RU2121727C1 - High-value capacitor - Google Patents

Abstract

FIELD: electrolytic capacitors for state-of-the-art power engineering, automobile construction, etc., to function as storage capacitors. SUBSTANCE: capacitor has pair of plane-parallel polarized carbon electrodes made of natural graphite powders activated by plasma-chemical technique with bulk density of 0.002-0.02 g/cm₃ spaced apart by porous polymeric-fiber separator. Entire system is pre-impregnated with mixed sulfate-halide electrolyte and placed in hermetically sealed casing of certain design. Casing cover mounts current leads connected to electrodes by means of copper collector coated with titanium or lead nitride. Device capacitance amounts to 1.0 F and higher value per 1 cm₃ and under certain conditions it provides for discharge currents of up to 2.5 A and higher per 1 cm₃ which enables its use in conjunction with small-size storage battery or photochemical current supply as pulsed energy storage capacitor. EFFECT: improved capacitance, enlarged functional capabilities. 7 dwg

Description

Изобретение относится к области разработки электролитических конденсаторов высокой удельной энергоемкости, в частности конденсаторов на основе двойного электрического слоя, которые могут быть использованы в современной энергетике, автомобилестроении и т.д. в качестве накопителей энергии. The invention relates to the field of development of electrolytic capacitors of high specific energy consumption, in particular capacitors based on a double electric layer, which can be used in modern energy, automotive industry, etc. as energy storage devices.

Известны электролитические конденсаторы на основе двойного электрического слоя [1-3] , в которых поляризуемые электроды выполнены из порошков активированного углерода, флоккулированных карбонизированных полимерных волокон, активированных углеродом, пасты из графитового порошка и пр., а в качестве электролита использованы водные растворы различных солей, растворы солей в органических растворителях, растворы на основе серной кислоты и пр. Электроды разделены с помощью сепаратора высокой пористости и имеют электрический контакт либо с герметично закрывающейся крышкой и корпусом, либо с токоподводами, укрепленными в крышке. Активация порошков углерода, используемых для изготовления электродов, проводимая с целью повышения их адсорбционных свойств и увеличения удельной поверхности, позволяет получать порошки с кажущейся (насыпной) плотностью 0,41 г/см³ (фактической плотностью материала 2,1 - 2,35 г/см³) и удельной поверхностью - м²/г.Electrolytic capacitors based on a double electric layer are known [1-3], in which polarizable electrodes are made of activated carbon powders, flocculated carbonized polymer fibers activated by carbon, graphite powder pastes, etc., and aqueous solutions of various salts are used as the electrolyte, solutions of salts in organic solvents, solutions based on sulfuric acid, etc. The electrodes are separated using a high porosity separator and have electrical contact with either g rmetichno fitting lid and the body, or with the current leads, reinforced in the lid. The activation of carbon powders used for the manufacture of electrodes, carried out in order to increase their adsorption properties and increase the specific surface, allows to obtain powders with an apparent (bulk) density of 0.41 g / cm ³ (actual density of the material is 2.1 - 2.35 g / cm ³ ) and specific surface area - m ² / g.

Прототипом данного изобретения выбран двухслойный конденсатор [4], который используется в качестве резервного источника питания устройств памяти и накопителя энергии при работе с солнечными батареями. Конденсатор состоит из пары поляризуемых электродов, выполненных из ткани, сотканной из волокна из ряда фенольных смол, активированных углеродом. На одной из сторон ткани при помощи плазменного напыления нанесен алюминиевый коллекторный слой. Каждый из коллекторных слоев имеет омический контакт с герметично закрывающейся крышкой и корпусом, разделенными изоляционным уплотнительным кольцом, и функционирующими как положительный и отрицательный электроды. Активация волокна, проводимая водяным паром, двуокисью углерода, продуктами сгорания пропана и пр. при температуре 800^oC - 1000^oC, позволяет получать углефицированное волокно с удельной поверхностью порядка 2500 м²/г. При повышении же объемной массы углерода может происходить потеря механической прочности материала электрода и технологичности его изготовления.The prototype of the present invention selected a two-layer capacitor [4], which is used as a backup power source for memory devices and energy storage when working with solar panels. The capacitor consists of a pair of polarizable electrodes made of a fabric woven from fiber from a series of phenolic resins activated by carbon. An plasma collector layer is applied on one side of the fabric using plasma spraying. Each of the collector layers has an ohmic contact with a hermetically sealed cover and a housing separated by an insulating sealing ring and functioning as positive and negative electrodes. The activation of the fiber, carried out by water vapor, carbon dioxide, propane combustion products, etc. at a temperature of 800 ^o C - 1000 ^o C, allows you to get carbon fiber with a specific surface of the order of 2500 m ² / year With increasing bulk density of carbon, a loss of mechanical strength of the electrode material and the manufacturability of its manufacture can occur.

