Елемент для запобігання появі надмірного тиску в суперконденсаторі

Формула / Реферат | Подібні патенти | МПК / Мітки | Додаткова інформація | Код посилання

Номер патенту: 101644

Опубліковано: 25.04.2013

Автори: Депон Жан-Мішель, Журдрон Арно, Азе Філіпп, Комон Олів'є

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Суперконденсатор, який має закриту камеру, яка оснащена засобами для обміну газом із зовнішнім середовищем і у якій розміщені два електроди з спеціальною великою площею поверхні, які відокремлені роздільним елементом, при цьому роздільний елемент і електроди просочені електролітом, який відрізняється тим, що засоби для обміну газом включають мембрану, яка проникна для водню і його ізотопів і непроникна для газових елементів, діаметр поперечного перерізу яких, більший або рівний 0,3 нм, при температурі від - 50 °C і 100 °C, і при цьому мембрана має площу поверхні S (в м2) і товщину e (в м), і при цьому вона виготовлена з матеріалу, який вибраний серед металів і металевих сплавів, і внутрішня проникність Ф якого (в моль•м-1•с-1•Па-1/2) є селективною по відношенню до водню і має величину таку, що 10-15 моль•с-1•Па-1/2£(Ф*S)/e£10-9 моль•с•Па-1/2.

2. Суперконденсатор за п. 1, який відрізняється тим, що 10-12 моль•с-1•Па-1/2£(Ф*S)/е£5 10-10 моль•с-1•Па-1/2.

3. Суперконденсатор за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що метали вибрані серед Pd, Nb, V, Та, Ni і Fe і при цьому металеві сплави вибрані серед сплавів металу, вибраного серед Pd, Nb, V і Та, і принаймні одного іншого металу, вибраного серед Pd, Nb, V, Та, Fe, Al, Cu, Ru, Re, Rh, Аu, Pt, Ag, Cr, Co, Sn, Zr, Y, Ni, Се, Ті, Ir і Mo.

4. Суперконденсатор за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що на принаймні одній з його поверхонь мембрана має додатковий шар проникного для водню матеріалу, границі якого не заходять за границі мембрани.

5. Суперконденсатор за п. 4, який відрізняється тим, що мембрана має два додаткові шари, які одержані з одного і того ж проникного для водню матеріалу, або два додаткові шари, які одержані з різних матеріалів.

6. Суперконденсатор за п. 4 або п. 5, який відрізняється тим, що проникний для водню матеріал додаткового шару або шарів вибраний серед полімерів, кераміки, вуглецю і металів.

7. Суперконденсатор за будь-яким із пп. 4-6, який відрізняється тим, що проникний для водню матеріал додаткового шару або шарів є металом або металевим сплавом, при цьому мембрана має площу поверхні від 0,0007 мм2 до 100 мм2 і товщину від 0,03 мкм до 10 мкм, і при цьому відношення S/e становить від 0,025 мм2/мкм до 0,1 мм2/мкм.

8. Суперконденсатор за п. 7, який відрізняється тим, що проникний для водню матеріал додаткового шару або шарів є паладієм, при цьому мембрана має площу поверхні від 0,0015 мм2 до 1 мм2, і при цьому відношення S/e становить від 0,05 мм2/мкм до 0,1 мм2/мкм.

9. Суперконденсатор за п. 4, який відрізняється тим, що принаймні один з елементів, вибраних серед мембрани і додаткового шару або шарів, є спеченим матеріалом.

10. Суперконденсатор за п. 9, який відрізняється тим, що принаймні один додатковий шар є спеченим матеріалом, який має товщину, більшу ніж 0,3 мм, і при цьому мембрана є мембраною, виготовленою з паладію або сплаву паладій-срібло, яка має товщину від 0,03 мкм до 10 мкм і площу поверхні від 0,0015 мм2 до 10 мм2, і у якій відношення S/e становить від 0,05 мм2/мкм до 1 мм2/мкм.

11. Суперконденсатор за п. 6, який відрізняється тим, що проникний для водню матеріал додаткового шару або шарів є полімером або сумішшю полімерів, який(і) має(ють) товщину, більшу ніж 0,05 мм, і при цьому мембрана є мембраною, виготовленою з паладію або сплаву паладій-срібло, яка має товщину від 0,03 мкм до 1 мкм і площу поверхні від 0,003 мм2 до 1 мм2, і у якій відношення S/e становить від 0,09 мм2/мкм до 1 мм2/мкм.

