RU2427052C1 - Electrode material for electric capacitor, its manufacturing method, and electric supercapacitor - Google Patents
Electrode material for electric capacitor, its manufacturing method, and electric supercapacitor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2427052C1 RU2427052C1 RU2010115539/07A RU2010115539A RU2427052C1 RU 2427052 C1 RU2427052 C1 RU 2427052C1 RU 2010115539/07 A RU2010115539/07 A RU 2010115539/07A RU 2010115539 A RU2010115539 A RU 2010115539A RU 2427052 C1 RU2427052 C1 RU 2427052C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductive additive
- active carbon
- carbon
- electrode material
- polymer binder
- Prior art date
Links
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
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/38—Carbon pastes or blends; Binders or additives therein
-
- 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
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- 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
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Abstract
Description
Группа изобретений относится к электротехнике, а именно к электродному материалу для изготовления электродов электролитических двухслойных конденсаторов, и может быть использовано при создании высокоэффективных накопителей электрической энергии, например источников бесперебойного питания для телекоммуникационных систем, источников энергии для силовых приводов и трансмиссий и т.п.The group of inventions relates to electrical engineering, namely to electrode material for the manufacture of electrodes of electrolytic two-layer capacitors, and can be used to create highly efficient energy storage devices, for example, uninterruptible power supplies for telecommunication systems, energy sources for power drives and transmissions, etc.
Современная электротехника, в том числе системы рекуперации энергии, требуют более высоких значений удельной мощности суперконденсатора, обеспечить которые могут только суперконденсаторы идеального типа, где отсутствуют электрохимические реакции при разряде/заряде. Суперконденсаторы являются незаменимыми элементами питания не только по причине высокой плотности мощности, но и из-за практически бесконечного числа циклов заряд-разряд без изменения структуры. При совместном использовании батареи и суперконденсатора последний поддерживает недостающее напряжение батареи, когда это необходимо, позволяет использовать ее полную емкость, предотвращает перепады напряжения. Суперконденсаторы являются надежными источниками бесперебойного питания для телекоммуникационных систем, энергии для силовых приводов и трансмиссий, повышения качества электроэнергии за счет фильтрации и стабилизация импульсов тока.Modern electrical engineering, including energy recovery systems, require higher values of the specific power of the supercapacitor, which can be provided only by supercapacitors of the ideal type, where there are no electrochemical reactions during discharge / charge. Supercapacitors are indispensable batteries not only because of the high power density, but also because of the almost infinite number of charge-discharge cycles without changing the structure. When using the battery and the supercapacitor together, the latter supports the missing battery voltage, when necessary, allows you to use its full capacity, prevents voltage drops. Supercapacitors are reliable uninterruptible power supplies for telecommunication systems, energy for power drives and transmissions, improving the quality of electricity through filtration and stabilization of current pulses.
Идеальный суперконденсатор состоит из двух идеально поляризуемых электродов, разделенных ионопроницаемым сепаратором, пропитанным электролитом.An ideal supercapacitor consists of two perfectly polarizable electrodes separated by an ion-permeable separator impregnated with an electrolyte.
Электроды суперконденсатора должны удовлетворять, по крайней мере, двум условиям - большой поверхности контакта электродного материала с электролитом и их значительной поляризуемости (что обеспечивает емкость прибора) и высокой проводимости материала электрода. Наиболее широко в качестве электродного материала, отвечающего названным условиям, используются металлизированные активные углеродные основы, включающие активные порошковые угли, активные углеродные ткани, волокна, а также полимерное связующее для повышения механической прочности.The supercapacitor electrodes must satisfy at least two conditions - a large contact surface of the electrode material with the electrolyte and their significant polarizability (which ensures the capacity of the device) and high conductivity of the electrode material. The most widely used electrode material to meet these conditions is metallized active carbon bases, including active powder coals, active carbon fabrics, fibers, as well as a polymer binder to increase mechanical strength.
Так, известно использование в качестве электродного материала углеродного волокнистого материала, металлизированного никелем (RU 2058054, МПК H01G 9/04 от 03.06.92).So, it is known to use carbon fiber material metallized with nickel as the electrode material (RU 2058054, IPC H01G 9/04 of 06/03/92).
