PL221361B1 - Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions - Google Patents
Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutionsInfo
- Publication number
- PL221361B1 PL221361B1 PL398367A PL39836712A PL221361B1 PL 221361 B1 PL221361 B1 PL 221361B1 PL 398367 A PL398367 A PL 398367A PL 39836712 A PL39836712 A PL 39836712A PL 221361 B1 PL221361 B1 PL 221361B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- dihydroxybenzene
- mol
- solutions
- electrolyte
- capacitor
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims description 30
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 25
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 13
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 239000012224 working solution Substances 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000005205 dihydroxybenzenes Chemical class 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- UPWOEMHINGJHOB-UHFFFAOYSA-N oxo(oxocobaltiooxy)cobalt Chemical compound O=[Co]O[Co]=O UPWOEMHINGJHOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WOAHJDHKFWSLKE-UHFFFAOYSA-N 1,2-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC=CC1=O WOAHJDHKFWSLKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000001829 Catharanthus roseus Species 0.000 description 1
- 229920006370 Kynar Polymers 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- ZYEBMOFEZJXDTM-UHFFFAOYSA-N benzene-1,3-diol cyclohexane-1,3-dione Chemical compound C1(CC(CCC1)=O)=O.C1(O)=CC(O)=CC=C1 ZYEBMOFEZJXDTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004054 benzoquinones Chemical class 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- HJSLFCCWAKVHIW-UHFFFAOYSA-N cyclohexane-1,3-dione Chemical compound O=C1CCCC(=O)C1 HJSLFCCWAKVHIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest kondensator elektrochemiczny pracujący w roztworach dihydroksybenzenów, składający się z dwóch porowatych elektrod węglowych o rozwiniętej powierzchni, pracujących w roztworze elektrolitu z dodatkiem dihydroksybenzenów (odpowiednio 1,2- lub 1,4-1The subject of the invention is an electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions, consisting of two porous carbon electrodes with a developed surface, working in an electrolyte solution with the addition of dihydroxybenzenes (1,2- or 1,4-1
-dihydroksybenzen) w ilości 0,38 mol L-1. Kondensator tego rodzaju znajduje zastosowanie jako urządzenie do magazynowania energii.-dihydroxybenzene) in an amount of 0.38 mol L -1 . 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). 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. Uzyskanie efektu pseudopojemności w materiałach węglowych można uzyskać przez ich odpowiednie modyfikacje co opisano w pracy: Elżbieta Frąckowiak, Franęois Beguin „Carbon m aterials for the electrochemical storage of energy in capacitors” Carbon 39 (2001) 937-950, takie jak: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). 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 main source of energy 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. Obtaining the pseudo-capacity effect in carbon materials can be obtained by appropriate modifications, as described in the work: Elżbieta Frąckowiak, Franęois Beguin "Carbon m aterials 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, Cr2O3, MnO2, Co2O3 do materiału węglowego.3) introducing electroactive particles of transition metal oxides such as RuO2, TiO2, Cr2O3, 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 221 361 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.PL 221 361 B1 from the electrodes has 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).Since the total capacitance of the capacitor is the resultant of the capacitance of both electrodes, according to equation (1).
_ 1 1 ć - c~ + ~c~_ potencjał aplikacyjny każdego z tych układów wydawał się niewykorzystany._ 1 1 ć - c ~ + ~ c ~ _ the application potential of each of these systems seemed untapped.
-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.
