RU2605911C2 - Электрохимическое устройство для накопления энергии - Google Patents
Электрохимическое устройство для накопления энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605911C2 RU2605911C2 RU2014104446/07A RU2014104446A RU2605911C2 RU 2605911 C2 RU2605911 C2 RU 2605911C2 RU 2014104446/07 A RU2014104446/07 A RU 2014104446/07A RU 2014104446 A RU2014104446 A RU 2014104446A RU 2605911 C2 RU2605911 C2 RU 2605911C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrochemical
- electrodes
- energy storage
- impregnated
- bromide
- Prior art date
Links
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 28
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 16
- VNDYJBBGRKZCSX-UHFFFAOYSA-L zinc bromide Chemical compound Br[Zn]Br VNDYJBBGRKZCSX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 16
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 14
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- KPWJBEFBFLRCLH-UHFFFAOYSA-L cadmium bromide Chemical compound Br[Cd]Br KPWJBEFBFLRCLH-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 8
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 8
- 229940102001 zinc bromide Drugs 0.000 claims abstract description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 15
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- -1 polypropylene Polymers 0.000 abstract description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 abstract description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 abstract description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 21
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 5
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XJCLWVXTCRQIDI-UHFFFAOYSA-N Sulfallate Chemical compound CCN(CC)C(=S)SCC(Cl)=C XJCLWVXTCRQIDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000012042 active reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005185 salting out Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 230000037351 starvation Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
-
- 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
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
- H01G11/62—Liquid electrolytes characterised by the solute, e.g. salts, anions or cations therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/145—Liquid electrolytic capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/06—Lead-acid accumulators
- H01M10/12—Construction or manufacture
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
Электрохимическое устройство для накопления энергии относится к электротехнике, в частности к конструкции электрохимического устройства, аккумулирующего электрическую энергию, и может быть использовано в современной энергетике, например в системах аварийного энергоснабжения, в устройствах, аккумулирующих энергию рекуперативного торможения на транспорте, в качестве тяговых батарей для электротранспорта (электромобилях, гибридных электромобилях). Электрохимическое устройство для накопления энергии включает корпус, установленные в нем по крайней мере два углеродных электрода, пропитанные водным галогенидным электролитом, сепаратор, размещенный между электродами, и коллекторы. Один электрод пропитан концентрированным водным раствором галогенидов элементов первой, или второй, или третьей группы главных подгрупп периодической системы или их смесью, а именно, концентрированным водным раствором бромида лития, или бромида натрия, или их смесью с концентрацией не менее 38%. Второй электрод пропитан концентрированным водным раствором галогенидов элементов второй, или третьей группы побочных подгрупп периодической системы, или их смесями, или водным раствором бромида цинка, или бромида кадмия с концентрацией 1-80%. Сепаратор выполнен из полипропилена с диаметром пор менее 0,5 мкм. Оба электрода выполнены из углеволокнистого тканого материала. Конструкция электрохимического устройства для накопления энергии обеспечивает эффективную работу в различных режимах за счет осуществления оптимальных электрохимических реакций на разных электродах при соответствующих потенциалах разными электролитами. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.,1 табл.,3 пр.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности - к конструкции электрохимического устройства, аккумулирующего электрическую энергию, и может быть использовано в современной энергетике, например в системах аварийного энергоснабжения, в устройствах, аккумулирующих энергию рекуперативного торможения на транспорте, в качестве тяговых батарей для электротранспорта (электромобилях, гибридных электромобилях).
Известны электрохимические накопители энергии, например химические источники тока (ХИТ), в частности - свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, используемые в электромобилях или гибридных электромобилях, которые должны обеспечивать высокую скорость разряда для разгона и запуска двигателя, а также высокую скорость заряда во время рекуперативного торможения.
Известный ХИТ содержит корпус, установленные в нем разноименные электроды, разделенные сепараторами, и электролит (B.C. Багоцкий и др. «Химические источники тока», М.: Энергоиздат, 1981, с.157-158, 190-192).
