Конденсатор на подвійному електричному шарі

Конденсатор на подвійному елеісгричному шарі, що містить два елеісгроди з вуглецевографітного матеріалу з розміщеним між ними сепаратором, змоченим розчином елеістроліту, який відрізняється тим, що один з електродів (катод) виготовляють з суміші Си(ОН)2, струмопровідної добавки та зв'язуючого компонента, переважно у співвідношенні (65±5) (30±5) (4±1) ваг %, ВІДПО Винахід відноситься до електротехнічної промисловості, а саме до конденсаторобудування і може бути використаний як джерело автономного електроживлення для високопотужних пристроїв з невеликими значеннями споживаної енергії В основному це пристрої, які працюють в імпульсному режимі, наприклад, системи згладжування провалів напруги, блоки запуску двигунів внутрішнього згорання та інше Конденсатор на подвійному електричному шарі (КПЕШ) також може бути використаний як буферне джерело електроживлення та як елемент вольтодобавки З часу створення першого практичного пристрою на подвійному електричному шарі [1] в СВІТІ розроблено десятки видів КПЕШ (Double Layer Capacstor) [2 - 8], та освоєно промисловий випуск багатьох їх типів різними фірмами світу Це в першу чергу такі фірми як ELNA America Inc , General Electric Co , Nippon Electric Co , Matsushita Electric Industrial Co та іншими Найбільш близьким до запропонованого конденсатора є неполярний конденсатор на подвійному електричному шарі, що містить два електроди з вуглецевого матеріалу з розміщеним між ними сепаратором змоченим розчином електроліту [2] В таких КПЕШ використовують обидва електроди з одного і того ж матеріалу, який у водному розчині електроліту (наприклад, гідроокисі калію) є близьким до „ідеально поляризуемого" В зв'язку з цим такі КПЕШ є неполярними, а відповідна еквівалентна схема являє собою в найпростішому вигляді дві послідовно з'єднані через опір електроліту ємності Однак, як відомо з електротехніки, при послідовному з'єднанні конденсаторів загаль на ємність зменшується Тому, замінивши один з електродів на „ідеально неполяризуємий" з електроопором співрозмірним або меншим опору розчину електроліту, що відповідає шунтуванню однієї з ємностей в еквівалентній схемі, можна отримати суттєвий виграш в загальній ємності Суть винаходу полягає в заміні одного з електродів на „ідеально неполяризуємий", що приводить з одного боку до шунтування ємності катоду, а з іншого, завдяки перенапрузі розкладу розчинника (води), стає можливим підвищити робочу напругу конденсатора з 1В до 1,35В (встановлено експериментально) і, як наслідок, збільшити накоплювану енергію в ~ 1,7 рази Враховуючи також збільшення питомої ємності за рахунок шунтування однієї з послідовно включених ємностей, досягається загальне збільшення питомої накоплюваної енергії в ~ 2,5 рази ВІДНО Метою даного винаходу є збільшення питомої ємності КПЕШ, питомої накоплюваної енергії та підвищення величини порогової робочої напруги Поставлена мета досягається тим, що в запропонованому КПЕШ один електрод (анод) виготовляють з вуглецево-графітної суміші, а другий (катод) - з графіту та пдрооскиду МІДІ - Си(ОН)г Найпростіша еквівалентна схема такого КПЕШ являє собою послідовно з'єднані ємність аноду, опір електроліту та опір області переходу катоделектроліт При цьому накопления заряду відбувається тільки на аноді, а на катоді протікають електрохімічні ОКИСНО-ВІДНОВНІ реакції Завдяки цьому загальна ємність зростає, а також зростає верхня границя робочої напруги Приклад конкретного виконання 44472 1 Активний електродний (анодний) матеріал 40" в два шари) змоченим в розчин електроліту активований вуглецевий сорбент з питомою акти(наприклад, водний розчин КОН густиною 2 3 вною поверхнею 1200 1500м /г (по бензолу) змі1,28г/см при 20°С) шують з струмопровідною добавкою (наприклад, 5 Зборку по п 4 вальцюють стандартним спографіт марки KS-15 фірми „LONZA") т а зв'язуючим собом Ізоляція струмовиводів та герметизація матеріалом (наприклад, тефлонова суспензія ФДзабезпечується кільцевидною прокладкою (напри4) в співвідношенні (70 ± 5) (25 ±5) (4 ± 1) ваг %, клад, з поліпропілену) змащеною ущільнювачем (наприклад, гудроном розчиненим в толуолі з доВІДПОВІДНО бавкою масла ВМ-4 в співвідношенні (85 ±5) (15 2 Активний електродний (катодний) матеріал ± 5) (1 2) ваг% , ВІДПОВІДНО гідрооксид МІДІ змішують з струмопровідною добавкою (наприклад, графіт KS-15) та зв'язуючим 6 На отриманих по п 5 зразках КПЕШ провокомпонентом (наприклад, тефлонова суспензія дять вимірювання основних параметрів (розрядна ФД-4) в співвідношенні (65 ± 5) (ЗО ± 5 ) (4 ± 1) ємність, внутрішній опір, кулонівська ефективність, ваг %, ВІДПОВІДНО максимальні значення зарядної напруги та розрядного струму) 3 3 сумішей по пп 1,2 методом пресування виготовляють ВІДПОВІДНО до корпусної бази КПЕШ 7 За отриманими по п 6 результатами виміелектроди (аноди і катоди) Наприклад, при викорювань проводять розрахунки питомих величин ристанні стандартної корпусної бази ґудзикового розрядної ємності, накоплюваної енергії (об'ємної і типу типорозміру 2025 виготовляють електроди у вагової), внутрішнього опору, встановлюють маквигляді таблеток 0 016 ± 0,05мм та товщиною 1 ± симально допустимі величини питомої густини 0,05мм розрядного струму та величину максимальної зарядної напруги Ці дані для КПЕШ типорозміру 4 Електроди по п 3 поміщають у корпус, роз2025 приведені в Таблиці діливши їх сепаратором (наприклад, папір азбестовий для ХІМІЧНИХ джерел струму марки "БАХИТТаблиця КПЕШ запропонований КПЕШ з двома вуглецевографітними електродами Wnirr г, ^макс Ф/мл 1410 & Ф/кг 6,7-10^ Дж/м3 12,710 й Дж/кг 6075 В 1,35 А 3200 0,13-ЇО-4 8-Ю6 3,810 3 5-Ю6 2380 1,0 1100 0,22-10^ Для порівняння в Таблиці приведено ВІДПОВІДНІ дані для КПЕШ з двома ідентичними електродами з вуглецево-графітного матеріалу Як видно з Таблиці питома ємність (СПИт) збільшується на 75%, питома накоплювана енергія (\Л/пит) більше ніж у 2,5 рази при зростанні питомої ГУСТИНИ РОЗРЯДНОГО СТруму (Jnm макс) МЗЙЖЄ В З рази Також спостерігається зменшення питомого внутрішнього опору (г,) та зростання величини порогової робочої напруги (инакс) з 1В до 1,35В Література 1 U S Patent 2800616, Low voltage electrolytic capacitor, Jul 27, 1957 2 A C (СССР) №1736287, Накопительный конденсатор и способ его изготовления 3 Patent RP P312267, Kondensator, BUKRA S p z o o , 1966 01 11 4 U S Patent 5867363, Energy Storage Device, Feb 02, 1999 5 U S Patent 5464453, Method to fabricate a reliable electrical storage device and the device thereof, Nov 07, 1995 6 Japan Patent JP61-203614, Electric DoubleLayer Capacitor, Date of Patent Sept 09, 1986 7 M G Sullivan, M Bartsch, R Kotz and О Haas, An Electrochemical capacitor using modified Glassy Carbon electrodes, Electrochem Soc Proceedings, V 96-25, p 192-201 8 G Sahtra, A Soffer, L EJiad, Y Cohen and D Aurbach, Carbon Electrodes for Double-Layer Capacitors I Relations Between Ion and Pore Dimensions, J Electrochem Soc , 147(7)2486-2493 (2000) ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90