PL221360B1 - Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene and an alkali metal iodide solutions - Google Patents

Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene and an alkali metal iodide solutions

Info

Publication number
PL221360B1
PL221360B1 PL398370A PL39837012A PL221360B1 PL 221360 B1 PL221360 B1 PL 221360B1 PL 398370 A PL398370 A PL 398370A PL 39837012 A PL39837012 A PL 39837012A PL 221360 B1 PL221360 B1 PL 221360B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
mol
electrolyte
dihydroxybenzene
solutions
electrochemical capacitor
Prior art date
Application number
PL398370A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL398370A1 (en
Inventor
Elżbieta Frąckowiak
Grzegorz Lota
Krzysztof Fic
Mikołaj Meller
Original Assignee
Politechnika Poznańska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Poznańska filed Critical Politechnika Poznańska
Priority to PL398370A priority Critical patent/PL221360B1/en
Publication of PL398370A1 publication Critical patent/PL398370A1/en
Publication of PL221360B1 publication Critical patent/PL221360B1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworach dihydroksybenzenów i jodków metalu alkalicznego, składający się z dwóch porowatych elektrod węglowych o rozwiniętej powierzchni, pracujących w roztworze elektrolitu z dodatkiem dihydroksybenzenów (od-1 powiednio 1,2- lub 1,4-dihydroksybenzen) w ilości 0,38 mol L-1 oraz roztworu jodku metalu alkalicznego. Kondensator tego rodzaju znajduje zastosowanie jako urządzenie do magazynowania energii.The subject of the invention is an electrochemical capacitor working in solutions of dihydroxybenzenes and alkali metal iodides, consisting of two porous carbon electrodes with a developed surface, working in an electrolyte solution with the addition of dihydroxybenzenes (1,2- or 1,4-dihydroxybenzene, respectively) in the amount of 0.38 mol L -1 and an alkali metal iodide solution. This type of capacitor is used as an energy storage device.

Kondensatory elektrochemiczne (zwane również superkondensatorami) w przeciwieństwie do konwencjonalnych źródeł energii, tj. ogniw elektrochemicznych, gromadzą ładunek w podwójnej warstwie elektrycznej. Ładowanie podwójnej warstwy elektrycznej polega na separacji ładunków, a następnie ich akumulacji w porach elektrody, na granicy faz elektroda/elektrolit. Dlatego konieczne jest zastosowanie materiałów elektrodowych o rozwiniętej powierzchni właściwej (najczęściej materiałów 2 -1 węglowych o powierzchni powyżej 1000 m2 g-1) i odpowiedniej porowatości, co opisano w pracach:Electrochemical capacitors (also called supercapacitors), unlike conventional energy sources, i.e. electrochemical cells, accumulate a charge in an electrical double layer. The charging of the electrical double layer consists in the separation of charges and then their accumulation in the pores of the electrode at the electrode / electrolyte interface. Therefore, it is necessary to use electrode materials with a developed specific surface (most often 2 -1 carbon materials with a surface area above 1000 m 2 g -1 ) and appropriate porosity, which was described in the works:

Elżbieta Frąckowiak, Franęois Beguin „Electrochemical storage of energy in carbon nanotubes and nanostructured carbons” Carbon 40 (2002) 1775-1787 oraz Elżbieta Frąckowiak „Carbon materials for supercapacitor application” Physical Chemistry Chemical Physics 9 (2007) 1774-1785. Ze względu na elektrostatyczny charakter gromadzenia ładunku, superkondensatory charakteryzują się bardzo dużą mocą, którą są w stanie dostarczyć w bardzo krótkim czasie (rzędu kilku milisekund). Dzięki temu znalazły one zastosowanie w różnego rodzaju aplikacjach wymagających dużej mocy, takich jak: napędy hybrydowe w pojazdach (głównie w systemach start/stop czy odzyskiwania energii w trakcie hamowania), dźwigi portowe, systemy bezpieczeństwa w samolotach (landing gears) oraz zarządzanie energią elektryczną produkowaną ze źródeł odnawialnych (turbiny wiatrowe, ogniwa słoneczne).Elżbieta Frąckowiak, Franęois Beguin "Electrochemical storage of energy in carbon nanotubes and nanostructured carbons" Carbon 40 (2002) 1775-1787 and Elżbieta Frąckowiak "Carbon materials for supercapacitor application" Physical Chemistry Chemical Physics 9 (2007) 1774-1785. Due to the electrostatic nature of the accumulation of charge, supercapacitors are characterized by very high power, which they are able to deliver in a very short time (on the order of a few milliseconds). Thanks to this, they have been used in various types of applications that require high power, such as: hybrid drives in vehicles (mainly in start / stop systems or energy recovery during braking), port cranes, safety systems in aircraft (landing gears) and electricity management. produced from renewable sources (wind turbines, solar cells).

