Способ накопления и хранения электрической энергии в ионисторе



Способ накопления и хранения электрической энергии в ионисторе
Способ накопления и хранения электрической энергии в ионисторе

 


Владельцы патента RU 2574065:

Медведев Борис Константинович (RU)
Козлитин Алексей Иванович (RU)

Изобретение относится к способу накопления и хранения электрической энергии в ионисторах, обладающих повышенной удельной электроемкостью, мощностью и низкой плотностью тока утечки. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве среды для переноса заряда в ионисторе используют ионизированные газообразные молекулы неорганических комплексных соединений металлов и/или солей. Данный способ характеризуется низкой плотностью тока утечки (1-20 мкА/см2) и позволяет использовать ионисторы в жестких температурных условиях (600-1000°C). 1 ил. 4 пр.

 

Изобретение относится к способу накопления и хранения электрической энергии в конденсаторах с двойным электрическим слоем (ионисторах), обладающих повышенной удельной электроемкостью и мощностью, и может найти широкое применение в современной энергетике, в автомобилестроении, авиационной и космической технике и др., в частности при создании источников питания, работающих в жестких температурных условиях.

Известны способы накопления электрической энергии в ионисторах путем его зарядки, в которых в качестве среды для переноса электрического заряда используют жидкие электролиты, такие как водные растворы различных солей, растворы солей в органических растворителях, растворы серной кислоты, твердые электролиты и др. (JPS 6184819, JPS 61287216, US 4813731, RU 2121727).

Основным недостатком данного способа накопления и хранения электроэнергии в ионисторах является невозможность его использования при температурах окружающей среды выше 70-80°С.

Другими недостатками данного способа являются:

- низкое рабочее напряжение (до ~1,5 V);

- низкая скорость накопления энергии (быстродействие).

Известен способ накопления и хранения электрической энергии в ионисторе путем его зарядки, в котором в качестве электролита (среды для переноса электрического заряда) используют расплавы соли или смеси солей, которые имеют низкое давление насыщенных паров при рабочих температурах 50-400°C (RU 2130211).

Основным недостатком данного способа накопления и хранения электроэнергии в ионисторах является невозможность его использования при температурах окружающей среды выше 400°C.

Другими недостатками данного способа являются:

- низкое рабочее напряжении (до ~1,5 V);

- низкая скорость накопления энергии (низкое быстродействие).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу (прототип) является способ накопления и сохранения энергии в ионисторах путем его зарядки, в котором в качестве среды для переноса электрического заряда используют ионизированные атомы элементов 18-й группы Периодической системы Д.И. Менделеева, т.е. инертные газы, находящиеся в состоянии плазмы (US 5319518).

В данном патенте отмечается, что рабочее напряжение при использовании такого способа может быть увеличено, по крайней мере, до 25,5 V (потенциал ионизации атомов гелия). Это, в свою очередь, в соответствии с формулой E=½C*V2, свидетельствует о том, что ионисторы, использующие в качестве среды для переноса заряда ионизированный инертный газ, позволяют аккумулировать значительно больше электроэнергии, чем ионисторы, использующие в качестве электролита растворы и расплавы солей.

Другим преимуществом данного способа накопления и сохранения энергии в ионисторах является высокая скорость накопления энергии (быстродействие), которая обеспечивается большей подвижностью заряженных части, которая на 3-4 порядка выше по сравнению с подвижностью ионов в растворе и расплавах электролитов.

При всех преимуществах данного способа основным его недостатком является большая плотность тока утечки, которая для данного способа, использующего в качестве среды для переноса заряда ионизированные атомы инертного газа (смесь катионов и электронов), составляет не менее 2 мА/см2. Такая высокая плотность тока утечки приводит к быстрой разрядке ионистора и не позволяет использовать данный способ на практике.

Технической задачей способа является уменьшение плотности тока утечки до значений, приемлемых для практической эксплуатации ионистора.

Технический результат достигается способом накопления и хранения электрической энергии в ионисторе путем его зарядки при использовании в качестве среды для переноса заряда ионизированных газообразных веществ, в котором в качестве газообразных веществ используют молекулы неорганических комплексных соединений металлов и/или солей.

В качестве комплексных соединений металлов могут быть использованы тетрагалобораты, тетрагалоалюминаты, тетрагалогаллаты металлов, а также их смеси. В частности, тетрафтор-, тетрахлор-, тетрабром-бораты лития, натрия, калия, серебра и меди; тетрафтор-, тетрахлор-, тетрабром-алюминаты лития, натрия и калия; тетрафтор-, тетрахлор-, тетрабром-галлаты лития, натрия, калия и меди.

В качестве солей могут быть использованы галогениды олова, титана, цинка и др., соли металлов и кислородсодержащих кислот (борной, фосфорной, серной и др.).

