RU2429317C2 - Нетканые волокнистые материалы и электроды из них - Google Patents

Нетканые волокнистые материалы и электроды из них Download PDF

Info

Publication number
RU2429317C2
RU2429317C2 RU2008130668/04A RU2008130668A RU2429317C2 RU 2429317 C2 RU2429317 C2 RU 2429317C2 RU 2008130668/04 A RU2008130668/04 A RU 2008130668/04A RU 2008130668 A RU2008130668 A RU 2008130668A RU 2429317 C2 RU2429317 C2 RU 2429317C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fragments
activated carbon
carbon fiber
fibrous material
nonwoven fibrous
Prior art date
Application number
RU2008130668/04A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008130668A (ru
Inventor
Рудьярд Лайле ИСТВАН (US)
Рудьярд Лайле ИСТВАН
Original Assignee
Рудьярд Лайле ИСТВАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Рудьярд Лайле ИСТВАН filed Critical Рудьярд Лайле ИСТВАН
Publication of RU2008130668A publication Critical patent/RU2008130668A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2429317C2 publication Critical patent/RU2429317C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4382—Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/016—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the fineness
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36—Inorganic fibres or flakes
    • D21H13/46—Non-siliceous fibres, e.g. from metal oxides
    • D21H13/50—Carbon fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-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
    • H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-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
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4209—Inorganic fibres
    • D04H1/4242—Carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H15/00—Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution
    • D21H15/02—Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution characterised by configuration
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • 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
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2918—Rod, strand, filament or fiber including free carbon or carbide or therewith [not as steel]
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к нетканым волокнистым материалам, которые могут быть использованы в различных электрохимических устройствах, водородных накопителях, устройствах фильтрации, каталитических подложках и т.п. Нетканый волокнистый материал состоит из фрагментов активированного углеродного волокна, среднее характеристическое отношение которых составляет между приблизительно 1 и 5. Технический результат - увеличение эффективности электрических двухслойных конденсаторов. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к волокнистым материалам, состоящим из активированных углеродистых волокон, и к способам их изготовления. Активированные углеродистые волокна могут использоваться в различных устройствах, содержащих активированные углеродистые материалы, включающих, но не ограниченных, различные электрохимические устройства (например, конденсаторы, батареи, топливные элементы и т.п.), водородные накопители, устройства фильтрации, каталитические подложки и т.п.
ВВЕДЕНИЕ
[0002] Конструкции электрических двухслойных конденсаторов (EDLC) основаны на очень больших областях поверхности электродов, которые обычно изготавливаются из шероховатых в «наномасштабе» окислов металлов или активированных углеродов, нанесенных на токоприемник, изготовленный из хорошего проводника, такого как алюминиевая или медная фольга, с целью накопить заряд за счет физического отделения ионов из проводящей соли электролита в область, известную как слой Гельмгольца. Этот слой Гельмгольца, формируемый на нескольких ангстремах вне поверхности электрода, обычно соответствует первым двум или трем молекулам от поверхности. В EDLC отсутствует ясно выраженный физический диэлектрик, вместо которого обеспечен этот электромагнитно определенный слой Гельмгольца. Тем не менее, емкость все еще основывается на физическом разделении заряда поперек электрического поля. Поскольку электроды на каждой стороне ячейки сохраняют идентичные, но противоположные ионные заряды на их поверхностях, в то время как электролит между ними (но вне слоя Гельмгольца) исчерпан и, в действительности, становится противоположной пластиной обычного конденсатора, эту технологию называют электрической емкостью двойного слоя. Электроды физически отделены пористым тонким пленочным спейсером, подобно электролитическим конденсаторам или литиевым ионным батареям. Существующие EDLC имеют константы частотных ответов (детекторная характеристика или RC) в пределах от миллисекунд до секунд. Однако коммерческие EDLC (иногда называемые ультраконденсаторами) в настоящее время слишком дороги и недостаточно энергетически компактны для таких применений, как гибридные транспортные средства, и используются вместо этого прежде всего в бытовой электронике для резервных ЗУ с амортизацией отказов.
[0003] Общепринято, что в EDLC размер пор поверхности углерода должен быть, по крайней мере, приблизительно 1 -2 нм для водного электролита или приблизительно 2-3 нм для органического электролита, для согласования сольватных оболочек ионов соответствующего электролита надлежащим образом, чтобы поры вносили вклад в поверхность, доступную для емкости слоя Гельмгольца. Поры также должны быть открытыми к поверхности для воздействия электролита и увлажненными, а не закрытыми и внутренними. В то же время, чем больше полностью открытых пор выше этого порогового размера, тем лучше, поскольку это максимально увеличивает общую поверхностную область. Существенно большие поры нежелательны, потому что они сравнительно уменьшают полную доступную поверхность. Эксперименты, проведенные другими исследователями, показали, что емкость улучшается с увеличением среднего размера пор от приблизительно 4 до приблизительно 20 нм.
[0004] Обычный активированный углерод, используемый в таких ELDC-устройствах, имеет много электрохимически бесполезных микропор (т.е. менее 2 нм согласно определению ИЮПАК - Международного Союза теоретической и прикладной химии). Размер пор должен быть приблизительно равен сольватной оболочке ионов электролита или больше для формирования слоя Гельмгольца. Для органических электролитов идеально эти поры должны быть больше чем 3-4 нм. В лучшем высокоактивированном электрохимическом углероде, о котором упоминается в литературе, фактически измеренная емкость составляет меньше чем 20% от теоретического из-за субоптимальных распределений размеров пор с большой долей (обычно больше чем одна треть к половине) микропор, которые не могут внести вклад в емкость, и растущей долей макропор (в зависимости от степени активации), которые уменьшают полную поверхностную область. Путем сжатия определенный эталонный углерод с оптимальными размерами пор и формами, обусловленными эталонным материалом предшественника, демонстрировал емкость, приближающуюся к теоретическим значениям за вычетом потерь, вносимых формированием материалов электрода, изготовленных из частиц углерода.
[0005] Характеристика может быть оптимизирована путем увеличения полезной поверхности углерода, что соответственно обеспечивает как увеличение емкости, так и снижение стоимости (из-за меньшего количества требуемого материала). Принципиально существует два пути, которыми может быть увеличена емкость. Первый путь - углеродистая поверхность повышенной эффективности. Нанотехнологическое определение ИЮПАК потенциально полезно для традиционных знаний об органическом электролите по характеристическим размерам: микропоры составляют ≤2 нм, мезопоры ->2 и ≤50 нм и макропоры ->50 нм. Традиционная цель состоит в том, чтобы создать поверхность с максимальным количеством мезопор.
[0006] Второй путь - формирование материалов электрода, сохраняющих полное преимущество существующей поверхности углерода. По причинам стоимости и плотности порошок активированного углерода обычно упаковывается на фольгу токоприемника на некоторую глубину, обычно 50-150 микрон. Чтобы максимизировать поверхность, частицы порошка должны быть упакованы настолько сильно, как это возможно. Традиционно это осуществляется размельченными неправильными формами при распределении размеров частиц в диапазоне нескольких диаметров (от 5 до 20 микрон, объявленных Kuraray BP20, или от 3 до 30 микрон с d50 в 8 микрон согласно патенту Максвелла №6643119) так, чтобы меньшие частицы заполняли пустоты между большими частицами.
