WO2006036078A1 - Electrochemical capacitor - Google Patents

Electrochemical capacitor Download PDF

Info

Publication number
WO2006036078A1
WO2006036078A1 PCT/RU2004/000327 RU2004000327W WO2006036078A1 WO 2006036078 A1 WO2006036078 A1 WO 2006036078A1 RU 2004000327 W RU2004000327 W RU 2004000327W WO 2006036078 A1 WO2006036078 A1 WO 2006036078A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
separator
pores
electrolyte
capacitor
electrode
Prior art date
Application number
PCT/RU2004/000327
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Sergey Nikolaevich Razumov
Igor Nikolaevich Varakin
Ekaterina Alekseevna Kilganova
Aleksey Borisovich Stepanov
Original Assignee
Sergey Nikolaevich Razumov
Igor Nikolaevich Varakin
Ekaterina Alekseevna Kilganova
Aleksey Borisovich Stepanov
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sergey Nikolaevich Razumov, Igor Nikolaevich Varakin, Ekaterina Alekseevna Kilganova, Aleksey Borisovich Stepanov filed Critical Sergey Nikolaevich Razumov
Priority to PCT/RU2004/000327 priority Critical patent/WO2006036078A1/en
Publication of WO2006036078A1 publication Critical patent/WO2006036078A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/14Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/24Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32Carbon-based
    • H01G11/34Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/52Separators
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical industry and can be used in the production of asymmetric electrochemical capacitors with an aqueous electrolyte.
  • a feature of the electrochemical capacitor is chto during operation of these devices potential non-polarizable electrode remains substantially constant due to the flow on the electrode reversible electrochemical reaction: NiOOH + H 2 O + e ⁇ ⁇ Ni ( OH) 2 + OH '(1) in the alkaline electrolyte PbO 2 + 4H + + SO 4 2 ' + 2e " ⁇ PbSO 4 + 2H 2 O (2) in an acid electrolyte.
  • the life of the capacitor at elevated temperatures can be increased if the oxygen released does not leave the capacitor, but will be restored to the negative electrode of the capacitor by the reactions opposite to (3) or (4).
  • the closest in technical essence to the proposed solution is an electrochemical capacitor containing a housing, a polarizable electrode made of activated carbon material, non-polarizable electrode, a porous separator located between the electrodes, and an electrolyte filling the pores of the separator and electrodes (US Patent No. 6,335,858, CL HOlG 9/04, 2000) [4].
  • the transfer of oxygen to the negative electrode is ensured by the fact that both electrodes and the separator have a porous structure and the degree of filling of the pores of the separator and both electrodes with electrolyte is in the range from 40 to 90% of the pore volume.
  • the disadvantages of this invention are as follows.
  • the thermal conductivity of the separator and electrodes partially filled with electrolyte is less than their thermal conductivity when completely filled with electrolyte.
  • the temperature will be higher inside the capacitor, the pores of which are partially filled with electrolyte. Disclosure of the invention.
  • the problem solved by the invention is to increase the duration of maintenance free operation of the electrochemical capacitor at elevated (50 0 C or more) temperature, as well as in conditions of intensive continuous cycling.
  • the technical result in the present invention is achieved by creating an electrochemical capacitor containing a housing, a polarizable electrode made of activated carbon material, a non-polarizable electrode, a porous separator located between the electrodes, and an electrolyte filling the pores of the separator and electrodes, in which, according to the invention, the pressure applied to the condenser from the wide side of the capacitor housing, equal to or more capillary pressure in the pores of the separator.
  • the invention is also characterized in that the capillary pressure in the pores of the negative electrode is 0.2-1.5 capillary pressure in the pores of the separator, and the main pores of the separator are 3-30 microns in size.
  • the pressure on the electrode block is less than the capillary pressure in the pores of the separator, then the released oxygen penetrates between the positive electrode and the separator into the gas space of the capacitor without falling onto the negative electrode. If the capillary pressure in the pores of the negative electrode is significantly greater than in the pores of the separator, then oxygen cannot displace the electrolyte from the pores of the negative electrode and penetrates mainly into the gas space of the capacitor.
  • the operation of the capacitor is as follows.
  • the positive electrode starts to stand out oxygen, it partially displaces the electrolyte from the pores of the separator, and the flow of electrolyte is directed to the auxiliary electrode and then to its ends.
