Литий-углеродный электрохимический конденсатор и способ его изготовления



Литий-углеродный электрохимический конденсатор и способ его изготовления
Литий-углеродный электрохимический конденсатор и способ его изготовления
Литий-углеродный электрохимический конденсатор и способ его изготовления
Литий-углеродный электрохимический конденсатор и способ его изготовления
Литий-углеродный электрохимический конденсатор и способ его изготовления
Литий-углеродный электрохимический конденсатор и способ его изготовления
Литий-углеродный электрохимический конденсатор и способ его изготовления

 


Владельцы патента RU 2581849:

ЮГ Инвестмент Лтд. (VG)

Изобретение относится к литий-углеродному электрохимический конденсатору и способу его изготовления. Внутри термостатируемого объема конденсатора расположен положительный электрод, выполненный из углеродного наноматериала с высокой удельной поверхностью, выполненный из смеси высокопористого активированного угля с углеродными наночешуйками и углеродными нанотрубками, к которым добавлены оксидные соединения лития, отрицательный электрод, выполненный из литий-углеродного нанокомпозита, в виде мелкодисперсного графита с добавлением или без добавления наночастиц металлического лития. Способ изготовления литий-углеродного электрохимического конденсатора включает приготовление электродных смесей для катода и анода; диспергирование приготовленных электродных смесей со связующими; прессование пластин или листов; сушку прессованных пластин или листов в инертной атмосфере или под вакуумом; соединение прессованных пластин или листов, заправку электролитом на основе растворимой литиевой соли и растворителя в сухих условиях; вакуумирование заправленной сборки в зажатом состоянии и ее герметизацию; предварительную электрохимическую обработку для образования литий-углеродного нанокомпозита. Повышение удельной емкости и срока службы конденсатора является техническим результатом изобретения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для накопления и хранения электрической энергии и производству электрохимических конденсаторов.

Из уровня техники известен суперконденсатор с добавленным в него литий-ионным электродом, производства компании IOXUS. Устройство совмещает в себе активированный углеродный материал суперконденсатора, который накопляет заряд и слои литий-ионного материала, свернутого в цилиндрическую форму (http://supreme2.ru/gibridnye-superkondensatory-ot-ioxus/).

Недостатком таких гибридных решений является износ по количеству циклов заряда/разряда по сравнению с классическими суперконденсаторами (20000 циклов у гибридов против 500000 у традиционных ионисторов), что ведет к малой продолжительности жизни.

Из уровня техники известен электролитический конденсатор (заявка на изобретение США US 2007002524, FUJI HEAVY IND LTD [JP]). Электролитический конденсатор включает положительный электрод, отрицательный электрод и электролит, способный транспортировать ионы лития, характеризующийся тем, что положительный электрод способен нести с двух сторон ионы лития и анионы, отрицательный электрод способен нести с двух сторон ионы лития. A (mAh) - емкость ячейки, когда электролитический конденсатор в заряженном состоянии разряжается на половину за 1±0.25 часа, и В (mAh) - полная емкость отрицательного электрода, представляющая собой емкость, когда отрицательный электрод в заряженном состоянии разряжается до 1,5В V (Li/Li+), причем уровень активного материала положительного электрод и активного материала отрицательного электрода лежит в пределах 0.05≤A/B≤0.3.

Недостатком данного устройства является относительно низкая емкость в диапазоне от 3 до 1,5 В, а также относительно низкие мощностные характеристики.

Из уровня техники известен электрический двухслойный конденсатор (см., например, патент на изобретение США US 5453909 А, 26.09.1995). Аккумулирование энергии осуществляется посредством статического заряда, приложение разности потенциалов к положительной и отрицательной пластинам заряжает суперконденсатор посредством использования электродов и электролитов, аналогичных электродам и электролитам, используемым в литиево-ионных или литиево-металлических аккумуляторах.

Недостатками конденсатора являются небольшая удельная энергия, зависимость напряжения от степени заряженности, возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании.

