PL238999B1 - Kondensator elektrochemiczny - Google Patents
Kondensator elektrochemiczny Download PDFInfo
- Publication number
- PL238999B1 PL238999B1 PL427166A PL42716618A PL238999B1 PL 238999 B1 PL238999 B1 PL 238999B1 PL 427166 A PL427166 A PL 427166A PL 42716618 A PL42716618 A PL 42716618A PL 238999 B1 PL238999 B1 PL 238999B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- electrolyte
- electrochemical capacitor
- carbon
- electrochemical
- anhydrous
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 18
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims description 14
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- IMNIMPAHZVJRPE-UHFFFAOYSA-N triethylenediamine Chemical compound C1CN2CCN1CC2 IMNIMPAHZVJRPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012973 diazabicyclooctane Substances 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-n-(trifluoromethylsulfonyl)methanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 3
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- FTTATHOUSOIFOQ-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,6,7,8,8a-octahydropyrrolo[1,2-a]pyrazine Chemical compound C1NCCN2CCCC21 FTTATHOUSOIFOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000000855 fungicidal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000004476 plant protection product Substances 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)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest kondensator elektrochemiczny pracujący w modyfikowanym elektrolicie bezwodnym.
Kondensatory elektrochemiczne, zwane również kondensatorami podwójnej warstwy elektrycznej (EDLC) są urządzeniami zdolnymi do magazynowania energii. Właściwości takich urządzeń związane są z skumulowaniem ładunku w podwójnej warstwie elektrycznej materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej. Im bardziej rozwinięta i dostępna dla jonów powierzchnia elektrody, tym większy zgromadzony ładunek, a więc i pojemność (E. Frąckowiak, Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 2007: 1774-1785). Kondensator elektrochemiczny zbudowany jest z dwóch elektrod oddzielonych od siebie separatorem, zanurzonych w roztworze elektrolitu.
Ilość zakumulowanej energii w kondensatorze elektrochemicznym jest proporcjonalna do pojemności oraz kwadratu napięcia (zgodnie ze wzorem 1):
E = pC-U2 (1)
Elektrolity wodne ograniczają wartość napięcia pracy układu do maksymalnie 1,23 V. Powyżej tej wartości dochodzi do wydzielania wodoru i tlenu na elektrodach, co znacznie ogranicza trwałość cykliczną układu, a także może spowodować eksplozję kondensatora. Wykorzystanie elektrolitów organicznych lub w postaci cieczy jonowych rozpuszczonych w rozpuszczalniku organicznym, wykazujących wyższą stabilność w szerszym zakresie potencjałowym, w porównaniu do elektrolitów wodnych jest więc uzasadnione. W zależności od budowy cieczy jonowej (typu anionu i kationu) można uzyskać napięcie pracy układu powyżej 3,0 V. W literaturze można znaleźć wiele takich rozwiązań, np. C. Zhong, Y. Deng, W. Hu, J. Qiao, L. Zhang, J. Zhang, Chem. Soc. Rev. 44, 2015: 7484-7539, E. Frąckowiak, G. Lota, J. Pernak, Appl. Phys. Lett. 86, 2005: 164104 czy M. Galiński, A. Lewandowski, I. Stępniak, Electrochim. Acta. 51,2006: 5567-5580.