Известны электроды конденсатора с двойным электрическим слоем, выполненные из эластичного материала, состоящего из смеси частиц активированного угля, содержащего крупные и мелкие частицы, пористого эластичного диэлектрика и полимерного связующего (РСТ, WO 94/10698 от 27.10.92).Known electrodes of a capacitor with a double electric layer made of an elastic material consisting of a mixture of activated carbon particles containing large and small particles, a porous elastic dielectric and a polymer binder (PCT, WO 94/10698 from 10.27.92).
Конденсатор, собранный из известных электродов, обладает невысокой емкостью, достаточно большим сопротивлением из-за использования в их составе пористого эластичного диэлектрика и сравнительно небольшой механической прочностью.A capacitor assembled from known electrodes has a low capacitance, a sufficiently large resistance due to the use of a porous elastic dielectric in their composition, and relatively low mechanical strength.
В качестве прототипа выбран известный электродный материал, включающий металлизированную активную углеродную основу из смеси активного угля, электронопроводящей добавки в виде технического углерода и полимерного связующего (описание к патенту RU 2172037, МПК7 H01G 9/058, H01G 9/155 (1)).As a prototype, a well-known electrode material was selected, which includes a metallized active carbon base from a mixture of activated carbon, an electron-conductive additive in the form of carbon black and a polymer binder (description to patent RU 2172037, IPC7 H01G 9/058, H01G 9/155 (1)).
Известный способ изготовления электродного материала предусматривает получение активной угольной основы, при котором смешивают активированный уголь, порошок графита или сажи и частиц полимера с последующим формованием смеси путем прессования и термообработки до температуры размягчения полимера, и соединение основы с токоотводящей пластиной (1).A known method of manufacturing an electrode material involves the production of an active carbon base, in which activated carbon, graphite or carbon black powder and polymer particles are mixed, followed by molding the mixture by pressing and heat treatment to the softening temperature of the polymer, and connecting the base to a current-conducting plate (1).
Известный способ изготовления электродного материала, используемого для получения электродов-конденсаторов с двойным электрическим слоем, требуют добавления большого количества связующего материала.A known method of manufacturing an electrode material used to obtain electrodes of capacitors with a double electric layer, require the addition of a large amount of binder material.
Использование большего количества связующего приводит к соответствующему снижению количества активированного углеродного материала, содержащегося в получающемся электроде. Сокращение количества присутствующего в электроде активированного углерода впоследствии уменьшает емкостные и энергонакопительные характеристики конденсатора, в котором установлен этот электрод.The use of more binder leads to a corresponding reduction in the amount of activated carbon material contained in the resulting electrode. Reducing the amount of activated carbon present in the electrode subsequently reduces the capacitive and energy storage characteristics of the capacitor in which this electrode is installed.
Известен конденсатор большой мощности на двойном электрическом слое, состоящий из спрессованных в единый блок поляризуемых электродов, включающих металлизированную активную углеродную основу, сепаратор и электролит на водной основе, размещенные в корпусе. В качестве активной углеродной основы использованы углеродные волокна с совершенной гексагональной кристаллической структурой графита и упорядоченной системой внутренних пор с характерными двойными ямами адиабатического потенциала, поверхность волокон непосредственно покрыта тонкими проводящими металлическими пленками путем осаждения из газовой фазы без использования связующего вещества (описание к патенту RU №2098879, МПК 6 H01G 9/155).A known capacitor of high power on a double electric layer, consisting of polarized electrodes pressed into a single block, including a metallized active carbon base, a separator and a water-based electrolyte, are placed in the housing. As an active carbon base, carbon fibers with a perfect hexagonal crystalline structure of graphite and an ordered system of internal pores with characteristic double wells of adiabatic potential are used, the surface of the fibers is directly covered with thin conductive metal films by deposition from the gas phase without the use of a binder (description of patent RU No. 2098879 IPC 6 H01G 9/155).
Недостатком известного конденсатора является низкая механическая прочность электродов, создающая проблему сохранения их целостности и усложняющая сборку блоков. Кроме того, ограничиваются технические возможности по конструированию блоков и использованием электролитов на водной основе. Использование водного электролита накладывает ограничения на максимальное рабочее напряжение одного элемента суперконденсатора (до 1,4 В), это связано с процессом разложения воды.A disadvantage of the known capacitor is the low mechanical strength of the electrodes, creating the problem of maintaining their integrity and complicating the assembly of the blocks. In addition, limited technical capabilities for the design of blocks and the use of water-based electrolytes. The use of an aqueous electrolyte imposes restrictions on the maximum operating voltage of one element of a supercapacitor (up to 1.4 V), this is due to the process of water decomposition.