Функциональным ограничением использования ХИТ является невысокая скорость заряда-разряда аккумуляторной батареи из-за внутреннего сопротивления, которое обусловлено поляризационными затруднениями фарадеевской электрохимической реакции на обоих электродах и омическим сопротивлением оксидных электродов. Это снижает удельную мощность ХИТ и препятствует его оптимальному использованию для реализации нескольких эксплуатационных функций, к примеру пуску двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и разгону транспортного средства. Неоптимальное использование батарей для решения нескольких задач приводит к излишнему увеличению запасаемой емкости, неэффективно используемой при мощных процессах, а следовательно, к увеличенной массе и габаритам. Это снижает универсальность использования ХИТ, а зачастую и препятствует их использованию.
Известно высокомощное электрохимическое устройство для накопления энергии конденсаторного типа, включающее корпус, установленную в нем по крайней мере пару углеродных электродов, сепаратор, разделяющий эти электроды, пропитанные водным электролитом, и коллекторы (патент РФ №2140680, МПК6 H01G 9/00, H01G 9/04, опубл. 1999 г.).
Недостатком конденсатора является низкая энергоемкость, т.к. электроды из углеродных материалов при работе с водным электролитом (гидроокись натрия или гидроокись калия) имеют реальную величину рабочего напряжения около 1,0 В, а энергоемкость конденсатора, которая зависит от квадрата рабочего напряжения, ограничена напряжением разложения электролита и электростатической емкостью двойного электрического слоя, зависящей от удельной поверхности углеродов. Поэтому для увеличения удельной энергии конденсаторов с двойным электрическим слоем (КДЭС) приходится использовать дорогие и токсические органические электролиты на основе ацетонитрила (2,7 В) и специальные углеродные материалы с высокой удельной поверхностью. Для получения одинакового напряжения последовательной цепи конденсаторов требуется использовать в 2,5-2,7 раза больше элементов с водным электролитом по сравнению с органическим. Все это приводит к удорожанию изделия, ограничению разнообразия возможностей использования и снижению спроса на изделие. Кроме того, указанный конденсатор невозможно применять в условиях (режимах) требуемых электрических показателей, соответствующих ХИТ или гибридных ХИТ, например, при использовании в электромобилях, где необходимо иметь одновременно высокую скорость разряда и быструю восстановительную способность заряжаться и достаточно высокий энергозапас.
Известно электрохимическое устройство для накопления энергии, включающее корпус, установленную в нем по крайнем мере пару углеродных электродов, сепаратор, разделяющий эти электроды, пропитанные водным галогенидным электролитом, и коллекторы (патентная заявка США №2011/0249373 A1, Кл H01G 9/155, публ. 2011 г.) - принято за прототип.
Недостатком этого устройства для накопления энергии является то, что это устройство имеет узкие функциональные возможности и может быть использовано только в качестве гибридного суперконденсатора.
Оно не может работать как химический источник тока с высокой удельной энергией, т.к. запас активного реагента внутри элемента - брома (Br) - недостаточно высок - менее 5 моль/литр (в примерах 1-3 М), и эксплуатационное напряжение электрохимической пары не превышает 1,0 В. Кроме того, оба электрода пропитаны одним и тем же электролитом, а интенсивное расходование его на одном из электродов вызывает «ионное голодание» в зоне работы этого электрода и диффузные затруднения, т.к. в конструкции используется ионообменная мембрана, всегда имеющая высокое ионное сопротивление. Поэтому этот электрохимический конденсатор не может работать и как высокоциклируемый высокомощный конденсатор с двойным электрическим слоем.
Техническим результатом, решаемым предлагаемым изобретением, является создание конструкции электрохимического устройства для накопления энергии, обеспечивающей эффективную работу в различных режимах за счет осуществления оптимальных электрохимических реакций на разных электродах при соответствующих потенциалах разными электролитами.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном электрохимическом устройстве для накопления энергии, включающем корпус, установленные в нем по крайней мере два углеродных электрода, пропитанные водным галогенидным электролитом, и сепаратор, размещенный между электродами и коллекторы, один электрод пропитан концентрированным водным раствором галогенидов элементов первой или, второй, или третьей группы главных подгрупп периодической системы, или их смесью, а второй электрод - концентрированным водным раствором галогенидов элементов второй или третьей групп побочных подгрупп периодической системы или их смесью.