Kondensatory elektrochemiczne podczas magazynowania energii mogą również wykorzystywać reakcje faradajowskie. Tego typu reakcje chemiczne, związane ze zmianą stopnia utlenienia reagentów (reakcje redoks), są podstawowym źródłem energii w konwencjonalnych ogniwach elektrochemicznych. W przypadku superkondensatorów pozwalają one na zwiększenie pojemności, tzw. pseudopojemności i gęstości energii, dlatego też kondensator elektrochemiczny gromadzący ładunek w wyniku ładowania i wyładowania podwójnej warstwy elektrycznej oraz z reakcji redoks nazywamy pseudokondensatorem.Electrochemical capacitors can also use Faraday reactions during energy storage. These types of chemical reactions, related to the change in the oxidation state of the reactants (redox reactions), are the basic energy source in conventional electrochemical cells. In the case of supercapacitors, they allow you to increase the capacity, the so-called pseudocapacity and energy density, therefore the electrochemical capacitor accumulating the charge as a result of charging and discharging the electrical double layer and from the redox reaction is called a pseudo-capacitor.

Uzyskanie efektu pseudopojemności w materiałach węglowych można uzyskać przez ich odpowiednie modyfikacje co opisano w pracy: Elżbieta Frąckowiak, Franęois Beguin „Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors” Carbon 39 (2001) 937-950, takie jak:Obtaining the pseudo-capacity effect in carbon materials can be obtained by their appropriate modifications, as described in the paper: Elżbieta Frąckowiak, Franęois Beguin "Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors" Carbon 39 (2001) 937-950, such as:

1) utlenianie węgla, mające na celu zwiększenie zawartości tlenu w postaci grup funkcyjnych (np. przez obróbkę chemiczną, polaryzację elektrochemiczną),1) carbon oxidation aimed at increasing the oxygen content in the form of functional groups (e.g. by chemical treatment, electrochemical polarization),

2) tworzenie kompozytów węgiel/polimer przewodzący, stosując elektropolimeryzację monomeru (aniliny, pirolu) na powierzchni elektrody węglowej lub używając chemicznych metod polimeryzacji,2) formation of carbon / conductive polymer composites by electropolymerization of a monomer (aniline, pyrrole) on the surface of a carbon electrode or by chemical polymerization methods,

3) wprowadzanie elektroaktywnych cząstek tlenków metali przejściowych, takich jak RuO2, TiO2, Cr3O3, MnO2, CO2O3 do materiału węglowego.3) introducing electroactive particles of transition metal oxides such as RuO2, TiO2, Cr3O3, MnO2, CO2O3 into the carbon material.