  • the electrolyte is displaced from the large pores of the auxiliary electrode. This is due to the fact that, with the indicated ratio of the sizes of the prevailing pores of the auxiliary electrode and the separator, the capillary pressure of the electrolyte in the pores of the auxiliary electrode is comparable with the capillary pressure in the pores of the separator.
  • Partial filling of the auxiliary electrode with oxygen leads to the fact that the interface between the liquid and gas becomes many times larger than the geometric area of the auxiliary electrode.
  • Chart 1 shows the change in the energy supplied to the module depending on the number of charge-discharge cycles
  • Figure 2 shows the change in the discharge energy of the capacitor depending on the number of charge-discharge cycles in the case of using a dosed electrolyte
  • Figure 3 shows the change in the testing process of the characteristics of the module, in which oxygen transfer and reduction are provided in the capacitors.
  • Example 1 The best versions of the proposed design. Example 1
  • the objects of the test were five prismatic capacitors with a capacity of 6000 farads.
  • the negative electrode material was a fabric of activated carbon fibers with a specific surface of 1000 m / g.
  • a separator a FPP10-CG brand separator was used with main pore sizes
  • the capillary pressure of the negative electrode material was 0.7 - 1 kPa.
  • the electrolyte was taken in excess.
  • the air temperature was maintained at 50 ⁇ 2 0 C.
  • a monotonous decrease in the energy supplied is noticeable, and after 4000 cycles, the energy supplied falls by more than 50%.
  • Example 1 shows that when using a capacitor with excess electrolyte and using a finely porous separator, the capacitor resource is only 4000 charge-discharge cycles.
  • Example 2 The same capacitors were used as in example 1, but part of the electrolyte was removed from them, having carried out an excess charge in an inverted state and with valves turned out.
  • Chart 2 shows how the discharge energy of the capacitor changes depending on the number of charge-discharge cycles in the case of using a dosed electrolyte. It can be seen that in a capacitor with a dosed electrolyte, the resource increases significantly.
  • the capacitors were the same in design as in Example 1.
  • the PP-7B non-woven polypropylene material with a predominant pore diameter of about 12 ⁇ m and a capillary pressure of 1-2 kPa was used as the separator material.
  • Figure 3 shows how the characteristics of the module, in which oxygen transfer and reduction were provided in the capacitors, were changed during the testing process. It can be seen that as a result of the changes made, the resource of continuous operation of the condenser at elevated temperature increased at least 20 times and amounted to at least 80 thousand cycles.
  • the proposed design can be implemented using any capacitors, during operation of which oxygen evolution is possible on one of the electrodes: positive electrode capacitors containing Pb and PbO 2 ; MnO 2 ; ruthenium oxides etc.
  • the chemical composition of the electrolyte can also be different: aqueous solutions of alkalis, including KOH, NaOH, LiOH and their mixtures, solutions of alkali metal carbonates and their mixtures with alkali solutions, mineral acids, including H 2 SO 4 , etc.

Abstract

The invention relates to electromechanical engineering and can be used for producing asymmetrical aqueous electrolyte electrochemical capacitors. The aim of said invention is to extend the length of the unattended operation of an electrochemical capacitor at a high temperature (equal to or greater than 50°C) under intensive continuous cycling conditions. The inventive electrochemical capacitor comprises a body, a polarisable electrode made of an activated carbon material, a non-polarisable electrode, a porous separator disposed between said electrodes and an electrolyte for filling separator and electrode pores, wherein a pressure applied to the capacitor on the large lateral side of the body thereof is equal to or greater than a capillary pressure in the separator pores.

Description

Электрохимический конденсатор Electrochemical capacitor
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области электротехнической промышленности и может быть использовано в производстве асимметричных электрохимических конденсаторов с водным электролитом.The invention relates to the field of electrical industry and can be used in the production of asymmetric electrochemical capacitors with an aqueous electrolyte.
Предшествующий уровень техники.The prior art.
