DE3210420A1 - Electrochemical double-layer capacitor - Google Patents
Electrochemical double-layer capacitorInfo
- Publication number
- DE3210420A1 DE3210420A1 DE19823210420 DE3210420A DE3210420A1 DE 3210420 A1 DE3210420 A1 DE 3210420A1 DE 19823210420 DE19823210420 DE 19823210420 DE 3210420 A DE3210420 A DE 3210420A DE 3210420 A1 DE3210420 A1 DE 3210420A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrodes
- layer
- layer capacitor
- electrolyte
- electrochemical double
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 8
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 claims description 4
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 38
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 4
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 4
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 alkali metal salt Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical compound Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/04—Hybrid capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
- H01G11/28—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features arranged or disposed on a current collector; Layers or phases between electrodes and current collectors, e.g. adhesives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/52—Separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Elektrochemischer DoPnelschichtkondensatorElectrochemical double layer capacitor
Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Doppelschichtkondensator mit einem zwischen den Elektroden angeordneten Elektrolyt.The invention relates to an electrochemical double layer capacitor with an electrolyte arranged between the electrodes.
Elektrochemische Doppelschichtkondensatoren sind beispielsweise aus der DE-OS 28 42 352 und der DE-OS 30 11 701 bekannt. Für diese Doppelschichtkondensatoren werden Elektroden mit einer hohen auf die projektierte Oberfläche bezogenen Kapazität benötigt.Electrochemical double layer capacitors are made for example DE-OS 28 42 352 and DE-OS 30 11 701 known. For these double layer capacitors are electrodes with a high capacity related to the projected surface needed.
Außerdem muß das Elektrodenmaterial in einem weiten Potentialbereich korrosionsbeständig sein und eine gute elektronische Leitfähigkeit und mechanische Stabilität besitzen; aus anwendungstechnischen Gründen sollte der genannte Potentialbereich nicht kleiner als 0,5 V sein.In addition, the electrode material must be in a wide potential range be corrosion resistant and have good electronic conductivity and mechanical Have stability; for application-technical reasons, the potential range mentioned should must not be less than 0.5 V.
Die Elektroden müssen ferner dünn sein, damit für die Kondensatoren eine hohe volumen- und gewichtsbezogene Kapazität erreicht werden kann. Gefordert wird darüber hinaus, daß die Elektroden flüssigkeitsdicht sind, damit kein Elektrolyt aus einer Elektrolytkammer in die andere gelangen kann.The electrodes must also be thin to allow for the capacitors a high volume and weight-related capacity can be achieved. Required It is also ensured that the electrodes are liquid-tight, so that no electrolyte can get from one electrolyte chamber into the other.
Bei elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren wird die Kapazität der Elektroden durch eine große Oberflächenrauhigkeit oder Porosität erreicht. Diese Kapazitt kann bei hohen Frequenzen aber nur dann genutzt werden, wenn der elektrolytische Diaphragmenwiderstandf in der porösen Elektrodenschicht (mit der Dicke d) klein ist und bei der maximalen Frequenz f folgendes gilt: # # # # c # d² < 0,1; c ist dabei die volumenbezogene Kapazität in der porösen Schicht.In the case of electrochemical double-layer capacitors, the capacitance is of the electrodes is achieved by a high surface roughness or porosity. These Capacitance can only be used at high frequencies if the electrolytic Diaphragm resistance f in the porous electrode layer (with the thickness d) is small and at the maximum frequency f the following applies: # # # # c # d² <0.1; c is the volume-related capacity in the porous layer.
