RU2782246C1 - Electrolyte for a double-layer electrochemical capacitor and method for its preparation - Google Patents

Electrolyte for a double-layer electrochemical capacitor and method for its preparation Download PDF

Info

Publication number
RU2782246C1
RU2782246C1 RU2022105901A RU2022105901A RU2782246C1 RU 2782246 C1 RU2782246 C1 RU 2782246C1 RU 2022105901 A RU2022105901 A RU 2022105901A RU 2022105901 A RU2022105901 A RU 2022105901A RU 2782246 C1 RU2782246 C1 RU 2782246C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrolyte
electrochemical capacitor
solvent
acetonitrile
layer electrochemical
Prior art date
Application number
RU2022105901A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Васильевич Астахов
Руслан Равильевич Галимзянов
Иван Иванович Кочетов
Илья Сергеевич Кречетов
Сергей Сергеевич Кругликов
Татьяна Львовна Лепкова
Светлана Владленовна Стаханова
Фаррух Саадиевич Табаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Application granted granted Critical
Publication of RU2782246C1 publication Critical patent/RU2782246C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to an electrolyte for a two-layer electrochemical capacitor and a method for its preparation. According to the invention, the composition of the electrolyte includes an ionogen in the form of a salt of a quaternary ammonium base and a mixture of organic solvents, where the main solvent is acetonitrile, and the co-solvent is selected from among ethers, while methyltriethylammonium tetrafluoroborate is used as a salt of a quaternary ammonium base, ethyl acetate is used as a co-solvent, and additionally as a component that lowers the melting point of the electrolyte, toluene, or ethoxyethane, or vinylene carbonate is introduced.
EFFECT: extending the boundaries of the temperature range of performance of a two-layer electrochemical capacitor with a voltage of 2.5 V to the range from minus 65°C to 65°C without a significant decrease in capacitive characteristics in the entire range of operating temperatures, including after passing through 10,000 charge-discharge cycles, and ensuring " cold start” with a current of at least 0.5 A/g at a temperature of minus 65°C is the technical result of the invention.
2 cl, 3 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электролиту для двухслойного электрохимического конденсатора и способу его приготовления. Изобретение может быть использовано в производстве двухслойных конденсаторов, применяемых для накопления и импульсной отдачи энергии в гибридных системах хранения энергии в паре с аккумуляторами, на гибридном транспорте и электротранспорте для рекуперации энергии торможения, а также в качестве источников питания при запуске двигателей, турбин, в том числе в особых климатических условиях и т.п.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to an electrolyte for a two-layer electrochemical capacitor and a method for its preparation. The invention can be used in the production of double-layer capacitors used for energy storage and pulse output in hybrid energy storage systems paired with batteries, in hybrid vehicles and electric vehicles for recuperation of braking energy, and also as power sources when starting engines, turbines, including number in special climatic conditions, etc.

Удельные энергоемкость и мощность двухслойных конденсаторов определяются свойствами пары электродный материал - электролит, а диапазон температурного интервала эксплуатации зависит от свойств электролита. Использование ацетонитрила в качестве растворителя в составе электролита гарантирует работоспособность двухслойных конденсаторов в температурном интервале от минус 40°С до 65°С. Однако для ряда областей применения, таких как энергообеспечение в условиях Крайнего Севера и Арктики, требуются двухслойные конденсаторы с диапазоном рабочих температур от минус 65 до 65°С, сохраняющие высокие емкостные и мощностные характеристики во всем интервале температур.The specific energy intensity and power of double-layer capacitors are determined by the properties of the electrode material-electrolyte pair, and the operating temperature range depends on the properties of the electrolyte. The use of acetonitrile as a solvent in the composition of the electrolyte guarantees the performance of double-layer capacitors in the temperature range from minus 40°C to 65°C. However, for a number of applications, such as power supply in the conditions of the Far North and the Arctic, double-layer capacitors are required with an operating temperature range from minus 65 to 65°C, maintaining high capacitance and power characteristics over the entire temperature range.

Известен электролит для двухслойного электрохимического конденсатора, описанный в патенте US 7675737, содержащий ацетонитрил в качестве основного растворителя, по крайней мере два апротонных сорастворителя, таких как этиленкарбонат, γ-бутиролактон, метилформиат, смесь проводящих солей и ионных жидкостей, концентрация которых составляет 2 моль/л.An electrolyte for a two-layer electrochemical capacitor is known, described in US Pat. l.

