RU2166219C2 - Capacitor with double electric layer - Google Patents
Capacitor with double electric layer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2166219C2 RU2166219C2 RU99110889/09A RU99110889A RU2166219C2 RU 2166219 C2 RU2166219 C2 RU 2166219C2 RU 99110889/09 A RU99110889/09 A RU 99110889/09A RU 99110889 A RU99110889 A RU 99110889A RU 2166219 C2 RU2166219 C2 RU 2166219C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- electric layer
- double electric
- electrolyte
- power
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/02—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof using combined reduction-oxidation reactions, e.g. redox arrangement or solion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/56—Solid electrolytes, e.g. gels; Additives therein
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания устройств, аккумулирующих электрическую энергию и применено:
- в системах аварийного энергообеспечения при работе в режиме постоянного или компенсационного подзаряда;
- для обеспечения постоянного энергоснабжения при использовании периодически действующих источников энергии, например, в ветро- и гелиоэнергетике;
- в устройствах, аккумулирующих энергию рекуперативного торможении на транспорте;
- в качестве тяговых батарей для электротранспорта.The invention relates to electrical engineering and can be used to create devices that accumulate electrical energy and is used:
- in emergency power supply systems when operating in the constant or compensating charge mode;
- to ensure a constant energy supply when using periodically operating energy sources, for example, in wind and solar energy;
- in devices that accumulate regenerative braking energy in vehicles;
- as traction batteries for electric vehicles.
Принцип действия известного конденсатора с двойным электрическим слоем или электрохимического конденсатора основан на использовании энергии, накопленной в двойном электрическом слое, возникающем на границе проводников первого и второго рода (электрод - электролит). The principle of operation of the known capacitor with a double electric layer or an electrochemical capacitor is based on the use of energy accumulated in the double electric layer arising at the boundary of conductors of the first and second kind (electrode - electrolyte).
Как правило, электроды в таких конденсаторах выполнены из углеродных материалов с высокой удельной поверхностью. Энергоемкость конденсатора ограничена напряжением разложения и емкостью двойного электрического слоя, которые присущи применяемому электролиту. В случае вoдного электролита напряжение разложения составляет 1,23 В. Typically, the electrodes in such capacitors are made of carbon materials with a high specific surface area. The energy capacity of the capacitor is limited by the decomposition voltage and the capacity of the double electric layer, which are inherent in the used electrolyte. In the case of a water electrolyte, the decomposition voltage is 1.23 V.
Известен конденсатор с двойным электрическим слоем, включающий два электрода и водный электролит (патент RU N 2054723, кл. H 01 G 9/00, 1996 г.). Known capacitor with a double electric layer, comprising two electrodes and an aqueous electrolyte (patent RU N 2054723, CL H 01 G 9/00, 1996).
Использование органических растворителей в качестве электролита позволяет поднять рабочее напряжение конденсатора до 3-4 В. The use of organic solvents as an electrolyte allows you to raise the operating voltage of the capacitor to 3-4 V.
Однако реализация больших мощностей в конденсаторе с двойным электрическим слоем с органическим электролитом затруднена из-за низкой электропроводности последнего. However, the implementation of large capacities in a capacitor with a double electric layer with an organic electrolyte is difficult due to the low conductivity of the latter.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является конденсатор с двойным электрическим слоем, включающий поляризуемые электроды, сепаратор и расплавленный электролит (патент US N 5621607, кл. H 01 G 9/04, 1993 г.). The closest in technical essence to the proposed solution is a capacitor with a double electric layer, including polarizable electrodes, a separator and molten electrolyte (patent US N 5621607, CL H 01 G 9/04, 1993).
В известном конденсаторе в качестве электролита используют расплавленные хлориды и бромиды. In the known capacitor, molten chlorides and bromides are used as the electrolyte.
Например, емкость электрода из активированного углеродного материала с поверхностью 900-1200 м2/г в электролите из эвтектической смеси хлоридов калия и лития составляет при 400-500oC примерно 500 Ф/г, с поверхностью 1500-2000 м2/г составляет 600 Ф/г. Электропроводность этого электролита при 400oC равна 1,7 См/см. Напряжение разложения расплавленных хлоридов алюминия и магния превышает 2.5 В, хлоридов щелочных металлов - 3.5 В, а фторидов - 5 В.For example, the capacity of an electrode of activated carbon material with a surface of 900-1200 m 2 / g in an electrolyte from a eutectic mixture of potassium and lithium chlorides is approximately 500 F / g at 400-500 o C, with a surface of 1500-2000 m 2 / g is 600 F / g The electrical conductivity of this electrolyte at 400 ° C. is 1.7 S / cm. The decomposition voltage of molten aluminum and magnesium chlorides exceeds 2.5 V, alkali metal chlorides - 3.5 V, and fluorides - 5 V.