[0007] Технически они представляют собой полидисперсные случайные упаковки. Плотность упаковки может регулироваться до некоторой степени формой распределения размеров. Высокодисперсные уменьшают пористость пустоты в объеме. Такие пустоты материала согласно обычному представлению на три порядка больше, чем макропоры по определению IUPAC, хотя технически лежат в этих пределах. Чтобы устранить терминологическое несоответствие в этом исследовании, пустоты материала порядка микрона называют порами материала (пористость материала), чтобы отличить от наноразмерных поверхностных пор на или внутри частиц углерода.
[0008] Полезно в этом контексте ввести понятие «присущая емкость» и термин «потеря уплотнения». Присущая емкость - идеальная емкость полной эффективной поверхности углерода при полном двойном слое. Самое близкое определение к этому понятию - "емкость углерода Гельмгольца" или Сн в µF/cm2. Kinoshita собрал многие сообщения о размерах Сн в Электрохимических и Физических Свойствах Углерода (1988); более свежие материалы помещают диапазон в органических электролитах между 3 и 20. Традиционные представления говорят о том, что ориентация графитового кристаллита, на которые воздействуют грани, играет роль в объяснении этих различий. Большинство (если не все) из этих размеров Сн основаны на трех относительных измерениях емкости и поверхностной оценки BET и поэтому включают как потери уплотнения, так и любую ошибку поверхностного измерения, введенную BET-методологией. Это удивительно, так как высокоактивированная поверхность углерода состоит из микропор, которые не могут внести вклад в по существу органическую электролитическую емкость, часть наблюдаемого экспериментального изменения в другом углероде должна добавиться от пористости материала сформированного электрода.
[0009] Потеря уплотнения - это разность (в F/g, F/cc, или процентах) между присущей емкостью углерода и традиционной удельной емкостью так или иначе сформированного электрода, используемого как метрический в промышленности. Промышленные эксперты руководствуются потерей уплотнения в пределах от низкого приблизительно в 30% до более чем 80%. Фактическое число также изменяется в зависимости от толщины электрода для любого данного материала.
[0010] Потери уплотнения основаны, по крайней мере, на пяти отдельных явлениях. Во-первых, случайная упаковка частиц, отличающихся размерами, приводит к значительно изменяющимся пустотам материала. Такие пустоты являются в лучшем случае длинными и извилистыми и в худшем случае полностью отрезанными от электролита в соответствии со случайными ограничениями (несмоченная поверхность). Любое ограничение, меньшее чем около 6 нм, легко возникающее при соединении имеющих нерегулярную форму взаимосвязанных частиц в пределах от нескольких десятков нанометров до нескольких микрон в диаметре, как можно показать, приводит к полному заполнению и поэтому блокируется смежными ионами сольватированного электролита, как только заряд возникает на устройстве. Никакой дальнейший перенос массы или диффузия электролита тогда невозможны. Недавнее исследование, к удивлению, показало, что существенная часть обычного активированного углерода - фактически скопления более мелких частиц, полученных активацией. Одно исследование показывает, что они должны составлять в среднем меньше чем 100 нм, но группироваться на (вследствие сил Ван-дер-Ваальса) или "украшать" частицы размером больше микрона. Результат состоит в том, что такая ограниченная область становится в местном масштабе исчерпанной ионами, поскольку нет возможности дальнейшего массового переноса в эту область. Поверхность области недостаточно использована. Во-вторых, упаковка меньших частиц углерода в материальные пустоты для большей поверхности приводит к перемещению электролита изнутри материала к наружи, увеличивая ионную проводимость и требования массового переноса извне поверхности электрода, например из области разделения. В худшем случае это ограничивает эффективную емкость. В лучшем случае это увеличивает RC и нежелательно замедляет частотный ответ устройства.
В-третьих, более маленькие частицы увеличивают число межзеренных границ, поперек которых электричество должно течь в электроде. Это нежелательно уменьшает проводимость электрода, нежелательно увеличивает его внутреннее сопротивление (ESR) и поэтому увеличивает его RC.
Четвертое, чтобы преодолеть проблему проводимости, созданную многими маленькими частицами, обычно следует добавить часть проводящих частиц углерода, которые не вносят вклад в увеличение эффективной поверхности.
Пятое, чтобы связать такую полидисперсность очень маленьких нерегулярных частиц вместе, обычно нужно добавить часть связующего агента, такого как PFTE (политетрафторэтилен), который не вносит свой вклад в увеличение эффективной поверхности. Экспериментальные электроды, о которых сообщают в научной литературе, могут иметь по 10% как проводящего углерод, так и связующего агента, что означает, что только 80% массы электрода способно вносить вклад в эффективную поверхность емкости.
[0011] Желательно максимизировать эффективность EDLC.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] Настоящий изобретатель установил, что при формировании волокнистого материала из фрагментов активированного углеродистого волокна по существу одного диаметра и характеристического отношения α эффективность EDLC может быть увеличена
[0013] В другом аспекте, настоящий изобретатель установил, что эффективность EDLC также может быть увеличена при использовании волокнистого материала, сформированного из смеси (а) от 50 до 95% первой совокупности фрагментов активированного углеродистого волокна и (b) второй совокупности фрагментов углеродистого волокна, по существу имеющих подобный или равный диаметр как для первой совокупности, и длины большие, чем у первой совокупности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Фиг.1 - представляет собой график, изображающий конечные объемные фракции Ф для аморфных упаковок как функцию характеристического отношения α. Сплошная линия - теоретическое выравнивание из случайного контактного равенства Фα=5.1. Вставка показывает увеличенный вид того же самого графика при низком характеристическом отношении. График воспроизведен из Физического Обозрения Е 67051301, 051301-5 (2003).
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ
[0015] Везде в этом описании и в приложенной формуле изобретения должны приниматься следующие определения:
[0016] Термин "характеристическое отношение" при использовании со ссылкой на углеродистое волокно или волокно касается длины волокна, разделенной на диаметр волокна.
[0017] Термин "потеря уплотнения" при использовании со ссылкой на электроды относится к разнице (в F/g, F/cc или в процентах) между присущей емкостью полной эффективной поверхности углерода и традиционной измеренной удельной емкостью.
[0018] Термин "присущая емкость" относится к идеальной емкости полной эффективной поверхности углерода, когда она полностью представляет собой двойной слой.
[0019] Термин "мезопористый" при использовании со ссылкой на углеродистое волокно или волокно описывает распределение поверхностных размеров пор, в котором, по крайней мере, приблизительно 20% полного объема имеют размер пор от приблизительно 2 до приблизительно 50 нм.
[0020] Фраза "каталитически-активированный", используемая со ссылкой на углеродистое волокно или волокно, относится к его поросодержащей поверхности, в которую поры были введены процессом каталитически управляемой активации (например, травлением). В некоторых вариантах металлические окисные частицы выбранного среднего размера служат подходящим катализатором, и наименьшая часть металлических окисей остается в или на волокнах после процесса активации.