Из уровня техники известен суперконденсатор (заявка на изобретение США US 2002048143 А1, 25.04.2002), являющийся наиболее близким аналогом настоящего изобретения, состоящий из двух металлических электродов, на внутренних поверхностях которых нанесен слой углеродных нанотрубок, электролита в пространстве между электродами и сепаратора, разделяющего электролит между электродами.

Недостатками этого суперконденсатора являются небольшая удельная энергия, зависимость напряжения от степени заряженности, возможность выгорания внутренних контактов при коротком замыкании, значительно больший, по сравнению с аккумуляторами, саморазряд.

Единым для способа и устройства техническим результатом предложенного изобретения является повышение удельных характеристик и ресурса литий-углеродного электрохимического конденсатора.

Технический результат обеспечивается за счет того, что в литий-углеродном электрохимическом конденсаторе, состоящем из, по меньшей мере, отрицательного электрода (анода), положительного электрода (катода), сепараторов и коллекторов тока, размещенных в термостатируемом объеме; внутреннее пространство литий-углеродного конденсатора заполнено электролитом, положительный электрод (катод) выполнен из углеродного наноматериала с высокой удельной поверхностью, например смеси высокопористого активированного угля с углеродными наночешуйками и углеродными нанотрубками, к которым могут быть добавлены оксидные соединения лития, а отрицательный электрод (анод) выполнен из литий-углеродного нанокомпозита, например мелкодисперсного графита с добавлением или без добавления наночастиц металлического лития.

Количество металлического лития в литий-углеродном нанокомпозите определяют по математической зависимости:

M=C*U/F,

где M - количество молей лития в расчете на 1 г массы положительного электрода,

C - емкость по ионам лития в фарадах на 1 г массы положительного электрода,

U - максимальный потенциал положительного электрода относительно лития,

F - число Фарадея.

Также конденсатор может содержать дополнительный вспомогательный электрод, содержащий металлический литий или состоящий из оксидных соединений лития и электропроводящих добавок.

Положительный и отрицательный электроды выполнены в виде пластин или листов, преимущественно, толщиной 0,1…10 мм и плотностью 0,6…1,8 г/см3 и соединены с коллекторами тока. Такие параметры положительного и отрицательного электродов обеспечивают их оптимальные энергетические и мощностные характеристики.

Неводный электролит содержит растворитель и одну или более растворимых солей лития.

Сепаратор представляет собой пластинки или полосы, выполненные из пористого неэлектропроводного материала.

Технический результат достигается также за счет того, что способ изготовления литий-углеродного электрохимического конденсатора включает в себя:

1) приготовление электродных смесей для катода и анода;

2) диспергирование приготовленных электродных смесей со связующими;

3) прессование пластин или листов из диспергированных со связующими электродных смесей;

4) сушку прессованных пластин или листов из диспергированных со связующими электродных смесей в инертной атмосфере или под вакуумом;

5) соединение прессованных пластин или листов из диспергированных со связующими электродных смесей с коллекторами тока.

6) изготовление сборки из отрицательного электрода (анода), положительного электрода (катода) и сепаратора;

7) сушку изготовленной сборки из отрицательного электрода (анода), положительного электрода (катода) и сепаратора;

8) заправку высушенной сборки электролитом на основе растворимой литиевой соли и растворителя в сухих условиях;

9) вакуумирование заправленной сборки в зажатом состоянии и ее герметизацию;

10) предварительную электрохимическую обработку для образования литий-углеродного нанокомопзита;

11) заряжение и разряжение изготовленного литий-углеродного суперконденсатора. Пластины или листы из диспергированных со связующими электродных смесей могут быть высушены в инертной атмосфере или под вакуумом при температуре 350-500°C в течение 10…50 часов и соединены с коллекторами при помощи электропроводящих клеевых составов.

Для приготовления электродной смеси для анода может быть использован литий-углеродный нанокомпозит с добавлением наночастиц металлического лития или без добавления наночастиц металлического лития.

Литий-углеродный нанокомпозит с добавлением наночастиц металлического лития может быть получен путем электрохимического растворения металлического лития или оксидных соединений лития, содержащихся во вспомогательном электроде. В качестве оксидных соединений лития используют кобальтат лития и/или железо фосфат лития.

В другом варианте осуществления данного изобретения литий-углеродный нанокомпозит может быть получен путем электрохимического растворения оксидных соединений лития, входящих в состав положительного электрода (катода) вместе с углеродным наноматериалом с высокой удельной поверхностью.

В третьем варианте осуществления данного изобретения литий-углеродный нанокомпозит может быть получен путем электрохимического взаимодействия с электролитом, содержащим в своем составе одну или более растворимых солей лития и растворитель, причем анионы электролита сорбируются в двойном электрическом слое на катоде.

В еще одном из вариантов осуществления данного изобретения литий-углеродный нанокомпозит может быть получен путем многократного электрохимического взаимодействия с электролитом, содержащим в своем составе одну или более растворимых солей лития и растворитель, причем анионы электролита сорбируются в двойном электрическом слое на катоде и периодически десорбируются путем растворения металлического лития, содержащегося во вспомогательном электроде.

Положительный электрод (катод) получают путем соединения углеродного наноматериала с полимерным связующим, причем в качестве углеродного наноматериала используют смесь активированного угля с углеродными наночешуйками и углеродными нанотрубками, а к углеродным наноматериалам добавляют оксидные соединения лития.

Применение в качестве положительного электрода (катода) углеродного наноматериала с высокой удельной поверхностью обеспечивает высокую емкость положительного электрода.

Приготовление электродных смесей, состоящих из высокопористого активированного угля, высокопористых наноуглеродных материалов, для катода обеспечивает оптимальное соотношение между емкостью и сопротивлением положительного электрода.

Применение состава, содержащего оксидные соединения лития, обеспечивает дополнительную емкость положительного электрода.

Выполнение электродов литий-углеродного электрохимического конденсатора в виде пластин или листов толщиной 0,1…10 мм и плотностью 0,6…1,8 г/см3 обеспечивает оптимальные энергетические и емкостные характеристики электродов.

Приготовление электродных смесей, состоящих из мелкодисперсного графита, обеспечивает минимальное сопротивление на аноде и повышенные мощностные характеристики электрохимического конденсатора.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

Фиг. 1 - сборка, содержащая положительные (катоды) и отрицательные (аноды) электроды.

Фиг. 2 - положительный электрод (катод).

Фиг. 3 - отрицательный электрод (анод).

Фиг. 4 - вспомогательный электрод.

Фиг. 5 - сборка, содержащая вспомогательный электрод.

Фиг. 6 - зависимость напряжения от количества прошедшего электричества при получении литий-углеродного нанокомпозита путем многократного электрохимического взаимодействия с электролитом, содержащим в своем составе одну или более растворимых солей лития и растворитель.

Описание конструкции и принципа работы нанокомпозитного электрохимического конденсатора

Литий-углеродный электрохимический конденсатор (фиг. 1) состоит из отрицательного электрода (анода) 1, положительного электрода (катода) 2, соединенных с коллекторами тока, размещенных в термостатируемом объеме. Внутреннее пространство литий-углеродного электрохимического конденсатора заполнено электролитом. Электроды 1 и 2 разделены ионопроводящим, но не проводящим электроны сепаратором 3, выполненным из пористого неэлектропроводного материала, например пористого нетканого полипропилена или иного пригодного для этих целей материала. Общее количество электродов в конденсаторе может быть от 1 до 90.

Положительный электрод (катод) 2 (фиг 2) выполнен в виде пластин или листов активного слоя электродного материала 4, преимущественно толщиной 0,1…10 мм и плотностью, преимущественно, 0,6…1,8 г/см3, с размещенной с одной стороны между ними полоской алюминиевой фольги 5, выступающей с одной стороны над активным слоем электродного материала, играющей роль токопровода. Активный слой электродного материала 4 выполнен из углеродного наноматериала с высокой удельной поверхностью, например смеси высокопористого активированного угля с углеродными наночешуйками и углеродными нанотрубками, к которым могут быть добавлены оксидные соединения лития.

