RU2125750C1

RU2125750C1 - Double-layer capacitor operating process

Info

Publication number: RU2125750C1
Application number: RU97114687A
Authority: RU
Inventors: А.В. Попов; А.В. Гительсон; Г.Я. Кузьмин
Original assignee: Попов Андрей Вениаминович; Гительсон Александр Владимирович; Кузьмин Геннадий Яковлевич
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-01-27

Abstract

FIELD: high-rating capacitors. SUBSTANCE: capacitor has water electrolyte and polarized negative carbon electrode. Its operation includes repeated charge at voltage maintained constant upon discharge. Charging is conducted at voltage building up potential across negative electrode ranging between -150 and +200 mV relative to reference hydrogen electrode immersed in same electrolyte. EFFECT: improved rating and stored energy of capacitor. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам эксплуатации высокоемких электрических конденсаторов. The invention relates to methods for operating high-capacity electric capacitors.

Известны конденсаторы, запасающие энергию за счет емкости двойного электрического слоя на границе раздела "электрод-электролит" (В.П.Кузнецов и др. "Пути и перспективы развития и применения конденсаторов с двойным электрическим слоем (ионисторов)". "Электронная техника", сер.5, N 4, 1991) (1). Known capacitors that store energy due to the capacity of a double electric layer at the electrode-electrolyte interface (V.P. Kuznetsov et al. "Ways and prospects for the development and use of capacitors with a double electric layer (ionistors)." "Electronics", ser. 5, N 4, 1991) (1).

Из известных способов эксплуатации конденсаторов с двойным электрическим слоем наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ эксплуатации двойнослойного конденсатора с углеродными поляризуемыми электродами и водным электролитом, включающий повторяющийся заряд при постоянном напряжении после разряда (WO 94/06137, H 01 G 9/00, 1994). Of the known methods for operating capacitors with a double electric layer, the closest in combination of essential features is the method of operating a double-layer capacitor with carbon polarizable electrodes and an aqueous electrolyte, including a repeated charge at a constant voltage after discharge (WO 94/06137, H 01 G 9/00, 1994 )

Недостатком указанного способа эксплуатации является недостаточная зарядная емкость. The disadvantage of this method of operation is the insufficient charging capacity.

Задачей изобретения является создание способа эксплуатации конденсаторов, обеспечивающего получение повышенной емкости конденсатора. Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе эксплуатации двойнослойного конденсатора с водным электролитом и поляризуемым отрицательным электродом из углеродного материала, включающем повторяющийся заряд при постоянном напряжении после разряда, заряд проводят при напряжении, при котором потенциал отрицательного электрода составляет от -150 до +200 мВ относительно водородного электрода сравнения, в том же электролите. The objective of the invention is to provide a method of operating capacitors, providing high capacitance. The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method of operation of a double-layer capacitor with an aqueous electrolyte and a polarizable negative electrode of carbon material, which includes a repeated charge at a constant voltage after discharge, the charge is carried out at a voltage at which the potential of the negative electrode is from -150 to +200 mV relative to the hydrogen reference electrode, in the same electrolyte.

Известно (Е.А.Пономаренко, А.Н.Фрумкин, Р.Х.Бурштейн "Зависимость потенциала угольного электрода от pH раствора в изоэлектрических условиях", Известия АН СССР, сер хим. 1963, N 9), что при потенциале угольного электрода вблизи потенциала водородного электрода в том же растворе на поверхности угля обратимо (по заряду адсорбируется атомарный водород по реакции
2H⁺+2e ⇄ 2H_adc (C).
При заряде отрицательного электрода конденсатора до потенциала адсорбции происходит дополнительное запасание заряда, а при разряде - отдача заряда путем десорбции водорода, т.е. емкость конденсатора возрастает. При заряде электрода до потенциала более отрицательного, чем 150 мВ относительно водородного электрода начинается заметное выделение молекулярного водорода, что может нарушить работоспособность конденсатора. При заряжении до потенциала более положительного чем +200 мВ повышения характеристик не наблюдается.It is known (E.A. Ponomarenko, A.N. Frumkin, R.Kh. Burshtein "The dependence of the potential of a carbon electrode on the pH of a solution under isoelectric conditions", Izvestiya AN SSSR, ser. Chem. 1963, No. 9), that with the potential of a carbon electrode near the potential of the hydrogen electrode in the same solution, it is reversible on the surface of the coal (atomic hydrogen is adsorbed by the charge
^{_{2H + + 2e ⇄ 2H adc (}} C).
When the negative capacitor electrode is charged to the adsorption potential, an additional charge storage occurs, and during discharge, the charge is released by hydrogen desorption, i.e. capacitor capacitance increases. When the electrode is charged to a potential that is more negative than 150 mV relative to the hydrogen electrode, a noticeable release of molecular hydrogen begins, which can disrupt the performance of the capacitor. When charging to a potential more positive than +200 mV, an increase in characteristics is not observed.

Измерение потенциала отрицательного электрода может быть произведено до герметизации конденсатора путем введения электрода сравнения, заряжения конденсаторов и измерения потенциала по обычным методикам электрохимических измерений. The potential of the negative electrode can be measured before the capacitor is sealed by introducing a reference electrode, charging the capacitors and measuring the potential according to the usual methods of electrochemical measurements.

Для иллюстрации сути изобретения были сняты кривые заряжения электрода из активированной ткани ДСТГ в 38%-ной серной кислоте после стабилизации потенциала при 200,0 и -150 мВ относительно E_r (см. чертеж). E_r - потенциал электрода относительно водородного электрода сравнения в том же растворе. Видно, что энергия и емкость конденсатора при заряжении отрицательного электрода до указанной области потенциалов возрастают.To illustrate the essence of the invention, the charging curves of the electrode from the activated DSTG tissue in 38% sulfuric acid were taken after stabilization of the potential at 200.0 and -150 mV relative to _Er (see drawing). E _r is the electrode potential relative to the hydrogen reference electrode in the same solution. It is seen that the energy and capacitance of the capacitor increases when the negative electrode is charged to this potential region.

Положительный электрод конденсатора должен иметь соответствующую емкость, чтобы не выйти за пределы рабочей области потенциалов (с учетом повышенной емкости отрицательного электрода). The positive electrode of the capacitor should have an appropriate capacitance, so as not to go beyond the limits of the working range of potentials (taking into account the increased capacitance of the negative electrode).

Claims

A method of operating a double-layer capacitor with an aqueous electrolyte and a polarized negative electrode made of carbon material, comprising a repeated charge at a constant voltage after discharge, characterized in that the charge is produced at a voltage at which the potential of the negative electrode leaves from -150 to +200 mV relative to the hydrogen reference electrode in the same electrolyte.