[0021] Термин "волокно", используемый со ссылкой на полимеры и углерод, относится к волокнистому материалу малого диаметра: меньше чем приблизительно 20 микрон и предпочтительно меньше чем приблизительно 10 микрон, такому, который может быть получен, используя обычные процессы вращения.
[0022] Термин "нановолокно", используемый со ссылкой на полимеры и углерод, относится к волокнистому материалу очень малого диаметра: меньше чем 1 микрон, и предпочтительно наноразмеров (100 нм или меньше в диаметре), такого типа, который может быть получен, используя процесс электровращения.
[0023] Активированные Углеродистые Волокна
[0024] Углеродистые волокна, воплощающие особенности настоящего изобретения, могут быть получены любым известным способом. В целом углеродистые волокна получают путем полимеризации мономера для формирования полимерного волокна и карбонизированием, по крайней мере, части полимерного волокна для получения углеродистого волокна.
[0025] Углеродистые волокна могут быть активированы с использованием любых известных способов. Например, Kyotani, Carbon, 2000, 38: 269-286, объединили доступные способы для того, чтобы получить мезопористые углеродистые волокна. Hong et al, Korean J. Chem. Eng., 2000, 17 (2), 237-240, описал вторую активацию предварительно активированных углеродистых волокон путем дальнейшей каталитической газификации. Предпочтительные способы получения углеродистых волокон с управляемой мезопористостью описаны в заявке US №11/211894, поданной 25 августа 2005; все содержание этой заявки включено здесь путем ссылки. Идеально, следует управлять активацией углеродистого волокна, чтобы гарантировать формирование мезопор, как описано в заявке US №11/211894. Однако активированные углеродистые волокна, полученные другими способами, также могут использоваться в этом изобретении.
[0026] В некоторых вариантах активированные углеродистые волокна настоящего изобретения включают диаметры приблизительно 10 микрон или меньше, в других вариантах приблизительно 5 микрон или меньше, в других вариантах приблизительно 1 микрон или меньше, в других вариантах приблизительно 500 нм или меньше, в других вариантах приблизительно 100 нм или меньше. Предпочтительный диаметр зависит от способа, используемого для создания волокнистого материала.
[0027] Активированные углеродистые волокна по настоящему изобретению имеют поры (т.е. они представляют собой негладкие поверхности). Размер пор, возникающих на поверхностях волокна и в волокнах в течение активации, зависит от способа, и предпочтительный вариант - каталитическая активность катализатора оксида металла в виде наночастиц, его количества, и/или размера его наночастиц, а также условий активации. Вообще, желательно выбрать размеры пор достаточно большие, чтобы разместить частицы используемого электролита на оптимальной поверхностной упаковке, но существенно большие, чтобы предотвратить ненужные сокращения полной поверхностной области волокна,
[0028] Средний размер пор обычно лежит между приблизительно 1 нм и приблизительно 20 нм. Идеально, чтобы средний размер пор составлял приблизительно от 3 нм до 15 нм, предпочтительно 6-10 нм.
[0029] Однородные Фрагменты Углеродистого Волокна
[0030] Настоящее изобретение основано на осознании того, что достаточно однородную совокупность имеющих форму прута фрагментов углеродистых волокон можно использовать, чтобы максимизировать как поверхностную область, так и пористость волокнистого материала, сформированного из нее. Первый удивительный аспект изобретения состоит в том, что и математические модели, и экспериментальное свидетельство показывают, что волокнистые материалы с низким 'α (короткие пруты, цилиндры или волокна) случайно могут уплотняться как сферы. Теоретический предел трехмерной случайной упаковки для сфер составляет 0.64, и известен как предел Бернальа. Опытным путем предел Бернальа измерен приблизительно равным 0.63 из-за неоднородных экспериментальных материалов. Удивительно, что цилиндры с характеристическим отношением 'α, равным 2, имеют плотность упаковки Ф приблизительно равную 0.62. Предпочтительно для определенных материалов, типа электродов, они должны быть около тех же самых случайных упаковочных контактов (5.4+0.2, опытным путем проверено во многих экспериментах), как сферы эквивалентного объема (и меньше чем для неправильных форм), но также и иметь более чем вдвое большую поверхность для материала равного диаметра, так, чтобы было пропорционально меньше точек среднего контакта и потенциальной поверхностной окклюзии на единицу поверхности.
[0031] Регулярное число контактов на более длинных проводящих элементах с уменьшенными числами полных межзеренных границ через материал к фольге приемника улучшает электропроводность и уменьшает ESR. Длинные узкие пустые каналы в цилиндрических упаковках имеют электролитическую диффузию и преимущества ионной проводимости, подобные ткани из углеродистого волокна, но без тех же самых материальных ограничений плотности и при более низкой стоимости, так как отсутствует операция переплетения. Обычные листы угольной бумаги или нетканого материала состоят из высокополидисперсного распределения характеристического отношения наиболее длинных волокон, которые не могут достигнуть той же самой случайной плотности упаковки и полной поверхности. Обычно расход производственного волокна рационализирован за счет использования его длины (например, для предела прочности или непрерывности проводимости). Удивительно, что настоящее изобретение предлагает воспользоваться преимуществом только цилиндрической геометрии на коротких длинах. Так как эти случайные упаковочные свойства - инвариант масштабирования, они могут быть, очевидно, распространены на вторую совокупность более тонких волокнистых материалов.
[0032] В течение активации углеродистые волокна могут фрагментироваться. В случае настоящего изобретения волокна далее фрагментируются так, что средняя длина волокон становится относительно однородной. Волокна могут фрагментироваться с использованием любых средств, таких как химическое или механическое измельчение, и сортируются средствами типа продвинутых воздушных средств сортировки на распределение частиц без чрезмерной полидисперсии, например распределение характеристического отношения от 1 до 5, но сконцентрированное в пределах 2-3. Для контраста, дисперсия макрочастиц обычного коммерческого активированного углерода - от 3 до 30 микрон со средним значением 8 микрон; это высокая полидисперсия. Это значит, что есть много меньших частиц, которые заполняют пустоты между меньшим количеством больших, чтобы максимизировать полную поверхность, но при этом увеличиваются потери уплотнения.
[0033] Углеродистые волокна, воплощающие признаки настоящего изобретения, могут быть разбиты на более короткие фрагменты (например, после коксования и в течение или после активации) и затем нанесены на субстрат (например, в виде жидкого раствора), чтобы сформировать нетканый, подобный бумаге слой. Подобный частицам порошок коротких фрагментов волокна может быть изготовлен из массы более длинного материала путем дробления, размалывания, раскалывания, размола, химического размалывания и т.д. с заданным распределением длины фрагмента для последующего нанесения на основании (например, поверхности электрода).
[0034] Вообще, совокупность фрагментов для максимальной случайной упаковки имеет среднюю длину от одного до пяти диаметров, что соответствует характеристическому отношению 1 к 5. Характеристические отношения меньше чем 1 представляют пылинки, которые могут "забивать" поры материала; более высокие характеристические отношения не обеспечивают плотную упаковку. Характеристическое отношение может быть выбрано в зависимости от определенной характеристики устройства; например, для плотности мощности более пористого материала желательно обеспечить передачу массы электролита (более высокое отношение), в то время как для большей поверхности была бы желательна плотность мощности от сжимающего средства (более низкое отношение). Практически, процессы размалывания и сортирования приводят к распределению частиц с дисперсией вокруг технического расчетного целевого значения.
