатическое поле Е, силовые линии которого схематично показаны на Фиг.7. Изолятор 7 совместно с ячеистыми структурами 8 ограничивают свободное перемещение ионов в пространстве между электродами. Данное ограничение перемещения формирует области, в которых движение ионов от электродов с противоположными им зарядами возможно только против и/или поперек направления действия на них сил неоднородного электрического поля Е, образованного электродами 5 и 6. Таким образом, неоднородное электрическое поле Ε удерживает ионы внутри ячеистых структур 8, что не позволяет им свободно перемещаться по объему электролита в пространстве между электродами 5, 6 и существенно снижает саморазряд устройства.The device operates as follows. When a potential difference is applied to the
Дополнительно следует отметить, что, в отличие от известных устройств накопления и хранения электрической энергии, в которых путь между двумя ионными слоями с разными зарядами прямолинеен, в предложенных вариантах устройства, на данном пути сформированы криволинейные участки, посредством установки на пути движения ионов препятствий в виде изолятора 7 и ячеистых структур 8. Наличие вышеупомянутых криволинейных участков минимизирует движение ионов между ионными слоями с разными зарядами, вызванное силами кулоновского взаимодействия между ними. Кроме того, в отличие от классической структуры, например, суперконденсатора, в котором расстояние между ионными слоями составляет максимум десяток микрон, в предложенных вариантах устройства, за счет особенностей конструкции, данное расстояние является намного большим и, соответственно, силы кулоновского взаимодействия между ионами (которые, как известно, обратнопропорциональны квадрату расстояния) являются на порядки меньшими. Таким образом, саморазряд, вызванный кулоновским взаимодействием между разнозаряженными ионами, в предложенных вариантах устройства сведен к минимуму, при этом минимизация сил, действующих в противоположном от электрода направлении на ионы в слое, позволяет увеличить плотность ионного слоя и тем самым увеличить плотность энергии на единицу массы устройства.Additionally, it should be noted that, in contrast to the known devices for storing and storing electric energy, in which the path between two ionic layers with different charges is straightforward, in the proposed device variants, curved sections are formed on this path by setting obstacles in the form of ions in the form of
В свете вышеизложенного, предложенные конструктивные решения вариантов устройства для накопления и хранения электрической энергии позволяют достичь указанный ранее технический результат, а именно снижение саморазряда при увеличении плотности энергии на единицу массы.In light of the foregoing, the proposed structural solutions of the device options for storing and storing electric energy make it possible to achieve the previously indicated technical result, namely, a decrease in self-discharge with an increase in energy density per unit mass.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013117703/07U RU134695U1 (en) | 2013-04-17 | 2013-04-17 | DEVICE FOR STORAGE AND STORAGE OF ELECTRIC ENERGY (OPTIONS) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013117703/07U RU134695U1 (en) | 2013-04-17 | 2013-04-17 | DEVICE FOR STORAGE AND STORAGE OF ELECTRIC ENERGY (OPTIONS) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU134695U1 true RU134695U1 (en) | 2013-11-20 |
Family
ID=49555558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013117703/07U RU134695U1 (en) | 2013-04-17 | 2013-04-17 | DEVICE FOR STORAGE AND STORAGE OF ELECTRIC ENERGY (OPTIONS) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU134695U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2574065C2 (en) * | 2014-04-08 | 2016-02-10 | Борис Константинович Медведев | Method of electric energy accumulation and storage in ionistor |
RU2581849C2 (en) * | 2014-08-04 | 2016-04-20 | ЮГ Инвестмент Лтд. | Lithium-carbon electrochemical capacitor and method for production thereof |
-
2013
- 2013-04-17 RU RU2013117703/07U patent/RU134695U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2574065C2 (en) * | 2014-04-08 | 2016-02-10 | Борис Константинович Медведев | Method of electric energy accumulation and storage in ionistor |
RU2581849C2 (en) * | 2014-08-04 | 2016-04-20 | ЮГ Инвестмент Лтд. | Lithium-carbon electrochemical capacitor and method for production thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lach et al. | Applications of carbon in lead-acid batteries: a review | |
JP5085651B2 (en) | Capacitor-battery hybrid electrode assembly | |
US20110038100A1 (en) | Porous Carbon Oxide Nanocomposite Electrodes for High Energy Density Supercapacitors | |
WO2020121288A8 (en) | Prelithiated anode in battery cells for electric vehicles | |
JP2016081931A (en) | Electrode integrating super capacitor and battery, and method of manufacturing the same | |
KR102044692B1 (en) | Electrode for Secondary Battery Comprising Layer for Protecting Electrode Layer | |
KR102298059B1 (en) | Method of manufacturing lithium secondary battery | |
Zhu et al. | Characterization of asymmetric ultracapacitors as hybrid pulse power devices for efficient energy storage and power delivery applications | |
RU134695U1 (en) | DEVICE FOR STORAGE AND STORAGE OF ELECTRIC ENERGY (OPTIONS) | |
KR20110090099A (en) | Electric double layer capacitor and method for manufacturing the same | |
KR101599711B1 (en) | Electric double layer device | |
JP2015516650A (en) | Electrode plate and electrode assembly, storage battery, and capacitor including electrode plate | |
RU2530765C1 (en) | Method of electric energy accumulation and storage, and device for its implementation | |
RU2522947C2 (en) | Supercapacitor with inorganic composite electrolyte (versions) | |
CN210074028U (en) | Multi-layer electrode based on mass transfer reduction and diffusion control and energy storage equipment | |
KR102028677B1 (en) | Multilayer lithium-ion capacitor comprising graphene electrode | |
KR101153610B1 (en) | Electrode for secondary power and secondary power electrode for secondary power and secondary power comprising thereof comprising thereof | |
CA3103488A1 (en) | Bipolar lead acid battery cells with increased energy density | |
KR102568421B1 (en) | Membrane electrode assembly and zinc-bromide supercapattery comprising the same | |
CN103325580A (en) | Redox polymer energy storage system | |
CN203406179U (en) | Lithium ion capacitor | |
KR101025983B1 (en) | Energy storage device | |
Rajasekaran et al. | A Survey on Supercapacitor Based Batteries | |
KR101791894B1 (en) | Electric double layer device | |
Gkionis et al. | Carbon fiber electrodes enhanced with graphene oxide for supercapacitors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170418 |