Die bekannten Doppelschichtkondensatoren weisen im allgemeinen Elektroden aus aktiviertem Kohlenstoff oder Glaskohlenstoff auf. Elektroden aus aktiviertem Kohlenstoff eignen sich aber nur für Stützkondensatoren, weil daraus keine mechanisch stabilen Schichten hergestellt werden können; darüber hinaus wird hierbei der Verlustfaktor tgæ = 1 bereits bei der Frequenz f = 1 Hz erreicht. Kondensatoren mit Elektroden aus aktiviertem Glaskohlenstoff ergeben im Vergleich dazu den Verlustfaktor tg# = 1 bei Netzfrequenz, hierbei ergibt sich aber das Problem, daß die Randelek-croden metallisch kontaktiert werden müssen, was einen aufwendigen Herstellungsprozeß erfordert.The known double-layer capacitors generally have electrodes made of activated carbon or vitreous carbon. Electrodes off activated However, carbon is only suitable for back-up capacitors because none of them are mechanical stable layers can be produced; in addition, the loss factor tgæ = 1 already reached at the frequency f = 1 Hz. Capacitors with electrodes from activated vitreous carbon result in comparison to the loss factor tg # = 1 at mains frequency, but here the problem arises that the Randelek-croden must be made metallic contact, which requires a complex manufacturing process.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrochemischen Doppelschichtkondensator derart auszugestalten, daß er sowohl ein kleines Volumen und ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Kapazität besitzt als auch kostengünstig und in einfacher Weise herstellbar ist.The object of the invention is to provide an electrochemical double layer capacitor so designed that it has both a small volume and a low weight at the same time has high capacity as well as being inexpensive and simple Way is producible.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Elektroden aus mit einer porösen Titannitrid- und/oder Titancarbid-Schicht versehenem Metallblech bestehen.This is achieved according to the invention in that the electrodes metal sheet provided with a porous titanium nitride and / or titanium carbide layer exist.
Bei #Titannitrid* bzw. nTitancarbidn handelt es sich im wesentlichen um die Verbindungen TiN und TiC; Abweichungen vom stöchiornrtrischen Verhältnis können aber gegeben sein. Neben TiN und TiC können auch Gemische dieser Verbindungen sowie Carbonitride der Form TiCxN1x eingesetzt werden, beispielsweise TiC0,5N0,5 Der erfindungsgemäße Doppelschichtkondensator weist Elektroden in Form von dünnen Metallblechen auf, auf denen sich dünne porös TiN- oder TiC-Schichten befinden. Im Vergleich zu Glaskohlenstoffelektroden haben derartige Elektroden den Vorteil, daß sie nicht aktiviert zu werden brauchen. Die Elektroden können zu einem mehrzelligen Kondensator gestapelt werden, wobei die Randelektroden nur auf einer Seite eine TiN- bzw. TiC-Schicht tragen, während die restlichen Elektroden beidseitig mit einer derartigen Schicht versehen sind. Die Elektroden werden dabei durch schmale Elektrolyträume voneinander getrennt, und die Anzahl n dieser Kammern bestimmt die zulässige Spannung für den Kondensator (U - n . UO, wobei UO die Zellspannung ist).# Titanium nitride * or n-titanium carbide are essentially about the compounds TiN and TiC; Deviations from the stoichiometric ratio but can be given. In addition to TiN and TiC, mixtures of these compounds can also be used and carbonitrides of the form TiCxN1x can be used, for example TiC0.5N0.5 Of the The double-layer capacitor according to the invention has electrodes in the form of thin metal sheets on which there are thin porous TiN or TiC layers. Compared to Vitreous carbon electrodes such electrodes have the advantage that they do not need to be activated. The electrodes can become a multi-cell capacitor are stacked, with the edge electrodes having a TiN or TiC layer on only one side wear, while the remaining electrodes on both sides with such a layer are provided. The electrodes are separated from one another by narrow electrolyte spaces separated, and the number n of these chambers determines the permissible voltage for the Capacitor (U - n. UO, where UO is the cell voltage).