Отрицательный электрод (анод) 1 (фиг 3) выполнен в виде пластин или листов активного слоя электродного материала 6, преимущественно, толщиной 0,1…10 мм и плотностью, преимущественно, 0,6…1,8 г/см3, с размещенной с одной стороны между ними полоской медной фольги 7, выступающей с одной стороны над активным слоем электродного материала и играющей роль токопровода. Активный слой электродного материала 6 выполнен из литий-углеродного нанокомпозита, например мелкодисперсного графита с добавлением или без добавления наночастиц металлического лития.

Содержание количество металлического лития в литий-углеродном нанокомпозите определяют по математической зависимости:

M=C*U/F,

где M - количество молей лития в расчете на 1 г массы положительного электрода,

C - емкость по ионам лития в фарадах на 1 г массы положительного электрода,

U - максимальный потенциал положительного электрода относительно лития,

F - число Фарадея.

Также конденсатор может содержать дополнительный вспомогательный электрод 8 (см. фиг. 4-5), содержащий металлический литий или состоящий из оксидных соединений лития и электропроводящих добавок. Вспомогательный электрод 8 (фиг. 4) выполнен в виде пластин или листов, состоящих из двух слоев литиевой фольги 10, между которыми размещена никелевая сетка 11, с одной стороны выступающая над пластинами. Выступающий конец никелевой сетки соединен с никелевым электродом 9 с адгезионным слоем любым пригодным для этих целей способом, например сваркой или кернением. По краям пластин вспомогательного электрода расположен сепаратор 3, выполненный в виде пластин или полос из пористого неэлектропроводного материала, например пористого нетканого полипропилена или иного пригодного для этих целей материала. Сепаратор позволяет исключить прямой электрический контакт смежных электродов.

Принцип работы конденсатора состоит в следующем.

В исходном незаряженном состоянии конденсатор может находиться при температуре окружающей среды в диапазоне -5/+50°C. Областью рабочих температур конденсатора является область температур выше точки кристаллизации неводного электролита на основе литиевых солей. Изначально не заряженный литий-углеродный электрохимический конденсатор находится при комнатной температуре. При этом электролит находится в жидком состоянии.

Для образования литий-углеродного нанокомпозита на отрицательном электроде вспомогательный электрод подключается к отрицательному выходу внешнего источника питания постоянного тока, а положительный электрод подключается к положительному выходу внешнего источника питания постоянного тока, и осуществляется подача тока отрицательного направления в течение заданного времени до достижения разности потенциалов между положительным и вспомогательным электродом на уровне 1,5В. После этого отрицательный электрод подключается к отрицательному выходу внешнего источника питания постоянного тока, а положительный электрод подключается к положительному выходу внешнего источника питания постоянного тока, и осуществляется подача тока положительного направления в течение заданного времени до достижения разности потенциалов между положительным и отрицательным электродом на уровне 4,5В. После этого вспомогательный электрод подключается к отрицательному выходу внешнего источника питания постоянного тока, а положительный электрод подключается к положительному выходу внешнего источника питания постоянного тока, и осуществляется подача тока отрицательного направления в течение заданного времени до достижения разности потенциалов между положительным и вспомогательным электродом на уровне 3,0В. После этого вспомогательный электрод удаляется или не используется.

Затем отрицательный электрод подключается к отрицательному выходу внешнего источника питания постоянного тока, а положительный электрод подключается к положительному выходу внешнего источника питания постоянного тока, и осуществляется подача тока положительного направления в течение заданного времени до достижения разности потенциалов между положительным и отрицательным электродом на уровне 4,5В. Конденсатор заряжается. Энергия заряда конденсатора используется при разряде на внешнее нагружающее устройство.

На фиг.6 приведена зарядно-разрядная характеристика литий-углеродного электрохимического конденсатора. На участке от 1,5 до 4,5 В происходит заряд, во время которого литий-углеродный нанокомпозит образуется на отрицательном электроде; время полного заряда от 15 мин до 1 часа. На участке от 4,5 до 1,5 В происходит разряд, во время которого литий-углеродный нанокомпозит образуется на положительном электроде; время полного разряда от 1 до 3 часов.

Заявляемый электрохимический конденсатор реализует улучшенные удельные характеристики (удельную энергоемкость, плотность энергии, плотность тока, удельную мощность, удельный заряд, напряжение) по сравнению с аналогами.

Способ изготовления литий-углеродного электрохимического конденсатора осуществляется следующим образом. Сначала изготовляют электродные смеси для положительного и отрицательного электродов. Для приготовления электродной смеси для отрицательного электрода может быть использован литий-углеродный нанокомпозит с добавлением наночастиц металлического лития или без добавления наночастиц металлического лития. Литий-углеродный нанокомпозит с добавлением наночастиц металлического лития может быть получен различными способами, например путем электрохимического растворения металлического лития, содержащегося во вспомогательном электроде или оксидных соединений лития (например, кобальтата лития и/или железо фосфат лития), которые могут содержаться как во вспомогательном электроде, так и в положительном электроде вместе с углеродным наноматериалом с высокой удельной поверхностью. Также литий-углеродный нанокомпозит может быть получен путем однократного или многократного электрохимического взаимодействия с электролитом, содержащим в своем составе одну или более растворимых солей лития и растворитель, причем анионы электролита сорбируются в двойном электрическом слое на катоде. В случае многократного электрохимического взаимодействия с электролитом анионы электролита также периодически десорбируются путем растворения металлического лития, содержащегося во вспомогательном электроде.

Для изготовления положительного электрода в качестве углеродного наноматериала используют смесь активированного угля с углеродными наночешуйками и углеродными нанотрубками, а к углеродным наноматериалам добавляют оксидные соединения лития.

Затем приготовленные электродные смеси со связующими диспергируют, прессуют в пластины или листы и сушат при температуре 350-500°C в течение 10…50 часов. Для исключения контакта с воздухом и влияния атмосферной влаги сушку проводят в инертной атмосфере или под вакуумом.

После этого отрицательный и положительный электроды соединяют механически с сепараторами и коллекторами тока при помощи электропроводящих клеевых составов, при необходимости, добавляют в сборку вспомогательный электрод, сушат изготовленную сборку, после чего заправляют ее электролитом на основе растворимой литиевой соли и растворителя в сухих условиях. Для улучшения заполнения пор наноуглеродного материала заправленную сборку вакуумируют - с целью удаления газа до и/или в процессе смешения - и герметизируют. Затем проводят предварительную электрохимическую обработку для образования литий-углеродного нанокомпозита; заряжают и разряжают изготовленный литий-углеродный суперконденсатор.

Пример осуществления способа или устройства

Электрохимический конденсатор состоит из размещенных во внешнем корпусе положительного, отрицательного и вспомогательного электродов с проложенным между ними сепаратором и заполнен электролитом. Активный слой положительного электрода состоит из смеси отожженного активированного угля и углеродного наноматериала с высокой удельной поверхностью, толщина активного слоя 350 мкм, токоподвод выполнен из алюминиевой фольги. Количество положительных электродов - 2 с односторонним активным слоем. Активный слой отрицательного электрода состоит из мелкозернистого графита и углеродного наноматериала с относительно невысокой удельной поверхностью, толщина активного слоя 35 мкм, токоподвод выполнен из медной фольги. Количество отрицательных электродов - 1 с двухсторонним активным слоем. Активный слой вспомогательного электрода состоит из металлического лития, толщина активного слоя 100 мкм, масса лития 0,3 г, токоподвод выполнен из никелевой сетки.

Способ изготовления электрохимического конденсатора заключается в следующем. Сборку из положительных и отрицательных электродов, размещенную во внешнем корпусе, сушат под вакуумом в течение 24 часов при температуре 350-500°C. Далее к сборке добавляется вспомогательный электрод, изготовленный путем соединения литиевой фольги с никелевой сеткой. Далее сборку из положительного, отрицательного и вспомогательного электродов сушат под вакуумом в течение 72 часов при температуре 350-500°C. После сушки сборку заправляют электролитом и герметизируют. Далее подключают положительный выход внешнего зарядного устройства к токовыводу вспомогательного электрода, а отрицательный выход внешнего зарядного устройства - к токовыводу положительного электрода. От внешнего зарядного устройства подают постоянный ток, сила тока 0,5 мА. По достижении разности потенциалов 1,5 В внешнее зарядное устройство отключают. После этого подключают положительный выход внешнего зарядного устройства к токовыводу положительного электрода, а отрицательный выход внешнего зарядного устройства - к токовыводу отрицательного электрода. От внешнего зарядного устройства подают постоянный ток, сила тока 30 мА. По достижении разности потенциалов 4,5 В внешнее зарядное устройство отключают. После этого подключают положительный выход внешнего зарядного устройства к токовыводу вспомогательного электрода, а отрицательный выход внешнего зарядного устройства - к токовыводу положительного электрода. От внешнего зарядного устройства подают постоянный ток, сила тока 0,5 мА. По достижении разности потенциалов 3 В внешнее зарядное устройство отключают. После этого подключают положительный выход внешнего зарядного устройства к токовыводу положительного электрода, а отрицательный выход внешнего зарядного устройства - к токовыводу отрицательного электрода. Далее электрохимический конденсатор готов к работе - сила тока при заряде 600 мА, сила тока при разряде 300 мА.

Результатом применения этого способа является создание электрохимического конденсатора с повышенными энергетическими и мощностными характеристиками - 250 Втч/кг массы положительного электрода при времени заряда 30 минут.

Использование электрохимического конденсатора такого типа позволяет эффективно накапливать и отдавать электрическую энергию в мобильных энергоустановках транспортного назначения и в стационарных энергоустановках систем распределенной энергетики, в том числе для энергоустановок на возобновляемых источниках энергии.

1. Литий-углеродный электрохимический конденсатор, включающий, по меньшей мере, два рабочих электрода, один электролит, сепараторы и коллекторы тока, размещенные в термостатируемом объеме, при этом отрицательный электрод образован из нанодисперсного углеродного материала, содержащего частички металлического лития, положительный электрод представляет собой углеродный наноматериал с высокой удельной поверхностью.

2. Литий-углеродный электрохимический конденсатор по п. 1, в котором электроды выполнены в виде пластин или листов толщиной в диапазоне 0,1…10 мм и плотностью, обеспечивающей энергетические и мощностные характеристики электродов в диапазоне 0,6…1,8 г/см3.

3. Литий-углеродный электрохимический конденсатор по п. 1, в котором в качестве оксидных соединений лития при получении путем электрохимического растворения нанодисперсного углеродного материала, содержащего частички металлического лития, используют кобальтат лития и/или железо фосфат лития.

4. Литий-углеродный электрохимический конденсатор по п. 1, в котором содержание металлического лития в нанодисперсном углеродном материале вычисляется по формуле M=C*U/F, где М - количество молей лития в расчете на 1 г массы положительного электрода, С - емкость по ионам лития в фарадах на 1 г массы положительного электрода, U - максимальный потенциал положительного электрода относительно лития, F - число Фарадея.

5. Литий-углеродный электрохимический конденсатор по п. 1, в котором при изготовления положительного электрода (катода) в качестве углеродного наноматериала используют смесь активированного угля с углеродными наночешуйками и углеродными нанотрубками.

6. Способ изготовления литий-углеродного электрохимического конденсатора по п. 1, включающий: приготовление электродных смесей; диспергирование приготовленных электродных смесей со связующими; прессование пластин из диспергированных со связующими электродных смесей; сушку прессованных пластин из диспергированных со связующими электродных смесей; соединение прессованных пластин с коллекторами тока; изготовление сборки из отрицательного электрода, положительного электрода и сепаратора; сушку изготовленной сборки; заправку высушенной сборки
электролитом на основе растворимой литиевой соли и растворителя в сухих условиях; вакуумирование заправленной сборки в зажатом состоянии и ее герметизацию; предварительную электрохимическую обработку для образования нанодисперсного углеродного материала, содержащего частички металлического лития; заряжение и разряжение изготовленного литий-углеродного суперконденсатора.

7. Способ по п. 6, в котором электродные смеси для положительного электрода состоят из высокопористого активированного угля, высокопористых наноуглеродных материалов с добавлением оксидных соединений лития или без добавления оксидных соединений лития.

8. Способ по п. 6, в котором электродные смеси для отрицательного электрода состоят из мелкодисперсного графита с добавлением наночастиц металлического лития или без добавления наночастиц металлического лития.

9. Способ по п. 6, в котором сушка прессованных пластин или листов из диспергированных со связующими электродных смесей происходит в инертной атмосфере при температуре 350…500°С в течение 10…50 часов.

10. Способ по п. 6, в котором сушка прессованных пластин или листов из диспергированных со связующими электродных смесей происходит под вакуумом при температуре 350…500°С в течение 10…50 часов.

11. Способ по п. 6, в котором пластины из диспергированных со связующими электродных смесей соединяют с коллекторами при помощи электропроводящих клеевых составов.

12. Способ по п. 6, в котором для получения нанодисперсного углеродного материала, содержащего частички металлического лития, в сборку вводится дополнительный вспомогательный электрод, содержащий металлический литий.

13. Способ по п. 6, в котором для получения нанодисперсного углеродного материала, содержащего частички металлического лития, в сборку вводится дополнительный вспомогательный электрод, состоящий из оксидных соединений лития и электропроводящих добавок.

14. Способ по п. 6, в котором для получения нанодисперсного углеродного материала, содержащего частички металлического лития, в сборке используется отрицательный электрод, состоящий из мелкодисперсного графита с добавками наночастиц металлического лития.

15. Способ по п. 6, в котором для получения нанодисперсного углеродного материала, содержащего частички металлического лития, в сборке используется положительный электрод, состоящий из высокопористого активированного угля, высокопористых наноуглеродных материалов с добавлением оксидных соединений лития.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электролитическим конденсаторам. .

Изобретение относится к производству алюминиевых электролитических конденсаторов. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к рабочему электролиту для конденсатора, преимущественно для алюминиевого электролитического конденсатора, на номинальные напряжения 6,3-63 В и рабочие температуры от минус 60 до 105°С, в состав которого входят, в мас.%: лактон - 20-70, амидосодержащее соединение - 10-50, дикарбоновая кислота или ее аммонийная соль - 3-30, третичный алифатический амин - 3-30, ароматическое нитросоединение - 0-8, ортофосфорная кислота - 0-6, бензойная кислота или ее аммонийная соль - 0-5, деионизованная вода - 0-5; а также к его способу приготовления и алюминиевому электролитическому конденсатору с таким рабочим электролитом.

Изобретение относится к производству алюминиевых электролитических конденсаторов. .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к рабочему электролиту для конденсатора, способу его приготовления и алюминиевому электролитическому конденсатору с таким электролитом, работающему при напряжениях 16-63 В в интервале рабочих температур от минус 60 до 105°С.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу повышения удельной энергии устройства накопления энергии, например, суперконденсатора. Способ включает увеличение емкости устройства накопления энергии нанесением материала в пористой структуре устройства накопления энергии с помощью процесса атомно-слоевого осаждения, предназначенного для увеличения расстояния, на которое проникает электролит внутри каналов пористой структуры, или размещением диэлектрического материала в пористой структуре.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрохимическим емкостным устройствам аккумулирования энергии. Устройство аккумулирования энергии включает в себя первый электрод (110, 510), включающий в себя первое множество каналов (111, 512), содержащих первый электролит (150, 514), и второй электрод (120, 520), включающий в себя второе множество каналов (121, 522), содержащих второй электролит (524).

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к слоистым пленочным накопителям электрической энергии - электролитическим конденсаторам, композиционные слои которых существенно отличаются по составу и физической структуре.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конденсаторам с пористыми обкладками, которые обладают открытой пористой структурой. Предложена структура для использования в устройстве для хранения энергии, которая содержит первую поликристаллическую подложку с размером зерна, при котором фононное рассеяние начинает доминировать над рассеянием на границах зерен в поликристаллической подложке, при этом первый пористый слой сформирован внутри первой поликристаллической подложки и первый пористый слой содержит множество каналов.

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.

Изобретение относится к способу накопления и хранения электрической энергии в ионисторах, обладающих повышенной удельной электроемкостью, мощностью и низкой плотностью тока утечки.

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 электротехники и микроэлектроники, а именно к устройствам для хранения энергии, в которых выполнены пористые электроды для электрохимических конденсаторов с сильно развитой пористой поверхностью, сформированной с использованием нанотехнологий. Предложены варианты выполнения устройства для хранения энергии, а также способ формирования устройства и пористых электродов. В варианте осуществления изобретения устройство для хранения энергии включает в себя пористую структуру, образованную множеством главных каналов внутри электропроводящей структуры в направлении плоскости кристалла, при этом каждый из главных каналов имеет отверстие в главной поверхности кристалла, и каждый из главных каналов проходит в электропроводящую структуру под острым углом к главной поверхности кристалла. В варианте осуществления изобретения устройство для хранения энергии включает в себя пористую структуру, содержащую матрицу V-образных канавок и пирамидальных углублений. Повышение емкости и надежности устройства хранения энергии, является техническим результатом изобретения. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к способу получения гибридного суперконденсатора, включающему по меньшей мере один этап сборки отрицательного электрода на основе по меньшей мере одного непористого углеродного материала и положительного электрода на основе по меньшей мере одного пористого углеродного материала, причем указанные электроды отделены друг от друга сепаратором, пропитанным жидким электролитом, содержащим по меньшей мере одну соль лития, растворенную в по меньшей мере одном растворителе, затем по меньшей мере один первый этап зарядки, причем указанный способ отличается тем, что: a) концентрация ионов лития в жидком электролите перед первым этапом зарядки больше или равна 1,6 моль/л, b) соль лития в жидком электролите содержит по меньшей мере 50 мас.% соли, выбранной из LiTFSI и ее производных; c) растворитель жидкого электролита содержит по меньшей мере 80 об.% растворителя, выбранного из циклических алкилкарбонатов, ациклических алкилкарбонатов, лактонов, сложных эфиров, оксаланов и их смесей; при условии, что указанный растворитель содержит по меньшей мере 20 об.% этиленкарбоната; d) пористый углеродный материал положительного электрода выбран из материалов, у которых средний размер пор больше 0,7 нм и удельная поверхность которых больше 700 м2/г; e) непористый углеродный материал отрицательного электрода выбран из материалов, способных внедрять ионы лития и имеющих удельную поверхность, меньшую или равную 150 м2/г; f) после этапа сборки зарядку указанного суперконденсатора реализуют в несколько последовательных этапов зарядки до максимального напряжения (Umax), составляющего между 4 и 5 вольтами, и при плотности тока в интервале от 10 мА/г до 400 мА/г; причем каждый этап зарядки отделен от следующего этапа зарядки промежуточным этапом саморазрядки или разрядки при плотности тока меньше 5 мА/г. Повышение емкости суперконденсатора, срока его службы, по меньшей мере, до 500 циклов, является техническим результатом изобретения. 20 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области твердотельной микро- и наноэлектроники, а именно к суперконденсаторам с неорганическим твердым электролитом, которые могут быть использованы в различных приборах мобильной связи, гибридных устройствах, таких как источник питания, благодаря накопленному в них электрическому заряду. Суперконденсатор с неорганическим твердым электролитом включает два одинаковых электрода, разделенных твердым электролитом, электроды изготовлены из смеси твердого электролита и углеродного материала, твердый электролит выполнен из твердого раствора RbNO3 и RbNO2, взятых в мольном соотношении 7:3, электродный материал состоит из смеси аморфного углерода и графена, а токоподводы изготовлены из алюминиевого порошка, припрессованного к поверхности суперконденсатора. Повышение рабочих характеристик суперконденсатора, в том числе удельной электрической емкостью от 40 до 100 Ф/г, рассчитанной на массу углеродного материала, содержащегося в электроде и работающего в диапазоне температур Tраб=150-180°C, является техническим результатом изоретения. 1 ил.
Наверх