Нетканий волокнистий матеріал (варіанти) та електроди, виготовлені з нього

1. Нетканий волокнистий матеріал, що складається з фрагментів активованого вуглецевого волокна, які мають по суті подібні довжини та діаметри, де середнє характеристичне співвідношення фрагмента вуглецевого волокна становить між приблизно 1 і 20. 2. Нетканий волокнистий матеріал за п. 1, у якому середнє характеристичне співвідношення фрагмента вуглецевого волокна становить між приблизно 1 і 10. 3. Нетканий волокнистий матеріал за п. 1, у якому середнє характеристичне співвідношення фрагмента вуглецевого волокна становить між приблизно 1 і 5. 4. Нетканий волокнистий матеріал за п. 1, у якому середнє характеристичне співвідношення фрагмента вуглецевого волокна становить між приблизно 2 і 3. 5. Нетканий волокнистий матеріал за п. 1, у якому середній діаметр фрагмента вуглецевого волокна менший, ніж 15 мікрон. 6. Нетканий волокнистий матеріал за п. 1, у якому середній діаметр фрагмента вуглецевого волокна менший ніж 10 мікрон. 7. Нетканий волокнистий матеріал за п. 1, у якому середній діаметр фрагмента вуглецевого волокна становить приблизно 5 мікрон. 8. Нетканий волокнистий матеріал за п. 1, у якому середній діаметр фрагмента вуглецевого волокна становить менше ніж 1 мікрон. 2 (19) 1 3 94083 4 такі з першої множини фрагментів активованого вуглецевого волокна принаймні в п'ять разів. 19. Нетканий волокнистий матеріал за п. 11, у якому середній діаметр фрагмента вуглецевого волокна менший ніж 5 мікрон. 20. Нетканий волокнистий матеріал за п. 11, у якому середній діаметр фрагмента вуглецевого волокна менший ніж 1 мікрон. 21. Електрод, що включає: струмоприймач і нетканий волокнистий шар, що покриває, принаймні частину струмоприймача, де нетканий волокнистий шар включає першу множину фрагментів активованого вуглецевого волокна, у якому більше ніж приблизно 50 % першої множини фрагментів активованого вуглецевого волокна має по суті подібні довжини й діаметри, і в якому середнє характеристичне співвідношення першої множини фрагментів активованого вуглецевого волокна становить між 1 і 20. 22. Електрод за п. 21, у якому нетканий волокнистий шар включає першу множину фрагментів активованого вуглецевого волокна, у якому більше ніж приблизно 90 % першої множини фрагментів активованого вуглецевого волокна мають по суті подібні довжини та діаметри, і в якому середнє характеристичне співвідношення першої множини фрагментів активованого вуглецевого волокна становить між 1 і 20. 23. Електрод за п. 21, у якому товщина нетканого волокнистого шару менша ніж або рівна приблизно 200 мікронам. 24. Електрод за п. 21, який додатково включає принаймні другу множину фрагментів активованого вуглецевого волокна, середні довжини яких перевищують такі з першої множини фрагментів активованого вуглецевого волокна. Галузь техніки Даний винахід відноситься до волокнистих матеріалів, що складаються із активованих вуглецевих волокон, і до способів їх виготовлення. Активовані вуглецеві волокна можуть використовуватися в різних пристроях, що містять активовані вуглецеві матеріали і включають, але не обмежених різними електрохімічними пристроями (наприклад, конденсаторами, батареями, паливними елементами й т.п.), водневими накопичувачами, пристроями фільтрації, носіями каталізаторів й т.п. Введення Конструкції електричних двошарових конденсаторів (EDLC) базуються на дуже великих площах поверхні електродів, які звичайно виготовляються із шорсткуватих у наномасштабі оксидів металів або активованих вуглеців, нанесених на струмоприймач, виготовлений з хорошого провідника, такого як алюмінієва або мідна фольга, з метою нагромадити заряд за рахунок фізичного відділення іонів із провідної солі електроліту в область, відому як шар Гельмгольца. Цей шар Гельмгольца, що формується на декількох ангстремах поза поверхнею електрода, звичайно відповідає першим двом або трьом молекулам від поверхні. В EDLC відсутній ясно виражений фізичний діелектрик, замість якого забезпечено цей електромагнітний визначений шар Гельмгольца. Проте, ємність усе ще ґрунтується на фізичному поділі заряду поперек електричного