Beim erfindungsgemäßen Doppelschichtkondensator können -bezogen auf die Einzelelektrode - Flächenkapazitäten von bis zu 100 mF cm2 realisiert werden. Ein einzelliger Kondensator hat beispielsweise bei einer Fläche von 10 cm2 eine Kapazität von 0,43 F bei einer Frequenz von 50 Hz und ergibt dabei einen Verlustfaktor tag = 0,67.When the double layer capacitor according to the invention can -related to the single electrode area capacities of up to 100 mF cm2 can be realized. For example, a single-cell capacitor has an area of 10 cm2 Capacitance of 0.43 F at a frequency of 50 Hz and results in a loss factor day = 0.67.
Als Träger für die porösen TiN- bzw. TiC-Schichten werden im erfindungsgemäßen Doppelschichtkondensator Metallbleche verwendet. Diese Metallbleche, die dicht, d.h. nicht-porös sind, können beispielsweise aus Kupfer bestehen; vorzugsweise werden Bleche aus Titan oder rostfreiem, d.h. nichtrostendem Stahl (sogenannter VA-Stahl) verwendet.As a carrier for the porous TiN or TiC layers according to the invention Double layer capacitor used sheet metal. These metal sheets that are tight i.e., are non-porous, can for example consist of copper; preferably be Sheets made of titanium or stainless, i.e. stainless steel (so-called VA steel) used.
Die Herstellung einer TiN-Elektrode kann beispielsweise durch reaktives Aufdampfen oder Sputtern von Titan in einer N2-Atmosphäre erfolgen. Vorteilhaft wird aus einem Titanvorrat mit einer Elektronenstrahlkanone Titan in einer Argon/Stickstoff-Atmosphäre verdampft und dann auf einem Titanblech Titannitrid als dünne Schicht niedergeschlagen. In entsprechender Weise kann auch eine TiC-Elektrode hergestellt werden; hierbei wird dann der Stickstoff beispielsweise durch Methan CH4 ersetzt. Bei der Verwendung von CH4/N2-Gemischen können entsprechend Carbonitride erzeugt werden.A TiN electrode can be produced, for example, by reactive Vapor deposition or sputtering of titanium take place in an N2 atmosphere. Advantageous is made from a supply of titanium with an electron beam gun titanium evaporated in an argon / nitrogen atmosphere and then titanium nitride on a titanium sheet deposited as a thin layer. A TiC electrode can also be used in a corresponding manner getting produced; in this case, the nitrogen is then, for example, replaced by methane CH4 replaced. When using CH4 / N2 mixtures, carbonitrides can be used accordingly be generated.
Zur besseren Anbindung der porösen TIN- bzw. TiC-Schicht an das Metallblech ist es von Vorteil, wenn während der Beschichtung des Bleches der N2- bzw. CH4-Partialdruck langsam erhöht wird. Hierbei bildet sich dann nämlich zuerst eine dichte, d.h. nicht-poröse TiN- bzw. TiC-Schicht und dann erst die entsprechende poröse Schicht.For a better connection of the porous TIN or TiC layer to the metal sheet it is advantageous if the N2 or CH4 partial pressure is applied during the coating of the sheet is slowly increased. In this case, a dense, i.e. non-porous, is formed first TiN or TiC layer and only then the corresponding porous layer.
Es liegt dann beispielsweise ein Ubergang von Titan (Blech) über eine dichte TiN-Schicht zu einer porösen Oberflächenschicht aus Titannitrid vor.There is then, for example, a transition from titanium (sheet metal) to a dense TiN layer to a porous surface layer made of titanium nitride.
Der erfindungsgemäße Doppelschichtkondensator enthält vorzugsweise einen neutralen wäßrigen oder einen aprotischen Elektrolyt. Geeignete neutrale Elektrolyte sind beispielsweise wäßrige Lösungen von Ammoniumchlorid und Kaliumchlorid. Als aprotischer, d.h. nichtwäßriger Elektrolyt dient insbesondere Propylencarbonat, das ein Alkalimetallsalz, wie Lithiumperchlorat (LiCl04), enthält.The double layer capacitor according to the invention preferably contains a neutral aqueous or an aprotic electrolyte. Suitable neutral electrolytes are for example aqueous solutions of ammonium chloride and potassium chloride. as aprotic, i.e. non-aqueous electrolyte is used in particular by propylene carbonate, which contains an alkali metal salt such as lithium perchlorate (LiCl04).