[0035] Вообще, поскольку диаметр волокон уменьшается, увеличивая их полную поверхность, становится более трудно, но менее важно достигнуть характеристических отношений единственного значения. Несколько меньшая плотность упаковки возмещается более высокой индивидуальной поверхностью волокна. Чтобы поддерживать проводимость по оси волокна и не вводить слишком много границ зерна, можно представить практическую минимальную среднюю длину. В некоторых вариантах, как с волокнами, диаметр которых равен 7 микрон, эта длина может быть 15 микрон при характеристическом отношении, приблизительно равном двум. В некоторых вариантах с 5 волокнами, диаметр которых равен 5 микрон, длина может быть 10 микрон также при характеристическом отношении, равном 2. Для электропряденных нановолокон ниже одного микрона в диаметре предпочтительная длина может оставаться в несколько микрон для проводимости, приводя к характеристическим отношениям, которые увеличиваются по мере уменьшения диаметра волокна. Вообще, однако, характеристические отношения для среднего материала должны оставаться ниже 20, чтобы достигнуть приемлемой плотности материала, большей чем приблизительно 50%. Технологические альтернативы проиллюстрированы на чертеже, который показывает теоретические и экспериментальные результаты для монодисперсных упаковок (взято из Физического Обозрения Е27051301 (2003).
[0036] Распределение характеристических отношений получаемого волокнистого порошка приведет к материалу предсказуемой средней плотности и пористости согласно этим принципам случайной упаковки.
[0037] Гетерогенная Смесь Фрагментов Углеродистого Волокна
[0038] Предметом настоящего изобретения является также получение полимодальной смеси фрагментов активированного углеродистого волокна. Первая совокупность должна включать фрагменты с приемлемыми однородными длинами и диаметрами. Другие совокупности фрагментов активированного волокна должны иметь по существу тот же самый диаметр, что и первая совокупность, но большие длины и более высокие характеристические отношения.
[0039] Поскольку плотность и полная поверхность не критически зависят от некоторых длинных фрагментов (при существенно более высоких характеристических отношениях) в смеси относительно однородных меньших фрагментов, возможно иметь вторую совокупность фрагментов волокна с большими длинами, чем первая совокупность, по существу не затрагивая плотность или поверхность. Технически это бимодальная или полимодальная полидисперсия. Умеренные количества более длинных волокон можно примешать, каждое усреднение 5.4 контактов для каждых нескольких диаметров соответствующей длины. Это должно составить основные преимущества для проводимости материала и ESR за счет обеспечения полунепрерывных путей проводимости и дальнейшего уменьшения границ зерна.
[0040] В одном варианте гетерогенная смесь содержит приблизительно от 50 до 95% первой совокупности по существу однородных (невысоко полидисперсных) фрагментов и выравнивающих фрагментов диаметра по существу подобного первой совокупности, но более длинных.
[0041] В одном варианте длина волокон во второй совокупности больше чем в два раза длины первой совокупности, в другом варианте вторая совокупность в пять раз более длинная. В другом варианте более длинные волокна - 50, 100, 150 или 200 микрон при средней длине, независимой от первой совокупности, при этом упомянутые длины соответствуют необходимой средней толщине материала электрода.
[0042] Волокнистые Материалы
[0043] Волокна настоящего изобретения могут быть далее обработаны для получения материала в соответствии с настоящим изобретением, совместимым с обычными процессами покрытия частиц углерода, как описано в патентах США №№6627252 и 6631074, полное содержание которых включено здесь путем ссылки, за исключением того, что не соответствует содержанию или определениям настоящей заявки, причем раскрытие или определения, приведенные здесь, будут считаться преобладающими.
[0044] Плотность получающегося "бумагоподобного" волокнистого материала, типа покрытия на токопроводную фольгу, является проектируемым качеством длины фрагментов волокна по сравнению с их диаметром (их характеристического отношения), полидисперсного распределения длин по сравнению со средним диаметром, и, не обязательно, произведенного смещения уплотнения (например, давлением). Если длина приближается к диаметру, то фрагменты будут больше походить на обычные частицы и упакованы более плотно с меньшей пористостью. Если длина намного больше, чем диаметр, то характеристическое отношение будет высоким, а упаковка менее плотной (т.е. больше пустых пор по отношению к объему материала). Среднее характеристическое отношение длины к диаметру может регулироваться, и/или смеси других отношений могут использоваться, чтобы обеспечить любую пористость материала (отношение пустота/объем), необходимую в рамках принципов случайных упаковок. В некоторых вариантах, по крайней мере, приблизительно 50% от общего количества фрагментов углеродистого волокна имеют длину в пределах от приблизительно 5 до приблизительно 30 микрон, что эквивалентно некоторым материалам с макрочастицами активированного углерода.
В других вариантах, по крайней мере, приблизительно 50% от общего количества фрагментов имеют характеристические отношения ниже чем 30.
В других вариантах средние характеристическое отношение ниже чем 20.
В других вариантах средние характеристическое отношение ниже чем 10.
В других вариантах, где диаметры фрагментов волокна около или ниже 100 нм более сходны с углеродистыми нанотрубками, по крайней мере, приблизительно 50% общего количества фрагментов углеродистого волокна имеют длины меньше чем 1 микрон с характеристическими отношениями меньше чем 20.
[0045] В некоторых вариантах плотность волокнистого материала может еще более увеличиваться (например, простым прокатыванием под давлением до нужной толщины или подобными способами). В некоторых вариантах плотность увеличивают до коксования и/или активации, а в других вариантах плотность увеличивают после коксования и/или активации. В некоторых вариантах толщина плотного волокнистого материала меньше чем или равна приблизительно 200 микронам, в других вариантах - меньше чем или равна приблизительно 150 микронам и в других вариантах - меньше чем или равна приблизительно 100 микронам.
[0046] Конденсаторы
[0047] Электроды EDLC обычно изготавливают из активированного углерода, связанного прямо или косвенно с металлической фольгой приемника тока, хотя могут использоваться и окислы металлов. В соответствии с настоящим изобретением активированные углеродистые материалы, полученные способами, описанными здесь, могут быть нанесены на токоприемники вместе с дополнительными окислами металлов или подобными материалами для получения гибридных характеристик, включая увеличенную псевдоемкость.
[0048] Конденсатор, воплощающий признаки настоящего изобретения, включает, по крайней мере, один электрод описанного здесь типа. В некоторых вариантах конденсатор далее включает электролит, который в некоторых вариантах является водным, в других вариантах является органическим. В некоторых вариантах конденсатор проявляет электрическую емкость двойного слоя. В некоторых вариантах, особенно когда остаточный окисел металла присутствует на поверхности материала из активированного углеродистого волокна, конденсатор далее проявляет псевдоемкость.
[0049] Обычные углеродистые EDLC с органическими электролитами используют или пропиленкарбонат, или ацетонитриловые органические растворители и стандартную фтороборатную соль. Некоторые углеродистые и большее количество коммерческих металлокислых EDLC используют водные электролиты, основанные на серной кислоте (H2SO4) или гидроокиси калия (КОН). Любой из этих электролитов или подобный может использоваться в соответствии с настоящим изобретением.