Недостатком этого электролита является низкая электропроводность при пониженных температурах (менее 2 мСм/см при минус 60°С), что приводит к значительному снижению удельных емкостных характеристик конденсатора. Кроме того, из-за наличия в составе электролита низкокипящего компонента, такого, как метилформиат, электролит не обеспечивает ресурсной стабильности при температурах выше 25°С.The disadvantage of this electrolyte is the low electrical conductivity at low temperatures (less than 2 mS/cm at minus 60°C), which leads to a significant decrease in the specific capacitive characteristics of the capacitor. In addition, due to the presence of a low-boiling component, such as methyl formate, in the composition of the electrolyte, the electrolyte does not provide resource stability at temperatures above 25°C.

Известен электролит для двухслойного электрохимического конденсатора, описанный в патенте US 8804309, содержащий ацетонитрил в качестве основного растворителя и 1,3-диоксолан, метилформиат, пропионитрил и бутиронитрил в качестве сорастворителей, соли четвертичных аммониевых оснований в качестве ионогенов.Known electrolyte for a double-layer electrochemical capacitor, described in US patent 8804309, containing acetonitrile as the main solvent and 1,3-dioxolane, methyl formate, propionitrile and butyronitrile as co-solvents, quaternary ammonium salts as ionogens.

Недостатком этого электролита является низкая электропроводность, поскольку предотвращения кристаллизации ионогенов их вводят в электролит в пониженных концентрациях - от 0,1 до 0,75 моль/л. Кроме того, из-за наличия в составе электролита низкокипящего компонента, такого, как метилформиат, и электрохимически нестабильного компонента, такого, как 1,3-диоксолан, предложенный электролит не обеспечивает ресурсной стабильности при температурах выше 25°С.The disadvantage of this electrolyte is the low electrical conductivity, because to prevent the crystallization of ionogens, they are introduced into the electrolyte at low concentrations - from 0.1 to 0.75 mol/l. In addition, due to the presence of a low-boiling component, such as methyl formate, and an electrochemically unstable component, such as 1,3-dioxolane, in the electrolyte composition, the proposed electrolyte does not provide resource stability at temperatures above 25°C.

Известен электролит для двухслойного электрохимического конденсатора, описанный в патенте CN 102254691 А, предназначенный для эксплуатации при ультранизких температурах и представляющий собой раствор четвертичных аммониевых солей в пропиленкарбонате или ацетонитриле с нитрилами или сложными эфирами в качестве низкотемпературных добавок. Однако наиболее низкой температурой, при которой охарактеризованы свойства этого электролита, является -40°С.Known electrolyte for a two-layer electrochemical capacitor, described in patent CN 102254691 A, designed for operation at ultra-low temperatures and representing a solution of quaternary ammonium salts in propylene carbonate or acetonitrile with nitriles or esters as low-temperature additives. However, the lowest temperature at which the properties of this electrolyte are characterized is -40°C.

Недостатком этого электролита является низкая ресурсная стабильность при комнатной и повышенных температурах, а также недостаточно широкое электрохимическое окно.The disadvantage of this electrolyte is the low resource stability at room and elevated temperatures, as well as an insufficiently wide electrochemical window.

Известен электролит для двухслойного электрохимического конденсатора, описанный в патенте CN 105070528 A, обеспечивающий стабильную работу при температурах до минус 60 градусов. В качестве ионогенов в нем используются соли четвертичных аммониевых оснований, а в качестве полярных апротонных растворителей - ацетонитрил и другие нитрилы. Кроме того, электролит содержит низкотемпературные добавки - алкилнитраты.Known electrolyte for a double-layer electrochemical capacitor, described in patent CN 105070528 A, providing stable operation at temperatures up to minus 60 degrees. It uses salts of quaternary ammonium bases as ionogens, and acetonitrile and other nitriles as polar aprotic solvents. In addition, the electrolyte contains low-temperature additives - alkyl nitrates.

Недостатком этого электролита является использование в его составе высокотоксичных соединений: нитрометана, нитроэтана, 2-нитропропана (см. «Федеральный регистр потенциально опасных химических и биологических веществ»). Кроме того, в патенте не приводятся данные об электрохимическом окне, емкостных характеристиках и ресурсной стабильности при различных температурах.The disadvantage of this electrolyte is the use of highly toxic compounds in its composition: nitromethane, nitroethane, 2-nitropropane (see "Federal Register of Potentially Hazardous Chemical and Biological Substances"). In addition, the patent does not provide data on the electrochemical window, capacitive characteristics and resource stability at various temperatures.