Vorteilhaft kann zwischen den Elektroden eine dünne poröse, isolierende Schicht angeordnet sein. Diese Schicht, die als Trennschicht (zwischen den Elektroden) und als Elektrolytträger dient, besteht vorzugsweise aus Asbest; daneben kann beispielsweise auch Zirkondioxid verwendet werden.A thin, porous, insulating layer can advantageously be provided between the electrodes Be arranged layer. This layer, which acts as a separating layer (between the electrodes) and serves as an electrolyte carrier, is preferably made of asbestos; in addition, for example Zirconia can also be used.
Anhand von Beispielen soll die Erfindung noch näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail on the basis of examples.
Zur Bestimmung der elektrochemischen Eigenschaften wurden Elektroden in Form von Titanblechen mit einer Dicke von 0,4 mm, die mit einer 16 µm dicken TiN-Schicht versehen waren, in eine Elektrodenhalterung eingebaut und bei Raumtemperatur durch potentiostatische Belastung hinsichtlich des Korrosionsverhaltens untersucht. Als wäßrige Elektrolyte dienten: 6 M KOH, 2,5 M H2S04, 4 M bzw. 5 M NH4Cl und 1 M KCl. Dabei zeigte sich folgendes.Electrodes were used to determine the electrochemical properties in the form of titanium sheets with a thickness of 0.4 mm, which are 16 µm thick TiN layer were provided, built into an electrode holder and at room temperature investigated by potentiostatic load with regard to the corrosion behavior. The following were used as aqueous electrolytes: 6 M KOH, 2.5 M H 2 SO 4, 4 M or 5 M NH 4 Cl and 1 M KCl. It showed the following.
In 6 M KOH ergibt sich eine Doppelschichtkapazität von 100 mF . cm 2 bei ,y = 1 Hz. Wegen der Korrosion und des Widerstandes in der porösen Schicht ist der (stark) alkalische Elektrolyt für einen Kondensator mit TiN-Elektroden aber ungeeignet, wenn dieser bei Netzfrequenz eingesetzt werden soll.In 6 M KOH there is a double layer capacitance of 100 mF. cm 2 at, y = 1 Hz. Because of the corrosion and resistance in the porous layer is the (strongly) alkaline electrolyte for a capacitor with TiN electrodes unsuitable if this is to be used at mains frequency.
In 2,5 M H2S04 wird an einer TiN-Elektrode eine Kapazität von 107 mF . cm gemessen, bei positiven Potentialen erfolgt Jedoch Korrosion. Deshalb kann mit Säuren als Elektrolyt kein Kondensator mit TiN-Elektroden aufgebaut werden.In 2.5 M H2S04 a TiN electrode has a capacity of 107 mF. cm measured, but with positive potentials corrosion occurs. Therefore can no capacitors with TiN electrodes can be built up with acids as electrolyte.
Eine wäßrige Lösung von 5 M NH4Cl hat einen mit 6 M KOH und 2,5 M H2S04 vergleichbaren spezifischen Widerstand; dies ist wichtig, weil der Elektrolyt eine hohe Leitfähigkeit aufweisen muß, wenn ein niedriger Verlustfaktor erreicht werden soll. Mit 5 M NH4Cl ergibt sich deshalb auch, ähnlich wie im sauren und alkalischen Elektrolyt, eine Kapazität von 98 mF cm 2, bezogen auf die Frequenz # = 1 Hz; bei 700C liegt die Kapazität sogar noch höher (120 mF # cm-2). Im Poten- tialintervall -0,5 V # #/Hg2Cl2 # 0,5 V erfolgt dabei keine Korrosion.An aqueous solution of 5M NH4Cl has one with 6M KOH and 2.5M H2S04 comparable resistivity; this is important because of the electrolyte Must have a high conductivity when a low dissipation factor is achieved shall be. With 5 M NH4Cl, therefore, results in a similar way to acidic and alkaline Electrolyte, a capacitance of 98 mF cm 2, based on the frequency # = 1 Hz; at 700C the capacitance is even higher (120 mF # cm-2). In the potential tial interval -0.5 V # # / Hg2Cl2 # 0.5 V there is no corrosion.