Ciecze jonowe stanowią nową grupę związków organicznych o budowie jonowej, których temperatura topnienia w warunkach normalnych nie przekracza temperatury wrzenia czystej wody. Publikacje naukowe wypunktowują ich szczególne właściwości takie jak niska prężność par, znakomita stabilność termiczna oraz elektrochemiczna, a także stosunkowo wysokie przewodnictwo w porównaniu do innych substancji organicznych (A.B. McEwen, H.L. Ngo, K. LeCompte, J.L. Goldman, J. Electrochem. Soc. 146, 1999: 1687-1695). Możliwość projektowania właściwości cieczy jonowych sprawia, że znajdują one zastosowanie w wielu różnych gałęziach chemii i technologii chemicznej, począwszy od syntezy organicznej i katalizy, przez środki ochrony roślin, na chemicznych źródłach prądu skończywszy (T. Watkins, A. Kumar, D.A. Buttry, J. Am. Chem. Soc. 138, 2016: 641-650). Monoalkilowe pochodne 1,4-diazabicyklo[2.2.2] (DABCO) o wzorze wskazanym na fig. 1, mogą zostać wykorzystane w syntezie jako kationy cieczy jonowych, wykazujących działanie bakterio- i grzybobójcze oraz spełniające zasady „zielonej chemii” (A.K. Ressmann, M. Schneider, P. Gaertner, M. Weil, K. Bica, Monatsh. Chem., 148, 2017: 139-148).
Według najlepszej wiedzy twórców ciecze jonowe o takim kationie nie zostały wykorzystane wcześniej w technologiach magazynowania energii, zwłaszcza jako elektrolit w kondensatorze elektrochemicznym.
Istotą wynalazku jest kondensator elektrochemiczny wykorzystujący elektrody z materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej 10-3000 m2/g, pracujący w modyfikowanym elektrolicie bezwodnym, charakteryzujący się tym, że elektrolitem jest roztwór cieczy jonowej zawierającej kation monoalkilowej pochodnej 1,4-diazabicyklo[2.2.2]oktanu (DABCO) oraz anion bis(trifluorometylosulfonylo)imidku (TFSl·), rozpuszczonej w bezwodnym rozpuszczalniku organicznym w ilości do 70%, korzystnie 20%.
Korzystnym jest, gdy materiałem węglowym jest węgiel aktywny albo warstwy grafenowe i poligrafenowe albo nanorurki węglowe albo nanostrukturalny węgiel amorficzny.
Dzięki zastosowaniu powyższego rozwiązania uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:
• napięcie pracy równe 2,5 V;
• gęstość energii ok. 28 Wh/kg;
PL 238 999 B1 • wysoka wydajność elektryczna oraz praca cykliczna;
• możliwość obciążania dużymi gęstościami prądu (rzędu 20 A/g).
P R Z Y K Ł A D 1
Elektrody kondensatora elektrochemicznego w kształcie tabletek o masie 10 mg i powierzchni geometrycznej 1,13 cm2 składają się w 85% wag. z węgla aktywnego, 10% wag. materiału wiążącego i w 5% wag. sadzy acetylenowej. Tak wytworzone elektrody przeniesiono do komory rękawicowej, by nasączyć je elektrolitem, tzn. bezwodnym roztworem cieczy jonowej, a następnie umieścić je w naczyniu elektrochemicznym. Elektrolit stanowiła ciecz jonowa zawierająca kation mono-alkilowej pochodnej 1,4-diazabicyklo[2.2.2]oktanu (DABCO) oraz anion bis(trifluorometylosulfonylo)imidku (TFSI-) rozpuszczona w bezwodnym rozpuszczalniku organicznym.
Badania elektrochemiczne prowadzi się w dwuelektrodowym naczyniu elektrochemicznym. Parametry pracy kondensatora wyznacza się za pomocą następujących technik badawczych: woltamperometrii cyklicznej (1-50 mV/s) oraz galwanostatycznego ładowania/wyładowania (200 mA/g - 20 A/g). Uzyskane wartości pojemności w [F/g] dla kondensatorów wykorzystujących modyfikowany elektrolit bezwodny o stężeniu 10% zamieszczono w tabeli 1 (10% [D14][TFSI]+AN).
