Суперконденсатор для систем автономного электроснабжения и портативного пуска автотранспортной техники

Авторы патента:

H01G9/004 - конструктивные элементы

H01G11/26 - Конденсаторы; конденсаторы, выпрямители тока, детекторы, переключатели, светочувствительные или термочувствительные устройства электролитического типа (выбор специальных материалов в качестве диэлектриков H01B 3/00; конденсаторы с потенциальным барьером, на которых имеет место скачкообразное изменение потенциала, или с поверхностным барьером H01L 29/00)

Владельцы патента RU 2784889:

Общество с ограниченной ответственностью "Энергокристалл" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к суперконденсатору для систем автономного электроснабжения и портативного пуска автотранспортной техники. Повышение стабильности работы суперконденсатора за счет снижения электрического сопротивления является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что токопроводящие коллекторы и сепараторы сборки имеют поверхности, повторяющие рельеф электродов и пористую структуру, полученную путем формирования коллекторов с нанесением на электродный материал слоя никеля толщиной 50-70 мкм гальваническим методом и сепараторов путем напыления водного раствора целлюлозы на электроды с последующей вакуумной пропиткой суперконденсаторной сборки электролитом, которая позволяет оптимально заполнить электролитом пористые структуры. 1 ил.

Изобретение относится к автотранспортной технике, энергетике, электротехнике, электронике, в средствах сотовой и спутниковой связи.

Известно устройство, представляющее собой многослойный конденсатор, в тонкослойном исполнении, содержащий размещенные на подложке попеременно в слоистой структуре n+1 электродных слоев и n диэлектрических керамических слоев, а также и второй контактный слой отдельно друг от друга сбоку от многослойной структуры, примерно вертикально к плоскости слоев, причем электродные слои электропроводяще соединены попеременно или вторым контактным слоем, а число n находится в пределах 1<n<100 (патент РФ №98123037, А, МКИ H01G 4/30 опубл. 20.10.2000).

Основным недостатком представленного изобретения является то, что удельная емкость конденсаторов при используемых диэлектрических или сегнетоэлектрических материалах теоретически уступает такому же параметру суперконденсаторов на основе двойного электрического слоя.

Известны конденсаторы имеющие высокое значение электрической емкости, содержащие два электрода, из которых один или оба являются поляризуемыми, электролит и сепаратор. Степень заполнения электролитом порового пространства сепаратора и обоих электродов находится в интервале от 90 до 40% от общего объема пор (патент РФ №2185675, С2, МКИ H01G 9/00, H01G 9/04 опубл. 20.07.2002).

Недостатком указанных конденсаторов является то, что электролит состоит из жидкой фазы. Толщина двойного электрического слоя, формирующегося на границе электролита с электродами, ограничивает удельную емкость конденсатора.

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).

Недостатком представленного устройства является сложность изготовления и необходимость применения чистых материалов не имеющих в своей структуре примесей. Также в устройстве отсутствуют защитные конструктивные элементы, обеспечивающие термостабилизацию, в условиях высоких температур или резких токовых нагрузках.

Известен суперконденсатор на двойном электрическом слое, состоящий из электродов на основе активированного углерода, сепаратора, электролита, размещенных в корпусе. В качестве электродов использованы углеродные волокна с совершенной кристаллической структурой графита и упорядоченной системой внутренних пор (патент РФ №2098879).

Недостатками данных устройств являются повышенные размеры, а применение активированного угля требует введения на производстве дополнительных средств его диагностики на предмет наличия примесей и стабильности структурных параметров. Также в устройстве отсутствуют защитные конструктивные элементы, обеспечивающие термостабилизацию в условиях высоких температур или резких токовых нагрузках. Немаловажным недостатком является сложность изготовления и отсутствие элементов регулирования для различных типов электрпотребления.

Известен суперконденсатор с двойным электрическим слоем, включающий корпус с силовыми прижимами, по крайней мере, один сжатый блок элементов, содержащий сепараторы, разнополярные эластичные пористые электроды из частиц углеродного материала, расположенные на одной поверхности сепараторов, пропитанных электролитом, электроннопроводящие коллекторы, охватывающие электроды и изолированные по периметру герметизирующим покрытием, состоящим из двух слоев, один из которых выполнен из не отверждающейся полимерной композиции, а второй слой выполнен из отдельных друг от друга частиц полимера, вдавленных в первый слой покрытия и герметик из не отверждающейся полимерной композиции, расположенный по контуру блока на герметизирующем покрытии коллекторов (патент РФ №2140680, МПК6 H01G 39/00, опубл. 1999 г.).

Недостатком такого суперконденсатора является также его ненадежность из-за недостаточной герметичности, высокой вероятности токовой утечки по электролиту, что снижает срок службы суперконденсатора.

Известен суперконденсатор (патент РФ №2475879), при реализации, которого была решена техническая задача повышения надежности за счет увеличения герметичности и исключения вероятности образования электролитных перемычек между элементами накопительных ячеек (блоков) и между ячейками (блоками).

