PL237465B1 - Kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur - Google Patents
Kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur Download PDFInfo
- Publication number
- PL237465B1 PL237465B1 PL419355A PL41935516A PL237465B1 PL 237465 B1 PL237465 B1 PL 237465B1 PL 419355 A PL419355 A PL 419355A PL 41935516 A PL41935516 A PL 41935516A PL 237465 B1 PL237465 B1 PL 237465B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electrolyte
- choline
- electrochemical capacitor
- water
- aqueous solution
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000004381 Choline salt Substances 0.000 claims abstract description 11
- 235000019417 choline salt Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 150000003248 quinolines Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000001763 2-hydroxyethyl(trimethyl)azanium Substances 0.000 claims description 9
- 235000019743 Choline chloride Nutrition 0.000 claims description 9
- 229960003178 choline chloride Drugs 0.000 claims description 9
- SGMZJAMFUVOLNK-UHFFFAOYSA-M choline chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCO SGMZJAMFUVOLNK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- LDWOOZOWGNCQRI-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyethyl(trimethyl)azanium;nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.C[N+](C)(C)CCO LDWOOZOWGNCQRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N choline Chemical compound C[N+](C)(C)CCO OEYIOHPDSNJKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L lithium sulfate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]S([O-])(=O)=O INHCSSUBVCNVSK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 6
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229960001231 choline Drugs 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- -1 tetraethylammonium tetrafluoroborate Chemical compound 0.000 description 3
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- JJCWKVUUIFLXNZ-UHFFFAOYSA-M 2-hydroxyethyl(trimethyl)azanium;bromide Chemical compound [Br-].C[N+](C)(C)CCO JJCWKVUUIFLXNZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FNPBHXSBDADRBT-UHFFFAOYSA-M 2-hydroxyethyl(trimethyl)azanium;iodide Chemical compound [I-].C[N+](C)(C)CCO FNPBHXSBDADRBT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052936 alkali metal sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000010 aprotic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- WXCQAWGXWVRCGP-UHFFFAOYSA-N choline sulfate Chemical compound C[N+](C)(C)CCOS([O-])(=O)=O WXCQAWGXWVRCGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N molybdate Chemical compound [O-][Mo]([O-])(=O)=O MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 3-aminoazetidine-1-carboxylate;hydrochloride Chemical compound Cl.CC(C)(C)OC(=O)N1CC(N)C1 RBTVSNLYYIMMKS-UHFFFAOYSA-N 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
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego, działający w szerokim zakresie temperatur, którego oddzielone porowatą membraną elektrody wykonane są z materiału węglowego. Kondensator charakteryzuje się tym, że elektrolit stanowi wodny roztwór soli choliny dowolnym stężeniu molowym, korzystnie 5 mol/L.
Description
Przedmiotem wynalazku jest kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur, pracujący w wodnym roztworze soli zawierającej kation choliny (IUPAC:2-hydroksyetylo(trimetylo)amoniowy) co umożliwia pracę kondensatora elektrochemicznego w niskiej temperaturze, aż do -40°C. Kondensator znajduje zastosowanie jako urządzenie do magazynowania energii.
Kondensatory elektrochemiczne (KE) zwane również superkondensatorami lub ultrakondensatorami to wysokopojemnościowe urządzenia do magazynowania energii, charakteryzujące się wysokimi gęstościami mocy dzięki czemu możliwe jest ich bardzo szybkie ładowanie/wyładowanie, w szczególności w porównaniu z innymi urządzeniami do magazynowania energii. Kondensatory elektrochemiczne znajdują zastosowanie wszędzie tam gdzie potrzebne jest przyjęcie „piku energii” w bardzo krótkim czasie, tak jak przy odzysku energii podczas hamowania (rekuperac yjnego) pojazdów, przy czym energia ta może zostać bardzo szybko oddana podczas następnego rozruchu. Dlatego, stosuje się je w pojazdach elektrycznych lub hybrydowych jako elementy współpracujące z innymi urządzeniami do magazynowania energii, np. bateriami litowo-jonowymi.
Ładowanie kondensatora elektrochemicznego, po przyłożeniu prądu zachodzi poprzez gromadzenie się jonów o przeciwnym znaku na powierzchni spolaryzowanych elektrod, odpowiednio kationów na elektrodzie ujemnej, anionów na elektrodzie dodatniej, tworząc podwójną warstwę elektryczną (PWE). Proces ten ma charakter fizyczny, a po odłączeniu źródła prądu zakumulowane jony pozostają, utrzymywane siłami przyciągania elektrostatycznego, na powierzchni elektroda/elektrolit.