Данные соединения и соли при ионизации в газовой фазе образуют смесь катионов и анионов с низким содержанием электронов (Л.Г. Сидоров, Молекулы, ионы и кластеры в газовой фазе // Соросовский образовательный журнал, 2000, т.6, №11, с.46-51).

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется описанием конструкции ионистора (Фигура), работающего по данному способу, и примерами.

Корпус ионистора выполнен в виде таблетки из жаропрочной стали, состоящей из двух частей (1) и (2) и герметически соединенных между собой фланцевым соединением через диэлектрик (3). Части (1) и (2) одновременно выполняют функции токосъемников для электродов (5) и (7), которые выполнены из пористого углеродного материала и размещены в «чашках» из графита (4) и (6). Между электродами имеется свободное пространство (8), в котором находится неорганическое комплексное соединение и/или соль. Все внутреннее пространство ионита находится под вакуумом (1*10-1-1*10-3 Па).

Основным условием работы ионистора по заявленному способу является нахождение неорганических комплексных соединений металлов и/или солей в газовой фазе в ионизированном состоянии.

Для перевода твердых при нормальных условиях неорганических комплексных соединений металлов и/или солей инонистор размещали в термостате, в котором его нагревали до температуры 600-1000°C. При такой температуре происходил переход (испарение) неорганических комплексных соединений металлов и/или солей в газовую фазу и последующая ионизация их молекул с образованием катионов и анионов.

После испарения и ионизации неорганических комплексных соединений металлов и/или солей и последующей подаче напряжения на токосъемники на отрицательном электроде формировался слой из катионов (9), а на положительном электроде - слой из анионов (10).

Следует отметить, что ионизация газообразных неорганических комплексных соединений металлов и/или солей может быть осуществлена и другими способами, например фотоионизацией, ионизацией электронным ударом, поверхностной ионизацией и др.

Следующие примеры иллюстрируют способ.

Пример 1

Для иллюстрации способа был изготовлен ионистор, в котором в качестве электродов использовали пластины из пористого углеродного материала (5) и (7) диаметром 60 мм и толщиной 4 мм. Удельная емкость материала пластины 800 Ф/г, удельная плотность 0.4 г/см3; удельное сопротивление 0.5 Ом/см. В свободном пространстве ионистора было размещено 0.1 г тетрафторбората лития.

При рабочем напряжении, равным U=15 В, и 780°C плотность тока утечки ионистора составила 1 мкА/см2.

Пример 2

Использовали ионистор по примеру 1, но в качестве электролита использовали смесь тетрахлорида титана и тетрахлогаллата лития при массовом соотношении 1:6.

При 830°C и U=10 В плотность тока утечки - 9 мкА/см2.

Пример 3

Использовали ионистор по примеру 1, но в качестве электролита использовали смесь тетрафторалюминат натрия и четыреххлористого олова при массовом соотношении 1:8.

При 890°C и U=6 В плотность тока утечки - 15 мкА/см2.

Пример 4

Использовали ионистор по примеру 1, но в качестве электролита использовали смесь тетрахлорбората калия и фосфата лития при массовом соотношении 1:10.

При 950°C и U=5 В плотность тока утечки - 20 мкА/см2.

Таким образом, использование в ионисторе в качестве среды для переноса заряда газообразных ионизированных молекул неорганических комплексных соединений металлов и/или солей позволяет существенно снизить плотность тока утечки с 2 мА/см2 до 1-20 мкА/см2.

Способ накопления и хранения электрической энергии в ионисторе путем его зарядки при использовании в качестве среды для переноса заряда ионизированных газообразных веществ, отличающийся тем, что в качестве газообразных веществ используют молекулы неорганических комплексных соединений металлов и/или солей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к токосъемникам из металлической фольги для литий-ионных батарей и суперконденсаторов. Предложена металлическая фольга, поверхность которой снабжена проводящим слоем, включающим углеродные нанотрубки, при этом проводящий слой нанесен таким образом, что углеродные нанотрубки располагаются на поверхности фольги хаотично и в количестве 100 нг/см2-10 мкг/см2, а также предложен способ изготовления металлической фольги с проводящим слоем из углеродных нанотрубок, согласно которому углеродные нанотрубки смешивают с диспергентом с получением суспензии, которую наносят на поверхность металлической фольги таким образом, чтобы количество углеродных нанотрубок на названной поверхности составляло 10-100 нг/см2.

Заявленное изобретение относится к способу получения твердых электролитических конденсаторов, имеющих низкий ток утечки, а именно к способу получения анодов конденсатора на основе вентильного металла в процессе их прессования, а также к твердому электролитическому конденсатору и к электронной схеме с таким конденсатором.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в повышении равномерности и эффективности охлаждения.