Задачей данной разработки является создание конденсаторов, характеризующихся повышенными значениями удельной емкости, достигающими 1,0 Ф и более на см³, которые могут при определенных условиях обеспечивать получение разрядных токов до 2,5 А и более на см³, что позволит использовать их совместно с малогабаритной батареей или фотохимическим источником тока в качестве накопителей энергии. Актуальной проблемой также является задача уменьшения габаритов конденсаторов при высоких значениях емкости, предназначенных для микроэлектроники, и удешевление конденсаторов за счет замены традиционно используемых дорогостоящих благородных металлов, идущих на изготовление электродов.The objective of this development is the creation of capacitors characterized by increased values of specific capacitance, reaching 1.0 F or more per cm ³ , which under certain conditions can provide discharge currents of up to 2.5 A or more per cm ³ , which will allow them to be used in conjunction with small-sized battery or photochemical current source as energy storage devices. An urgent problem is also the task of reducing the dimensions of capacitors at high capacitance values intended for microelectronics, and the cheapening of capacitors by replacing the traditionally used expensive noble metals used in the manufacture of electrodes.

Конденсатор высокой удельной энергоемкости на основе двойного электрического слоя состоит из пары высокопористых плоскопараллельных поляризуемых электродов, выполненных из активированных порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002 - 0,02 г/см³, разделенных с помощью пористого сепаратора из полимерного волокна, а в качестве электролита используется смешанный сульфатно-галогенидный раствор. Вся система помещена в герметичный корпус, в крышке которого укреплены токоподводы, соединенные с электродами с помощью коллектора.A capacitor of high specific energy intensity based on a double electric layer consists of a pair of highly porous plane-parallel polarizable electrodes made of activated natural graphite powders with a bulk density of 0.002-0.02 g / cm ³ separated by a porous polymer fiber separator, and is used as an electrolyte mixed sulfate-halide solution. The entire system is placed in a sealed enclosure, in the lid of which current leads are connected, connected to the electrodes by means of a collector.

Активирование исходных порошков природного графита, приводящее к получению порошков с чрезвычайно низкой насыпкой плотностью, производится в два этапа с использованием плазмохимического метода. На первом этапе исходный порошок природного графита обрабатывается в окислительных средах (жидких либо газообразных). При этом происходит образование слоистых интеркалированных соединений внедрения переменного состава, приводящих к увеличению межплоскостных расстояний графита. В качестве основных реагентов для получения межслойных соединений внедрения можно использовать серную кислоту с добавками окислителей (азотной кислоты, ее солей, хлоратов металлов I группы) либо оксиды азота (N₂O, NO₂, N₂O₅), серы (SO₃) либо смесь фтора с добавкой фтористого водорода. Последующая термообработка полученных таким образом порошков графита при температуре, превышающей 800^oC, обеспечивающая быстрое испарение продуктов разложения межслойных соединений внедрения, приводит к расширению блоков, искажению слоистой структуры и значительному увеличению объема частиц графита. Причем наибольшее увеличение объема частиц (до 200 раз) достигается при обработке окисленных порошков природного графита в потоке высокочастотной азотной или аргоновой плазмы. При этом плазмообразующий газ подается в реактор тангенциально, а порошок графита - транспортирующим газом радиально под разряд в зону среднемассовых температур 1200-1300^oC. Длительность процесса плазмохимического расширения составляет (3-8)•10^-3 с. Активация порошков природного графита плазмохимическим методом позволяет получать порошки, насыпная плотность которых достигает при определенных режимах 0,002 г/см³ и более. Получить порошок с насыпной плотностью меньше 0,002 г/см³ технологически невозможно.Activation of the initial powders of natural graphite, leading to the production of powders with an extremely low bulk density, is carried out in two stages using the plasma chemical method. At the first stage, the initial powder of natural graphite is processed in oxidizing media (liquid or gaseous). In this case, the formation of layered intercalated interstitial compounds of varying composition leads to an increase in the interplanar distances of graphite. Sulfuric acid with the addition of oxidizing agents (nitric acid, its salts, group I metal chlorates) or nitrogen oxides (N ₂ O, NO ₂ , N ₂ O ₅ ), sulfur (SO ₃ ) can be used as the main reagents for producing interlayer interstitial compounds. or a mixture of fluorine with the addition of hydrogen fluoride. Subsequent heat treatment of the graphite powders thus obtained at a temperature in excess of 800 ^° C., which ensures rapid evaporation of the decomposition products of the interlayer interstitial compounds, leads to expansion of the blocks, distortion of the layered structure and a significant increase in the volume of graphite particles. Moreover, the largest increase in particle volume (up to 200 times) is achieved when oxidized powders of natural graphite are processed in a stream of high-frequency nitrogen or argon plasma. In this case, the plasma-forming gas is supplied tangentially to the reactor, and the graphite powder is transported radially by gas to the discharge into the mass-average temperature zone of 1200-1300 ^o C. The duration of the plasma-chemical expansion is (3-8) • 10 ^-3 s. The activation of natural graphite powders by the plasma-chemical method allows one to obtain powders with a bulk density of 0.002 g / cm ³ or more under certain conditions. It is technologically impossible to obtain a powder with a bulk density of less than 0.002 g / cm ³ .