[0050] Так как органические электролиты имеют более низкую проводимость, чем водные, они имеют более низкие RC и более высокие ESR-вклады и достигают ограничений переноса массы пор в существенно больших геометрических размерах, так как они представляют собой более растворимые ионы. Однако так как они имеют напряжения пробоя выше 3 вольт по сравнению с 1 вольтом в водных электролитах, органические электролиты производят более высокую плотность полной энергии, так как полная энергия - функция напряжения в квадрате. Углеродистые поры и материалы, оптимизированные для органических электролитов, могли бы также произвольно работать для водных электролитов, так как водные сольватные оболочки являются меньшими. Это позволило бы, например, подгонять ультраконденсаторные устройства к RC-требованиям независимо от изготовления углерода, изменяя плотность упаковки электрода через характеристическое отношение и изменяя электролит. Гибридные устройства естественно имеют более широкий диапазон полных RC-характеристик, так как они объединяют EDLC с псевдоемкостными явлениями. Практический диапазон для использования в гибридных электрических транспортных средствах меньше, чем приблизительно одна секунда до приблизительно 15 секунд, и для распределенной по мощности - меньше чем приблизительно 0.01 секунды до приблизительно 1 секунды.
[0051] Активированные мезопористые углеродистые волокна или волокна или их соответствующие фрагменты, воплощающие признаки настоящего изобретения, могут быть включены в устройства любого вида, которые включают обычные активированные углеродистые материалы или которые могут быть преимущественно модифицированы, чтобы включать волокнистые углеродистые материалы проектируемой геометрии, поверхности, пористости и проводимости. Представительные устройства включают, но не ограничены, все виды электрохимических устройств (например, конденсаторы; батареи, включая, но не ограничивая односторонним гидридникелевым элементом аккумуляторной батареи и/или двусторонними литиевыми элементами ионной аккумуляторной батареи; топливные элементы и т.п.). Такие устройства могут использоваться без ограничения во всех видах применений, включая, но не ограничено теми, которые потенциально могут получить преимущества от высокой энергии и конденсаторов высокой плотности мощности или подобных.
[0052] Предшествующее детальное описание сделано посредством объяснений и иллюстраций и не предназначено для ограничения объема приложенных пунктов формулы. Многие изменения в представленных предпочтительных вариантах, проиллюстрированных здесь, будут очевидны специалисту в области техники, но останутся в рамках приложенных пунктов формулы и их эквивалентов.

Claims (16)

1. Нетканый волокнистый материал, состоящий из фрагментов активированного углеродного волокна, в котором среднее характеристическое отношение фрагментов активированного углеродного волокна составляет между приблизительно 1 и 5.
2. Нетканый волокнистый материал по п.1, в котором среднее характеристическое отношение фрагментов активированного углеродного волокна составляет между приблизительно 2 и 3.
3. Нетканый волокнистый материал по п.1, в котором средний диаметр фрагментов активированного углеродного волокна меньше, чем приблизительно 20 мкм.
4. Нетканый волокнистый материал по п.1, в котором средний диаметр фрагментов активированного углеродного волокна меньше, чем приблизительно 10 мкм.
5. Нетканый волокнистый материал по п.1, в котором средний диаметр фрагментов активированного углеродного волокна приблизительно 5 мкм.
6. Нетканый волокнистый материал по п.1, в котором средний диаметр фрагментов активированного углеродного волокна составляет меньше, чем 1 мкм.
7. Нетканый волокнистый материал по п.1, в котором средний диаметр фрагментов активированного углеродного волокна меньше, чем 0,5 мкм.
8. Нетканый волокнистый материал по п.1, в котором средний диаметр фрагментов активированного углеродного волокна меньше, чем 0,1 мкм.
9. Нетканый волокнистый материал, содержащий фрагменты активированного углеродного волокна, в котором первое множество фрагментов активизированного углеродного волокна содержит более, чем приблизительно 50% фрагментов активизированного углеродного волокна и в котором среднее характеристическое отношение первого множества фрагментов активизированного углеродного волокна составляет между 1 и 5.
10. Нетканый волокнистый материал по п.9, далее включающий, по крайней мере, второе множество фрагментов активированного углеродного волокна, средние длины которых превышают таковые из первого множества фрагментов активированного углеродного волокна.
11. Нетканый волокнистый материал по п.9, в котором средний диаметр фрагментов активированного углеродного волокна составляет менее чем приблизительно 20 мкм.
12. Нетканый волокнистый материал по п.9, в котором средний диаметр фрагментов активированного углеродного волокна составляет менее чем приблизительно 10 мкм.
13. Нетканый волокнистый материал по п.9, в котором средний диаметр фрагмента углеродного волокна меньше, чем 5 мкм.
14. Нетканый волокнистый материал по п.9, в котором средний диаметр фрагмента углеродного волокна меньше, чем 1 мкм.
15. Нетканый волокнистый материал по п.10, в котором средние длины второго множества фрагментов активизированного углеродного волокна превышают таковые из первого множества фрагментов активизированного углеродного волокна, по крайней мере, фактором два.
16. Нетканый волокнистый материал по п.10, в котором средние длины второго множества фрагментов активизированного углеродного волокна превышают таковые из первого множества фрагментов активизированного углеродного волокна, по крайней мере, фактором пять.