Поэтому наиболее перспективными являются суперконденсаторы на основе неводного (органического) электролита.Therefore, the most promising are supercapacitors based on non-aqueous (organic) electrolyte.
Задача изобретения - усовершенствование состава и способа изготовления композитного электродного материала для электродов конденсатора электрического с двойным электрическим слоем и создание с их использованием малогабаритного суперконденсатора электрического с возможностью использования как водного, так и неводного (органического) электролита.The objective of the invention is to improve the composition and method of manufacturing a composite electrode material for electrodes of an electric capacitor with a double electric layer and the creation with their use of a small-sized supercapacitor electric with the possibility of using both aqueous and non-aqueous (organic) electrolyte.
Технический результат - повышение удельной электрической емкости электродного материала в неводном электролите до 80-90 Ф/г, снижение внутреннего сопротивления электродного материла до 0,3 Ом и менее, повышение механической прочности электродного материала при резке и скручивании и срока службы и устойчивости работы конденсатора в условиях высоких и низких температур наружного воздуха.The technical result is an increase in the specific electric capacitance of the electrode material in a non-aqueous electrolyte to 80-90 F / g, a decrease in the internal resistance of the electrode material to 0.3 Ohm or less, an increase in the mechanical strength of the electrode material during cutting and twisting, and a service life and stability of the capacitor in conditions of high and low outdoor temperatures.
Технический результат достигается тем, что электродный материал конденсатора электрического, включающий металлизированную активную углеродную основу из смеси активного угля, электронопроводящей добавки и полимерного связующего, содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: активный уголь 70-90, электронопроводящая добавка 5-20, полимерное связующее с органическим растворителем 5-10, а электронопроводящая добавка состоит из многостенных углеродных нанотрубок и/или технического углерода.The technical result is achieved in that the electrode material of the electric capacitor, including a metallized active carbon base from a mixture of active carbon, an electron-conductive additive and a polymer binder, contains components in the following ratio, wt.%: Activated carbon 70-90, electron-conductive additive 5-20, polymer a binder with an organic solvent 5-10, and an electronically conductive additive consists of multi-walled carbon nanotubes and / or carbon black.
При этом в электронопроводящей добавке могут быть использованы многостенные углеродные нанотрубки длиной 2 мкм и наружным диаметром 15-40 нм, а технический углерод с размером частиц 13-120 нм. В качестве активного угля может быть использован пористый уголь с размером частиц 1-20 мкм, общей площадью поверхности не менее 1900 м2/г и площадью поверхности мезопор не менее 100 м2/г из числа: древесный, кокосовый, каменноугольный с содержанием хлоридов до 50 ppm, железа до 100 ppm.In this case, multi-walled carbon nanotubes with a length of 2 μm and an outer diameter of 15–40 nm can be used in an electron-conductive additive, and carbon black with a particle size of 13–120 nm. As activated carbon, porous coal with a particle size of 1-20 μm, a total surface area of at least 1900 m 2 / g and a mesopore surface area of at least 100 m 2 / g from: wood, coconut, coal with a chloride content of up to 50 ppm, iron up to 100 ppm.
В качестве полимерного связующего могут быть использованы поливиниловый спирт, или каучуки, или фторопласты высокой дисперсности, а в качестве органического растворителя метиловый, или этиловый, или изопропиловый спирты или ацетон.Polyvinyl alcohol, or rubbers, or fluoroplasts of high dispersion can be used as a polymeric binder, and methyl, or ethyl, or isopropyl alcohols or acetone as an organic solvent.