Komercyjne kondensatory elektrochemiczne to głownie urządzenia na bazie elektrod wykonanych z węgla aktywowanego o wysokorozwiniętej powierzchni właściwej (1000-2500 m2/g) rozdzielonych izolującą elektrycznie, ale przepuszczalną dla jonów membraną nasączonych elektrolitem organicznym. Elektrolity organiczne to roztwory soli organicznych, głownie tetrafluoroboranu tetraetyloamoniowego, w rozpuszczalnikach organicznych, najczęściej acetonitrylu lub węglanie propylenu (PC). Pozwalają one na uzyskanie napięcia KE na poziomie 2,7-3,0 V, a tym samym wysokiej energii (zgodnie z równaniem E = ½ CU2) oraz pracę KE w szerokim zakresie temperatur od -40 °C do +60 C. Jednakże istotną wadą rozpuszczalników organicznych jest ich toksyczność oraz palność, a także w przypadku niekontrolowanego wzrostu temperatury powodującego wzrost ciśnienia ryzyko wybuchu urządzenia. Ponad to, wyprodukowanie kondensatorów elektrochemicznych na bazie elektrolitów organicznych jest relatywnie drogie z względu na koszty suszenia elektrod, wytworzenia bezwodnego elektrolitu oraz przeprowadzenia całej procedury wytwarzania KE w pozbawionej wilgoci atmosferze.
Alternatywne rozwiązanie stanowią elektrolity wodne, czyli wodne roztwory kwasów, zasad lub ich soli. Są one przyjazne dla środowiska a wytwarzanie urządzeń na ich bazie nie wymaga całkowitego wysuszenia węgla i konstruowania KE w pozbawionej wilgoci atmosferze. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się elektrolity wodne na bazie siarczanu(VI) litu (Li2SO4) lub siarczanu(VI) sodu (Na2SO4). Wynika to z ich niemal neutralnego pH oraz wysokiego przewodnictwa właściwego (pH=6,5 -7,0; δ>100 mS/cm). Zastosowanie tychże soli pozwala na pracę symetrycznego KE o elektrodach węglowych przy napięciu 2 V i dobrej trwałości cyklicznej. [PCT/EP2011/054147 „Electrochemical capacitors” F. Beguin, L. Demarconnay, E. Raymundo-Pinero; oraz PL215699 E. Frąckowiak, K. Fic, G. Lota], Takie wysokie napięcie KE możliwe jest dzięki nadpotencjałowi wydzielania wodoru na elektrodzie ujemnej. [Q. Gao, L. Demarconnay, E. Raymundo-Pinero, F. Beguin, Energy Environ. Sci., 5 (2012) 9611-9617], Jednakże, U = 2,0 V jest możliwe tylko przy zastosowaniu złotych kolektorów prądowych. Na tańszych kolektorach ze stali nierdzewnej bezpieczne napięcie pracy jest ograniczone do 1,5 V. [P. Ratajczak, K. Jurewicz, P. Skowron, Q. Abbas, F. Beguin, Electrochimica Acta 130 (2014) 344-350],
Jednakże, działanie wyżej omawianych elektrolitów wodnych jest ograniczone do -10°C z powodu zestalania się elektrolitu. Oznacza to, że urządzenia na bazie tychże roztworów nie mogą pracować w niskich temperaturach, co stanowi przeszkodę w ich komercjalizacji. Obecnie, w literaturze można znaleźć kilka propozycji rozwiązania tego problemu. Koncentrują się one na zastosowaniu dodatków do elektrolitu podstawowego takich jak:
i) glikol etylenowy - dodany do wodnych roztworów soli siarczanowych metali alkalicznych i testowany w asymetrycznym KE o elektrodach węglowej i MnO2(A.J. Roberts, A.F. Danil de Namor, R.C.T. Slade, Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (2013) 3518-3526);
ii) formamid - dodany do wodnego roztworu chlorku wapnia (Y. Gao, Z. Qin, L. Guan, X.