Innowacyjnym rozwiązaniem jest wykorzystanie zjawiska pseudopojemności, za którą odpowiedzialny jest elektrolit, a nie materiał elektrodowy. Różnego rodzaju roztwory, w których pod wpływem polaryzacji zachodzą wspomniane reakcje redoks, mogą być z powodzeniem stosowane jako źródło pseudopojemności, np. zgłoszenie wynalazku P-386352 „Elektroda węglowa superkondensatora w roztworach jodku”. Jak dotychczas, w doniesieniach naukowych na ten temat pojawiło się kilka informacji dotyczących kondensatorów wykorzystujących mieszaninę kwasu siarkowego i hydrochinonu jako elektrolit, np. w pracy: Silvia Roldan, Marcos Granda, Rosa Menendez, Ricardo Santamaria, Clara Blanco „Mechanisms of energy storage in carbon-based supercapacitors modified with a quinoid redox-active electrolyte” The Journal of Physical Chemistry 115 (2011) 17606-17611 oraz Silvia Roldan, Clara Blanco, Marcos Granda, Rosa Menendez, Ricardo Santamaria „Towards a further generation of high-energy carbon-based capacitors by using redox-active electrolytes” Angewandte Chemie 123 (2011) 1737-1739. Superkondensatory pracujące w elektrolicie zawierającym różne pary redoks również są przedmiotem zgłoszeń wynalazków: zgłoszenie P-392370 „Kondensator elektrochemiczny” lub WO 2010068929 (A2) Cambis Jose Farahmandi (Chula Vista, California, USA) „Active electrolyte electrochemical capacitor”. W każdym przypadku wykorzystano sprzężenie odpowiednio dobranych par redoks, pozwalających uzyskać wysokie wartości pojemności i energii kondensatora.An innovative solution is to use the phenomenon of pseudo-capacity, for which the electrolyte is responsible, not the electrode material. Different types of solutions, in which the abovementioned redox reactions occur under the influence of polarization, can be successfully used as a pseudo-capacity source, e.g. the invention application P-386352 "Carbon electrode of a supercapacitor in iodide solutions". So far, in scientific reports on this subject, there has been some information about capacitors using a mixture of sulfuric acid and hydroquinone as an electrolyte, e.g. in the work: Silvia Roldan, Marcos Granda, Rosa Menendez, Ricardo Santamaria, Clara Blanco "Mechanisms of energy storage in carbon -based supercapacitors modified with a quinoid redox-active electrolyte "The Journal of Physical Chemistry 115 (2011) 17606-17611 and Silvia Roldan, Clara Blanco, Marcos Granda, Rosa Menendez, Ricardo Santamaria" Towards a further generation of high-energy carbon- based capacitors by using redox-active electrolytes ”Angewandte Chemie 123 (2011) 1737-1739. Supercapacitors operating in an electrolyte containing different redox pairs are also the subject of patent applications: application P-392370 "Electrochemical capacitor" or WO 2010068929 (A2) Cambis Jose Farahmandi (Chula Vista, California, USA) "Active electrolyte electrochemical capacitor". In each case, the coupling of appropriately selected redox pairs was used, allowing to obtain high capacitance and energy values of the capacitor.

Charakterystyka elektrochemiczna kondensatorów pracujących w roztworach kwaśnych (1 molElectrochemical characteristics of capacitors working in acidic solutions (1 mol

L-1 H2SO4) z dodatkiem dihydroksybenzenów dowiodła, że dla każdego z tych układów tylko jednaL -1 H2SO4) with the addition of dihydroxybenzenes proved that for each of these systems only one

PL 221 360 B1 z elektrod wykazuje dużą pojemność, W przypadku elektrolitu H2SO4+1,4 dihydroksybenzen była to elektroda ujemna, natomiast w przypadku elektrolitu H2SO4+1,2 dihydroksybenzen była to elektroda dodatnia i/lub ujemna.The electrodes showed a high capacity. In the case of the electrolyte H2SO4 + 1.4 dihydroxybenzene it was the negative electrode, while in the case of the electrolyte H2SO4 + 1.2 dihydroxybenzene it was the positive and / or negative electrode.

Ponieważ całkowita pojemność kondensatora jest wypadkową pojemności obu elektrod, zgodnie z równaniem (1) potencjał aplikacyjny każdego z tych układów wydawał się niewykorzystany.Since the total capacitance of the capacitor is the resultant of the capacitance of both electrodes, according to equation (1), the application potential of each of these systems seemed to be unused.