поля. Оскільки електроди на кожній стороні комірки зберігають ідентичні, але протилежні іонні заряди на їх поверхнях, у той час як електроліт між ними (але поза шаром Гельмгольца) вичерпаний і, у дійсності, стає протилежною пластиною звичайного конденсатора, цю технологію називають електричною ємністю подвійного шару. Електроди фізично відділені пористим тонким плівковими спейсером, подібно електролітичним конденсаторам або літієвим іонним батареям. Існуючі EDLCs мають константи частотних відповідей (детекторна характеристика або RC) у межах від мілісекунд до секунд. Однак, комерційні EDLCs (що іноді називаються ультраконденсаторами) у цей час занадто дорогі й недостатньо енергетично компактні для таких застосувань, як гібридні транспортні засоби й використовуються замість цього, насамперед у побутовій електроніці для резервних ЗУ з амортизацією відмов. Загальноприйнято, що в EDLC розмір пор поверхні вуглецю повинен бути, принаймні, приблизно 1-2 нм для водного електроліту або приблизно 2-3 нм для органічного електроліту, для узгодження сольватних оболонок іонів відповідного електроліту належним чином, щоб пори вносили вклад у поверхню, доступну для ємності шару Гельмгольца. Пори також повинні бути відкритими до поверхні для впливу електроліту й зволоженими, а не закритими й внутрішніми. У той же час, чим більше повністю відкритих пор вище цього граничного розміру, тим краще, оскільки це максимально збільшує загальну поверхневу область. Істотно більші пори небажані, тому що вони порівняно зменшують повну доступну поверхню. Експерименти, проведені іншими дослідниками, показали, що ємність поліпшується зі збільшенням середнього розміру пор від приблизно 4 до приблизно 20 нм. Звичайний активований вуглець, що використовується у таких ELDC пристроях, має багато електрохімічних зайвих мікропор (тобто, менше 2нм відповідно до визначення ІЮПАК - Міжнародного Союзу теоретичної і прикладної хімії). Розмір пор повинен бути приблизно рівний сольватній оболонці іонів електроліту, або більше, для формування шару Гельмгольца. Для органічних електролітів ідеально ці пори повинні бути більше, ніж 3 - 4 нм. У кращому високо активованому електрохімічному вуглеці, про який згадується в літературі, фактично виміряна EDLC - становить менше ніж 20 % від теоретичного через субоптимальні розподіли розмірів пор, з великою часткою (зазвичай більше ніж одна третина до половини) мікропор, які не можуть внести вклад у ємність, і зростаючою часткою макропор (залежно від ступеня 5 активації), які зменшують повну поверхневу область. Шляхом стиснення певний еталонний вуглець із оптимальними розмірами пор і формами, обумовленими еталонним матеріалом попередника демонстрував ємність, що наближається до теоретичних значень за винятком втрат, внесених формуванням матеріалів електрода, виготовлених із часток вуглецю. Характеристика може бути оптимізована шляхом збільшення корисної поверхні вуглецю, що відповідно забезпечує як збільшення ємності, так і зниження вартості (через меншу кількість необхідного матеріалу). Принципово, існує два шляхи, якими може бути збільшена ємність. Первинний шлях - вуглецева поверхня підвищеної ефективності. Нанотехнологічне визначення ІЮПАК потенційно корисно для традиційних знань про органічний електроліт по характеристичних розмірах: мікропори становлять  2 нм, мезопори - > 2 і 50нм, і макропори - > 50нм. Традиційна мета полягає в тому, щоб створити поверхню з максимальною кількістю мезопор. Другий шлях - формування матеріалів електрода, що зберігають повну перевагу існуючої поверхні вуглецю. Із причин вартості й щільності, порошок активованого вуглецю звичайно упаковується на фольгу струмоприймача на деяку глибину, звичайно 50 - 150 мікрон. Щоб максимізувати поверхню, частки порошку повинні бути випадковим чином упаковані настільки сильно, як це можливо. Традиційно, це здійснюється роздрібненими неправильними формами при розподілі розмірів часток у діапазоні декількох діаметрів (від 5 до 20 мікронів, оголошених Kuraray ВР20, або від 3 до 30 мікронів з d50 в 8 мікрон відповідно до патенту Максвелла № 6643119) так, щоб