12. Суперконденсатор за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що мембрана є безосновною мембраною.

13. Суперконденсатор за п. 12, який відрізняється тим, що мембрана має товщину, більшу або рівну 5 мкм.

14. Суперконденсатор за п. 12 або п. 13, який відрізняється тим, що мембрана має площу поверхні 0,15 мм2-100 мм2 і товщину 5 мкм-100 мкм, і при цьому відношення S/e становить від 0,03 мм2/мкм до 1 мм2/мкм.

15. Суперконденсатор за п. 13, який відрізняється тим, що мембрана є паладієвою мембраною, при цьому вона має площу поверхні 0,25 мм2-10 мм2, і при цьому відношення S/e становить від 0,05 мм2/мкм до 0,1 мм2/мкм.

16. Суперконденсатор за п. 15, який відрізняється тим, що мембрана має товщину 25 мкм і площу поверхні 1,5 мм2, і при цьому відношення S/e становить 0,06 мм2/мкм.

17. Суперконденсатор за п. 12, який відрізняється тим, що мембрана виготовлена з плівки металу, вибраного серед Nb, V і Та, яка має товщину, більшу або рівну 5 мкм, і поміщена між двома суцільними паладієвими плівками, які мають товщину, меншу ніж 1 мкм.

18. Суперконденсатор за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що мембрана є основною мембраною, яка виготовлена з паладієвої або нікелевої плівки, яка має товщину, меншу ніж 5 мкм.

19. Суперконденсатор за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що мембрана є основною мембраною, яка виготовлена з плівки металу, вибраного серед Nb, V, Та і Fe, яка має товщину, меншу ніж 5 мкм, поміщеної між двома суцільними паладієвими плівками, які мають товщину, меншу ніж 1 мкм.

20. Суперконденсатор за п. 3, який відрізняється тим, що сплав вибраний серед Pd75Ag25, Pd92Y8, Pd93,5Ce6,5, Pd60Cu40, V85Ni15, стабілізованого 0,05 % ітрієм або титаном, V53Тi26Ni21, V50Nb50, V13Cr11Al3Ti73, Nb56Ti23Ni21, Nb68Ti17Ni15 i Nb99Zr1.

21. Суперконденсатор за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що мембрана є металевою трубкою, яка закрита на одному своєму кінці і відкрита на іншому кінці, і поміщена в камеру так, що її відкрий кінець прикріплений до засобів для обміну газом.

22. Суперконденсатор за п. 1, який відрізняється тим, що засоби для обміну газом мають форму отвору в камері.

23. Суперконденсатор за п. 22, який відрізняється тим, що мембрана є пластинкою з металу або металевого сплаву, яка закріплена навколо згаданого отвору шляхом приварювання, припаювання твердим припоєм, дифузійним припаюванням твердим припоєм або обтисканням.