Это позволяет повысить потенциал заряжения и, следовательно, удельную энергию в анодной области при обеспечении хорошей проводимости концентрированного водного раствора электролита, дающего высокую мощность и возможность эксплуатации в режиме КДЭС или гибридного конденсатора.
Это также дает возможность повысить потенциал заряжения и удельную энергию в катодной области при обеспечении хорошей проводимости водного раствора электролита, дающего высокую мощность и возможность эксплуатации в режиме конденсатора с ДЭС или гибридного конденсатора.
В этом случае, имея два конденсаторных электрода и сложный электролит, можно получить любой тип электрохимического накопителя энергии с требуемым напряжением заряда и концентрацией галогенидов в растворе электролита при одних и тех же элементах, составляющих конструкцию устройства. При этом разные электролиты на разных электродах дают возможность осуществить оптимальные электрохимические реакции на этих электродах при соответствующих потенциалах и реализовать эффективную работу в различных режимах.
Благодаря такой конструкции устройства для накопления энергии появляется возможность использования одного этого устройства в транспортном средстве (электромобиле, гибридном электромобиле и т.п.) в качестве КДЭС для пуска двигателя внутреннего сгорания, в качестве гибридного электрохимического конденсатора для разгона транспортного средства и в качестве ХИТ при движении и длительном обгоне.
Изобретение характеризуется также тем, что в качестве электролита, пропитывающего первый электрод, использован концентрированный водный раствор бромида лития, или бромида натрия, или их смеси, с концентрацией не менее 38%.
Это обеспечивает создание достаточного запаса реагента («электрохимического топлива») для осуществления фарадеевской электрохимической реакции на поверхности углерода в анодной области потенциалов (окисление/восстановление брома) и работы в режиме ХИТ.
Изобретение характеризуется тем, что в качестве электролита, пропитывающего второй электрод, использован водный раствор бромида цинка, или бромида кадмия, с концентрацией 1-80%.
Это создает достаточный запас реагента для осуществления электрохимической реакции на поверхности углерода в катодной области потенциалов (окисление/восстановление цинка или кадмия) и функционирования в режиме ХИТ.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о его соответствии такому условию патентоспособности, как «новизна».
Заявляемые существенные признаки заявляемого изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод об их соответствии такому условию патентоспособности, как «изобретательский уровень».
Сущность заявленного электрохимического устройства для накопления энергии поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен схематический вид электрохимического устройства;
на фиг.2 показаны зарядно-разрядные кривые без перегиба псевдоемкости, соответствующие высокоциклируемому КДЭС;
на фиг.3 показаны зарядно-разрядные кривые с перегибом псевдоемкости, соответствующие гибридному суперконденсатору;
на фиг.4 показан вид зарядно-разрядных кривых - многоступенчатый, соответствующий работе электродов ХИТ.
Электрохимическое устройство для накопления энергии имеет первый электрод - 1 и второй электрод - 2, выполненные из углеродного материала, сепаратор - 3, разделяющий электроды, пропитанные галогенидным электролитом, и коллекторы - 4. Внутренние компоненты устройства помещены в корпус - 5 (фиг.1). При этом первый электрод пропитан концентрированным водным раствором галогенидов элементов первой, или второй, или третьей группы главных подгрупп периодической системы или их смесью.
Второй электрод пропитан концентрированным водным раствором галогенидов элементов второй, или третьей групп побочных подгрупп периодической системы или их смесью.
В качестве электролита, пропитывающего первый электрод, использован концентрированный водный раствор бромида лития, или бромида натрия, или их смеси с концентрацией не менее 38%. При концентрации растворов менее 38% не обеспечивается достаточного количества «электрохимического топлива» в анодной области и устройство теряет функции работы в качестве ХИТ.
