WO2012156809A1 - Коллектор тока и способ его изготовления - Google Patents

Коллектор тока и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
WO2012156809A1
WO2012156809A1 PCT/IB2012/000969 IB2012000969W WO2012156809A1 WO 2012156809 A1 WO2012156809 A1 WO 2012156809A1 IB 2012000969 W IB2012000969 W IB 2012000969W WO 2012156809 A1 WO2012156809 A1 WO 2012156809A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aluminum foil
conductive coating
current collector
carbon
aluminum
Prior art date
Application number
PCT/IB2012/000969
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий МАЛЕТИН
Сергей ПОДМОГИЛЬНЫЙ
Юрий ЗЕЛИНСКИЙ
Original Assignee
Юнаско Лимитед
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 Юнаско Лимитед filed Critical Юнаско Лимитед
Publication of WO2012156809A1 publication Critical patent/WO2012156809A1/ru

Links

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
    • H01G11/28—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features arranged or disposed on a current collector; Layers or phases between electrodes and current collectors, e.g. adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54—Electrolytes
    • H01G11/58—Liquid electrolytes
    • H01G11/60—Liquid electrolytes characterised by the solvent
    • 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
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54—Electrolytes
    • H01G11/58—Liquid electrolytes
    • H01G11/62—Liquid electrolytes characterised by the solute, e.g. salts, anions or cations therein
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • 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
    • H01G11/66—Current collectors
    • H01G11/68—Current collectors characterised by their material
    • 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