RU2008130668/04A 2006-01-31 2006-02-03 Нетканые волокнистые материалы и электроды из них RU2429317C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/345,188 US20070178310A1 (en) 2006-01-31 2006-01-31 Non-woven fibrous materials and electrodes therefrom
US11/345,188 2006-01-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008130668A RU2008130668A (ru) 2010-03-10
RU2429317C2 true RU2429317C2 (ru) 2011-09-20

Family

ID=38322426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008130668/04A RU2429317C2 (ru) 2006-01-31 2006-02-03 Нетканые волокнистые материалы и электроды из них

Country Status (15)

Country Link
US (2) US20070178310A1 (ru)
EP (1) EP1981705B1 (ru)
JP (2) JP5465882B2 (ru)
KR (2) KR20130062380A (ru)
CN (1) CN101626890A (ru)
AU (1) AU2006337690A1 (ru)
BR (1) BRPI0621060A2 (ru)
CA (1) CA2637667A1 (ru)
ES (1) ES2725724T3 (ru)
HU (1) HUE043436T2 (ru)
IL (1) IL193048A0 (ru)
MX (1) MX2008009821A (ru)
RU (1) RU2429317C2 (ru)
UA (1) UA94083C2 (ru)
WO (1) WO2007091995A2 (ru)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8313723B2 (en) * 2005-08-25 2012-11-20 Nanocarbons Llc Activated carbon fibers, methods of their preparation, and devices comprising activated carbon fibers
US20070178310A1 (en) * 2006-01-31 2007-08-02 Rudyard Istvan Non-woven fibrous materials and electrodes therefrom
CA2642151A1 (en) * 2006-02-15 2007-10-25 Rudyard Lyle Istvan Mesoporous activated carbons
AU2008216735A1 (en) * 2007-02-14 2008-08-21 Rudyard Lyle Istvan Methods of forming activated carbons
GB201110585D0 (en) * 2011-06-22 2011-08-03 Acal Energy Ltd Cathode electrode modification
CN103842422B (zh) * 2011-07-21 2016-08-24 恩特格里公司 纳米管与细磨的碳纤维聚合物复合材料的组合物及其制造方法
KR101946013B1 (ko) * 2011-12-23 2019-02-11 삼성전자주식회사 전기에너지 발생 및 저장장치
US9607776B2 (en) 2013-10-24 2017-03-28 Corning Incorporated Ultracapacitor with improved aging performance
AT515234A1 (de) 2013-12-23 2015-07-15 Chemiefaser Lenzing Ag Verfahren zur Herstellung von Carbonpartikeln
JP6066141B1 (ja) * 2015-07-24 2017-01-25 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池用電極、レドックスフロー電池、及び電極の特性評価方法
KR101862551B1 (ko) 2015-09-30 2018-05-30 금오공과대학교 산학협력단 등방성 탄소섬유전극의 제조방법
US20180019483A1 (en) * 2016-07-13 2018-01-18 University Of Tennessee Research Foundation Redox flow battery with increased-surface-area electrode and asymmetric electrolyte concentration
US10661090B2 (en) * 2016-12-21 2020-05-26 Medtronic, Inc. Implantable medical device batteries with milled fluorinated carbon fibers, devices, and methods
CN112216518B (zh) * 2020-09-15 2022-08-30 暨南大学 一种柔性锌离子混合电容器及其制备方法和应用

Family Cites Families (114)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US219788A (en) * 1879-09-16 Improvement in car-roofs
US40157A (en) * 1863-10-06 Improvement in boilers
US246528A (en) * 1881-08-30 Sand-trap and button-catcher for the manufacture of paper
US7027A (en) * 1850-01-15 Circulak
US185741A (en) * 1876-12-26 Improvement in chimneys
US3288641A (en) * 1962-06-07 1966-11-29 Standard Oil Co Electrical energy storage apparatus
ATE1021T1 (de) * 1978-06-07 1982-05-15 Eric Frank Thomas White Verfahren zur herstellung einer schwarzen, nicht leitenden, cellulosehaltigen textilfaser.
JPS57500782A (ru) * 1980-04-28 1982-05-06
DE3214948A1 (de) * 1981-04-23 1982-11-25 Toho Beslon Co., Ltd., Tokyo Verfahren zur herstellung von aktivierten kohlenstoffasern
FR2522697B1 (fr) * 1981-12-24 1985-10-18 Toho Beslon Co Fibres d'acrylonitrile, procede de fabrication d'une fibre d'acrylonitrile et de fabrication d'une fibre preoxydee, de carbone actif fibreux ou d'une fibre de carbone a partir de celle-ci
DE3228482C2 (de) * 1982-07-30 1986-09-11 VEG-Gasinstituut N.V., Apeldoorn Verfahren zur Reaktion von Kohlenmonoxid mit Wasserdampf unter Bildung von Kohlendioxid und Wasserstoff und Verwendung eines Katalysators hierfür
US4565727A (en) * 1983-09-12 1986-01-21 American Cyanamid Co. Non-woven activated carbon fabric
FR2583916B1 (fr) * 1985-06-25 1990-01-12 Europ Composants Electron Cellule pour condensateur a double couche electrique et procede de fabrication d'une telle cellule
JPH0621420B2 (ja) * 1985-08-20 1994-03-23 東燃株式会社 炭素繊維の表面処理法
JPS63218159A (ja) * 1987-03-06 1988-09-12 Kuraray Co Ltd 活性炭電極
GB8822518D0 (en) * 1988-09-26 1988-11-02 Cybertronics Ltd Improvements in & relating to fibrous activated carbons
US5041195A (en) * 1988-11-17 1991-08-20 Physical Sciences Inc. Gold electrocatalyst, methods for preparing it, electrodes prepared therefrom and methods of using them
ATE136949T1 (de) 1988-11-17 1996-05-15 Physical Sciences Inc Elektrokatalysator, verfahren zur herstellung, daraus hergestellte elektroden und deren verwendungsverfahren
FI86403C (fi) 1990-10-23 1992-08-25 Kemira Oy Saeteri Foerfarande foer framstaellning av aktivkol fraon cellulosahaltigt material.
DE69102405T2 (de) * 1990-12-13 1994-09-29 Mitsubishi Gas Chemical Co Aktivkohlesubstanz, Herstellungsverfahren und Anwendung.
JP2757573B2 (ja) * 1991-03-14 1998-05-25 松下電器産業株式会社 電気二重層コンデンサ
US5451476A (en) * 1992-11-23 1995-09-19 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Cathode for a solid-state battery
RU2031837C1 (ru) 1993-03-15 1995-03-27 Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" Способ получения активного угля
JPH07161589A (ja) * 1993-12-06 1995-06-23 Nisshinbo Ind Inc 電気二重層キャパシタ
JP2825146B2 (ja) * 1993-12-28 1998-11-18 東邦レーヨン株式会社 電気機器用吸着エレメント
US5488023A (en) * 1994-08-12 1996-01-30 Corning Incorporated Method of making activated carbon having dispersed catalyst
US5862035A (en) * 1994-10-07 1999-01-19 Maxwell Energy Products, Inc. Multi-electrode double layer capacitor having single electrolyte seal and aluminum-impregnated carbon cloth electrodes
JP3446339B2 (ja) * 1994-10-18 2003-09-16 三菱化学株式会社 活性炭の製造方法
US5626977A (en) * 1995-02-21 1997-05-06 Regents Of The University Of California Composite carbon foam electrode
JPH08315820A (ja) * 1995-05-11 1996-11-29 Petoca:Kk 二次電池負極材用炭素繊維及びその製造方法