Известен электролит для двухслойного электрохимического конденсатора, описанный в патенте CN 104681302 A, который содержит в своем составе смесь солей четвертичных аммониевых оснований, ионных жидкостей, ацетонитрил в качестве полярного апротонного растворителя, а также одну или несколько низкотемпературных добавок - диэтилкарбонат, этилпропионат, диметилсульфит, изобутилформиат, бутилацетат, гексилацетат, бутилвалериат. Электролит обеспечивает высокую ресурсную стабильность при 70°С - после 10 тыс. циклов гальваностатического заряда-разряда происходит снижение емкости не более, чем на 10%. Наиболее низкая температура, при которой способен заряжаться и разряжаться двухслойный конденсатор с данным электролитом, составляет минус 65°С.Known electrolyte for a two-layer electrochemical capacitor, described in patent CN 104681302 A, which contains a mixture of salts of quaternary ammonium bases, ionic liquids, acetonitrile as a polar aprotic solvent, as well as one or more low-temperature additives - diethyl carbonate, ethyl propionate, dimethyl sulfite, isobutyl formate , butyl acetate, hexyl acetate, butylvalerate. The electrolyte provides high resource stability at 70°C - after 10 thousand cycles of galvanostatic charge-discharge, the capacity decreases by no more than 10%. The lowest temperature at which a double-layer capacitor with this electrolyte is capable of charging and discharging is minus 65°C.

Недостатком этого электролита является значительное снижение емкости двухслойного конденсатора при понижении температуры: так, при температуре минус 65°С сохраняется только от 43 до 49% емкости двухслойного конденсатора по сравнению с его емкостью при 25°С.The disadvantage of this electrolyte is a significant decrease in the capacitance of a double-layer capacitor with decreasing temperature: for example, at a temperature of minus 65°C, only 43 to 49% of the capacitance of a double-layer capacitor is retained compared to its capacitance at 25°C.

Известен электролит для двухслойного электрохимического конденсатора, описанный в патенте US 20210057170 A1, содержащий в качестве полярного апротонного растворителя ацетонитрил, в качестве низкотемпературных добавок низкокипящие растворители, такие как метилформиат и 1,3-диоксолан, а в качестве ионогена - тетрафторборат 1,1'-спиробипироллидиния. Данный электролит обеспечивает высокие емкостные характеристики двухслойного конденсатора в интервале температур от минус 100°С до 20°С.Known electrolyte for a two-layer electrochemical capacitor, described in US patent 20210057170 A1, containing acetonitrile as a polar aprotic solvent, low-boiling solvents such as methyl formate and 1,3-dioxolane as low-temperature additives, and tetrafluoroborate 1,1'- as an ionogen spirobipyrollidinium. This electrolyte provides high capacitive characteristics of a double-layer capacitor in the temperature range from minus 100°C to 20°C.

Недостатком этого электролита является низкая концентрация ионогена (не более 0,5 М) и высокая доля малополярного сорастворителя, из-за чего удельная электропроводность электролита недостаточно высока. Кроме того, из-за низкой температуры кипения сорастворителей условия эксплуатации электролита ограничены температурами не выше 20°С, а электролиты, содержащие 1,3-диоксолан, обладают низкой ресурсной стабильностью из-за полимеризации данной добавки.The disadvantage of this electrolyte is the low concentration of the ionogen (not more than 0.5 M) and the high proportion of low-polarity co-solvent, due to which the electrical conductivity of the electrolyte is not high enough. In addition, due to the low boiling point of cosolvents, the operating conditions of the electrolyte are limited to temperatures not exceeding 20°C, and electrolytes containing 1,3-dioxolane have low resource stability due to the polymerization of this additive.

Известен электролит для двухслойного электрохимического конденсатора, описанный в патенте CN 109192536 A, в котором в качестве ионогена используют ионную жидкость с катионами 1-метил-3-метилимидазолиния и N,N-метилпропилпиперидиния, пропиленкарбонат или ацетонитрил в качестве полярного апротонного растворителя, а также метилацетат, метилформиат, пентан и безводный спирт в качестве низкотемпературной добавки. Предложенный электролит обеспечивают работоспособность двухслойного конденсатора при температурах от минус 90°С до 25°С.An electrolyte for a two-layer electrochemical capacitor is known, described in patent CN 109192536 A, in which an ionic liquid with 1-methyl-3-methylimidazolinium and N,N-methylpropylpiperidinium cations, propylene carbonate or acetonitrile as a polar aprotic solvent, as well as methyl acetate is used as an ionogen , methyl formate, pentane and anhydrous alcohol as a low temperature additive. The proposed electrolyte ensures the performance of a double-layer capacitor at temperatures from minus 90°C to 25°C.