Wang, G. Chen, Chem. Commun., 51 (2015) 10819-10822);
iii) metanol - wykorzystany w wodnym roztworze siarczanu litu (Q. Abbas, F. Beguin, Jour- nal of Power Sources 318 (2016) 235-241).
Niemniej jednak, zastosowanie tychże dodatków przeciw zamarzaniu obarczone jest wadami: glikol etylenowy ma wysoką lepkość, formamid jest kancerogenny, zaś dodatek metanolu zmniejsza rozpuszczalność Li2SO4, a tym samym przewodnictwo elektrolitu, a w konsekwencji pojemność systemu.
W związku z powyższym wynalazek proponuje zastosowanie wodnych roztworów soli choliny jako elektrolitów do KE na bazie węgla aktywnego. Wynika to z ich wysokiej rozpuszczalności (maksymalnie 10 moli/L) oraz wysokiego przewodnictwa właściwego, co pozwala zniwelować wpływ negatywnych właściwości wyżej wymienionych dodatków przeciw zamarzaniu. Ponadto zastosowanie wodnych roztworów soli choliny jako elektrolitów zwiększa gęstość mocy KE, co jest szczególnie korzystne w temperaturze -40°C.
Cholina to czwartorzędowy kation, którego centralny atom azotu podstawiony jest trzema grupami metylowymi oraz jedną 2-hydrohyetylową. Sole choliny znane są z zdolności do tworzenia efektywnych mieszanin eutektycznych, np. chlorek choliny w połączeniu z mocznikiem w stosunku 1:2 pozwala osiągnąć temperaturę topnienia eutektyku 12°C w porównaniu do wyjściowych wartości dla chlorku choliny (302°C) i mocznika (133°C). Obniżenie temperatury topnienia wynika z wysokiego stężenia roztworu eutektycznego, a także z występowania silnych wiązań wodorowych pomiędzy kationem choliny i donorem wiązania wodorowego. [A. Abbott, D. Boothby, G. Capper, D. Davies, R. Rasheed, J. Am. Chem. Soc., 126 (2004) 9142-9147]. Dlatego, sole choliny, których kation bierze udział w tworzeniu wiązań wodorowych z cząsteczkami wody i w rezultacie obniżaniu temperatury topnienia roztworu, zostały wykorzystane w tym wynalazku do wytworzenia elektrolitów wodnych charakteryzujących się niskimi temperaturami topnienia, nawet poniżej -60°C.
Do tej pory sole choliny, w roztworze rozpuszczalnika aprotycznego, zastosowano w kondensatorach elektrolitycznych. Należy nadmienić, iż rozwiązanie ujawnione w opisie US4835660A koncentrowało się na solach choliny kwasów organicznych . Inną znaną propozycję stanowią ciecze jonowe na bazie chlorku choliny do których wprowadzono grupy funkcyjne. Znalazły one zastosowanie w urządzeniach do magazynowania energii, kondensatorach elektrochemicznych lub akumulatorach litowo-jonowych, jako elektrolity lub dodatki do elektrolitów US 20150303511 A1.
Istotą wynalazku jest kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur, którego oddzielone porowatą membraną elektrody wykonane są z materiału węglowego - włącznie z porowatym węglem, nanorurkami węglowymi oraz grafenem, lecz nie tylko - charakteryzujący się tym, że elektrolit stanowi wodny roztwór soli choliny o dowolnym stężeniu molowym, korzystnie 5 mol/L. Opcjonalnie elektrolit może stanowić wodny roztwór mieszaniny soli choliny z jakąkolwiek nieorganiczną bądź organiczną solą. W wyjątkowo korzystnym wariancie elektrolit stanowi wodny roztwór chlorku choliny lub azotanu choliny.
Kondensator elektrochemiczny według wynalazku znajduje zastosowanie jako układ do magazynowania energii.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno -ekonomiczne:
• możliwość znacznego rozszerzenia zakresu temperaturowego pracy urządzenia, zwłaszcza w kierunku niskich temperatur, • możliwość rozszerzenia napięcia pracy kondensatora do co najmniej 1,6 V ograniczonego w środowisku wodnym do termodynamicznego napięcia rozkładu wody 1,23 V, • znaczny wzrost pojemności urządzenia, w porównaniu do innych KE na bazie neutralnych elektrolitów wodnych;
• niską rezystancję układu w szczególności w niskich temperaturach;
• uzyskanie lepszej propagacji ładunku w niskiej temperaturze;
• możliwość uzyskania bardzo wysokiej wydajności pracy urządzenia i trwałości cyklicznej;
• zmniejszenie toksyczności, palności i wybuchowość stosowanego elektrolitu;
• znaczne obniżenie kosztów przygotowania elektrolitu;
• znaczne obniżenie kosztów wytwarzania urządzenia.