Definitions

  • the present invention relates mainly to the field of electrical engineering and, in particular, to a current collector made of aluminum foil and a method for its manufacture.
  • a current collector is used 5 in the manufacture of electrodes for a double electric layer capacitor, commonly referred to as a supercapacitor or ultracapacitor, whose specific electric capacity can reach 10 7 Farad / m 3 .
  • supercapacitors are mainly used as switching power supplies - either independent (when a single pulse of energy is enough), or in combination with traditional batteries to smooth out peak loads on the battery.
  • the invention 15 relates to a method for manufacturing a current collector of aluminum foil for a double electric layer capacitor.
  • a manufacturing method comprises a processing phase of at least a preselected portion of the surface of the aluminum foil.
  • This processing phase contains the following steps, consisting of 20 so that:
  • Such a method of manufacturing a current collector of aluminum 25 foil for a supercapacitor is known from international patent application WO 00/19465.
  • the conductive layer sprayed in vacuum on the surface of the current collector consists of nitrides, carbides or borides of a number of metals. These compounds adhere firmly to the native oxide film present on the surface of the aluminum foil and have a high electrical conductivity. This solution minimizes the contact resistance between the electrode material and the metal current collector. This helps to reduce the internal resistance of the supercapacitor according to WO 00/19465 and, consequently, increase the specific power of its pulses given to the payload.
  • the metal conductive layer according to WO 00/19465 corrodes in a liquid electrolyte with which the supercapacitor is filled. Particularly fast corrosion of the metal conductive layer occurs on the electrode, which is the anode of the supercapacitor. As a result, the metal conductive layer is almost completely dissolved in the liquid electrolyte during operation of the supercapacitor, which is unacceptable.
  • United States Patent Application US 2004/02641 10A1 describes a manufacturing method corresponding to the above description, the processing phase of which comprises the step of removing the native oxide film from a selected portion of the surface of the aluminum foil. Under these conditions, the selected part of the surface of the aluminum foil is completely coated with a continuous conductive coating.
  • the conductive coating contains at least an outer layer consisting solely of carbon.
  • the native oxide film on the surface of the aluminum foil is replaced by a continuous (i.e., without breaks) conductive coating of carbon, which is chemically and electrochemically resistant to oxidizing agents (in particular, a liquid electrolyte of a supercapacitor , or oxygen from the air).
  • oxidizing agents in particular, a liquid electrolyte of a supercapacitor , or oxygen from the air.
  • the solid barrier created in this way blocks the access of the oxidizer to the current collector from aluminum foil, which prevents corrosion of the current collector, including on the electrode, which is the anode of the supercapacitor. This allows you to increase the life of the supercapacitor.
  • the current collector manufactured according to 2004/02641 10A1 does not corrode in the open air, which facilitates its storage, transportation and, moreover, makes it possible to assemble the electrode in a medium (for example, air) containing an oxidizing agent in the gaseous (or liquid) phase.
  • a medium for example, air
  • an oxidizing agent in the gaseous (or liquid) phase.
  • the presence of a continuous conductive coating of carbon allows you to maintain contact resistance between the electrode material and the metal current collector as close to zero as in the known supercapacitor according to WO 00/19465.
  • the present invention mainly aims to propose a method for manufacturing a current collector of aluminum foil, allowing at least to smooth out at least one of the above disadvantages.
  • This method of manufacturing a current collector comprises a phase processing at least a preselected portion of the surface of the aluminum foil. Under these conditions, the processing phase includes the following steps, which are to:
  • this manufacturing method is characterized in that the step of applying a conductive coating comprises a preliminary step of spraying a powder mixture of carbon and aluminum onto a selected part of the surface of the aluminum foil.
  • the step of applying a conductive coating by vacuum deposition is as follows. At first (during the preliminary stage) a powder mixture of carbon and aluminum is sprayed. As a result, at least one inner layer of the conductive coating containing a mechanical mixture of carbon and aluminum is created on a selected part of the surface of the aluminum foil. Immediately upon completion of this preliminary stage, carbon powder (for example, graphite powder) is sprayed to create on a selected part of the surface of the aluminum foil, on top of the aforementioned inner layer of the conductive coating, at least one outer layer of the conductive coating consisting solely of carbon.
  • carbon powder for example, graphite powder
  • the inner (intermediate) layer of the conductive coating located between the outer layer of the conductive coating and aluminum foil, plays the role of a primer, inside which carbon and aluminum are mechanically mixed 5, and which improves the adhesion of the outer layer (consisting solely of carbon) of the conductive coating to aluminum foil. This helps to further reduce the contact resistance of the current collector manufactured using the manufacturing method according to the invention.
  • Aluminum has a density of 2700 kg / m 3 and is the heaviest component of a conductive coating. Selective reduction of the spraying area of the powder mixture of carbon and aluminum (to the area of the first special zone) reduces the weight of the 25 conductive coating, which in turn reduces the weight of the current collector, thereby expanding its functionality.
  • the selected portion of the surface of the aluminum foil also comprises at least a second special zone different from the first special zone.
  • a powder mixture of carbon and aluminum is also sprayed onto this second special zone of a selected part of the surface of the aluminum foil.
  • At least the first and second durations of spraying a powder mixture of carbon and 5 aluminum, respectively, on the first and second special zones are selected according to at least the first predetermined rule.
  • the spray area of the powder mixture of carbon and aluminum Due to such functioning, it is possible to limit the spray area of the powder mixture of carbon and aluminum to the u areas of the first and second special zones, respectively. Due to the selectively selected (according to at least the first predetermined rule) first and second spraying durations of the powder mixture of carbon and aluminum (ceteris paribus), the thickness of the inner (intermediate) layer
  • the 15 conductive coatings in the first and second special zones, respectively, are different from each other. This contributes, on the one hand, to better fixation of the outer layer (consisting solely of carbon) of the conductive coating to the aluminum foil, and, on the other hand, reduces the weight of the current collector, thereby expanding
  • the step of removing the native oxide film is carried out in an inert gas atmosphere using an ion gun or a high-frequency plasma generator.
  • the step of applying a continuous conductive coating is carried out using at least one of the following methods: (a) the magnetron method; (b) electron beam method; (c) electric arc method; (d) ion-5 plasma method.
  • the manufacturing method according to the invention y provides high productivity.
  • the manufacturing method according to the invention comprises the step of adding additional roughness to a selected part of the surface of the aluminum foil using mechanical or chemical methods 15.
  • the invention relates to a current collector of aluminum foil, which can be manufactured, for example, using the manufacturing method described above.
  • This current collector is for capacitor double electric layer and contains a continuous conductive coating. The latter is applied by vacuum deposition onto at least a selected part of the surface of an aluminum foil, the native oxide film of which is removed in
  • the conductive coating completely covers the selected part and contains at least one outer layer consisting solely of carbon.
  • the conductive coating comprises at least an inner layer located between the outer layer and the aluminum foil. This inner layer consists of a mixture of carbon and aluminum.
  • the aluminum foil exhibits a first thickness equal to at least 1.5 * 10 "5 m.
  • a continuous conductive coating is a second thickness contained in the range from 5 * 10 " 8 m to 5 * 10 "7 m.
  • first and second thickness allow saving aluminum and carbon, which is especially important for mass production of current collectors. In addition, this ensures low weight and volume of the current collector, which is especially important, for example, when used on vehicles, on aircraft and in household
  • the inner layer is a third thickness such that the ratio between the third thickness of the inner layer and the second thickness of the continuous conductive coating is in the range of 0.05 to 0.95.
  • an increase in the third thickness of the inner layer means an increase in the aluminum content in the conductive coating and, therefore, the total weight of the current collector also increases.
  • a decrease of 5 (ceteris paribus) the third thickness of the inner layer leads to a decrease in the aluminum content in the conductive coating and, therefore, the total weight of the current collector decreases. This extends the functionality of the current collector according to the invention.
  • a selected portion of the surface of the aluminum foil comprises at least a first specific area.
  • the inner layer covers at least the first special area of the selected part of the surface of the aluminum foil.
  • the selected portion of the surface of the aluminum foil 15 also comprises at least a second special zone different from the first special zone.
  • the inner layer also covers this second special area of a selected portion of the surface of the aluminum foil.
  • the third thickness of the inner layer covering the first special zone is different from the third thickness 20 of the inner layer covering the second special zone.
  • the invention relates to a method for manufacturing an electrode for a double electric layer capacitor.
  • This production method contains the following steps, consisting in:
  • the electrode manufacturing method comprises the step of applying a dielectric protective sheath to at least the reverse side of the surface of the aluminum foil.
  • the dielectric protective shell mainly contains a mixture of a binder and a chemically neutral polymer-dielectric. In this case, the dielectric protective shell is predominantly deposited using the coating method.
  • the invention relates to an electrode produced, for example, using the aforementioned manufacturing method.
  • This electrode is designed for a double electric layer capacitor.
  • the electrode is cut from a dried multilayer substrate containing nanoporous carbon material and a binder, deposited using one of the following methods: (a) rolling method; (b) pressing method; (c) a coating method for a continuous conductive coating of a current collector according to the invention.
  • the nanoporous coal material contains carbon with a specific surface area developed up to 3 * 0 6 m 2 / kg.
  • the invention relates to a method for assembling a capacitor of a double electric layer comprising the following steps, comprising:
  • the box has an inner side made of an electrically insulating material.
  • the assembly method comprises the step of attaching the electrode of the invention to the inside of the box.
  • the invention relates to a double electric layer capacitor (assembled, for example, using the assembly method described above), comprising: - a sealed box containing positive and negative contact outputs, at least partially protruding outside the box,
  • At least one among the anode and cathode comprises an electrode according to the invention.
  • a salt solution in a solvent is used as an organic electrolyte.
  • the salt contains tetrafluoroborate tetrakis (dialkylamino) phosphonium or tetraalkylammonium, or mixtures thereof.
  • the solvent contains a polar aprotic solvent or a mixture of solvents selected from the range: (a) acetonitrile; (b) ⁇ -butyrolactone; (c) propylene carbonate; (g) ethylene carbonate; (e) ethyl methyl carbonate; (e) diethyl carbonate; (g) dimethyl carbonate; (h) dimethoxyethane; (i) tetra hydrophur n.
  • this organic electrolyte in the supercapacitor helps to increase its operating voltage to at least 2.3 Volts, as well as the number of its charge-discharge cycles, to at least 10 5 cycles at room temperature (about 20 ° C) .
  • the salt may also contain at least one of the following salts: (a) ethyltrimethylammonium tetrafluoroborate; (b) ethyltrimethylammonium hexafluorophosphate; (c) tetrakis (dimethylamino) phosphonium hexafluorophosphate.
  • the solvent may also contain propionitrile.
  • salts such as (a) ethyltrimethylammonium tetrafluoroborate; (b) ethyltrimethylammonium hexafluorophosphate; (c) tetrakis (dimethylamino) phosphonium hexafluorophosphate; (d) tetrafluoroborate tetrakis (dialkylamino) phosphonium, is their increased (for example, compared with tetrafluoroborate tetraethylammonium in propylene carbonate) solubility at low (observed in winter) temperatures.
  • This extends the functionality of double electric layer capacitors containing the above-mentioned (specially selected) salts, making it possible to use such capacitors in the winter, which is especially important for hybrid vehicles.
  • ethyltrimethylammonium tetrafluoroborate ethyltrimethylammonium hexafluorophosphate
  • tetrakis (dimethylamino) phosphonium hexafluorophosphate tetrakis (dialkylamino) phosphonium tetrafluoroborate
  • acetonitrile-based electrolytes have the highest electrical conductivity among liquid organic electrolytes. This is achieved due to the combination of low viscosity and relatively high dielectric constant of acetonitrile compared to
  • acetonitrile-based electrolytes have a wide range of operating temperatures, high chemical and electrochemical stability in comparison with the corresponding parameters of other liquid organic electrolytes: this extends the functionality of double electric layer capacitors in which acetonitrile is used as a solvent (for example, they can be effectively used both in summer and in winter, which is especially important for hybrid vehicles). Finally, acetonitrile is readily available, which is especially important for
  • the manufacturing method according to the invention is adapted for use not only at the scale of the research laboratory, but also at the scale of the plant.
  • propionitrile Compared with acetonitrile, propionitrile has (in addition to 20 acceptable electrical conductivity properties) an even wider range of operating temperatures: this extends the functionality of the double electric layer capacitors containing propionitrile, making it possible to use them in extreme temperature conditions, for example, in the far North, in the desert.
  • propylene carbonate and ethylene carbonate are their environmental parameters: they are not toxic. This increases the safety of operators in the manufacture of double electric layer capacitors, makes mass production of capacitors double electric layer is less harmful from an environmental point of view and simplifies their operation and disposal.
  • the following solvents ⁇ -butyrolactone; diethyl carbonate; dimethyl carbonate; dimethoxyethane; tetrahydrofuran; they allow to obtain electrolytes with high electrochemical stability, work well at low temperatures and are easily accessible, which is especially important for uninterrupted supply of mass production.
  • the manufacturing method according to the invention is adapted for use not only at the scale of the research laboratory, but also at the scale of the plant.
  • figure 2 schematically depicts a sequence of steps corresponding to the method of assembly of the first embodiment of a capacitor of a double electric layer in figure 1,
  • FIG. 3 schematically depicts a second option (simplified side view in section) of a capacitor of a double electric layer, the anode of which contains a current collector according to the invention
  • figure 4 schematically depicts a sequence of steps corresponding to a method of assembling a second embodiment of a capacitor of a double electric layer in figure 3,
  • figure 5 schematically depicts a third option (simplified side view in section) of a capacitor of a double electric layer, the anode of which contains a current collector according to the invention
  • figure 6 schematically depicts a sequence of steps corresponding to a method of assembling a third embodiment of a double electric layer capacitor in figure 5
  • Figure 7 depicts a change in elemental composition (i.e., atomic percent carbon C, oxygen O, nitrogen N and aluminum AI) of a continuous conductive coating (the total thickness of the outer and inner layers of which is initially, i.e., before etching, 80 nm) of the first collector sample the current of aluminum foil according to the invention on the thickness (of the etching time) of this continuous conductive coating; the results were obtained by etching "layer by layer" of this first sample of a continuous conductive coating (from an initial thickness of 80 nm of a continuous conductive coating until the complete etching of the continuous conductive coating to its final thickness of 0 nm, that is, until aluminum foil is reached), using elemental analysis of each layer (immediately before its removal by etching) using Auger spectroscopy (in English, "auger spectroscopy *) with a microprobe, called in English," JAMP-9500F Field Emission Auger Mircoprobe »
  • Auger spectroscopy in English, "auger