Недостатком этого электролита является снижение емкостных характеристик более чем в 2 раза при понижении температуры. Кроме того, из-за наличия в составе электролита низкокипящих компонентов, таких, как метилформиат, пентан и др., предложенный электролит не обеспечивает ресурсной стабильности при температурах выше 25°С.The disadvantage of this electrolyte is the decrease in capacitive characteristics by more than 2 times with decreasing temperature. In addition, due to the presence of low-boiling components, such as methyl formate, pentane, etc., in the composition of the electrolyte, the proposed electrolyte does not provide resource stability at temperatures above 25°C.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электролит, описанный в патенте RU 2612192 С1, обеспечивающий работоспособность двухслойного электрохимического конденсатора в интервале рабочих температур от минус 55°С до 65°С при номинальном напряжении 2,5 В. В состав электролита входят смесь ионогенов в виде соли четвертичного алкиламмония - тетрафторбората тетраэтиламмония с ионной жидкостью - тетрафторборатом 1-этил-3-метилимидазолия, смесь органических растворителей, где основной растворитель ацетонитрил, а сорастворитель выбран из числа нитрилов, или циклических карбонатов, или лактонов, или эфиров, или циклических эфиров, и газопоглощающая добавка, причем концентрация ионогена в электролите составляет 12-47 мас. %, основной растворитель занимает 30-78 мас. %, сорастворитель - 5-35 мас. %, а дополнительная газопоглощающая добавка - 0,1-5 мас. %.The closest in technical essence and the achieved result is the electrolyte described in patent RU 2612192 C1, which ensures the operability of a two-layer electrochemical capacitor in the operating temperature range from minus 55°C to 65°C at a nominal voltage of 2.5 V. The composition of the electrolyte includes a mixture of ionogens in the form of a quaternary alkylammonium salt - tetraethylammonium tetrafluoroborate with an ionic liquid - 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, a mixture of organic solvents, where the main solvent is acetonitrile, and the co-solvent is selected from among nitriles, or cyclic carbonates, or lactones, or ethers, or cyclic ethers , and gas-absorbing additive, and the concentration of the ionogen in the electrolyte is 12-47 wt. %, the main solvent is 30-78 wt. %, co-solvent - 5-35 wt. %, and an additional gas-absorbing additive - 0.1-5 wt. %.

Недостатком прототипа является недостаточная нижняя граница температурного интервала работоспособности, которая составляет минус 55°С. Кроме того, входящий в значительных количествах в состав электролита сорастворитель этаннитрил обладает высокой токсичностью (см. «Федеральный регистр потенциально опасных химических и биологических веществ»).The disadvantage of the prototype is the insufficient lower limit of the temperature range of performance, which is minus 55°C. In addition, the co-solvent ethanenitrile, which is present in significant amounts in the electrolyte, is highly toxic (see Federal Register of Potentially Hazardous Chemical and Biological Substances).

С учетом того обстоятельства, что двухслойные электрохимические конденсаторы должны сохранять работоспособность при температурах до минус 65°С и обеспечивать «холодный запуск» током не менее 0,5 А/г при этих температурах, необходимо расширить диапазон рабочих температур электролита для двухслойного электрохимического конденсатора в область низких температур.Taking into account the fact that double-layer electrochemical capacitors must remain operational at temperatures down to minus 65°C and provide a “cold start” with a current of at least 0.5 A/g at these temperatures, it is necessary to expand the operating temperature range of the electrolyte for a double-layer electrochemical capacitor in the region low temperatures.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение границ температурного диапазона работоспособности двухслойного электрохимического конденсатора с напряжением 2,5 В до интервала от минус 65°С до 65°С без существенного снижения емкостных характеристик во всем диапазоне рабочих температур, в том числе после прохождения 10000 циклов заряда-разряда, и обеспечение «холодного запуска» током не менее 0,5 А/г при температуре минус 65°С.The objective of the invention is to expand the boundaries of the temperature range of performance of a two-layer electrochemical capacitor with a voltage of 2.5 V to the range from minus 65°C to 65°C without a significant reduction in capacitive characteristics over the entire operating temperature range, including after passing through 10,000 charge-discharge cycles , and providing a "cold start" with a current of at least 0.5 A/g at a temperature of minus 65°C.

Поставленная задача решается путем использования электролита, в состав которого входят ионоген в виде соли четвертичного аммониевого основания и смесь органических растворителей, где основной растворитель ацетонитрил, а сорастворитель выбран из числа эфиров, при этом в качестве соли четвертичного аммониевого основания используют тетрафторборат метилтриэтиламмония, в качестве сорастворителя - этилацетат, и дополнительно в качестве компонента, понижающего температуру плавления электролита, вводят толуол, или этоксиэтан, или виниленкарбонат при следующем соотношении компонентов в мас. %:The problem is solved by using an electrolyte, which includes an ionogen in the form of a salt of a quaternary ammonium base and a mixture of organic solvents, where the main solvent is acetonitrile, and the co-solvent is selected from among the ethers, while methyltriethylammonium tetrafluoroborate is used as a salt of a quaternary ammonium base, as a co-solvent - ethyl acetate, and additionally as a component that lowers the melting point of the electrolyte, toluene, or ethoxyethane, or vinylene carbonate is introduced in the following ratio of components in wt. %:

- тетрафторборат метилтриэтиламмония - 23-30,- methyltriethylammonium tetrafluoroborate - 23-30,

- ацетонитрил - 44-49,- acetonitrile - 44-49,

- этилацетат - 19-21,- ethyl acetate - 19-21,

- толуол, или этоксиэтан, или виниленкарбонат - 3-10.- toluene, or ethoxyethane, or vinylene carbonate - 3-10.

