RU2011134730A

RU2011134730A - Нанокомпозитный электрохимический конденсатор и способ его изготовления

Info

Publication number: RU2011134730A
Application number: RU2011134730/07A
Authority: RU
Inventors: Юрий Мидхатович Гинатулин; Андрей Викторович Десятов; Антон Владимирович Асеев; Любовь Владимировна Булибекова; Любовь Денсуновна Ли; Сергей Иванович Сиротин; Александр Петрович Кубышкин
Original assignee: ЮГ Инвестмент Лтд.
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-02-27
Also published as: RU2518150C2

Abstract

1. Нанокомпозитный электрохимический конденсатор, включающий два и более электрода, одно и более электролита, сепаратор и коллектор тока, размещенные в термостатируемом объеме; при этом каждая пара электрод и электролит представляет собой единый нанокомпозит, каждый электрод выполнен из одинаковых или разных наноуглеродных материалов и все электроды имеют одинаковую или разную массы, каждый электролит представляет собой одинаковый или разный по составу ионный расплав или раствор и все электролиты имеют одинаковую или разные массы.2. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены из наноуглеродного материала, представляющего собой графеновые слои с удельной поверхностью выше 1300 м2/г, с добавлением или без добавления других углеродных материалов и/или других химических соединений, обладающих электронной проводимостью.3. Конденсатор по п.2, отличающийся тем, что электроды выполнены из наноуглеродного материала в виде компактизированных пластин или листов толщиной 0,1…10 мм и плотностью 0,8…1,2 г/см.4. Конденсатор по п.3, отличающийся тем, что электроды в виде компактизованных пластин или листов состоят из наноуглеродных материалов с удельной площадью поверхности, отличающейся в два и более раз.5. Конденсатор по п.3, отличающийся тем, что электроды в виде компактизованных пластин или листов имеют массу, отличающуюся в два и более раз.6. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что электролит не содержит растворителя и представляет собой расплав неорганической соли или органической соли или смеси неорганической и органической соли.7. Конденсатор по п.6, отличающийся тем, что в качестве электролита применяю�

Claims

1. Нанокомпозитный электрохимический конденсатор, включающий два и более электрода, одно и более электролита, сепаратор и коллектор тока, размещенные в термостатируемом объеме; при этом каждая пара электрод и электролит представляет собой единый нанокомпозит, каждый электрод выполнен из одинаковых или разных наноуглеродных материалов и все электроды имеют одинаковую или разную массы, каждый электролит представляет собой одинаковый или разный по составу ионный расплав или раствор и все электролиты имеют одинаковую или разные массы.

2. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что электроды выполнены из наноуглеродного материала, представляющего собой графеновые слои с удельной поверхностью выше 1300 м2/г, с добавлением или без добавления других углеродных материалов и/или других химических соединений, обладающих электронной проводимостью.

3. Конденсатор по п.2, отличающийся тем, что электроды выполнены из наноуглеродного материала в виде компактизированных пластин или листов толщиной 0,1…10 мм и плотностью 0,8…1,2 г/см³.

4. Конденсатор по п.3, отличающийся тем, что электроды в виде компактизованных пластин или листов состоят из наноуглеродных материалов с удельной площадью поверхности, отличающейся в два и более раз.

5. Конденсатор по п.3, отличающийся тем, что электроды в виде компактизованных пластин или листов имеют массу, отличающуюся в два и более раз.

6. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что электролит не содержит растворителя и представляет собой расплав неорганической соли или органической соли или смеси неорганической и органической соли.

7. Конденсатор по п.6, отличающийся тем, что в качестве электролита применяют эвтектический расплав неорганических солей, органических солей или смеси неорганических и органических солей.

8. Конденсатор по п.6, отличающийся тем, что электролит представляет собой смесь хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов.

9. Конденсатор по п.6, отличающийся тем, что электролит может представлять собой смесь борфторидов щелочных и щелочно-земельных металлов с ионной жидкостью на основе борфторида производных имидазола.

10. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что сепаратор представляет собой трековую мембрану с плотностью пор 1е7…1е9 см-2, причем поры имеют цилиндрическую или коническую форму.

11. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что сепаратор представляет собой твердый электролит.

12. Способ изготовления композитного электрохимического конденсатора, включающий приготовление электродных смесей для анода и катода, состоящих из различных наноструктурированных углеродных материалов; диспергирование приготовленной электродной смеси со связующим; прессование пластин или листов из диспергированной со связующим электродной смеси; отжиг прессованных пластин или листов из диспергированной со связующим электродной смеси в окислительной и/или восстановительной атмосфере или под вакуумом; пропитка компактизированных электродов в расплаве или растворе электролита при высокой температуре и под вакуумом; охлаждение пропитанных электролитом компактизированных электродов под вакуумом для затвердевания электролита; соединение пропитанных электролитом компактизированных электродов с сепаратором и коллекторами тока.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что для приготовления электродной смеси используется наноуглеродный материал, изготовленный путем пиролиза смеси жидкого и/или газообразного углеводорода и водорода, имеющий удельную поверхность более 1300 м²/г, удельную электропроводность 10 См/см и более.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что при пиролизе смеси газообразного углеводорода и водорода температуру поддерживают в диапазоне 850-900°С, давление - в диапазоне 0,1-1,0 МПа, в качестве катализатора применяют соединения на основе кобальта и молибдена, в качестве газообразного углеводорода применяют природный газ, или пропан, или бутан, или этилен.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что после изготовления наноуглеродного материала его подвергают обработке кислотным либо щелочным раствором.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что электродную смесь прессуют в пластинки при давлениях 5-10 МПа и при температуре 150-350°С с добавлением или без добавления связующего.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что пластинки из компактизованного наноуглеродного материала отжигают в окислительной и/или восстановительной атмосфере или под вакуумом при температуре 350…500°С в течение 1…5 часов.

18. Способ по п.12, отличающийся тем, что отожженные пластинки из компактизованного наноуглеродного материала пропитывают в расплаве электролита при температуре на 50°С выше температуры плавления данного электролита под вакуумом в течение 1…5 часов.

19. Способ по п.12, отличающийся тем, что электролит в виде безводной соли или смеси солей вводится в электродную смесь перед прессованием, путем смешивания в заданной пропорции, размола, нагрева до температуры расплавления электролита, при этом операция производиться в атмосфере инертного газа, а для заполнения пор наноуглеродного материала производиться вакуумизирование.

20. Способ по п.12, отличающийся тем, что электролит вводится в электродную смесь перед прессованием путем пропитки электродной смеси в насыщенном водном растворе солей электролита с последующим высушиванием и обезвоживанием электродной смеси под вакуумом при температуре 150-250°С в течение 1…5 ч.

21. Способ по п.12, отличающийся тем, что в электродную смесь вводят поверхностно-активное вещество, например додецил-сульфат натрия.

22. Способ по п.12, отличающийся тем, что компактизированный электрод, содержащий в своем составе электролит в твердом состоянии, соединяют механически с сепаратором и коллекторами тока в инертной атмосфере.

23. Способ по п.12, отличающийся тем, что после соединения компактизированного электрода, содержащего в своем составе электролит в твердом состоянии, соединенного с сепаратором и коллекторами тока, данную конструкцию нагревают в инертной атмосфере до температуры плавления электролита при одновременном воздействии статической либо переменной механической нагрузки.

24. Способ по п.12, отличающийся тем, что после расплавления электролита внутри компактизированного электрода, соединенного с сепаратором и коллекторами тока, данную электрохимическую систему поляризуют небольшими токами при напряжениях, не превышающих 10% от напряжения разложения электролита в данной электрохимической системе.