  • figure 8 depicts the change in elemental composition (i.e., the atomic percent carbon C, oxygen O, nitrogen N and aluminum AI) of a continuous conductive coating (the combined thickness of the outer and inner layers of which is initially, i.e., before etching, 220 nm) of the second collector sample current of aluminum foil according to the invention on the thickness (of the etching time) of this continuous conductive coating; the results were obtained by etching “layer by layer” of this second sample of a continuous conductive coating (from the initial thickness of 220 nm of a continuous conductive coating until the complete etching of the continuous conductive coating to its final thickness of 0 nm, that is, until aluminum foil is reached), using elemental analysis of each layer (immediately before its removal by etching) using Auger spectroscopy (in English, “auger spectroscopy”) with a microprobe, called in English, “JAMP-9500F Field Emissio n Auger Mircoprobe »
  • Auger spectroscopy in
  • figure 9 schematically depicts (simplified side view in section) an example of a collector of current from aluminum foil according to the invention
  • Figure 10 schematically depicts an aluminum foil in a plan view (before applying a continuous conductive coating to it), the selected part of the surface of which contains four distinct zones that are different from each other.
  • a manufacturing method 1 of a current collector 2 (intended, as mentioned above, for a double electric layer capacitor 3) comprises a processing phase 10 of at least a preselected portion 15 of the surface of the aluminum foil 20.
  • This processing phase 10 is adapted to reduce the effect of the native oxide film of aluminum foil 20 on the internal resistance of the double electric layer capacitor 3.
  • the processing phase 10 includes the step of 20 placing 100 aluminum foil 20 into the vacuum chamber 4.
  • a coil of aluminum foil 20 is installed in a tape drive mechanism (not shown), which ensures its smooth rewinding at a given linear speed.
  • the tape drive mechanism with a bay of aluminum foil 20 is placed in a vacuum chamber 4, 25 after which the last vacuum is ruined.
  • the processing phase 10 also includes a step consisting in applying 101 by the method of vacuum deposition on a selected part 200 of the surface of the aluminum foil 20 conductive coating 21.
  • the processing phase 10 comprises a step consisting in removing 1000 from a selected portion 200 of the aluminum surface foil 20 native oxide film. Then, the selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20 is completely coated with a continuous conductive coating 21.
  • the conductive coating 21 contains at least one 5 outer layer 210, consisting solely of carbon.
  • An example of such a current collector 2 is used in the design of the electrode 9, forming the cathode 32 of the supercapacitor 3 (on the right side of figures 1, 3 and 5).
  • the conductive coating 21 contains at least one inner layer 211, different from the outer layer 210 (figures 1, 3, 5, 9).
  • the inner layer 211 is located between the outer layer 210 and the aluminum foil 20.
  • the inner layer 211 consists of a mixture of carbon and aluminum.
  • This improved architecture of the current collector 2 is used in the construction of the electrode 9, 15 forming the anode 31 of the supercapacitor 3 (on the left side of figures 1, 3 and 5).
  • the step of removing 1000 of the native oxide film is carried out using ion-plasma bombardment in an inert gas atmosphere 5 (such as
  • an ion cannon 6 can be used, in which an accelerated ion beam of inert gas 5 is formed, directed to a selected part 200 of the aluminum surface
  • a high-frequency plasma generator 7 can also be used to remove 1000 of the native oxide film. It forms a plasma and localizes it at the surface of the selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20.
  • the plasma C0 consists of positively charged ions of the working inert gas 5 and electrons. Under the action of an applied voltage ions of the working inert gas 5 are accelerated and bombard a selected part 200 of the surface of the aluminum foil 20, as a result of which it is stripped, i.e. Removing the native alumina layer and possible contaminants. In addition, such a bombardment 5 increases the primary (micro) roughness (not shown) of the selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20. This (micro) roughness is about 10 "8 m.
  • the step of applying 101 a continuous conductive coating 21 is carried out using a source of spraying material containing carbon.
  • a source of spraying material containing carbon For this, at least one of the following methods is used:
  • the carbon-containing material that has been sprayed is deposited onto the stripped (i.e., free of native oxide film) selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20 and forms a continuous surface thereon
  • the material sprayed by the spray source (during the preliminary stage 1001 of the step of applying 101 the conductive coating 21 to a selected part 200 of the surface of the aluminum foil 20) consists of
  • a preliminary stage 1001 of spraying a powder mixture of carbon and aluminum occurs (after removing 1000 of the native oxide film) in the same vacuum cycle in which the removal of 1000 of the native oxide film took place.
  • a graphite powder consisting solely of carbon.
  • the method of manufacturing 1 current collector 2 comprises the step of giving 11 an additional (macro) roughness to the selected part 200 of the surface of the aluminum foil 20 using mechanical methods (deformation ) or chemical methods (etching).
  • This (macro) roughness a is about 10 "6 m: ⁇ ⁇ 10 " 6 m.
  • the selected surface portion 200 (aluminum foil 20) adapted to collect current takes up to 99% of the entire surface of the aluminum foil 20.
  • the selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20 comprises at least a first special region 20 of 2001 (FIGS. 9, 10).
  • a powder mixture of carbon and aluminum is sprayed onto at least this first special area 2001 of a selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20.
  • the surface of the aluminum foil 20 is predominantly positioned by a screen (for example, a sheet of paper) containing at least one selective slot, which corresponds to the geometry of the first special zone 2001 (not shown).
  • a screen for example, a sheet of paper
  • the inner layer 21 1 is formed only above the first special zone 2001, that is, the selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20 outside the first special zone 2001 does not have an inner layer 21 1.
  • the selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20 also comprises at least a second special zone 2002 different from the first special zone 2001 (figures 9, 10).
  • a powder mixture of carbon and aluminum is also sprayed onto this second special zone 2002 of a selected part 200 of the surface of the aluminum foil 20.
  • At least the first and second durations of spraying the powder mixture of carbon and aluminum on the first and second special zones 2001, 2002 are selected according to at least the first predetermined rule. For example, the first duration
  • the example in figure 10 shows a selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20 containing the first, second, third and fourth special zones 2001, 2002, 2003, 2004, different
  • At least the first and second percentages of carbon and aluminum in the powder mixture 5 for spraying, respectively, into the first and second special zones 2001, 2002 are selected according to at least a second predetermined rule (not shown).
  • the conductive coating 21 completely covers the selected part 200 and contains at least one outer layer 210, consisting solely of carbon.
  • the conductive coating 21 comprises at least an inner layer 211 located between the outer layer 210 and the aluminum foil 20. This inner layer 211 consists of a mixture of carbon and aluminum.
  • the experimental data in figures 7 and 8 show the elemental composition (i.e., carbon content C, oxygen O, nitrogen N and aluminum AI in atomic percent) of a continuous conductive coating of 21 two samples of a current collector 2 of aluminum foil
  • the first region I is the carbon content close to 100% and the almost complete absence of oxygen, nitrogen and aluminum.
  • This first region I in figures 7 and 8 corresponds to the outer layer 210 (consisting solely of carbon) of the conductive coating 21.
  • the elemental content of the second region II in contrast, demonstrates the effective mixing of carbon and aluminum. As etching occurs, the carbon content decreases from 100% to 0%, and the aluminum content, in contrast, increases from 0% to 100%. This is logical since after a continuous conductive coating
  • the second region II corresponds to the inner (intermediate) layer 211 of the conductive coating 21 located between the outer layer 210 of pure carbon and aluminum foil 20 of pure aluminum.
  • the aluminum foil 20 exhibits a first thickness m of at least 1.5 * 0 "5 m.
  • the second thickness H of the continuous conductive coating 21 of the current collector 2 according to the invention 15 (figures 1, 3, 5, 9) is contained in the range from 10 "8 m to 5 * 10 " 6 m:
  • the inner layer 211 is the third thickness ⁇ and the ratio between this third thickness ⁇ of the inner layer 21 1 and 20 of the second thickness H of the continuous conductive coating 21 is in the range from 0.05 to 0.95: 0.05 ⁇ / ⁇ ⁇ 0, 95.
  • the third thickness ⁇ of the inner layer 21 1 does not exceed 6 * 10 "8 m ( ⁇ ⁇ 6 * 10 '8 m) for the conductive coating 21, which is the second 25 thickness H in the range from 6, 35 * 10 "8 m to 5 * 10 " 7 m (6.35 * 10 "8 m ⁇ H ⁇ 5 * 10 " 7 m).
  • the selected portion 200 of the surface 5 of the aluminum foil 20 comprises at least a first specific area 2001 (FIG. 9).
  • the inner layer 21 1 covers at least the first special area 2001 of the selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20.
  • the selected portion 200 of the surface of the aluminum foil 20 contains at least a second special zone 2002, different from the first special zone 2001.
  • the inner layer 21 1 also covers the second special zone 2002 of the selected part 200 the surface of the aluminum foil 20.
  • the third thickness ⁇ of the inner layer 21 1 covering the first special zone 15 2001 is different from the third thickness ⁇ of the inner layer 211 covering the second special zone 2002.
  • the third thickness ⁇ of the inner layer 211 covering the first singular zo at 2001 exceeds a third thickness ⁇ of the inner layer 21 1 covering the second special zone 2002. This contributes to a better fixing of the outer layer 20, 210 to a selected surface portion 200 of the aluminum foil 20 when the minimal size of the inner layer 21 of the conductive coating 21.
  • first 80 receive a multilayer substrate 90.
  • nanoporous carbon material 900 and a binder 901 for example, polyvinylidene difluoride (in English “polyvinylidene zo fluoride” or “PVDF”) or polytetrofluoroethylene (in English) to its continuous conductive coating 21. "Polytetrafluoroethylene” or "PTFE”)).
  • a binder 901 for example, polyvinylidene difluoride (in English “polyvinylidene zo fluoride” or “PVDF”) or polytetrofluoroethylene (in English) to its continuous conductive coating 21. "Polytetrafluoroethylene” or "PTFE”)
  • the nanoporous coal material 900 contains carbon with a specific surface area developed up to 3 * 10 6 m 2 / kg.
  • the multilayer substrate 90 thus obtained is dried 81.
  • an electrode 9 of a predetermined size which may have any predetermined shape (for example, a rectangle, a rhombus, a trapezoid, a circle, etc.), is cut out. Production of electrode 9 is complete.
  • the total contact resistance of the electrode 9 according to the invention consists of:
  • This electrode 9 has a multilayer substrate 90 and a conductive coating 21.
  • the latter is applied 101 by the magnetron method 1010 and contains only the outer layer 210 of carbon (i.e., the inner layer 211 of carbon and aluminum is absent).
  • the value of the measured total contact resistance of this electrode 9 is contained in a close to zero interval: from 1, 5 * 10 "7 ⁇ * ⁇ 2 to 2.0 * 0 " 7 ⁇ * ⁇ 2 .
  • the measured total contact resistance of the reference electrode is about 3.0 * 10 "5 ⁇ * ⁇ 2 , i.e., more than 100 times higher than the close to zero value of the measured total contact resistance of the electrode 9 according to the invention.
  • a 3000 packet 30 is formed, comprising an anode 31, a cathode 32, and an insulating porous separator 33 located between them.
  • At least one of the anode 31 and cathode 32 contains an electrode 9 according to the invention (for example, an electrode 9 produced using manufacturing method 15 described above using a current collector 2 according to the invention).
  • both the anode 31 and the cathode 32 comprise an electrode 9 according to the invention (not shown).
  • each of the electrodes 9 of the capacitor 3 of the double electric layer can have its own architecture: in the examples in figures 1 and 20 3:
  • the conductive coating 21 contains only the outer layer 210
  • the conductive coating 21 comprises, according to the invention, both an outer layer 210 and an inner layer 211.
  • the package 30 is placed 3001 inside the box 34, containing the positive and negative contact outputs 340, 341, at least partially protruding outside the box 34 (figures 1, 3).
  • connection 3002 may be implemented by welding. To do this, use 1% of the surface of aluminum foil 20, which is not its selected part 200, i.e. free of conductive coating 21 (figure 1).
  • the bag 30 is impregnated with 3003 organic electrolyte 35.
  • 3003 organic electrolyte 35 As the last solution can be used:
  • the selected portion 200 of the current collector 2 covers both the front side 201 and the reverse (i.e., opposite front 201) side of the surface of the aluminum foil 20. Processing both sides of the aluminum foil 20 complicates the manufacture of the current collector 2 from for additional manipulations in the vacuum chamber 4, with the aim of first installing the front side 201, then the back side of the aluminum foil 20 opposite the ion cannon 6 or high-frequency plasma generator 7 to effectively remove the native oxide film from the selected part 200.
  • the larger the area treated during the processing phase 10 of the selected part 200 (as mentioned above, the latter can reach 99% of the entire surface, ie, the area of both sides of the aluminum foil 20), the longer the phase processing 10 and, accordingly, a slower process of manufacturing a current collector 2. This increases the production time of the electrode and, ultimately, the assembly time of the supercapacitor 3.
  • Figure 3 shows an alternative to the first second example, in which the selected part 200 of the current collector 2 covers at least the front side 201 of the surface of the aluminum foil 20. Moreover, the reverse side of the surface of the aluminum foil 20 is free from the selected part 200, i.e. not processed during time of the processing phase 10. This eliminates the additional manipulations described above in the vacuum chamber 4 and generally reduces the area of the selected part 200 processed during the processing phase 10, for example, to 99% of the front side 201 5 of the surface of aluminum foil 20, i.e. up to 49.5% of the total area of both sides of aluminum foil 20.
  • At least the inner side 342 of the box 34 is made of 15 electrically insulating material
  • the method of assembly 300 comprises the step of attaching 3005 (for example, using glue or welding) an electrode 9 (at least the back of the aluminum foil 20) to the inside 342 of the box 34.
  • the need to securely attach 3005 the reverse side of aluminum foil 20 to the inner side 342 of box 34 requires a lot of time, it slows down the assembly process 300 of the supercapacitor 3. Because of this, the risk of assembly defects increases, which can cause involuntary contact of the organic electrolyte 35 s the reverse side of the surface of aluminum foil 20 in the process of using the supercapacitor 3 and, ultimately, reducing the life of the supercapacitor 3.
  • a third embodiment of the supercapacitor 3 shown in FIG. 5 has a compromise architecture that,
  • the selected part 200 of the current collector 2 covers at least the front side 201 of the surface of the aluminum foil 20.
  • a dielectric protective sheath 22 is a dielectric protective sheath 22.
  • the latter has the properties of an electrical insulator, i.e. does not conduct electric current, and is chemically neutral with respect to organic electrolyte 35, i.e. not soluble in
  • the dielectric sheath 22 reliably protects the electrode 9 (at least the reverse side 202 of the surface of the aluminum foil 20) from corrosion.
  • the dielectric sheath 22 covers the entire surface of the aluminum foil 20 except for its 20 selected part 200, as shown in the example in figure 5. This characteristic allows the electrode 9 to be further isolated from the organic electrolyte 35 and, therefore, from corrosion, which ultimately ultimately extends the life of supercapacitor 3.
  • the production method 8 (figure 6) of the electrode 9 (for the third 25 version of the supercapacitor 3 in figure 5) comprises the step of applying 83 dielectric protective sheath 22 to at least the reverse side 202 of the surface of the aluminum foil 20.
  • the dielectric sheath 22 may comprise a mixture of zo binder 901 with a chemically neutral polymer - dielectric.
  • the dielectric sheath 22 may be applied 83 to, for example, the entire surface of the aluminum foil 20, except for its selected portion 200, using the aforementioned coating method 802 (FIG. 6).
  • the third option of the supercapacitor 3 does not impose any restrictions on the material of the box 34 (or on the material of its inner side 342).
  • the assembly method 300 of the third embodiment of the supercapacitor 3 may comprise a step (not shown in FIG. 6) consisting in attaching (for example, with glue) an electrode 9 (at least its dielectric protective sheath 22 from the back 202 the surface of the aluminum foil 20) to the inner side 342 of the box 34 (such a version of the third variant of the supercapacitor 3 is not shown in figure 6).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу изготовления коллектора тока (2) для суперконденсатора (3), содержащему фазу обработки поверхности алюминиевой фольги (20), состоящую в том, чтобы: - поместить алюминиевую фольгу (20) в вакуумную камеру (4), - удалить нативную оксидную пленку, - нанести на алюминиевую фольгу (20) токопроводящее покрытие (21 ), которое содержит внешний слой (210), состоящий из углерода. Согласно изобретению этап нанесения токопроводящего покрытия (21) содержит стадию распыления порошковой смеси углерода и алюминия на алюминиевую фольгу (20) Изобретение также относится к коллектору тока (2), изготовленному с помощью указанного способа изготовления (1 ).