В способе изготовления электродного материала, включающем смешивание активного угля, электронопроводящей добавки и полимерного связующего с органическим растворителем, уплотнение смеси с последующими формованием активной углеродной основы, термообработкой и металлизацией последней, смесь перед уплотнением подвергают фибриллизации при температуре 50°С, а термообработку ведут при температуре 100°С, при этом смесь для получения активной углеродной основы содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: активный уголь 70-90, электронопроводящая добавка 5-20, полимерное связующее 5-10, при этом электронопроводящая добавка состоит из многостенных углеродных нанотрубок и/или технического углерода, а полимерное связующее перед введением в смесь перемешивают с органическим растворителем до пастообразного состояния.In a method of manufacturing an electrode material, comprising mixing active carbon, an electron-conductive additive and a polymer binder with an organic solvent, compacting the mixture, followed by molding the active carbon base, heat treating and metallizing the latter, the mixture is subjected to fibrillation before densification at a temperature of 50 ° C, and heat treatment is carried out at a temperature 100 ° C, while the mixture to obtain an active carbon base contains components in the following ratio, wt.%: Activated carbon 70-90, electron conductive additive 5-20, a polymer binder 5-10, while the electron-conductive additive consists of multi-walled carbon nanotubes and / or carbon black, and the polymer binder is mixed with an organic solvent until a paste-like state before being introduced into the mixture.
При этом в электронопроводящей добавке могут быть использованы многостенные углеродные нанотрубки длиной 2 мкм и наружным диаметром 15-40 нм, а технический углерод с размером частиц 13-120 нм.In this case, multi-walled carbon nanotubes with a length of 2 μm and an outer diameter of 15–40 nm can be used in an electron-conductive additive, and carbon black with a particle size of 13–120 nm.
В качестве активного угля может быть использован пористый уголь с размером частиц 1-20 мкм, общей площадью поверхности не менее 1900 м2/г и площадью поверхности мезопор не менее 100 м2/г из числа: древесный, кокосовый, каменноугольный с содержанием хлоридов до 50 ppm, железа до 100 ppm.As activated carbon, porous coal with a particle size of 1-20 μm, a total surface area of at least 1900 m 2 / g and a mesopore surface area of at least 100 m 2 / g from: wood, coconut, coal with a chloride content of up to 50 ppm, iron up to 100 ppm.
В качестве полимерного связующего могут быть использованы поливиниловый спирт, или каучуки, или фторопласты высокой дисперсности, а в качестве органического растворителя метиловый, или этиловый, или изопропиловый спирты или ацетон.Polyvinyl alcohol, or rubbers, or fluoroplasts of high dispersion can be used as a polymeric binder, and methyl, or ethyl, or isopropyl alcohols or acetone as an organic solvent.
Активная углеродная основа может быть сформована в виде ленты, а ее металлизация осуществлена прессованием с алюминиевой фольгой между двумя валками.The active carbon base can be molded in the form of a tape, and its metallization is carried out by extrusion with aluminum foil between two rolls.
Активная углеродная основа может быть сформована в виде ткани из нитевидной активной углеродной основы с металлизированным покрытием или с вплетенными металлическими волокнами.The active carbon base can be formed into a fabric of a filamentary active carbon base with a metallized coating or with interwoven metal fibers.
В суперконденсаторе электрическом, включающем размещенные в корпусе, по меньшей мере, одну секцию электродов, пропитанных электролитом и разделенных ионопроницаемым сепаратором, электроды выполнены из материала, включающего металлизированную активную углеродную основу из смеси активного угля, электронопроводящей добавки и полимерного связующего при следующем соотношении, мас.%: активный уголь 70-90, электронопроводящая добавка 5-20, полимерное связующее 5-10, а электронопроводящая добавка состоит из многостенных углеродных нанотрубок и/или технического углерода.In an electric supercapacitor, including at least one section of electrodes impregnated with an electrolyte and separated by an ion-permeable separator located in the housing, the electrodes are made of a material comprising a metallized active carbon base from a mixture of active carbon, an electronically conductive additive and a polymer binder in the following ratio, wt. %: activated carbon 70-90, electrically conductive additive 5-20, polymer binder 5-10, and the electrically conductive additive consists of multi-walled carbon nanotubes and / and whether carbon black.
При этом в электронопроводящей добавке могут быть использованы многостенные углеродные нанотрубки длиной 2 мкм и наружным диаметром 15-40 нм, а технический углерод с размером частиц 13-120 нм.In this case, multi-walled carbon nanotubes with a length of 2 μm and an outer diameter of 15–40 nm can be used in an electron-conductive additive, and carbon black with a particle size of 13–120 nm.