1,2-dihydroksybenzen θ cykloheksano-3,5-dieno-1,2-dion1,2-dihydroxybenzene θ cyclohexane-3,5-diene-1,2-dione
1,3-dihydroksybenzen θ cykloheksano-1,3-dion1,3-dihydroxybenzene 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 pracujący w roztworach dihydroksybenzenów składający się z elektrody dodatniej i ujemnej wykonanych z materiału węglowego o rozwiniętej 2 powierzchni właściwej co najmniej 200 m2/g usytuowanych w elektrolicie, charakteryzujący się tym, że -1 elektroda dodatnia usytuowana jest w elektrolicie, którym jest mieszanina dwóch roztworów: 1 mol L-1 -1The invention relates to an electrochemical capacitor working solutions dihydroksybenzenów consisting of positive and negative electrodes made of carbonaceous material with a developed surface area of at 2 least 200 m 2 / g located in the electrolyte, characterized in that the positive electrode -1 is located in the electrolyte, which is a mixture of two solutions: 1 mol L -1 -1
H2SO4 i 0,38 mol L-1 1,2-dihydroksybenzenu, których rozpuszczalnikiem jest woda, natomiast elektro-1 da ujemna usytuowana jest w elektrolicie, którym jest mieszanina dwóch roztworów: 1 mol L-1 H2SO4 -1 i 0,38 mol L-1 1,4-dihydroksybenzenu, których rozpuszczalnikiem jest woda.H2SO4 and 0.38 mol L -1 1,2-dihydroxybenzene, the solvent of which is water, while the electro-1 da negative is located in the electrolyte, which is a mixture of two solutions: 1 mol L -1 H2SO4 -1 and 0.38 mol L -1 1,4-dihydroxybenzene in which the solvent is water.
Korzystnym jest, gdy elektrolity oddzielone są separatorami i membraną.It is advantageous if the electrolytes are separated by separators and a membrane.
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:
PL 221 361 B1 > 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 10 A g-1.The capacitance of a capacitor operating with coupled redox pairs as electrolyte has increased compared to a capacitor operating only with sulfuric acid as electrolyte, even with a current regime of 10 A 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 gęsto-1 -1 ści 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 decreases to approx. 1 Wh kg -1 with a simultaneous power density of approx. 1000 W kg -1 .
Wynalazek został uwidoczniony na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia schemat kondensatora, fig. 2 zależność pojemności od napięcia (przed i po cykliczności) dla kondensatora z elektrolitemThe invention has been shown in the drawings, where Fig. 1 shows a diagram of a capacitor, Fig. 2 dependence of capacitance on voltage (before and after cyclicity) for a capacitor with an electrolyte
-1 -1 mol L-1 H2SO4 + 0,38 mol L-1 1,4-dihydroksybenzenu, fig. 3 porównanie pojemności kondensatora pracującego wyłącznie w roztworze kwasu siarkowego oraz pracującego w roztworze 1 mol L-1 H2SO4 + 0,38 mol L-1 1,4-dihydroksybenzen, fig. 4 zależność pojemności kondensatora od gęstości prądu wyładowania, fig. 5 przedstawia wykres Ragone dla w/w kondensatora tzn. zależność grawimetrycznej energii od mocy.-1 -1 mol L -1 H2SO4 + 0.38 mol L -1 1,4-dihydroxybenzene, Fig. 3 comparison of the capacitance of a condenser working only in sulfuric acid solution and working in a solution of 1 mol L -1 H2SO4 + 0.38 mol L -1 1,4-dihydroxybenzene, Fig. 4 dependence of the capacitance on the discharge current density, Fig. 5 shows the Ragone diagram for the abovementioned capacitor, i.e. the dependence of gravimetric energy on power.
Niniejszy wynalazek polega na wykorzystaniu aktywności elektrochemicznej roztworów kwasu siarkowego zmodyfikowanego dodatkiem odpowiedniego związku organicznego, tj. 1,2- lub 1,4-dihydroksybenzenu. 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. 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 IP r z k ł a d I
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. 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 wraz z separatorami (Whatman GF/F) przeniesiono do fiolek zawierających roztwory odpowiednichThe 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. 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 together with separators (Whatman GF / F) were transferred to vials containing solutions of appropriate
-1 -1 elektrolitów o stężeniu kwasu siarkowego 1 mol L-1 oraz 0,38 mol L-1 dihydroksybenzenu i pozostawiono na 24 godziny. Po tym czasie nasączono elektrolitami separatory (Whatman GF/F) i wraz z elektrodami przeniesiono je do naczynia elektrochemicznego. Badaniom zostały poddane 4 rodzaje elektrolitów.-1 -1 of electrolytes with a sulfuric acid concentration of 1 mol L -1 and 0.38 mol L -1 of dihydroxybenzene 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. Four types of electrolytes were tested.