Использование активированных плазмохимическим методом порошков природного графита в качестве исходного материала для электродов конденсатора позволяет получать прокаткой или прессованием при определенных режимах электроды, характеризующиеся высокой пористостью и чрезвычайно высокой удельной поверхностью. В предельном случае прессованием при использовании порошков с насыпной плотностью 0,002 г/см³ без связующих добавок можно получить достаточно прочные электроды, удельная поверхность которых при пористости 70% достигает 5•10⁴/г. Использование порошков с насыпной плотностью более 0,02 г/см³ нецелесообразно, т.к. это приводит к уменьшению пористости электродов, увеличению размера пор и, как следствие, к уменьшению удельной поверхности и рабочих характеристик конденсатора. При этом для получения высокопористого материала для электродов прессованием давление прессования не должно превышать 0,5 МПа, а прокатку следует проводить в обкладках при скоростях, не превышающих 0,006 м/с и зазоре между валками не менее 0,4 мм. При прокатке и прессовании формируются поры разного типа. При прессовании поры - открытые, сообщающиеся с равномерным их распределением по объему, а при прокатке - туннельные, волокновые. В первом случае электрод конденсатора представляет собой объемно-пористую углеродную матрицу, которая легко пропитывается электролитом. Во втором же случае пористость внешнего поверхностного слоя электрода ниже внутренних. В связи с этим для обеспечения эффективного использования внутренней поверхности электроды, полученные прокаткой, необходимо предварительно пропитывать электролитом не менее 15-20 часов.The use of natural graphite powders activated by the plasma-chemical method as a starting material for capacitor electrodes makes it possible to obtain, by certain modes, rolling or pressing electrodes characterized by high porosity and extremely high specific surface area. In the extreme case, by pressing using powders with a bulk density of 0.002 g / cm ³ without binders, sufficiently strong electrodes can be obtained whose specific surface reaches 5 • 10 ⁴ / g at a porosity of 70%. The use of powders with a bulk density of more than 0.02 g / cm ^{3 is} impractical, because this leads to a decrease in the porosity of the electrodes, an increase in pore size and, as a consequence, to a decrease in the specific surface and performance of the capacitor. At the same time, to obtain a highly porous material for electrodes by pressing, the pressing pressure should not exceed 0.5 MPa, and rolling should be carried out in plates at speeds not exceeding 0.006 m / s and the gap between the rolls of at least 0.4 mm. During rolling and pressing, pores of various types are formed. When pressing, the pores are open, communicating with their uniform distribution throughout the volume, and during rolling - tunnel, fiber. In the first case, the capacitor electrode is a volume-porous carbon matrix, which is easily impregnated with electrolyte. In the second case, the porosity of the outer surface layer of the electrode is lower than the inner ones. In this regard, to ensure efficient use of the inner surface of the electrodes obtained by rolling, it is necessary to pre-impregnate with electrolyte for at least 15-20 hours.