Известен электрохимический конденсатор с водным (щелочным) электролитом, состоящий из отрицательного поляризуемого электрода, выполненного из активированного углеродного материала, и неполяризуемого электрода [Патент США JSГ° 5,986,876, кл. HOlG 9/00, 1999 г). [1]Known electrochemical capacitor with a water (alkaline) electrolyte, consisting of a negative polarizable electrode made of activated carbon material, and a non-polarizable electrode [US Patent JSГ ° 5,986,876, class. HOlG 9/00, 1999). [one]
Известен электрохимический конденсатор, содержащий корпус, поляризуемый электрод, выполненный из активированного углеродного материала, неполяризуемый электрод, пористый сепаратор, размещенный между электродами, и водный электролит на основе кислоты, заполняющий поры сепаратора и электродов. (Патент RU JVo 2140681, кл. HOlG 9/00, 2000г) [2]Known electrochemical capacitor containing a housing, a polarizable electrode made of activated carbon material, a non-polarizable electrode, a porous separator located between the electrodes, and an aqueous acid-based electrolyte filling the pores of the separator and electrodes. (Patent RU JVo 2140681, CL HOlG 9/00, 2000) [2]
Особенностью электрохимических конденсаторов является то, чтo во время работы данных устройств потенциал неполяризуемого электрода остается практически постоянным за счет протекания на электроде обратимых электрохимических реакций: NiOOH + H2O+ e ~ <→ Ni(OH)2+ ОН" ( 1 ) в щелочном электролите PbO2 + 4H+ + SO4 2 ' + 2e" <→ PbSO4 + 2H2O (2) в кислотном электролите.A feature of the electrochemical capacitor is chto during operation of these devices potential non-polarizable electrode remains substantially constant due to the flow on the electrode reversible electrochemical reaction: NiOOH + H 2 O + e ~ <→ Ni ( OH) 2 + OH '(1) in the alkaline electrolyte PbO 2 + 4H + + SO 4 2 ' + 2e " <→ PbSO 4 + 2H 2 O (2) in an acid electrolyte.
Недостатком данных устройств является процесс выделения кислорода на положительном электроде в конце заряда, протекающий, например, по реакциям 4OH " → 2H2O + O2 + 4e~ (3) в щелочной среде и 2H2O" → 4H+ + O2 + 4e~ (4) в кислой среде.The disadvantage of these devices is the process of oxygen evolution at the positive electrode at the end of the charge, proceeding, for example, in the reactions 4OH " → 2H 2 O + O 2 + 4e ~ (3) in an alkaline medium and 2H 2 O " → 4H + + O 2 + 4e ~ (4) in an acidic medium.
Этот процесс обусловлен тем, что электрохимические потенциалы, соответствующие реакциям, проходящим по уравнениям (1) и (2) и составляющие 0,45В и 1,68В (.Справочник по электрохимии /Под ред. А.М. Сухотина. - Л.: Химия, 1981, с. 422 ) [3], значительно положительное потенциалов, соответствующих реакциям (3) и (4) в этих же электролитах (0,401 и 1,229 В соответственно). Особенно заметным становится протекание реакций (3) и (4) при повышенной температуре или при заряде конденсаторов очень большим током.This process is due to the fact that the electrochemical potentials corresponding to the reactions that take place according to equations (1) and (2) and are 0.45V and 1.68V (. Handbook of electrochemistry / Ed. By A.M. Sukhotin. - L .: Chemistry, 1981, p. 422) [3], significantly positive potentials corresponding to reactions (3) and (4) in the same electrolytes (0.401 and 1.229 V, respectively). The occurrence of reactions (3) and (4) at an elevated temperature or when the capacitors are charged with a very high current becomes especially noticeable.
Следствием указанных процессов является значительное понижение уровня заряженности положительного электрода, приводящее к уменьшению продолжительности работы конденсаторов при повышенной температуре окружающей среды или при интенсивной эксплуатации и недостаточном охлаждении.The consequence of these processes is a significant decrease in the charge level of the positive electrode, leading to a decrease in the duration of the capacitors at elevated ambient temperatures or during intensive operation and inadequate cooling.
Ресурс работы конденсатора при повышенной температуре может быть повышен, если выделяющийся кислород не будет покидать конденсатор, а будет восстанавливаться на отрицательном электроде конденсатора по реакциям, обратным (3) или (4).The life of the capacitor at elevated temperatures can be increased if the oxygen released does not leave the capacitor, but will be restored to the negative electrode of the capacitor by the reactions opposite to (3) or (4).
