RU2774115C2 - Electrode material for supercapacitors used for autonomous power supply systems and portable start-up of vehicles - Google Patents
Electrode material for supercapacitors used for autonomous power supply systems and portable start-up of vehicles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774115C2 RU2774115C2 RU2020106756A RU2020106756A RU2774115C2 RU 2774115 C2 RU2774115 C2 RU 2774115C2 RU 2020106756 A RU2020106756 A RU 2020106756A RU 2020106756 A RU2020106756 A RU 2020106756A RU 2774115 C2 RU2774115 C2 RU 2774115C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode material
- electrodes
- bentonite
- power supply
- supply systems
- Prior art date
Links
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 2
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000002226 superionic conductor Substances 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к автотранспортной технике, энергетике, электротехнике, электронике, в средствах сотовой и спутниковой связи.The invention relates to motor vehicles, energy, electrical engineering, electronics, cellular and satellite communications.
Классический суперконденсатор состоит из двух поляризуемых электродов, разделенных ионопроницаемым сепаратором, пропитанным электролитом.A classic supercapacitor consists of two polarizable electrodes separated by an ion-permeable separator impregnated with an electrolyte.
Электроды суперконденсатора должны удовлетворять, по крайней мере, двум условиям - большой поверхности контакта электродного материала с электролитом и их значительной поляризуемости (что обеспечивает емкость устройства) и высокой проводимости материала электрода. Наиболее широко в качестве электродного материала, отвечающего названным условиям, используются активные углеродные структуры, включающие активированные угли, а углеродные ткани, волокна, а также полимерное связующее.The electrodes of a supercapacitor must satisfy at least two conditions - a large contact surface of the electrode material with the electrolyte and their significant polarizability (which provides the capacitance of the device) and high conductivity of the electrode material. The most widely used as the electrode material that meets these conditions are active carbon structures, including activated carbons, and carbon fabrics, fibers, and a polymeric binder.
Известно использование в качестве электродного материала для суперконденсатора углеродного волокнистого материала, металлизированного никелем (RU 2058054, МПК H01G 9/04 от 03.06.92).Known use as an electrode material for a supercapacitor carbon fiber material, metallized Nickel (RU 2058054, IPC H01G 9/04 from 03.06.92).
Известен суперконденсатор, состоящий из подложки из диэлектрического материала или высокоомного полупроводника, на котором последовательно расположены слои металла, который имеет структурно-сопряженную когерентную границу со следующим слоем, слой суперионного проводника и верхний электрод из проводящего материала, который имеет структурно сопряженную когерентную границу со слоем суперионного проводника (патент РФ №2298257).Known supercapacitor, consisting of a substrate of a dielectric material or a high-resistance semiconductor, on which layers of metal are sequentially located, which has a structurally conjugated coherent boundary with the next layer, a layer of superionic conductor and an upper electrode made of conductive material, which has a structurally conjugated coherent boundary with a layer of superionic conductor (RF patent No. 2298257).
Недостатком представленного устройства является сложность изготовления и необходимость применения чистых материалов, не имеющих в своей структуре примесей.The disadvantage of the presented device is the complexity of manufacturing and the need to use pure materials that do not have impurities in their structure.
Известны электроды конденсатора с двойным электрическим слоем, выполненные из эластичного материала, состоящего из смеси частиц активированного угля, содержащего крупные и мелкие частицы, пористого эластичного диэлектрика и полимерного связующего (РСТ, WO 94/10698 от 27.10.92).Known capacitor electrodes with an electric double layer, made of an elastic material consisting of a mixture of activated carbon particles containing large and small particles, a porous elastic dielectric and a polymer binder (PCT, WO 94/10698 from 27.10.92).
Суперконденсатор, собранный из таких электродов, обладает невысокой емкостью, достаточно большим сопротивлением из-за использования в их составе пористого эластичного диэлектрика и сравнительно небольшой механической прочностью.A supercapacitor assembled from such electrodes has a low capacitance, rather high resistance due to the use of a porous elastic dielectric in their composition, and relatively low mechanical strength.
Также известен электродный материал, включающий металлизированную активную углеродную основу из смеси активного угля, электронопроводящей добавки в виде технического углерода и полимерного связующего (описание к патенту RU 2172037, МПК7 H01G 9/058, H01G 9/155 (1)).An electrode material is also known, including a metallized active carbon base from a mixture of active carbon, an electron-conductive additive in the form of carbon black and a polymer binder (description of the patent RU 2172037, IPC7 H01G 9/058, H01G 9/155 (1)).