Поставленная задача решается также способом приготовления электролита, который заключается в том, что ацетонитрил, этилацетат и компонент, понижающий температуру плавления электролита, смешивают в течение 0,5 часа, затем в полученной смеси растворяют тетрафторборат метилтриэтиламмония путем перемешивания в течение 3 часов, после этого выдерживают полученный раствор над молекулярными ситами в течение 72 часов, затем электролит фильтруют и контролируют остаточную влагу в электролите титрованием по Фишеру, причем содержание остаточной влаги не должно составлять более 0,002 мас. %.The problem is also solved by the method of preparing an electrolyte, which consists in the fact that acetonitrile, ethyl acetate and a component that lowers the melting point of the electrolyte are mixed for 0.5 hours, then methyltriethylammonium tetrafluoroborate is dissolved in the resulting mixture by stirring for 3 hours, after which it is kept the resulting solution over molecular sieves for 72 hours, then the electrolyte is filtered and the residual moisture in the electrolyte is controlled by Fischer titration, and the residual moisture content should not be more than 0.002 wt. %.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.The present invention is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1

Состав электролита:Electrolyte composition:

- метилтриэтиламмония тетрафтороборат,- methyltriethylammonium tetrafluoroborate,

- ацетонитрил,- acetonitrile,

- этилацетат,- ethyl acetate,

- виниленкарбонат.- vinyl carbonate.

Процесс приготовления заключается в смешивании 420 г ацетонитрила (48,3 мас. %), 180 г этилацетата (20,7 мас. %) и 26 г виниленкарбоната (3,0 мас. %) в течение 0,5 часа без нагревания и растворении в полученной смеси 244 г тетрафторбората метилтриэтиламмония (28,0 мас. %) путем перемешивания компонентов в течение 3 часов без нагревания, выдерживания полученного раствора над молекулярными ситами 3 А в течение 72 часов, фильтрования электролита, контроля содержания остаточной влаги титрованием по Фишеру. Содержание остаточной влаги составляет 0,0014 мас. %.The preparation process consists in mixing 420 g of acetonitrile (48.3 wt.%), 180 g of ethyl acetate (20.7 wt.%) and 26 g of vinylene carbonate (3.0 wt.%) for 0.5 hour without heating and dissolving in the resulting mixture, 244 g of methyltriethylammonium tetrafluoroborate (28.0 wt. %) by mixing the components for 3 hours without heating, keeping the resulting solution over 3 A molecular sieves for 72 hours, filtering the electrolyte, controlling the residual moisture content by Fischer titration. The residual moisture content is 0.0014 wt. %.

Испытания эксплуатационных характеристик электролита были проведены в составе двухслойного электрохимического конденсатора на номинальное напряжение 2,5 В с электродами, изготовленными из электродной ленты GMCC-61255 (Китай), состоящей из алюминиевой фольги и нанесенного на нее слоя на основе активированного угля. Полученные результаты приведены в таблице 1.The electrolyte performance tests were carried out as part of a two-layer electrochemical capacitor for a nominal voltage of 2.5 V with electrodes made from an electrode tape GMCC-61255 (China), consisting of aluminum foil and a layer based on activated carbon deposited on it. The results obtained are shown in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Пример 2.Example 2

Состав электролита:Electrolyte composition:

- метилтриэтиламмония тетрафтороборат,- methyltriethylammonium tetrafluoroborate,

- ацетонитрил,- acetonitrile,

- этилацетат,- ethyl acetate,

- толуол.- toluene.

Процесс приготовления заключается в смешивании 420,3 г ацетонитрила (46,7 мас. %), 177,3 г этилацетата (19,7 мас. %) и 90,0 г толуола (10,0 мас. %.) в течение 0,5 часа без нагревания и растворении в полученной смеси растворителей 212,4 г тетрафторбората метилтриэтиламмония (23,6 мас. %) путем перемешивания компонентов в течение 3 часов без нагревания, выдерживания полученного раствора над молекулярными ситами 3 А в течение 72 часов, фильтрования электролита, контроля содержания остаточной влаги титрованием по Фишеру. Содержание остаточной влаги составляет 0,0012 мас. %.The preparation process consists in mixing 420.3 g of acetonitrile (46.7 wt.%), 177.3 g of ethyl acetate (19.7 wt.%) and 90.0 g of toluene (10.0 wt.%) for 0 .5 hours without heating and dissolving 212.4 g of methyltriethylammonium tetrafluoroborate (23.6 wt.%) in the resulting mixture of solvents by stirring the components for 3 hours without heating, keeping the resulting solution over 3 A molecular sieves for 72 hours, filtering the electrolyte , control of residual moisture content by titration according to Fischer. The residual moisture content is 0.0012 wt. %.

