RU203052U1 - Гибридный графеновый суперконденсатор - Google Patents
Гибридный графеновый суперконденсатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU203052U1 RU203052U1 RU2020121354U RU2020121354U RU203052U1 RU 203052 U1 RU203052 U1 RU 203052U1 RU 2020121354 U RU2020121354 U RU 2020121354U RU 2020121354 U RU2020121354 U RU 2020121354U RU 203052 U1 RU203052 U1 RU 203052U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- phenylbenzimidazole
- supercapacitor
- mass content
- electrolyte
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 10
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- DWYHDSLIWMUSOO-UHFFFAOYSA-N 2-phenyl-1h-benzimidazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NC2=CC=CC=C2N1 DWYHDSLIWMUSOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000002226 superionic conductor Substances 0.000 description 2
- JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 2-azaniumyl-2-(4-fluorophenyl)acetate Chemical compound OC(=O)C(N)C1=CC=C(F)C=C1 JKFYKCYQEWQPTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910021612 Silver iodide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000003785 benzimidazolyl group Chemical group N1=C(NC2=C1C=CC=C2)* 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229940045105 silver iodide Drugs 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/92—Capacitors with potential-jump barrier or surface barrier
Abstract
Заявленное техническое решение относится к устройствам для накопления, хранения и выдачи энергии. Гибридный суперконденсатор состоит из электродов на основе 2-фенилбензимидазол-функционализированного графенового материала (с массовым содержанием 2-фенилбензимидазола 16-41%, что соответствует массовому содержанию азота 2-6%), сепаратора и электролита. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является накопление и выдача большего количества энергии за счет обратимых Фарадеевких процессов на электродах (от 400 Ф/г).
Description
Заявленное техническое решение относится к устройствам для накопления, хранения и выдачи энергии и может быть использовано в энергетике в качестве основного источника питания.
Известен конденсатор большой мощности на двойном электрическом слое, состоящих из сепаратора, электролита и поляризуемых электродов, основа которых выполнена из покрытий металлическими пленками углеродных волокон с совершенной гексагональной кристаллической структурой графита (RU 2098879 С1, МПК H01G 09/155, опубл. 10.12.1997 г.).
Известен суперконденсатор, состоящий из подложки из диэлектрического материала или высокоомного полупроводника, на которой последовательно расположены слой металла, который имеет структурно сопряженную когерентную границу со следующим слоем суперионного проводника, и верхний электрод из проводящего материала, который также имеет структурно сопряженную когерентную границу со слоем суперионного проводника (RU 2298257 С1, МПК H01L 29/92, опубл. 28.04.2007 г.).
Известен ионистор, содержащий металлический или угольный поляризуемый и серебряный неполяризуемый электроды, разделенные пленочным слоем высокопроводящего твердого электролита на основе иодида серебра (RU 2012105 С1, МПК Н01М 6/18, опубл. 30.04.1994 г.).
Таким образом, из уровня техники известны суперконденсаторы высокой емкости, содержащие два электрода, из которых один или оба являются поляризуемыми, электролит и сепаратор. Однако существенным недостатком всех известных суперконденсаторов является то, что толщина двойного электрического слоя, формирующегося на границе электролита с электродами, ограничивает удельную емкость суперконденсатора, так как в образовании емкости не участвуют быстрые, обратимые фарадеевские реакции на поверхности электрода (псевдоемкость), а емкость образуется только за счет двойного электрического слоя.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является суперконденсаторы с псевдоемкостным эффектом, в которых заряд хранится как на поверхности электрода за счет двойного электрического слоя, так и в объеме материала посредством протекания фарадеевских реакций (RU 182720 U1, МПК Н01G 9/042, опубл. 29.08.2018 г.). Таким образом, заряд, который способен запасать суперконденсатор с псевдоемкостным эффектом может быть больше, чем у его аналогов, работающих по принципу двойного электрического слоя.
Полезная модель решает задачу создания энергонакопительного устройства (гибридного суперконденсатора) с высокой удельной емкостью (от 400 Ф/г) и высокой плотностью энергии. Сущность полезной модели, как технического решения, выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения, указанного выше результата (рисунок): электроды суперконденсатора (1) представляют из себя никелевую подложку (2), на которую нанесен композит из 2-фенилбензимидазол-функционализированного графенового материала и высокопроводящей ацетиленовой сажи в массовом соотношении 9:1, а также политетрафторэтилен в качестве связующего компонента для лучшей адгезии (3). В качестве электролита (4) используется 7-10%-ный водный раствор серной кислоты. Сепаратор (5) представляет из себя пористую пленку из полипропилена. При подаче тока на электроды суперконденсатора заряд накапливается по двум механизмам: (а) образования двойного электрического слоя, (б) протекание окислительно-восстановительных процессов на поверхности электрода. Псевдоемкость конденсатора обусловлена наличием 2-фенилбензимидазол-функционализированного графенового материала (с массовым содержанием 2-фенилбензимидазола 16-41%, что соответствует массовому содержанию азота 2-6%), способные участвовать в окислительно-восстановительных процессах. При подключении нагрузки к электродам происходит разряд суперконденсатора, электроны перемещаются от отрицательного электрода к положительному через нагрузку, а ионы переходят в раствор электролита от поверхности электродов, в итоге накопленная энергия выделяется на внешней нагрузке. Техническим результатом является накопление, хранение и выдача большего количества энергии при меньшем содержании бензимидазольных фрагментов в графене.