Wynalazek przedstawiono w poniższych przykładach realizacji.
PL 237 465 B1
P r z y k ł a d I
Elektrody kondensatora elektrochemicznego wykonano z węgla aktywnego, którego struktura porowata charakteryzuje się dużym rozwinięciem mikroporów. Materiał elektrodowy przygotowano w następujący sposób: węgiel aktywny (90% wt.) połączono z sadzą (5% wt.) oraz lepiszczem (5% wt. 60% zawiesiny politetrafluoroetylenu w wodzie), następnie dodano izopropanolu, a całość mieszano do otrzymania homogennej gęstwy. Rozpuszczalnik odparowano, a przygotowaną masę poddano obróbce w celu otrzymania arkusza materiału elektrodowego o grubości 0,2 mm, z którego wycięto elektrody o średnicy 10 mm. Tak wykonane elektrody umieszczono w naczyniu elektrochemicznym o kolektorach prądowych ze stali nierdzewnej i oddzielono porowatą membraną. Jako elektrolit zastosowano roztwór wodny chlorku choliny o stężeniu 5 mol/L (pH = 6.4, przewodnictwo 66 mS/cm). Wykorzystanie roztworu chlorku choliny o stężeniu 5 mol/L w temperaturze pokojowej pozwoliło uzyskać stałą pojemność urządzenia, 130 F/g (dla gęstości prądu 0,2 A/g) podczas tzw. flotingu (1,6 V; 120 h). W -40°C pojemność wynosiła 118 F/g (dla gęstości prądu 0,2 A/g), a rezystancja układu nie przekroczył 10-krotnej wartości oporu dla temperatury pokojowej.
Woltamperogram (2 mV s-1) oraz galwanostatyczne ładowanie/wyładowanie (0.2 A g-1) kondensatora elektrochemicznego na bazie węgla aktywowanego oraz wodnego roztworu chlorku choliny o stężeniu 5 mol/L-1 przedstawiono odpowiednio na fig. 1 i fig 2 rysunku.
P r z y k ł a d II
Elektrody kondensatora elektrochemicznego, w formie tabletek o średnicy 10 mm i grubości ok. 0,2 mm wykonano z mikroporowatego materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni. W pierwszym etapie przygotowano homogenną gęstwę zawierającą materiał aktywny, sadzę, lepiszcze oraz alkohol krótkołańcuchowy, izopropanol. Rozpuszczalnik odparowano w 120°C przy ciągłym mieszaniu gęstwy. Otrzymaną masę rozwałkowano, a z otrzymanego arkusza materiału elektrodowego wycięto elektrody. Przygotowane elektrody umieszczono w naczyniu elektrochemicznym, oddzielono separatorem z włókniny szklanej. Naczynie wypełniono elektrolitem, który stanowił 10 mol/L-1 roztwór wodny roztwór chlorku choliny. W temperaturze pokojowej uzyskano stałą pojemność urządzenia, 125F/g (dla gęstości prądu 0,2 A/g) podczas tzw. flotingu (1,6 V; 120 h). W-40°C pojemność wynosiła 112 F/g (dla gęstości prądu 0,2 A/g), a rezystancja układu nie przekroczył 10-krotnej wartości oporu dla temperatury pokojowej gdzie wzrost oporu nie przekroczyła 10-krotnej wartości oporu dla temperatury pokojowej.