В качестве активного угля может быть использован пористый уголь с размером частиц 1-20 мкм, общей площадью поверхности не менее 1900 м2/г и площадью поверхности мезопор не менее 100 м2/г из числа: древесный, кокосовый, каменноугольный с содержанием хлоридов до 50 ppm, железа до 100 ppm.As activated carbon, porous coal with a particle size of 1-20 μm, a total surface area of at least 1900 m 2 / g and a mesopore surface area of at least 100 m 2 / g from: wood, coconut, coal with a chloride content of up to 50 ppm, iron up to 100 ppm.
В качестве полимерного связующего могут быть использованы поливиниловый спирт, или каучуки, или фторопласты высокой дисперсности.As the polymer binder, polyvinyl alcohol, or rubbers, or fluoroplasts of high dispersion can be used.
Активная углеродная основа электродов может быть пропитана электролитом на основе ионной жидкости состава в виде 1 М раствора N,N-диэтил-N-метоксиэтил-N-метиламмония тетрафторбората в ацетонитриле, или 1 М раствор метил-триэтиламмония гексафторфосфата в пропионитриле, или 0,5 М раствор тетраэтиламмония тетрафторбората в ацетонитриле, или 30%-ный водный раствор серной кислоты, или 30%-ный водный раствор гидроксида калия.The active carbon base of the electrodes can be impregnated with an electrolyte based on an ionic liquid of the composition in the form of a 1 M solution of N, N-diethyl-N-methoxyethyl-N-methylammonium tetrafluoroborate in acetonitrile, or 1 M solution of methyltriethylammonium hexafluorophosphate in propionitrile, or 0.5 M solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate in acetonitrile, or a 30% aqueous solution of sulfuric acid, or a 30% aqueous solution of potassium hydroxide.
Электроды могут быть выполнены в виде двухслойной ленты, состоящей из спрессованных слоев активной углеродной основы и алюминиевой фольги и скрученной в рулон.The electrodes can be made in the form of a two-layer tape consisting of compressed layers of an active carbon base and aluminum foil and twisted into a roll.
Электроды могут быть выполнены в виде ткани из нитевидной активной углеродной основы с металлизированным покрытием или с вплетенными металлическими волокнами, скрученной в рулон.The electrodes can be made in the form of a fabric of a filiform active carbon base with a metallized coating or with woven metal fibers twisted into a roll.
Ионопроницаемый сепаратор может быть выполнен из целлюлозной или асбестовой бумаги, или пористой полиэтиленовой или полипропиленовой пленки, или фторопластовой мембраны.The ion-permeable separator can be made of cellulose or asbestos paper, or a porous polyethylene or polypropylene film, or a fluoroplastic membrane.
Примеры, иллюстрирующие возможность реализации состава и способа изготовления электродного материала и суперконденсатора электрического с использованием последнего.Examples illustrating the possibility of implementing the composition and method of manufacturing an electrode material and an electric supercapacitor using the latter.
Пример 1.Example 1
Активную углеродную массу, состоящую из активного угля (80 мас.%), многостенных углеродных нанотрубок (10 мас.%) и дисперсного фторопласта (10 мас.%), перемешанного с ацетоном до пастообразного состояния в течение 20 мин при 1000 об/мин, подвергали фибриллизации при 20 об/мин при температуре 50°С. После уплотнения и раскатки до 150 мкм ленту активной массы наносили на алюминиевую фольгу (30 мкм) путем прессования между двумя валками с последующей сушкой при температуре 100°С. На основе полученного электродного материала собирали суперконденсатор таблеточной формы (площадь электродов 2 см2). В качестве сепаратора использовали полипропиленовую пленку толщиной 12 мкм. В качестве электролита использовали 0,5 М раствор тетраэтиламмония тетрафторбората в ацетонитриле. Полученный суперконденсатор обладает внутренним сопротивлением 0,3 Ом с удельной емкостью электродного материала 80-90 Ф/г.Active carbon mass, consisting of activated carbon (80 wt.%), Multi-walled carbon nanotubes (10 wt.%) And dispersed fluoroplastic (10 wt.%), Mixed with acetone to a paste state for 20 minutes at 1000 rpm, subjected to fibrillation at 20 rpm at a temperature of 50 ° C. After compaction and rolling up to 150 μm, the active mass tape was applied to aluminum foil (30 μm) by pressing between two rolls, followed by drying at a temperature of 100 ° C. On the basis of the obtained electrode material, a tablet-shaped supercapacitor was collected (electrode area 2 cm 2 ). A polypropylene film 12 μm thick was used as a separator. A 0.5 M solution of tetraethylammonium tetrafluoroborate in acetonitrile was used as the electrolyte. The resulting supercapacitor has an internal resistance of 0.3 ohms with a specific electrode capacity of 80-90 F / g.