В конденсаторе высокой удельной энергоемкости электролит содержит поверхностно-активные ионы, которые специфически адсорбируются на поверхности графита и формируют адсорбционные слои, характеризующиеся повышенным значением емкости. В соответствии с этим электролит, содержит поверхностно-активные анионы - сульфаты и галогениды. Сульфат и галогенид ионы вводятся в электролит в виде соединений с натрием, калием, аммонием или цинком в концентрации от 5•10^-2 до 1,0 М. Конденсаторы, в которых электроды выполнены из активированных плазмохимическим методом порошков графита, а электролит содержит поверхностно-активные ионы, обладают повышенными значениями удельной емкости, достигающими 1,0 Ф на см³.In a capacitor of high specific energy intensity, the electrolyte contains surface-active ions that specifically adsorb on the surface of graphite and form adsorption layers characterized by an increased capacitance value. In accordance with this, the electrolyte contains surface-active anions - sulfates and halides. Sulfate and halide ions are introduced into the electrolyte in the form of compounds with sodium, potassium, ammonium or zinc in a concentration of 5 • 10 ^-2 to 1.0 M. Capacitors in which the electrodes are made of graphite powders activated by the plasma-chemical method and the electrolyte contains surface active ions have increased values of specific capacity, reaching 1.0 F per cm ³ .

Электрические параметры конденсаторов высокой удельной энергоемкости определяются размерами электродов, их пористостью и удельной поверхностью, составом электролита, напряжением заряда и при определенных условиях они могут быть использованы в качестве накопителей энергии, характеризующихся повышенными значениями разрядных токов. The electrical parameters of high specific energy capacitors are determined by the size of the electrodes, their porosity and specific surface, electrolyte composition, charge voltage, and under certain conditions they can be used as energy storage devices characterized by increased values of discharge currents.

Пример 1. Example 1

Конденсатор высокой удельной энергоемкости состоит из пары высокопористых плоскопараллельных поляризуемых электродов, изготовленных прокаткой из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпкой плотностью 0,002 г/см³ в виде пластин толщиной 0,65 мм, имеющих плотность 0,12 г/см³, пористость 64% и удельную поверхность 3,1•10⁴ м²/г. С помощью пористого сепаратора из полимерного волокна электроды разделяются и помещаются в герметичный корпус конденсатора, в крышке которого укреплены токоподводы, имеющие электрический контакт с электродами. Предварительно вся система в течение 24 часов пропитывается смешанным сульфатно-галогенидным электролитом состава: 1,0 М KF + 0,5 М Na₂ SO₄. Максимальное напряжение, которое выдерживает конденсатор, составляет 2,5 В. При увеличении напряжения заряда от 1,0 В до 2,5 В удельная емкость увеличивается от 0,12 до 1,1Ф на см³, постоянная времени саморазряда с 850 до 1150 с, токи разряда не превышают 0,1 мA на см³.The capacitor of high specific energy consumption consists of a pair of highly porous plane-parallel polarizable electrodes made by rolling of plasmochemical activated powders of natural graphite with a bulk density of 0.002 g / cm ³ in the form of plates with a thickness of 0.65 mm, having a density of 0.12 g / cm ³ , porosity 64 % and specific surface area 3.1 • 10 ⁴ m ² / g. Using a porous separator made of polymer fiber, the electrodes are separated and placed in a sealed capacitor housing, in the lid of which are connected current leads that have electrical contact with the electrodes. Previously, the entire system is soaked for 24 hours with a mixed sulfate-halide electrolyte composition: 1.0 M KF + 0.5 M Na ₂ SO ₄ . The maximum voltage that the capacitor can withstand is 2.5 V. When the charge voltage increases from 1.0 V to 2.5 V, the specific capacitance increases from 0.12 to 1.1 F per cm ³ , the self-discharge time constant from 850 to 1150 s , discharge currents do not exceed 0.1 mA per cm ³ .