Mit jeweils zwei TiN-Elektroden der vorstehend genannten Art wurden einzellige Kondensatoren aufgebaut. Die beiden Elektroden waren jeweils im Abstand von 5 mm voneinander angeordnet, und mittels Bezugselektroden konnte das Potential der einzelnen Elektroden als Funktion der Spannung U am Kondensator gemessen werden.Each with two TiN electrodes of the type mentioned above were single-cell capacitors constructed. The two electrodes were each spaced apart 5 mm apart, and the potential of the individual electrodes can be measured as a function of the voltage U across the capacitor.
Bed 1 M KCl als Elektrolyt ergab die Impedanzmessung bei einer Amplitude von 0,5 V für v = 1 Hz eine Kapazität von 0,16 F bei einer Elektrodenfläche von 7 cm²; daraus ergibt sich, bezogen auf de Einzelelektrode, bei Raumtemperatur eine Kapazität von 46 mF . cm Der Kondensator wurde dann für 70 h mit einer Spannung von 0,5 V bei einer Frequenz von 10 mHz belastet; dabei blieb die Kapazität konstant. Dann wurde die Temperatur auf 70 0C erhöht; hierbei änderte sich die Kapazität (C = 0,20 F) ebenfalls nicht.With 1 M KCl as the electrolyte, the impedance measurement resulted in one amplitude of 0.5 V for v = 1 Hz a capacitance of 0.16 F with an electrode area of 7 cm²; this results in, based on the individual electrode, at room temperature a Capacity of 46 mF. cm The capacitor was then on for 70 h with a voltage loaded by 0.5 V at a frequency of 10 mHz; the capacity remained constant. Then the temperature was increased to 70 ° C .; here the capacity changed (C = 0.20 F) either.
Wird anstelle von 1 M KCl als Elektrolyt 5 M NH4Cl verwendet, das eine höhere Leitfähigkeit besitzt, so ergibt sich bei Raumtemperatur eine Kapazität von 55 mF cm2 bei t = 1 Hz.Is used instead of 1 M KCl as electrolyte 5 M NH4Cl, the has a higher conductivity, a capacitance results at room temperature of 55 mF cm2 at t = 1 Hz.
Zur Verringerung des Abstandes zwischen den Elektroden, und damit zur Verringerung des Elektrolytwiderstandes, wurde zwischen den beiden Elektroden (Durchmesser: 40 mm) eine 30 /um dicke Asbestschicht - als Trennschicht und als Elektrolytträger - angeordnet und mit 5 M NH4Cl getränkt; der Rand wurde dabei verklebt. Ein derartiger Kondensator weist bei 50 Hz eine Kapazität von 0,24 F und einen Verlustfaktor tgS = 0,38 auf. Wird der Kondensator für 240 h mit einer Gleichspannung von 0,5 V belastet, so ändert sich die Kapazität nicht und der Reststrom schwankt zwischen 4 und 6 /uA.To reduce the distance between the electrodes, and thus to reduce the electrolyte resistance, was placed between the two electrodes (Diameter: 40 mm) a 30 / µm thick asbestos layer - as a separating layer and as a Electrolyte carrier - arranged and soaked with 5 M NH4Cl; the edge was glued in the process. Such a capacitor has a capacitance of 0.24 F at 50 Hz and a loss factor tgS = 0.38. If the capacitor runs for 240 h with a DC voltage of 0.5 V is loaded, the capacity does not change and the residual current fluctuates between 4 and 6 / uA.