Пример 2.Example 2
В активной углеродной массе по примеру 1 в качестве электронопроводящей добавки использовали смесь многостенных углеродных нанотрубок (30 мас.%) и технического углерода (70 мас.%), которую вводили в количестве 15 мас.%.In the active carbon mass of Example 1, a mixture of multi-walled carbon nanotubes (30 wt.%) And carbon black (70 wt.%), Which was introduced in an amount of 15 wt.%, Was used as an electrically conductive additive.
Пример 3.Example 3
В активной углеродной массе по примеру 1 в качестве электронопроводящей добавки использовали технический углерод, который вводили в активную углеродную массу в количестве 20 мас.%.In the active carbon mass of Example 1, carbon black was used as an electrically conductive additive, which was introduced into the active carbon mass in an amount of 20 wt.%.
Пример 4.Example 4
Два композитных электрода суперконденсатора, состоящие из алюминиевой подложки (толщина 30 мкм) с нанесенной на нее активной углеродной массой (толщина 150 мкм), в состав которой входят активный уголь, сажа и полимерное связующее, разделялись полипропиленовым сепаратором (толщина 25 мкм) и скручивались в рулон. К электродам суперконденсатора присоединялись токосъемные выводы путем механического контакта. Кроме того, в качестве метода присоединения токосъемного вывода к электроду суперконденсатора может использоваться ультразвуковое сваривание, или термическое спекание, или химическое присоединение, или использование токопроводящих клеев.Two composite supercapacitor electrodes, consisting of an aluminum substrate (30 μm thick) with an active carbon mass deposited on it (150 μm thick), which includes activated carbon, carbon black and a polymer binder, were separated by a polypropylene separator (25 μm thick) and twisted into roll. Current collector leads were connected to the electrodes of the supercapacitor by mechanical contact. In addition, ultrasonic welding, or thermal sintering, or chemical bonding, or the use of conductive adhesives can be used as a method of attaching a current collector lead to an electrode of a supercapacitor.
Далее собранная секция суперконденсатора подвергалась вакуумной пропитке высокоэффективным органическим электролитом на основе ионной жидкости состава 1 М N,N-диэтил-N-метоксиэтил-N-метиламмония тетрафторборат в ацетонитриле в течение 10 мин. В качестве метода пропитки секции суперконденсатора может использоваться также пропитка на воздухе, но более предпочтительной является вакуумная пропитка.Then, the assembled section of the supercapacitor was vacuum impregnated with a highly effective organic electrolyte based on an ionic liquid with the composition 1 M N, N-diethyl-N-methoxyethyl-N-methylammonium tetrafluoroborate in acetonitrile for 10 min. Air impregnation may also be used as a method of impregnating a supercapacitor section, but vacuum impregnation is more preferred.
Пропитанная секция помещалась в корпус и герметизировалась с помощью резиновой втулки путем механической зиговки и завальцовки. Для герметизации секции суперконденсатора от внешней среды также могут использоваться операции заливки компаундом корпуса, термического заваривания корпуса и др.The impregnated section was placed in the housing and sealed with a rubber sleeve by mechanical zigovka and rolling. To seal the supercapacitor section from the external environment, the operations of filling the body with a compound, thermal sealing of the body, etc. can also be used.
Полученный элемент суперконденсатора имел рабочее напряжение 3 В, электрическую емкость от 1 до 100 Ф и эквивалентное последовательное сопротивление от 10 до 200 мОм.The resulting supercapacitor element had an operating voltage of 3 V, an electric capacitance of 1 to 100 F and an equivalent series resistance of 10 to 200 mOhm.
Пример 5.Example 5
В высокоэффективном малогабаритном суперконденсаторе рулонной конструкции по примеру 4 в качестве рабочего электролита используется 1 М раствор метил-триэтиламмония гексафторфосфата в пропионитриле. Полученный элемент суперконденсатора имел рабочее напряжение 2,7 В, электрическую емкость от 1 до 100 Ф и эквивалентное последовательное сопротивление от 20 до 230 мОм.In the highly efficient small-sized coil-type supercapacitor of Example 4, a 1 M solution of methyl triethylammonium hexafluorophosphate in propionitrile is used as the working electrolyte. The resulting supercapacitor element had an operating voltage of 2.7 V, an electric capacitance of 1 to 100 F, and an equivalent series resistance of 20 to 230 mOhm.
