RU2708634C1 - Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления - Google Patents
Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708634C1 RU2708634C1 RU2018147151A RU2018147151A RU2708634C1 RU 2708634 C1 RU2708634 C1 RU 2708634C1 RU 2018147151 A RU2018147151 A RU 2018147151A RU 2018147151 A RU2018147151 A RU 2018147151A RU 2708634 C1 RU2708634 C1 RU 2708634C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- electrode
- composite
- aluminum foil
- laser
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 26
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 7
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 4
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 9
- RQMIWLMVTCKXAQ-UHFFFAOYSA-N [AlH3].[C] Chemical compound [AlH3].[C] RQMIWLMVTCKXAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 4
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011365 complex material Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 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
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- 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
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к электроду с двойным электрическим слоем и способу его изготовления, и может быть использовано в суперконденсаторах с двойным электрическим слоем. В качестве активного материала в предложенном суперконденсаторе использован нанокристаллический углерод, полученный при короткоимпульсной лазерной обработке полиимидной пленки с формированием мезопористого и высокодисперсного нанокристаллического графита с удельной поверхностью до 1100 м2/г и удельной емкостью до 155 Ф/г. Электроды выполнены на основе алюминиевой фольги, в которую после травления впрессован активный материал, при этом активная электродная основа пропитана электролитом на основе ионной жидкости. Техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления электродов и повышение электрохимических характеристик конденсатора с двойным электрическим слоем. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Технический результат предлагаемого изобретения обеспечивается за счет того, что в ходе изготовления суперконденсатора его электроды сформированы в виде двухслойной ленты, выполненной на основе металлической фольги с образованной в ней системой отверстий, которые заполнены активным углеродным материалом. В качестве активного материала использован мезопористый и высокодисперсный нанокристаллический графит, с размером частиц ~50 мкм и с удельной площадью поверхности 1100 м2/г. Нанокристаллический графит получен с использованием технологии короткоимпульсной лазерной обработки полиимидной пленки. При лазерной обработке образуется система регулярно расположенных отверстий одного диаметра, в отличие от использованных ранее в известных решениях электрохимического травления фольги, где размер и расположение отверстий или пор имеет случайный характер. Суперконденсатор содержит в себе последовательно включенные электродные секции. При помощи изоляционного материала осуществляется изоляция этих электродных секций. Ионопроницаемый сепаратор выполнен из целлюлозной, или пористой полиэтиленовой, или полипропиленовой пленки, или фторопластовой мембраны.
Также технический результат достигается за счет способа изготовления электродов СК, при котором электроды выполняются на основе металлической фольги, которая проходит предварительную лазерную обработку на воздухе, после которой в фольге образуется система отверстий. Далее производится травление фольги и впрессовывание активного материала в образованную структуру на основе алюминиевой фольги. Травление алюминиевой фольги необходимо для растворения оксидной пленки, которая образуется в результате лазерной обработки. Для реализации метода лазерного микроструктурирования использовалось излучение иттербиевого оптоволоконного лазера, работающего в импульсном режиме генерации излучения.
СК может содержать в корпусе по меньшей мере от двух до 100 последовательно включенных электродов, пропитанных электролитом и разделенных ионопроницаемым сепаратором. Активная углеродная основа может быть отформована в виде ленты и запрессована в металлическую матрицу между двумя валками. СК может иметь либо пленарный тип электродов, либо включать намоточную технологию. Активная углеродная основа электродов пропитана электролитом на основе ионной жидкости в виде 1 молярного раствора тетраэтиламмония тетрафторбората в ацетонитриле. В качестве материала корпуса суперконденсатора может быть использован алюминий.
Таким образом, изобретение относится к суперконденсаторам, в частности, к высокоэффективному суперконденсатору с двойным электрическим слоем (ДЭС), содержащему углеродные композитные электроды и высокоэффективный электролит, а также к способу его изготовления.