Известен суперконденсатор (RU №2098879, МПК 6 H01G 9/155) на электродах с двойным электрическим слоем, состоящий из спрессованных в единый блок поляризуемых электродов, включающих металлизированную активную углеродную основу, сепаратор и электролит на водной основе, размещенные в корпусе. В качестве активной углеродной основы использованы углеродные волокна с совершенной гексагональной кристаллической структурой графита и упорядоченной системой внутренних пор с характерными двойными ямами адиабатического потенциала, поверхность волокон непосредственно покрыта тонкими проводящими металлическими пленками путем осаждения из газовой фазы без использования связующего вещества (прототип).A supercapacitor is known (RU No. 2098879, IPC 6 H01G 9/155) on electrodes with a double electric layer, consisting of polarizable electrodes pressed into a single block, including a metallized active carbon base, a separator and a water-based electrolyte, placed in a housing. As an active carbon base, carbon fibers with a perfect hexagonal crystal structure of graphite and an ordered system of internal pores with characteristic double wells of adiabatic potential are used, the surface of the fibers is directly covered with thin conductive metal films by deposition from the gas phase without the use of a binder (prototype).
Недостатком известного конденсатора является низкая механическая прочность электродов, создающая проблему сохранения их целостности и усложняющая сборку блоков.A disadvantage of the known capacitor is the low mechanical strength of the electrodes, which creates the problem of maintaining their integrity and complicating the assembly of blocks.
Техническая задача изобретения - усовершенствование композитного электродного материала для суперконденсатора достигается тем, что углеродная основа механоактивирована с частицами никеля, кобальта, бентонита, а также содержит мелкодисперсные цеолит, который обеспечивает формирование иерархической структуры, далее получаемый материал прессуется на поверхности имеющей периодическую структуру - обладающую впадинами и выступами с размерами от 2 до 5 мкм.The technical task of the invention - the improvement of the composite electrode material for a supercapacitor is achieved by the fact that the carbon base is mechanically activated with particles of nickel, cobalt, bentonite, and also contains finely dispersed zeolite, which ensures the formation of a hierarchical structure, then the resulting material is pressed on the surface having a periodic structure - having depressions and ledges with sizes from 2 to 5 microns.
Электродный материал для суперконденсатора, применяемого в системах автономного электроснабжения и портативного пуска автотранспортной техники содержит активированный уголь, цеолит и металлические частицы-никеля и кобальта. Для получения равномерно распределенной сыпучей смеси используется механоактивация в шаровой мельнице в течение 2-3 часов. Для обеспечения механической связки компонентов электрода применяется бентонит. Применение цеолита обеспечивает формирование иерархической структуры, что способствует лучшему взаимодействию с электролитом.The electrode material for a supercapacitor used in autonomous power supply systems and portable start-up of motor vehicles contains activated carbon, zeolite and metallic particles of nickel and cobalt. To obtain a uniformly distributed granular mixture, mechanical activation is used in a ball mill for 2-3 hours. Bentonite is used to provide a mechanical bond between the electrode components. The use of zeolite ensures the formation of a hierarchical structure, which contributes to better interaction with the electrolyte.