Чем меньше различаются токи выделения кислорода и его восстановления, тем меньше снижается уровень заряженности положительного электрода по мере его циклирования, а в условиях количественного переноса и электровосстановления кислорода в конденсаторе вовсе не происходит изменения уровня заряженности положительного электрода.The less the currents of oxygen evolution and its reduction differ, the less the charge level of the positive electrode decreases as it cycles, and under conditions of quantitative oxygen transfer and electroreduction in the capacitor, the charge level of the positive electrode does not change at all.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является электрохимический конденсатор, содержащий корпус, поляризуемый электрод, выполненный из активированного углеродного материала, неполяризуемый электрод, пористый сепаратор, размещенный между электродами, и электролит, заполняющий поры сепаратора и элeктpoдoв(.Пaтeнт США N° 6,335,858, кл HOlG 9/04, 2000г.) [4]. В известной конструкции перенос кислорода к отрицательному электроду обеспечен тем, что оба электрода и сепаратор имеют пористую структуру и степень заполнения электролитом пор сепаратора и обоих электродов находится в пределах от 40 до 90 % объема пор. Недостатки указанного изобретения состоят в следующем.The closest in technical essence to the proposed solution is an electrochemical capacitor containing a housing, a polarizable electrode made of activated carbon material, non-polarizable electrode, a porous separator located between the electrodes, and an electrolyte filling the pores of the separator and electrodes (US Patent No. 6,335,858, CL HOlG 9/04, 2000) [4]. In the known construction, the transfer of oxygen to the negative electrode is ensured by the fact that both electrodes and the separator have a porous structure and the degree of filling of the pores of the separator and both electrodes with electrolyte is in the range from 40 to 90% of the pore volume. The disadvantages of this invention are as follows.
Во - первых, если поры сепаратора и электродов частично заполнены электролитом, то его электрическое сопротивление возрастает по сравнению с конденсатором, в котором электролит содержится в избытке. Поскольку тепловыделение пропорционально сопротивлению, то неизбежно вырастет температура конденсатора при его интенсивном циклировании.Firstly, if the pores of the separator and the electrodes are partially filled with electrolyte, then its electrical resistance increases compared to the capacitor, in which the electrolyte is contained in excess. Since heat dissipation is proportional to resistance, the temperature of the capacitor will inevitably increase with its intensive cycling.
Во - вторых, теплопроводность сепаратора и электродов, частично заполненных электролитом, меньше, чем их теплопроводность при полном заполнении электролитом.Secondly, the thermal conductivity of the separator and electrodes partially filled with electrolyte is less than their thermal conductivity when completely filled with electrolyte.
Значит, при одинаковом уровне тепловой мощности, генерируемой конденсатором при его работе, температура будет больше внутри того конденсатора, поры которого частично заполнены электролитом. Раскрытие сущности изобретения.Therefore, at the same level of thermal power generated by the capacitor during its operation, the temperature will be higher inside the capacitor, the pores of which are partially filled with electrolyte. Disclosure of the invention.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является увеличение длительности безуходной работы электрохимического конденсатора при повышенной (50 0C и более) температуре, а также в условиях интенсивного непрерывного циклирования. Технический результат в предлагаемом изобретение достигают созданием электрохимического конденсатора, содержащего корпус, поляризуемый электрод, выполненный из активированного углеродного материала, неполяризуемый электрод, пористый сепаратор, размещенный между электродами, и электролит, заполняющий поры сепаратора и электродов, в котором, согласно изобретению, давление, приложенное к конденсатору с широкой боковой стороны корпуса конденсатора, равно или больше капиллярного давления в порах сепаратора. Изобретение также характеризуется тем, что капиллярное давление в порах отрицательного электрода составляет 0,2 - 1,5 капиллярного давления в порах сепаратора, а основные поры сепаратора выполняют размерами 3-30 мкм.The problem solved by the invention is to increase the duration of maintenance free operation of the electrochemical capacitor at elevated (50 0 C or more) temperature, as well as in conditions of intensive continuous cycling. The technical result in the present invention is achieved by creating an electrochemical capacitor containing a housing, a polarizable electrode made of activated carbon material, a non-polarizable electrode, a porous separator located between the electrodes, and an electrolyte filling the pores of the separator and electrodes, in which, according to the invention, the pressure applied to the condenser from the wide side of the capacitor housing, equal to or more capillary pressure in the pores of the separator. The invention is also characterized in that the capillary pressure in the pores of the negative electrode is 0.2-1.5 capillary pressure in the pores of the separator, and the main pores of the separator are 3-30 microns in size.
Выбранные условия могут быть обоснованы следующим образом.The selected conditions can be justified as follows.