Анализ современного состояния получения электродов СК показал, что углеродно-металлические композиционные электроды позволяют минимизировать потери, связанные с внутренним сопротивлением электрода. Наилучшие результаты достигаются, в частности, при использовании углеродно-алюминиевых композитных электродов. Известен способ изготовления таких электродов путем осаждения на алюминиевую подложку углеродного порошка [1]. Аналогичные цели достигаются при использовании совместного вплетения волокон из алюминия в волокна углеродного материала [2]. Для придания функциональных свойств композитному материалу и повышению механической прочности такие взаимно сплетенные углеродно-алюминиевые заготовки рекомендуется отжигать [3]. Однако при этом образуются оксиды алюминия и возрастает омическое сопротивление электрода.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является электрод конденсатора с ДЭС и способ его изготовления, предположенный в патенте РФ №2163041 (патентообладатель и заявитель фирма Максвелл Технолоджиз. Инк. (US); Maxwell Technologies) [3].
Согласно указанному изобретению, которое нами выбрано в качестве прототипа, изготовление углеродно-композиционных электродов и эффективного суперконденсатора заключается в проведении следующих операций. Заготовки из углеродных волокон получают при использовании волокон из активированного угля (длина приблизительно 5 мм, диаметр приблизительно 8 мкм, площадь поверхности около 2500 м2/г). В заготовки из углеродного волокна включены целлюлозные волокна длиной приблизительно 5 мм и диаметром около 8 мкм. Заготовки из углеродного волокна пропитывают расплавленным алюминием с использованием технологии плазменного распыления с контролем процесса распыления для обеспечения равномерного проникновения. После завершения процесса распыления из пропитанной угольной заготовки штампуют диски композитных электродов. Целлюлозные волокна удаляют из композитного электрода путем спекания электрода приблизительно при 200-300°С. Лист алюминиевой фольги толщиной около 50 мкм присоединяется к каждому угольно-алюминиевому композитному электроду при температуре 360-600°С, внешнем давлении 0,84 кг/см2 в присутствии инертной или слегка восстановительной среды.
Готовые угольно-алюминиевые композитные электроды с токосъемной обкладкой представляют собой дискообразное устройство и включает в себя пористый полипропиленовый разделитель, который помещают между угольно-алюминиевыми композитными электродами для выполнения функции ионопроводящего разделителя. Затем угольно-алюминиевые композитные электроды и разделитель пропитывают раствором электролита с использованием технологии вакуумной инфильтрации. Далее конденсатор собирали из полученных электродов и герметизировали снаружи.
Таким образом, двухслойный конденсатор содержит два электрода, два токосъемника, каждый из которых расположен на не обращенных друг к другу поверхностях соответствующего электрода, ионопроводящий разделитель, расположенный между обращенными друг к другу поверхностями указанных двух электродов, и электролит, насыщающий указанные электроды и разделитель, отличающийся тем, что указанные два электрода представляют собой два пористых, пропитанных алюминием угольных композитных электрода, содержащих заготовку из волокон из активированного угля, имеющих большую площадь поверхности, пропитанную расплавленным алюминием, а указанный электролит является безводным.
Создание такого конденсатора включает много стадий подготовки и сборки, сложный по устройству материал, из которого получают углерод-алюминиевый композит, необходимость пропитывать заготовку алюминием, который оплавляется с помощью плазмы. При этом происходит не только оплавление алюминия, но и его окисление, что, как отмечалось выше, приводит к повышению омического сопротивления всей конструкции. Лист алюминиевой фольги «пропитывают» в композите. Изготовление такого конденсатора сопровождается операцией присоединения токосъемной обкладки к поверхности указанного электрода, выравнивание двух электродов относительно друг друга так, чтобы указанные два электрода были обращены друг к другу поверхностями, не имеющими указанного соединения, и далее помещают ионопроводящий разделитель между указанными обращенными друг к другу поверхностями упомянутых двух электродов. Параметры полученного электрода: внутреннее сопротивление менее 1,5 Ом⋅см2 и емкость композитного электрода составляет по меньшей мере 60 Ф/г.
Целью настоящего изобретения является упрощение технологии приготовления электродов и повышение электрохимических характеристик конденсатора с двойным электрическим слоем, в котором в качестве активного материала использован нанокристаллический углерод, полученный при короткоимпульсной лазерной обработке полиимидной пленки. Метод короткоимпульсной лазерной обработки полиимидной пленки приводит к формированию мезопористого и высокодисперсного нанокристаллического графита с удельной поверхностью до 1100 м2/г и удельной емкостью до 155 Ф/г.