Anschließend wurde die Selbstentladung verfolgt; sie ergab eine Zeitkonstante von 3300 s. Daraufhin wurde die Spannung auf 1 V erhöht und nach 5 h wieder die Selbstentladung verfolgt: Die Spannung änderte sich mit Y - 3,5 . 105 s sehr langsam. Die Kapazität beträgt dann zunächst 0,17 F, sie steigt aber wieder auf 0,213 F (r - 50 Hz, tgÆ = 0?418) und bleibt über Monate hinweg konstant.The self-discharge was then followed; it resulted in a time constant of 3300 s. Thereupon the voltage was increased to 1 V and after 5 h again the Followed self-discharge: The voltage changed with Y - 3.5. 105 s very slowly. The capacitance is then initially 0.17 F, but increases again to 0.213 F (r - 50 Hz, tgÆ = 0? 418) and remains constant for months.
Werden in einem entsprechenden einzelligen Kondensator Elektroden eingesetzt, bei denen die TiN-Schicht 30 /um dick ist, so ergibt sich - nach 120 h Betriebsdauer mit einer Spannung von 0,5 V - bei g = 50 Hz eine Kapazität von 0,43 F und ein Verlustfaktor von 0,67. Wird der Kondensator anschließend bei 70°C mit einer Spannung von 0,5 V belastet, so steigt die Kapazität auf 0,98 F.Are electrodes in a corresponding single-cell capacitor if the TiN layer is 30 μm thick, the result is - after 120 h Operating time with a voltage of 0.5 V - at g = 50 Hz a capacity of 0.43 F and a loss factor of 0.67. The condenser is then operated at 70 ° C loaded with a voltage of 0.5 V, the capacity increases to 0.98 F.
Wird dann die Spannung auf 1 V erhöht, so sinkt die Kapazität innerhalb von 76 h auf die Hälfte.If the voltage is then increased to 1 V, the internal capacity decreases from 76 h to half.
Ein einzelliger Kondensator mit scheibenförmigen Elektroden aus rostfreiem Stahl, auf die zunächst eine dichte und dann eine poröse TiN-Schicht aufgebracht worden war, ergab - bei einer effektiven Fläche von 7 cm2 und einem Elektrodenabstand von 200 /um - mit 4 M NH4Cl als Elektrolyt bei r = 50 Hz eine Kapazität von 51 mF und war mit einer Spannung von 0,5 V belastbar.A single-cell capacitor with disc-shaped stainless steel electrodes Steel on which a dense and then a porous TiN layer is applied - with an effective area of 7 cm2 and an electrode spacing of 200 / µm - with 4 M NH4Cl as electrolyte at r = 50 Hz a capacity of 51 mF and could withstand a voltage of 0.5 V.
Wird in einem Kondensator mit Elektroden der vorstehend beschriebenen Art (Dicke der TiN-Schicht: 16 /um) und einer Asbestschicht von 30 /Ufll ein aprotischer Elektrolyt eingesetzt, so kann die Betriebsspannung auf 1 V erhöht werden. Bei 1 M LiCl04 in Propylencarbonat wird dabei bei einer auf die Einzelelektrode (Fläche: 12,5 cm2) bezogenen Kapazität von 42 mF cm 2 der Verlustfaktor tg - 1 bei einer Frequenz von 3 Hz erreicht.Used in a capacitor with electrodes of the type described above Kind (thickness of the TiN layer: 16 / um) and an asbestos layer of 30 / Ufll an aprotic If electrolyte is used, the operating voltage can be increased to 1 V. At 1 M LiCl04 in propylene carbonate is applied to the individual electrode (area: 12.5 cm2) related capacity of 42 mF cm 2 the loss factor tg - 1 at one frequency of 3 Hz.