Пример 6.Example 6
В высокоэффективном малогабаритном суперконденсаторе рулонной конструкции по примеру 4 в качестве электродов суперконденсатора использовали металлизированную активированную углеродную ткань. Полученный элемент суперконденсатора имел рабочее напряжение 3 В, электрическую емкость от 1 до 140 Ф и эквивалентное последовательное сопротивление от 50 до 310 мОм.In the highly efficient small-sized coil supercapacitor of Example 4, metallized activated carbon fabric was used as electrodes of the supercapacitor. The resulting supercapacitor element had an operating voltage of 3 V, an electric capacitance of 1 to 140 F and an equivalent series resistance of 50 to 310 mOhm.
Claims (18)
при этом электронопроводящая добавка состоит из многостенных углеродных нанотрубок и/или технического углерода.1. The electrode material of the capacitor, including a metallized active carbon base from a mixture of activated carbon, an electronically conductive additive and a polymer binder, characterized in that the active carbon base contains components in the following ratio, wt.%:
wherein the electrically conductive additive consists of multi-walled carbon nanotubes and / or carbon black.
при этом электронопроводящая добавка состоит из многостенных углеродных нанотрубок и/или технического углерода.5. A method of manufacturing an electrode material, comprising mixing activated carbon, an electrically conductive additive and a polymer binder with an organic solvent, compacting the mixture, followed by molding the active carbon base, heat treating and metallizing the latter, characterized in that the mixture is subjected to fibrillation at a temperature of 50 ° C before sealing, and heat treatment is carried out at a temperature of 100 ° C, while the mixture to obtain an active carbon base contains components in the following ratio, wt.%:
wherein the electrically conductive additive consists of multi-walled carbon nanotubes and / or carbon black.
при этом электронопроводящая добавка состоит из многостенных углеродных нанотрубок и/или технического углерода.11. An electric supercapacitor, comprising at least one section of electrodes impregnated with an electrolyte and separated by an ion-permeable separator located in the housing, characterized in that the electrodes are made of a material comprising a metallized active carbon base of a mixture of active carbon, an electronically conductive additive and a polymer binder in the following ratio, wt.%:
wherein the electrically conductive additive consists of multi-walled carbon nanotubes and / or carbon black.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115539/07A RU2427052C1 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Electrode material for electric capacitor, its manufacturing method, and electric supercapacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115539/07A RU2427052C1 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Electrode material for electric capacitor, its manufacturing method, and electric supercapacitor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2427052C1 true RU2427052C1 (en) | 2011-08-20 |
Family
ID=44755904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010115539/07A RU2427052C1 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Electrode material for electric capacitor, its manufacturing method, and electric supercapacitor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2427052C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014081793A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
| WO2014088439A1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-06-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Товарищество Энергетических И Электромобильных Проектов" | Method for manufacturing electrical double layer capacitor electrodes |
| WO2014175756A1 (en) * | 2013-04-22 | 2014-10-30 | Zakrytoye Aktsionernoye Obshchestvo "Elton" | The carbon electrode and method of carbon electrode manufacturing |
| RU175936U1 (en) * | 2017-05-31 | 2017-12-25 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | SUPERCAPACITOR |
| RU2698471C2 (en) * | 2015-01-16 | 2019-08-27 | Ниппон Кодоси Корпорейшн | Accumulator separator and aluminium electrolytic capacitor |
| RU2708634C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-12-10 | Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Condenser electrode with double electric layer and method of its manufacturing |
| RU197699U1 (en) * | 2019-07-03 | 2020-05-21 | Алексей Владимирович Сосунов | Hybrid carbon supercapacitor |
| RU2726945C1 (en) * | 2019-12-16 | 2020-07-17 | Общество с ограниченной ответственнотью "ИОН" | Flat supercapacitor based on carbon-carbon nanocomposite and method of its production |
-
2010