Технический результат обеспечивается за счет того, что в предлагаемом суперконденсаторе электроды сформированы в виде двухслойной ленты, выполненной на основе металлической фольги с образованными в ней системой отверстий, которые заполнены активным углеродным материалом. В качестве активного материала использован мезопористый и высокодисперсный нанокристаллический графит, с размером частиц ~50 мкм и с удельной площадью поверхности 1100 м2/г. Нанокристаллический графит получен с использованием технологии короткоимпульсной лазерной обработки полиимидной пленки. При лазерной обработке образуется система регулярно расположенных отверстий одного диаметра, в отличие от использованного ранее электрохимического травления фольги, где размер и расположение отверстий или пор имеет случайный характер. Суперконденсатор содержит в себе последовательно включенные электродные секции. При помощи изоляционного материала осуществляется изоляция этих электродных секций. Ионопроницаемый сепаратор выполнен из целлюлозной, или пористой полиэтиленовой, или полипропиленовой пленки, или фторопластовой мембраны.
Также технический результат достигается за счет способа изготовления электродов СК, при котором электроды выполняются на основе металлической фольги, которая проходит предварительную лазерную обработку на воздухе, после которой в фольге образуется система отверстий. Потом производится травление фольги и впрессовывание активного материала в образованную структуру на основе алюминиевой фольги. Травление алюминиевой фольги необходимо для растворения оксидной пленки, которая образуется в результате лазерной обработки. Для реализации метода лазерного микроструктурирования использовалось излучение иттербиевого оптоволоконного лазера, работающего в импульсном режиме генерации излучения.
СК может содержать в корпусе по меньшей мере от двух до 100 последовательно включенных электродов, пропитанных электролитом и разделенных ионопроницаемым сепаратором. Активная углеродная основа может быть отформована в виде ленты и запрессована в металлическую матрицу между двумя валками. СК может иметь либо планарный тип электродов, либо включать намоточную технологию. Активная углеродная основа электродов пропитана электролитом на основе ионной жидкости в виде 1 молярного раствора тетраэтиламмония тетрафторбората в ацетонитриле. В качестве материала корпуса суперконденсатора может быть использован алюминий.
Изложенное выше иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 показана схема строения композиционного электрода, полученного лазерным микроструктурированием, где d - диаметр отверстий, r - расстояние между отверстиями, h - толщина электрода (алюминиевой фольги), 1.1 - частицы активированного угля, 1.2 - алюминиевая фольга.
На фиг.2 показана схема электрода с пленарной конструкцией, где 2.1 - связующее вещество (ПТФЭ), 2.2. - частицы активированного угля, 2.3 - алюминиевый коллектор.
Описание конструкции электрода конденсатора с двойным электрическим слоем и способы его изготовления
Вариант 1.
Исходными материалами являются полиимидная пленка марки ПМ-1 толщиной 40 мкм. Короткоимпульсную лазерную обработку полиимидной пленки производят в среде аргона при помощи оптоволоконного иттербиевого лазера в следующих режимах: длина волны излучения 1,065 мкм; частота генерации импульсов 20 кГц; мощность лазерного излучения 36 Вт; скорость сканирования луча лазера 100 мм/с; длительность импульса около 100 нс. При меньшей мощности лазерного излучения полиимидная пленка практически прозрачна и в ней не происходили процессы разрушения структуры. При мощности свыше 30 Вт, благодаря высокой удельной плотности мощности, происходит оптический пробой, лавинообразное поглощение лазерного излучения и деструкция полиимидной пленки с образованием углеродных наноструктур.
Исходными материалами для получения композиционных электродов СК являются алюминиевая фольга с разной толщиной от 20 до 300 мкм и нанокристаллический графит, полученный из полиимидной пленки.
Методика изготовления электрода включает следующие стадии:
1. Лазерное микроструктурирование алюминиевой фольги на воздухе с получением системы отверстий диаметром от 20 до 300 мкм;
2. Травление алюминиевой фольги в 1М растворе NaOH для уменьшения толщины оксидной пленки после лазерной обработки;
3. Промывка дистиллированной водой, сушка электродов;
4. Заполнение отверстий в алюминиевой фольге активированным углем методами прессовки и прокатки валами.