Испытания эксплуатационных характеристик электролита были проведены в составе двухслойного электрохимического конденсатора на номинальное напряжение 2,5 В с электродами, изготовленными из электродной ленты GMCC-61255 (Китай), состоящей из алюминиевой фольги и нанесенного на нее слоя на основе активированного угля. Полученные результаты приведены в таблице 2.The electrolyte performance tests were carried out as part of a two-layer electrochemical capacitor for a nominal voltage of 2.5 V with electrodes made from an electrode tape GMCC-61255 (China), consisting of aluminum foil and a layer based on activated carbon deposited on it. The results obtained are shown in table 2.

Figure 00000003
Figure 00000003

Пример 3Example 3

Состав электролита:Electrolyte composition:

- тетрафтороборат метилтриэтиламмония,- methyltriethylammonium tetrafluoroborate,

- ацетонитрил,- acetonitrile,

- этилацетат,- ethyl acetate,

- этоксиэтан.- ethoxyethane.

Процесс приготовления заключается в смешивании 390 г ацетонитрила (44,8 мас. %), 166,5 г этилацетата (19,1 мас. %)) и 61 г этоксиэтана (7,0 мас. %.) в течение 0,5 часа без нагревания и растворении в полученной смеси растворителей 254 г тетрафторбората метилтриэтиламмония (29,1 мас. %) путем перемешивания компонентов в течение 3 часов без нагревания, выдерживания полученного раствора над молекулярными ситами 3 А в течение 72 часов, фильтрования электролита, контроля содержания остаточной влаги титрованием по Фишеру. Содержание остаточной влаги составляет 0,0015 мас. %.The preparation process consists in mixing 390 g of acetonitrile (44.8 wt.%), 166.5 g of ethyl acetate (19.1 wt.%)) and 61 g of ethoxyethane (7.0 wt.%) for 0.5 hours without heating and dissolving 254 g of methyltriethylammonium tetrafluoroborate (29.1 wt.%) in the resulting mixture of solvents by mixing the components for 3 hours without heating, keeping the resulting solution over 3 A molecular sieves for 72 hours, filtering the electrolyte, controlling the residual moisture content Fischer titration. The residual moisture content is 0.0015 wt. %.

Испытания эксплуатационных характеристик электролита были проведены в составе двухслойного электрохимического конденсатора на номинальное напряжение 2,5 В с электродами, изготовленными из электродной ленты GMCC-61255 (Китай), состоящей из алюминиевой фольги и нанесенного на нее слоя на основе активированного угля. Полученные результаты приведены в таблице 3.The electrolyte performance tests were carried out as part of a two-layer electrochemical capacitor for a nominal voltage of 2.5 V with electrodes made from an electrode tape GMCC-61255 (China), consisting of aluminum foil and a layer based on activated carbon deposited on it. The results obtained are shown in table 3.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Как видно из примеров, разработанный электролит обладает следующими преимуществами.As can be seen from the examples, the developed electrolyte has the following advantages.

1. Обеспечивает расширенный температурный интервал работоспособности двухслойного электрохимического конденсатора на номинальное напряжение 2,5 В от минус 65°С до 65°С.1. Provides an extended operating temperature range of a two-layer electrochemical capacitor for a nominal voltage of 2.5 V from minus 65°C to 65°C.

2. Обеспечивает высокую стабильность емкостных характеристик двухслойного электрохимического конденсатора во всем интервале рабочих температур, что проявляется в снижении электрической емкости не более чем на 12-30% при температуре минус 65°С по отношению к электрической емкости при температуре 25°С.2. Provides high stability of the capacitive characteristics of a two-layer electrochemical capacitor in the entire range of operating temperatures, which manifests itself in a decrease in electrical capacitance by no more than 12-30% at a temperature of minus 65°C relative to the electrical capacitance at a temperature of 25°C.

3. Обеспечивает высокую плотность тока разряда двухслойного электрохимического конденсатора при температуре минус 65°С после длительного хранения при температурах ниже минус 65°С (так называемый «холодный запуск»).3. Provides a high discharge current density of a two-layer electrochemical capacitor at a temperature of minus 65°C after long-term storage at temperatures below minus 65°C (the so-called "cold start").