Description

Коллектор тока и способ его изготовления
Настоящее изобретение относится по большей части к области электротехники и, в частности, к коллектору тока из алюминиевой фольги и способу его изготовления. Такой коллектор тока используется 5 при производстве электродов для конденсатора двойного электрического слоя, обыкновенно называемого суперконденсатором или ультраконденсатором, удельная электрическая емкость которого может достигать 107 Фарад/м3. Благодаря такой высокой электрической емкости и пропорциональной ей удельной энергии, суперконденсаторы ю используются, в основном, как импульсные источники питания - либо независимые (когда достаточно однократного импульса энергии), либо в комбинации с традиционными аккумуляторами для сглаживания пиковых нагрузок на аккумуляторной батарее.
В частности, согласно первой из своих сторон, изобретение 15 касается способа изготовления коллектора тока из алюминиевой фольги, предназначенного для конденсатора двойного электрического слоя. Такой способ изготовления содержит фазу обработки, по меньшей мере, предварительно выбранной части поверхности алюминиевой фольги. Эта фаза обработки содержит следующие этапы, состоящие в 20 том, чтобы:
- поместить алюминиевую фольгу в вакуумную камеру,
- нанести методом вакуумного напыления на выбранную часть поверхности алюминиевой фольги токопроводящее покрытие.
Такой способ изготовления коллектора тока из алюминиевой 25 фольги для суперконденсатора известен из международной патентной заявки WO 00/19465. Согласно этому документу, токопроводящий слой, напыленный в вакууме на поверхность коллектора тока, состоит из нитридов, карбидов или боридов ряда металлов. Эти соединения прочно прилипают к нативной оксидной пленке, присутствующей на зо поверхности алюминиевой фольги, и обладают высокой электропроводностью. Такое решение позволяет минимизировать контактное сопротивление между материалом электрода и металлическим коллектором тока. Это способствует уменьшению внутреннего сопротивления суперконденсатора согласно WO 00/19465 и, следовательно, повышению удельной мощности его импульсов, отдаваемых на полезную нагрузку. Однако металлический токопроводящий слой согласно WO 00/19465 корродирует в жидком электролите, которым заполнен суперконденсатор. Особенно быстро коррозия металлического токопроводящего слоя происходит на электроде, который является анодом суперконденсатора. В результате металлический токопроводящий слой практически полностью растворяется в жидком электролите в процессе эксплуатации суперконденсатора, что неприемлемо.
Патентная заявка Соединённых Штатов Америки US 2004/02641 10А1 описывает способ изготовления, соответствующий приведенному выше описанию, фаза обработки которого содержит этап, состоящий в том, чтобы удалить с выбранной части поверхности алюминиевой фольги нативную оксидную пленку. В этих условиях выбранная часть поверхности алюминиевой фольги полностью покрыта непрерывным токопроводящим покрытием. Кроме того, токопроводящее покрытие содержит по меньшей мере внешний слой, состоящий исключительно из углерода.
Таким образом, в известном способе изготовления согласно US 2004/0264110А1 , нативная оксидная пленка на поверхности алюминиевой фольги замещается непрерывным (т.е. без разрывов) токопроводящим покрытием из углерода, который химически и электрохимически стоек к воздействию окислителей (в частности, жидкого электролита суперконденсатора, или кислорода из воздуха). Созданный таким образом сплошной барьер блокирует доступ окислителя к коллектору тока из алюминиевой фольги, что предотвращает коррозию коллектора тока, в том числе на электроде, который является анодом суперконденсатора. Это позволяет увеличить срок эксплуатации суперконденсатора. Кроме того, изготовленный согласно 2004/02641 10А1 коллектор тока не корродирует на открытом воздухе, что облегчает его хранение, транспортировку и, более того, делает возможным сборку электрода в среде (например, воздушной), содержащей окислитель в газообразной (или жидкой) фазе. Наконец, наличие сплошного токопроводящего покрытия из углерода позволяет сохранить контактное сопротивление между материалом электрода и металлическим коллектором тока столь же близким к нулю, как в известном суперконденсаторе согласно WO 00/19465. Однако, по сравнению с технологией по WO 00/19465, безотказность способа изготовления коллектора тока согласно US 2004/02641 10А1 лучше, т.к. не требует сложного в технологическом плане получения предопределенных стехиометрических составов нитридов, карбидов или боридов металлов при их вакуумном напылении, имея в виду, что любое отклонение от предопределенной стехиометрии приводит к существенному повышению контактного сопротивления коллектора тока согласно WO 00/19465.
Несмотря на все упомянутые выше преимущества, способ изготовления коллектора тока согласно US 2004/02641 10А1 не может гарантировать надежного закрепления токопроводящего покрытия к алюминиевой фольге: отсутствие связей химической природы между углеродом и алюминием делает проблематичным прилипание токопроводящего покрытия к алюминиевой фольги. В результате токопроводящее покрытие легко осыпается с алюминиевой фольги, что неприемлемо.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение главным образом имеет целью предложить способ изготовления коллектора тока из алюминиевой фольги, позволяющий, по меньшей мере, сгладить, как минимум один из указанных выше недостатков. Этот способ изготовления коллектора тока содержит фазу обработки, по меньшей мере, предварительно выбранной части поверхности алюминиевой фольги. В этих условиях фаза обработки, включает следующие этапы, состоящие в том, чтобы:
- поместить алюминиевую фольгу в вакуумную камеру, - удалить с выбранной части поверхности алюминиевой фольги нативную оксидную пленку,
- нанести методом вакуумного напыления на выбранную часть поверхности алюминиевой фольги непрерывное токопроводящее покрытие, полностью покрывающее эту выбранную часть и содержащее, по меньшей мере, один внешний слой, состоящий исключительно из углерода.
Для достижения упомянутой выше цели, этот способ изготовления характеризуется по существу тем, что этап нанесения токопроводящего покрытия содержит предварительного стадию распыления порошковой смеси углерода и алюминия на выбранную часть поверхности алюминиевой фольги.
Благодаря такому функционированию способа изготовления согласно изобретению, этап нанесения методом вакуумного напыления токопроводящего покрытия происходит следующим образом. Сначала (во время предварительной стадии) распыляют порошковую смесь углерода и алюминия. В результате этого на выбранной части поверхности алюминиевой фольги создаётся, по меньшей мере, один внутренний слой токопроводящего покрытия, содержащий механическую смесь углерода и алюминия. Сразу по окончанию этой предварительной стадии, распыляют порошок углерода (например, порошок графита) для создания на выбранной части поверхности алюминиевой фольги, поверх упомянутого выше внутреннего слоя токопроводящего покрытия, по меньшей мере, одного внешнего слоя токопроводящего покрытия, состоящего исключительно из углерода. В этих условиях внутренний (промежуточный) слой токопроводящего покрытия, расположенный между внешним слоем токопроводящего покрытия и алюминиевой фольгой, играет роль грунтовки, внутри которой углерод и алюминий механически 5 перемешаны, и которая улучшает адгезию внешнего слоя (состоящего исключительно из углерода) токопроводящего покрытия к алюминиевой фольге. Это способствует дополнительному снижению контактного сопротивления коллектора тока, изготовленного с помощью способа изготовления согласно изобретению.
ю Преимущественно выбранная часть поверхности алюминиевой фольги содержит, по меньшей мере, первую особую зону. В этих условиях, во время предварительной стадии, распыление порошковой смеси углерода и алюминия происходит, по меньшей мере, на эту первую особую зону выбранной части поверхности алюминиевой
15 фольги.
Благодаря такому функционированию, возможно селективно уменьшить площадь распыления порошковой смеси углерода и алюминия (до площади первой особой зоны) и, следовательно, минимизировать время предварительной стадии. Это способствует 20 ускорению изготовления коллектора тока.
Алюминий имеет плотность 2700 кг/м3 и является самым тяжелым компонентом токопроводящего покрытия. Селективное уменьшение площади распыления порошковой смеси углерода и алюминия (до площади первой особой зоны) уменьшает вес 25 токопроводящего покрытия, что в свою очередь уменьшает вес коллектора тока, расширяя таким образом его функциональные возможности.
Преимущественно выбранная часть поверхности алюминиевой фольги также содержит, по меньшей мере, вторую особую зону зо отличную от первой особой зоны. В этих условиях, во время предварительной стадии, распыление порошковой смеси углерода и алюминия происходит также на эту вторую особую зону выбранной части поверхности алюминиевой фольги. По меньшей мере, первая и вторая длительности распыления порошковой смеси углерода и 5 алюминия соответственно на первую и на вторую особые зоны выбираются согласно, по меньшей мере, первому предопределенному правилу.
Благодаря такому функционированию, возможно лимитировать площадь распыления порошковой смеси углерода и алюминия до ю площадей соответственно первой и второй особых зоны. Благодаря селективно выбранным (согласно, по меньшей мере, первому предопределенному правилу) первой и второй длительностям распыления порошковой смеси углерода и алюминия (при прочих равных условиях), толщины внутреннего (промежуточного) слоя
15 токопроводящего покрытия на соответственно первой и второй особых зонах отличаются друг от друга. Это способствует, с одно стовроны, лучшему закреплению внешнего слоя (состоящего исключительно из . углерода) токопроводящего покрытия к алюминиевой фольге, и, с другой стороны, уменьшает вес коллектора тока, расширяя таким
20 образом его функциональные возможности.
Преимущественно этап удаления нативной оксидной пленки производится в атмосфере инертного газа с помощью ионной пушки или генератора высокочастотной плазмы.
Применение ионной пушки или генератора высокочастотной 25 плазмы позволяет:
- удалить нативную оксидную пленку и возможные загрязнения с поверхности алюминиевой фольги, и
- увеличить первичную шероховатость этой поверхности.
Это способствует улучшению адгезии сплошного токопроводящего зо покрытия при его напылении на поверхность алюминиевой фольги. Преимущественно этап нанесения непрерывного токопроводящего покрытия производится с помощью, по меньшей мере, одного из следующих методов: (а) магнетронный метод; (б) электроннолучевой метод; (в) электродуговой метод; (г) ионно- 5 плазменный метод.
Благодаря этой характеристике, возможно формировать непрерывное токопроводящее покрытие при скорости обработки выбранной части поверхности флюминиевой фольги, достигающей 0,3 м2/с. В результате способ изготовления согласно изобретению ю обеспечивает высокую производительность.
Преимущественно перед фазой обработки способ изготовления согласно изобретению содержит этап, состоящий в том, чтобы придать дополнительную шероховатость выбранной части поверхности алюминиевой фольги с помощью механических или химических 15 методов.
Наличие дополнительной шероховатости (вдобавок к упомянутой выше первичной шероховатости) поверхности алюминиевой фольги позволяет ещё больше улучшить адгезию напыляемого на неё впоследствии сплошного токопроводящего покрытия.
20 Преимущественно алюминиевая фольга являет лицевую сторону и противоположную ей оборотную сторону. В этих условиях выбранная часть поверхности занимает до 99% от, по меньшей мере, лицевой стороны алюминиевой фольги.
Это позволяет упростить манипуляции с алюминиевой фольгой 25 в вакуумной камере во время фазы обработки и, как следствие, ускорить изготовление коллектора тока.
Согласно второй из своих сторон, изобретение касается коллектора тока из алюминиевой фольги, который может быть изготовлен, например, с помощью описанного выше способа зо изготовления. Этот коллектор тока предназначен для конденсатора двойного электрического слоя и содержит непрерывное токопроводящее покрытие. Последнее нанесено методом вакуумного напыления на, по меньшей мере, выбранную часть поверхности алюминиевой фольги, нативная оксидная пленка которой удалена в
5 вакуумной камере. Токопроводящее покрытие полностью покрывает выбранную часть и содержит, по меньшей мере, один внешний слой, состоящий исключительно из углерода. Согласно изобретению, токопроводящее покрытие содержит, по меньшей мере, внутренний слой, расположенный между внешним слоем и алюминиевой фольгой. ю Этот внутренний слой состоит из смеси углерода и алюминия.
Преимущественно алюминиевая фольга являет первую толщину, равную по меньшей мере 1 ,5*10"5 м. В этих условиях непрерывное токопроводящее покрытие являет вторую толщину, содержащуюся в интервале от 5*10"8 м до 5*10"7 м.
15 Малые значения первой и второй толщины позволяют экономить алюминий и углерод, что особенно важно при массовом производстве коллекторов тока. Кроме того, это обеспечивает малый вес и объем коллектора тока, что особенно важно, например, при его использовании на транспортных средствах, на летательных аппаратах и в бытовых
20 приборах. Наконец, эти характеристики позволяют получить такое соотношение первой и второй толщин друг к другу, при котором коллектор тока имеет квазидвухмерную форму (в форме листа), изгиб которой возможен без растрескивания (на месте изгиба) непрерывного токопроводящего покрытия.
25 Преимущественно внутренний слой являет третью толщину такую, что отношение между третьей толщиной внутреннего слоя и второй толщиной непрерывного токопроводящего покрытия содержится в интервале от 0,05 до 0,95.