WO1996037288A1 (fr) * 1995-05-26 1996-11-28 Hitachi Chemical Company, Ltd. Materiau pour purifier l'air ambiant
US5776633A (en) * 1995-06-22 1998-07-07 Johnson Controls Technology Company Carbon/carbon composite materials and use thereof in electrochemical cells
JP3502490B2 (ja) * 1995-11-01 2004-03-02 昭和電工株式会社 炭素繊維材料及びその製造法
US5963417A (en) * 1995-11-09 1999-10-05 Wisconsin Alumni Research Foundation Electrochemical capacitor
JP3532016B2 (ja) * 1995-11-22 2004-05-31 日立マクセル株式会社 有機電解液二次電池
US5990041A (en) * 1996-04-05 1999-11-23 Research Foundation Of State University Of New York At Buffalo Mesoporous activated carbon filaments
US5877935A (en) * 1996-09-17 1999-03-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki-Kaisha Active carbon used for electrode for organic solvent type electric double layer capacitor
US5922300A (en) * 1997-01-23 1999-07-13 Oji Paper Co., Ltd. Process for producing silicon carbide fibers
US6205016B1 (en) * 1997-06-04 2001-03-20 Hyperion Catalysis International, Inc. Fibril composite electrode for electrochemical capacitors
AU733930B2 (en) * 1997-06-27 2001-05-31 University Of Southampton Porous film and method of preparation thereof
US6673328B1 (en) * 2000-03-06 2004-01-06 Ut-Battelle, Llc Pitch-based carbon foam and composites and uses thereof
US5907471A (en) * 1997-12-29 1999-05-25 Motorola, Inc. Energy storage device with electromagnetic interference shield
EP1371607A3 (en) 1998-02-10 2004-01-07 Corning Incorporated Method of making mesoporous carbon
US6248691B1 (en) * 1998-02-10 2001-06-19 Corning Incorporated Method of making mesoporous carbon
WO2000005172A1 (en) * 1998-07-20 2000-02-03 Corning Incorporated Method of making mesoporous carbon using pore formers
CN1204577C (zh) * 1998-08-25 2005-06-01 钟纺株式会社 电极材料及其制造方法
US6080504A (en) * 1998-11-02 2000-06-27 Faraday Technology, Inc. Electrodeposition of catalytic metals using pulsed electric fields
US6183189B1 (en) * 1998-11-27 2001-02-06 Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. Self aligning wafer chuck design for wafer processing tools
US6288888B1 (en) * 1998-12-25 2001-09-11 Nec Corporation Electric double layer capacitor
US8107223B2 (en) * 1999-06-11 2012-01-31 U.S. Nanocorp, Inc. Asymmetric electrochemical supercapacitor and method of manufacture thereof
KR100371402B1 (ko) 1999-06-14 2003-02-07 주식회사 엘지화학 기공 특성이 개질된 활성 탄소 섬유 및 그 개질 방법
WO2001013390A1 (fr) * 1999-08-10 2001-02-22 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Procede de production de carbone active pour electrode de condensateur electrique double couche
JP2001135555A (ja) * 1999-11-01 2001-05-18 Honda Motor Co Ltd 電気二重層コンデンサ用電極
US6297293B1 (en) * 1999-09-15 2001-10-02 Tda Research, Inc. Mesoporous carbons and polymers
US6753454B1 (en) * 1999-10-08 2004-06-22 The University Of Akron Electrospun fibers and an apparatus therefor
US6627252B1 (en) * 2000-05-12 2003-09-30 Maxwell Electronic Components, Inc. Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes
US6631074B2 (en) * 2000-05-12 2003-10-07 Maxwell Technologies, Inc. Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes
JP2004503456A (ja) * 2000-05-24 2004-02-05 ファインセル　カンパニー　リミテッド 中孔質炭素材料、炭素／金属酸化物複合材料および該材料を用いる電気化学的キャパシタ
KR20000058668A (ko) 2000-06-23 2000-10-05 김동천 연료전지용 탄소 지지체에 직접 촉매를 코팅하는 방법 및그 방법에 의하여 제조된 전극
KR100348499B1 (ko) 2000-07-13 2002-08-10 명지대학교 전기이중층 캐패시터용 왕겨 활성탄의 제조방법
GB0019417D0 (en) * 2000-08-09 2000-09-27 Mat & Separations Tech Int Ltd Mesoporous carbons
DE10040897B4 (de) * 2000-08-18 2006-04-13 TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH Nanoskalige poröse Fasern aus polymeren Materialien
US6858349B1 (en) * 2000-09-07 2005-02-22 The Gillette Company Battery cathode
AU2002214042A1 (en) * 2000-11-09 2002-05-21 Foc Frankenburg Oil Company Est. A supercapacitor and a method of manufacturing such a supercapacitor
JP3911145B2 (ja) * 2000-11-10 2007-05-09 三洋化成工業株式会社 電気化学素子の電極用結合剤および電極の製造方法
EP1343410B1 (en) * 2000-12-20 2011-01-26 Showa Denko K.K. Branched vapor-grown carbon fiber, electrically conductive transparent composition and use thereof
KR100406981B1 (ko) * 2000-12-22 2003-11-28 한국과학기술연구원 전하 유도 방사에 의한 고분자웹 제조 장치 및 그 방법
JP4190292B2 (ja) * 2001-04-06 2008-12-03 カーネギー−メロン ユニバーシティ ナノ構造材料の製造方法
US6761868B2 (en) * 2001-05-16 2004-07-13 The Chemithon Corporation Process for quantitatively converting urea to ammonia on demand
US6713011B2 (en) * 2001-05-16 2004-03-30 The Research Foundation At State University Of New York Apparatus and methods for electrospinning polymeric fibers and membranes
JP3715251B2 (ja) * 2001-05-24 2005-11-09 本田技研工業株式会社 電気二重層キャパシタの電極用活性炭の製造方法および炭素原料
JP2004534713A (ja) * 2001-07-13 2004-11-18 ケント ステイト ユニバーシティ インプリンテッドメソポーラス炭素およびその製法
US7232790B2 (en) * 2001-09-11 2007-06-19 Showa Denko K.K. Activated carbon, method for production thereof and use thereof
GB0124812D0 (en) * 2001-10-16 2001-12-05 Polymer Lab Ltd Material
US6643119B2 (en) * 2001-11-02 2003-11-04 Maxwell Technologies, Inc. Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes
JP2003213137A (ja) * 2002-01-28 2003-07-30 Sumitomo Bakelite Co Ltd 熱硬化性樹脂成形材料およびこれを成形してなる成形品
US6805730B2 (en) * 2002-01-29 2004-10-19 Amersham Biosciences Membrane Separations Corp. Convoluted surface hollow fiber membranes
US7296691B2 (en) * 2003-07-18 2007-11-20 Kx Technologies Llc Carbon or activated carbon nanofibers
JP2003297701A (ja) * 2002-03-29 2003-10-17 Tdk Corp 電気化学デバイスおよび電気化学デバイスの製造方法
DE60319769T2 (de) * 2002-04-22 2009-04-30 Asahi Glass Co., Ltd. Elektrischer Doppelschichtkondensator
US7199080B2 (en) * 2002-06-17 2007-04-03 Ensyn Renewables, Inc. Process for producing activated carbon
WO2004011371A1 (ja) * 2002-07-30 2004-02-05 Kuraray Chemical Co.,Ltd. 活性炭、その製造方法、分極性電極および電気二重層キャパシタ
KR100489284B1 (ko) * 2002-11-13 2005-05-11 삼성전자주식회사 향상된 기계적 강도를 가지는 나노 다공성 탄소의제조방법 및 그에 의하여 제조되는 나노 다공성 탄소
US6830595B2 (en) * 2002-12-20 2004-12-14 Advanced Energy Technology Inc. Method of making composite electrode and current collectors