4. Обеспечивает высокую ресурсную стабильность двухслойного электрохимического конденсатора, что проявляется в отсутствии снижения электрической емкости после 10 тыс. циклов заряда-разряда более чем на 10-20% от первоначальной.4. Provides high resource stability of a two-layer electrochemical capacitor, which is manifested in the absence of a decrease in electrical capacity after 10 thousand charge-discharge cycles by more than 10-20% of the original one.

5. Снижает стоимость электролита за счет использования более дешевых компонентов.5. Reduces the cost of the electrolyte through the use of cheaper components.

6. Не содержит высокотоксичных компонентов.6. Does not contain highly toxic components.

Таким образом, примеры реализации заявленного изобретения доказывают достижение технического результата, заключающегося в расширении границ температурного диапазона работоспособности двухслойного электрохимического конденсатора на номинальное напряжение 2,5 В до интервала от минус 65°С до 65°С без существенного снижения емкостных характеристик во всем интервале рабочих температур, в том числе после прохождения 10000 циклов заряда-разряда, а также в возможности «холодного запуска» токами не ниже 0,5 А/г.Thus, examples of implementation of the claimed invention prove the achievement of the technical result, which consists in expanding the boundaries of the temperature range of the performance of a two-layer electrochemical capacitor at a nominal voltage of 2.5 V to the range from minus 65 ° C to 65 ° C without a significant decrease in capacitive characteristics over the entire range of operating temperatures , including after passing through 10,000 charge-discharge cycles, as well as in the possibility of a "cold start" with currents not lower than 0.5 A/g.

Уменьшение содержания тетрафторбората метилтриэтиламмония в составе электролита ниже 23 мас. % ведет к понижению электропроводности электролита и уменьшению плотности тока разряда. Повышение содержания тетрафторбората метилтриэтиламмония выше 30 мас. % приводит к его кристаллизации при температурах ниже минус 60°С. Снижение содержания этилацетата в составе электролита ниже 19 мас. %, а также компонентов, понижающих температуру плавления электролита ниже 3 мас. % приводит к повышению нижней границы температурного интервала эксплуатации электролита. Повышение содержания этилацетата в составе электролита выше 21 мас. %, а также компонентов, понижающих температуру плавления электролита выше 10 мас. % приводит к снижению удельной электропроводности электролита и уменьшению плотности тока разряда.The decrease in the content of methyltriethylammonium tetrafluoroborate in the composition of the electrolyte below 23 wt. % leads to a decrease in the electrical conductivity of the electrolyte and a decrease in the discharge current density. The increase in the content of methyltriethylammonium tetrafluoroborate above 30 wt. % leads to its crystallization at temperatures below minus 60°C. The decrease in the content of ethyl acetate in the composition of the electrolyte below 19 wt. %, as well as components that lower the melting point of the electrolyte below 3 wt. % leads to an increase in the lower limit of the temperature range of electrolyte operation. The increase in the content of ethyl acetate in the composition of the electrolyte above 21 wt. %, as well as components that lower the melting point of the electrolyte above 10 wt. % leads to a decrease in the specific electrical conductivity of the electrolyte and a decrease in the discharge current density.

Claims (6)

1. Электролит для двухслойного электрохимического конденсатора с напряжением 2,5 В, включающий ионоген в виде соли четвертичного аммониевого основания и смесь органических растворителей, где основной растворитель ацетонитрил, а сорастворитель выбран из числа эфиров, отличающийся тем, что в качестве соли четвертичного аммониевого основания используют тетрафторборат метилтриэтиламмония, в качестве сорастворителя - этилацетат, и дополнительно в качестве компонента, понижающего температуру плавления электролита, вводят толуол, или этоксиэтан, или виниленкарбонат при следующем соотношении компонентов, мас. %:1. An electrolyte for a two-layer electrochemical capacitor with a voltage of 2.5 V, including an ionogen in the form of a salt of a quaternary ammonium base and a mixture of organic solvents, where the main solvent is acetonitrile, and the co-solvent is selected from among ethers, characterized in that the salt of a quaternary ammonium base is used methyltriethylammonium tetrafluoroborate, ethyl acetate as a co-solvent, and additionally, toluene, or ethoxyethane, or vinylene carbonate is introduced as a component that lowers the melting point of the electrolyte in the following ratio, wt. %: - тетрафторборат метилтриэтиламмония - 23-30,- methyltriethylammonium tetrafluoroborate - 23-30, - ацетонитрил - 44-49,- acetonitrile - 44-49, - этилацетат - 19-21,- ethyl acetate - 19-21, - толуол, или этоксиэтан, или виниленкарбонат - 3-10.- toluene, or ethoxyethane, or vinylene carbonate - 3-10. 2. Способ приготовления электролита для двухслойного электрохимического конденсатора по пункту 1, заключающийся в том, что ацетонитрил, этилацетат и компонент, понижающий температуру плавления электролита, смешивают в течение 0,5 часа, затем в полученной смеси растворяют тетрафторборат метилтриэтиламмония путем перемешивания в течение 3 часов, после этого выдерживают полученный раствор над молекулярными ситами в течение 72 часов, затем электролит фильтруют и контролируют остаточную влагу в электролите титрованием по Фишеру, причем содержание остаточной влаги не должно составлять более 0,002 мас. %.2. The method for preparing an electrolyte for a double-layer electrochemical capacitor according to paragraph 1, which consists in the fact that acetonitrile, ethyl acetate and a component that lowers the melting point of the electrolyte are mixed for 0.5 hours, then methyltriethylammonium tetrafluoroborate is dissolved in the resulting mixture by stirring for 3 hours , after which the resulting solution is kept over molecular sieves for 72 hours, then the electrolyte is filtered and the residual moisture in the electrolyte is controlled by Fischer titration, and the residual moisture content should not be more than 0.002 wt. %.
RU2022105901A 2022-03-05 Electrolyte for a double-layer electrochemical capacitor and method for its preparation RU2782246C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2782246C1 true RU2782246C1 (en) 2022-10-25