Далее полученный электродный материал формуется под прессом на поверхности, имеющей периодическую структуру обладающую впадинами и выступами с размерами от 2 до 5 мкм.Further, the obtained electrode material is molded under a press on a surface having a periodic structure with depressions and protrusions with sizes from 2 to 5 microns.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106756A RU2774115C2 (en) | 2020-03-25 | Electrode material for supercapacitors used for autonomous power supply systems and portable start-up of vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106756A RU2774115C2 (en) | 2020-03-25 | Electrode material for supercapacitors used for autonomous power supply systems and portable start-up of vehicles |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020106756A RU2020106756A (en) | 2021-09-27 |
| RU2020106756A3 RU2020106756A3 (en) | 2022-04-01 |
| RU2774115C2 true RU2774115C2 (en) | 2022-06-15 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0574660A (en) * | 1991-09-13 | 1993-03-26 | Hitachi Aic Inc | Separator for electrolytic capacitor and electrolytic capacitor |
| RU2098879C1 (en) * | 1994-03-11 | 1997-12-10 | Наталия Корнеевна Товстюк | Heavy-power capacitor which has double electric layer |
| RU2156512C2 (en) * | 1998-09-03 | 2000-09-20 | Санкт-Петербургский государственный технический университет | Improved capacitor with high specific capacitance |
| RU2172037C1 (en) * | 2000-08-17 | 2001-08-10 | Адрианов Михаил Николаевич | Double-layer capacitor electrode and its manufacturing process |
| RU2298257C1 (en) * | 2005-10-28 | 2007-04-27 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) | Supercapacitor |
| US8233266B2 (en) * | 2006-09-28 | 2012-07-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Energy storage module |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0574660A (en) * | 1991-09-13 | 1993-03-26 | Hitachi Aic Inc | Separator for electrolytic capacitor and electrolytic capacitor |
| RU2098879C1 (en) * | 1994-03-11 | 1997-12-10 | Наталия Корнеевна Товстюк | Heavy-power capacitor which has double electric layer |
| RU2156512C2 (en) * | 1998-09-03 | 2000-09-20 | Санкт-Петербургский государственный технический университет | Improved capacitor with high specific capacitance |
| RU2172037C1 (en) * | 2000-08-17 | 2001-08-10 | Адрианов Михаил Николаевич | Double-layer capacitor electrode and its manufacturing process |
| RU2298257C1 (en) * | 2005-10-28 | 2007-04-27 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) | Supercapacitor |
| US8233266B2 (en) * | 2006-09-28 | 2012-07-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Energy storage module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pandolfo et al. | Carbon properties and their role in supercapacitors | |
| RU2381586C2 (en) | Electrode and current collector for electrochemical capacitor with double electric layer, and electrochemical capacitor with double electric layer made thereof | |
| Lee et al. | Bacterial cellulose as source for activated nanosized carbon for electric double layer capacitors | |
| EP1672652A4 (en) | DOUBLE ELECTRIC LAYER CAPACITOR ELECTRODE, PROCESS FOR PRODUCING THE CAPACITOR, ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR, AND CONDUCTIVE ADHESIVE | |
| RU2427052C1 (en) | Electrode material for electric capacitor, its manufacturing method, and electric supercapacitor | |
| SK283830B6 (en) | Capacitor with a double electrical layer | |
| US10804042B2 (en) | Supercapacitor electrode having highly oriented and closely packed expanded graphite flakes | |
| FR2583916A1 (en) | CAPACITOR CELL WITH DOUBLE ELECTRIC LAYER AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A CELL | |
| CA2797798A1 (en) | A carbon composite electrode for the electric double layer capacitor | |
| TW201526048A (en) | Ultracapacitor with improved aging performance | |
| KR100479188B1 (en) | Electric double layer capacitor with improved activated carbon electrodes | |
| KR101576316B1 (en) | Method for manufacturing electrodes for electric double layer devices based on mixture of fibrous polymeric material and carbon material | |
| RU2774115C2 (en) | Electrode material for supercapacitors used for autonomous power supply systems and portable start-up of vehicles | |
| KR20170109785A (en) | Graphene-Reduced Graphene Oxide Composite and Method for Preparing the Same | |
| JP5164418B2 (en) | Carbon material for electricity storage device electrode and method for producing the same | |
| KR101105715B1 (en) | Electrode for electric energy storage device and manufacturing method thereof | |
| Tanahashi | Comparison of the characteristics of electric double-layer capacitors with an activated carbon powder and an activated carbon fiber | |
| KR100434827B1 (en) | Composite Electrode for Supercapacitor with Polypyrrole and Method of Fabrication the Same | |
| EP2537168A1 (en) | Double-layer capacitor | |
| JP2010205870A (en) | Electrolyte additive for electric double-layer capacitor, electrolyte, and electric double-layer capacitor | |
| Mostazo-López et al. | Novel designs of carbon electrodes for the technological improvement of electrochemical capacitors | |
| RU2784889C2 (en) | Supercapacitor for systems of autonomous power supply and portable start of motor vehicles | |
| RU116270U1 (en) | HIGH SPECIFIC CAPACITOR CAPACITOR | |
| KR100342069B1 (en) | Preparing method of electrode made by Rice Hull Activated Carbon and Application for Electric Double Layer Capacitor | |
| Dž et al. | Graphite, graphite oxide, graphene oxide, and reduced graphene oxide as active materials for electrochemical double layer capacitors: a comparative study |