Полученные описанным способом электроды представляют собой композиционную структуру на основе алюминиевой матрицы с распределенным в ней активированным углем (фиг. 1). Отверстия в алюминиевой фольге формируются на минимальном расстоянии друг от друга так, чтобы при травлении оксидной пленки после лазерной обработки сохранялись геометрическая форма и перегородки между отверстиями. Применение технологии лазерного микроструктурирования приводит к росту суммарной удельной емкости композиционного материала и уменьшению активного сопротивления материала электродов.
В качестве ионопроницаемого сепаратора использована целлюлозная бумага толщиной 130 мкм.
В качестве электролита использовали 1 М раствор тетраэтиламмония тетрафторбората в ацетонитриле. Полученный электрохимический конденсатор обладает внутренним сопротивлением 7,9 Ом⋅см2 с удельной емкостью 67 Ф/г.
Вариант 2
Исходными материалами являются полиимидная пленка марки ПМ-1 толщиной 40 мкм. Короткоимпульсную лазерную обработку полиимидной пленки производят в среде аргона при помощи оптоволоконного иттербиевого лазера в следующих режимах: длина волны излучения 1,065 мкм; частота генерации импульсов 20 кГц; мощность лазерного излучения 36 Вт; скорость сканирования луча лазера 100 мм/с; длительность импульса около 100 нс.
Исходными материалами для получения электродов СК являются алюминиевая фольга с толщиной 20 мкм и нанокристаллический графит, полученный из полиимидной пленки.
Электроды изготовлены по пленарной технологии с добавлением высокодисперсного порошка фторопласта и представляют собой однородные пластины из активного материала, полученные механическим смешиванием порошкового материала с добавлением фторопласта в количестве до 10 мас. % (фиг. 2). Таким образом, электроды представляли собой однородные пластины с заданной толщиной 100 мкм, которые характеризуются высокой гибкостью и однородной структурой.
В качестве ионопроницаемого сепаратора использована целлюлозная бумага толщиной 130 мкм.
В качестве электролита использовали 1 М раствор тетраэтиламмония тетрафторбората в ацетонитриле. Полученный электрохимический конденсатор обладает внутренним сопротивлением 0,4 Ом⋅м2 с удельной емкостью 155 Ф/г.
Технология получения нанокристаллического графита
В результате исследований разработана технология получения нанокристаллического графита преимущественно с sp2-гибридизацией и площадью удельной поверхности до 1100 м2/г, которая использована в качестве материала электродов в суперконденсаторах. Для создания нанокристаллического графита необходимо:
1. Полиимидную пленку марки ПМ-1 толщиной 40 мкм промыть дистиллированной водой, обезжирить спиртом или ацетоном;
2. Фиксировать полиимидную пленку в герметичной рабочей камере при помощи металлической пластины и магнитов, обеспечивая пространство с двух сторон пленки не менее 10 мм для свободного выхода продуктов лазерной обработки;
3. После фиксации пленки закрыть крышку камеры и осуществить продувку аргоном высокой чистоты с объемной долей аргона 99,995%, в течение 2 минут;
4. Короткоимпульсную лазерную обработку проводить на оптоволоконном иттербиевом лазере с следующими режимами: длина волны излучения 1,065 мкм; частота генерации импульсов 20 кГц; мощность лазерного излучения 36 Вт; скорость сканирования луча лазера 100 мм/с; длительность импульса 100 нс.
5. По окончании лазерной обработки выключить газ, извлечь из камеры синтезированный порошковый материал при помощи шпателя.
Список источников
1. Патент РФ №2098879. Конденсатор большой мощности на двойном электрическом слое. H01G 9/155. Опубл. 10.12.1997 / Товстюк К.Д., Чернилевский И.К., Товстюк Н.К., Куценко В.И., Маркова Л.Н., Хруник Я.А., Шамборовская А.Е.
2. Патент РФ №2427052. Электродный материал для конденсатора электрического, способ его изготовления и суперконденсатор электрический. H01G 9/05, H01G 9/15. Опубл. 20.08.2011. Бюлл. №23. / Агупов В.К., Чайка М.Ю., Беседин В.В., Глотов А.В., Четвериков С.Н.
3. Патент РФ №2163041. Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами. H01G 9/00, H01G 9/04. Опубл. 10.02.2001. Бюлл. №4. / К. Джозеф Фарахманди, Джон М. Диспеннетте.
Claims (7)
1. Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем, состоящий из композиционных электродов на основе алюминиевой фольги с системой отверстий и нанокристаллического графита, отличающийся тем, что в качестве активного материала использован нанокристаллический углерод в форме графита, полученный короткоимпульсной лазерной обработкой полиимидной пленки в среде аргона при помощи оптоволоконного иттербиевого лазера при следующих режимах: частота генерации импульсов 20÷100 кГц; мощность лазерного излучения 30÷40 Вт; скорость сканирования луча лазера 100÷200 мм/с; длительность импульса 80÷120 нс.
2. Способ изготовления конденсатора п.1, отличающийся тем, что в качестве тококоллектора использована алюминиевая фольга, полученная при помощи технологии лазерного микроструктурирования с образованием регулярной системы отверстий, что приводит к росту суммарной удельной емкости композиционного материала и уменьшению активного сопротивления материала электродов.
3. Суперконденсатор, содержащий два электрода, два токосъемника, каждый из которых расположен на необращенных друг к другу поверхностях соответствующего электрода, ионопроводящий разделитель, расположенный между обращенными друг к другу поверхностями указанных двух электродов, и электролит, насыщающий указанные электроды, при этом указанные два электрода представляют собой композиционные электроды на основе алюминиевой фольги с системой отверстий и нанокристаллического графита, отличающийся тем, что с целью повышения электрохимических характеристик в качестве активного материала использован нанокристаллический углерод, получаемый с использованием технологии короткоимпульсной лазерной обработки полиимидной пленки.
4. Суперконденсатор по п.3, отличающийся тем, что композиционные электроды имеют большую площадь поверхности до 1100 м2/г и внутреннее сопротивление менее 0,4 Ом⋅см2.
5. Суперконденсатор по любому из пп.3 и 4, отличающийся тем, что емкость композитного электрода составляет по меньшей мере 155 Ф/г.
6. Суперконденсатор по любому из пп.3 и 4 или 5, отличающийся тем, что каждый электрод содержит в себе токосъемник из алюминиевой фольги, присоединенный к необращенным друг к другу поверхностям соответствующих электродов.
7. Способ изготовления суперконденсатора по п.1, отличающийся тем, что на этапе присоединения активного материала к токосъемной обкладке композиционного электрода удаляют слои оксида алюминия с токосъемника из алюминиевой фольги и впрессовывают композитный электрод в алюминиевую фольгу без использования инертной среды.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147151A RU2708634C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018147151A RU2708634C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2708634C1 true RU2708634C1 (ru) | 2019-12-10 |
Family
ID=68836718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018147151A RU2708634C1 (ru) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2708634C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU203052U1 (ru) * | 2020-06-26 | 2021-03-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Гибридный графеновый суперконденсатор |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2098879C1 (ru) * | 1994-03-11 | 1997-12-10 | Наталия Корнеевна Товстюк | Конденсатор большой мощности на двойном электрическом слое |