Текст

Реферат: Представлений винахід належить до елемента для запобігання появі надмірного тиску в суперконденсаторі. В суперконденсаторі, який має закриту камеру, оснащену засобами для обміну газом із зовнішнім середовищем, і у якій розміщені два електроди зі спеціальною високою площею поверхні, розділені роздільним елементом, при цьому роздільний елемент і електроди просочені електролітом, при цьому засоби для обміну газом включають металічну мембрану, яка проникна для водню і його ізотопів, і непроникна для газових елементів, які мають діаметр поперечного перерізу, що становить 0,3 нм або більше, при температурі -50 C – 100 °C. UA 101644 C2 (12) UA 101644 C2 UA 101644 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Представлений винахід відноситься до суперконденсаторів і, більш точно, до елемента для запобігання появі надмірного тиску в суперконденсаторі. Різні електрохімічні пристрої, зокрема суперконденсатори, виробляють водень під час своєї роботи. Суперконденсатор містить два електроди з спеціальною великою площею поверхні, між якими поміщений роздільний елемент, причому ця конструкція поміщається в закриту камеру. Роздільний елемент і електроди просочені розчином іонної сполуки в рідкому розчиннику. Суперконденсатор виділяє газ під час роботи, який по суті є воднем. Накопичення водню, який виділяється в суперконденсаторі, спричиняє підвищення внутрішнього тиску, який є шкідливим для терміну експлуатації суперконденсатора. Внутрішній надмірний тиск може зруйнувати суперконденсатор шляхом деформування його, розгерметизацією або вибухом. В рівні техніки були запропоновані різні пристрої для вирішення цієї проблеми. Зокрема, у свинцевих батареях, названих VRLA, використовуються реверсивні дегазувальні клапани. Вони формуються полімерною мембраною, зокрема поліетиленовою мембраною. Ці мембрани не придатні для суперконденсаторів, оскільки вони не перешкоджають надходженню повітря у пристрій. Різні суперконденсатори, зокрема, ті, які продаються на ринку компаніями Maxwell або Epcos, виконані так, що корпус має ділянку ослаблення, яка розривається, коли внутрішній тиск перевищує задану порогову величину. Хоча такий елемент усуває будь-яку катастрофічну поведінку конденсатора (зокрема внаслідок вибуху), він, однак, має недолік, який полягає у нереверсивності і, тому, не дозволяє збільшувати термін експлуатації суперконденсатора. Реверсивні дегазувальні клапани присутні на різних суперконденсаторах, які продаються на ринку компанією Nippon-Chemicon. В цих суперконденсаторах, дегазувальний клапан містить еластомерне ущільнення, утримуване під тиском шайбою. Рідина електроліту є карбонатом пропілену (PC), який є рідиною з низькою леткістю для перешкоджання або, принаймні, обмеження випадання в осад солі електроліта в клапані. Однак, коли електроліт є сіллю в розчині у леткому розчиннику, наприклад ацетонітрилі, то ризик забивання клапана сіллю значно зростає. Фактично, сольовий осад на клапані буде неминуче призводити до потрапляння повітря і води в суперконденсатор. Добре відомо, що вода і кисень є високоактивними хімічними речовинами, які швидко псують властивості електроліту (і потенційно електроди), таким чином, дуже швидко призводячи до закінчення терміну експлуатації суперконденсатора (US 6,233,135). Використання в суперконденсаторі ацетонітрилу порівняно з карбонатом пропілену є бажаним, оскільки електроліт, у якому розчинник є ацетонітрилом, має питому електропровідність, вищу за питому електропровідність електроліту, у якому рідкий розчинник є карбонатом пропілену (PC). Окрім того, в суперконденсаторі виділення газу є інтенсивнішим з плином часу, коли розчинником є карбонат пропілену (PC). Однак, внутрішній надмірний тиск суперконденсатора призводить до закінчення його терміну експлуатації завдяки деформації, розгерметизації або вибуху. Тому, через ті ж самі умови старіння, суперконденсатор, який працює з електролітом на основі карбонату пропілену (PC), головним чином має коротший термін експлуатації а ніж, коли електроліт базується на ацетонітрилі. Документ DE-10 2005 033 476 описує пристрій, який використовує полімерну мембрану з селективною проникністю. Мембрана є так званою "непористою" мембраною, крізь яку газ може проходити завдяки дифузії, а не завдяки прямому проходженню. Вона, зокрема, є полімерною мембраною, зокрема EPDM (каучук на основі співполімеру етилену, пропілену і дієнового мономера) мембраною. Еластичність такої полімерної мембрани робить можливим послаблювати інтенсивні виділення газу всередині пристрою, оскільки мембрана може формувати бульбашку, яка збільшує площу поверхні для переносу газу назовні, наприклад, коли збільшення температури спричиняє збільшення інтенсивності виділення газу. Однак, полімерні мембрани не перешкоджають зворотній дифузії небажаних газів, таких як кисень, водяна пара, моноксид і діоксид вуглецю, оксиди азоту або будь-якого іншого газу, якого достатньо мало, але який є шкідливим стосовно старіння суперконденсаторів, які працюють в органічному середовищі або у водному середовищі. Численна кількість металів проявляють проникність щодо водню. Коли мембрану, яка виготовлена з такого металу, поміщають в газовий потік, який містить водень, то, при контактуванні газового потоку з поверхнею мембрани, виділяється газоподібний водень, який дифундує крізь мембрану і об'єднується з газовим потоком, коли досягає протилежної поверхні мембрани, а молекулярний водень виходить з мембрани. В літературі можна знайти інформацію, яка відноситься до селективної проникності різних металів і металевих сплавів по відношенню до водню і його ізотопів. Зокрема, можна згадати роботу "Review of Hydrogen Isotope Permeability Through Materials", by S.A. Steward, Lawrence 1 UA 101644 C2 Livermore National Laboratory, University of California, 15 August 1983, яка надає дані, пов'язані з металами і металевими сплавами, зокрема з наведеними нижче в таблиці. 0 (моль·м ·с ·Па ) -1 Метал † Алюміній Мідь Нержавіюча сталь Нікель Паладій † 5 10 15 20 25 30 E (K) -5 3·10 -7 8,4·10 -7 1·10 -7 3,9·10 -7 2,2·10 14800 9290 8000 6600 1885  250 C  700 C -1 -1 -½ (моль·м ·с ·Па ) -27 -24 8,1·10 5,5·10 -20 -18 2,4·10 1,4·10 -19 -18 2,2·10 7,4·10 -17 -15 9,4·10 1,7·10 -10 -10 3,9·10 9,0·10 Документ US-3,350,846 описує спосіб виділення водню шляхом пропускання крізь металічні мембрани, що дозволяють селективну дифузію H2. Мембрани виготовляються з Pd, сплаву PdAg або альтернативно вони містять шар з металу групи VB періодичної таблиці Менделєєва (V, Ta, Nb), покритий на кожній своїй поверхні суцільною непористою плівкою Pd або сплаву PdAg, PdAu або PdB. В переважному варіанті виконання, мембрани нагріваються до температури 300 °C-700 °C, при цьому цей температурний інтервал не сумісний із застосуванням суперконденсатора. Сайт http://www.ceth.fr/sepmemfr.php описує спосіб очистки газу з використанням металічної мембрани, яка дозволяє селективно відділяти водень від газової суміші. Мембрана є повністю металевою композитною мембраною, яка складається з трьох шарів. Дуже тонкий, проте щільний, шар паладію утворює активну частину, яка забезпечує селективну проникність. Він утримується тонким металічним проміжним шаром з дрібними порами, що робить можливим забезпечувати дуже гарне утримування щільного паладієвого шару навіть при високих рівнях температури або тиску. Проміжний шар сам по собі утримується товщою пористою металічною основою. Молекули водню, які входять в контакт з паладієвим шаром, поглинаються і дисоціюються, а елементи, які одержуються з дисоціації, дифундують крізь паладієвий шар і об'єднуються з потоком, коли вони десорбуються з паладію. Документ US-4,468,235 описує спосіб виділення H2, який міститься у суміші текучих субстанцій, шляхом введення суміші текучих субстанцій (рідкої або газоподібної) в контакт з мембраною, яка містить на одній із своїх поверхонь титановий сплав, який містить 13 % V, 11 % Cr і 3 % Al і містить метал, вибраний серед Pd, Ni, Co, Fe, V, Nb або Ta, або сплав, який містить один з цих металів. Pd сплави, такі як, наприклад PdAg, PdCu, PdY, мають гарну механічну стійкість до водню і проникність, вищу за проникність самого паладію (зокрема Pd 75Ag25). Наприклад, документ US3 2 2,773,561 надає порівняння проникності Pd для водню [виражену в см /с/см ] і сплаву Pd75Ag25, яка наводиться в наступній таблиці для мембран, які мають товщину 25,4 мкм. 0,69 1,38 2,07 450 °C Pd 0,71 1,23 1,68 550 °C PdAg 1,22 1,93 2,56 Pd 1,08 1,86 2,42 PdAg 1,41 2,32 2,99 Окрім того, відомо, що для сплаву Pd100-xCux, у якому x

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Device to prevent overpressure in supercapacitor

Автори англійською

Caumont, Olivier, Depond, Jean-Michel, Jourdren, Arnaud, Azais, Philippe

Назва патенту російською

Элемент для предотвращния появления повышенного давления в суперконденсаторе

Автори російською

Комон Оливье, Депон Жан-Мишель, Журдран Арно, Азе Филипп

МПК / Мітки

МПК: H01G 9/12

Мітки: запобігання, тиску, появи, надмірного, елемент, суперконденсаторі

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/17-101644-element-dlya-zapobigannya-poyavi-nadmirnogo-tisku-v-superkondensatori.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Елемент для запобігання появі надмірного тиску в суперконденсаторі</a>

Подібні патенти