Neben den guten elektrochemischen Eigenschaften weist der erfindungsgemäße Doppelschichtkondensator noch die wesentlichen Vorteile auf, daß er dünne, mechanisch stabile Elektroden besitzt, die nicht aktiviert werden müssen und die relativ billig sind. Darüber hinaus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Kontaktierung unproblematisch ist.In addition to the good electrochemical properties, the inventive Double layer capacitor still has the main advantages on the fact that it is thin, mechanically Has stable electrodes that do not need to be activated and that are relatively cheap are. In addition, there is the further advantage that the contact is unproblematic is.
5 Patentansprüche5 claims
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823210420 DE3210420A1 (en) | 1982-03-22 | 1982-03-22 | Electrochemical double-layer capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823210420 DE3210420A1 (en) | 1982-03-22 | 1982-03-22 | Electrochemical double-layer capacitor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3210420A1 true DE3210420A1 (en) | 1983-09-22 |
Family
ID=6158926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19823210420 Withdrawn DE3210420A1 (en) | 1982-03-22 | 1982-03-22 | Electrochemical double-layer capacitor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3210420A1 (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5103837A (en) * | 1989-03-20 | 1992-04-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Implantable stimulating electrode |
| WO1992012521A1 (en) * | 1990-12-29 | 1992-07-23 | Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie 'kvant' | Capacitor with double electric layer and method of manufacture |
| WO1997007518A1 (en) | 1995-08-14 | 1997-02-27 | Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa 'elton' | Capacitor with a double electrical layer |
| WO1997037052A1 (en) * | 1996-04-03 | 1997-10-09 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'skb 'istra' | Method and device for applying porous coatings and cathode film of an electrolytic condenser |
| EP0808507A1 (en) * | 1994-12-12 | 1997-11-26 | T/J Technologies, Inc. | High surface area nitride, carbide and boride electrodes and methods of fabrication thereof |
| WO1998014970A1 (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-09 | Pinnacle Research Institute, Inc. | High surface area metal nitrides or metal oxynitrides for electrical energy storage |
| US6181546B1 (en) | 1999-01-19 | 2001-01-30 | Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa “Elton” | Double layer capacitor |
| US6195252B1 (en) | 1997-11-11 | 2001-02-27 | Nauchno-Proizvodstvennoe Predpriyatie Eskin | Capacitor with dual electric layer |
| DE102004019061B4 (en) * | 2004-04-20 | 2008-11-27 | Peter Lazarov | Selective absorber for converting sunlight to heat, a method and apparatus for making the same |
| CN109659156A (en) * | 2019-01-22 | 2019-04-19 | 大连理工大学 | Full titanium nitride collector/electrode super capacitor and preparation method thereof |
| WO2020151327A1 (en) * | 2019-01-22 | 2020-07-30 | 大连理工大学 | Full-transition metal nitride current collector/electrode supercapacitor, and preparation method therefor |
| CN113808859A (en) * | 2021-09-08 | 2021-12-17 | 青岛科技大学 | Preparation method of two-dimensional layered MXene composite TiN electrode material |
-
1982
- 1982-03-22 DE DE19823210420 patent/DE3210420A1/en not_active Withdrawn
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5103837A (en) * | 1989-03-20 | 1992-04-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Implantable stimulating electrode |
| WO1992012521A1 (en) * | 1990-12-29 | 1992-07-23 | Nauchno-Proizvodstvennoe Obiedinenie 'kvant' | Capacitor with double electric layer and method of manufacture |