Если давление на электродный блок меньше, чем капиллярное давление в порах сепаратора, то выделяющийся кислород проникает между положительным электродом и сепаратором в газовое пространство конденсатора, не попадая на отрицательный электрод. Если капиллярное давление в порах отрицательного электрода существенно больше, чем в порах сепаратора, то кислород не может вытеснить электролит из пор отрицательного электрода и проникает преимущественно в газовое пространство конденсатора.If the pressure on the electrode block is less than the capillary pressure in the pores of the separator, then the released oxygen penetrates between the positive electrode and the separator into the gas space of the capacitor without falling onto the negative electrode. If the capillary pressure in the pores of the negative electrode is significantly greater than in the pores of the separator, then oxygen cannot displace the electrolyte from the pores of the negative electrode and penetrates mainly into the gas space of the capacitor.
Наконец, если размер пор сепаратора меньше 3 мкм, то перенос кислорода к отрицательному электроду становится возможным только при очень большом давлении на боковую стенку конденсатора, что технологически не приемлемо.Finally, if the pore size of the separator is less than 3 μm, oxygen transfer to the negative electrode becomes possible only with very high pressure on the side wall of the capacitor, which is technologically unacceptable.
При соблюдении перечисленных условий работа конденсатора осуществляется следующим образом. Когда на положительном электроде начинает выделяться кислород, он частично вытесняет электролит из пор сепаратора, причем поток электролита направлен во вспомогательный электрод и далее - к его торцам.Subject to the above conditions, the operation of the capacitor is as follows. When the positive electrode starts to stand out oxygen, it partially displaces the electrolyte from the pores of the separator, and the flow of electrolyte is directed to the auxiliary electrode and then to its ends.
Такой характер течения электролита обусловлен указанным выше соотношением размеров пор сепаратора и вспомогательного электрода. Кислород вслед за потоком электролита проникает к отрицательному электроду.This nature of the electrolyte flow is due to the above ratio of the pore sizes of the separator and the auxiliary electrode. Oxygen, following the flow of electrolyte, penetrates the negative electrode.
При этом электролит вытесняется из крупных пор вспомогательного электрода. Это связано с тем, что при указанном соотношении размеров преобладающих пор вспомогательного электрода и сепаратора капиллярное давление электролита в порах вспомогательного электрода соизмеримо с капиллярным давлением в порах сепаратора.In this case, the electrolyte is displaced from the large pores of the auxiliary electrode. This is due to the fact that, with the indicated ratio of the sizes of the prevailing pores of the auxiliary electrode and the separator, the capillary pressure of the electrolyte in the pores of the auxiliary electrode is comparable with the capillary pressure in the pores of the separator.
Частичное заполнение вспомогательного электрода кислородом приводит к тому, что площадь границы раздела жидкости и газа становится во много раз больше геометрической площади вспомогательного электрода.Partial filling of the auxiliary electrode with oxygen leads to the fact that the interface between the liquid and gas becomes many times larger than the geometric area of the auxiliary electrode.
В свою очередь это создает условия, при которых становится возможным большой поток диффузии растворенного кислорода к поверхности углеродного материала.In turn, this creates conditions under which a large diffusion flow of dissolved oxygen to the surface of the carbon material becomes possible.
Наконец, вследствие того, что углеродный материал является активированным, на нем с высокой скоростью происходит ионизация кислорода.Finally, due to the fact that the carbon material is activated, oxygen ionization occurs at a high rate on it.
Краткое описание иллюстрационного материала Сущность данного изобретения может быть пояснена следующими примерами и графиками, где:Brief description of illustrative material The essence of the present invention can be illustrated by the following examples and graphs, where:
На графике 1 показано изменение отдаваемой энергии модуля в зависимости от числа зарядно-разрядных циклов; На графике 2 показано изменение разрядной энергия конденсатора в зависимости от количества зарядно-разрядных циклов в случае использования дозированного электролита;Chart 1 shows the change in the energy supplied to the module depending on the number of charge-discharge cycles; Figure 2 shows the change in the discharge energy of the capacitor depending on the number of charge-discharge cycles in the case of using a dosed electrolyte;
На графике 3 показано изменение в процессе испытаний характеристики модуля, в котором в конденсаторах обеспечен перенос и восстановление кислорода.Figure 3 shows the change in the testing process of the characteristics of the module, in which oxygen transfer and reduction are provided in the capacitors.
