усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости
Классы МПК: | H01G9/042 отличающиеся материалом H01G9/048 отличающиеся структурой |
Автор(ы): | Павлов Н.Н., Батурова Л.П., Бондаренко П.Н., Котов С.А., Никитин В.А., Пономарев А.Н., Танцура Н.П. |
Патентообладатель(и): | Санкт-Петербургский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-09-03 публикация патента:
20.09.2000 |
Изобретение относится к области разработки электролитических конденсаторов на основе двойного электрического слоя, которые могут быть при определенных условиях использованы в современной энергетике, автомобилестроении и т.д. в качестве резервных источников питания. Конденсатор состоит из высокопористых углеродных электродов, изготовленных из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002-0,02 г/см3 в виде пластин, содержащих в поверхностном слое смесь фуллеренов C60/C70, пористого сепаратора из полимерного волокна. Предварительно вся система пропитана смешанным сульфатно-галогенидным электролитом и помещается в герметичный корпус той или иной конструкции. В крышке корпуса укреплены токоподводы, соединенные с электродами с помощью коллектора. Использование поляризуемых электродов из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита, содержащих в поверхностном слое смесь фуллеренов C60/C70, позволяет реализовать экологически чистый, ресурсосберегающий конденсатор повышенной надежности, который наряду с высокими значениями удельной емкости, достигающими 1,0 Ф и более на см3, отличается предельно низкими значениями токов утечки, не превышающими 1-2 мкА, и улучшенными характеристиками саморазряда (постоянная времени саморазряда составляет 106 с и более).
Формула изобретения
Усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, состоящий из пары плоскопараллельных поляризуемых углеродных электродов из активированных порошков, разделенных с помощью пористого сепаратора из полимерного волокна, пропитанного смешанным сульфатно-галогенидным электролитом, помещенных в герметичный корпус, в крышке которого укреплены токоподводы, соединенные с электродами с помощью коллектора, отличающийся тем, что электроды изготовлены из активированных порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002 - 0,02 г/см3 и покрыты слоем смеси фуллеренов C60/C70.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области разработки электролитических конденсаторов высокой удельной энергоемкости и в частности усовершенствованных конденсаторов на основе двойного электрического слоя, которые при определенных условиях могут быть использованы в современной энергетике, автомобилестроении и т.д. в качестве резервных источников питания. Известны электролитические конденсаторы на основе двойного электрического слоя /1-5/, в которых поляризуемые электроды выполнены из порошков активированного углерода, карбонизированных полимерных волокон, активированных углеродом, пасты из графитового порошка и т.д. Активирование порошков углерода проводится с целью повышения их адсорбционных свойств, увеличения удельной поверхности и представляет, как правило, регулируемое окисление с помощью подходящих газов при повышенных температурах. Например, водяным паром или двуокисью углерода в интервале температур 800-1000oC или воздухом в интервале 300-600oC /5/. Могут быть использованы и другие газы, такие как хлор, двуокись серы и т.д. Обычно время активации колеблется от 30 минут до 24 часов в зависимости от условий окисления и качества используемого углеродного материала. Однако газы, поглощенные активированным углеродом, могут выделяться в процессе циклической зарядки конденсатора и приводить к выходу их из строя. Один из способов удаления поглощенных газов представляет вакуумную обработку при давлении 10-3-10-6 атм. Получаемый таким образом активированный углерод типа APL или PWA в виде порошка или мелкодисперсных частиц смешивают с электролитом для получения вязкой суспензии. Избыток электролита экстрагируют фильтрацией в вакууме или под давлением. Необходимые электроды формуют из полученной пасты путем размещения заданного количества пасты под пуассоном. Прототипом данного изобретения выбран конденсатор с двойным электрическим слоем /6/, который состоит из поляризуемых положительного и отрицательного электродов с высокоразвитой поверхностью, изготовленных, например, из активированного углеродного материала, разделенных ионопроводящим сепаратором и пропитанных электролитом. Поляризуемые электроды имеют различную емкость. Это обеспечивается различностью их масс. Однако при повышении объемной массы углерода может происходить потеря механической прочности материала электрода, что может приводить к сокращению срока службы конденсатора. При использовании для электродов дисков из активированной углеродной ткани типа ТСА получать углеродные электроды повышенной пористости не представляется возможным. Задачей данной разработки является создание конденсатора высокой удельной энергоемкости, который наряду с высоким значением удельной емкости характеризуется предельно низкими значениями токов утечки и улучшенными характеристиками саморазряда. Цель достигается тем, что в известном конденсаторе углеродные электроды изготовлены из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002 - 0,02 г/см3 и содержат в поверхностном слое смесь фуллеренов C60/C70. Активирование порошков природного графита плазмохимическим методом дает возможность получать углеродные порошки, характеризующиеся высокоразвитой поверхностью, которая составляет несколько тысяч квадратных метров в расчете на 1 см3 объема, и предельно низкой насыпной плотностью, достигающей при определенных режимах до 0,002 г/см2. Плазмохимическая обработка порошков природного графита производится в два этапа. Первый этап включает образование слоистых соединений внедрения, происходящих в ряде окисленных сред (как жидких, так и газообразных), приводящее к увеличению межплоскостных расстояний в решетке графита. На втором этапе - термообработка при температуре 800oC, обеспечивающая быстрое испарение продуктов разложения межслойных соединений внедрения. В результате этого происходит расширение блоков, искажение слоистой структуры и значительное увеличение объема частиц графита. Наибольшее увеличение объема частиц (до 200 раз) достигается при обработке интеркалированных порошков природного графита в потоке высокочастотной азотной или аргоновой плазмы. Длительность процесса обработки составляет (3-8)![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156001/183.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156001/183.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156001/183.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156012/8773.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156012/8773.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156001/183.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156012/8773.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156012/8773.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156001/183.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156012/8773.gif)
![усовершенствованный конденсатор высокой удельной энергоемкости, патент № 2156512](/images/patents/315/2156012/8773.gif)
1. Патент N 61-84819, Двухслойный электролитический конденсатор. Танахаси И. и др., Япония, опубл. 30.04.1986 г., МКИ H 01 G 9/00. 2. Патент N 61-287216, Поляризующий электрод и способ его изготовления, Танахаси И. и др. , Япония, опубл. 17.12.1986 г., МКИ H 01 G 9/00, G 02 F 1/17, P 01 M 4/02, 4/96. 3. Патент N 4713731, Двухслойный конденсатор, Д. Бус и др., США, опубл. 15.12.1987 г. 4. Насино А. и др. Плоские конденсаторы с двойным электрическим слоем с поляризуемыми электродами из волокна, активированного углем. National Technical Report, т. 31, 3, 1995, 318-370. 5. Патент EP N 0200327 A2, Усовершенствованные двухслойные конденсаторы, опубл. 10.12.1986. 6. Патент N 2094880 C1, Конденсатор с высокой удельной энергией, Попов А.В. и др., опубл. 27.10.1997 г.
Класс H01G9/042 отличающиеся материалом
Класс H01G9/048 отличающиеся структурой