- 2010-04-19 RU RU2010115539/07A patent/RU2427052C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014081793A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
| US9455439B2 (en) | 2012-11-21 | 2016-09-27 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen—sulfur—carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium—sulfur batteries |
| US10044039B2 (en) | 2012-11-21 | 2018-08-07 | Ut-Batelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
| US11251433B2 (en) | 2012-11-21 | 2022-02-15 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
| WO2014088439A1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-06-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Товарищество Энергетических И Электромобильных Проектов" | Method for manufacturing electrical double layer capacitor electrodes |
| WO2014175756A1 (en) * | 2013-04-22 | 2014-10-30 | Zakrytoye Aktsionernoye Obshchestvo "Elton" | The carbon electrode and method of carbon electrode manufacturing |
| RU2698471C2 (en) * | 2015-01-16 | 2019-08-27 | Ниппон Кодоси Корпорейшн | Accumulator separator and aluminium electrolytic capacitor |
| US10566141B2 (en) | 2015-01-16 | 2020-02-18 | Nippon Kodoshi Corporation | Separator and aluminum electrolytic capacitor |
| RU175936U1 (en) * | 2017-05-31 | 2017-12-25 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | SUPERCAPACITOR |
| RU2708634C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-12-10 | Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Condenser electrode with double electric layer and method of its manufacturing |
| RU197699U1 (en) * | 2019-07-03 | 2020-05-21 | Алексей Владимирович Сосунов | Hybrid carbon supercapacitor |
| RU2726945C1 (en) * | 2019-12-16 | 2020-07-17 | Общество с ограниченной ответственнотью "ИОН" | Flat supercapacitor based on carbon-carbon nanocomposite and method of its production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2427052C1 (en) | Electrode material for electric capacitor, its manufacturing method, and electric supercapacitor | |
| KR100569188B1 (en) | Carbon-porous media composite electrode and preparation method thereof | |
| CA2202385C (en) | Capacitor with a double electrical layer | |
| WO2013073526A1 (en) | Electrode for electricity storage devices, electricity storage device, and method for producing electrode for electricity storage devices | |
| KR101046098B1 (en) | Polarizable Electrodes for Capacitors and Electrical Double Layer Capacitors Comprising the Same | |
| KR102495794B1 (en) | Electrode configuration for an ultracapacitor | |
| CN115579248A (en) | Super capacitor used at high temperature | |
| CN115512980A (en) | Nonaqueous electrolyte for super capacitor | |
| CN110265226B (en) | Nickel sulfide/melamine carbide foam composite electrode material and preparation method thereof | |
| JP2013042134A (en) | Electrodes for electrochemical capacitor and electrochemical capacitor including the same | |
| TW201526048A (en) | Ultracapacitor with improved aging performance | |
| KR101038869B1 (en) | Electrode for capacitor and electric double layer capacitor comprising the same | |
| CN102881464A (en) | Method for making energy storage device | |
| Yamagata et al. | Ultrahigh-performance nonaqueous electric double-layer capacitors using an activated carbon composite electrode with alginate | |
| EP1296338B1 (en) | Process for producing an electric double layer capacitor and positive electrode for an electric double layer capacitor | |
| KR102081616B1 (en) | Supercapacitor having excellent stability for high voltage and method for manufacturing the same | |
| JP2014064030A (en) | Electrochemical capacitor | |
| KR101197875B1 (en) | An electrode for energy storage device, a manufacturing method of the same, and an energy storage device using the same | |
| KR102013173B1 (en) | Composite for ultracapacitor electrode, manufacturing method of ultracapacitor electrode using the composite, and ultracapacitor manufactured by the method | |
| KR101860755B1 (en) | Composite for ultracapacitor electrode, manufacturing method of ultracapacitor electrode using the composite, and ultracapacitor manufactured by the method | |
| KR102188237B1 (en) | Composite for supercapacitor electrode, manufacturing method of supercapacitor electrode using the composite, and supercapacitor manufactured by the method | |
| KR101771000B1 (en) | Manufacturing method of flexible ultracapacitor electrode and ultracapacitor using the ultracapacitor electrode | |
| KR102188242B1 (en) | Composite for supercapacitor electrode, manufacturing method of supercapacitor electrode using the composite, and supercapacitor manufactured by the method | |
| KR20030058315A (en) | Composite Electrode for Supercapacitor with Polypyrrole and Method of Fabrication the Same | |
| JP2507125B2 (en) | Electric double layer capacitor and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180420 |