Claims (1)
- Энергонакопительный прибор, а именно гибридный графеновый суперконденсатор, включающий в себя электроды, сепаратор и электролит, отличающийся тем, что электроды представляют собой подложку с нанесенным нанокомпозитом, состоящим из 2-фенилбензимидазол-функционализированного графенового материала с массовым содержанием 2-фенилбензимидазола 16-41%, что соответствует массовому содержанию азота 2-6% сажи и связующего компонента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020121354U RU203052U1 (ru) | 2020-06-26 | 2020-06-26 | Гибридный графеновый суперконденсатор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020121354U RU203052U1 (ru) | 2020-06-26 | 2020-06-26 | Гибридный графеновый суперконденсатор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU203052U1 true RU203052U1 (ru) | 2021-03-19 |
Family
ID=74874203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020121354U RU203052U1 (ru) | 2020-06-26 | 2020-06-26 | Гибридный графеновый суперконденсатор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU203052U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2298257C1 (ru) * | 2005-10-28 | 2007-04-27 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) | Суперконденсатор |
| US20130045427A1 (en) * | 2011-08-19 | 2013-02-21 | Nanoteck Instruments, Inc. | Prelithiated current collector and secondary lithium cells containing same |
| RU142031U1 (ru) * | 2013-10-02 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Суперконденсатор |
| RU182720U1 (ru) * | 2018-01-24 | 2018-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Гибридный суперконденсатор |
| RU2708634C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-12-10 | Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления |
-
2020
- 2020-06-26 RU RU2020121354U patent/RU203052U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2298257C1 (ru) * | 2005-10-28 | 2007-04-27 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) | Суперконденсатор |
| US20130045427A1 (en) * | 2011-08-19 | 2013-02-21 | Nanoteck Instruments, Inc. | Prelithiated current collector and secondary lithium cells containing same |
| RU142031U1 (ru) * | 2013-10-02 | 2014-06-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) | Суперконденсатор |
| RU182720U1 (ru) * | 2018-01-24 | 2018-08-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Гибридный суперконденсатор |
| RU2708634C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-12-10 | Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Different types of pre-lithiated hard carbon as negative electrode material for lithium-ion capacitors | |
| Yong-gang et al. | Preparation and electrochemical capacitance of RuO2/TiO2 nanotubes composites | |
| WO2013073526A1 (ja) | 蓄電デバイス用電極、蓄電デバイスおよび蓄電デバイス用電極の製造方法 | |
| US20170263939A1 (en) | Electrode material and energy storage apparatus | |
| JP2013140977A (ja) | 電極、その製造方法、及びこれを含む電気化学キャパシタ | |
| KR101089860B1 (ko) | 슈퍼캐패시터 및 그 제조방법 | |
| Azam et al. | Activated carbon and single-walled carbon nanotube based electrochemical capacitor in 1 M LiPF6 electrolyte | |
| US20150162139A1 (en) | Power storage device and super capacitor device | |
| KR20120020896A (ko) | 전극 구조체 및 그 제조 방법, 그리고 상기 전극 구조체를 구비하는 에너지 저장 장치 | |
| Yoo et al. | Effect of crystallinity on the electrochemical properties of carbon black electrodes | |
| Liu et al. | Capacitance of coarse-grained carbon electrodes with thickness up to 800 μm | |
| Que et al. | Hierarchical hydrogen titanate nanowire arrays/anatase TiO2 heterostructures as binder-free anodes for Li-ion capacitors | |
| RU182720U1 (ru) | Гибридный суперконденсатор | |
| Kiseleva et al. | Influence of carbon conductive additives on electrochemical double-layer supercapacitor parameters | |
| RU203052U1 (ru) | Гибридный графеновый суперконденсатор | |
| KR20120129569A (ko) | 하이브리드 커패시터 | |
| Li et al. | Agricultural waste-derived activated carbon/graphene composites for high performance lithium-ion capacitors | |
| KR20120064944A (ko) | 에너지 저장장치용 전극, 그 제조방법 및 이를 이용한 에너지 저장장치 | |
| TWI498931B (zh) | 儲能元件 | |
| JP2005044821A (ja) | 電気二重層キャパシタ | |
| KR102318232B1 (ko) | 캐패시터용 전극 재료 및 이를 포함하는 캐패시터 | |
| TWI668902B (zh) | 電極片與電化學儲能元件 | |
| KR102348930B1 (ko) | 전극구조 및 이를 포함하는 전기화학 소자 | |
| Padma et al. | Graphene based coin cell supercapacitors with conducting polymer binder | |
| KR100672310B1 (ko) | 에너지 저장형 캐패시터 및 그 제조방법 |