Группа изобретений относится к электротехнике, а именно к способам и устройствам для накопления и хранения электрической энергии. Техническим результатом изобретений является снижение саморазряда, увеличение КПД, при увеличении плотности энергии на единицу массы.

Предложенное изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным суперконденсаторам на основе многокомпонентных оксидов. Увеличение емкости и плотности запасаемой энергии и уменьшение токов утечки конденсатора является техническим результатом изобретения.

Изобретение относится к производству электрохимических конденсаторов с двойным электрическим слоем (DEL). .
Изобретение относится к производству изделий электронной техники, в частности к технологии пропитки пористых материалов, конкретно - к технологии получения катодной обкладки оксидно-полупроводниковых конденсаторов в виде многослойного покрытия из диоксида марганца, наносимого на поверхность секций, представляющих собой оксидированные объемно-пористые аноды из порошка вентильного металла, например тантала, ниобия, и являющегося полупроводниковым твердым электролитом.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции суперконденсаторов с двойным электрическим слоем, и может быть использовано для их производства.

Изобретение относится к электролитическому пусковому конденсатору. .

Изобретение относится к области электрохимических конденсаторов, более конкретно, к коллектору тока для использования в электродном узле электрохимического суперконденсатора с двойным электрическим слоем и способу его изготовления.

Катодная фольга для твердотельного электролитического конденсатора предназначена для повышения емкости, снижения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и тока утечки, усиления термостойкости и снижения себестоимости производства, в то же время с повышением удельной мощности, реализацией быстрой зарядки-разрядки и улучшением характеристик ресурса в элементе для аккумулирования электрической энергии, таком как вторичная батарея, конденсатор с двойным электрическим слоем и гибридный конденсатор.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно к многослойному нанокомпозиту для двухобкладочных конденсаторов. Нанокомпозит содержит подложку из электропроводящего материала с расположенным на ее лицевой поверхности и являющимся нижней обкладкой конденсатора наноструктурированным покрытием, которое выполнено в виде слоя из углеродной ткани, нити основы и утка которой образованы активированными углеродными волокнами, скрученными в продольном направлении.

Заявленное изобретение относится к электродам, устройствам аккумулирования электроэнергии, содержащим такие электроды, и к способам производства электродов и устройств аккумулирования электроэнергии.

Предложен двухслойный конденсатор (EDLС), который имеет первую (110) и вторую (120) электропроводящие структуры, отделенные друг от друга разделителем (130). По меньшей мере одна из первой и второй электропроводящих структур включает в себя пористую структуру, содержащую множество каналов (111, 121) с отверстием на поверхности пористой структуры, при этом каждый из каналов имеет отверстие (112, 122) на поверхности (115, 125) пористой структуры.

Изобретение относится к области совершенствования энергонакопительных устройств, в частности к получению электродных материалов электролитических конденсаторов.
Предложен способ изготовления композитной отрицательной конденсаторной пластины для использования в свинцово-кислотной аккумуляторной батарее. Повышение разрядных характеристик батареи при низкой температуре и высокоскоростных зарядно-разрядных характеристик под действием различных условий возникновения прерывания (PSOC), является техническим результатом заявленного изобретения.

Предложенное изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным суперконденсаторам на основе многокомпонентных оксидов. Увеличение емкости и плотности запасаемой энергии и уменьшение токов утечки конденсатора является техническим результатом изобретения.

Предложенное изобретение относится к области электротехники, а именно к композитным пленочным электролитическим конденсаторам. Пленочный конденсатор содержит токосъемник - алюминиевую фольгу, поверхность которой через барьерный слой развита посредством электродного материала из губчатого вентильного металла, пропитанного электролитом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приборах мобильной связи в качестве источника постоянного тока многократного использования.

Заявленное изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству накопления энергии в виде суперконденсатора с неорганическим композиционным твердым электролитом.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к гибридной отрицательной пластине для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, которая обеспечивает подавление или снижение потенциала выделения газообразного водорода. Повышение цикличности ресурса аккумуляторной батареи является техническим результатом изобретения. В гибридной отрицательной пластине для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи, содержащей заполненную активным материалом отрицательного электрода пластину, имеющую образованный на ее поверхности слой покрытия из углеродной смеси, содержащей углеродный материал для обеспечения проводимости, активированный уголь для обеспечения емкости конденсатора и/или емкости псевдоконденсатора и по меньшей мере связующее, в качестве активированного угля используется активированный уголь, модифицированный кислотной функциональной группой в количестве от 0,16 до 0,489 мкмоль/м2 на 1 г активированного угля. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 9 табл., 5 пр.
Наверх