менші частки заповнювали порожнечі між більшими частками. Технічно вони являють собою полідисперсні випадкові упаковки. Щільність упакування може регулюватися певною мірою формою розподілу розмірів. Високодисперсні зменшують пористість порожнечі в обсязі. Такі порожнечі матеріалу, відповідно до звичайного уявлення, на три порядки більші, ніж макропори за визначенням IUPAC, хоча технічно лежать у цих межах. Щоб усунути термінологічну невідповідність у цьому дослідженні, порожнечі матеріалу порядку мікрона називають порами матеріалу (пористість матеріалу), щоб відрізнити від нанорозмірних поверхневих пор на або усередині часток вуглецю. Корисно в цьому контексті ввести поняття «властива ємність» і термін «втрата ущільнення». Властива ємність - ідеальна ємність повної ефективної поверхні вуглецю при повному подвійному шарі. Найближче визначення до цього поняття "ємність вуглецю Гельмгольца" або Сн в F/cm2. Kinoshita зібрав багато повідомлень про розміри Сн в Електрохімічних і Фізичних Властивостях Вуглецю (1988); більш свіжі матеріали поміщають діапазон в органічних електролітах між 3 і 20. Традиційні представлення говорять про те, що орієнтація графітового кристаліту, на які впливають грані, відіграє роль у поясненні цих розходжень. Більшість (якщо не всі) із цих розмірів Сн засновані 94083 6 на трьох відносних вимірах ємності й поверхневої оцінки BET і тому включають як втрати ущільнення, так і будь-яку помилку поверхневого виміру, уведену BET методологією. Це дивно, тому що високо активована поверхня вуглецю складається з мікропор, які не можуть внести вклад у по суті органічну електролітичну ємність, частину експериментальної зміни, що спостерігається, в іншому вуглеці повинна додатися від пористості матеріалу сформованого електроду. Втрата ущільнення - це різниця (в F/g, F/cc, або відсотках) між властивою ємністю вуглецю й традиційною питомою ємністю так чи інакше сформованого електрода, що використовується як метричний у промисловості. Промислові експерти керуються втратою ущільнення в межах від низького приблизно в 30 % до більш ніж 80 %. Фактичне число також змінюється залежно від товщини електрода для будь-якого даного матеріалу. Втрати ущільнення базуються, принаймні, на п'яти окремих явищах. По-перше, випадкове упакування часток, що відрізняються розмірами, приводить до порожнеч матеріалу, що значно змінюються. Такі порожнечі є в найкращому разі довгими й звивистими, і в найгіршому разі повністю відрізаними від електроліту у відповідності з випадковими обмеженнями (незмочена поверхня). Будь-яке обмеження, менше, ніж близько 6 нм що легко виникає при з'єднанні взаємозалежних часток, що мають нерегулярну форму, у межах від декількох десятків нанометрів до декількох мікронів у діаметрі - як можна показати, приводить до повного заповнення, і тому блокується суміжними іонами сольватованого електроліту, як тільки заряд виникає на пристрої. Ніякий подальший перенос маси або дифузія електроліту тоді не можливі. Недавнє дослідження на диво показало, що істотна частина звичайного активованого вуглецю фактично скупчення більш дрібних часток, отриманих активацією. Одне дослідження показує, що вони повинні становити в середньому, менше ніж 100 нм, але групуватися на (внаслідок сил Вандер-Ваальса) або "прикрашати" частки розміром більше мікрона. Результат полягає в тому, що така обмежена область стає в місцевому масштабі вичерпаною іонами, оскільки немає можливості подальшого масового переносу в цю область. Поверхня області недостатньо використана. По-друге, упакування менших часток вуглецю в матеріальні порожнечі для більшої поверхні приводять до переміщення електроліту зсередини матеріалу до зовні, збільшуючи іонну провідність і вимоги масового переносу ззовні поверхні електрода, наприклад з області поділу. У найгіршому разі це обмежує ефективну ємність. У найкращому разі це збільшує RC і небажано сповільнює частотну відповідь пристрою. По-третє, більш маленькі частки збільшують число міжзернових границь, поперек яких електрика повинна текти в електроді. Це небажано зменшує провідність електрода, небажано збільшує його ESR, і тому збільшує його RC. Четверте, щоб перебороти проблему провідності, створену багатьма маленькими частками, звичайно варто додати частину провідних часток вуглецю, які не вносять вклад у збільшення ефективної 7 поверхні. П'яте, щоб зв'язати таку полідисперсність дуже маленьких нерегулярних часток разом, звичайно потрібно додати частину сполучного агента, такого як PFTE, що не вносить свій внесок у збільшення ефективної поверхні. Експериментальні електроди, про які повідомляють у науковій літературі, можуть мати по 10 % як провідного вуглецю, так і сполучного агента, що означає що, тільки 80 відсотків маси електрода здатна вносити вклад в ефективну поверхню ємності. Бажано максимізувати ефективність EDLCs. Короткий виклад суті винаходу Даний винахідник установив, що, при формуванні волокнистого матеріалу із фрагментів активованого вуглецевого волокна по суті одного діаметра й характеристичного відношення , ефективність EDLCs може бути збільшена. В іншому аспекті, даний винахідник установив, що ефективність EDLCs може також бути збільшена при використанні волокнистого матеріалу, сформованого із суміші (а) від 50 до 95 + % першої сукупності фрагментів активованого вуглецевого волокна й (b) другої сукупності фрагментів вуглецевого волокна, що по суті мають подібний або рівний діаметр як для першої сукупності й довжини більші, ніж у першої сукупності. Короткий опис фігур креслень Фіг. 1 - являє собою графік, що зображує кінцеві об'ємні фракції Ф для аморфних упакувань як функцію характеристичного відношення . Суцільна лінія - теоретичне вирівнювання з випадкової контактної рівності Ф =5.1. Вставка показує збільшений вигляд того ж самого графіка при низькому характеристичному відношенні. Графік відтворений з Фізичного Огляду Е 67 051301, 051301-5 (2003). Детальний опис Скрізь у цьому описі й у прикладеній формулі винаходу, повинні прийматися наступні визначення: Термін "характеристичне відношення" при використанні з посиланням на вуглецеве волокно або волокно, стосується довжини волокна, розділеної на діаметр волокна. Термін "втрата ущільнення" при використанні з посиланням на електроди відноситься до різниці (в F/g, F/cc, або у відсотках) між властивою ємністю повної ефективної поверхні вуглецю й традиційною питомою ємністю, що виміряна. Термін "властива ємність" відноситься до ідеальної ємності повної ефективної поверхні вуглецю, коли вона повністю являє собою подвійний шар. Термін "мезопористий" при використанні з посиланням на вуглецеве волокно або волокно описує розподіл поверхневих розмірів пор, у якому, принаймні, приблизно 20 % повного об'єму мають розмір пор від приблизно 2 до приблизно 50 нм. Фраза "каталітично-активований", що використовується з посиланням на вуглецеве волокно або волокно, відноситься до його поверхні, що містить пори, у яку пори були уведені процесом каталітично керованої активації (наприклад, травленням). У деяких варіантах, металеві оксидні частки обраного середнього розміру слугують підходящим ката 94083 8 лізатором, і найменша частина металевих оксидів залишається в або на волокнах після процесу активації. Термін "волокно", що використовується з посиланням на полімери й вуглець, відноситься до волокнистого матеріалу малого діаметру: менше, ніж приблизно 20 мікрон, і краще менше ніж приблизно 10 мікрон, такому, який може бути отриманий, використовуючи звичайні процеси обертання. Термін "нановолокно", що використовується з посиланням на полімери й вуглець, відноситься до волокнистого матеріалу дуже малого діаметру: менше ніж 1 мікрон, і переважно нанорозмірів (100 нм або менше в діаметрі), такого типу, що може бути отриманий, використовуючи процес електрообертання. Активовані вуглецеві волокна Вуглецеві волокна, що втілюють особливості даного винаходу можуть бути отримані будь-яким відомим способом. У цілому вуглецеві волокна одержують шляхом полімеризації мономеру для формування полімерного волокна і карбонізуванням, принаймні, частини полімерного волокна для одержання вуглецевого волокна. Вуглецеві волокна можуть бути активовані з використанням будь-яких відомих способів. Наприклад, Kyotani, Carbon, 2000, 38: 269-286, об'єднали доступні способи для того, щоб одержати мезопористі вуглецеві волокна. Hong et al, Korean J. Chem. Eng., 2000, 17 (2), 237-240, описав другу активацію попередньо активованих вуглецевих волокон шляхом подальшої каталітичної газифікації. Кращі способи одержання вуглецевих волокон з керованою мезопористістю описані в заявці US № 11/211, 894, поданій 25 серпня 2005; весь зміст цієї заявки включено тут шляхом посилання. Ідеально, варто управляти активацією вуглецевого волокна, щоб гарантувати формування мезопор, як описано в заявці US № 11/211,894. Однак, активовані вуглецеві волокна, отримані іншими способами, також можуть використовуватися в цьому винаході. У деяких варіантах, активовані вуглецеві волокна даного винаходу включають діаметри приблизно 10 мікронів або менше, в інших варіантах приблизно 5 мікронів або менше, в інших варіантах приблизно 1 мікрон або менше, в інших варіантах приблизно 500 нм або менше, в інших варіантах приблизно 100 нм або менше. Кращий діаметр залежить від способу, що використовується для створення волокнистого матеріалу. Активовані вуглецеві волокна за даним винаходом мають пори (тобто вони являють собою негладкі поверхні). Розмір пор, що виникають на поверхнях волокна й у волокнах протягом активації залежить від способу, і кращий варіант - каталітична активність каталізатора оксиду металу у вигляді наночастинок, його кількості, і/або розміру його наночастинок, а також умов активації. Взагалі, бажано вибрати розміри пор, досить великі, щоб розмістити частки електроліту, що використовується, на оптимальній поверхневій упаковці, але істотно більші, щоб запобігти непотрібним скороченням повної поверхневої області волокна. 9 Середній розмір пор звичайно лежить між приблизно 1 нм і приблизно 20 нм. Ідеально, щоб середній розмір пор становив приблизно від 3 нм до 15 нм, краще 6-10 нм. Однорідні фрагменти вуглецевого волокна Даний винахід базується на усвідомленні того, що досить однорідну сукупність фрагментів вуглецевих волокон, що мають форму прута, можна використовувати, щоб максимізувати як поверхневу область, так і пористість волокнистого матеріалу, сформованого з неї. Перший несподіваний аспект винаходу полягає в тому, що і математичні моделі й експериментальне свідчення показують, що волокнисті матеріали з низьким  (короткі прути, циліндри, або волокна) випадково можуть ущільнюватися як сфери. Теоретична межа тривимірної випадкової упаковки для сфер становить 0.64, і відома як межа Бернала. Дослідним шляхом, межа Бернала виміряна приблизно рівною 0.63 через неоднорідні експериментальні матеріали. Дивно, що циліндри з характеристичним відношенням , рівним 2, мають щільність упаковки Ф приблизно рівну 0.62. Переважно для визначених матеріалів, типу електродів, вони - повинні бути біля тих же самих випадкових пакувальних контактів (5.4+0.2, дослідним шляхом перевірено в багатьох експериментах), як сфери еквівалентного обсягу (і менше ніж для неправильних форм), але також і мати більш ніж удвічі більшу поверхню для матеріалу рівного діаметру, так щоб було пропорційно менше точок середнього контакту і потенційної поверхневої оклюзії на одиницю поверхні. Регулярне число контактів на більш довгих провідних елементах зі зменшеними числами повних міжзернових границь через матеріал до фольги приймача поліпшує електропровідність і зменшує ESR. Довгі вузькі порожні канали в циліндричних упаковках мають електролітичну дифузію й переваги іонної провідності, подібні тканини з вуглецевого волокна, але без тих же самих матеріальних обмежень щільності й при більш низькій вартості, тому що відсутня операція переплетення. Звичайні аркуші вугільного паперу або нетканого матеріалу складаються з високо полідисперсного розподілу характеристичного відношення найбільш довгих волокон, які не можуть досягти тієї ж самої випадкової щільності упаковки і повної поверхні. Звичайно витрата виробничого волокна раціоналізована за рахунок використання його довжини (наприклад, для межі міцності або безперервності провідності). Дивно, що даний винахід пропонує скористатися перевагою тільки циліндричної геометрії на коротких довжинах. Тому що ці випадкові пакувальні властивості – інваріант масштабування, вони можуть бути, мабуть, поширені на другу сукупність більш тонких волокнистих матеріалів. Протягом активації, вуглецеві волокна можуть фрагментуватися. У випадку даного винаходу, волокна далі фрагментуються так, що середня довжина волокон стає відносно однорідною. Волокна можуть фрагментуватися з використанням будь-яких засобів таких, як хімічне або механічне здрібнювання, і сортуються засобами, типу просунутих повітряних засобів сортування на розподіли 94083 10 часток без надмірної полідисперсії, наприклад розподіл характеристичного відношення від 1 до 5, але сконцентроване в межах 2-3. Для контрасту, дисперсія макрочасток звичайного комерційного активованого вуглецю - від 3 до 30 мікронів із середнім значенням 8 мікронів; це - висока полідисперсія. Це значить, що є багато менших часток, які заповнюють порожнечі між меншою кількістю більших, щоб максимізувати повну поверхню, але при цьому збільшуються втрати ущільнення. Вуглецеві волокна, що втілюють ознаки даного винаходу, можуть бути розбиті на більш короткі фрагменти (наприклад, після коксування й протягом або після активації) і потім нанесені на субстрат (наприклад, у вигляді рідкого розчину), щоб сформувати нетканий подібний до паперу шар. Подібний до часток порошок коротких фрагментів волокна може бути виготовлений з маси більш довгого матеріалу шляхом дроблення, розмелювання, розколювання, розмелу, хімічного розмелювання, і т.д., із заданим розподілом довжини фрагмента для наступного нанесення на основі (наприклад, поверхні електрода). Взагалі, сукупність фрагментів для максимально випадкової упаковки має середню довжину від одного до п'яти діаметрів; що відповідає характеристичному відношенню 1 до 5. Характеристичні відносини менше, ніж 1 представляють порошини, які можуть "забивати" пори матеріалу; більш високі характеристичні відносини не забезпечують щільну упаковку. Характеристичне відношення може бути обране залежно від певної характеристики пристрою; наприклад, для щільності потужності більш пористого матеріалу бажано забезпечити передачу маси електроліту (більш високе відношення), у той час як для більшої поверхні була б бути бажана щільність потужності від стискаючого засобу (більш низьке відношення). Практично, процеси розмелювання й сортування приводять до розподілу часток з дисперсією навколо технічного розрахункового цільового значення. Взагалі, оскільки діаметр волокон зменшується, збільшуючи їх повну поверхню, стає більш важко, але менш важливо досягти характеристичних відносин єдиного значення. Трохи менша щільність упаковки відшкодовується більш високою індивідуальною поверхнею волокна. Щоб підтримувати провідність по осі волокна й не вводити занадто багато границь зерна, можна представити практичну мінімальну середню довжину. У деяких варіантах як з волокнами, діаметр яких дорівнює 7 мікрон, ця довжина може бути 15 мікронів при характеристичному відношенні приблизно рівним двом. У деяких варіантах з 5 волокнами, діаметр яких дорівнює 5 мікрон, довжина може бути 10 мікронів також при характеристичному відношенні рівному 2. Для електропрядених нановолокон менше одного мікрона в діаметрі, краща довжина може залишатися в декількох мікрон для провідності, приводячи до характеристичних відносин, які збільшуються в міру зменшення діаметра волокна. Взагалі, однак, характеристичні відносини для середнього матеріалу повинні залишатися нижче 20, щоб досягти прийнятної щільності матеріалу, більшої, ніж приблизно 50 %. Технологічні альтер 11 нативи проілюстровані на фіг. 1, що показує теоретичні й експериментальні результати для монодисперсних упаковок (узято з Фізичного Огляду Е27 051301 (2003). Розподіл характеристичних відносин волокнистого порошку, що одержується, приведе до матеріалу передбачуваної середньої щільності й пористості згідно із цими принципами випадкового впакування. Гетерогенна суміш фрагментів вуглецевого волокна Предметом даного винаходу є також одержання полімодальної суміші фрагментів активованого вуглецевого волокна. Перша сукупність повинна включати фрагменти із прийнятними однорідними довжинами й діаметрами. Інші сукупності фрагментів активованого волокна повинні мати по суті той же самий діаметр, що й перша сукупність, але більші довжини й більш високі характеристичні відносини. Оскільки щільність і повна поверхня не критично залежать від деяких довгих фрагментів (при істотно більш високих характеристичних відносинах) у суміші щодо однорідних менших фрагментів, можливо, мати другу сукупність фрагментів волокна з більшими довжинами, ніж перша сукупність, по суті не торкаючись щільності або поверхні. Технічно, це - бімодальна або полімодальна полідисперсія. Помірні кількості більш довгих волокон можна домісити, кожне усереднення 5.4 контактів для кожних декількох діаметрів відповідної довжини. Це повинно скласти основні переваги для провідності матеріалу й ESR за рахунок забезпечення напівбезперервних шляхів провідності й подальшого зменшення границь зерна. В одному варіанті, гетерогенна суміш містить приблизно від 50 до 95 % першої сукупності по суті однорідних (невисоко полідисперсних) фрагментів і фрагментів, що вирівнюють, діаметра по суті подібного першій сукупності, але більш довгих. В одному варіанті довжина волокон у другій сукупності більша у два рази довжини першої сукупності, в іншому варіанті друга сукупність у п'ять разів більш довга. В іншому варіанті більш довгі волокна - 50, 100, 150, або 200 мікрон при середній довжині незалежній від першої сукупності, при цьому згадані довжини відповідають необхідній середній товщині матеріалу електроду. Волокнисті матеріали Волокна даного винаходу можуть бути далі оброблені для одержання матеріалу відповідно до даного винаходу, сумісним зі звичайними процесами покриття часток вуглецю, як описано в патентах США №№ 6 627 252 і 6 631, 074, повний зміст яких включено тут шляхом посилання, за винятком того, що не відповідає змісту або визначенням даної заявки, причому розкриття або визначення, наведені тут, будуть вважатися переважними. Щільність одержаного "папероподібного" волокнистого матеріалу, типу покриття на струмопровідну фольгу, є якістю довжини фрагментів волокна, що проектується, в порівнянні з їх діаметром (їх характеристичного відношення), полідисперсного розподілу довжин у порівнянні із середнім діаметром, і не обов'язково - зробленого 94083 12 зсуву ущільнення (наприклад, тиском). Якщо довжина наближається до діаметра, то фрагменти будуть більше походити на звичайні частки, і упаковані більш щільно з меншою пористістю. Якщо довжина набагато більше, ніж діаметр, то характеристичне відношення буде високим, а упаковка менш щільною (тобто більше порожніх пор стосовно обсягу матеріалу). Середнє характеристичне відношення довжини до діаметра може регулюватися, і/або суміші інших відносин можуть використовуватися, щоб забезпечити будь-яку пористість матеріалу (відношення порожнеча/обсяг), необхідну в рамках принципів випадкових упакувань. У деяких варіантах, принаймні, приблизно 50 % від загальної кількості фрагментів вуглецевого волокна мають довжину в межах від приблизно 5 до приблизно 30 мікронів, що еквівалентно деяким матеріалам з макрочастками активованого вуглецю. В інших варіантах, принаймні, приблизно 50 % від загальної кількості фрагментів мають характеристичні відносини менше, ніж 30. В інших варіантах, середні характеристичні відношення менше, ніж 20. В інших варіантах, середні характеристичні відношення менше, ніж 10. В інших варіантах, де діаметри фрагментів волокна при або менше 100нм більш подібні з вуглецевими нанотрубками, принаймні, приблизно 50 % загальної кількості фрагментів вуглецевого волокна - мають довжини менше ніж 1 мікрон з характеристичними відносинами менше ніж 20. У деяких варіантах, щільність волокнистого матеріалу може ще більше збільшуватися (наприклад, простим прокатуванням під тиском до потрібної товщини або подібних способів). У деяких варіантах, щільність збільшують до коксування і/або активації, а в інших варіантах щільність збільшують після коксування і/або активації. У деяких варіантах, товщина щільного волокнистого матеріалу менша ніж або дорівнює приблизно 200 мікронам, в інших варіантах, менша ніж або дорівнює приблизно 150 мікронам, і в інших варіантах, менша ніж або дорівнює приблизно 100 мікронам. Конденсатори Електроди EDLC звичайно виготовляють із активованого вуглецю, зв'язаного прямо або побічно з металевою фольгою приймача струму, хоча можуть використовуватися й оксиди металів. Відповідно до даного винаходу, активовані вуглецеві матеріали, отримані способами, описаними тут, можуть бути нанесені на струмоприймачі разом з додатковими оксидами металів або подібних матеріалів для одержання гібридних характеристик, включаючи збільшену псевдоємність. Конденсатор, що втілює ознаки даного винаходу, включає, принаймні, один електрод описаного тут типу. У деяких варіантах, конденсатор далі включає електроліт, що у деяких варіантах є водним, в інших варіантах є органічним. У деяких варіантах, конденсатор проявляє електричну ємність подвійного шару. У деяких варіантах, особливо коли залишковий оксид металу присутній на поверхні матеріалу з активованого вуглецевого волокна, конденсатор далі проявляє псевдоємність. 13 94083 Звичайні вуглецеві EDLCs з органічними електролітами використовують або пропіленкарбонат або ацетонітрилові органічні розчинники й стандартну фтороборатну сіль. Деякі вуглецеві і більша кількість комерційних металоксидних EDLCs використовують водні електроліти, засновані на сірчаній кислоті (H2SO4) або гідроокису калію (КОН). Кожний із цих електролітів або подібний може використовуватися відповідно до даного винаходу. Оскільки органічні електроліти мають більш низьку провідність, ніж водні, вони мають більш низькі RC і більш високі ESR внески, і досягають обмежень переносу маси пор в істотно більших геометричних розмірах, тому що вони - являють собою більш розчинні іони. Однак, оскільки вони мають напруги пробою вище 3 вольтів у порівнянні з 1 вольтом у водних електролітах, органічні електроліти виробляють більш високу щільність повної енергії, тому що повна енергія - функція напруги у квадраті. Вуглецеві пори й матеріали, оптимізовані для органічних електролітів, могли б також довільно працювати для водних електролітів, тому що водні сольватні оболонки є меншими. Це дозволило б, наприклад, підганяти ультраконденсаторні пристрої до RC вимог незалежно від виготовлення вуглецю, змінюючи щільність упаковки електрода через характеристичне відношення, і змінюючи електроліт. Гібридні пристрої природно мають більш широкий діапазон повних RC характеристик, тому що вони поєднують EDLC і PC ємнісні явища. Практичний діапазон для використання в гібрид Комп’ютерна верстка Мацело В. 14 них електричних транспортних засобах - менше ніж, приблизно одна секунда до приблизно 15 секунд, і для розподіленої по потужності - менше ніж приблизно 0.01 секунди до приблизно 1 секунди. Активовані мезопористі вуглецеві волокна або волокна, або їх відповідні фрагменти, що втілюють ознаки даного винаходу, можуть бути включені в пристрої будь-якого виду, які включають звичайні активовані вуглецеві матеріали, або які можуть бути переважно модифіковані, щоб включати волокнисті вуглецеві матеріали геометрії, що проектується, поверхні, пористості, і провідності. Представницькі пристрої включають, але не обмежені, всі види електрохімічних пристроїв (наприклад, конденсатори; батареї, включаючи, але не обмежено однобічним гідридонікелевим елементом акумуляторної батареї і/або двосторонніми літієвими елементами іонної акумуляторної батареї; паливні елементи, і т.п.). Такі пристрої можуть використовуватися без обмеження у всіх видах застосувань, включаючи, але не обмежено тими, які потенційно можуть одержати переваги від високої енергії й конденсаторів високої щільності потужності або подібних. Попередній детальний опис зроблений за допомогою пояснень і ілюстрацій, і не призначено для обмеження обсягу прикладених пунктів формули. Багато змін у представлених кращих варіантах, проілюстрованих тут, будуть очевидні фахівцеві в області техніки, але залишаться в рамках прикладених пунктів формули винаходу і її еквівалентів. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601