| EP0808507A4 (en) * | 1994-12-12 | 1998-10-07 | T J Technologies Inc | NITRIDE, CARBIDE AND BORID ELECTRODES WITH HIGH SPECIFIC SURFACE AND MANUFACTURING PROCESS |
| EP0808507A1 (en) * | 1994-12-12 | 1997-11-26 | T/J Technologies, Inc. | High surface area nitride, carbide and boride electrodes and methods of fabrication thereof |
| WO1997007518A1 (en) | 1995-08-14 | 1997-02-27 | Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa 'elton' | Capacitor with a double electrical layer |
| US5986876A (en) * | 1995-08-14 | 1999-11-16 | Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa "Elton" | Double-layer capacitor |
| WO1997037052A1 (en) * | 1996-04-03 | 1997-10-09 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'skb 'istra' | Method and device for applying porous coatings and cathode film of an electrolytic condenser |
| WO1998014970A1 (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-09 | Pinnacle Research Institute, Inc. | High surface area metal nitrides or metal oxynitrides for electrical energy storage |
| US6195252B1 (en) | 1997-11-11 | 2001-02-27 | Nauchno-Proizvodstvennoe Predpriyatie Eskin | Capacitor with dual electric layer |
| US6181546B1 (en) | 1999-01-19 | 2001-01-30 | Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa “Elton” | Double layer capacitor |
| DE102004019061B4 (en) * | 2004-04-20 | 2008-11-27 | Peter Lazarov | Selective absorber for converting sunlight to heat, a method and apparatus for making the same |
| CN109659156A (en) * | 2019-01-22 | 2019-04-19 | 大连理工大学 | Full titanium nitride collector/electrode super capacitor and preparation method thereof |
| WO2020151327A1 (en) * | 2019-01-22 | 2020-07-30 | 大连理工大学 | Full-transition metal nitride current collector/electrode supercapacitor, and preparation method therefor |
| CN113808859A (en) * | 2021-09-08 | 2021-12-17 | 青岛科技大学 | Preparation method of two-dimensional layered MXene composite TiN electrode material |
| CN113808859B (en) * | 2021-09-08 | 2022-11-11 | 青岛科技大学 | Preparation method of two-dimensional layered MXene composite TiN electrode material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69430842T2 (en) | CAPACITOR | |
| DE2254565A1 (en) | CAPACITOR | |
| DE69006798T2 (en) | Electric double layer capacitor. | |
| DE3210420A1 (en) | Electrochemical double-layer capacitor | |
| WO2003094183A2 (en) | Electrode and method for the production thereof | |
| DE1414281B1 (en) | Process for forming closed layers from polymeric material | |
| EP0088137B1 (en) | Self restoring electric capacitor | |
| DE2309948A1 (en) | BATTERY CELL CONSTRUCTION | |
| US3483438A (en) | Capacitor having electrode coated with conductive solid polymer electrolyte | |
| DE3211637A1 (en) | COUNTERELECTRODE FOR AN ELECTROCHROME DISPLAY DEVICE | |
| DE1061400B (en) | Galvanic primary element with a solid, anhydrous silver halide electrolyte and process for its manufacture | |
| DE69106467T2 (en) | Method of manufacturing a solid electrolytic capacitor. | |
| DE3724290A1 (en) | ELECTRODE FOR PIEZOELECTRIC COMPOSITES | |
| DE69800274T2 (en) | Electric double layer capacitor and electrolyte | |
| DE2313211B2 (en) | Thin film solid electrolytic capacitor and method for its manufacture | |
| DE2900742C2 (en) | ||
| DE2534997C3 (en) | Tantalum electrolytic capacitor and process for its manufacture | |
| DE2652012C2 (en) | Electrochemical generator based on sulfur-sodium | |
| DE3117381C2 (en) | ||
| DE3138705A1 (en) | "ELECTROCHROMIC DISPLAY" | |
| DE3011701A1 (en) | DOUBLE LAYER CAPACITOR | |
| DE1671745C3 (en) | Galvanic element and process for its production | |
| EP0137990B1 (en) | Electrochemical redox cell | |
| DE1671419C (en) | Electrolytic coulometer cell as a component for electronic circuits | |
| DD233691A1 (en) | GALVANIC CELL |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |