Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом



Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом
Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом
Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом
Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом
Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом
Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом
Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом
Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом
Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем, способ его приготовления и конденсатор с этим электролитом

 


Владельцы патента RU 2612192:

Открытое акционерное общество "Элеконд" (RU)

Изобретение относится к производству конденсатора с двойным электрическим слоем. Техническим результатом изобретения является создание конденсатора с двойным электрическим слоем с низким эквивалентным последовательным сопротивлением на номинальное напряжение 2,5 В с диапазоном рабочих температур от минус 55 до 65°С, в том числе работающих при пиковых токовых нагрузках с отсутствием снижения рабочего напряжения при пониженных температурах. Согласно изобретению в состав рабочего электролита входят: ионогены 12-47 мас.%, смесь органических растворителей, где основной растворитель ацетонитрил занимает 30-78 мас.%, а сорастворитель из числа нитрилов, или циклических карбонатов, или лактонов, или эфиров, или циклических эфиров 5-35 мас.%, при этом электролит дополнительно содержит газопоглощающую добавку 0,1-5 мас.%. Способ приготовления рабочего электролита включает растворение ионогена в одном из растворителей при комнатной температуре при скорости перемешивания 60 об/мин, добавление основного растворителя с перемешиванием раствора в течение 12-48 часов, после чего растворитель с растворенным ионогеном подвергают осушению молекулярным ситом при непрерывном перемешивании, и затем после добавления газопоглощающей добавки смесь подвергают нагреву до 50°С. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 9 табл.

 

Рабочий электролит для конденсатора, способ его приготовления и конденсатор с двойным электрическим слоем с таким электролитом.

Изобретение относится к области электротехники, конкретно к производству конденсаторов с двойным электрическим слоем (далее конденсатор с ДЭС), в частности с низким эквивалентным последовательным сопротивлением на номинальное напряжение 2,5 В с диапазоном рабочих температур от минус 55 до 65°С, в том числе для конденсаторов с ДЭС, работающих при пиковых токовых нагрузках с отсутствием снижения рабочего напряжения при пониженных температурах.

Конденсатор с ДЭС имеет такие характеристики, как емкость, рабочее напряжение, плотность энергии, внутреннее сопротивление. В настоящее время ведутся разработки в направлении улучшения всех этих характеристик, а также ведутся разработки в направлении обеспечения надежности конденсаторов с ДЭС в широком диапазоне рабочих температур и увеличения их срока службы. Надежную работу конденсатора с ДЭС на всем диапазоне рабочих температур обеспечивает рабочий электролит, а точнее его состав. На срок службы конденсатора с ДЭС влияет остаточная влажность как в рабочем электролите, так и в самом конденсаторе с ДЭС.

Известен электролит для электронных устройств, в том числе конденсаторов с ДЭС, описанный в патенте US 7675737, кл. H01G 9/00, опубл. 2010-03-09, содержащий ацетонитрил в качестве основного растворителя, по крайней мере два апротонных сорастворителя, смесь проводящих солей и ионных жидкостей. Однако этот электролит имеет недостаточно высокую электропроводность при пониженных температурах.

Наиболее близким является конденсатор с ДЭС, описанный в патенте US 8804309, кл. H01G 9/00, H01M 6/04, опубл. 2011-12-20, содержащий электролит на основе ацетонитрила в качестве основного растворителя, с минимальной рабочей температурой, но не более 40%, иначе снизится электропроводность раствора при нормальных условиях.

Ионоген должен обладать хорошей растворимостью в используемых растворителях и достаточно большим электрохимическим окном для обеспечения необходимого рабочего напряжения конденсатора. Концентрация ионогена подбирается таким образом, чтобы обеспечить высокие значения электропроводности электролита как при нормальных условиях, так и при пониженных температурах. Решающим фактором будет являться отношение значения электропроводности электролита при нормальных условиях к значению электропроводности электролита при пониженной температуре. В таблице 1 приведены значения электропроводности электролита при различных концентрациях 1-этил-3-метилимидазолия тетрафторобората в смеси ацетонитрила и пропионитрила.

Несмотря на то что максимальная электропроводность при нормальных условиях достигается при концентрации ионогена 2 моль/л, при температуре минус 55°С максимум электропроводности наблюдается при концентрации 1,5 моль/л, и этой же концентрации соответствует наименьшее значение отношения электропроводностей электролита. Поэтому оптимальной концентрацией ионогена для данной системы является 1,5 моль/л.

Наиболее предпочтительным веществом для использования в качестве ионогена является хотя бы одно вещество, выбранное из солей четвертичного алкиламмония или ионных жидкостей, либо их смесь. Из солей четвертичного алкиламмония наиболее предпочтительным является тетраэтиламмония тетрафтороборат в силу его высокой способности к растворению в смеси растворителей и низкой стоимости. Из ионных жидкостей наиболее предпочтительным является 1-этил-3-метилимидазолия тетрафтороборат по причине его высокой электропроводности.

Как видно из Таблицы 2, при одинаковой концентрации соли и ионной жидкости в электролите в случае применения соли электропроводность ниже. В случае применения смеси соли и ионной жидкости электропроводность при пониженной температуре выше, чем при применении соли или ионной жидкости по отдельности. Таким образом, применение смеси ионогенов улучшает низкотемпературные характеристики электролита и конденсатора с ДЭС.

В качестве газопоглощающей добавки наиболее предпочтителен нитробензиловый спирт по причине его низкой токсичности по сравнению с другими нитроароматическими соединениями, а также отсутствия эффекта снижения электропроводности при его добавлении в электролит при пониженных температурах. Использование газопоглощающей добавки необходимо в тех случаях, когда конденсатор с ДЭС, изготовленный с использованием рабочего электролита в соответствии с настоящим изобретением, эксплуатируется при пиковых токовых нагрузках. Предлагается электролит следующего состава:

Соотношения указанных компонентов были оптимизированы, что позволило получить оптимальные параметры электролита. Параметры данного электролита отражены в Таблице 4:

Параметры рабочего электролита зависят от режима его приготовления, в ходе которого происходит перемешивание компонентов электролита между собой.

Сначала соль и/или ионная жидкость растворяются в одном из растворителей, затем добавляется другой растворитель. Как минимум, растворитель с растворенной солью и/или ионной жидкостью подвергается осушению молекулярным ситом при непрерывном перемешивании, что связано со значительным содержанием воды в соли и ионной жидкости.

Конечный раствор подвергается перемешиванию в течение определенного промежутка времени.

Технологический процесс приготовления рабочего электролита включает в себя следующие этапы:

1) загрузка одного из растворителей в реактор при температуре окружающей среды. Предпочтительнее загружать тот растворитель, содержание которого в смеси растворителей меньше, а именно пропионитрил;

2) загрузка соли и/или ионной жидкости в растворитель и перемешивание до полного растворения. Скорость перемешивания устанавливается на уровне 60 оборотов мешалки за 1 минуту. В том случае, если используется смесь соли и ионной жидкости, сначала загружается ионная жидкость, а затем соль;

3) загрузка нитробензилового спирта. Для ускорения растворения производится нагрев смеси до полного растворения, при этом температура не должна превысить +50°С;

4) остывание смеси до температуры окружающей среды проводится при постоянном перемешивании;

5) загрузка молекулярного сита в смесь и перемешивание до тех пор, пока содержание воды в смеси не уменьшится до 20 ppm;

6) загрузка второго растворителя (ацетонитрил) и перемешивание получившегося раствора в течение 12-48 часов. Предпочтительным является перемешивание в течение 24-27 часов;

7) перемещение готового электролита в герметичную емкость для хранения.

Секция конденсатора с ДЭС изготавливается из электродов на основе высокопористых углеродных материалов и сепараторного материала, расположенного между ними, и имеет вид слоистой или спирально намотанной структуры, образованной чередованием электродов и сепаратора. Секция подвергается сушке в вакууме в течение определенного времени при температуре не ниже 100°С. Затем секция подвергается пропитке рабочим электролитом, помещается в корпус, закрывается уплотнительным элементом и уплотняется в условиях контролируемой влажности. При пропитке предпочтительным является чередование давления выше и ниже атмосферного.

В соответствии с описанным выше процессом приготовления были изготовлены рабочие электролиты. Их состав и нормы соответствуют указанным выше. Составы и параметры электролитов приведены в Таблицах 6-9. Рабочий электролит, Пример 2, предназначен для использования в конденсаторах с ДЭС, работающих при пиковых токовых нагрузках.