Указанный технический результат достигается тем, что в электрохимическом суперконденсаторе, включающем корпус с силовыми прижимами, по крайней мере, один сжатый блок элементов, содержащий сепараторы, разнополярные эластичные пористые электроды из частиц углеродного материала, расположенных на одной поверхности сепараторов, пропитанных электролитом, электроннопроводящие коллекторы, охватывающие электроды и изолированные по периметру герметизирующим покрытием, состоящим из двух слоев, один из которых выполнен из не отверждающейся полимерной композиции, а второй слой выполнен из отдельных мелких частиц полимера, вдавленных в первый слой покрытия и не отверждающийся герметик, расположенный по контуру блока на герметизирующем покрытии коллекторов, второй слой герметизирующего покрытия выполнен из смеси открыто пористых крупных частиц полимера с размером, равным 0,5-1,0 расстояния между коллекторами и мелких частиц полимера.

К недостатку следует отнести высокое электрическое сопротивление между электродами и электроннопроводящими коллекторами.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание стабильного суперконденсатора обладающего более низким электрическим сопротивлением.

Технический результат достигается благодаря тому, что электроннопроводящие коллекторы и сепарторы выполнены с поверхностью, которая повторяет рельеф электродов и имеют пористую структуру.

Суперконденсатор для систем автономного электроснабжения и портативного пуска автотранспортной техники содержит корпус (1), сепараторы (2), эластичные пористые электроды (3) из частиц углеродного материала (в том, числе графена, оксида графена и углеродных нанотрубок (однослойных и многослойных)), расположенных на поверхности сепараторов, пропитанных электролитом, электроннопроводящие коллекторы (4), расположенные между электродами и выступающих за края электродов и сепараторов, и токовыводы (5). Электроннопроводящие коллекторы с двухсторон по периметру имеют герметизирующее покрытие, состоящее из двух слоев разнородных материалов (см. фиг. 1).

При этом электронно-проводящие коллекторы нанесены на электродный материал с помощью гальванического способа, в качестве осаждаемого металла использован никель, который обеспечивает пористость поверхности и толщина осаждаемого слоя не более 50-70 мкм. Представленная технология обеспечивает повторение рельефа поверхности электрода. Сепараторы выполнены путем напыления диспергированной в воде целлюлозы (90% дистиллированной воды) на поверхность электрода, что позволяет повторить рельеф электродов и обеспечить пористую структуру. При изготовлении суперконденстаоров происходит вакуумная пропитка электролитом, которая позволяет оптимально заполнить суперконденсаторные секции за счет пористости структуры. В качестве электролитов могут быть использованы водные и не водные электролиты.

Суперконденсатор для систем автономного электроснабжения и портативного пуска автотранспортной техники, содержащий корпус, в котором установлена по крайней мере одна суперконденсаторная секция, пропитанная электролитом, выполненная из эластичных углеродных пористых электродов, сепараторов, электропроводящих коллекторов, изолированных по периметру герметизирующим покрытием, и токовыводов, отличающийся тем, что электронно-проводящие коллекторы и сепараторы имеют поверхности, повторяющие рельеф электродов и пористую структуру, что является результатом формирования коллекторов путем нанесения на электродный материал слоя никеля толщиной 50-70 мкм - гальваническим методом, а для получения сепараторов использовано напыление водного раствора целлюлозы на электроды с последующей вакуумной пропиткой электролитом - суперконденсаторной сборки.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электролиту для двухслойного электрохимического конденсатора и способу его приготовления. Согласно изобретению в состав электролита входят ионоген в виде соли четвертичного аммониевого основания и смесь органических растворителей, где основной растворитель ацетонитрил, а сорастворитель выбран из числа эфиров, при этом в качестве соли четвертичного аммониевого основания используют тетрафторборат метилтриэтиламмония, в качестве сорастворителя - этилацетат, и дополнительно в качестве компонента, понижающего температуру плавления электролита, вводят толуол, или этоксиэтан, или виниленкарбонат.

Положительный электрод и содержащий его первичный литиевый химический источник тока // 2780802

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электродному материалу положительного электрода, положительному электроду и к неперезаряжаемому (первичному) литиевому химическому источнику тока. Техническим результатом заявляемого изобретения является создание материала положительного электрода для первичного литиевого химического источника тока с удельной емкостью от 400 до 570 мА*ч на грамм электродного покрытия (при разряде номинальным током плотностью 0,3 мА/см2), обеспечивающего непрерывный ток разряда не менее 2 А на грамм электродного покрытия или не менее 30 мА на квадратный сантиметр электрода, который обеспечивается тем, что катодный активный материал содержит углеродную проводящую добавку, полимерное связующее и смесь фторированного углерода CFx, а также оксид ванадия V2O5, где фторированный углерод представляет собой соединение CFx, где 0,5≤х≤1,2, при этом содержание в материале оксида ванадия V2O5 составляет от 40% до 80%, фторированного углерода CFx от 10% до 50%, при этом соотношение массового содержания оксида ванадия (V2O5) к фторированному углероду (CFx) составляет от 0,8 до 8.