В качестве электролита, пропитывающего второй электрод, использован или водный раствор бромида цинка, или бромид кадмия с концентрацией 1-80%. При концентрации растворов менее 1 процента устройство не может эффективно работать из-за нехватки «электрохимического топлива» в катодной области и высокого сопротивления электролита (нехватки «транспортных» ионов). При концентрации растворов более 80% имеет место «высаливание» растворенных солей угля при температуре ниже 15°C, что существенно снижает область эксплуатации устройства.
Таким образом, выбранные опытным путем пределы концентрации растворов обеспечивают достижение технического результата, а выход за рамки этих пределов не обеспечивает достижение технического результата.
Оба электрода выполнены из пористого углеродного материала и отличаются друг от друга толщиной и массой. Сепаратор выполнен из пористого полимера, например полипропилена с диаметром пор менее 0,5 мкм.
В качестве коллекторов могут быть использованы биполярные коллекторы.
Оба электрода, пропитанные электролитом с разным содержанием галогенидов и концентрацией, дают возможность протекать электрохимическим реакциях на обоих электродах при определенном напряжении. В связи с этим электрохимическое устройство приобретает функции ХИТ с двумя электродами, на которых протекают окислительно-восстановительные реакции, что в конечном итоге повышает электрические характеристики устройства в целом.
Были проведены испытания предлагаемой конструкции электрохимического устройства с применением водных галогенидных электролитов различной концентрации.
Полученные результаты приведены в описанных ниже примерах.
Пример 1
Устройство имеет разнополярные электроды из углеродного материала, представляющие собой карточки размером 123×143 мм, вырезанные из углеволокнистого тканого материала типа Бусофит Т и Т1. Толщина положительного электрода 0,23 мм, толщина отрицательного электрода 0,3 мм. В качестве коллектора тока берется биполярный коллектор размером 160×140 мм, выполненный из токопроводящей пленки Rexam толщиной 60 мкм. Коллектор по контуру покрыт слоем герметика. Сепаратор размером 155×135 мм выполнен из полипропилена 3501 (Celgard) с диаметром пор менее 0,5 мкм.
Положительный электрод пропитан в электролите в виде 50% раствора бромида лития, а отрицательный электрод пропитан в 8% растворе бромида цинка (4% в общем электролите).
Устройство имеет следующие характеристики: напряжение заряда - 1,4 В, емкость при разряде током 10 А - 268 Ф, внутреннее сопротивление - 2 мОм (RC=0,536 сек), удельная энергия - 12 кДж/кг. Зарядно-разрядные кривые без перегиба псевдоемкости (фиг.2). Тип устройства соответствует высокоциклируемому КДЭС с относительно невысоким уровнем удельной энергии, но имеющим большую скорость заряда/разряда (RC).
Электрохимическое устройство для накопления энергии оптимизировано для функционирования в качестве конденсатора с двойным электрическим слоем.
Пример 2
Электрохимическое устройство по конструкции и технологии выполнено аналогично примеру 1, отличается тем, что положительный электрод пропитан в электролите в 50% растворе бромида лития, а отрицательный электрод в 20% растворе бромида цинка.
Устройство имеет следующие характеристики: напряжение заряда -1,76 В, емкость при токе разряда 10 А - 990 Ф, внутреннее сопротивление - 2,1 мОм (RC=2,08 сек), удельная энергия - 67,5 кДж/кг. Зарядно-разрядные кривые - с перегибом псевдоемкости (фиг.3). Устройство соответствует гибридному суперконденсатору с фарадеевской реакцией на положительном электроде (окисление/восстановление брома) и частично на отрицательном электроде. Устройство высокоциклируемое, но более медленное, чем КДЭС (пример 1) RC ~ в 4 раза больше. Однако удельная энергия выше в 5,6 раз.
Электрохимическое устройство для накопления энергии оптимизировано для работы в качестве гибридного (асимметричного) электрохимического конденсатора.
Пример 3
Электрохимическое устройство по конструкции и технологии выполнено аналогично примеру 1, отличается тем, что положительный электрод пропитан в 50% растворе бромида лития, а отрицательный электрод пропитан в 50% растворе бромида цинка.