-1 -1-1 -1

W przypadku pracy kondensatora z roztworem 1 mol L-1 H2SO4 + 0,38 mol L-1 1,4-dihydroksybenzenu jako elektrolitem zauważyć można znaczny wzrost pojemności układu dopiero po odpowiedniej ilości cykli, jaką układ musi przepracować. Jest to spowodowane procesem, tzw. graftingu. Polega on w tym przypadku na zwiększeniu ilości grup tlenowych poprzez specyficzną elektrosorpcję 1,4-dihydroksybenzenu na powierzchni materiału węglowego, dzięki czemu udział reakcji redoks typu chinon/hydrochinon w kolejnych cyklach staje się coraz większy. W rezultacie pojemność takiego układu odpowiednio wzrasta. Proces ten uwidoczniono na fig. 2.In the case of operation of a capacitor with a solution of 1 mol L -1 H2SO4 + 0.38 mol L -1 1,4-dihydroxybenzene as an electrolyte, a significant increase in the capacity of the system can be noticed only after the appropriate number of cycles that the system must run. This is due to a process called grafting. In this case, it consists in increasing the number of oxygen groups through specific electrosorption of 1,4-dihydroxybenzene on the surface of the carbon material, thanks to which the share of the quinone / hydroquinone redox reaction in subsequent cycles becomes greater. As a result, the capacity of such a system increases accordingly. This process is shown in Fig. 2.

Odwracalne reakcje elektrodowe, których zapis podano poniżej traktowane są jako źródło pseudopojemności.Reversible electrode reactions, the records of which are given below, are treated as a source of pseudocapacity.

(2)(2)

1,4-dihydroksybenzen θ cykloheksano-2,5-dieno-1,4-dion1,4-dihydroxybenzene θ cyclohexane-2,5-dieno-1,4-dione

(3)(3)

1,2-dihydroksybenzen θ cykloheksano-3,5-dieno-1 ,2-dion1,2-dihydroxybenzene θ cyclohexane-3,5-dieno-1,2-dione

1,3-dihydroksybenzen θ cykloheksan-1,3-dion1,3-dihydroxybenzene θ cyclohexane-1,3-dione

Reakcje (2) i (3) są szybkie i odwracalne, natomiast reakcja (4) jest reakcją najczęściej nieodwracalną i zachodzi zazwyczaj wyłącznie w obecności dodatkowych silnych utleniaczy. Spowodowane jest to niepreferowaną termodynamicznie formą sprzężonych wiązań benzochinoidowych w cykloheksano-1,3-dionie.Reactions (2) and (3) are fast and reversible, while reaction (4) is most often irreversible and usually takes place only in the presence of additional strong oxidants. This is due to a thermodynamically unprecedented form of conjugated benzoquinones in cyclohexane-1,3-dione.

Każda z tych reakcji zachodzi w innym obszarze potencjałów co pozwala wykorzystać je jako skoniugowane pary redoks, dające efekt pseudopojemności zwiększający pojemność kondensatora.Each of these reactions takes place in a different potential region, which allows to use them as redox conjugated pairs, giving the effect of pseudo-capacity increasing the capacitance of the capacitor.

Istotą wynalazku jest kondensator elektrochemiczny, składający się z elektrody dodatniej i ujemnej usytuowanych w elektrolicie, elektroda dodatnia i ujemna wykonane są z materiału węglo2 wego o rozwiniętej powierzchni właściwej co najmniej 200 m2/g usytuowanych w elektrolicie, charakteryzujący się tym, że elektroda dodatnia usytuowana jest w elektrolicie, którym jest roztwór zawierającyThe invention relates to an electrochemical capacitor, comprising positive and negative electrodes disposed in the electrolyte, positive electrode and negative are made of WĘGLO 2 ester with a surface area of at least 200 m 2 / g located in the electrolyte, characterized in that the positive electrode it is situated in the electrolyte which is the containing solution

-1 -1 -1 jony jodkowe o stężeniu 0,05 mol L- - 5 mol L- , korzystnie 1 mol L- , których rozpuszczalnikiem jest woda, natomiast elektroda ujemna (3) usytuowana jest w elektrolicie, którym jest mieszanina dwóch-1 -1 -1 iodide ions with a concentration of 0.05 mol L - - 5 mol L - , preferably 1 mol L - , whose solvent is water, while the negative electrode (3) is located in the electrolyte, which is a mixture of two

-1 -1 -1 roztworów: 0,01 mol L-1 - 0,5 mol L-1, korzystnie 0,38 mol L-1 1,4-dihydroksybenzenu albo 1,2-di-1 -1 -1 hydroksybenzenu oraz 0,01 mol L-1 - 5 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1 H2SO4, których rozpuszczalnikiem jest woda.-1 -1 -1 solutions: 0.01 mol L -1 - 0.5 mol L -1 , preferably 0.38 mol L -1 1,4-dihydroxybenzene or 1,2-di-1 -1 -1 hydroxybenzene and 0.01 mol L -1 - 5 mol L -1 , preferably 1 mol L -1 H 2 SO 4, of which water is the solvent.

PL 221 360 B1PL 221 360 B1

Korzystnym jest, gdy elektrolity oddzielone są separatorami i membraną.It is advantageous if the electrolytes are separated by separators and a membrane.

Ze względu na dużą aktywność elektrochemiczną ww. par redoks, badania elektrochemiczne wykazały również, iż korzystnym jest sprzężenie par redoks zawierających dihydroksybenzeny oraz roztwory innych pierwiastków lub związków takich jak jod w następujących konfiguracjach:Due to the high electrochemical activity of the above-mentioned redox pairs, electrochemical studies have also shown that the coupling of redox pairs containing dihydroxybenzenes and solutions of other elements or compounds such as iodine in the following configurations is beneficial:

- elektroda dodatnia 4 usytuowana jest w elektrolicie 1, którym jest mieszanina dwóch roztwo-1 -1 -1 rów: wodny roztwór zawierający jony jodkowe o stężeniu 0,05 mol L-1 - 5 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1, natomiast elektroda ujemna 3 usytuowana jest w elektrolicie 2, którym jest mieszanina dwóch roztwo-1 -1 -1 -1 rów: 0,01 mol L-1 - 0,5 mol L-1, korzystnie 0,38 mol L-1 - 1,4-dihydroksybenzenu oraz 0,01 mol L-1 -1 -1 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1 H2SO4 - elektroda dodatnia 4 usytuowana jest w elektrolicie 1, którym jest mieszanina dwóch roztworów: wodny roztwór zawierający jony jodkowe o stężeniu 0,05 mol- the positive electrode 4 is situated in the electrolyte 1, which is a mixture of two solutions -1 -1 -1: an aqueous solution containing iodide ions with a concentration of 0.05 mol L -1 - 5 mol L -1 , preferably 1 mol L -1 , while the negative electrode 3 is situated in the electrolyte 2, which is a mixture of two solutions -1 -1 -1 -1 equal to: 0.01 mol L -1 - 0.5 mol L -1 , preferably 0.38 mol L -1 - 1,4-dihydroxybenzene and 0.01 mol L -1 -1 -1 mol L -1 , preferably 1 mol L -1 H2SO4 - positive electrode 4 is located in electrolyte 1, which is a mixture of two solutions: an aqueous solution containing ions iodide with a concentration of 0.05 mol

-1 -1 -1-1 -1 -1

L-1 - 5 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1, natomiast elektroda ujemna 3 usytuowana jest w elektrolicie 2, -1 -1 -1 którym jest mieszanina dwóch roztworów: 0,01 mol L-1 - 0,5 mol L-1, korzystnie 0,38 mol L-1 1,2-di-1 -1 -1 hydroksybenzenu oraz 0,01 mol L-1 - 5 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1 H2SO4.L -1 - 5 mol L -1 , preferably 1 mol L -1 , while the negative electrode 3 is situated in the electrolyte 2, -1 -1 -1 which is a mixture of two solutions: 0.01 mol L -1 - 0.5 mol L -1 , preferably 0.38 mol L -1 1,2-di -1 -1 -1 hydroxybenzene and 0.01 mol L -1 - 5 mol L -1 , preferably 1 mol L -1 H 2 SO 4.

Dzięki zastosowaniu kondensatora według zastrzeżeń wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:Due to the use of the capacitor according to the claims of the invention, the following technical and operational effects were obtained:

> Pojemność kondensatora pracującego ze sprzężonymi parami redoks jako elektrolit, uległa zwiększeniu w porównaniu z kondensatorem pracującym jedynie z samym kwasem siarkowym jako elektrolit, nawet przy reżimie prądowym rzędu 10A g-1.> The capacity of a capacitor working with redox coupled pairs as electrolyte has increased compared to a capacitor working only with sulfuric acid as electrolyte, even with a current regime of 10A g -1 .

-1 -1 > Większa wartość grawimetrycznej gęstości mocy (ok. 1000 W kg-) i energii (ok. 4 Wh kg-) w porównaniu z kondensatorem pracującym jedynie w 1 mol L-1 H2SO4, którego wartość gęstości -1 -1 energii maleje do ok. 1 Wh kg-1 przy jednoczesnej gęstości mocy ok. 1000 W kg-1.-1 -1> Higher value of gravimetric power density (approx. 1000 W kg - ) and energy (approx. 4 Wh kg - ) compared to a capacitor operating only in 1 mol L -1 H2SO4, whose density value is -1 -1 energy it decreases to approx. 1 Wh kg -1 with a simultaneous power density of approx. 1000 W kg -1 .

> W przypadku kondensatora operującego w roztworze kwasu siarkowego z dodatkiem 1,4-dihydroksybenzenu jako elektrolitem, wykorzystując metodę woltamperometrii cyklicznej w układzie trójelektrodowym wykazano, że elektrodą o znacznie większej pojemności jest elektroda ujemna.> In the case of a capacitor operating in a solution of sulfuric acid with the addition of 1,4-dihydroxybenzene as the electrolyte, using the cyclic voltammetry method in a three-electrode system, it was shown that the electrode with a much larger capacity was the negative electrode.

-1 -1-1 -1

Dzięki temu elektrolit o stężeniu 1 mol L-1 H2SO4 + 0,38 mol L-1 1,4-dihydroksybenzenu może być zastosowany jako elektrolit elektrody ujemnej w sprzężonych parach redoks; elektrolit elektrody dodatniej stanowić powinien roztwór jodku metalu alkalicznego.As a result, the electrolyte with a concentration of 1 mol L -1 H2SO4 + 0.38 mol L -1 1,4-dihydroxybenzene can be used as the negative electrode electrolyte in coupled redox pairs; the electrolyte of the positive electrode should be an alkali metal iodide solution.

> W przypadku kwasu siarkowego z dodatkiem 1,2-dihydroksybenzenu jako elektrolitem, wykorzystując metodę woltamperometrii cyklicznej w układzie trójelektrodowym wykazano, że elektrodą o znacznie większej pojemności jest elektroda dodatnia. Dzięki temu roztwór H2SO4 + 1,2-dihydroksybenzen może być zastosowany jako elektrolit elektrody ujemnej w sprzężonej parze redoks, w której elektrolitem elektrody dodatniej jest roztwór jodku metalu alkalicznego.> In the case of sulfuric acid with the addition of 1,2-dihydroxybenzene as the electrolyte, using the cyclic voltammetry method in a three-electrode system, it was shown that the electrode with a much larger capacity is the positive electrode. As a result, the solution of H2SO4 + 1,2-dihydroxybenzene can be used as the electrolyte of the negative electrode in a coupled redox pair, in which the electrolyte of the positive electrode is an alkali metal iodide solution.

Wynalazek został uwidoczniony na fig. 1 która przedstawia schemat kondensatora.The invention is illustrated in Fig. 1 which is a schematic diagram of a capacitor.

Niniejszy wynalazek polega na wykorzystaniu aktywności elektrochemicznej roztworów kwasu siarkowego zmodyfikowanego dodatkiem odpowiedniego związku organicznego, tj. 1,2- lub 1,4-dihydroksybenzenu oraz jodku metalu alkalicznego. Oznacza to, że elektrody 3 i 4 kondensatora pracują w różnych, oddzielonych od siebie separatorami 5 i membraną 6, elektrolitach 1 i 2.The present invention is based on the use of the electrochemical activity of sulfuric acid solutions modified with the addition of a suitable organic compound, i.e. 1,2- or 1,4-dihydroxybenzene and an alkali metal iodide. This means that the electrodes 3 and 4 of the capacitor work in different electrolytes 1 and 2, separated from each other by separators 5 and membrane 6.

Ponieważ każda z elektrod w połączeniu z odpowiednim elektrolitem stanowi niezależny, aktywny elektrochemicznie układ redoks, możliwe jest ich efektywne wykorzystanie i osiągnięcie wysokiej wartości pojemności.Since each of the electrodes in combination with the appropriate electrolyte constitutes an independent, electrochemically active redox system, it is possible to use them efficiently and achieve a high capacity value.

Wynalazek ilustruje poniższy przykład:The invention is illustrated by the following example:

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Elektrody kondensatora elektrochemicznego wykonano z węgla aktywnego, którego powierzch2 -1 nia rzeczywista wynosiła 1470 m2 g-1. Tabletki o średnicy 10 mm i grubości ok. 0,7 mm uzyskano przez sprasowanie w prasie hydraulicznej mieszaniny: 85% wag. materiału węglowego, 10% wag. środka wiążącego (Kynar Flex 2801) oraz 5% wag. sadzy acetylenowej. Następnie tak przygotowane elektrody przeniesiono do fiolek zawierających roztwory elektrolitu. Elektrodę dodatnią umieszczono w wodnym roztworze jodku potasu o stężeniu 1 mol L-1, natomiast elektroda ujemna 3 umieszczonaThe electrodes of the electrochemical capacitor were made of active carbon, the real surface of which was 1470 m 2 g -1 . Tablets with a diameter of 10 mm and a thickness of approx. 0.7 mm were obtained by pressing in a hydraulic press the mixture: 85% by weight. % carbon material, 10 wt. % binder (Kynar Flex 2801) and 5 wt. acetylene carbon black. Then, the electrodes prepared in this way were transferred to vials containing electrolyte solutions. The positive electrode was placed in a 1 mol L -1 aqueous solution of potassium iodide, while the negative electrode 3 was placed

-1 -1 została w elektrolicie 2, którym jest mieszanina dwóch roztworów: 1 mol L-1 H2SO4 i 0,38 mol L-1 1,2-dihydroksybenzenu. Fiolki zamknięto i pozostawiono na 24 godziny. Po tym czasie nasączono elektrolitami separatory (Whatman GF/F) i wraz z elektrodami przeniesiono je do naczynia elektrochemicznego.-1 -1 remained in electrolyte 2, which is a mixture of two solutions: 1 mol L -1 H2SO4 and 0.38 mol L -1 1,2-dihydroxybenzene. The vials were closed and left for 24 hours. After this time, the separators (Whatman GF / F) were soaked with electrolytes and transferred together with the electrodes to the electrochemical vessel.

-1 -1-1 -1

Wartość pojemności wyniosła 184 F g-1 dla gęstości prądu wyładowania 1 A g-1.The capacitance value was 184 F g -1 for a discharge current density of 1 A g -1 .

Claims (1)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworach dihydroksybenzenów i jodków metalu alkalicznego składający się z elektrody dodatniej i ujemnej wykonanych z materiału węglowego o roz2 winiętej powierzchni właściwej co najmniej 200 m2/g usytuowanych w elektrolicie, znamienny tym, że elektroda dodatnia (4) usytuowana jest w elektrolicie (1), którym jest roztwór zawierający jony jodkowe -1 -1 -1 o stężeniu 0,05 mol L- - 5 mol L- , korzystnie 1 mol L- , którego rozpuszczalnikiem jest woda, natomiast elektroda ujemna (3) usytuowana jest w elektrolicie (2), którym jest mieszanina dwóch roztwo-1 -1 -1 rów: 0,01 mol L-1 - 0,5 mol L-1, korzystnie 0,38 mol L-1 1,4-dihydroksybenzenu albo 1,2-dihydroksy-1 -1 -1 benzenu oraz 0,01 mol L-1 - 5 mol L-1, korzystnie 1 mol L-1 H2SO4, których rozpuszczalnikiem jest woda. 2. Kondensator elektrochemiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że elektrolity (1) i (2) oddzielone są separatorami (5) i membraną (6).1. An electrochemical capacitor working solutions dihydroksybenzenów and alkali metal iodides consisting of positive and negative electrodes made of carbon material of a size 2 vignette surface area of at least 200 m 2 / g located in the electrolyte, characterized in that the positive electrode (4) is arranged it is in the electrolyte (1), which is a solution containing iodide ions -1 -1 -1 with a concentration of 0.05 mol L - - 5 mol L - , preferably 1 mol L - , the solvent of which is water, while the negative electrode (3) it is situated in the electrolyte (2), which is a mixture of two solutions -1 -1 -1 equal: 0.01 mol L -1 - 0.5 mol L -1 , preferably 0.38 mol L -1 1,4-dihydroxybenzene or 1,2-dihydroxy-1 -1 -1 benzene and 0.01 mol L -1 - 5 mol L -1 , preferably 1 mol L -1 H 2 SO 4, whose solvent is water. 2. The electrochemical capacitor according to claim 1 A method as claimed in claim 1, characterized in that the electrolytes (1) and (2) are separated by separators (5) and a membrane (6).
PL398370A 2012-03-08 2012-03-08 Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene and an alkali metal iodide solutions PL221360B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL398370A PL221360B1 (en) 2012-03-08 2012-03-08 Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene and an alkali metal iodide solutions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL398370A PL221360B1 (en) 2012-03-08 2012-03-08 Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene and an alkali metal iodide solutions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL398370A1 PL398370A1 (en) 2013-09-16
PL221360B1 true PL221360B1 (en) 2016-03-31

Family

ID=49156143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL398370A PL221360B1 (en) 2012-03-08 2012-03-08 Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene and an alkali metal iodide solutions

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL221360B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL398370A1 (en) 2013-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yan et al. Chemically self-charging aqueous zinc-organic battery
Zhou et al. High-energy Sn–Ni and Sn–air aqueous batteries via stannite-ion electrochemistry
Evanko et al. Redox-enhanced electrochemical capacitors: status, opportunity, and best practices for performance evaluation
Yadav et al. Nonaqueous, redox‐active gel polymer electrolyte for high‐performance supercapacitor
Chang et al. High efficiency of CO2-activated graphite felt as electrode for vanadium redox flow battery application
Park et al. Material design and engineering of next-generation flow-battery technologies
Ghosh et al. Nafion ionomer-based single component electrolytes for aqueous Zn/MnO2 batteries with long cycle life
EP2785442A1 (en) Redox flow cell comprising high molecular weight compounds as redox pair and semipermeable membrane for storage of electrical energy
Staiti et al. Investigation of polymer electrolyte hybrid supercapacitor based on manganese oxide–carbon electrodes
KR20180038476A (en) A phosphoric acid diester salt, a production method thereof, a nonaqueous electrolyte solution of a chargeable element,
Tomai et al. Analysis of degradation mechanisms in quinone-based electrodes for aqueous electrolyte system via in situ XRD measurements
WO2015025961A1 (en) Vanadium electrolyte, method for producing same and vanadium redox battery
Gu et al. Reducing self-discharge of iodide-based redox supercapacitors through highly concentrated salt solution
Wang et al. Ionic covalent organic framework membrane as active separator for highly reversible zinc–sulfur battery
JP5930260B2 (en) Electrochemical capacitor and method for producing electrochemical capacitor
Xu et al. Dihydrophenazine-based polymer with multi-electron redox characteristics: its electrochemical performances as the cathode of aqueous zinc-ion batteries
JP7573307B2 (en) Dual Ion Battery
TWI498931B (en) Energy storage device
PL221355B1 (en) Electrochemical capacitor working in solutions dihydroxybenzene and bromide ions
PL221360B1 (en) Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene and an alkali metal iodide solutions
Tachibana et al. Supercapacitor using an electrolyte charge storage system
Lufrano et al. Insight into iodine-doped carbon xerogel electrodes on the capacitance and long-term stability of quasi-solid-state supercapacitors
PL221362B1 (en) Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions and vanadium ions
PL221361B1 (en) Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions
NL2036529B1 (en) Coffee melanoidin for electrical energy storage device