Использование расплавленных солей сопряжено с решением ряда проблем, связанных с их высокой коррозионной агрессивностью при повышенных температурах по отношению к конструкционным материалам корпуса, токоотводов и т.д. The use of molten salts is associated with solving a number of problems associated with their high corrosiveness at elevated temperatures in relation to structural materials of the housing, down conductors, etc.
Проблемы эти настолько существенны, что могут не позволить создать конденсатор с расплавленным электролитом, обладающий приемлемым для практики ресурсом и сроком службы. These problems are so significant that they may not allow the creation of a capacitor with molten electrolyte, which has an acceptable resource and service life for practice.
Задачей, решаемой предлагаемым конденсатором с двойным электрическим слоем, является создание работоспособного устройства с большим ресурсом и сроком службы в сочетании с высокими удельной энергией и мощностью. The problem solved by the proposed capacitor with a double electric layer is to create a workable device with a long resource and service life in combination with high specific energy and power.
Технический результат в предлагаемом решении достигают созданием конденсатора с двойным электрическим слоем, включающего электроды, по крайней мере один из которых поляризуемый, сепаратор и расплавленный электролит, который согласно изобретению снабжен загустителем, который входит в состав расплавленного электролита. The technical result in the proposed solution is achieved by creating a capacitor with a double electric layer, including electrodes, at least one of which is polarizable, a separator and molten electrolyte, which according to the invention is equipped with a thickener, which is part of the molten electrolyte.
Изобретение характеризуется тем, что в качестве загустителя используют инертный высокодисперсный материал. The invention is characterized in that an inert highly dispersed material is used as a thickener.
Материалами могут быть порошки с частицами любой формы (в том числе волокна). Materials can be powders with particles of any shape (including fibers).
Изобретение характеризуется тем, что в качестве загустителя используют высокодисперсный материал на основе оксидов алюминия или магния, или кальция, или стронция, или бора, или кремния, или циркония, или иттрия, или бериллия, или их смесей, или смешанных оксидов вышеперечисленных элементов, или нитридов вышеперечисленных элементов или их смесей, или смесей оксидов, смешанных оксидов и нитридов вышеперечисленных элементов. The invention is characterized in that as a thickener, a finely dispersed material based on aluminum or magnesium oxides, or calcium, or strontium, or boron, or silicon, or zirconium, or yttrium, or beryllium, or mixtures thereof, or mixed oxides of the above elements, or nitrides of the above elements or mixtures thereof, or mixtures of oxides, mixed oxides and nitrides of the above elements.
Изобретение характеризуется также тем, что второй электрод выполнен неполяризуемым и содержит в качестве активного материала вещества, способные обратимо электрохимически окисляться и восстанавливаться в среде данного расплавленного электролита. The invention is also characterized by the fact that the second electrode is non-polarizable and contains substances as active material that can be reversibly electrochemically oxidized and reduced in the environment of this molten electrolyte.
Это позволяет повысить удельную энергию конденсатора. This allows you to increase the specific energy of the capacitor.
В качестве активного материала вещества могут быть использованы металлы первой или второй, или третьей групп Периодической системы, или их смесь, или их сплав с углеродом, или кремнием, или бором, или другими металлами. As the active material of the substance can be used metals of the first or second, or third groups of the Periodic system, or a mixture thereof, or their alloy with carbon, or silicon, or boron, or other metals.
Металлы и сплав могут образовываться в процессе заряда конденсатора. Их используют в качестве отрицательного электрода. Metals and alloys can form during the process of charging a capacitor. They are used as a negative electrode.
Введение в состав электролита загустителя позволяет создать конденсатор с двойным электрическим слоем (элемент), в котором расплавленный электролит закреплен за счет капиллярных сил в активном материале электрода и загустителе и не контактирует с деталями корпуса. В таком элементе загущенный электролит одновременно может служить сепаратором. The introduction of a thickener into the electrolyte allows you to create a capacitor with a double electric layer (element), in which the molten electrolyte is fixed by capillary forces in the active material of the electrode and the thickener and does not come into contact with the body parts. In such an element, the thickened electrolyte can simultaneously serve as a separator.
Это позволяет, во-первых, избежать коррозии конструкционных материалов, во-вторых, создать бескорпусный элемент - конденсатор с двойным электрическим слоем. This allows, firstly, to avoid corrosion of structural materials, and secondly, to create a frameless element - a capacitor with a double electric layer.
Расплавленный электролит может содержать различное количество загустителя, т.е. иметь различную степень загущенности. При более низком содержании загустителя увеличиваются электропроводность электролита и емкость конденсатора, при более высоком - растет механическая устойчивость системы. The molten electrolyte may contain a different amount of thickener, i.e. have a different degree of thickening. At a lower thickener content, the electrolyte conductivity and capacitance of the capacitor increase, while at a higher concentration, the mechanical stability of the system increases.
Сущность предлагаемого конденсатора с двойным электрическим слоем поясняется нижеследующим описанием и примерами, а также чертежом, на котором схематично показана конструкция конденсатора. The essence of the proposed capacitor with a double electric layer is illustrated by the following description and examples, as well as the drawing, which schematically shows the design of the capacitor.
Конденсатор с двойным электрическим слоем включает электроды 1 и 2, по крайней мере один из которых поляризуемый, сепаратор 3, активный материал электрода 4, расплавленный электролит 5, введенный в состав электролита загуститель 6, токоотводы 7. The capacitor with a double electric layer includes electrodes 1 and 2, at least one of which is polarizable, the separator 3, the active material of the electrode 4, the molten electrolyte 5, the thickener 6 introduced into the electrolyte, the collectors 7.
Были проведены испытания предлагаемой конструкции с применением различных материалов, используемых в качестве загустителя, активного материала электрода и т.д. Tests of the proposed design were carried out using various materials used as a thickener, active electrode material, etc.
В качестве материала поляризуемого электрода целесообразно использовать электропроводящие материалы с высокой поверхностью, устойчивые в среде расплавленного электролита (активированный углерод, карбиды, нитриды, оксиды, металлы). It is advisable to use electrically conductive materials with a high surface that are stable in the environment of molten electrolyte (activated carbon, carbides, nitrides, oxides, metals) as the material of a polarizable electrode.
Полученные результаты приведены в описанных ниже примерах. The results are shown in the examples described below.
Пример 1. Example 1
Электроды конденсатора выполнены из порошка активированного угля с поверхностью 900-1200 м2/г (20-30 мас.%) с добавкой электролита и изготовлены в виде дисков диаметром 22 мм и толщиной 1,2 мм. Электролит содержит эвтектическую смесь хлоридов лития и калия (59 мол.% LiCl) с температурой плавления 352oC. В электролит введен в качестве загустителя порошок алюмината магния (40 мас.%). Сепаратор (он же загущенный электролит того же состава) выполнен в виде прессованной пластины толщиной 1 мм. Токоотводами служат графитовые диски диаметром 24 мм и толщиной 0,3 мм.The capacitor electrodes are made of activated carbon powder with a surface of 900-1200 m 2 / g (20-30 wt.%) With the addition of electrolyte and are made in the form of disks with a diameter of 22 mm and a thickness of 1.2 mm. The electrolyte contains a eutectic mixture of lithium and potassium chlorides (59 mol.% LiCl) with a melting point of 352 o C. Magnesium aluminate powder (40 wt.%) Is introduced into the electrolyte as a thickener. The separator (aka thickened electrolyte of the same composition) is made in the form of a pressed plate 1 mm thick. The down conductors are graphite disks with a diameter of 24 mm and a thickness of 0.3 mm.
Пример 2. Example 2
В отличие от примера 1 электроды выполнены из порошка активированного угля с удельной поверхностью 1500-2000 м2/г.In contrast to example 1, the electrodes are made of activated carbon powder with a specific surface area of 1500-2000 m 2 / g.
Пример 3. Example 3
В отличие от примера 1 один электрод изготовлен в виде пластины из порошка дисульфида железа (FeS2) с добавкой электролита толщиной 0,5 мм.In contrast to example 1, one electrode is made in the form of a plate of iron disulfide powder (FeS 2 ) with the addition of an electrolyte 0.5 mm thick.
Пример 4. Example 4
В отличие от примера 1 один электрод изготовлен в виде пластины из порошка литий-алюминиевого сплава (2-4 мас.% лития) толщиной 0,5 мм. In contrast to example 1, one electrode is made in the form of a plate of powder of lithium-aluminum alloy (2-4 wt.% Lithium) with a thickness of 0.5 mm
Характеристики конденсаторов при температуре 400oC в соответствии с приведенными примерами описаны в таблице.The characteristics of the capacitors at a temperature of 400 o C in accordance with the above examples are described in the table.
На основе предлагаемого конденсатора с двойным электрическим слоем возможно создание батареи биполярной конструкции, включающей сколь угодно много элементов для получения необходимого напряжения, объединенного в единый корпус. Отсутствие корпусов для каждого из элементов существенно упростит конструкцию батареи и уменьшит ее вес. Based on the proposed capacitor with a double electric layer, it is possible to create a battery of a bipolar design, including as many elements as necessary to obtain the necessary voltage, combined into a single housing. The absence of cases for each of the elements will greatly simplify the design of the battery and reduce its weight.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99110889/09A RU2166219C2 (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Capacitor with double electric layer |
PCT/RU2000/000346 WO2002019356A1 (en) | 1999-05-31 | 2000-08-29 | Electrochemical double-layer capacitor |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99110889/09A RU2166219C2 (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Capacitor with double electric layer |
PCT/RU2000/000346 WO2002019356A1 (en) | 1999-05-31 | 2000-08-29 | Electrochemical double-layer capacitor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99110889A RU99110889A (en) | 2001-02-20 |
RU2166219C2 true RU2166219C2 (en) | 2001-04-27 |
Family
ID=26653592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99110889/09A RU2166219C2 (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Capacitor with double electric layer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2166219C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520183C2 (en) * | 2012-07-11 | 2014-06-20 | Закрытое акционерное общество "ЭЛТОН" | Method to operate electrochemical capacitors |
-
1999
- 1999-05-31 RU RU99110889/09A patent/RU2166219C2/en active IP Right Revival
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520183C2 (en) * | 2012-07-11 | 2014-06-20 | Закрытое акционерное общество "ЭЛТОН" | Method to operate electrochemical capacitors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sotomura et al. | New organodisulfide—polyaniline composite cathode for secondary lithium battery | |
CA1168701A (en) | Reversible electrochemical doping of conjugated polymers, and secondary batteries based thereon | |
US3922174A (en) | Electrochemical cell | |
US3508967A (en) | Negative lithium electrode and electrochemical battery containing the same | |
US3891457A (en) | Electrochemical cell | |
US9117596B2 (en) | Capacitor electrodes for lead-acid battery with surface-modified additives | |
JPH0454350B2 (en) | ||
JP6298036B2 (en) | High energy density liquid active material for flow batteries based on quinone | |
KR20100084666A (en) | Recombinant hybrid energy storage device | |
JP6233335B2 (en) | Non-aqueous electrolyte air battery and method of using the same | |
CA1155914A (en) | Stable high drain battery | |
US20130288153A1 (en) | Sodium-Sulfur Battery | |
FR2466873A1 (en) | ELECTRIC GENERATOR WITH HIGH ENERGY DENSITY | |
CA1077562A (en) | Electrode structure for electrical energy storage device | |
US3484296A (en) | Low temperature battery | |
RU2166219C2 (en) | Capacitor with double electric layer | |
JP2010086924A (en) | Magnesium air secondary battery | |
US10305139B2 (en) | Energy storage system | |
US3562017A (en) | Non-aqueous electrolytes and electro-chemical batteries containing the same | |
JP2002025868A (en) | Electric double-layer capacitor | |
US6791820B1 (en) | Electrochemical capacitor having double electrical layer | |
CA2389727A1 (en) | Capacitor development | |
EP0118026A1 (en) | Secondary cell using polymeric material | |
JPH0266918A (en) | Electric double layer capacitor | |
JP3239374B2 (en) | Electrode composition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030601 |
|
NF4A | Reinstatement of patent | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070601 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100727 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120813 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: SUB-LICENCE Effective date: 20130613 |