Благодаря этой выгодной характеристике, возможно селективно зо подобрать третью толщину внутреннего слоя для данной второй толщины непрерывного токопроводящего покрытия: увеличение третьей толщины внутреннего слоя означает повышение содержания алюминия в токопроводящем покрытии и, следовательно, совокупный вес коллектора тока тоже увеличивается. С другой стороны, уменьшение 5 (при прочих равных условиях) третьей толщины внутреннего слоя ведет к снижению содержания алюминия в токопроводящем покрытии и, следовательно, совокупный вес коллектора тока уменьшается. Это расширяет функциональные возможности коллектора тока согласно изобретению.
t o Преимущественно выбранная часть поверхности алюминиевой фольги содержит, по меньшей мере, первую особую зону. В этих условиях внутренний слой покрывает, по меньшей мере, первую особую зону выбранной части поверхности алюминиевой фольги.
Преимущественно выбранная часть поверхности алюминиевой 15 фольги также содержит, по меньшей мере, вторую особую зону отличную от первой особой зоны. Внутренний слой также покрывает эту вторую особую зону выбранной части поверхности алюминиевой фольги. В этих условиях третья толщина внутреннего слоя, покрывающего первую особую зону отличается от третьей толщины 20 внутреннего слоя, покрывающего вторую особую зону.
Согласно третьей из своих сторон, изобретение касается способа производства электрода, предназначенного для конденсатора двойного электрического слоя. Этот способ производства содержит следующие этапы, состоящие в том, чтобы:
25 - получить многослойную подложку путем нанесения нанопористого угольного материала и связующего вещества на непрерывное токопроводящее покрытие коллектора тока согласно изобретению с помощью одного из следующих методов: (а) метод вальцевания; (б) метод прессования; (в) метод обмазки, зо - высушить полученную многослойную подложку, - вырезать из высушенной многослойной подложки электрод предопределенного размера.
Это позволяет получать электроды любого предопределенного размера и/или профиля.
Преимущественно, способ производства электрода содержит этап, состоящий в том, чтобы нанести диэлектрическую защитную оболочку на, по меньшей мере, оборотную сторону поверхности алюминиевой фольги.
Это позволяет улучшить стойкость электрода к коррозии.
Диэлектрическая защитная оболочка преимущественно содержит смесь связующего вещества и химически нейтрального полимера-диэлектрика. При этом диэлектрическая защитная оболочка преимущественно нанесена с помощью метода обмазки.
Это способствует ускорению производства электрода.
Согласно четвертой из своих сторон, изобретение касается электрода, произведенного, например, с помощью упомянутого выше способа производства. Этот электрод предназначен для конденсатора двойного электрического слоя. Электрод вырезан из высушенной многослойной подложки, содержащей нанопористый угольный материал и связующее вещество, нанесенные с помощью одного из следующих методов: (а) метод вальцевания; (б) метод прессования; (в) метод обмазки, на непрерывное токопроводящее покрытие коллектора тока согласно изобретению. В этих условиях нанопористый угольный материал содержит углерод с удельной поверхностью, развитой до 3* 06 м2/кг.
Наличие у углерода столь развитой удельной поверхности способствует обеспечению достаточной (для последующего использования в суперконденсаторе) электрической ёмкости электрода. Согласно пятой из своих сторон, изобретение касается способа сборки конденсатора двойного электрического слоя содержащего следующие этапы, состоящие в том, чтобы:
- сформировать пакет, содержащий анод, катод и расположенный между ними изолирующий пористый сепаратор, при этом, по меньшей мере, один среди анода и катода содержит электрод согласно изобретению,
- поместить пакет внутрь коробки, содержащей положительный и отрицательный контактные выходы, по меньшей мере, частично выступающие наружу коробки,
- соединить анод и катод с положительным и отрицательным контактными выходами соответственно,
- пропитать пакет органическим электролитом,
- герметизировать коробку.
Это позволяет получить суперконденсатор, удельная электрическая ёмкость которого может достигать 107 Фарад/м3.
Преимущественно коробка являет внутреннюю сторону, выполненную из электроизолирующего материала. В этих условиях способ сборки содержит этап, состоящий в том, чтобы прикрепить электрод согласно изобретению к внутренней стороне коробки.
Это позволяет надежно закрепить электрод внутри коробки и, таким образом, повысить защиту суперконденсатора от вибраций, что особенно важно при его использовании на транспортных средствах и, в частности, на летательных аппаратах.
Согласно шестой из своих сторон, изобретение касается конденсатора двойного электрического слоя (собранного, например, с помощью описанного выше способа сборки), содержащего: - герметичную коробку, содержащую положительный и отрицательный контактные выходы, по меньшей мере, частично выступающие наружу коробки,
- пакет, пропитанный органическим электролитом и расположенный внутри герметичной коробки, пакет содержащий:
• анод, соединённый с положительным контактным выходом,
• катод, соединённый с отрицательным контактным выходом,
• изолирующий пористый сепаратор, расположенный между анодом и катодом,
по меньшей мере, один среди анода и катода содержит электрод согласно изобретению.
В качестве органического электролита используется раствор соли в растворителе. В этих условиях соль содержит тетрафтороборат тетракис(диалкиламино)фосфония или тетраалкиламмония, или их смеси. В свою очередь, растворитель содержит полярный апротонный растворитель или смесь растворителей выбранных из ряда: (а) ацетонитрил; (б) γ-бутиролактон; (в) пропиленкарбонат; (г) этиленкарбонат; (д) этилметилкарбонат; (е) диэтилкарбонат; (ж) диметилкарбонат; (з) диметоксиэтан; (и) тетра гидрофура н.
Наличие этого органического электролита в суперконденсаторе способствует повышению его рабочего напряжения, по меньшей мере, до 2,3 Вольт, а также числа его циклов «зарядка-разрядка», по меньшей мере, до 105 циклов при комнатной (около 20°С) температуре.
Помимо упомянутых выше солей, соль также может содержать по меньшей мере одну из следующих солей: (а) тетрафтороборат этилтриметиламмония; (б) гексафторофосфат этилтриметиламмония; (в) гексафторофосфат тетракис(диметиламино)фосфония. Помимо упомянутых выше растворителей, растворитель также может содержать пропионитрил. Основным преимуществом таких солей, как (а) тетрафтороборат этилтриметиламмония; (б) гексафторофосфат этилтриметиламмония; (в) гексафторофосфат тетракис(диметиламино)фосфония; (г) тетрафторобората тетракис(диалкиламино)фосфония, является их повышенная (например, по сравнению с тетрафтороборатом тетраэтиламмония в пропиленкарбонате) растворимость при низких (наблюдаемых в зимний период) температурах. Это расширяет функциональные возможности конденсаторов двойного электрического слоя, содержащих упомянутые выше (специально селекционированные) соли, делая возможным использование таких конденсаторов в зимний период, что особенно важно для гибридных транспортных средств.
Имея ввиду их повышенную растворимость при низких температурах, тетрафтороборат этилтриметиламмония, гексафторофосфат этилтриметиламмония, гексафторофосфат тетракис(диметиламино)фосфония, тетрафторобората тетракис(диалкиламино)фосфония могут заменять друг друга. Это особенно важно для бесперебойного снабжения массового производства: например, в случае проблем с поставкой тетрафтороборат этилтриметиламмония вместо него можно использовать гексафторофосфат этилтриметиламмония, и/или тетрафтороборат тетракис(диметиламино)фосфония, и/или гексафторофосфат тетракис(диметиламино)фосфония, и наоборот. Таким образом, способ изготовления согласно изобретению достаточно гибок и адаптирован к использованию не только в масштабе исследовательской лаборатории, но и в масштабе завода.
Каждый из упомянутых выше растворителей ((а) ацетонитрил; (б) γ-бутиролактон; (в) пропиленкарбонат; (г) этиленкарбонат; (д) этилметилкарбонат; (е) диэтилкарбонат; (ж) диметилкарбонат; (з) диметоксиэтан; (и) тетрагидрофуран; (к) пропионитрил) также имеет специфические, свойственные только ему одному, преимущества. В частности, электролиты на базе ацетонитрила имеют самую высокую электропроводность среди жидких органических электролитов. Это достигается из-за сочетания низкой вязкости и относительно высокой диэлектрической проницаемости ацетонитрила по сравнению с
5 соответствующими параметрами других жидких органических растворителей. Кроме того, электролиты на базе ацетонитрила имеют широкий диапазон рабочих температур, высокую химическую и электрохимическую стабильность по сравнению с соответствующими параметрами других жидких органических электролитов: это расширяет ю функциональные возможности конденсаторов двойного электрического слоя, в которых в качестве растворителя используется ацетонитрил (например, они могут быть эффективно использованы, как в летний, так и в зимний период, что особенно важно для гибридных транспортных средств). Наконец, ацетонитрил легко доступен, что особенно важно для
15 бесперебойного снабжения массового производства. Таким образом, способ изготовления согласно изобретению адаптирован к использованию не только в масштабе исследовательской лаборатории, но и в масштабе завода.
По сравнению с ацетонитрилом, пропионитрил имеет (помимо 20 приемлемых свойств электропроводности) еще больший диапазон рабочих температур: это расширяет функциональные возможности конденсаторов двойного электрического слоя, содержащих пропионитрил, делая возможным их использование в экстремальных температурных условиях, например, на крайнем Севере, в пустыне.
25 Помимо приемлемых свойств электропроводности в достаточном для массового использования диапазоне температур, основным преимуществом пропиленкарбоната и этиленкарбоната являются их экологические параметры: они не токсичны. Это повышает безопасность операторов при изготовлении конденсаторов двойного зо электрического слоя, делает массовое производство конденсаторов двойного электрического слоя менее вредным с экологической точки зрения и упрощает их эксплуатацию и утилизацию.
Следующие растворители: γ-бутиролактон; диэтилкарбонат; диметилкарбонат; диметоксиэтан; тетрагидрофуран; позволяют получать электролиты с высокой электрохимической стабильностью, хорошо работают при низких температурах и легко доступны, что особенно важно для бесперебойного снабжения массового производства. Таким образом, способ изготовления согласно изобретению адаптирован к использованию не только в масштабе исследовательской лаборатории, но и в масштабе завода.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых: - фигура 1 схематично изображает первый вариант (упрощенный вид сбоку в разрезе) конденсатора двойного электрического слоя, анод которого содержит коллектор тока согласно изобретению,
- фигура 2 схематично изображает последовательность этапов, соответствующих способу сборки первого варианта конденсатора двойного электрического слоя на фигуре 1 ,
- фигура 3 схематично изображает второй вариант (упрощенный вид сбоку в разрезе) конденсатора двойного электрического слоя, анод которого содержит коллектор тока согласно изобретению,
- фигура 4 схематично изображает последовательность этапов, соответствующих способу сборки второго варианта конденсатора двойного электрического слоя на фигуре 3,
- фигура 5 схематично изображает третий вариант (упрощенный вид сбоку в разрезе) конденсатора двойного электрического слоя, анод которого содержит коллектор тока согласно изобретению, фигура 6 схематично изображает последовательность этапов, соответствующих способу сборки третьего варианта конденсатора двойного электрического слоя на фигуре 5,
фигура 7 изображает изменение элементного состава (то есть содержание в атомных процентах углерода С, кислорода О, азота N и алюминия AI) непрерывного токопроводящего покрытия (совокупная толщина внешнего и внутреннего слоев которого составляет первоначально, то есть до травления, 80 нм) первого образца коллектора тока из алюминиевой фольги согласно изобретению от толщины (от времени травления) этого непрерывного токопроводящего покрытия; результаты получены при травлении «слой за слоем» этого первого образца непрерывного токопроводящего покрытия (от первоначальной толщины 80 нм непрерывного токопроводящего покрытия вплоть до полного стравливания непрерывного токопроводящего покрытия до его конечной толщины 0 нм, то есть вплоть до достижения алюминиевой фольги), с помощью элементного анализа каждого слоя (непосредственно перед его удалением с помощью травления) с помощью оже-спектроскопии (по-английски, «auger spectroscopy*) микрозондом, называемом, по-английски, « JAMP-9500F Field Emission Auger Mircoprobe »
(http://www.ieol.com/products/electronoptics/surfaceanaivsissa/iamp9500f /tabid/135/default.aspx), компании Жеол (по-английски, «Jeol»), www.jeol.com,
фигура 8 изображает изменение элементного состава (то есть содержание в атомных процентах углерода С, кислорода О, азота N и алюминия AI) непрерывного токопроводящего покрытия (совокупная толщина внешнего и внутреннего слоев которого составляет первоначально, то есть до травления, 220 нм) второго образца коллектора тока из алюминиевой фольги согласно изобретению от толщины (от времени травления) этого непрерывного токопроводящего покрытия; результаты получены при травлении «слой за слоем» этого второго образца непрерывного токопроводящего покрытия (от первоначальной толщины 220 нм непрерывного токопроводящего покрытия вплоть до полного стравливания непрерывного токопроводящего покрытия до его конечной толщины 0 нм, то есть вплоть до достижения алюминиевой фольги), с помощью элементного анализа каждого слоя (непосредственно перед его удалением с помощью травления) с помощью оже-спектроскопии (по-английски, «auger spectroscopy») микрозондом, называемом, по-английски, « JAMP-9500F Field Emission Auger Mircoprobe »