P R Z Y K Ł A D 2
Elektrody kondensatora elektrochemicznego w kształcie tabletek o masie 10 mg i powierzchni geometrycznej 1,13 cm2 składają się w 85% wag. z węgla aktywnego, 10% wag. materiału wiążącego i w 5% wag. sadzy acetylenowej. Tak wytworzone elektrody przeniesiono do komory rękawicowej, by nasączyć je elektrolitem, tzn. bezwodnym roztworem cieczy jonowej, a następnie umieścić je w naczyniu elektrochemicznym. Elektrolit stanowiła ciecz jonowa zawierająca kation mono-alkilowej pochodnej 1,4-diazabicyklo[2.2.2]oktanu (DABCO) oraz anion bis(trifluorometylosulfonylo)imidku (TFSI-) rozpuszczona w bezwodnym rozpuszczalniku organicznym.
Badania elektrochemiczne prowadzi się w dwuelektrodowym naczyniu elektrochemicznym. Parametry pracy kondensatora wyznacza się za pomocą następujących technik badawczych: woltamperometrii cyklicznej (1-50 mV/s) oraz galwanostatycznego ładowania/wyładowania (200 mA/g - 20 A/g). Uzyskane wartości pojemności w [F/g] dla kondensatorów wykorzystujących modyfikowany elektrolit bezwodny o stężeniu 20% zamieszczono w tabeli 1 (20% [D14](TFSI]+AN).
P R Z Y K Ł A D 3
Elektrody kondensatora elektrochemicznego w kształcie tabletek o masie 10 mg i powierzchni geometrycznej 1,13 cm2 składają się w 85% wag. z węgla aktywnego, 10% wag. materiału wiążącego i w 5% wag. sadzy acetylenowej. Tak wytworzone elektrody przeniesiono do komory rękawicowej, by nasączyć je elektrolitem, tzn. bezwodnym roztworem cieczy jonowej, a następnie umieścić je w naczyniu elektrochemicznym. Elektrolit stanowiła ciecz jonowa zawierająca kation mono-alkilowej pochodnej 1,4-diazabicyklo[2.2.2]oktanu (DABCO) oraz anion bis(trifluorometylosulfonylo)imidku (TFSI-) rozpuszczona w bezwodnym rozpuszczalniku organicznym.
Badania elektrochemiczne prowadzi się w dwuelektrodowym naczyniu elektrochemicznym. Parametry pracy kondensatora wyznacza się za pomocą następujących technik badawczych: woltamperometrii cyklicznej (1-50 mV/s) oraz galwanostatycznego ładowania/wyładowania (200 mA/g - 20 A/g). Uzyskane wartości pojemności w [F/g] dla kondensatorów wykorzystujących modyfikowany elektrolit bezwodny o stężeniu 50% zamieszczono w tabeli I (50% [D14][TFSI]+AN).
PL 238 999 Β1
TABELA I
Zestawienie wartości uzyskanych pojemności dla węgla aktywnego o powierzchni rzeczywistej 2364 m2/g w modyfikowanym elektrolicie bezwodnym.
| 10% [D14][TFSI|+AN | 20% |D14][TFSI]+AN | 50% [D14][TFSI]+AN | |
| Woltamperometria cykliczna | |||
| 1 mV/s | 145 | 145 | 136 |
| 10mV/s | 105 | 107 | 101 |
| 50 mV/s | 79 | 93 | 72 |
| Gaiwanostatyczne ładowanie i wyładowanie | |||
| 200 mA/g | 121 | 123 | 115 |
| 1 A/g | 101 | 104 | 97 |
| 10 A/g | 39 | 79 | - |
Zastrzeżenia patentowe
Claims (2)
- Zastrzeżenia patentowe1. Kondensator elektrochemiczny wykorzystujący elektrody z materiału węglowego o rozwiniętej powierzchni właściwej 10-3000 m2/g, pracujący w modyfikowanym elektrolicie bezwodnym, znamienny tym, że elektrolitem jest roztwór cieczy jonowej zawierającej kation mono-alkilowej pochodnej 1,4-diazabicyklo[2.2.2]oktanu (DABCO) oraz anion bis(trifluorometylosulfonylojimidku (TFSI-), rozpuszczonej w bezwodnym rozpuszczalniku organicznym w ilości do 70%, korzystnie 20%.
- 2. Kondensator elektrochemiczny wg zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem węglowym jest węgiel aktywny albo warstwy grafenowe i poligrafenowe albo nanorurki węglowe albo nanostrukturalny węgiel amorficzny.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL427166A PL238999B1 (pl) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Kondensator elektrochemiczny |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL427166A PL238999B1 (pl) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Kondensator elektrochemiczny |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL427166A1 PL427166A1 (pl) | 2020-04-06 |
| PL238999B1 true PL238999B1 (pl) | 2021-10-25 |
Family
ID=70049325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL427166A PL238999B1 (pl) | 2018-09-24 | 2018-09-24 | Kondensator elektrochemiczny |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL238999B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL246829B1 (pl) * | 2023-02-27 | 2025-03-17 | Politechnika Poznanska | Elektrolit akumulatora kwasowo-ołowiowego modyfikowany cieczą jonową, jego zastosowanie i akumulator kwasowo-ołowiowy z elektrolitem modyfikowanym cieczą jonową |
-
2018
- 2018-09-24 PL PL427166A patent/PL238999B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL427166A1 (pl) | 2020-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hou et al. | Realizing wide-temperature Zn metal anodes through concurrent interface stability regulation and solvation structure modulation | |
| Shi et al. | Engineering the electrochemical capacitive properties of graphene sheets in ionic‐liquid electrolytes by correct selection of anions | |
| Mirzaei-Saatlo et al. | Performance of ethanolamine-based ionic liquids as novel green electrolytes for the electrochemical energy storage applications | |
| Fic et al. | Strategies for enhancing the performance of carbon/carbon supercapacitors in aqueous electrolytes | |
| Lethesh et al. | Prospects and design insights of neat ionic liquids as supercapacitor electrolytes | |
| Haque et al. | Thermal influence on the electrochemical behavior of a supercapacitor containing an ionic liquid electrolyte | |
| JP2018530100A (ja) | 水溶媒和ガラス／非晶質固体イオン伝導体 | |
| WO2014148250A1 (ja) | リチウムイオンキャパシタおよびその充放電方法 | |
| Revo et al. | Electrode material for supercapacitors based on nanostructured carbon | |
| Yang et al. | Acetamide-based hydrated eutectic electrolytes for supercapacitors with high voltage and low self-discharge | |
| Zhang et al. | Active fluorobenzene diluent regulated tetraglyme electrolyte enabling high-performance Li metal batteries | |
| WO2002019357A1 (en) | Electrochemical double-layer capacitor | |
| PL238999B1 (pl) | Kondensator elektrochemiczny | |
| Cheng et al. | Engineering hybrid artificial interfacial layer with Zn-ion channels for stable zinc anodes | |
| Chen et al. | Binary complex electrolytes based on LiX [X= N (SO2CF3) 2−, CF3SO3−, ClO4−]-acetamide for electric double layer capacitors | |
| Yang et al. | “Water in ionic liquid” electrolyte toward supercapacitors with high operation voltage, long lifespan, and wide temperature compatibility | |
| Rahmi et al. | Ionic liquid-based electrolyte in supercapacitors | |
| Zhang et al. | Boosting the output of hydrocapacitors by structure modification | |
| Satheesh et al. | Symmetrical dialkyl-benzotriazolium as gel polymer electrolyte for energy storage and their alkyl chain trend on their electrochemical property | |
| ES2582354T3 (es) | Composición que comprende un líquido iónico específico | |
| Ren et al. | A Pyrazine-Based Two-Dimensional Conjugated Metal–Organic Framework for Air Self-Charging Aqueous Zinc-Ion Batteries | |
| CN107666016B (zh) | 一种以含碘的离子液体为正极活性物质的电池及其组装方法 | |
| Bakhmatyuk et al. | Intercalation pseudo-capacitance in carbon systems of energy storage | |
| CN107665981A (zh) | 一种以含氯的离子液体为正极活性物质的电池及其组装方法 | |
| KR102695249B1 (ko) | 슈퍼커패시터용 전해질 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터 |