P r z y k ł a d III
Do wykonania elektrod kondensatora elektrochemicznego użyto mikroporowatego materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni. Przygotowano homogenną gęstwę zawierającą materiał aktywny, sadzę oraz lepiszcze (60% zawiesinę politetrafluoroetylenu w wodzie) w rozpuszczalniku organicznym - alkoholu krótkołańcuchowym. Rozpuszczalnik odparowano przez noc w temperaturze 120°C, ciągle mieszając. Następnie z otrzymanej gęstwy przygotowano arkusz materiału elektrodowego o grubości 0,2 mm, z którego wycięto tabletki o średnicy 10 mm, które wysuszono pod obniżonym ciśnieniem. Otrzymane elektrody umieszczono w naczyniu elektrochemicznym i oddzielono separatorem z włókniny szklanej. Naczynie elektrochemiczne wypełniono elektrolitem, stanowiącym wodny roztwór azotanu choliny o stężeniu 5 mol/L-1. W temperaturze pokojowej uzyskano stałą pojemność urządzenia, 120 F/g (dla gęstości prądu 0,2 A/g) podczas tzw. flotingu (1,6 V; 120 h). W -40°C pojemność wynosiła 96 F/g (dla gęstości prądu 0,2 A/g), a rezystancja układu nie przekroczył 10-krotnej wartości oporu dla temperatury pokojowej.
Alternatywnie w przykładach realizacji mogą być wykorzystane wodne roztwory innych soli choliny w szczególności siarczanu choliny, molibdenianu choliny, chloranu choliny, bromku choliny lub jodku choliny
Claims (3)
1. Kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur, którego oddzielone porowatą membraną elektrody wykonane są z materiału węglowego znamienny tym, że elektrolit stanowi wodny roztwór soli choliny o dowolnym stężeniu molowym, korzystnie 5 mol/L.
2. Kondensator elektrochemiczny według zastrz. 1, znamienny tym, że elektrolit stanowi wodny roztwór mieszaniny soli choliny z jakąkolwiek nieorganiczną bądź organiczną solą.
3. Kondensator elektrochemiczny według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że elektrolit stanowi wodny roztwór chlorku choliny lub azotanu choliny.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL419355A PL237465B1 (pl) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | Kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL419355A PL237465B1 (pl) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | Kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL419355A1 PL419355A1 (pl) | 2018-05-07 |
| PL237465B1 true PL237465B1 (pl) | 2021-04-19 |
Family
ID=62062332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL419355A PL237465B1 (pl) | 2016-11-03 | 2016-11-03 | Kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL237465B1 (pl) |
-
2016
- 2016-11-03 PL PL419355A patent/PL237465B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL419355A1 (pl) | 2018-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pohlmann et al. | A new conducting salt for high voltage propylene carbonate-based electrochemical double layer capacitors | |
| Fic et al. | Novel insight into neutral medium as electrolyte for high-voltage supercapacitors | |
| JP2016517172A (ja) | 電気化学的二重層コンデンサー（ｅｄｌｃ）性能を増強する方法及びこれから形成されるｅｄｌｃデバイス | |
| Hilder et al. | Physicochemical characterization of a new family of small alkyl phosphonium imide ionic liquids | |
| KR101016268B1 (ko) | 전기 이중층 캐패시터 | |
| KR20180027429A (ko) | 전기화학적 전지 | |
| EP3479389B1 (en) | A supercapacitor and a method for expanding the voltage range of an aqueous electrolyte supercapacitor | |
| TW201631833A (zh) | 非水電解液及使用該非水電解液的蓄電裝置 | |
| US10102982B2 (en) | Electrolytes for supercapacitors | |
| Rahmi et al. | Ionic liquid-based electrolyte in supercapacitors | |
| PL237465B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny na bazie elektrolitu wodnego działający w szerokim zakresie temperatur | |
| JP6309512B2 (ja) | 特定のイオン液体を含んでなる組成物 | |
| Ranganatha | Aqueous Redox‐Active Electrolytes | |
| JP2020155279A (ja) | 蓄電デバイス用水系電解液及びこの水系電解液を含む蓄電デバイス | |
| PL237466B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny pracujący w elektrolicie z cieczą jonową | |
| US11139119B2 (en) | Supercapacitor comprising an electrolyte composition comprising an additive from the family of fluorinated phosphazenes | |
| PL245531B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny | |
| Padwal et al. | deepak. dubal@ qut. edu. au | |
| JP7288776B2 (ja) | 蓄電デバイス用水系電解液及びこの水系電解液を含む蓄電デバイス | |
| Padwal et al. | Deep eutectic solvents as green and cost-effective supercapacitor electrolytes | |
| Tian | Ionic Liquids for Supercapacitors | |
| PL237458B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny | |
| Egashira | Capacitance Degradation in Hydrogel Electrolyte Containing Magnesium-ion Conducting Water-in-Salt Solution | |
| PL238542B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny | |
| PL243201B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny z elektrolitem wodnym o właściwościach redoks |