(http://www.ieol.com/products/electronoptics/surfaceanalvsissa/jamp9500f /tabid/ 35/default.aspx), компании Жеол (по-английски, «Jeol»), www.jeol.com,
фигура 9 схематично изображает (упрощенный вид сбоку в разрезе) пример коллектора тока из алюминиевой фольги согласно изобретению,
фигура 10 схематично изображает на виде сверху алюминиевую фольгу (до нанесения на неё непрерывного токопроводящего покрытия), выбранная часть поверхности которой содержит четыре особых зоны, отличных друг от друга.
Как сообщено ранее и проиллюстрировано на фигурах с 1 по 10, эбретение относится:
согласно первой из своих сторон, к способу изготовления 1 коллектора тока 2 из алюминиевой фольги 20,
согласно второй из своих сторон, к собственно коллектору тока 2, преимущественно полученному с помощью способа изготовления 1 , согласно третьей из своих сторон, к способу производства 8 электрода 9, содержащего упомянутый коллектор тока 2, - согласно четвертой из своих сторон, к собственно электроду 9, преимущественно полученному с помощью способа производства 8,
- согласно пятой из своих сторон, к способу сборки 300 конденсатора 3 двойного электрического слоя (обыкновенно называемого
5 суперконденсатором или ультраконденсатором, чья удельная емкость может достигать 107 Фарад/м3), содержащего упомянутый электрод 9,
- согласно шестой из своих сторон, к собственно конденсатору 3 двойного электрического слоя, преимущественно полученному с ю помощью способа сборки 300.
Как изображено на фигурах 2, 4, 6, способ изготовления 1 коллектора тока 2 (предназначенного, как упомянуто выше, для конденсатора 3 двойного электрического слоя) содержит фазу обработки 10 по крайней мере предварительно выбранной части 200 15 поверхности алюминиевой фольги 20. Эта фаза обработки 10 адаптирована для уменьшения влияния нативной оксидной пленки алюминиевой фольги 20 на внутреннее сопротивление конденсатора 3 двойного электрического слоя.
Фаза обработки 10 включает этап, состоящий в том, чтобы 20 поместить 100 алюминиевую фольгу 20 в вакуумную камеру 4. Для этого бухта алюминиевой фольги 20 устанавливается в лентопротяжный механизм (не показан), который обеспечивает её плавную перемотку с заданной линейной скоростью. Далее лентопротяжный механизм с бухтой алюминиевой фольги 20 помещается в вакуумную камеру 4, 25 после чего последняя вакуум и руется.
Фаза обработки 10 включает также этап, состоящий в том, чтобы нанести 101 методом вакуумного напыления на выбранную часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20 токопроводящее покрытие 21.
Кроме того, фаза обработки 10 содержит этап, состоящий в том, зо чтобы удалить 1000 с выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20 нативную оксидную пленку. Затем выбранная часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20 полностью покрывается непрерывным токопроводящим покрытием 21. Кроме того, токопроводящее покрытие 21 содержит, по меньшей мере, один 5 внешний слой 210, состоящий исключительно из углерода. Пример такого коллектора тока 2 использован в конструкции электрода 9, формирующего катод 32 суперконденсатора 3 (в правой части фигур 1 , 3 и 5).
Согласно изобретению, токопроводящее покрытие 21 содержит, ю по меньшей мере, один внутренний слой 211 , отличный от внешнего слоя 210 (фигуры 1 , 3, 5, 9). Внутренний слой 211 расположен между внешним слоем 210 и алюминиевой фольгой 20. При этом внутренний слой 211 состоит из смеси углерода и алюминия. Эта улучшенная архитектура коллектора тока 2 использована в конструкции электрода 9, 15 формирующего анод 31 суперконденсатора 3 (в левой части фигур 1 , 3 и 5).
Как изображено на фигурах 2, 4 и 6, этап удаления 1000 нативной оксидной пленки производится с помощью ионно-плазменной бомбардировки в атмосфере инертного газа 5 (такого, например, как
20 аргон), которой заполняется вакуумная камера 4 после её вакуумирования, упомянутого выше. Для удаления 1000 нативной оксидной пленки может быть использована ионная пушка 6, в которой происходит формирование ускоренного пучка ионов инертного газа 5, направленного на выбранную часть 200 поверхности алюминиевой
25 фольги 20 для её послойной обработки. В качестве альтернативы ионной пушке 6, для удаления 1000 нативной оксидной пленки также может быть использован генератор 7 высокочастотной плазмы. Он формирует плазму и локализует её у поверхности обрабатываемой выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20. Плазма зо состоит из положительно заряженных ионов рабочего инертного газа 5 и электронов. Под действием приложенного электрического напряжения ионы рабочего инертного газа 5 ускоряются и бомбардируют выбранную часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20, вследствие чего происходит её зачистка, т.е. удаление нативного слоя оксида алюминия и возможных загрязнений. Кроме того, такая бомбардировка 5 увеличивает первичную (микро)шероховатость (не показана) выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20. Эта (микро)шероховатость составляет около 10"8 м.
Этап нанесения 101 непрерывного токопроводящего покрытия 21 производится с помощью источника распыления материала, ю содержащего углерод. Для этого используется, по меньшей мере, один из следующих методов:
- магнетронный метод 1010, или
- электроннолучевой метод 1011 , или
- электродуговой метод 1012, или
15 - ионно-плазменный метод 1013.
Как упомянуто выше, углеродсодержащий материал, подвергнутый распылению, осаждается на зачищенную (то есть свободную от нативной оксидной плёнки) выбранную часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20 и образует на ней непрерывное
20 токопроводящее покрытие 21 (фигуры 1 , 3, 5, 9). Для создания внутреннего слоя 211 токопроводящего покрытия 21 материал, распыляемый источником распыления (во время предварительной стадии 1001 этапа нанесения 101 токопроводящего покрытия 21 на выбранную часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20), состоит из
25 порошковой смеси углерода и алюминия (фигуры 2, 4, 6).
Преимущественно предварительная стадия 1001 распыления порошковой смеси углерода и алюминия происходит (после удаления 1000 нативной оксидной плёнки) в том же вакуумном цикле, в котором происходило удаление 1000 нативной оксидной плёнки. Для создания зо внешнего слоя 210 токопроводящего покрытия 21 материал, распыляемый источником распыления (после окончания предварительной стадии 1001 , в результате которой создаётся внутренний слой 21 1 , выполняющий функцию грунтовки), представляет собой порошок графита, состоящий исключительно из углерода.
5 Как изображено на фигурах 2, 4 и 6, перед фазой обработки 10 способ изготовления 1 коллектора тока 2 содержит этап, состоящий в том, чтобы придать 11 дополнительную (макро)шероховатость а выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20 с помощью механических методов (деформации) или химических методов ю (травление). Эта (макро)шероховатость а составляет около 10"6 м : α ~ 10"6 м.
Преимущественно, выбранная часть 200 поверхности (алюминиевой фольги 20), адаптированная для сбора тока, занимает до 99% от всей поверхности алюминиевой фольги 20.
15 Это обеспечивает высокое качество токопроводящего покрытия
21 и надежно блокирует доступ окислителя к коллектору тока 2, препятствуя, таким образом, его коррозии.
Преимущественно выбранная часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20 содержит, по меньшей мере, первую особую 20 зону 2001 (фигуры 9, 10). Во время предварительной стадии 1001 , распыление порошковой смеси углерода и алюминия происходит на, по меньшей мере, эту первую особую зону 2001 выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20.
В этих условиях между источником распыления и выбранной 25 частью 200 поверхности алюминиевой фольги 20 преимущественно располагают экран (например, лист бумаги), содержащий, по меньшей мере, одну селективную прорезь, которая соответствует геометрии первой особой зоны 2001 (не показано).
Благодаря наличию такого экрана, возможно распылить зо порошковую смеси углерода и алюминия исключительно на первую особую зону 2001. В этом случае внутренний слой 21 1 формируется только над первой особой зоной 2001 , то есть выбранная часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20 вне первой особой зоной 2001 не имеет внутреннего слоя 21 1.
5 Преимущественно выбранная часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20 также содержит, по меньшей мере, вторую особую зону 2002 отличную от первой особой зоны 2001 (фигуры 9, 10). Во время предварительной стадии 1001 , распыление порошковой смеси углерода и алюминия происходит также на эту вторую особую зону 2002 ю выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20. По меньшей мере, первая и вторая длительности распыления порошковой смеси углерода и алюминия соответственно на первую и на вторую особые зоны 2001 , 2002 выбираются согласно, по меньшей мере, первому предопределенному правилу. Например, первая длительность
15 распыления порошковой смеси углерода и алюминия на первую особую зону 2001 может превышать вторую длительность распыления порошковой смеси углерода и алюминия на вторую особую зону 2001. В результате третья толщина δ внутреннего слоя 21 1 , покрывающего первую особую зону 2001 , может превышать третью толщину δ
20 внутреннего слоя 21 , покрывающего вторую особую зону 2002, как это схематично показано на фигуре 9.
Пример на фигуре 10 показывает выбранную часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20, содержащую первую, вторую, третью и четвертую особые зоны 2001 , 2002, 2003, 2004, отличные друг
25 от друга. Их селективное расположение друг относительно друга на выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20 способствует лучшей фиксации внешнего слоя 210 к выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20. Также возможны другие селективные расположения особых зон друг относительно друга: зо например, расположение (на виде сверху) в шахматном порядке, по спирали, по вложенным друг в друга окружностям и тому подобное (не показано).
Преимущественно, по меньшей мере, первое и второе процентные соотношения углерода и алюминия в порошковой смеси 5 для распыления соответственно на первую и на вторую особые зоны 2001 , 2002 выбираются согласно, по меньшей мере, второму предопределенному правилу (не показано).
Благодаря этой выгодной характеристике возможно селективно менять концентрацию углерода и алюминия во внутреннем слое 211 в ю зависимости от места расположения первой и второй особых зон 2001 , 2002 на выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20. Например, увеличивать содержание алюминия во внутреннем слое 2 , расположенном на той особой зоне среди первой и второй особых зон 2001 , 2002, которая находится на переферии выбранной части 200 и,
15 напротив, уменьшать содержание алюминия во внутреннем слое 211 , расположенном на другой особой зоне среди первой и второй особых зон 2001 , 2002, которая находится ближе к центру выбранной части 200. Это способствует лучшей фиксации внешнего слоя 210 к выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20.
20 С помощью способа изготовления 1 , описанного выше можно изготовить коллектор тока 2 из алюминиевой фольги 20, предназначенный для конденсатора 3 двойного электрического слоя. Как показано на фигурах 1 , 3, 5, 9, такой коллектор тока 2 содержит непрерывное токопроводящее покрытие 21 , нанесенное методом
25 вакуумного напыления на, по меньшей мере, выбранную часть 200 поверхности алюминиевой фольги 20, нативная оксидная пленка которой удалена в вакуумной камере 4. В этих условиях токопроводящее покрытие 21 полностью покрывает выбранную часть 200 и содержит, по меньшей мере, один внешний слой 210, состоящий зо исключительно из углерода. Согласно изобретению, токопроводящее покрытие 21 содержит, по меньшей мере, внутренний слой 211 , расположенный между внешним слоем 210 и алюминиевой фольгой 20. Этот внутренний слой 211 состоит из смеси углерода и алюминия.
Экспериментальные данные на фигурах 7 и 8 показывают элементный состав (то есть содержание углерода С, кислорода О, азота N и алюминия AI в атомных процентах) непрерывного токопроводящего покрытия 21 двух образцов коллектора тока 2 из алюминиевой фольги
20 согласно изобретению в зависимости от толщины (от времени травления) этого непрерывного токопроводящего покрытия 21. Графики ясно идентифицируют первую и вторую области I и II, отличные друг от друга, на фигурах 7 и 8.
Первая область I являет содержание углерода близкое к 100% и практически полное отсутствие кислорода, азота и алюминия. Эта первая область I на фигурах 7 и 8 соответствует внешнему слою 210 (состоящему исключительно из углерода) токопроводящего покрытия 21.
Элементное содержание второй области II, напротив, демонстрирует эффективное перемешивание углерода и алюминия. По мере травления содержание углерода уменьшается со 100% до 0%, а содержание алюминия, напротив, возрастает с 0% до 100%. Это логично, так как после того, как непрерывное токопроводящее покрытие
21 полностью удалено травлением, от коллектора тока 2 остаётся только алюминиевая фольга 20, содержащая исключительно алюминий. Таким образом, вторая область II соответствует внутреннему (промежуточному) слою 211 токопроводящего покрытия 21 , расположенному между внешним слоем 210 из чистого углерода и алюминиевой фольгой 20 из чистого алюминия.
В примерах на фигурах 7 и 8 предварительная стадия 1001 распыления порошковой смеси углерода и алюминия происходит (после удаления 1000 нативной оксидной плёнки) в том же вакуумном цикле, в котором происходило удаление 1000 нативной оксидной плёнки. Незначительное (до 5 % атомных процентов) остаточное содержание кислорода во второй области II экспериментально подтверждает
5 эффективность удаления 1000 нативной оксидной плёнки с выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20. Кроме того, тот факт, что это незначительное остаточное содержание кислорода находится именно во второй области II, экспериментально подтверждает образование внутреннего (промежуточного) слоя 211 токопроводящего ю покрытия 21 на месте удаленной нативной оксидной плёнки.