Электролит для применения в суперконденсаторах и гальванических элементах высокой мощности // 2773505

Изобретение относится к области электротехники, а именно к перезаряжаемым химическим источникам тока, таким как гальванические элементы, например, гальванические элементы высокой мощности, или быстро заряжаемые конденсаторы и суперконденсаторы, в частности, к усовершенствованию электролитов для этих химических источников тока.

Гибридный суперконденсатор на основе наноразмерного гидроксида никеля // 2763028

Изобретение относится к области электротехники, а именно к гибридному суперконденсатору на основе наноразмерного гидрооксида никеля, и может быть использовано в портативной электронике, в источниках бесперебойного питания, в стартере для автомобиля, фотовспышках, медицинской технике. Повышении ёмкостных характеристик гибридного суперконденсатора является техническим результатом изобретения, который достигается тем, что гибридный суперконденсатор на основе наноразмерного гидроксида никеля состоит из пластикового корпуса с клапаном для сброса избыточного давления, в котором размещены два электрода, причем один электрод выполнен из наноуглеродного материала, другой из гидроксида никеля, при этом свёрнутые в рулон электроды разделены сепаратором и помещены в стакан, заполненный 30% раствором гидроксида калия.

Электроактивный полимер, способ его получения и электрод для энергозапасающих устройств на его основе // 2762028

Настоящее изобретение относится к электроактивному полимеру формулы: ,включающему в себя основную поли(салицилидениминато)никелевую цепь и заместители X, Y и Z, n=2-5, где заместители X и Z описываются структурной формулой: , а заместитель Y представляет -СН2-СН2-, или заместители X и Z представляют -СН3, а заместитель Y описывается структурной формулой или -СН2-СН2-.

Перезаряжаемые элементы питания // 2756685

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления перезаряжаемого устройства питания путем печати по меньшей мере одной перезаряжаемой батареи и суперконденсатора. Повышение надежности работы устройства питания является техническим результатом изобретения, который достигается за счет того, что способ предусматривает перезарядку по меньшей мере одной перезаряжаемой батареи через управляющую электронику, выполненную с возможностью подключения суперконденсатора(ов) к упомянутой по меньшей мере одной перезаряжаемой батарее, обладающей высокой удельной емкостью.

Гибкий гибридный электрод для суперконденсатора и способ его получения // 2748557

Изобретение относится к созданию новых гибких гибридных электродов для суперконденсаторов на основе полимеров с системой полисопряжения и может быть использовано при создании портативных устройств хранения энергии. Гибкий электрод для суперконденсатора состоит из токоотводящей подложки из анодированной графитовой фольги, электроактивного композитного покрытия на основе полианилина и углеродного наполнителя - химически активированного в присутствии гидроксида калия при пиролизе инфракрасным излучением полиакрилонитрила ИК-ПАНа графитоподобной слоевой структуры с удельной поверхностью 2000-3000 м2/г, объемом пор 0,3-1,3 см3 и проводимостью 1,5 См/см.

Способ изготовления неполяризуемого электрода электрохимического конденсатора // 2744516

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрохимическим конденсаторам или конденсаторам с двойным электрическим слоем с щелочным электролитом, и может быть использовано для разработки и изготовления электрохимических конденсаторов для транспортных средств. Техническим результатом изобретения является сокращение времени корректировки ванны электрохимической анодной обработки, за счет чего происходит уменьшение затрат времени на корректировку рН раствора электрохимического травления в условиях длительной работы и неизбежных технологических простоях.

Способ изготовления коллектора тока для электрохимических конденсаторов // 2744480

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрохимическим конденсаторам, и может быть использовано в качестве коллектора тока поляризуемого электрода в электродном узле электрохимического конденсатора со щелочным электролитом. Способ изготовления коллектора тока включает контактирование углеродсодержащего прекурсора с металлсодержащим субстратом и последующее нагревание продукта контактирования в инертной и практически лишенной кислорода атмосфере с восстановлением по меньшей мере части субстрата, в качестве металлсодержащего субстрата используют никелевую ленту с окисленной поверхностью, а углеродсодержащего прекурсора - природный газ, металлсодержащий субстрат получают окислением никелевой ленты в печи в кислородсодержащей атмосфере при температуре 895-905°С в течение 3 минут, металлсодержащий субстрат контактирует с углеродсодержащим прекурсором, природным газом при температуре 895-905°С в печи с атмосферой природного газа в течение 2 минут с восстановлением до металлического никеля и образованием никель-углеродного композита, полученный продукт охлаждают на воздухе.

Улучшенные гидрофильные композиции // 2739035

Настоящее изобретение относится к способу образования сшитого электронно-активного гидрофильного сополимера, смеси сомономеров и суперконденсатору. Указанный способ включает стадии: a.