Пример 2. Example 2

Конденсатор по конструкции и технологии выполнен аналогично примеру 1, электроды изготовлены прокаткой из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002 г/см³ в виде пластин толщиной 0,65 мм, имеющих плотность 0,12 г/см³, пористость 64% и удельную поверхность 3,1•10⁴ м²/г, отличается тем, что в качестве электролита использован смешанный сульфатно-галогенидный раствор состава: 1,0 М KCl + 0,5 М Na₂SO₄.The capacitor in design and technology is made analogously to example 1, the electrodes are made by rolling of plasmochemical activated powders of natural graphite with a bulk density of 0.002 g / cm ³ in the form of plates with a thickness of 0.65 mm, having a density of 0.12 g / cm ³ , porosity 64% and a specific surface area of 3.1 • 10 ⁴ m ² / g, characterized in that a mixed sulfate-halide solution of the composition: 1.0 M KCl + 0.5 M Na ₂ SO _{4 was} used as an electrolyte.

Максимальное напряжение, которое выдерживает конденсатор, составляет 2,5 В. При увеличении напряжения заряда от 1,0 В до 2,5 В удельная емкость увеличивается от 0,15 до 1,13 Ф на см³, постоянная времени саморазряда с 950 до 1250 с, токи разряда не превышают 0,1 мA на см³.The maximum voltage that the capacitor can withstand is 2.5 V. When the charge voltage increases from 1.0 V to 2.5 V, the specific capacitance increases from 0.15 to 1.13 F per cm ³ , the self-discharge time constant from 950 to 1250 s, discharge currents do not exceed 0.1 mA per cm ³ .

Пример 3. Example 3

Конденсатор по конструкции и технологии выполнен аналогично примеру 1, электроды изготовлены прокаткой из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002 г/см³ в виде пластин толщиной 0,65 мм, имеющих плотность 0,12 г/см³, пористость 64% и удельную поверхность 3,1•10⁴ м²/г, отличается тем, что в качестве электролита использован смешанный сульфатно-галогенидный раствор состава: 1,0 М KBr + 0,5 М Na₂SO₄.The capacitor in design and technology is made analogously to example 1, the electrodes are made by rolling of plasmochemical activated powders of natural graphite with a bulk density of 0.002 g / cm ³ in the form of plates with a thickness of 0.65 mm, having a density of 0.12 g / cm ³ , porosity 64% and specific surface area 3.1 • 10 ⁴ m ² / g, characterized in that a mixed sulfate-halide solution of the composition: 1.0 M KBr + 0.5 M Na ₂ SO _{4 was} used as an electrolyte.

Максимальное напряжение, которое выдерживает конденсатор, составляет 2,5 В. При увеличении напряжения заряда от 1,0 В до 2,5 В удельная емкость увеличивается от 0,22 до 1,2 Ф на см³, постоянная времени саморазряда с 970 до 10300 с, токи разряда не превышают 0,15 мA на см³.The maximum voltage that the capacitor can withstand is 2.5 V. When the charge voltage increases from 1.0 V to 2.5 V, the specific capacitance increases from 0.22 to 1.2 F per cm ³ , the self-discharge time constant from 970 to 10300 s, discharge currents do not exceed 0.15 mA per cm ³ .

Пример 4
Конденсатор по конструкции и технологии выполнен аналогично примеру 1, электроды изготовлены прокаткой из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002 г/см³ в виде пластин толщиной 0,65 мм, имеющих плотность 0,12 г/см³, пористость 64% и удельную поверхность 3,1•10⁴ м²/г, отличается тем, что в качестве электролита использован смешанный сульфатно-галогенидный раствор состава: 1,0 М KJ + 0,5 М Na₂SO₄.Example 4
The capacitor in design and technology is made analogously to example 1, the electrodes are made by rolling of plasmochemical activated powders of natural graphite with a bulk density of 0.002 g / cm ³ in the form of plates with a thickness of 0.65 mm, having a density of 0.12 g / cm ³ , porosity 64% and a specific surface area of 3.1 • 10 ⁴ m ² / g, characterized in that a mixed sulfate-halide solution of the composition: 1.0 M KJ + 0.5 M Na ₂ SO _{4 is} used as an electrolyte.

Максимальное напряжение, которое выдерживает конденсатор, составляет 1,2 В. При увеличении напряжения заряда на одной секции от 0,5 В до 1,2 В удельная емкость увеличивается от 0,25 до 1,23 Ф на см³, постоянная времени с 800 до 12000 с, токи разряда составляют 0,1 A на см³.The maximum voltage that the capacitor can withstand is 1.2 V. When the charge voltage in one section increases from 0.5 V to 1.2 V, the specific capacitance increases from 0.25 to 1.23 F per cm ³ , the time constant from 800 up to 12000 s, discharge currents are 0.1 A per cm ³ .

Пример 5
Конденсатор по конструкции и технологии выполнен аналогично примеру 1, электроды изготовлены прокаткой из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,011 г/см³ в виде пластин толщиной 0,65 мм, имеющих плотность 0,23 г/см³, пористость 59% и удельную поверхность 1,1•10⁴ м²/г, а в качестве электролита использован смешанный сульфатно-галогенидный раствор состава: 1,0 М KBr + 0,5 М Na₂SO₄.Example 5
The capacitor by design and technology is made analogously to example 1, the electrodes are made by rolling of plasmochemical activated powders of natural graphite with a bulk density of 0.011 g / cm ³ in the form of plates with a thickness of 0.65 mm, having a density of 0.23 g / cm ³ , the porosity of 59% and a specific surface area of 1.1 • 10 ⁴ m ² / g, and a mixed sulfate-halide solution of the composition: 1.0 M KBr + 0.5 M Na ₂ SO _{4 was} used as an electrolyte.

При увеличении напряжения заряда от 1,0 В до 2,5 В удельная емкость увеличивается от 0,1 до 1,0 Ф на см³, постоянная времени саморазряда с 810 до 11500 с, токи разряда составляют 0,11 A на см³.When the charge voltage increases from 1.0 V to 2.5 V, the specific capacity increases from 0.1 to 1.0 F per cm ³ , the self-discharge time constant from 810 to 11500 s, the discharge currents are 0.11 A per cm ³ .

Пример 6. Example 6

Конденсатор по конструкции и технологии выполнен аналогично примеру 1, электроды изготовлены прокаткой из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,02 г/см³ в виде пластин толщиной 0,65 мм, имеющих плотность 0,31 г/см³, пористость 51% и удельную поверхность 0,98•10⁴ м²/г, а в качестве электролита использован смешанный сульфатно-галогенидный раствор состава: 1,0 М KBr + 0,5 М Na₂SO₄. При увеличении напряжения заряда от 1,0 В до 2,5 В удельная емкость увеличивается от 0,09 до 0,95 Ф на см³, токи разряда составляют 0,09 мA на см³.The capacitor by design and technology is made analogously to example 1, the electrodes are made by rolling of plasmochemical activated powders of natural graphite with a bulk density of 0.02 g / cm ³ in the form of plates with a thickness of 0.65 mm, having a density of 0.31 g / cm ³ , porosity 51% and a specific surface area of 0.98 • 10 ⁴ m ² / g, and a mixed sulfate-halide solution of the composition: 1.0 M KBr + 0.5 M Na ₂ SO _{4 was} used as an electrolyte. With increasing charge voltage from 1.0 V to 2.5 V, the specific capacity increases from 0.09 to 0.95 F per cm ³ , discharge currents are 0.09 mA per cm ³ .

Пример 7. Example 7

Конденсатор по конструкции и технологии выполнен аналогично примеру 1, электроды изготовлены прокаткой из активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002 г/см³ в виде пластин толщиной 0,65 мм, имеющих плотность 0,12 г/см³, пористость 64% и удельную поверхность 3,1•10⁴ м²/г, отличается тем, что в качестве электролита использован смешанный сульфатно-галогенидный раствор состава: 1,0 М KBr + 0,5 М Na₂SO₄.The capacitor in design and technology is made analogously to example 1, the electrodes are made by rolling of plasmochemical activated powders of natural graphite with a bulk density of 0.002 g / cm ³ in the form of plates with a thickness of 0.65 mm, having a density of 0.12 g / cm ³ , porosity 64% and specific surface area 3.1 • 10 ⁴ m ² / g, characterized in that a mixed sulfate-halide solution of the composition: 1.0 M KBr + 0.5 M Na ₂ SO _{4 was} used as an electrolyte.

При напряжении заряда 1,8 В ≤ U ≤ 2,3 D удельная емкость составляет 1,2 Ф на см³, постоянная времени саморазряда возрастает до 200000 с, а токи разряда увеличиваются до 2,5 А на см³.At a charge voltage of 1.8 V ≤ U ≤ 2.3 D, the specific capacitance is 1.2 F per cm ³ , the self-discharge time constant increases to 200000 s, and the discharge currents increase to 2.5 A per cm ³ .

Технические характеристики прототипа [4] приведены в единице изделия. Диапазон по емкости составляет 0,033 - 1,0 Ф. При использовании: а) органического электролита номинальное напряжение составляет 5,5 В, разрядные токи - микроамперы, б) водного электролита - рабочее напряжение 1,8 В, разрядные токи - миллиамперы, амперы. Technical characteristics of the prototype [4] are given in the unit of the product. The capacity range is 0.033 - 1.0 F. When using: a) an organic electrolyte, the nominal voltage is 5.5 V, discharge currents are microamps, b) an aqueous electrolyte is an operating voltage of 1.8 V, discharge currents are milliamps, amperes.

Таким образом, использование в качестве исходного сырья для материалов электродов активированных плазмохимическим методом порошков природного графита с насыпной плотностью 0,2 - 0,002 г/см³ позволяет получать экологически чистые, ресурсосберегающие с достаточно низкой стоимостью конденсаторы, характеризующиеся повышенными значениями удельной емкости до 1,0 Ф и более на см³, а при использовании в качестве электролита смешанных сульфатно-бромистых растворов, содержащих сульфат цинка, обеспечивают получение токов разряда до 2,5 А на см³, что позволяет использовать их совместно с малогабаритной батареей или фотохимическим источником тока в качестве импульсных емкостных накопителей энергии.Thus, the use of natural graphite powders with a bulk density of 0.2 - 0.002 g / cm ³ activated as a raw material for electrode materials by the plasma-chemical method makes it possible to obtain environmentally friendly, resource-saving, relatively low cost capacitors, characterized by increased specific capacitance values up to 1.0 F and more per cm ³ , and when using mixed sulfate-bromide solutions containing zinc sulfate as an electrolyte, discharge currents of up to 2.5 A per cm ^{3 are} obtained, which allows you to use them in conjunction with a small battery or photochemical current source as a pulsed capacitive energy storage.

Источники информации
1. Патент N 61-84819 "Двухслойный электролитический конденсатор". Танахаси И. и др., Япония, опубл. 30.04.1986, МКИ H 01 G 9/00.Sources of information
1. Patent N 61-84819 "Two-layer electrolytic capacitor". Tanahashi I. et al., Japan, publ. 04/30/1986, MKI H 01 G 9/00.

2. Патент N 61-287216, Поляризующий электрод и способ его изготовления, Танахаси И. и др., Япония, опубл. 17.12.1986, МКИ H 01 G 9/00, G 02 F 1/17, H 01 M 4/02, 4/96. 2. Patent N 61-287216, Polarizing electrode and method for its manufacture, Tanahashi I. et al., Japan, publ. 12/17/1986, MKI H 01 G 9/00, G 02 F 1/17, H 01 M 4/02, 4/96.

3. Патент N 4713731 "Двухслойный конденсатор". Д. Бус и др., США, опубл. 15.12.1987. 3. Patent N 4713731 "Two-layer capacitor". D. Bus and others, USA, publ. 12/15/1987.

4. Нисино А. и др. Плоские конденсаторы с двойным электрическим слоем с поляризуемыми электродами из волокна, активированного углеродом. National Technical Repot, т. 31, 3, 1985, 318-330. 4. Nisino A. et al. Flat capacitors with a double electric layer with polarizable electrodes made of carbon-activated fiber. National Technical Repot, T. 31, 3, 1985, 318-330.

Claims (1)

Конденсатор высокой удельной энергоемкости, состоящий из пары плоскопараллельных поляризуемых углеродных электродов, разделенных с помощью пористого сепаратора из полимерного волокна, пропитанного смешанным сульфатно-галогенидным электролитом, помещенных в герметичный корпус, в крышке которого укреплены токоподводы, соединенные с электродами с помощью коллектора, отличающийся тем, что углеродные электроды изготовлены из активированных порошков природного графита с насыпной плотностью 0,002 - 0,02 г/см³.A capacitor of high specific energy intensity, consisting of a pair of plane-parallel polarizable carbon electrodes separated by a porous polymer fiber separator impregnated with a mixed sulfate-halide electrolyte, placed in a sealed enclosure, in the cover of which current leads are connected, connected to the electrodes using a collector, characterized in that that carbon electrodes are made of activated powders of natural graphite with a bulk density of 0.002-0.02 g / cm ³ .