Преимущественно алюминиевая фольга 20 являет первую толщину т, равную по меньшей мере 1 ,5* 0"5 м.
Преимущественно, вторая толщина Н непрерывного токопроводящего покрытия 21 коллектора тока 2 согласно изобретению 15 (фигуры 1 , 3, 5, 9) содержится в интервале от 10"8 м до 5*10"6 м:
10"8 м < Н < 5*10"6 м, и, особенно, в интервале от 5*10"8 м до 5*10"7 м: 5*10_8 м < Н < 5*10-7 м.
Преимущественно внутренний слой 211 являет третью толщину δ и отношение между этой третьей толщиной δ внутреннего слоя 21 1 и 20 второй толщиной Н непрерывного токопроводящего покрытия 21 содержится в интервале от 0,05 до 0,95: 0,05 < δ/Η < 0,95.
Как показывают примеры на фигурах 7 и 8, преимущественно третья толщина δ внутреннего слоя 21 1 не превышает 6*10"8 м (δ < 6*10'8 м) для токопроводящего покрытия 21 , являющего вторую 25 толщину Н в интервале от 6,35*10"8 м до 5*10"7 м (6,35*10"8 м < Н < 5*10"7 м).
Благодаря этой выгодной характеристике возможно минимизировать третью толщину δ внутреннего слоя 21 1 без потерь его свойств грунтовки, то есть без потерь его способности фиксировать зо токопроводящее покрытие 21 на поверхности алюминиевой фольги 20, даже если вторая толщина Н токопроводящего покрытия 21 превышает третью толщину δ внутреннего слоя 21 1 практически в десять раз: Η/δ ~ 10.
Преимущественно выбранная часть 200 поверхности 5 алюминиевой фольги 20 содержит, по меньшей мере, первую особую зону 2001 (фигура 9). Внутренний слой 21 1 покрывает, по меньшей мере, первую особую зону 2001 выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20.
Как показано на фигурах 9 и 10, выбранная часть 200 ю поверхности алюминиевой фольги 20 содержит, по меньшей мере, вторую особую зону 2002, отличную от первой особой зоны 2001. В этих условиях внутренний слой 21 1 также покрывает вторую особую зону 2002 выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20. Третья толщина δ внутреннего слоя 21 1 , покрывающего первую особую зону 15 2001 отличается от третьей толщины δ внутреннего слоя 211 , покрывающего вторую особую зону 2002. В примере на фигуре 9, третья толщина δ внутреннего слоя 211 , покрывающего первую особую зону 2001 превышает третью толщину δ внутреннего слоя 21 1 , покрывающего вторую особую зону 2002. Это способствует лучшей 20 фиксации внешнего слоя 210 к выбранной части 200 поверхности алюминиевой фольги 20 при минимальных размерах внутреннего слоя 21 токопроводящего покрытия 21.
Как изображено на фигурах 2, 4 и 6, для производства 8 электрода 9, предназначенного для конденсатора 3 двойного
25 электрического слоя, сначала получают 80 многослойную подложку 90.
Для этого берут изготовленный, как описано выше, коллектор тока 2 и на его непрерывное токопроводящее покрытие 21 наносят нанопористый угольный материал 900 и связующее вещество 901 (например, поливинилидендифторид (на английском «polyvinylidene зо fluoride» или «PVDF») или политетрофторэтилен (на английском «polytetrafluoroethylene» или «PTFE»)). При этом используют, по меньшей мере, один из следующих методов:
- метод вальцевания 800 (на английском «rolling method»), или
- метод прессования 801 (на английском «pressing method»), или - метод обмазки 802 (на английском «coating method»).
Согласно изобретению, нанопористый угольный материал 900 содержит углерод с удельной поверхностью, развитой до 3*106 м2/кг.
Полученную таким образом многослойную подложку 90 высушивают 81.
Затем из высушенной многослойной подложки 90 вырезают 82 электрод 9 предопределенного размера, который может иметь любую предопределенную форму (например, прямоугольник, ромб, трапеция, круг и т.п.). Производство электрода 9 закончено.
Совокупное контактное сопротивление электрода 9 согласно изобретению складывается из:
- первого контактного сопротивления на границе между многослойной подложкой 90 и токопроводящим покрытием 21 , и
- второго контактного сопротивления на границе между токопроводящим покрытием 21 и выбранной частью 200 поверхности алюминиевой фольги 20.
Пример, описанный ниже, иллюстрирует эффективное снижение совокупного контактного сопротивления электрода 9 согласно изобретению. Этот электрод 9 имеет многослойную подложку 90 и токопроводящее покрытие 21. Последнее нанесено 101 магнетронным методом 1010 и содержит только внешний слой 210 из углерода (т.е. внутренний слой 211 из углерода и алюминия отсутствует). Величина измеренного совокупного контактного сопротивления данного электрода 9 содержится в близком к нулю интервале: от 1 ,5*10"7 Ω*Μ2 до 2,0* 0"7 Ω*Μ2. ДЛЯ сравнения, при прочих равных условиях, если многослойная подложка 90 нанесена на эталонную (т.е. необработанную согласно изобретению) поверхность алюминиевой фольги 20, содержащей в частности нативную оксидную пленку, 5 величина измеренного совокупного контактного сопротивления электрода-эталона составляет около 3,0*10"5 Ω*Μ2, т.е. более чем в 100 раз выше, чем близкая к нулю величина измеренного совокупного контактного сопротивления электрода 9 согласно изобретению.
Как изображено на фигурах 2, 4 и 6, для сборки 300 ю конденсатора 3 двойного электрического слоя сначала формируют 3000 пакет 30, содержащий анод 31 , катод 32 и расположенный между ними изолирующий пористый сепаратор 33. При этом, по меньшей мере, один среди анода 31 и катода 32 содержит электрод 9 согласно изобретению (например, электрод 9, произведенный с помощью способа 15 производства 8, описанного выше с использованием коллектора тока 2 согласно изобретению). Преимущественно, и анод 31 , и катод 32 содержат электрод 9 согласно изобретению (не показано). При этом каждый из электродов 9 конденсатора 3 двойного электрического слоя может иметь свою собственную архитектуру: в примерах на фигурах 1 и 20 3:
- в катоде 32 токопроводящее покрытие 21 содержит только внешний слой 210,
- в аноде 31 токопроводящее покрытие 21 содержит - согласно изобретению - и внешний слой 210, и внутренний слой 211.
25 Далее пакет 30 помещается 3001 внутрь коробки 34, содержащей положительный и отрицательный контактные выходы 340, 341 , по меньшей мере, частично выступающие наружу коробки 34 (фигуры 1 , 3).
Затем анод 31 и катод 32 соединяются 3002, по меньшей мере, с зо положительным и отрицательным контактными выходами 340, 341 коробки 34 соответственно (фигуры 1 , 5). Соединение 3002 может быть реализовано с помощью сварки. Для этого используют 1 % поверхности алюминиевой фольги 20, не являющейся её выбранной частью 200, т.е. свободный от токопроводящего покрытия 21 (фигура 1 ).
После этого пакет 30 пропитывают 3003 органическим электролитом 35. Согласно изобретению, в качестве последнего может использоваться раствор:
- тетрафторобората тетракис(диалкиламино)фосфония (на английском «tetrakis(dialkylamino)phosphonium tetrafluoroborate»), химическая формула которого: [(R2N)4P]BF4, где R=alkyl, или
- тетраалкиламмония (на английском «tetraalkylammonium»), химическая формула которого: R4N+, или
- тетрафтороборат этилтриметиламмония (на английском «ethyltrimethylammonium tetrafluoroborate»), или - гексафторофосфат этилтриметиламмония (на английском «ethyltrimethylammonium hexafluorophosphate»), или
- гексафторофосфат тетракис(диметиламино)фосфония (на английском «tetrakis(dimethylamino)phosphonium hexafluorophosphate»), или - их смеси:
о в полярном апротонном растворителе (на английском «polar aprotic solvent»), или
о в смеси растворителей выбранных из ряда:
• ацетонитрил (на английском «acetonitrile»), · γ-бутиролактон (на английском «γ-butyrolactone»),
• пропиленкарбонат (на английском «propylene carbonate»), " этиленкарбонат (на английском «ethylene carbonate*), • этилметилкарбонат (на английском «ethylmethyl carbonate»),
• диэтилкарбонат (на английском «diethyl carbonate»),
• диметилкарбонат (на английском «dimethyl carbonate»),
" диметоксиэтан (на английском «dimethoxyethane»),
" тетрагидрофуран (на английском «tetrahydrofurane»),
• пропионитрил (на английском «propionitrile»).
Наконец, коробку 34 герметизируют 3004: конденсатор 3 двойного электрического слоя собран (фигуры 1 , 3).
В первом примере на фигуре 1 , выбранная часть 200 коллектора тока 2 покрывает как лицевую сторону 201 , так и оборотную (т.е. противоположную лицевой 201) сторону поверхности алюминиевой фольги 20. Обработка обеих сторон алюминиевой фольги 20 усложняет изготовление коллектора тока 2 из-за дополнительных манипуляций в вакуумной камере 4, имеющих целью установить сначала лицевую сторону 201 , затем оборотную сторону алюминиевой фольги 20 напротив ионной пушки 6 или генератора 7 высокочастотной плазмы для эффективного удаления нативной оксидной пленки с выбранной части 200. Более того, чем больше площадь обрабатываемой во время фазы обработки 10 выбранной части 200 (как упоминалось выше, последняя может достигать 99% от всей поверхности, т.е. от площади обеих сторон алюминиевой фольги 20), тем длиннее фаза обработки 10 и, соответсвенно, медленнее процесс изготовления коллектора тока 2. Это увеличивает время производства электрода и, в конце концов, время сборки суперконденсатора 3.
На фигуре 3 изображен альтернативный первому второй пример, в котором выбранная часть 200 коллектора тока 2 покрывает, по меньшей мере, лицевую сторону 201 поверхности алюминиевой фольги 20. При этом оборотная сторона поверхности алюминиевой фольги 20 свободна от выбранной части 200, т.е. не обрабатывается во время фазы обработки 10. Это позволяет исключить описанные выше дополнительные манипуляции в вакуумной камере 4 и в целом уменьшить площадь обрабатываемой во время фазы обработки 10 выбранной части 200, например до 99% лицевой стороны 201 5 поверхности алюминиевой фольги 20, т.е. до 49,5% от всей площади обеих сторон алюминиевой фольги 20.
Чтобы эффективность (по меньшей мере, по рабочему напряжению и по числу циклов «зарядка-разрядка») второго варианта суперконденсатора 3 на фигуре 3 (в котором выбранная часть 200 ю коллектора тока 2 расположена только на лицевой стороне 201 ) была сопоставима с первым вариантом суперконденсатора 3 на фигуре 1 (в котором выбранная часть 200 коллектора тока 2 расположена и на лицевой стороне, и на оборотной стороне):
- по меньшей мере, внутренняя сторона 342 коробки 34 выполнена из 15 электроизолирующего материала, и
- способ сборки 300 (фигура 4) содержит этап, состоящий в том, чтобы прикрепить 3005 (например, с помощью клея или сварки) электрод 9 (по меньшей мере, оборотную сторону алюминиевой фольги 20) к внутренней стороне 342 коробки 34.
20 Это также предотвращает коррозию коллектора тока 2 (из-за которой последний буквально «растворяется», т.е. разрушается в органическом электролите 35) с оборотной стороны поверхности алюминиевой фольги 20, что особенно важно для электрода 9, который является анодом 31 суперконденсатора 3.
25 Однако, необходимость надёжно прикрепить 3005 оборотную сторону алюминиевой фольги 20 к внутренней стороне 342 коробки 34 требует много времени, тормозит процесс сборки 300 суперконденсатора 3. Из-за этого возрастает риск дефектов при сборке, что может быть причиной непроизвольного контакта органического зо электролита 35 с оборотной стороной поверхности алюминиевой фольги 20 в процессе использования суперконденсатора 3 и, в конечном итоге, сокращения срока службы суперконденсатора 3.
Третий вариант конструкции суперконденсатора 3, изображенный на фигуре 5, имеет компромиссную архитектуру, которая,
5 с одной стороны, имеет преимущества первого и второго вариантов суперконденсатора 3 (фигуры 1 и 3), а, с другой стороны, лишена их описанных выше недостатков. Для этого выбранная часть 200 коллектора тока 2 покрывает, по меньшей мере, лицевую сторону 201 поверхности алюминиевой фольги 20. При этом на, по меньшей мере, ю оборотной стороне 202 поверхности алюминиевой фольги 20 (которая свободна от выбранной части 200) находится диэлектрическая защитная оболочка 22. Последняя имеет свойства электрического изолятора, т.е. не проводит электрический ток, и химически нейтральна по отношению к органическому электролиту 35, т.е. не растворяется в
15 нём. Таким образом, диэлектрическая защитная оболочка 22 надежно предохраняет электрод 9 (по меньшей мере, оборотную сторону 202 поверхности алюминиевой фольги 20) от коррозии.
Преимущественно, диэлектрическая защитная оболочка 22 покрывает всю поверхность алюминиевой фольги 20 за исключением её 20 выбранной части 200, как показано в примере на фигуре 5. Эта характеристика позволяет ещё больше изолировать электрод 9 от органического электролита 35 и, следовательно, от коррозии, что в конечном итоге продлевает срок жизни суперконденсатора 3.
Способ производства 8 (фигура 6) электрода 9 (для третьего 25 варианта суперконденсатора 3 на фигуре 5) содержит этап, состоящий в том, чтобы нанести 83 диэлектрическую защитную оболочку 22 на, по меньшей мере, оборотную сторону 202 поверхности алюминиевой фольги 20.
Диэлектрическая защитная оболочка 22 может содержать смесь зо связующего вещества 901 с химически нейтральным полимером- диэлектриком. Диэлектрическая защитная оболочка 22 может наноситься 83 на, например, всю поверхность алюминиевой фольги 20, за исключением её выбранной части 200, с помощью упомянутого выше метода обмазки 802 (фигура 6).
Как первый вариант на фигуре 1 , третий вариант суперконденсатора 3 (фигура 5) не накладывает никаких ограничений на материал коробки 34 (или на материал её внутренней стороны 342).
Кроме того, способ сборки 300 третьего варианта суперконденсатора 3 может содержать этап (не показан на фигуре 6), состоящий в том, чтобы прикрепить (например, с помощью клея) электрод 9 (по меньшей мере, его диэлектрическую защитную оболочку 22 с оборотной стороны 202 поверхности алюминиевой фольги 20) к внутренней стороне 342 коробки 34 (такая версия третьего варианта суперконденсатора 3 не показана на фигуре 6).

Claims

Формула изобретения
1. Способ изготовления (1 ) коллектора тока (2) из алюминиевой фольги (20), предназначенного для конденсатора (3) двойного электрического слоя, способ изготовления (1 ) содержащий фазу обработки (10), по меньшей мере, предварительно выбранной части (200) поверхности алюминиевой фольги (20), фаза обработки (10), включающая следующие этапы, состоящие в том, чтобы:
- поместить (100) алюминиевую фольгу (20) в вакуумную камеру (4),
- удалить (1000) с выбранной части (200) поверхности алюминиевой фольги (20) нативную оксидную пленку,
- нанести (101 ) методом вакуумного напыления на выбранную часть (200) поверхности алюминиевой фольги (20) непрерывное токопроводящее покрытие (21), полностью покрывающее эту выбранную часть (200) и содержащее, по меньшей мере, один внешний слой (210), состоящий исключительно из углерода,
характеризующийся тем, что этап нанесения (101 ) токопроводящего покрытия (21 ) содержит предварительную стадию (1001 ) распыления порошковой смеси углерода и алюминия на выбранную часть (200) поверхности алюминиевой фольги (20).
2. Способ изготовления (1 ) по пункту 1 , характеризующийся тем, что выбранная часть (200) поверхности алюминиевой фольги (20) содержит, по меньшей мере, первую особую зону (2001 ), и тем, что, во время предварительной стадии (1001), распыление порошковой смеси углерода и алюминия происходит на, по меньшей мере, эту первую особую зону (2001 ) выбранной части (200) поверхности алюминиевой фольги (20).
3. Способ изготовления (1 ) по пункту 2, характеризующийся тем, что выбранная часть (200) поверхности алюминиевой фольги (20) также содержит, по меньшей мере, вторую особую зону (2002) отличную от первой особой зоны (2001 ), тем, что во время предварительной стадии (1001 ), распыление порошковой смеси углерода и алюминия происходит также на эту вторую особую зону (2002) выбранной части (200) поверхности алюминиевой фольги (20), и тем, что, по меньшей мере, первая и вторая длительности распыления порошковой смеси углерода и алюминия соответственно на первую и на вторую особые зоны (2001), (2002) выбираются согласно, по меньшей мере, первому предопределенному правилу.
4. Коллектор тока (2) из алюминиевой фольги (20), предназначенный для конденсатора (3) двойного электрического слоя и содержащий непрерывное токопроводящее покрытие (21 ), нанесенное методом вакуумного напыления на, по меньшей мере, выбранную часть (200) поверхности алюминиевой фольги (20), нативная оксидная пленка которой удалена в вакуумной камере (4), токопроводящее покрытие (21) полностью покрывающее выбранную часть (200) и содержащее, по меньшей мере, один внешний слой (210), состоящий исключительно из углерода,
характеризующийся тем, что токопроводящее покрытие (21 ) содержит, по меньшей мере, внутренний слой (211 ), расположенный между внешним слоем (210) и алюминиевой фольгой (20) и тем, что внутренний слой (21 1 ) состоит из смеси углерода и алюминия.
5. Коллектор тока (2) по пункту 4, характеризующийся тем, что алюминиевая фольга (20) являет первую толщину (т), равную по меньшей мере 1 ,5*10"5 м, и тем, что непрерывное токопроводящее покрытие (21) являет вторую толщину (Н), содержащуюся в интервале от 5*10"8 м до 5*10"7 м.
6. Коллектор тока (2) по пункту 5, характеризующийся тем, что внутренний слой (21 1) являет третью толщину (δ) и тем, что отношение между третьей толщиной (δ) внутреннего слоя (2 1) и второй толщиной (H) непрерывного токопроводящего покрытия (21 ) содержится в интервале от 0,05 до 0,95.
7. Коллектор тока (2) по любому одному из пунктов с 4 по 6, характеризующийся тем, что выбранная часть (200) поверхности
5 алюминиевой фольги (20) содержит, по меньшей мере, первую особую зону (2001), и тем, что внутренний слой (21 1) покрывает, по меньшей мере, первую особую зону (2001 ) выбранной части (200) поверхности алюминиевой фольги (20).
8. Коллектор тока (2) по пункту 7, характеризующийся тем, что ю выбранная часть (200) поверхности алюминиевой фольги (20) содержит, по меньшей мере, вторую особую зону (2002), отличную от первой особой зоны (2001), тем, что внутренний слой (21 1 ) также покрывает вторую особую зону (2002) выбранной части (200) поверхности алюминиевой фольги (20) и тем, что третья толщина (δ) внутреннего 15 слоя (21 1 ), покрывающего первую особую зону (2001 ) отличается от третьей толщины (δ) внутреннего слоя (21 1 ), покрывающего вторую особую зону (2002).
9. Способ производства (8) электрода (9), предназначенного для конденсатора (3) двойного электрического слоя, способ производства 0 (8) содержащий следующие этапы, состоящие в том, чтобы:
- получить (80) многослойную подложку (90) путём нанесения нанопористого угольного материала (900) и связующего вещества (901 ) на непрерывное токопроводящее покрытие (21 ) коллектора тока (2) по любому одному из пунктов с 4 по 8 с помощью одного из5 следующих методов: (а) метод вальцевания (800); (б) метод прессования (801); (в) метод обмазки (802),
- высушить (81 ) полученную многослойную подложку (90),
- вырезать (82) из высушенной многослойной подложки (90) электрод (9) предопределенного размера.
10. Электрод (9), предназначенный для конденсатора (3) двойного электрического слоя и вырезанный из высушенной многослойной подложки (90), содержащей нанопористый угольный материал (900) и связующее вещество (901), нанесенные с помощью
5 одного из следующих методов: (а) метод вальцевания (800); (б) метод прессования (801); (в) метод обмазки (802), на непрерывное токопроводящее покрытие (21) коллектора тока (2) по любому одному из пунктов с 4 по 8, характеризующийся тем, что нанопористый угольный материал (900) содержит углерод с удельной поверхностью, развитой ю до 3*106 м2/кг.
11. Способ сборки (300) конденсатора (3) двойного электрического слоя содержащий следующие этапы, состоящие в том, чтобы:
- сформировать (3000) пакет (30), содержащий анод (31 ), катод (32) и 15 расположенный между ними изолирующий пористый сепаратор (33), при этом, по меньшей мере, один среди анода (31) и катода (32) содержит электрод (9) по пункту 10,
- поместить (3001) пакет (30) внутрь коробки (34), содержащей положительный и отрицательный контактные выходы (340), (341 ), по
20 меньшей мере, частично выступающие наружу коробки (34),
- соединить (3002) анод (31 ) и катод (32) с положительным и отрицательным контактными выходами (340), (341) соответственно,
- пропитать (3003) пакет (30) органическим электролитом (35),
- герметизировать (3004) коробку (34).
25 12. Конденсатор (3) двойного электрического слоя, содержащий:
- герметичную коробку (34), содержащую положительный и отрицательный контактные выходы (340), (341 ), по меньшей мере, частично выступающие наружу коробки (34), - пакет (30), пропитанный органическим электролитом (35) и расположенный внутри герметичной коробки (34), пакет (30) содержащий:
• анод (31), соединённый с положительным контактным выходом 5 (340),
• катод (32), соединённый с отрицательным контактным выходом (341)
• изолирующий пористый сепаратор (33), расположенный между анодом (31) и катодом (32),
ю по меньшей мере, один среди анода (31) и катода (32) содержит электрод (9) по пункту 0,
характеризующийся тем, что в качестве органического электролита (35) используется раствор раствор соли в растворителе, тем, что соль содержит тетрафтороборат тетракис(диалкиламино)фосфония или
15 тетраалкиламмония, или их смеси, и тем, что растворитель содержит полярный апротонный растворитель или смесь растворителей выбранных из ряда: (а) ацетонитрил; (б) γ-бутиролактон; (в) пропиленкарбонат; (г) этиленкарбонат; (д) этилметилкарбонат; (е) диэтилкарбонат; (ж) диметилкарбонат; (з) диметоксиэтан; (и) 0 тетрагидрофуран.
13. Конденсатор (3) двойного электрического слоя по пункту 12, характеризующийся тем, что соль содержит по меньшей мере одну из следующих солей: (а) тетрафтороборат этилтриметиламмония; (б) гексафторофосфат этилтриметиламмония; (в) гексафторофосфат 5 тетракис(диметиламино)фосфония, и тем, что растворитель содержит пропионитрил.
PCT/IB2012/000969 2011-05-19 2012-05-17 Коллектор тока и способ его изготовления WO2012156809A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11166818 2011-05-19
EP11166818A EP2525377A1 (fr) 2011-05-19 2011-05-19 Collecteur de courant et procédé de sa fabrication

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012156809A1 true WO2012156809A1 (ru) 2012-11-22

Family

ID=44561247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2012/000969 WO2012156809A1 (ru) 2011-05-19 2012-05-17 Коллектор тока и способ его изготовления

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2525377A1 (ru)
WO (1) WO2012156809A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10522300B2 (en) 2015-05-26 2019-12-31 National Research Council Of Canada Metallic surface with karstified relief, forming same, and high surface area metallic electrochemical interface

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9478364B2 (en) * 2013-08-22 2016-10-25 Corning Incorporated Carbon-based electrodes containing molecular sieve
US9595398B2 (en) 2013-08-30 2017-03-14 Corning Incorporated Low resistance ultracapacitor electrode and manufacturing method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000019465A1 (en) * 1998-09-29 2000-04-06 General Electric Company Ultracapacitor current collector
US20040264110A1 (en) * 2002-01-28 2004-12-30 Hartmut Michel Electrodes, the production thereof and condensers containing said electrodes
US20050057888A1 (en) * 2003-09-12 2005-03-17 Maxwell Technologies, Inc. Electrode impregnation and bonding

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPR977301A0 (en) * 2001-12-28 2002-01-31 Energy Storage Systems Pty Ltd An electrode for an energy storage device
UA90448C2 (ru) * 2005-06-25 2010-05-11 Юрій Андрійович Малєтін Способ изготовления электродов с низким контактным сопротивлением для батарей и конденсаторов с двойным электрическим слоем
US8411413B2 (en) * 2008-08-28 2013-04-02 Ioxus, Inc. High voltage EDLC cell and method for the manufacture thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000019465A1 (en) * 1998-09-29 2000-04-06 General Electric Company Ultracapacitor current collector
US20040264110A1 (en) * 2002-01-28 2004-12-30 Hartmut Michel Electrodes, the production thereof and condensers containing said electrodes
US20050057888A1 (en) * 2003-09-12 2005-03-17 Maxwell Technologies, Inc. Electrode impregnation and bonding

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10522300B2 (en) 2015-05-26 2019-12-31 National Research Council Of Canada Metallic surface with karstified relief, forming same, and high surface area metallic electrochemical interface

Also Published As

Publication number Publication date
EP2525377A1 (fr) 2012-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101946658B1 (ko) 전극 박, 집전체, 전극 및 이를 이용한 축전 소자
US9118087B2 (en) Electrode for lithium secondary battery
EP2958122A1 (en) Graphene lithium ion capacitor
EP3352187B1 (en) Electric double layer capacitor
JPH10509560A (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
WO2007052742A1 (ja) 蓄電素子
Klankowski et al. Higher-power supercapacitor electrodes based on mesoporous manganese oxide coating on vertically aligned carbon nanofibers
WO2016209460A2 (en) High energy density hybrid pseudocapacitors and method of making and using the same
KR100994639B1 (ko) 전기 이중층 캐패시터
US8988858B2 (en) Electrode for electrochemical capacitor and electrochemical capacitor using same
JP2012004491A (ja) 蓄電デバイス
JP7065040B2 (ja) 炭素／炭素一体型高電力密度ウルトラキャパシタ、及びそのキャパシタからなる電池
WO2012156809A1 (ru) Коллектор тока и способ его изготовления
RU2644590C1 (ru) Вспомогательный аккумулятор с неводным электролитом и способ изготовления вспомогательного аккумулятора с неводным электролитом
KR20090027885A (ko) 전기이중층 커패시터의 제조방법
KR102379507B1 (ko) 포스포린 기반 음극을 갖는 고밀도 하이브리드 슈퍼커패시터 및 그 제조 방법
WO2013160750A1 (ru) Электрохимический конденсатор двойного электрического слоя и способ его изготовления
EP4229703A2 (en) Advanced lithium-ion energy storage device
KR20240015431A (ko) 자기장 인가를 통한 고충전 및 고안정성 리튬 이차전지 제조 공정
KR20230141772A (ko) 전해 콘덴서
NO20220718A1 (en) Method for manufacturing an energy storage device
KR20220158316A (ko) 자가방전을 억제할 수 있는 전기이중층 커패시터 및 그 제조방법
WO2020200392A1 (en) Rechargeable lithium ion battery for wide temperature range and high temperatures

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12786154

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12786154

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1