Конденсатор с двойным электрическим слоем

 

Использование: в электротехнике для создания устройств, аккумулирующих электрическую энергию. Сущность изобретения: в конденсаторе с двумя электродами один электрод выполнен оксидноникелевым, второй электрод поляризуемый, выполнен из углеродного волокнистого материала и металлизирован никелем до содержания его в количестве 9 - 60 мас %. В качестве электролита использован водный раствор карбоната или гидроксида щелочного металла с концентрацией 0,01 - 3 и 3 - 7 моль/л соответственно. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания устройств, аккумулирующих электрическую энергию, которые можно использовать как источники питания в различной аппаратуре (часах, ЭВМ, телевизорах, радиоприемниках и т.д.), а также для аварийных систем энергоснабжения и для запуска двигателей внутреннего сгорания, например автомобильных.

Известны конденсаторы с двойным электрическим слоем (двойнослойные конденсаторы, ДК), с жидким электролитом и поляризуемыми электродами, выполненными из разнообразных материалов с большой удельной поверхностью. Наилучшие результаты достигнуты при использовании в качестве электродов различных активированных углей. Удельная емкость таких конденсаторов превышает 2 Ф/см³, а использование апротонных электролитов позволяет увеличить рабочее напряжение до 2-3 В.

Однако использование углеродных материалов и органических растворителей не позволяет получить необходимых в отдельных случаях высоких мощностных характеристик ДК из-за большого внутреннего сопротивления, обусловленного низкой проводимостью угля и электролита. Увеличение разрядно-зарядных токов ДК достигается совершенствованием конструкции поляризуемых электродов, например применением добавок электропроводных связующих и использованием волокнистых углеродных материалов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является ДК с поляризуемыми электродами из углеродного активированного волокна. Элементы цилиндрической формы диаметром 7 или 13 мм и высотой 27 мм имеют рабочее напряжение 1,8 В, емкость 0,1-10 Ф и разрядный ток до 1 А. ДК таблеточной конструкции диаметром 9,5 мм и высотой 2,1 мм заряжается до напряжения 2,4 В, имеет емкость 0,33 Ф и внутреннее сопротивление 40 Ом.

Недостатками прототипа являются низкие для некоторых применений удельные характеристики, затрудняющие, например, использование ДК для запуска двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение удельных характеристик ДК.

Поставленная цель достигается тем, что ДК содержит поляризуемые электроды, один из которых выполнен из углеродного волокнистого материала, вторым является оксидноникелевый электрод, а электролитом служит водный раствор карбоната либо гидроксида щелочного металла с концентрацией соответственно 0,01-3 и 3-7 моль/л. Для повышения электропроводности электрод из углеродного материала может быть металлизирован никелем до содержания 9-60 мас.

Указанные интервалы концентраций являются оптимальными. При содержании никеля менее 9 мас. удельная мощность не увеличивается, а содержание никеля свыше 60 мас. не приводит к дальнейшему повышению мощности и снижает удельные весовые характеристики ДК. При содержании карбоната щелочного металла в электролите менее 0,01 моль/л не достигается мощность больше, чем у прототипа, а концентрация 3 моль/л соответствует минимуму температуры замерзания электролита и, соответственно, нижнему температурному пределу эксплуатации ДК. Концентрации раствора гидроксида щелочного металла выбираются исходя из условий использования ДК в соответствии с нормами, принятыми в практике эксплуатации щелочных аккумуляторов. Применение оксидноникелевого электрода в паре с изготовленным из углеродного материала позволяет повысить удельную емкость ДК за счет высокой удельной электрической емкости оксидноникелевого электрода по сравнению с изготовленным из углеродного материала. Использование электролита на основе гидроксида либо карбоната щелочного металла позволяет повысить удельные мощность и емкость ДК, а также уменьшить его стоимость.

П р и м е р 1. Электрод из углеродной ткани толщиной 0,35 мм имел удельную поверхность 900-2000 м²/г. Токосъем изготовлен из перфорированной никелевой фольги толщиной 0,05 мм. Металлокерамический оксидноникелевый электрод толщиной 0,30 мм имел удельную емкость 0,4 А^.ч/см³. Электролитом служил раствор гидроксида калия с концентрацией 6 моль/л, сепарацией капроновая ткань с толщиной 0,2 мм. Электродный блок помещен в металлический корпус с габаритами 50 х 24 х 11 мм и загерметизирован.

П р и м е р 2. В отличие от примера 1, габариты ДК 26 х 8 х 50 мм.

П р и м е р 3. В отличие от примера 1 углеродная ткань металлизирована никелем электролитическим способом до содержания никеля 20 мас. а габариты ДК 50 х 12x х 11 мм.

П р и м е р 4. В отличие от примера 1 электролитом служил раствор карбоната натрия с концентрацией 0,8 моль/л, и ДК имел таблеточную конструкцию с диаметром корпуса 22 мм и высотой 3 мм, а углеродная ткань никелирована химическим способом до содержания никеля 32 мас.

Электрические характеристики ДК в соответствии с приведенными примерами сопоставлены с рассчитанными параметрами прототипа в таблице.

Из таблицы следует, что изготовленные в соответствии с изобретением ДК превосходят прототип по удельным электрическим характеристикам.

Формула изобретения

1. КОНДЕНСАТОР С ДВОЙНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ, содержащий сепаратор, пропитанный жидким электролитом, два электрода, один из которых является поляризуемым и выполнен из углеродного волокнистого материала, и токосъем, отличающийся тем, что второй электрод выполнен оксидно-никелевым, при этом в качестве электролита использован водный раствор карбоната или гидроксида щелочного металла с концентрацией 0,01 3 и 3 7 моль/л соответственно.

2. Конденсатор по п.1, отличающийся тем, что поляризуемый электрод, выполненный из углеродного волокнистого материала, металлизирован никелем до содержания его в количестве 9 60 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 04.06.2003

Извещение опубликовано: 20.09.2004        БИ: 26/2004

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 04.06.2009

Извещение опубликовано: 10.06.2010        БИ: 16/2010

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Закрытое акционерное общество "ЭЛТОН"

(73) Патентообладатель:Томащук Кирилл Юрьевич

Договор № РД0067391 зарегистрирован 20.07.2010

Извещение опубликовано: 27.08.2010        БИ: 24/2010

QB4A Государственная регистрация договора о распоряжении исключительным правом

Дата и номер государственной регистрации договора: 13.08.2012 № РД0104875

Вид договора: лицензионный

Лицо(а), предоставляющее(ие) право использования: Юниверсал Ресурсиз АГ (CH)

Лицо, которому предоставлено право использования: Закрытое акционерное общество "ЭЛТОН" (RU)

Условия договора: НИЛ, на срок действия патента на территории РФ.

Дата внесения записи в Государственный реестр: 13.08.2012

Дата публикации: 20.09.2012

---