Лучшие варианты исполнения предлагаемой конструкции. Пример 1.The best versions of the proposed design. Example 1
Объектами испытаний были пять конденсаторов призматической конструкции с емкостью 6000 фарад. Материалом отрицательного электрода служила ткань из активированных углеродных волокон с удельной поверхностью 1000 м /г. В качестве сепаратора использовали сепаратор марки ФПП10-CГ с размерами основных порThe objects of the test were five prismatic capacitors with a capacity of 6000 farads. The negative electrode material was a fabric of activated carbon fibers with a specific surface of 1000 m / g. As a separator, a FPP10-CG brand separator was used with main pore sizes
2-3 мкм и капиллярным давлением 45-120 кПа. Капиллярное давление материала отрицательного электрода составляло 0,7 - 1 кПа.2-3 microns and a capillary pressure of 45-120 kPa. The capillary pressure of the negative electrode material was 0.7 - 1 kPa.
Электролит был взят в избытке.The electrolyte was taken in excess.
Пять конденсаторов, соединенных последовательно, прижимали друг к другу широкими боковыми сторонами с усилием, соответствующим давлению 120 кПа. Во время испытаний сборку размещали в термошкафу.Five capacitors connected in series were pressed against each other by wide sides with a force corresponding to a pressure of 120 kPa. During testing, the assembly was placed in a heating cabinet.
Температуру воздуха поддерживали 50 ±2 0C.The air temperature was maintained at 50 ± 2 0 C.
Испытания проводили при следующих параметрах цикла заряда - разряда: а) заряд постоянным током 150 А до напряжения на модуле 6,5 (7,0) В, б) пауза 40 сек, в) разряд на постоянное сопротивление до напряжения 3,25 (3,5) В, начальный разрядный ток составлял 190 А, г) пауза 40 сек. На графике. 1 показано, как меняется отдаваемая энергия модуля в зависимости от числа зарядно-разрядных циклов. Температура внутри конденсатора колебалась в интервале 64 - 67 0C.The tests were carried out with the following parameters of the charge-discharge cycle: a) a constant current charge of 150 A to a voltage of 6.5 (7.0) V on the module, b) a pause of 40 seconds, c) a discharge to a constant resistance to a voltage of 3.25 (3 5) V, the initial discharge current was 190 A; d) a pause of 40 seconds. On the chart. Figure 1 shows how the delivered energy of a module changes depending on the number of charge-discharge cycles. The temperature inside the condenser ranged from 64 - 67 0 C.
Заметно монотонное снижение отдаваемой энергии, и через 4000 циклов отдаваемая энергия падает более чем на 50%.A monotonous decrease in the energy supplied is noticeable, and after 4000 cycles, the energy supplied falls by more than 50%.
Пример 1 показывает, что при использовании конденсатора с избытком электролита и применении мелкопористого сепаратора ресурс конденсатора составляет всего 4000 циклов заряда - разряда.Example 1 shows that when using a capacitor with excess electrolyte and using a finely porous separator, the capacitor resource is only 4000 charge-discharge cycles.
Пример 2. Использовали такие же конденсаторы, как и в примере 1, но из них удалили часть электролита, проведя избыточный заряд в перевернутом состоянии и с вывернутыми клапанами.Example 2. The same capacitors were used as in example 1, but part of the electrolyte was removed from them, having carried out an excess charge in an inverted state and with valves turned out.
Взвешиванием определили, что в результате дозирования примерно 70% объема пор и сепаратора было заполнено электролитом, т.е. были соблюдены требования, указанные в прототипе. Испытания проводили так же, как и в примере 1.By weighing, it was determined that, as a result of dosing, approximately 70% of the pore and separator volume was filled with electrolyte, i.e. the requirements specified in the prototype were met. The tests were carried out as in example 1.
На графике 2 показано, как изменяется разрядная энергия конденсатора в зависимости от количества зарядно-разрядных циклов в случае использования дозированного электролита. Видно, что в конденсаторе с дозированным электролитом ресурс существенно возрастает.Chart 2 shows how the discharge energy of the capacitor changes depending on the number of charge-discharge cycles in the case of using a dosed electrolyte. It can be seen that in a capacitor with a dosed electrolyte, the resource increases significantly.
Однако, эффект дозирования электролита не проявил себя в полной мере, вероятно, вследствие того, что достичь частичного удаления электролита из пор при использовании мелкопористого сепаратора сложно вследствие высокого капиллярного давления электролита.However, the effect of dosing the electrolyte did not fully manifest itself, probably due to the fact that it is difficult to achieve partial removal of the electrolyte from the pores using a fine-porous separator due to the high capillary pressure of the electrolyte.