Пример 1

Пример 2

Как видно из параметров электролитов, увеличение концентрации нитробензилового спирта незначительно снижает электропроводность электролита, однако его параметры полностью соответствуют нормам, приведенным выше.

Пример 3

В соответствии с указанным выше способом были изготовлены конденсаторы с ДЭС. Для изготовления использовался рабочий электролит, Пример 2.

Параметры конденсаторов с ДЭС были измерены, результаты измерений приведены в Таблице 9.

Как видно из параметров, приведенных в таблице, конденсаторы с ДЭС с использованием электролита в соответствии с настоящим изобретением имеют высокое напряжение, при этом рабочее напряжение не снижается при снижении температуры.

1. Рабочий электролит для конденсатора с двойным электрическим слоем на номинальное напряжение 2,5 В и рабочие температуры от минус 55 до 65°С, в состав которого входят: смесь ионогенов в виде соли четвертичного алкиламмония и органической либо неорганической кислоты с ионной жидкостью; смесь органических растворителей, где основной растворитель ацетонитрил, а сорастворитель из числа нитрилов, или циклических карбонатов, или лактонов, или эфиров, или циклических эфиров, причем основной растворитель занимает 30-78 мас.%, отличающийся тем, что в электролите ионоген занимает 12-47 мас.%, сорастворитель занимает 5-35 мас.%, а дополнительная газопоглощающая добавка занимает 0,1-5 мас.%.

2. Рабочий электролит по п. 1, отличающийся тем, что оптимальной концентрацией для ионогена является 38 мас.%.

3. Рабочий электролит по п. 1, отличающийся тем, что солью четвертичного алкиламмония и неорганической кислоты является тетраэтиламмония тетрафторборат.

4. Рабочий электролит по п. 1, отличающийся тем, что ионной жидкостью является 1-этил-3-метилимидазолия тетрафторборат.

5. Рабочий электролит по п. 1, отличающийся тем, что газопоглощающей добавкой является нитробензиловый спирт.

6. Способ приготовления рабочего электролита для ДЭС на номинальное напряжение 2,5 В и рабочие температуры от минус 55 до 65°С, заключающийся в том, что ионогены, а именно сначала 1-этил-3-метилимидазолия тетрафтороборат, затем тетраэтиламмония тетрафтороборат, растворяют в одном из растворителей, а именно в пропионитриле, при комнатной температуре со скоростью перемешивания 60 об/мин после загрузки газопоглощающей добавки, а именно нитробензилового спирта, для ускорения процесса растворения производят нагрев смеси до +50°С, а остывание смеси проводят при постоянном помешивании, после чего растворитель с растворенным ионогеном подвергают осушению молекулярным ситом, после чего добавляют другой растворитель, а именно ацетонитрил, и перемешивают раствор предпочтительно в течение 12-48 часов, при этом основной растворитель занимает 30-78 мас.%, отличающийся тем, что сорастворитель занимает 5-35 мас.%, ионоген занимает 12-47 мас.%, газопоглощающая добавка занимает 0,1-5 мас.%.

7. Конденсатор с ДЭС на номинальное напряжение 2,5 В и рабочие температуры от минус 55 до 65°С представляет собой секцию, изготовленную на основе высокопористых углеродных материалов и сепараторного материала, расположенного между ними, имеющую вид слоистой или спиральной намотанной структуры, образованной чередованием электродов и сепаратора, пропитанную рабочим электролитом в режиме чередования давления и помещенную в корпус, который закрывают уплотнительным элементом, отличающийся тем, что секцию подвергают сушке в вакууме при температуре не ниже 100°С, корпус уплотняют в условиях контролируемой влажности, а рабочий электролит имеет состав по п. 1 и приготовлен способом по п. 6.



 

Похожие патенты:

Электрохимическое устройство для накопления энергии относится к электротехнике, в частности к конструкции электрохимического устройства, аккумулирующего электрическую энергию, и может быть использовано в современной энергетике, например в системах аварийного энергоснабжения, в устройствах, аккумулирующих энергию рекуперативного торможения на транспорте, в качестве тяговых батарей для электротранспорта (электромобилях, гибридных электромобилях).

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.

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, точнее к электрохимическим конденсаторам, а именно к гибридным или асимметричным конденсаторам с щелочным электролитом, и может быть использовано для изготовления неполяризуемого гидроксидноникелевого электрода данного конденсатора.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двойнослойных конденсаторов - суперконденсаторов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям на основе двухслойных конденсаторов - суперконденсаторов.

Объектом настоящего изобретения является, в частности, проводящий электрод для системы (1) накопления электрической энергии с водным раствором электролита, где указанный электрод содержит металлический коллектор тока (3) и активное вещество (7), причем указанный металлический коллектор тока (3) содержит защитный проводящий слой (5), расположенный между указанным металлическим коллектором тока (3) и указанным активным веществом (7), отличающийся тем, что указанный защитный проводящий слой (5) содержит: от 30 до 85 мас.% в расчете на сухое вещество сополимерной матрицы, от 70 до 15 мас.% в расчете на сухое вещество проводящего наполнителя в дополнение к массовому количеству (в расчете на сухое вещество) сополимера, так чтобы в сумме получалось 100%.

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники и может найти применение в приборостроении, энергетике, электронике, в приборах мобильной связи в качестве слаботочного источника питания.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для автономного обеспечения электроэнергией как отдельных приборов, механизмов и машин, так и крупных жилых и производственных объектов.

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.

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.

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.

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.

Группа изобретений относится к электрической тяговой системе транспортного средства с питанием от собственных источников энергоснабжения. Подсистема аккумулирования энергии содержит металлический корпус, систему аккумулирования электроэнергии и электрические защитные устройства. Система аккумулирования энергии механически закреплена внутри металлического корпуса и включает суперконденсаторные модули с несколькими суперконденсаторами. Суперконденсаторы соединены электрически последовательно один с другим и расположены внутри металлической оболочки. Электрическое защитное устройство выполнено с возможностью размыкания электрической цепи так, чтобы с электрическим заземлением соединялся металлический корпус или суперконденсаторный модуль. Система аккумулирования энергии содержит подсистему аккумулирования энергии. Рельсовое транспортное средство содержит систему аккумулирования. Технический результат заключается в повышении защиты суперконденсаторных модулей при дефекте внутренней изоляции. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологии приготовления наноструктурированных композитов на основе высокопористых углеродных матриц, наполненных наночастицами золота. Способ получения золото-углеродного наноструктурированного композита включает подготовку высокопористой углеродной матрицы путем обработки углеродного материала раствором щелочи, восстановление в порах полученной матрицы наноразмерных частиц золота путем пропитки навески матрицы водным раствором прекурсора HAuCl4 с последующими нагревом, промывкой и сушкой. При подготовке углеродной матрицы обработку углеродного материала проводят насыщенным раствором щелочи в массовом соотношении щелочь:углеродный материал, равном (2,5÷4):1, пропитку полученной высокопористой углеродной матрицы проводят раствором прекурсора HAuCl4 с концентрацией 4,1⋅10-3÷1,07⋅10-1 моль/л. Изобретение позволяет создать золото-углеродный наноструктурированный композит с высокой удельной поверхностью и малым содержанием золота. 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а именно к гельполимерному электролиту, который может быть использован при производстве литиевых первичных и вторичных источников тока, а также в суперконденсаторах. Техническим результатом изобретения является увеличение гомогенности электролита и повышение в нем коэффициента диффузии лития. Кроме того, предложенный гельполимерный электролит обеспечивает повышение удельной электрической проводимости, а также высокую химическую и электрохимическую стабильность. Указанный результат достигается за счет использования в качестве полимерной матрицы аморфного перфторполиэфира. 1 табл.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двухслойных конденсаторов - суперконденсаторов. Электрохимическое устройство содержит сборный пакет единичных электрохимических элементов в ламинирующем корпусе. Каждый электрохимический элемент выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами на противоположных сторонах рулона. Концевые токоотводы смежных электрохимических элементов по первому варианту соединены гибкими проводящими перемычками, а по второму – неразъемно соединены непосредственно между собой. Каждый электрохимический элемент в пакете заключен в герметичную камеру. Камеры образованы единым для всех элементов ламинирующим корпусом, сложенным зигзагом. Повышение КПД устройства за счет снижения контактного сопротивления токопроводящих элементов батареи при простоте изготовления сборки электрохимического устройства, является техническим результатом изобретения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх