Електроліт для електрохімічного конденсатору подвійного шару
Номер патенту: 21528
Опубліковано: 16.12.1997
Автори: Козачков Сергій Генадійович, Миронова Антоніна Андріївна, Малетін Юрій Андрійович, Ізотов Володимир Юрійович, Стрижакова Наталя Григорівна, Койдан Георгій Миколайович, Марченко Анатолій Павлович, Коломейцев Олександр Олександрович, Рошенталер Герд
Формула / Реферат
1. Электролит для электрохимического конденсатора двойного слоя, содержащий раствор соли тетрафторбората в органическом апротонном растворителе, отличающийся тем, что в качестве соли электролит содержит тетрафтороборат тетракис (N, N-диалкиламидо) -фосфония, выбранный из ряда
а в качестве апротонного растворителя - ацетонит-рил, пропиленкарбонат или γ-бутиролактон.
2. Электролит по п. 1, отличающийся тем, что концентрация соли тетрафторобората тетракис(М,М-диалкиламидо) фосфония в растворе составляет 0,5-0,7 моль/л.
Текст
Предполагаемое изобретение относится к области электротехники, в частности, к разработке высокоемких конденсаторов двойного слоя, работающих при низких температурах (о т -50°C), и может быть использовано при создании конденсаторов двойного слоя, имеющих стабильные емкостные и токовые разрядные характеристики при низких температурах. Известен конденсатор двойного слоя, в котором в качестве электролита используют раствор перхлората тетраэтиламмония в пропиленкарбонате, у-бутиролактоне, диметилформамиде, ацетонитриле или их смесях (Заявка Японии №54 - 9704, кл. H01G9/00, 1979). Известен также конденсатор двойного слоя, в котором в качестве электролита используют раствор тетрафторбората или гексафторфосфата тетраэтиламмония в индивидуальных апротонных растворителях, таких как пропиленкарбонат, gбутиролактон, диметилформамид (Заявка Японии №54 - 40025, кл. H01G9/02, 1979). Использование известных электролитов позволяет получать конденсаторы, имеющие высокую удельную емкость. Недостатком этих электролитов является то, что растворимость тетраэтиламмонийных солей в перечисленных выше апротонных растворителях резко снижается с понижением температуры. Так, в случае наиболее широко применяемого электролита на основе тетрафторбората тетраэтиламмония в пропиленкарбонате при концентрации соли 1моль/л она выпадает в осадок при 4°C. Понижение концентрации до 0,7моль/л позволяет снизить нижний предел температуры до -22°C, но при этом происходит уменьшение удельной электропроводности раствора электролита, снижение емкости конденсатора и, самое главное, сильное уменьшение емкости с понижением температуры. Задачей настоящего изобретения является разработка состава электролита, обладающего высокой удельной электропроводностью и позволяющего создать конденсатор двойного слоя со стабильными емкостными характеристиками в температурном интервале от -50 до 80°C. Поставленная задача решается описываемым электролитом для электрохимического конденсатора двойного слоя, содержащим раствор соли тетрафторбората в органическом апротонном растворителе, согласно изобретению в качестве соли электролит содержит тетрафторборат тетракис(N,N-диалкиламидо)-фосфония, выбранный из ряда а в качестве апротонного растворителя ацетонитрил, пропиленкарбонат или gбутиролактон. При этом концентрацию вышеуказанных солей фосфония берут равной 0,5 - 0,7моль/л. Использование в качестве ионогенной составляющей тетрафторборатов алкиламидофосфония в перечисленных выше апротонных растворителях позволяет значительно увеличить удельную электропроводность электролита и стабилизировать емкостные характеристики конденсатора двойного слоя, особенно в области отрицательных температур. Интервал рабочих напряжений электролитов определяли вольтамперометрическим методом. Вольтамперограммы растворов электролитов на основе амидофосфониевых солей регистрировали с помощью полярографа ПУ-1, в качестве рабочего электрода использовали торцевой стеклоуглеродный электрод диаметром 2мм. Растворы амидофосфониевых солей в перечисленных выше апротонных растворителях имеют диапазон рабочих напряжений (3,8 ± 0,2)В, что сравнимо с электрохимической стабильностью известных электролитов на основе тетрафторбората тетраэтиламмония. Удельную электропроводность электролитов измеряли в термостатируемой ячейке с помощью кондуктометра ОК-102. На фиг.1 и 2 приведены зависимости удельной электропроводности растворов электролитов от температуры. На фиг.2 для сравнения показана температурная зависимость удельной электропроводности для известного электролита раствора тетрафторбората тетраэтиламмония в пропиленкарбонате. В таблице приведены значения удельной электропроводности заявляемых электролитов при критической температуре, т.е. температуре, ниже которой соль выпадает в осадок. Для сравнения приведены аналогичные данные для электролита на основе тетрафторбората тетраэтиламмония. Емкость и внутреннее сопротивление экспериментальных образцов конденсаторов определяли в макете конденсатора двойного слоя, который состоял из двух электродов диаметром 1,95см, изготовленных из активированного волокнистого углеродного материала (удельная поверхность 2000м 2/г), разделенных пористым полипропиленовым сепаратором, и пропитанных электролитом. На фиг.3 показана зависимость внутреннего сопротивления конденсаторов двойного слоя, содержащих электролит на основе соли (1) в g-бутиролактоне (кривая 1) и известный электролит раствор тетрафторбората тетраэтиламмония в пропиленкарбонате (кривая 2), от температуры. Из рисунка можно видеть, что нежелательное увеличение сопротивления с понижением температуры происходит в меньшей мере для заявляемого электролита (в 5 раз), чем для известного (в 15 раз). Об улучшении емкостных характеристик конденсаторов, содержащих заявляемый электролит, можно судить по данным, приведенным на фиг.4, из которого видно, что нежелательное снижение емкости с температурой для заявляемого электролита выражено в меньшей степени, чем для известного. Пример 1. Испытуемый раствор готовили растворением 1,218г соли (1) в 6мл ацетонитрила (концентрация 0,5моль/л). Зависимость удельной электропроводности от температуры показана на фиг.1. Пример 2. Испытуемый раствор готовили растворением 1,705г соли (1) в 6мл ацетонитрила (концентрация 0,7моль/л). Зависимость удельной электропроводности от температуры показана на фиг.1. Пример 3. Испытуемый раствор готовили растворением 1,486г соли (1) в 6мл пропиленкарбоната (концентрация 0,6моль/л). Зависимость удельной электропроводности от температуры показана на фиг.2. Пример 4. Испытуемый раствор готовили растворением 1,705г соли (1) в 6мл gбутиролактона (концентрация 0,7моль/л). Зависимость удельной электропроводности от температуры показана на фиг.2. Пример 5. Испытуемый раствор готовили растворением 1,646г соли (2) в 6мл gбутиролактона (концентрация 0,7моль/л). Зависимость удельной электропроводности от температуры показана на фиг.2. Пример 6. Испытуемый раствор готовили растворением 2,163г соли (4) в 6мл gбутиролактона (концентрация 0,7моль/л). Зависимость удельной электропроводности от температуры показана на фиг.2. Пример 7. Испытуемый раствор готовили растворением 2,646г соли (3) в 6мл gбутиролактона (концентрация 0,7моль/л). Зависимость удельной электропроводности от температуры показана на фиг.2. Пример 8. Испытуемый образец конденсатора двойного слоя содержал в качестве электролита раствор соли (1) в g-бутиролактоне (концентрация 0,7моль/л). На фиг.3 приведена зависимость внутреннего сопротивления образца от температуры, там же для сравнения - аналогичная зависимость для образца, содержащего известный электролит. Относительное изменение емкости образцов, содержащих заявляемый и известный электролиты, в температурном интервале от -50 до 80°C показана на фиг.4. Из приведенных результатов испытания электролитов на основе амидофосфониевых солей и апротонных растворителей, а также конденсаторов, содержащих эти электролиты, можно сделать вывод о том, что использование перечисленных электролитов в электрохимических конденсаторах двойного слоя обеспечивает значительное улучшение при низких температурах важных эксплуатационных характеристик конденсаторов, как емкость и внутреннее сопротивление. На фиг.1 показана зависимость удельной электропроводности растворов соли 1 в ацетонитриле от температуры: 1 - концентрация соли 0,5моль/л; 2 - концентрация соли 0,7моль/л; на фиг.2 зависимость удельной электропроводности растворов электролитов от температуры: 1 пропиленкарбонат, 0,7моль/л; 2 - соль II, g-бутиролактон, 0,7моль/л; 3 соль I, g-бутиролактон, 0,7моль/л; 4 - соль IV, gбутиролактон, 0,7моль/л; 5 соль I, пропиленкарбонат, 0,6моль/л; 6 - соль III, gбутиролактон, 0,7моль/л; на фиг.3 - температурная зависимость внутреннего сопротивления конденсаторов двойного слоя, содержащих в качестве электролита раствор соли I в gбутиролактоне (1) и тетрафторборат тетраэтиламмония в пропилен карбонате (2); на фиг.4 - относительное изменение емкости от температуры для конденсаторов двойного слоя, содержащих в качестве электролита раствор соли 1 в g-бутиролактоне (1) и тетрафторборат тетраэтиламмония в пропиленкарбонате (2). В таблице представлены критические температуры, ниже которых происходит образование осадка, и удельные электропроводности при этих температурах для заявляемых электролитов и прототипа.
ДивитисяДодаткова інформація
Автори англійськоюIzotov Volodimyr Yurievych, Myronova Antonina Andriivna, Kozachkov Serhiy Hennadiiovych, Koidan Heorhii Mykolaiovych, Kolomeitsev Oleksandr Oleksandrovych, Marchenko Anatolii Pavlovych
Автори російськоюИзотов Владимир Юрьевич, Миронова Антонина Андреевна, Козачков Сергей Геннадьевич, Койдан Георгий Николаевич, Коломейцев Александр Александрович, Марченко Анатолий Павлович
МПК / Мітки
МПК: H01G 9/058
Мітки: електрохімічного, електроліт, шару, конденсатору, подвійного
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/3-21528-elektrolit-dlya-elektrokhimichnogo-kondensatoru-podvijjnogo-sharu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Електроліт для електрохімічного конденсатору подвійного шару</a>
Попередній патент: Спосіб одержання пари для теплової обробки виробів будіндустрії
Наступний патент: Спосіб виробництва харчового продукту
Випадковий патент: Установка для обробки природних вод