Измерения показали, что произошло увеличение внутреннего сопротивления конденсатора примерно на 20% по сравнению с примером 1, а разность температур на корпусе и внутри конденсатора увеличилась, очевидно, вследствие роста сопротивления и ухудшения теплопроводности.The measurements showed that there was an increase in the internal resistance of the capacitor by about 20% compared with example 1, and the temperature difference on the case and inside the capacitor increased, obviously, due to an increase in resistance and a decrease in thermal conductivity.
Пример 3.Example 3
Конденсаторы были по конструкции такие же, как в примере 1. В качестве материала сепаратора был использован нетканый полипропиленовый материал ПП-7Б с диаметром преобладающих пор около 12 мкм и капиллярным давлением 1-2 кПа.The capacitors were the same in design as in Example 1. The PP-7B non-woven polypropylene material with a predominant pore diameter of about 12 μm and a capillary pressure of 1-2 kPa was used as the separator material.
На графике 3 показано, как изменялись в процессе испытаний характеристики модуля, в котором в конденсаторах обеспечен перенос и восстановление кислорода. Видно, что в результате выполненных изменений ресурс непрерывной работы конденсатора при повышенной температуре вырос, по крайней мере, в 20 раз и составил не менее 80 тысяч циклов.Figure 3 shows how the characteristics of the module, in which oxygen transfer and reduction were provided in the capacitors, were changed during the testing process. It can be seen that as a result of the changes made, the resource of continuous operation of the condenser at elevated temperature increased at least 20 times and amounted to at least 80 thousand cycles.
Пример 4. Конденсаторы были по конструкции такие же, как в примере 3. В качестве материала отрицательного электрода был использован материал, изготовленный из углеродного порошка с размерами частиц около 50 мкм со связующим из фторопласта. Его капиллярное давление составляло 0,8 - 2 кПа. Испытания проводили как в примере 1. Ресурсные характеристики составили около ПО тысяч циклов заряда - разряда без существенного снижения отдаваемой энергии.Example 4. The capacitors were the same in design as in example 3. As the material of the negative electrode, a material made of carbon powder with a particle size of about 50 μm with a fluoroplastic binder was used. Its capillary pressure was 0.8 - 2 kPa. The tests were carried out as in example 1. The resource characteristics amounted to about thousands of charge-discharge cycles without a significant reduction in the energy supplied.
Таким образом, при осуществлении данного изобретения позволяет, по меньшей мере, в шесть раз увеличить циклический ресурс конденсатора асимметричной конструкции по сравнению с известными аналогами.Thus, in the implementation of the present invention allows at least six times to increase the cyclic resource of the capacitor of an asymmetric design in comparison with the known analogues.
Приведенные примеры не исчерпывают всех возможностей реализации изобретения.The above examples do not exhaust all the possibilities of implementing the invention.
Предлагаемая конструкция может быть реализована при использовании любых конденсаторов, во время работы которых возможно выделение кислорода на одном из электродов: конденсаторов с положительным электродом, содержащим РЬ и PbO2; MnO2; оксиды рутения и т.д.The proposed design can be implemented using any capacitors, during operation of which oxygen evolution is possible on one of the electrodes: positive electrode capacitors containing Pb and PbO 2 ; MnO 2 ; ruthenium oxides etc.
Химический состав электролита при этом также может быть различным: водные растворы щелочей, включая KOH, NaOH, LiOH и их смеси, растворы карбонатов щелочных металлов и их смеси с растворами щелочей, минеральные кислоты, включая H2SO4 и т.д. The chemical composition of the electrolyte can also be different: aqueous solutions of alkalis, including KOH, NaOH, LiOH and their mixtures, solutions of alkali metal carbonates and their mixtures with alkali solutions, mineral acids, including H 2 SO 4 , etc.

Claims

Формула изобретения. Claim.
1. Электрохимический конденсатор, содержащий корпус с широкими боковыми сторонами, поляризуемый электрод, выполненный из активированного углеродного материала, неполяризуемый электрод, пористый сепаратор, размещенный между электродами, и электролит, заполняющий поры сепаратора и электродов, отличающийся тем, что давление, приложенное к конденсатору с широкой боковой стороны корпуса конденсатора, равно или больше капиллярного давления в порах сепаратора. 1. An electrochemical capacitor comprising a housing with wide lateral sides, a polarizable electrode made of activated carbon material, a non-polarizable electrode, a porous separator located between the electrodes, and an electrolyte filling the pores of the separator and electrodes, characterized in that the pressure applied to the capacitor with the wide side of the capacitor housing, equal to or more capillary pressure in the pores of the separator.