mol L-1 H2SO4 mol L-1 H2SO4 + 1,2-dihydroksybenzen mol L-1 H2SO4 + 1,3-dihydroksybenzen (dla porównania) mol L-1 H2SO4 + 1,4-dihydroksybenzenmol L -1 H2SO4 mol L -1 H2SO4 + 1,2-dihydroxybenzene mol L -1 H2SO4 + 1,3-dihydroxybenzene (for comparison) mol L -1 H2SO4 + 1,4-dihydroxybenzene
Tak skonstruowane kondensatory poddano testom elektrochemicznym: woltamperometrii cyklicznej (1-20 mV/s), galwanostatycznemu ładowaniu/wyładowaniu (200 mA/g-10 A/g).Capacitors constructed in this way were subjected to electrochemical tests: cyclic voltammetry (1-20 mV / s), galvanostatic charge / discharge (200 mA / g-10 A / g).
Wartości pojemności wynosiły odpowiednio: 135, 140, 120, 260 F g-1 dla gęstości prądu wyła-1 dowania 1 Ag-1.The capacitance values were respectively: 135, 140, 120, 260 F g -1 for the discharge current density of 1 Ag -1 .
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL398367A PL221361B1 (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL398367A PL221361B1 (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL398367A1 PL398367A1 (en) | 2013-09-16 |
| PL221361B1 true PL221361B1 (en) | 2016-03-31 |
Family
ID=49156140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL398367A PL221361B1 (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL221361B1 (en) |
-
2012
- 2012-03-08 PL PL398367A patent/PL221361B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL398367A1 (en) | 2013-09-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yan et al. | Chemically self-charging aqueous zinc-organic battery | |
| Wang et al. | A superior δ-MnO2 cathode and a self-healing Zn-δ-MnO2 battery | |
| 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 | |
| Zheng et al. | Hydrothermal encapsulation of VO 2 (A) nanorods in amorphous carbon by carbonization of glucose for energy storage devices | |
| Kamila et al. | Advances in electrochemical energy storage device: supercapacitor | |
| 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 | |
| Gao et al. | Highly stable polyaniline-based cathode material enabled by phosphorene for zinc-ion batteries with superior specific capacity and cycle life | |
| Yang et al. | Constructing high-energy-density aqueous supercapacitors with potassium iodide-doped electrolytes by a precharging method | |
| Tian et al. | Electropolymerization of 5-amino-2-naphthalenesulfonic acid and their application as the electrode material for supercapacitors | |
| Khalid et al. | Ultrasounds-assisted solvothermal synthesis of Ni-Co-Mn MOFs/PANI-CNTs nanocomposites with enhanced electrochemical energy storage performance | |
| US20180301763A1 (en) | Lead-acid batteries with fast charge acceptance | |
| Gupta et al. | A highly conjugated tetrakis-lawsone organic cathode material for enhancing the capacity utilization in the zinc-ion batteries | |
| RU2600566C2 (en) | Current-conducting electrode and corresponding method for manufacturing | |
| Xu et al. | Dihydrophenazine-based polymer with multi-electron redox characteristics: its electrochemical performances as the cathode of aqueous zinc-ion batteries | |
| CN103187179B (en) | Energy storage components | |
| PL221355B1 (en) | Electrochemical capacitor working in solutions dihydroxybenzene and bromide ions | |
| PL221361B1 (en) | Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions | |
| KR102521522B1 (en) | Electrolyte for supercapacitor containing PVDF-g-POEM polymer, supercapacitor using the same and Manufacturing method thereof | |
| PL221360B1 (en) | Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene and an alkali metal iodide solutions | |
| PL221362B1 (en) | Electrochemical capacitor working in dihydroxybenzene solutions and vanadium ions | |
| Rizwan et al. | Key Factors for Optimizing Energy Density in High‐Performance Supercapacitors | |
| DE102012203194A1 (en) | Electrochemical energy storage or energy conversion device of a galvanic cell with electrochemical half cells comprising a suspension of fullerene and ionic liquid | |
| RU2522947C2 (en) | Supercapacitor with inorganic composite electrolyte (versions) |