| RU2163041C2 (ru) * | 1994-10-07 | 2001-02-10 | Максвелл Текнолоджиз, Инк. | Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами |
| JP2009239140A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電極の製造方法および電極 |
| RU2427052C1 (ru) * | 2010-04-19 | 2011-08-20 | Открытое акционерное общество Воронежское специальное конструкторское бюро "Рикон" (ОАО ВСКБ "Рикон") | Электродный материал для конденсатора электрического, способ его изготовления и суперконденсатор электрический |
| CN104036968A (zh) * | 2013-03-06 | 2014-09-10 | 吴青蓉 | 一种利于电解液浸润的电极芯 |
| CN105355449A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-02-24 | 中国科学院电工研究所 | 一种电极的制备方法及装置 |
| CN206480512U (zh) * | 2016-11-18 | 2017-09-08 | 天津普兰能源科技有限公司 | 一种铝箔层打孔的电极片 |
-
2018
- 2018-12-28 RU RU2018147151A patent/RU2708634C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2098879C1 (ru) * | 1994-03-11 | 1997-12-10 | Наталия Корнеевна Товстюк | Конденсатор большой мощности на двойном электрическом слое |
| RU2163041C2 (ru) * | 1994-10-07 | 2001-02-10 | Максвелл Текнолоджиз, Инк. | Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами |
| JP2009239140A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電極の製造方法および電極 |
| RU2427052C1 (ru) * | 2010-04-19 | 2011-08-20 | Открытое акционерное общество Воронежское специальное конструкторское бюро "Рикон" (ОАО ВСКБ "Рикон") | Электродный материал для конденсатора электрического, способ его изготовления и суперконденсатор электрический |
| CN104036968A (zh) * | 2013-03-06 | 2014-09-10 | 吴青蓉 | 一种利于电解液浸润的电极芯 |
| CN105355449A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-02-24 | 中国科学院电工研究所 | 一种电极的制备方法及装置 |
| CN206480512U (zh) * | 2016-11-18 | 2017-09-08 | 天津普兰能源科技有限公司 | 一种铝箔层打孔的电极片 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU203052U1 (ru) * | 2020-06-26 | 2021-03-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Гибридный графеновый суперконденсатор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4406667B2 (ja) | アルミニウムと炭素の複合電極を有する高性能二重層キャパシタ | |
| US10522300B2 (en) | Metallic surface with karstified relief, forming same, and high surface area metallic electrochemical interface | |
| US7867290B2 (en) | Separator filled with electrolyte | |
| JP2016511929A (ja) | モノリシック全固体状態電池の製造プロセス | |
| KR101801615B1 (ko) | 커패시터 | |
| WO2006126721A1 (ja) | 電気二重層キャパシタ | |
| TW201616706A (zh) | 具有受保護負電極的電化學單元 | |
| KR101199538B1 (ko) | 하이브리드 커패시터 | |
| KR20210020991A (ko) | 탄소 나노튜브(ｃｎｔ)-금속 복합 제품 및 그 제조방법 | |
| Lei et al. | Engineering kinetics-favorable carbon sheets with an intrinsic network for a superior supercapacitor containing a dual cross-linked hydrogel electrolyte | |
| KR20190094383A (ko) | 거대다공성 전극을 갖는 활성 탄소 슈퍼커패시터를 위한 방법, 장치 및 시스템 | |
| RU2708634C1 (ru) | Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления | |
| JP4807128B2 (ja) | カーボンナノチューブを用いた電気二重層キャパシタおよびその製造方法 | |
| JPH0821525B2 (ja) | 分極性電極およびその製造方法 | |
| WO2017077823A1 (ja) | 電気二重層コンデンサ及びその製造方法 | |
| RU2400851C1 (ru) | Способ получения катодной фольги и катодная фольга электролитических конденсаторов | |
| KR101571679B1 (ko) | 탄소나노섬유-이온성액체 복합체, 그 제조방법, 상기 탄소나노섬유-이온성액체 복합체를 이용한 울트라커패시터 및 그 제조방법 | |
| KR102013179B1 (ko) | 슈퍼커패시터용 전극활물질의 제조방법, 이를 이용한 슈퍼커패시터 전극의 제조방법 및 슈퍼커패시터의 제조방법 | |
| CN103366955B (zh) | 一种玻璃电容器和封装装置 | |
| KR102389257B1 (ko) | 전기이중층 캐패시터 및 이의 제조 방법 | |
| RU2649403C1 (ru) | Пленочный конденсатор | |
| RU2522940C1 (ru) | Способ изготовления токоснимающей фольги и токоснимающая фольга суперконденсаторов | |
| KR102116279B1 (ko) | 울트라커패시터용 전극활물질의 제조방법, 이를 이용한 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 울트라커패시터의 제조방법 | |
| US20240167146A1 (en) | Electrode and method of producing the electrode | |
| TWI285383B (en) | Solid state electrolytic capacitor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201229 |