US7370657B2 (en) * 2003-04-02 2008-05-13 Philip Morris Usa Inc. Activated carbon-containing sorbent
RU2223911C1 (ru) 2003-04-08 2004-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика" Способ получения активированного угля для электротехнических целей
JP2004335889A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Tdk Corp 電気化学キャパシタ
CA2524476A1 (en) * 2003-05-09 2004-11-18 Mcgill University Process for the production of activated carbon
JP2005001969A (ja) 2003-06-13 2005-01-06 Nippon Steel Chem Co Ltd 低内部抵抗炭素微粉の製造方法及び電気二重層キャパシタ
JP2005026343A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Tdk Corp 電気化学素子電極用活性炭、それを用いた電気化学素子電極、及び、電気化学素子
US7790135B2 (en) * 2003-07-02 2010-09-07 Physical Sciences, Inc. Carbon and electrospun nanostructures
CA2530806A1 (en) * 2003-07-03 2005-01-27 Drexel University Nanoporous carbide derived carbon with tunable pore size
JPWO2005028719A1 (ja) * 2003-09-19 2006-11-30 帝人株式会社 繊維状活性炭およびこれよりなる不織布
JP4419507B2 (ja) * 2003-10-17 2010-02-24 富士ゼロックス株式会社 コンデンサの製造方法
WO2005094440A2 (en) * 2004-03-18 2005-10-13 Nanosys Inc. Nanofiber surface based capacitors
US7541312B2 (en) * 2004-03-18 2009-06-02 Tda Research, Inc. Porous carbons from carbohydrates
US20050207902A1 (en) * 2004-03-19 2005-09-22 Bonifacio William J Machine for removing sump pit water and process for making same
JP4705566B2 (ja) 2004-03-31 2011-06-22 富士重工業株式会社 電極材及びその製造方法
EP1751056A1 (en) 2004-06-01 2007-02-14 Tartu Tehnoloogiad Oü A method of making the porous carbon material and porous carbon materials produced by the method
US8465858B2 (en) * 2004-07-28 2013-06-18 University Of South Carolina Development of a novel method for preparation of PEMFC electrodes
KR100605006B1 (ko) 2005-01-18 2006-07-28 (주) 아모센스 전기방사법으로 제조한 나노섬유의 탄소화에 의한 나노세공 분포를 갖는 활성탄소섬유의 제조방법
KR100612896B1 (ko) * 2005-05-18 2006-08-14 삼성에스디아이 주식회사 중형 다공성 탄소체 및 그의 제조방법
JP2008544543A (ja) * 2005-06-24 2008-12-04 ユニバーサル・スーパーキャパシターズ・エルエルシー ヘテロジーナス型電気化学スーパーキャパシタ及びその製造方法
WO2007007802A1 (ja) * 2005-07-13 2007-01-18 Taiyo Ink Mfg. Co., Ltd. 銀ペースト組成物、及びそれを用いた導電性パターンの形成方法、並びにその導電性パターン
US8313723B2 (en) 2005-08-25 2012-11-20 Nanocarbons Llc Activated carbon fibers, methods of their preparation, and devices comprising activated carbon fibers
EP1783791B1 (en) * 2005-09-26 2011-02-23 Nisshinbo Industries, Inc. Electric double layer capacitor
CN1328425C (zh) 2005-10-14 2007-07-25 东华大学 具有中空形态结构的活性炭纤维和制备方法
KR100675923B1 (ko) 2005-12-01 2007-01-30 전남대학교산학협력단 금속산화물 복합 나노 활성탄소섬유와 이를 이용한전기이중층 슈퍼캐퍼시터용 전극 및 그 제조 방법
US20070178310A1 (en) 2006-01-31 2007-08-02 Rudyard Istvan Non-woven fibrous materials and electrodes therefrom
CA2642151A1 (en) 2006-02-15 2007-10-25 Rudyard Lyle Istvan Mesoporous activated carbons
AU2008216735A1 (en) * 2007-02-14 2008-08-21 Rudyard Lyle Istvan Methods of forming activated carbons
US8277691B2 (en) * 2008-05-05 2012-10-02 Ada Technologies, Inc. High performance carbon nanocomposites for ultracapacitors
US20100126870A1 (en) 2008-05-09 2010-05-27 Rudyard Lyle Istvan Controlled electrodeposition of nanoparticles
US20120007027A1 (en) * 2008-07-11 2012-01-12 Rudyard Lyle Istvan Activated carbon blacks

Also Published As

Publication number Publication date
JP5793547B2 (ja) 2015-10-14
IL193048A0 (en) 2009-08-03
RU2008130668A (ru) 2010-03-10
KR20090009191A (ko) 2009-01-22
US20070178310A1 (en) 2007-08-02
CN101626890A (zh) 2010-01-13
US20110220393A1 (en) 2011-09-15
BRPI0621060A2 (pt) 2011-11-29
WO2007091995A8 (en) 2008-08-28
CA2637667A1 (en) 2007-08-16
KR101299085B1 (ko) 2013-08-27
EP1981705A2 (en) 2008-10-22
JP2014077226A (ja) 2014-05-01
WO2007091995A3 (en) 2009-05-22
US8580418B2 (en) 2013-11-12
UA94083C2 (ru) 2011-04-11
JP5465882B2 (ja) 2014-04-09
WO2007091995A2 (en) 2007-08-16
EP1981705A4 (en) 2011-06-08
MX2008009821A (es) 2008-11-18
AU2006337690A1 (en) 2007-08-16
EP1981705B1 (en) 2019-02-20
KR20130062380A (ko) 2013-06-12
JP2009525415A (ja) 2009-07-09
ES2725724T3 (es) 2019-09-26
HUE043436T2 (hu) 2019-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2429317C2 (ru) Нетканые волокнистые материалы и электроды из них
US8313723B2 (en) Activated carbon fibers, methods of their preparation, and devices comprising activated carbon fibers
US9997301B2 (en) Electrode, electric double-layer capacitor using the same, and manufacturing method of the electrode
US20140030590A1 (en) Solvent-free process based graphene electrode for energy storage devices
US20120099244A1 (en) Electrode of high-density super capacitor and method for manufacturing same
US20110013344A1 (en) Polarizable electrode for capacitor and electric double layer capacitor having the same
JP2005136397A (ja) 活性炭及びそれを用いた電極材料並びに電気二重層キャパシタ
Li et al. Carbon electrode with conductivity improvement using silver nanowires for high-performance supercapacitor
US20040170821A1 (en) Granules for formation of an electrode of an electric double layer capacitor, manufacturing mehtod thereof, electrode sheet, polarized electrode, and electric double layer capacitor using a polarized electrode
CN111357068A (zh) 电化学元件用分隔件和电化学元件
WO2007103422A1 (en) Mesoporous carbon fiber with a hollow interior or a convoluted surface
JP2002270470A (ja) 電気二重層キャパシタ
JP3638642B2 (ja) 活性炭シート及び電気二重層キャパシタ
KR102013173B1 (ko) 울트라커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 제조방법을 이용하여 제조된 울트라커패시터
JP2000182904A (ja) 電気二重層キャパシタ
EP3438999A1 (en) Separator for electrochemical element and electrochemical element
JP2002260970A (ja) 活性炭質構造体およびそれを用いた電気二重層コンデンサ
JP2000294461A (ja) 電気二重層キャパシタ
WO2023062656A1 (en) High density carbon electrodes for ultra capacitors
JP2007214174A (ja) 積層型電極及びそれを用いた電気二重層キャパシタ
JP2002231580A (ja) 電気二重層キャパシタ
KR20010036764A (ko) 전기이중층 캐패시터 및 그 제조방법
JP2002231590A (ja) 電気二重層キャパシタおよびその製造方法
MX2008002720A (en) Activated carbon fibers, methods of their preparation, and devices comprising activated carbon fibers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210204