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807313C1 (en) * 2023-05-30 2023-11-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Electrolyte for double-layer electrochemical capacitor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7675737B1 (en) * 2008-07-02 2010-03-09 Lithdyne Llc Low temperature non-aqueous electrolyte
CN102254691A (en) * 2011-05-13 2011-11-23 湖南耐普恩电能科技有限公司 Electrolyte of low-temperature super capacitor
CN104681302A (en) * 2014-12-12 2015-06-03 宁波南车新能源科技有限公司 Wide-temperature high-voltage type super capacitor organic electrolyte solution and preparing method thereof
RU2612192C1 (en) * 2015-12-28 2017-03-03 Открытое акционерное общество "Элеконд" Working electrolyte for double electric layer capacitor, method of its preparation and capacitor with this electrolyte

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7675737B1 (en) * 2008-07-02 2010-03-09 Lithdyne Llc Low temperature non-aqueous electrolyte
CN102254691A (en) * 2011-05-13 2011-11-23 湖南耐普恩电能科技有限公司 Electrolyte of low-temperature super capacitor
CN104681302A (en) * 2014-12-12 2015-06-03 宁波南车新能源科技有限公司 Wide-temperature high-voltage type super capacitor organic electrolyte solution and preparing method thereof
RU2612192C1 (en) * 2015-12-28 2017-03-03 Открытое акционерное общество "Элеконд" Working electrolyte for double electric layer capacitor, method of its preparation and capacitor with this electrolyte

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807313C1 (en) * 2023-05-30 2023-11-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Electrolyte for double-layer electrochemical capacitor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2740133B1 (en) Ionic liquids usable for electrolyte composition in energy storage device
KR101076513B1 (en) Electrolyte solution for electric double layer capacitor
US8785057B1 (en) Electrolyte solution for capacitors and batteries
JP2008171902A (en) Electrolyte for electric double-layer capacitor and electric double-layer capacitor
US20150125760A1 (en) Capacitors having conditioned carbon for electrodes
RU2782246C1 (en) Electrolyte for a double-layer electrochemical capacitor and method for its preparation
JP4527821B2 (en) Electrochemical capacitor
JP4000603B2 (en) Electric double layer capacitor
CN100536048C (en) Electrolyte of electrochemical capacitor in double electrode layer
JP6532157B2 (en) Ionic liquid, method for producing the same and use thereof
RU2807313C1 (en) Electrolyte for double-layer electrochemical capacitor
EP2864993B1 (en) Composition comprising a specific ionic liquid
EP2721623B1 (en) Specific electrolytic composition for energy storage device
RU2612192C1 (en) Working electrolyte for double electric layer capacitor, method of its preparation and capacitor with this electrolyte
JPWO2013146136A1 (en) Electrolyte for capacitor, electric double layer capacitor and lithium ion capacitor
JP2005327785A (en) Electric double layer capacitor and electrolyte therefor
JP2005175513A (en) Electric double-layer capacitor and electrolyte thereof
JP2003173936A (en) Electrolyte solution for electrochemical capacitor and electrochemical capacitor using the same
JP4738173B2 (en) Electrolytic solution for electrochemical device, search method and manufacturing method thereof, and electrochemical device
JP4022717B2 (en) Electrolyte for electric double layer capacitor
JP2003324038A (en) Electrolyte for electrochemical capacitor and electrochemical capacitor using it
JPH11135374A (en) Electrolytic solution for electrochemical capacitor
JPS6290919A (en) Electric double-layer capacitor
JP4707425B2 (en) Electrolyte for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor
JP2006032809A (en) Electrolyte for electrochemistry capacitor and electrochemistry capacitor