Устройство имеет следующие характеристики: напряжение заряда - 1,9 В, емкость при разряде током 1 А - 1741 Ф, внутреннее сопротивление - 2 мОм (RC=3,48), удельная энергия - 125 кДж/кг. Вид зарядно-разрядных кривых - многоступенчатый, отвечающий работе цинкового и бромидного электродов ХИТ (фиг.4).
Это устройство более медленное, чем КДЭС и гибридный суперконденсатор (примеры 1 и 2), однако удельная энергия превышает таковую для КДЭС в 10,4 раза, а для гибридного суперконденсатора в 1,85 раза.
Электрохимическое устройство для накопления энергии оптимизировано для использования в качестве ХИТ.
Электрохимическое устройство для накопления энергии, объединяющее все функции накопления энергии, имеет положительный электрод, пропитанный в 50% растворе бромида лития, и отрицательный электрод, пропитанный в 50% растворе бромида цинка.
Включение той или иной функции определяется напряжением заряда (табл.1).
| Таблица 1 | ||
| Функция | Напряжение, В | Емкость, Ф |
| 1. Конденсатор с ДЭС | 1,4 | 309 |
| 2. Гибридный электрохимический конденсатор | 1,74 | 675 |
| 3. Химический источник тока | 1,8 | 1204 |
| 1,9 | 1355 | |
Примечание: емкость для всех 3-х функций определена при разряде током 10 А.
Из приведенных примеров видно, что на базе одного этого устройства при одних и тех же элементах, составляющих конструкцию устройства, возможно получить любой тип электрохимического накопителя энергии с необходимым напряжением заряда и концентрацией галогенидов в растворе электролита, соответствующего тому или иному типу электрохимического накопителя энергии.
Благодаря такой конструкции устройства для накопления энергии появляется возможность использования одного этого устройства в транспортном средстве (электромобиле, гибридном электромобиле и т.п.) одновременно в качестве конденсатора с ДЭС для пуска двигателя внутреннего сгорания, в качестве гибридного электрохимического конденсатора для разгона транспортного средства и в качестве ХИТ при движении и длительном обгоне.
Таким образом, заявляемое электрохимическое устройство для накопления энергии соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предлагаемая конструкция электрохимического устройства для накопления энергии по сравнению с прототипом обеспечивает эффективную работу в различных режимах за счет осуществления оптимальных электрохимических реакций на разных электродах при соответствующих потенциалах разными электролитами, что дает возможность устройству работать в качестве химического источника тока, гибридного ассиметричного конденсатора и конденсатора с двойным электрическим слоем.
Claims (3)
1.Электрохимическое устройство для накопления энергии, включающее корпус, установленные в нем по крайней мере два углеродных электрода, пропитанные водным галогенидным электролитом, сепаратор, размещенный между электродами, и коллекторы, отличающееся тем, что один электрод пропитан водным раствором с концентрацией не менее 38% галогенидов элементов первой, или второй, или третьей группы главных подгрупп периодической системы или их смесью, а второй электрод - водным раствором с концентрацией 1-80% галогенидов элементов второй, или третьей группы побочных подгрупп периодической системы или их смесью.
2. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве электролита первого электрода использован водный раствор бромида лития, или бромида натрия, или их смеси.
3. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве электролита, пропитывающего второй электрод, использован водный раствор бромида цинка, или бромида кадмия, или их смеси.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014104446/07A RU2605911C2 (ru) | 2014-02-07 | 2014-02-07 | Электрохимическое устройство для накопления энергии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014104446/07A RU2605911C2 (ru) | 2014-02-07 | 2014-02-07 | Электрохимическое устройство для накопления энергии |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014104446A RU2014104446A (ru) | 2015-08-20 |
| RU2605911C2 true RU2605911C2 (ru) | 2016-12-27 |
Family
ID=53879934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014104446/07A RU2605911C2 (ru) | 2014-02-07 | 2014-02-07 | Электрохимическое устройство для накопления энергии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2605911C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11348741B2 (en) | 2018-12-14 | 2022-05-31 | Geyser Batteries Oy | Electrochemical device for storing energy |
| RU2818759C1 (ru) * | 2023-11-22 | 2024-05-06 | Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Электрохимический ионистор для рекуперации электрической энергии |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01102863A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Toyota Motor Corp | 亜鉛−臭素電池 |
| RU2170468C1 (ru) * | 2000-04-10 | 2001-07-10 | Мирзоев Рустам Аминович | Электрохимический накопитель энергии высокой удельной мощности и электрод для него |
| RU2193261C1 (ru) * | 2001-09-03 | 2002-11-20 | Гительсон Александр Владимирович | Аккумулятор |
| RU2400871C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2010-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (СГАУ) | Бромно-цинковый аккумулятор с непроточным электролитом |
-
2014
- 2014-02-07 RU RU2014104446/07A patent/RU2605911C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01102863A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Toyota Motor Corp | 亜鉛−臭素電池 |
| RU2170468C1 (ru) * | 2000-04-10 | 2001-07-10 | Мирзоев Рустам Аминович | Электрохимический накопитель энергии высокой удельной мощности и электрод для него |
| RU2193261C1 (ru) * | 2001-09-03 | 2002-11-20 | Гительсон Александр Владимирович | Аккумулятор |
| RU2400871C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2010-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (СГАУ) | Бромно-цинковый аккумулятор с непроточным электролитом |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11348741B2 (en) | 2018-12-14 | 2022-05-31 | Geyser Batteries Oy | Electrochemical device for storing energy |
| EP3896710B1 (en) * | 2018-12-14 | 2023-07-05 | Geyser Batteries Oy | Electrochemical device for storing energy |
| RU2818759C1 (ru) * | 2023-11-22 | 2024-05-06 | Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Электрохимический ионистор для рекуперации электрической энергии |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014104446A (ru) | 2015-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104752661B (zh) | 用于锂-硫二次电池的隔膜 | |
| US20150188109A1 (en) | Separator for lithium-sulfur secondary battery | |
| WO2018002296A1 (en) | Method of forming a secondary battery | |
| ITUB20152701A1 (it) | Batteria Li/O2 semi-solida a flusso | |
| US9196425B2 (en) | High energy capacitors boosted by both catholyte and anolyte | |
| US11348741B2 (en) | Electrochemical device for storing energy | |
| RU2605911C2 (ru) | Электрохимическое устройство для накопления энергии | |
| KR101628555B1 (ko) | 리튬공기전지용 양극 | |
| JP2012089823A (ja) | リチウムイオンキャパシタ及びその製造方法 | |
| RU2522947C2 (ru) | Суперконденсатор с неорганическим композиционным твердым электролитом (варианты) | |
| US10103381B2 (en) | Trapping dissolved polysulfide for high performance batteries | |
| Izazi et al. | Red seaweed pulp as a separator in rechargeable Al-anode battery | |
| EA043714B1 (ru) | Электрохимическое устройство для накопления энергии | |
| JP2016164858A (ja) | バナジウムレドックス電池 | |
| KR20210035646A (ko) | 전해질용 첨가제, 이를 포함하는 전해질 및 에너지 저장 디바이스 | |
| JP7020440B2 (ja) | 空気電池、空気電池システム、及び空気電池システムを搭載している乗り物 | |
| JP5131949B2 (ja) | キャパシタ | |
| KR102547271B1 (ko) | 슈퍼커패시터용 전해질 및 고출력 배터리 용도 | |
| KR20170113910A (ko) | 리튬 이온 커패시터 | |
| KR20220157533A (ko) | 리튬 이온 커패시터 | |
| KR20220114585A (ko) | 개선된 납축전지 분리기 및 이를 포함하는 전지 | |
| CN109872883A (zh) | 一种超级电容器用电解质及包含其的超级电容器 | |
| KR20240065878A (ko) | 아연-브롬 슈퍼커패터리의 충전방법 | |
| JP2023523205A (ja) | リチウム二次電池用電解液及びこれを含むリチウム二次電池 | |
| WO2018094464A1 (en) | Lithium-sulfur energy storage cell and hybrid cell having capacitive energy storage and discharge capability |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200429 |