2. Электрохимический конденсатор по п.l, отличающийся тем, что капиллярное давление в порах отрицательного электрода составляет 0,2 -1,5 капиллярного давления в порах сепаратора. 2. The electrochemical capacitor according to claim 1, characterized in that the capillary pressure in the pores of the negative electrode is 0.2-1.5 capillary pressure in the pores of the separator.
3. Электрохимический конденсатор по п. 1,2, отличающийся тем, что основные поры сепаратора выполняют размерами 3-30 мкм. 3. The electrochemical capacitor according to claim 1, 2, characterized in that the main pores of the separator are 3-30 microns in size.
PCT/RU2004/000327 2004-08-31 2004-08-31 Electrochemical capacitor WO2006036078A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2004/000327 WO2006036078A1 (en) 2004-08-31 2004-08-31 Electrochemical capacitor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2004/000327 WO2006036078A1 (en) 2004-08-31 2004-08-31 Electrochemical capacitor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006036078A1 true WO2006036078A1 (en) 2006-04-06

Family

ID=36119164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2004/000327 WO2006036078A1 (en) 2004-08-31 2004-08-31 Electrochemical capacitor

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2006036078A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6309428B1 (en) * 1998-11-25 2001-10-30 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing electrochemical capacitor
JP2002060668A (en) * 2000-08-18 2002-02-26 Dainippon Ink & Chem Inc Resin composition for printing ink
WO2002019357A1 (en) * 2000-08-29 2002-03-07 Universal Resources Ag Electrochemical double-layer capacitor
RU2185675C2 (en) * 1997-12-18 2002-07-20 Научно-производственное предприятие "Эксин" Double-layer capacitor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2185675C2 (en) * 1997-12-18 2002-07-20 Научно-производственное предприятие "Эксин" Double-layer capacitor
US6309428B1 (en) * 1998-11-25 2001-10-30 Ngk Insulators, Ltd. Method for producing electrochemical capacitor
JP2002060668A (en) * 2000-08-18 2002-02-26 Dainippon Ink & Chem Inc Resin composition for printing ink
WO2002019357A1 (en) * 2000-08-29 2002-03-07 Universal Resources Ag Electrochemical double-layer capacitor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102166391B1 (en) Secondary zinc-manganese dioxide batteries for high power applications
US5429893A (en) Electrochemical capacitors having dissimilar electrodes
JP2004521511A (en) Electric double layer capacitor
US8822071B2 (en) Active material for rechargeable battery
JPH10255790A (en) Positive active material of nickel electrode for alkaline storage battery
RU2140681C1 (en) Asymmetric electrochemical capacitor
RU2254634C2 (en) Electrochemical capacitor
WO2006036078A1 (en) Electrochemical capacitor
KR20020042676A (en) Method of activating metal hydride material and electrode
JP2000124081A (en) Electric double-layer capacitor
JP2014530470A (en) A flooded lead acid battery with an electrode having a pasting substrate
CN115101740A (en) Lithium battery composite negative electrode material, lithium battery and preparation methods thereof
JP3533032B2 (en) Alkaline storage battery and its manufacturing method
JP2591988B2 (en) Cadmium negative electrode plate and alkaline secondary battery using the negative electrode plate
JP2923946B2 (en) Sealed alkaline secondary battery and method of manufacturing the same
RU2183877C2 (en) Electrochemical capacitor with double electric layer
CN211320252U (en) Lead-acid battery
JP3664952B2 (en) Hydrogen storage alloy negative electrode and method for producing the same
JP2949839B2 (en) Negative gas absorption sealed lead-acid battery
RU2198446C2 (en) Double-layer capacitor
JP2001302226A (en) Method for producing porous carbon material, porous carbon material and electric double layer capacitor produced by using the material
Arkhangel'skaya et al. Gas evolution and absorption in a sealed nickel-zinc battery with nickel oxide electrode fabricated from spherical nickel hydroxide
Pandey Mean-Field Based Models for Electrokinetic Transport in Conical Nanopores Incorporating Finite Ion-Size Effects and Ion-Solvent Interactions
JP2591985B2 (en) Cadmium negative electrode plate and alkaline secondary battery using the negative electrode plate
Maitra Development of Magnesium Metal Oxide Electrodes for Aqueous Supercapacitor and Alkaline Electrocatalyst Application

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase