RU2163041C2 - Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами - Google Patents

Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами Download PDF

Info

Publication number
RU2163041C2
RU2163041C2 RU97107469/09A RU97107469A RU2163041C2 RU 2163041 C2 RU2163041 C2 RU 2163041C2 RU 97107469/09 A RU97107469/09 A RU 97107469/09A RU 97107469 A RU97107469 A RU 97107469A RU 2163041 C2 RU2163041 C2 RU 2163041C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aluminum
layer capacitor
capacitor according
carbon
electrodes
Prior art date
Application number
RU97107469/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97107469A (ru
Inventor
Джозеф ФАРАХМАНДИ К. (US)
Джозеф ФАРАХМАНДИ К.
М. ДИСПЕННЕТТЕ Джон (US)
М. ДИСПЕННЕТТЕ Джон
Original Assignee
Максвелл Текнолоджиз, Инк.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Максвелл Текнолоджиз, Инк. filed Critical Максвелл Текнолоджиз, Инк.
Publication of RU97107469A publication Critical patent/RU97107469A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2163041C2 publication Critical patent/RU2163041C2/ru

Links

Images

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
    • H01G11/54—Electrolytes
    • 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
    • H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
    • 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
    • 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
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Изобретение относится к конденсаторам с двойным электрическим слоем. Техническим результатом изобретения являются повышение удельных электрических характеристик и упрощение технологии изготовления конденсаторов. Предложен высокоэффективный двухслойный конденсатор с электрическим двойным слоем, образованным на границе раздела между активированным углем и электролитом. Высокоэффективный двухслойный конденсатор включает два пропитанных алюминием угольных композитных электрода, имеющих равномерно распределенную непрерывную дорожку из алюминия, пропитывающего заготовку из волокна из активированного угля, насыщенных высокоэффективным электролитом. Конденсатор способен отдавать, по меньшей мере, 5 Вт·ч/кг полезной энергии при номинальных значениях мощности по меньшей мере 600 Вт/кг. 2 с. и 40 з.п.ф-лы, 3 ил. , 3 табл.

Description

Изобретение относится к электрическому двухслойному конденсатору, в частности к высокоэффективному двухслойному конденсатору, содержащему угольно-алюминиевые композитные электроды и высокоэффективный электролит, а также к способу его изготовления.
Двухслойные конденсаторы относятся к энергонакопительным устройствам, способным накапливать и хранить большее количество энергии на свой вес, чем традиционные конденсаторы, и они типично отдают электроэнергию при более высокой номинальной мощности, чем многие перезаряжаемые батареи. Двухслойные конденсаторы состоят из двух пористых электродов, изолированных от электрического контакта пористым разделителем. Разделитель и электроды пропитаны электролитом. Это позволяет ионному току протекать между электродами, но препятствует закорачиванию ячейки электрическим током. На обратной стороне каждого из этих активных электродов имеется токосъемная обкладка. Одной из целей токосъемной обкладки является снижение омических потерь в двухслойном конденсаторе. Если токосъемные обкладки выполнены не пористыми, они также могут использоваться как часть уплотнения конденсатора.
Когда к двум электродам двухслойного конденсатора прикладывается электрический потенциал, в результате притяжения анионов к положительному электроду, а катионов к отрицательному электроду, протекает ионный ток. Достигнув поверхности электрода, заряд абсорбируется в области границы раздела твердое тело - жидкость. Это происходит за счет аборбции самих разновидностей заряда или за счет переориентации диполей молекулы растворителя. Абсорбированный заряд удерживается в этой области противоположными зарядами в твердом электроде.
Использование угольных электродов в электрохимических конденсаторах обеспечивает существенное преимущество этой технологии, так как углерод имеет низкий атомный вес, и угольные электроды можно выполнять с очень большими площадями поверхности. Изготовление двухслойных конденсаторов с угольными электродами известно достаточно давно, о чем свидетельствуют патенты США N 2 800 616 (Becker) и 3 648 126 (Boos et al.).
Основной недостаток многих конденсаторов с угольными электродами состоит в том, что их рабочие характеристики часто ограничены из-за высокого внутреннего сопротивления большинства угольных электродов. Это высокое внутреннее сопротивление объясняется в первую очередь высоким контактным сопротивлением на контактах между углем. Это высокое сопротивление обуславливает большие омические потери в конденсаторе на этапе разряда. Снижение упомянутого внутреннего сопротивления в двухслойных конденсаторах достигается в основном путем уменьшения электронного сопротивления в электроде.
Существует также проблема одновременного обеспечения большой площади поверхности и соответствующего регулирования пористости угольного электрода. Пористость угольного электрода обуславливает степень доступности электролита для поверхностных атомов углерода.
Для повышения рабочего напряжения многих двухслойных конденсаторов отдельные ячейки часто собирают в последовательные наборы. Для уменьшения омических потерь необходимо минимизировать пути тока между ячейками. В оптимальной конструкции смежные ячейки должны быть разделены только одной токосъемной обкладкой. Эта обкладка не должна быть пористой, чтобы исключить совместное использование электролита между ячейками. Разделение предотвращает потери, вызванные шунтированным путем тока между ячейками. Конструкции такого типа известны как биполярные. В биполярном двухслойном конденсаторе одна сторона работает как положительный электрод, а другая - как отрицательный для соседней ячейки. Один из примеров биполярного двухслойного конденсатора описан в патенте США N 3 536 963 (Boos).
В последнее время получила распространение другая конструкция двухслойного конденсатора - ячейка со спиральной обмоткой. Пример такой ячейки со спиральной обмоткой раскрыт в патенте США N 5 150 283 (Yoshida et al.). Предложенный электрический двухслойный конденсатор содержит два поляризуемых электрода, выполненных из электропроводящих подложек. Подложки покрыты слоями смеси активированного угля со связующим на основе водорастворимого материала. Электроды обращены друг к другу, а между ними расположен разделитель, пропитанный электролитом. Такой конденсатор сочетает в себе преимущества традиционных конденсаторов с использованием водных электролитов и конденсаторов с органическим растворителем.
Использование ячейки со спиральной обмоткой в двухслойном конденсаторе обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что электроды с большой площадью поверхности могут быть свернуты в малом корпусе. Большие электроды существенно снижают внутреннее сопротивление конденсатора, наличие корпуса значительно упрощает уплотнение конденсатора или герметизацию, необходимую для двухслойного конденсатора. В биполярной конструкции каждая ячейка должна быть уплотнена по периметру электрода. Но в конструкции с обмоткой уплотнение требуется только для наружной стороны. Эта конструкция не так эффективна, как биполярная, когда ячейки собираются последовательно в наборы, так как сопротивление проводов дополняет омические потери.
Настоящее изобретение больше касается электрохимических или двухслойных конденсаторов, имеющих угольно-алюминиевые композитные электроды. Угольно-металлические композитные электроды, в частности, угольно-алюминиевые композитные электроды позволяют минимизировать внутреннее сопротивление электрода. В наиболее близких аналогах особую важность представляют способы изготовления угольно-алюминиевых композитных электродов, способы изготовления и присоединения токосъемника к композитному электроду и подходящие электролиты, которые можно использовать в высокоэффективных двухслойных конденсаторах.
В последнее время предлагались разные технологии изготовления, направленные на уменьшение внутреннего сопротивления угольных композитных электродов. Например, в патенте США N 5150283 (Yoshida et al.) раскрыт способ изготовления угольно-алюминиевого композитного электрода путем осаждения на алюминиевую подложку угольного порошка и других повышающих электропроводность добавок.
Другое аналогичное решение раскрыто в патенте США N 4 597 029 (Yoshida et al. ), в котором предложено вводить металлы, в частности, алюминий, в электроды из углеродного волокна посредством вплетения металлических волокон в заготовки из углеродного волокна.
В патенте США N 4 562 511 (Nishino et al.) описано еще одно решение, в котором углеродное волокно погружают в водный раствор, так что в порах углеродных волокон образуется слой электропроводного металлического оксида, предпочтительно оксида переходного металла. Nishino et al. также описывают образование металлических оксидов, таких как оксид олова или оксид индия, осаждением из паровой фазы.
Еще один родственный способ описан в патентах США N 5102745, 5304330 и 5080963 (Tatarchuk et al.). В этих решениях продемонстрировано, что металлические волокна можно переплетать с угольной заготовкой и спекать для получения электропроводящей матрицы со стабильной конструкцией, которую можно использовать как композитный электрод. Tatarchuk et al. в своих патентах также предложили способ, обеспечивающий снижение электрического сопротивления в композитном электроде за счет уменьшения количества контактов между углем, через которые должен протекать ток для достижения металлического проводника. Это решение достаточно эффективно, если в качестве металла используются волокна из нержавеющей стали или никеля, но оно не приносит успеха, если используются алюминиевые волокна, так как во время спекания или нагрева композитного электрода образуется карбид алюминия.
Использование алюминия в процессах изготовления двухслойных конденсаторов представляет большую важность, так как алюминий является оптимальным металлом с точки зрения стоимости, доступности и эффективности. Например, при использовании угольно- алюминиевого композитного электрода в двухслойном конденсаторе с безводным электролитом, вполне достижимо рабочее напряжение 3.0 В. Но если вместо алюминия использовать никель или нержавеющую сталь, рабочее напряжение снизится до величины менее 2.0 В.
Аналогичные конструкции двухслойных конденсаторов также описаны в патентах США N 4438481 (Phillips et al. ); N 4597028 (Joshida et al.); N 4709303 (Fujiwara et al.); N 4725927 (Morimoto) и N 5136472 (Tsuchiya et al. ).
Другим важным аспектом изготовления двухслойных конденсаторов является способ изготовления токосъемной обкладки и ее сцепления с электродом. Это обусловлено тем, что граница раздела между электродом и токосъемной обкладкой является еще одним источником внутреннего сопротивления двухслойного конденсатора.
В патенте США N 4562511 (Nishino et al.) предложено плазменное распыление расплавленных металлов, в частности, алюминия, на одну сторону поляризуемого электрода, чтобы сформировать соответствующий слой, выполняющий функцию токосъемника. В этом патенте также предложены альтернативные способы присоединения и/или формирования токосъемника, включающие дуговое напыление, вакуумное осаждение, распыление, неэлектролитическое осаждение и использование электропроводящих красителей.
В патентах Tatarchuk et al. (патенты США N N 5 102 745, 5 304 330 и 5 080 963) описано присоединение токосъемника из металлической фольги к электроду путем спекания металлической фольги с электродным элементом.
В патенте США N 5 142 451 (Kurabayashi et al.) описан способ соединения токосъемника с электродом в процессе термической выдержки, в результате которой материал токосъемника входит в поры электродных элементов.
В патенте США N 5 099 398 (Kurabayashi et al.) описан способ присоединения токосъемника к электроду за счет химического присоединения тонкопленочного токосъемника, при котором часть материала токосъемников входит в поры электродных элементов. В этом патенте также раскрыты некоторые другие традиционные методы присоединения токосъемника к электроду, включая использование электропроводящих клеев и термическое соединение под давлением.
Другие аналогичные способы изготовления и присоединения токосъемных обкладок можно найти в патентах США NN 5065286, 5072335, 5072336, 5072337 и 5121301, выданные на имя Kurabayashi et al.
Таким образом, существует потребность в усовершенствованных двухслойных конденсаторах с угольно-алюминиевыми композитными электродами. Эти усовершенствованные двухслойные конденсаторы должны отдавать большие количества полезной энергии с очень высокими номинальными значениями выходной мощности и плотности мощности. Они также должны иметь относительно низкое внутреннее сопротивление и при этом способны обеспечивать относительно высокое рабочее напряжение.
Кроме того, представляется также очевидным, что необходимо усовершенствовать технологии и способы изготовления двухслойных конденсаторов с угольно-алюминиевыми композитными электродами с целью снижения внутреннего сопротивления двухслойного конденсатора и получения максимального рабочего напряжения. Так как количество запасенной энергии на единицу веса конденсатора возрастает пропорционально квадрату рабочего напряжения, более высокие рабочие напряжения обеспечивают более высокоэффективные конденсаторы благодаря существенно увеличенным номинальным значениям выходной мощности и количества запасенной энергии на единицу веса.
Раскрытие изобретения
Предложен высокоэффективный двухслойный конденсатор, имеющий электрический двойной слой, образованный на границе раздела между активированным углем и электролитом. Высокоэффективный двухслойный конденсатор содержит два пропитанных алюминием угольных композитных электрода, имеющих равномерно распределенную непрерывную дорожку из алюминия, пропитывающего заготовку из волокон из активированного угля, и насыщенных высокоэффективным электролитом. Высокоэффективный двухслойный конденсатор выполнен с возможностью отдачи по меньшей мере 5 Вт·час/кг полезной энергии при номинальных значениях мощности по меньшей мере 600 Вт/кг. Также предложены способы изготовления высокоэффективного двухслойного конденсатора.
Согласно изобретению также предложен усовершенствованный способ изготовления высокоэффективных двухслойных конденсаторов посредством пропитки расплавленным алюминием заготовок из углеродного волокна. В изобретении также указаны разные усовершенствованные способы изготовления угольно-алюминиевых композитных электродов и технологии присоединения токосъемной обкладки к электроду.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его воплощения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает сечение одноячеечного высокоэффективного двухслойного конденсатора, выполненного в соответствии с изобретением;
фиг. 2 - вид в сечении биполярного угольно-алюминиевого композитного электрода, выполненного в соответствии с изобретением; и
фиг. 3 - вид в сечении последовательного набора высокоэффективных двухслойных конденсаторов биполярного типа.
Подробное описание изобретения
Описанный ниже высокоэффективный двухслойный конденсатор предпочтительно является большим двухслойным конденсатором биполярного типа, который отдает большое количество полезной энергии с высокими номинальными значениями выходной мощности и плотности мощности. В частности, высокоэффективный двухслойный конденсатор выполнен с возможностью отдавать по меньшей мере 5 Вт·час/кг полезной энергии при номинальных значениях мощности по меньшей мере 600 Вт/кг. Кроме того, предпочтительный высокоэффективный двухслойный конденсатор характеризуется относительно низким внутренним сопротивлением, номинальным значением отношения заряда к разряду по меньшей мере 90% и относительно высокими рабочими напряжениями порядка 3 В для одноячеечного конденсатора. При последовательной сборке двухслойных конденсаторов биполярного типа набор высокоэффективных конденсаторов обеспечивает до 350 В и накапливает около 1.8 МДж энергии.
Высокоэффективный двухслойный конденсатор предпочтительно содержит усовершенствованные угольно-алюминиевые композитные электроды с высокоэффективным электролитом. Особую важность представляет преимущественный способ изготовления угольно- алюминиевых композитных электродов и способ присоединения токосъемника, которые используются при изготовлении предложенных высокоэффективных двухслойных конденсаторов.
На фиг.1 изображен одноячеечный высокоэффективный двухслойный конденсатор 10, включающий контейнер 11 ячейки, два угольно-алюминиевых композитных электрода 12 и 14, ионопроводящий разделитель 18, электролит 20, две токосъемные обкладки 22 и 24 и электрические провода 28 и 29, проходящие от токосъемных обкладок 22 и 24.
Два угольно-алюминиевых композитных электрода 12 и 14 предпочтительно выполнены из заготовки из пористой углеродной ткани или бумаги, пропитанной расплавленным алюминием. Пористость угольно- алюминиевых композитных электродов 12 и 14 должна тщательно контролироваться во время процесса пропитки, чтобы позволить впоследствии ввести достаточное количество электролита 20 в двухслойный конденсатор 10 и дать электролиту проникнуть в поры углеродных волокон.
Две токосъемные обкладки 22 и 24 прикреплены к обратной стороне каждого угольно-алюминиевого композитного электрода 12 и 14. Предпочтительно токосъемные обкладки 22 и 24 выполнены в виде тонких слоев алюминиевой фольги. При одноячеечной конфигурации конденсатора токосъемные обкладки 22 и 24 предпочтительно не являются пористыми, чтобы их можно было использовать как часть наружного уплотнения конденсатора.
Ионопроводящий разделитель 18 помещен между противоположными угольно-алюминиевыми композитными электродами 12 и 14. Ионопроводящий разделитель 18 предпочтительно выполнен из высокопористого материала, который выполняет функцию электронного изолятора между угольно-алюминиевыми композитными электродами 12 и 14. Цель ионопроводящего разделителя 18 - гарантировать, чтобы противоположные электроды 12 и 14 никогда не контактировали друг с другом, так как контакт между ними приводит к короткому замыканию и быстрому истощению зарядов, накопленных в электродах. Пористость ионопроводящего разделителя 18 позволяет ионам двигаться в электролите 20. Предпочтительно, ионопроводящий разделитель 18 выполняют в виде пористого полипропиленового диска толщиной приблизительно 25.4 мкм. Полипропиленовый разделитель сначала пропитывают электролитом 20, прежде чем вставить его между угольно-алюминиевыми электродами 12 и 14.
Контейнер 11 ячейки может быть любым известным упаковочным средством, традиционно используемым для двухслойных конденсаторов. Для обеспечения максимального количества запасенной энергии на единицу веса двухслойных конденсаторов, целесообразно минимизировать вес упаковочного средства. Вес упакованных двухслойных конденсаторов типично не должен превосходить вес неупакованного двухслойного конденсатора более чем на 25%. Электрические провода 28 и 29 проходят от токосъемных обкладок 22 и 24 через контейнер 11 ячейки и могут быть выполнены с возможностью подсоединения к электрической схеме (не показанной на чертежах).
На фиг. 2 и фиг.3 изображены биполярный угольно-алюминиевый композитный электрод 30 и соответствующий последовательный набор высокоэффективных биполярных двухслойных конденсаторов 40. Биполярный угольно-алюминиевый композитный электрод 30 содержит корпус из поляризованного угольно-алюминиевого композита, разделенный непористой токосъемной обкладкой 36. К одной поверхности 37 токосъемной обкладки 36 прикреплен заряженный электрод 32 первой ячейки. К противоположной поверхности 38 токосъемной обкладки 36 прикреплен противоположно заряженный электрод 34 второй ячейки. Иными словами, если первый электрод 32 является отрицательным для первой конденсаторной ячейки "A", то второй электрод 34 является положительным электродом для смежной ячейки "В".
Как более наглядно показано на фиг. 3, последовательный набор 40 высокоэффективных биполярных двухслойных конденсаторов включает несколько ячеек (A, B, C и D), которые предпочтительно соединены последовательно. Каждая ячейка содержит два пропитанных алюминием угольных композитных пористых электрода 42 и 44, обращенных друг к другу, с ионопроводящим разделителем 46, помещенным между ними. Несколько непористых токосъемников 48 помещено между каждой ячейкой, причем каждый токосъемник 48 имеет два прилегающих к нему поляризованных электрода 42 и 44 разных ячеек, прикрепленных к нему, как будет описано ниже. Кроме того, в каждую ячейку введено достаточное количество электролита 50, чтобы электролит 50 насытил композитные электроды 42 и 44 и разделитель 46 в каждой ячейке. На каждом конце набора находятся наружные токосъемные обкладки 49.
Отдельные угольно-алюминиевые композитные электроды 42 и 44 предпочтительно выполнены по описанной ниже технологии. Каждый электрод изготавливают из заготовки из углеродной ткани или бумаги, которую пропитывают расплавленным алюминием. Как отмечалось выше, пористость угольно-алюминиевых композитных электродов 42 и 44 должна тщательно контролироваться во время процесса пропитки, чтобы позволить впоследствии ввести достаточное количество электролита 50 в конденсаторную ячейку и дать этому электролиту проникнуть в поры углеродных волокон.
Пропитанные алюминием угольные композитные электроды 42 и 44 достаточно пористые и имеют равномерно распределенную непрерывную дорожку из алюминия, пропитавшую волокна из активированного угля, так что эквивалентное последовательное сопротивление каждого электрода при использовании в трехвольтной ячейке составляет около 1.5 Ом на см2, а емкость каждого композитного электрода 42 и 44 составляет приблизительно 30 Ф/см3 или выше.
Внутренние токосъемные обкладки 48 каждого биполярного электрода предпочтительно выполнены из непористых слоев алюминиевой фольги, предназначенных для разделения электролита 50 между соседними ячейками. Наружные токосъемные обкладки 49 также непористые, чтобы их можно было при необходимости использовать как часть наружного уплотнения конденсатора.
Ионопроводящий разделитель 46 помещен между противолежащими угольно-алюминиевыми композитными электродами 42 и 44 внутри конкретной конденсаторной ячейки. Ионопроводящий разделитель 46 предпочтительно выполнен в виде пористого полипропиленового диска, аналогичного ионопроводящим разделителям, используемым в одноячеечной конфигурации.
Многие дополнительные преимущества предложенного двухслойного конденсатора обеспечиваются предпочтительными способами изготовления угольно-алюминиевых композитных электродов, предпочтительным способом присоединения токосъемника и использованием высокоэффективных электролитов. В дальнейшем подробно обсуждается каждый из этих аспектов изобретения.
Угольно-алюминиевый композитный электрод
Как было указано выше, угольно-алюминиевый композитный электрод предпочтительно изготавливают из заготовки, выполненной из пористой ткани или бумаги из углеродного волокна, которая пропитана расплавленным алюминием. Заготовку можно изготовить из любого подходящего материала из углеродного волокна, например, из войлока из углеродного волокна, или других подложек из волокна из активированного угля, имеющих достаточную пористость, чтобы принять пропитку из расплавленного алюминия и электролит.
Алюминиевая пропитка равномерно и непрерывно распределяется и проходит через заготовку, обеспечивая токопроводящую дорожку с низким сопротивлением внутри электрода. Угольно-алюминиевый композитный электрод остается также достаточно пористым, чтобы позволить электролиту, предпочтительно, безводному, просочиться в поры волокон из активированного угля.
Процесс изготовления угольно-алюминиевых композитных электродов двухслойного конденсатора начинается с изготовления электродной заготовки из углеродного волокна. Электродная заготовка из углеродного волокна типично представляет собой заготовку из бумаги или ткани с использованием углеродных волокон с большой площадью поверхности. Площадь поверхности таких волокон может колебаться в пределах приблизительно 500-3000 м2/г. Заготовку из бумаги из углеродного волокна получают на стандартной бумагоделательной машине с использованием углеродных волокон диаметром приблизительно 8-10 мкм, нарезанных на отрезки длиной приблизительно 2-7 мм. В заготовку также можно добавить целлюлозные волокна сопоставимых размеров в качестве связующего и для регулирования пористости полученной заготовки.
Заготовку из углеродно-волокнистой ткани предпочтительно выполняют из готовой ткани, в которой использованы переплетенные углеродные волокна с площадью поверхности приблизительно 500-3000 м2 и диаметром приблизительно 8-10 мкм. Заготовка из углеродно- волокнистой ткани обычно дороже заготовки из бумаги из углеродного волокна, но заготовка из ткани обладает более высокой конструкционной устойчивостью, чем заготовка из бумаги. При этом площадь поверхности и другие параметры углеродных волокон можно легко адаптировать к требованиям, предъявляемым при конкретном применении.
Пропитка заготовок из углеродного волокна расплавленным алюминием предпочтительно осуществляется с помощью технологии плазменного распыления или, альтернативно, с помощью технологии инфильтрации жидкости или технологии погружения. При плазменном распылении расплавленный алюминий предпочтительно распыляется на обе стороны заготовки из углеродного волокна. Плазменное распыление расплавленного металла и раньше использовалось в производстве двухслойных конденсаторов, но обычно только как средство для формирования токосъемника.
Технология плазменного распыления оптимизируется, чтобы позволить алюминию проникнуть в заготовку из углеродно-волокнистой ткани и образовать пористую, равномерно распределенную алюминиевую матрицу. Эта оптимизация достигается посредством регулировки подачи электрического тока на установку распыления, температуры и давления расплавленного алюминия, расстояния между установкой плазменного распыления и заготовкой из углеродного волокна и качания установки плазменного распыления.
В технологии инфильтрации жидкости расплавленный алюминий пропитывается в структуру при погружении заготовки из углеродного волокна в расплав алюминия. Но расплавленный алюминий не смачивает поверхность углеродного волокна и поэтому не входит в его поры. Из-за низкой смачиваемости угля требуются специальные технологии, чтобы обеспечить соответствующую пропитку расплавленным алюминием промежутков между углеродными волокнами.
Такие технологии улучшения пропитки электрода включают разные варианты технологии пропитки, которые используются для получения алюминиево-графитовых композитов в космической промышленности. Такие технологии пропитки специально адаптированы и модифицированы для данного способа изготовления угольно- алюминиевых композитных электродов. Например, требуется точный контроль процесса пропитки, чтобы композитный электрод оставался достаточно пористым для пропускания электролитом ионного тока.
В одной из таких технологий улучшения пропитки используются ультразвуковые колебания для повышения смачиваемости углеродных волокон расплавленным алюминием. Когда заготовки из углеродного волокна погружаются в расплав для пропитки расплавленным алюминием, на зону пропитки направляются ультразвуковые колебания. Под действием этих колебаний давление в жидкости вызывается образованием локализованных кавитаций. При некоторых определенных частотах расплавленный алюминий закачивается в промежутки между углеродными волокнами. Посредством изменения частоты ультразвуковых колебаний можно регулировать уровень пропитки, обеспечивая тем самым пористый готовый продукт.
В другой технологии улучшения пропитки расплавленным алюминием заготовки из углеродного волокна во время изготовления угольно-алюминиевого композитного электрода используются другие средства для циклического приложения внешнего давления к пропитывающему расплавленному алюминию. Повышение и понижение давления создает накачивающее действие, которое помогает расплавленному алюминию входить в пространства между углеродными волокнами. Чтобы помочь алюминию заполнять пространства между углеродными волокнами, часто используют повышение температуры расплавленного алюминия.
В качестве средства, способствующего пропитке расплавленным алюминием угольной заготовки во время изготовления угольно- алюминиевого композитного электрода, используются также смачивающие реагенты. Смачиваемость углеродного волокна повышается, если сначала погрузить его в расплавленный металлический инфильтрат, состоящий из смачивающих реагентов, таких как сплав с оловом и титаном или с медью, оловом и титаном расплавленного натрия. После извлечения угольной заготовки из металлического инфильтрата, ее погружают в ванну расплавленного алюминия. Расплавленный алюминий выщелачивает смачивающий реагент из углеродных волокон, что позволяет алюминию заполнить промежутки между ними. В заготовки из углеродного волокна можно также вводить другие подходящие смачивающие реагенты, такие как тантал, титан-углерод, титан-азот, титан-азот-углерод или кремний-углерод, чтобы способствовать пропитке расплавленным алюминием.
В процессе изготовления угольно-алюминиевых композитных электродов для двухслойных конденсаторов можно также использовать альтернативные технологии для улучшения смачиваемости углеродных волокон. Также альтернативные средства улучшения смачиваемости включают, например, покрытие углеродных волокон тонким слоем металлов, таких как серебро, кобальт, медь или никель. Но при этом важно отметить, что любые посторонние реагенты или другие загрязнители, используемые при изготовлении композитных электродов для двухслойных конденсаторов, должны либо удаляться перед использованием конденсатора, либо присутствие таких агентов не должно существенно ограничивать физические характеристики или эксплуатационные свойства двухслойного конденсатора.
Можно также использовать ультразвуковые колебания, описанные выше, или циклическое приложение внешнего давления со смачивающим реагентом или без него в качестве средства улучшения процесса пропитки расплавленным алюминием. Кроме того, в качестве средства улучшения процесса пропитки расплавленным алюминием можно использовать варианты процесса плазменного распыления со смачивающим реагентом или без него.
Управление процессом пропитки позволяет регулировать пористость электрода. Пористость угольно-алюминиевого композитного электрода тщательно регулируется во время процесса пропитки, чтобы впоследствии позволить электролиту беспрепятственно входить в поры углеродных волокон и тем самым формировать достаточно большую область границы раздела между электролитом и углеродными волокнами.
Описанное выше введение алюминия в электрод изменяет электролитический путь ионного тока в область границы раздела электрода и электролита. Но этот измененный электролитический путь не приводит к существенному увеличению внутреннего сопротивления двухслойного конденсатора, потому что большая часть внутреннего сопротивления остается в маленьких порах углеродных волокон.
Пористость угольно-алюминиевого композитного электрода можно лучше всего выразить как весовое соотношение алюминия и активированного угля. Но при этом важно, чтобы алюминий равномерно и непрерывно распределялся по заготовке для формирования в композитном электроде пути тока с низким сопротивлением. Предпочтительное весовое соотношение алюминия с углем находится в пределах 1.3-0.5 и еще более предпочтительно, чтобы оно было меньше 1.0.
Как отмечалось выше, управление процессом пропитки и регулирование при этом пористости электрода может осуществляться несколькими способами, включая использование смачивающих агентов, циклическое приложение внешнего давления к расплавленному алюминию и/или введение ультразвуковых колебаний во время инфильтрации жидкости. За счет регулировки частоты и величины ультразвуковых колебаний во время инфильтрации жидкости можно варьировать пропитку расплавленным алюминием.
Кроме того регулирование внешних параметров в процессе плазменного распыления будет влиять на конечную пористость электрода. Например, за счет регулировки таких внешних параметров, как электрический ток, подаваемый на установку плазменного распыления, радиус действия установки плазменного распыления, расстояние между установкой плазменного распыления и заготовкой из углеродного волокна, температура и давление при подаче расплавленного алюминия, можно получить оптимальную пористость.
Альтернативно или в совокупности с предложенными выше вариантами можно контролировать пористость угольно-алюминиевых композитных электродов посредством изменения количества целлюлозы, используемой в заготовках из углеродно-волокнистой бумаги. В частности, пористость регулируют посредством карбонизации или спекания целлюлозных волокон, в результате чего они удаляются после того, как расплавленный алюминий пропитается в заготовку из углеродных волокон.
Пример 1
В дальнейшем описывается пример подготовки и изготовления угольно-алюминиевых композитных электродов и высокоэффективного двухслойного конденсатора. Этот пример, вместе с приведенным выше описанием, является предпочтительным способом осуществления изобретения на данный момент. Но это описание не следует рассматривать как ограничительное, а только как поясняющее некоторые общие принципы изобретения. Объем изобретения определяется формулой изобретения.
Заготовки из углеродных волокон получали при использовании волокон из активированного угля длиной приблизительно 5 мм и диаметром приблизительно 8 мкм. Волокна из активированного угля имеют площадь поверхности около 2500 м2/г. В заготовки из углеродного волокна также были включены целлюлозные волокна длиной приблизительно 5 мм и диаметром около 8 мкм. Целлюлозные волокна добавлялись в качестве связующего и для регулировки пористости электрода. Процент добавленных целлюлозных волокон составлял от 9.0 до 50% веса заготовки, предпочтительно около 15 вес.%.
Альтернативно заготовки из углеродного волокна выполняли из готового материала. Такие заготовки обычно получают из ткани из активированного угля, в которых отдельные углеродные волокна собраны в пучки, называемые куделью. В предпочтительной ткани с куделью из углеродных волокон используются углеродные волокна диаметром приблизительно 8 мкм и с площадью поверхности около 2500 м2/г. Кудель переплетают для получения ткани толщиной приблизительно 432 мкм.
Заготовки из углеродного волокна пропитывали расплавленным алюминием с использованием технологии плазменного распыления. Процесс распыления оптимизировали для обеспечения равномерного проникновения в заготовки из углеродного волокна путем регулировки подачи тока на установку плазменного распыления, давления распыления, расстояния между установкой плазменного распыления и заготовкой, вертикального шага и скорости качания установки плазменного распыления. При этом оптимальными условиями в данном примере были ток 65 A, подаваемый на установку плазменного распыления, давление распыления 3.52 кг/см2 при расстоянии около 50.8 см. Скорость качания установки плазменного распыления составляла около 161.5 см в сек, а вертикальный шаг был около 2.54 см. Каждый угольно-алюминиевый композитный электрод содержал приблизительно 0.2 г углеродных волокон на приблизительно 0.24 г алюминия.
После завершения процесса распыления из пропитанной угольной заготовки штамповали диски композитных электродов. Каждый композитный электрод имел диаметр около 5.1 см (2 дюйма) и толщину около 432 мкм, что обеспечивало площадь поверхности около 20.3 см2.
Целлюлозные волокна удалялись из композитного электрода путем спекания электрода приблизительно при 200-300oC в восстановительной среде.
Лист алюминиевой фольги толщиной 50.8 мкм присоединялся к каждому угольно-алюминиевому композитному электроду при температуре 360-600oC, внешнем давлении 0.84 кг/см2 в присутствии инертной или слегка восстановительной среды.
Готовые угольно-алюминиевые композитные электроды с токосъемной обкладкой представляли собой дискообразное устройство с площадью поверхности около 20.3 см2 и толщиной около 0.048 см.
Блок одноячеечного конденсатора также включает в себя пористый полипропиленовый разделитель толщиной около 25.4 мкм, который помещают между угольно-алюминиевыми композитными электродами для выполнения функции ионопроводящего разделителя. Затем угольно- алюминиевые композитные электроды и разделитель пропитывали раствором электролита, состоящим из 1.4 М тетраэтиламмония тетрафторбората в ацетонитриле, с использованием технологии вакуумной инфильтрации. После этого конденсатор герметизировали снаружи.
В таблице 1 представлены несколько примеров активированных угольно-алюминиевых композитных электродов и их эксплуатационные характеристики. Важно отметить, что в электроде за номером 071994 A использована углеродная ткань, отличная от описанных выше заготовок из ткани, и ее толщина больше, чем в других примерах. Измерения сопротивления и емкости производились только в целях сравнения.
Прикрепление токосъемника к композитному электроду
После пропитки алюминием заготовки из углеродного волокна на обратной стороне электрода закрепляют алюминиевую фольгу. В этом процессе применяется диффузионное соединение пропитанной алюминием угольной заготовки с алюминиевой фольгой, которое обеспечивает соединение с низким сопротивлением между композитным электродом и токосъемником. Алюминиевая фольга выполняет функцию токосъемника или проводящего электрода конденсатора. Конкретно, для диффузионного соединения сначала модифицируют или удаляют оксидный слой с алюминиевой фольги, а затем нагревают структуру электрода и фольги под давлением в инертной среде. Этот процесс соединения сочетает в себе высокую температуру с умеренным давлением в инертной среде для соединения поверхностей композитного электрода и токосъемника. Указанные выше операции выполняются таким образом, чтобы атомы алюминия заполнили пустоты на границе раздела для сцепления токосъемника с композитным электродом.
В наборе биполярных конденсаторов присоединенная фольга не должна быть пористой, чтобы разделить электролит между ячейками. Фольга должна быть достаточно толстой, чтобы гарантировать отсутствие микроотверстий или других дефектов. Предпочтительная толщина фольги для биполярных электродов должна быть приблизительно в интервале 12.7-76.2 мкм.
Алюминий не относится к материалам, достаточно пригодным для диффузионного соединения. Проблему создает прочный оксидный слой, обычно присутствующий на поверхности алюминия. Этот оксидный слой тормозит перенос алюминия между соединяемыми поверхностями. В большинстве технологий диффузионного соединения, связанных с алюминием, требуются высокое внешнее давление и температура соединения ниже точки плавления алюминия. Соединяемые элементы или конструкции обычно должны удерживаться в таком состоянии в инертной среде в течение продолжительного времени. Такой режим соединения не подходит для композитных электродов из активированного угля и алюминия, так как высокое внешнее давление распыляет волокна из активированного угля в электроде. Кроме того, воздействие высокой температуры в течение продолжительного времени приводит к образованию карбида алюминия. Образование карбида алюминия существенно ухудшает эксплуатационные характеристики электрода.
В предложенном способе угольно-алюминиевые композитные электроды соединяются с алюминиевой фольгой при низком внешнем давлении, низкой температуре и за относительно меньший период времени. При этом существенно уменьшается количество карбида алюминия, образующегося во время процесса соединения, и полученное соединение не вызывает физического повреждения волокон из активированного угля в электроде. Предложенный усовершенствованный способ позволяет присоединять алюминиевую фольгу к угольно- алюминиевому композитному электроду при температуре в интервале 300-600oC, предпочтительно, при температуре 360±50oC. Соединение достигается при внешнем давлении около 0.84 кг/см2.
Усовершенствованный способ соединения, выполняемый при преимущественном режиме, реализуется благодаря физическому удалению или модифицированию оксидного слоя на алюминиевой фольге до присоединения фольги к электроду в инертной среде. Оксидный слой удаляется с применением технологии аргоно-ионного распыления. Альтернативно, оксидный слой можно модифицировать посредством травления алюминиевой фольги в растворе бихромата натрия в серной кислоте, например, [Na2(Cr2O2) в H2SO4]. Любой из этих способов обеспечивает существенное уменьшение слоя оксида алюминия.
Перед присоединением алюминиевой фольги к угольно-алюминиевому композитному электроду можно удалить любые целлюлозные волокна, присутствующие в угольно-алюминиевом композитном электроде, посредством карбонизации или спекания целлюлозных волокон за счет их нагрева в инертной среде или, альтернативно, их химического восстановления. Посредством варьирования количества целлюлозы, используемой в заготовках, можно регулировать конечную пористость угольно-алюминиевых композитных электродов.
В биполярном угольно-алюминиевом композитном электроде после извлечения каждой пары пропитанных алюминием заготовок из углеродного волокна из процесса пропитки, их выравнивают относительно друг друга и соединяют с одним слоем алюминиевой фольги. В предпочтительном способе применяется одновременное диффузионное соединение выровненной пары угольно-алюминиевых композитных электродов с токосъемником
из алюминиевой фольги при низком давлении, относительно низкой температуре и в инертной среде. Как и ранее, этот процесс не вызывает образования карбида алюминия и других загрязнений и исключает физическое повреждение углеродных волокон. Качество соединения повышается с помощью травления обеих поверхностей алюминиевой фольги или удаления любых слоев оксида алюминия, которые могут на них присутствовать.
Пример 2
В дальнейшем описывается пример осуществления способа диффузионного соединения и подготовки к нему. Этот пример, вместе с приведенным выше описанием, является предпочтительным способом осуществления изобретения на данный момент. Но данное описание не следует рассматривать как ограничительное, а только как поясняющее некоторые общие принципы изобретения. Объем изобретения определяется формулой изобретения.
Для травления алюминиевой фольги готовили травильную ванну, состоящую из приблизительно 60 г Na2(Cr2O2)·2H2O с 173 мл концентрированной H2SO4, около 1.9 г порошкообразного алюминия и достаточного количества воды для получения 1 л раствора. Травильную ванну нагревали приблизительно до 60oC. Кроме того, готовили водяную ванну для промывки протравленной алюминиевой фольги и нагревали ее приблизительно до 60oC.
Алюминиевую фольгу погружали в травильную ванну приблизительно на 15 минут. Затем фольгу извлекали из травильной ванны и погружали в водяную ванну для промывки. После чего фольгу сушили в печи в течение приблизительно 30 мин.
Затем электроды и протравленную фольгу собирали для диффузионного соединения. Заготовку из углеродной ткани использовали как разделительный лист, а пластины из материала Hastoloy X использовали для приложения умеренного давления около 0.21-28.1 кг/см2, предпочтительно около 0.84 кг/см2, к сборке электрода с фольгой. Сборку электрода с фольгой помещали в реактор из нержавеющей стали для осуществления действительного диффузионного соединения.
Предложенный способ диффузионного соединения включает нагрев сборки из электрода с фольгой в реакторе из нержавеющей стали при умеренном давлении в инертной среде. После того, как алюминий пропитался в заготовку из углеродного волокна, образовав тем самым композитные электроды, электроды сушили в течение приблизительно 30 мин. Затем электроды продували водородом (550 мл/мин) и аргоном (1000 мл/мин) при приблизительно 100oC. После этого целлюлозные волокна подвергали карбонизации при 300oC в течение около 30 мин, продолжая продувать электроды водородом (550 мл/мин) и аргоном (1000 мл/мин). Затем подачу водорода отключали, а скорость подачи аргона увеличивали до приблизительно 1500 мл/мин.
Затем переходили к температуре соединения за счет плавного вывода температуры реактора с 300oC на конечную температуру соединения или спекания, составляющую 300-600oC (см. таблицу 2). Эту температуру соединения поддерживали в течение заданного времени соединения от 1 до 5 час, как показано в таблице 2. После этого реактор выключали и электродам давали остыть в течение около 90 мин, затем реактор охлаждали водой и электроды извлекали.
В таблице 2 показаны емкость, последовательное сопротивление и другие эксплуатационные характеристики для нескольких сборок электродов с фольгой, которые были подвергнуты диффузионному соединению в соответствии с описанной выше процедурой соединения. Параметры сопротивления и емкости приведены только в качестве примера.
Высокоэффективные электролиты
Эксплуатационные характеристики двухслойных конденсаторов в значительной степени зависят от выбора используемых электролитов. Традиционные водные электролиты типично характеризуются более низким сопротивлением, чем безводные электролиты. Но с другой стороны, безводные электролиты часто имеют более высокую ионную проводимость, и это повышает рабочее напряжение двухслойных конденсаторов. В частности, безводные электролиты позволили увеличить рабочее напряжение одноячеечных двухслойных конденсаторов приблизительно до 3 В.
В настоящем изобретении рассмотрена возможность использования некоторых усовершенствованных электролитов, которые можно разделить на три вида или класса. Во-первых, это растворы аммиаката, в которых газообразный аммиак используется как растворитель для электролита. Предпочтительные растворы аммиаката получаются при соединении некоторых солей с газообразным аммиаком, в результате чего образуются жидкости, обладающие высокой проводимостью при комнатной температуре. Благодаря высокой электропроводности, стабильности напряжения и температурному диапазону, эти растворы являются хорошими кандидатами для использования в качестве электролитов в высокоэффективных двухслойных конденсаторах. Примеры некоторых растворов аммиаката, пригодных для использования в качестве электролитов в высокоэффективных двухслойных конденсаторах, включают:
[NH4NO3]·1.3[NH3]
[NaI]·3.3[NH3] и
[LiClO4]·4[NH3]
Второй класс электролитов включает растворы на основе двуокиси серы. Двуокись серы, имеющая газообразное состояние при комнатной температуре, используется как растворитель для электролита. Двуокись серы растворяет некоторые соли, образуя жидкие электролиты при комнатной температуре. Эти растворы на основе двуокиси серы имеют более высокую электропроводность, чем соответствующие растворы аммиаката, но отличаются более высокой коррозионной агрессивностью. Эти электролиты получаются при использовании двуокиси серы для растворения тетрахлоралюминатов лития, кальция, натрия или стронция. Такие электролиты в основном характеризуются следующим:
М[AlCl4]·xSO2,
где x равно 2.5-6.0, а M выбирается из группы Li, Ca, Na или Sr.
Третий класс усовершенствованных электролитов, пригодных для использования в высокоэффективных двухслойных конденсаторах, - это электролиты из расплавленных солей.
Раствор электролита из расплавленной соли можно характеризовать формулой
[AlCl3]·MX,
где M - щелочной металл, а
X выбран из группы, состоящей из хлора или брома.
Электролиты из расплавленных солей получают из ионных солей, разжиженных при повышенных температурах. Повышенные температуры типично составляют 450oC и выше. Эти электролиты из расплавленных при высокой температуре солей обладают самыми высокими показателями ионной проводимости и напряжения пробоя из всех электролитов. Основной недостаток этих электролитов состоит в том, что для них требуются высокие рабочие температуры и многие из них являются высокоагрессивными жидкостями.
Примером электролита из расплавленной при высокой температуре соли, пригодного для использования в высокоэффективных двухслойных конденсаторах, является смесь хлорида калия и/или хлорида лития. Высокоэффективный двухслойный конденсатор с использованием таких электролитов должен иметь рабочее напряжение около 4 В и ионную проводимость приблизительно 1.6 См/см при приблизительно 450oC.
Кроме того, существуют некоторые тетрахлоралюминаты и тетрабромалюминаты щелочных металлов, которые являются расплавленными солевыми электролитами, имеющими рабочие температуры между 100-400oC с электропроводностью в диапазоне 0.15-0.45 См/см. Существует также несколько расплавленных солей хлоралюмината, имеющих жидкое состояние при комнатной температуре, которые считаются пригодными для использования в качестве электролитов в предложенном высокоэффективном двухслойном конденсаторе.
В таблице 3 приведены электролиты, оцененные для использования в трехвольтном высокоэффективном двухслойном конденсаторе. Пропитанные алюминием заготовки из углеродного волокна и разделитель насыщены описанными электролитами предпочтительно с помощью технологии вакуумной инфильтрации.
Исходя из вышеизложенного, следует понимать, что согласно изобретению предложен двухслойный конденсатор с угольно- алюминиевыми композитными электродами и высокоэффективными электролитами и способ его изготовления. Кроме того, подразумевается, что можно внести разные изменения в форму, конструкцию и компоновку его деталей, не выходя из рамки объема и идеи изобретения и без ущерба для существенных преимуществ, при этом описанные формы являются чисто иллюстративными примерами осуществления изобретения.
Следовательно, объем изобретения не ограничен описанными конкретными вариантами и способами, а определяется прилагаемой формулой изобретения и его эквивалентов.

Claims (42)

1. Двухслойный конденсатор, содержащий два электрода, два токосъемника, каждый из которых расположен на не обращенных друг к другу поверхностях соответствующего электрода, ионопроводящий разделитель, расположенный между обращенными друг к другу поверхностями указанных двух электродов, и электролит, насыщающий указанные электроды и разделить, отличающийся тем, что указанные два электрода представляют собой два пористых, пропитанных алюминием угольных композитных электрода, содержащих заготовку из волокон из активированного угля, имеющих большую площадь поверхности, пропитанную расплавленным алюминием, а указанный электролит является безводным.
2. Двухслойный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что каждый из пропитанных алюминием угольных композитных электродов содержит заготовку из волокон из активированного угля, имеющих большую площадь поверхности, содержащую равномерно распределенную непрерывную дорожку из алюминиевой пропитки и внутреннее сопротивление менее 1,5 Ом · см2.
3. Двухслойный конденсатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что выполнен с возможностью отдачи по меньшей мере 5 Вт · ч/кг полезной энергии при номинальных значениях мощности по меньшей мере 600 Вт/кг.
4. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что емкость композитного электрода составляет по меньшей мере 30 Ф/см3.
5. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что пропитанные алюминием угольные композитные электроды содержат пористый электрод, имеющий равномерно распределенную непрерывную дорожку из алюминия, пропитывающего заготовку из волокон из углеродной ткани.
6. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что из пропитанных алюминием угольных композитных электродов содержит пористый электрод, имеющий равномерно распределенную непрерывную дорожку из алюминия, пропитывающего заготовку из волокон из углеродной бумаги.
7. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что пропитанные алюминием угольные композитные электроды содержат волокна из активированного угля, имеющие площадь поверхности приблизительно от 500 до 3000 м2/г.
8. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что пропитанные алюминием угольные композитные электроды содержат волокна из активированного угля, имеющие площадь поверхности более 2000 м2/г.
9. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что весовое соотношение алюминия с углем в пропитанных алюминием угольных композитных электродах составляет приблизительно от 1,3 до 0,5.
10. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что весовое соотношение алюминия с углем в пропитанных алюминием угольных композитных электродах составляет менее 1,0.
11. Двухслойный конденсатор по п.1, который содержит корпус для герметичной упаковки двухслойного конденсатора.
12. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что разделителем является пористый полипропиленовый разделитель, насыщенный безводным электролитом.
13. Двухслойный конденсатор по любому из пп.1 - 3 или 4, отличающийся тем, что каждый токосъемник содержит тонкий слой металлической фольги, присоединенный к не обращенным друг к другу поверхностям соответствующих электродов.
14. Двухслойный конденсатор по п.13, отличающийся тем, что токосъемник содержит тонкий слой алюминиевой фольги, присоединенный к не обращенным друг к другу поверхностям соответствующих электродов.
15. Двухслойный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что электролит является раствором расплавленной соли.
16. Двухслойный конденсатор по п.15, отличающийся тем, что электролит из расплавленной соли является смесью хлорида калия и/или хлорида лития.
17. Двухслойный конденсатор по п.15, отличающийся тем, что электролит из расплавленной соли соответствует формуле
[AlCl3] · MX,
где M - щелочной металл;
X - выбран из группы, состоящей из хлора или брома.
18. Двухслойный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что электролит является раствором аммиаката.
19. Двухслойный конденсатор по п.18, отличающийся тем, что электролит из раствора аммиаката выбирается из группы, включающей [NH4NO3] · 1,3 [NH3]; [NaI] · 3,3 [NH3] и [LiClO4] · 4 [NH3].
20. Двухслойный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что электролитом служат растворы двуокиси серы, имеющие формулу
M [AlCl4]n · xSO4,
где x = 2,5 - 6,0;
M выбирается из группы, включающей литий, кальций, натрий или стронций.
21. Способ изготовления двухслойного конденсатора, заключающийся в том, что образуют электрод, присоединяют токосъемную обкладку к поверхности указанного электрода, выравнивают два электрода относительно друг друга так, чтобы указанные два электрода были обращены друг к другу поверхностями, не имеющими указанного соединения, помещают ионопроводящий разделитель между указанными обращенными друг к другу поверхностями указанных двух электродов, насыщают указанные два электрода и разделитель электролитом, отличающийся тем, что этап образования электрода включает пропитку заготовки из волокон из активированного угля, имеющих большую площадь поверхности, равномерно распределенной непрерывной дорожкой из алюминия для образования пористого, пропитанного алюминием угольного композитного электрода, а указанный электролит является безводным.
22. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.21, отличающийся тем, что на этапе присоединения токосъемной обкладки к пропитанному алюминием угольному композитному электроду удаляют слои оксида алюминия с токосъемника из алюминиевой фольги и спрессовывают композитный электрод с алюминиевой фольгой в инертной среде при температуре соединения значительно ниже точки плавления алюминия, чтобы алюминий заполнил пустоты на границе раздела композитного электрода и алюминиевой фольги, обеспечив тем самым сцепление между алюминиевой фольгой и композитным электродом, но исключая образование карбида алюминия на границе раздела.
23. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.21 или 22, отличающийся тем, что двухслойный конденсатор герметично упаковывают в корпус.
24. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.21 или 22, отличающийся тем, что пористость пропитанных алюминием угольных композитных электродов регулируют во время пропитки.
25. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.24, отличающийся тем, что пропитку заготовки из волокон из активированного угля, имеющих большую площадь поверхности, равномерно распределенной непрерывной дорожкой из алюминия производят посредством плазменного распыления расплавленного алюминия в заготовку из волокон из активированного угля.
26. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.25, отличающийся тем, что регулирование пористости пропитанных алюминием угольных композитных электродов включает регулировку расстояния между установкой плазменного распыления и заготовкой из углеродных волокон.
27. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.25, отличающийся тем, что регулирование пористости пропитанных алюминием угольных композитных электродов включает регулирование скорости качания установки плазменного распыления относительно заготовки из углеродных волокон.
28. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.25, отличающийся тем, что регулирование пористости пропитанных алюминием угольных композитных электродов включает регулирование температуры и давления подачи расплавленного алюминия в заготовку из волокон из активированного угля.
29. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.24, отличающийся тем, что пропитка заготовки из волокон из активированного угля, имеющих большую площадь поверхности, равномерно распределенной непрерывной дорожкой из алюминия включает погружение заготовки из волокон из активированного угля в ванну расплавленного алюминия.
30. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.24, отличающийся тем, что регулирование пористости пропитанных алюминием угольных композитных электродов включает циклическое приложение давления к расплавленному алюминию во время пропитки заготовки из волокон из активированного угля.
31. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.24, отличающийся тем, что регулирование пористости пропитанных алюминием угольных композитных электродов включает приложение ультразвуковых колебаний к заготовке из волокон из активированного угля во время пропитки.
32. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.21 или 22, отличающийся тем, что заготовку из волокон из активированного угля, имеющих большую площадь поверхности, погружают в расплавленный металлический инфильтрат, состоящий из смачивающего реагента, перед ее пропиткой алюминием.
33. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.32, отличающийся тем, что смачивающий реагент выбирают из группы, включающей олово-титан, медь-олово-титан, тантал, титан-углерод, титан-азот, титан-азот-углерод, кремний-углерод и их смеси.
34. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.21 или 22, отличающийся тем, что насыщение пропитанных алюминием угольных композитных электродов и разделителя электролитом включает их насыщение электролитом с применением процесса вакуумной инфильтрации.
35. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.21 или 22, отличающийся тем, что соединение осуществляют при температуре 300 - 600oC.
36. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.35, отличающийся тем, что соединение осуществляют при температуре приблизительно 360oC.
37. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.22, отличающийся тем, что поверхности алюминиевой фольги протравливают перед соединением.
38. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.37, отличающийся тем, что травление алюминиевой фольги включает погружение фольги в раствор бихромата натрия в серной кислоте.
39. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.22, отличающийся тем, что удаляют любые слои оксида алюминия с алюминиевой фольги с применением технологии аргоноионного распыления.
40. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.22, отличающийся тем, что композитный электрод спрессовывают с алюминиевой фольгой, имеющей толщину приблизительно от 12,7 до 76,2 мкм.
41. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.22, отличающийся тем, что композитный электрод спрессовывают с алюминиевой фольгой при давлении соединения около 0,21 - 28,1 кг/см2.
42. Способ изготовления двухслойного конденсатора по п.41, отличающийся тем, что композитный электрод спрессовывают с алюминиевой фольгой при давлении соединения около 0,84 кг/см2.
RU97107469/09A 1994-10-07 1995-10-04 Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами RU2163041C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/319,493 1994-10-07
US08/319,493 US5621607A (en) 1994-10-07 1994-10-07 High performance double layer capacitors including aluminum carbon composite electrodes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97107469A RU97107469A (ru) 1999-05-20
RU2163041C2 true RU2163041C2 (ru) 2001-02-10

Family

ID=23242469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97107469/09A RU2163041C2 (ru) 1994-10-07 1995-10-04 Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами

Country Status (15)

Country Link
US (3) US5621607A (ru)
EP (1) EP0786142B1 (ru)
JP (2) JPH10509560A (ru)
KR (1) KR100359030B1 (ru)
CN (1) CN1111885C (ru)
AT (1) ATE167954T1 (ru)
AU (1) AU686904B2 (ru)
BR (1) BR9509273A (ru)
CA (1) CA2200762A1 (ru)
DE (1) DE69503255T2 (ru)
DK (1) DK0786142T3 (ru)
ES (1) ES2119495T3 (ru)
IL (1) IL115516A (ru)
RU (1) RU2163041C2 (ru)
WO (1) WO1996011486A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013160750A1 (ru) * 2012-04-25 2013-10-31 Юнаско Лимитед Электрохимический конденсатор двойного электрического слоя и способ его изготовления
RU2708634C1 (ru) * 2018-12-28 2019-12-10 Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления

Families Citing this family (153)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5862035A (en) * 1994-10-07 1999-01-19 Maxwell Energy Products, Inc. Multi-electrode double layer capacitor having single electrolyte seal and aluminum-impregnated carbon cloth electrodes
US5776633A (en) * 1995-06-22 1998-07-07 Johnson Controls Technology Company Carbon/carbon composite materials and use thereof in electrochemical cells
US5751541A (en) * 1995-07-05 1998-05-12 Motorola, Inc. Polymer electrodes for energy storage devices and method of making same
US5923523A (en) * 1996-04-30 1999-07-13 Herbert; Edward High current, low inductance capacitor packages
CN1230283A (zh) 1996-05-15 1999-09-29 海珀里昂催化国际有限公司 用于电化学电容器中的纳米级石墨纤维
DE19704584C2 (de) * 1997-02-07 1999-02-25 Dornier Gmbh Doppelschichtkondensator aus mehreren Doppelschichtkondensatoreinzelzellen, verwendbar als Energiespeicher, Stromquelle oder elekronisches Bauteil
JP3339553B2 (ja) * 1996-12-09 2002-10-28 エヌイーシートーキン株式会社 電気二重層コンデンサ
US5926362A (en) * 1997-05-01 1999-07-20 Wilson Greatbatch Ltd. Hermetically sealed capacitor
US5973913A (en) * 1997-08-12 1999-10-26 Covalent Associates, Inc. Nonaqueous electrical storage device
JPH1167608A (ja) * 1997-08-21 1999-03-09 Okamura Kenkyusho:Kk 電気二重層コンデンサ
US6291069B1 (en) * 1997-09-01 2001-09-18 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Activated carbon for electric double layer capacitor and method of manufacturing same
JP3719570B2 (ja) * 1997-10-20 2005-11-24 株式会社パワーシステム 電気二重層コンデンサ
US6349027B1 (en) * 1997-10-29 2002-02-19 Asahi Glass Company, Ltd. Electric double layer capacitor
WO1999031688A1 (fr) * 1997-12-18 1999-06-24 Nauchno-Proizvodstvennoe Predprityatie 'exin' Condensateur possedant une couche electrique double
US5907471A (en) * 1997-12-29 1999-05-25 Motorola, Inc. Energy storage device with electromagnetic interference shield
US6388866B1 (en) 1998-04-03 2002-05-14 Medtronic, Inc. Implantable medical device having flat electrolytic capacitor with tailored anode layers
US6477037B1 (en) 1998-04-03 2002-11-05 Medtronic, Inc. Implantable medical device having flat electrolytic capacitor with miniaturized epoxy connector droplet
US6493212B1 (en) 1998-04-03 2002-12-10 Medtronic, Inc. Implantable medical device having flat electrolytic capacitor with porous gas vent within electrolyte fill tube
US6402793B1 (en) 1998-04-03 2002-06-11 Medtronic, Inc. Implantable medical device having flat electrolytic capacitor with cathode/case electrical connections
US6304426B1 (en) * 1998-09-29 2001-10-16 General Electric Company Method of making an ultracapacitor electrode
US6152970A (en) * 1998-09-29 2000-11-28 General Electric Company Drying an ultracapacitor
US6084766A (en) * 1998-09-29 2000-07-04 General Electric Company Method of making an ultracapacitor electrode
US6198620B1 (en) * 1998-09-29 2001-03-06 General Electric Company Ultracapacitor separator
US6212062B1 (en) * 1998-09-29 2001-04-03 General Electric Company Sealed ultracapacitor
US6201685B1 (en) 1998-10-05 2001-03-13 General Electric Company Ultracapacitor current collector
US6212061B1 (en) * 1998-09-29 2001-04-03 General Electric Company Sealing an ultracapacitor
US6256190B1 (en) * 1998-09-29 2001-07-03 General Electric Company Ultracapacitor electroyte
US6084767A (en) * 1998-09-29 2000-07-04 General Electric Company Ultracapacitor separator
US6072692A (en) * 1998-10-08 2000-06-06 Asahi Glass Company, Ltd. Electric double layer capacitor having an electrode bonded to a current collector via a carbon type conductive adhesive layer
US6433996B1 (en) * 1999-03-23 2002-08-13 Nisshinbo Industries, Inc. Electrolyte composition for electric double layer capacitor, solid polymer electrolyte, composition for polarizable electrode, polarizable electrode, and electric double layer capacitor
US6678559B1 (en) 1999-03-23 2004-01-13 Medtronic, Inc. Implantable medical device having a capacitor assembly with liner
JP2000286165A (ja) * 1999-03-30 2000-10-13 Nec Corp 電気二重層コンデンサおよびその製造方法
JP3987656B2 (ja) * 1999-03-30 2007-10-10 財団法人鉄道総合技術研究所 摺動集電用チタン銅炭素複合材料、及び摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法
US6456483B1 (en) * 1999-04-14 2002-09-24 Becromal S.P.A. Electrodes for electrolytic capacitors and production process thereof
US6743947B1 (en) 1999-05-10 2004-06-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Electrochemically stable onium salts and electrolytes containing such for electrochemical capacitors
US6449139B1 (en) 1999-08-18 2002-09-10 Maxwell Electronic Components Group, Inc. Multi-electrode double layer capacitor having hermetic electrolyte seal
DE19961840C1 (de) 1999-12-21 2001-07-05 Epcos Ag Verfahren zur Herstellung eines regelmäßigen Mehrschichtsaufbaus für insbesondere elektrische Doppelschichtkondensatoren und Vorrichtung dafür
JP3959220B2 (ja) * 2000-02-04 2007-08-15 株式会社エスアイアイ・マイクロパーツ 表面実装用非水電解電池および表面実装用電気二重層キャパシタ
US6962613B2 (en) * 2000-03-24 2005-11-08 Cymbet Corporation Low-temperature fabrication of thin-film energy-storage devices
US6627252B1 (en) 2000-05-12 2003-09-30 Maxwell Electronic Components, Inc. Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes
DE10027007A1 (de) * 2000-05-31 2001-12-06 Bosch Gmbh Robert Schaltungsanordnung zur Energieversorgung von Schutzeinrichtungen für Fahrzeuginsassen
JP2004523098A (ja) 2000-08-29 2004-07-29 ユニバーサル・リソーシーズ・アクチェンゲゼルシャフト 電気二重層を有する電解コンデンサー
US6863209B2 (en) * 2000-12-15 2005-03-08 Unitivie International Limited Low temperature methods of bonding components
JP4245270B2 (ja) * 2000-12-22 2009-03-25 三洋電機株式会社 二次電池用電極の製造方法
DE10114185B4 (de) * 2001-03-23 2010-07-08 Epcos Ag Verfahren zur Herstellung einer Schichtelektrode für elektrochemische Bauelemente und Schichtelektrode
DE10114107A1 (de) * 2001-03-23 2002-10-02 Epcos Ag Schichtelektrode für elektrochemische Bauelemente und elektrochemischer Doppelschichtkondensator mit der Schichtelektrode
US6497974B2 (en) * 2001-05-23 2002-12-24 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power system, method of distributing power, and method of operating a fuel cell power system
US6630259B2 (en) 2001-05-23 2003-10-07 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power system performing AC inversion, method of distributing AC power, and method of operating a fuel cell power system
US6607857B2 (en) * 2001-05-31 2003-08-19 General Motors Corporation Fuel cell separator plate having controlled fiber orientation and method of manufacture
US6643119B2 (en) 2001-11-02 2003-11-04 Maxwell Technologies, Inc. Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes
US6813139B2 (en) * 2001-11-02 2004-11-02 Maxwell Technologies, Inc. Electrochemical double layer capacitor having carbon powder electrodes
US6703155B2 (en) 2001-11-13 2004-03-09 Avista Laboratories, Inc. Power tap device, fuel cell stack, and method of dividing a fuel cell stack
WO2003091198A1 (en) * 2002-04-24 2003-11-06 Nisshinbo Industries, Inc. Ionic liquid, method of dehydration, electric double layer capacitor, and secondary battery
US7603144B2 (en) * 2003-01-02 2009-10-13 Cymbet Corporation Active wireless tagging system on peel and stick substrate
US6906436B2 (en) 2003-01-02 2005-06-14 Cymbet Corporation Solid state activity-activated battery device and method
US20040131760A1 (en) * 2003-01-02 2004-07-08 Stuart Shakespeare Apparatus and method for depositing material onto multiple independently moving substrates in a chamber
US7294209B2 (en) * 2003-01-02 2007-11-13 Cymbet Corporation Apparatus and method for depositing material onto a substrate using a roll-to-roll mask
US6812110B1 (en) * 2003-05-09 2004-11-02 Micron Technology, Inc. Methods of forming capacitor constructions, and methods of forming constructions comprising dielectric materials
US7531267B2 (en) * 2003-06-02 2009-05-12 Kh Chemicals Co., Ltd. Process for preparing carbon nanotube electrode comprising sulfur or metal nanoparticles as a binder
US20040264085A1 (en) * 2003-06-27 2004-12-30 Maxwell Technologies, Inc. Energy storage system
EP1639684A2 (en) * 2003-06-27 2006-03-29 Maxwell Technologies, Inc. Energy storage system
JP2005026349A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Tdk Corp 電気化学キャパシタ用電極の製造方法及び電気化学キャパシタの製造方法
US7170260B2 (en) * 2003-06-30 2007-01-30 Maxwell Technologies, Inc. Rapid charger for ultracapacitors
US7508651B2 (en) * 2003-07-09 2009-03-24 Maxwell Technologies, Inc. Dry particle based adhesive and dry film and methods of making same
US20060147712A1 (en) * 2003-07-09 2006-07-06 Maxwell Technologies, Inc. Dry particle based adhesive electrode and methods of making same
US20050250011A1 (en) * 2004-04-02 2005-11-10 Maxwell Technologies, Inc. Particle packaging systems and methods
US7791860B2 (en) 2003-07-09 2010-09-07 Maxwell Technologies, Inc. Particle based electrodes and methods of making same
US7352558B2 (en) 2003-07-09 2008-04-01 Maxwell Technologies, Inc. Dry particle based capacitor and methods of making same
US7342770B2 (en) * 2003-07-09 2008-03-11 Maxwell Technologies, Inc. Recyclable dry particle based adhesive electrode and methods of making same
US20100014215A1 (en) * 2004-04-02 2010-01-21 Maxwell Technologies, Inc. Recyclable dry particle based electrode and methods of making same
US7920371B2 (en) 2003-09-12 2011-04-05 Maxwell Technologies, Inc. Electrical energy storage devices with separator between electrodes and methods for fabricating the devices
US7495349B2 (en) * 2003-10-20 2009-02-24 Maxwell Technologies, Inc. Self aligning electrode
DE10355424A1 (de) * 2003-11-27 2005-06-30 Siemens Ag Röntgengerät mit Mitteln zur Speicherung von Energie
WO2005067645A2 (en) * 2004-01-06 2005-07-28 Cymbet Corporation Layered barrier structure having one or more definable layers and method
US7394648B2 (en) 2004-01-19 2008-07-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electric double-layer capacitor, its manufacturing method, and electronic device using same
US9443661B2 (en) * 2004-02-16 2016-09-13 Nec Corporation Power storage device having a nitroxyl polymer in a cathode and a lithium or lithium alloy anode
US20080226986A1 (en) * 2004-02-16 2008-09-18 Kentaro Nakahara Power Storage Device
US7384433B2 (en) 2004-02-19 2008-06-10 Maxwell Technologies, Inc. Densification of compressible layers during electrode lamination
US7090946B2 (en) 2004-02-19 2006-08-15 Maxwell Technologies, Inc. Composite electrode and method for fabricating same
US7227737B2 (en) * 2004-04-02 2007-06-05 Maxwell Technologies, Inc. Electrode design
US7120008B2 (en) * 2004-07-16 2006-10-10 Cardiac Pacemakers, Inc. Method and apparatus for capacitor interconnection using a metal spray
KR101029361B1 (ko) * 2004-09-29 2011-04-13 도요 알루미늄 가부시키가이샤 전극재 및 그의 제조방법
JP4392312B2 (ja) * 2004-09-29 2009-12-24 東洋アルミニウム株式会社 電気二重層キャパシタ用電極部材とその製造方法、および電気二重層キャパシタ用電極部材を用いた電気二重層キャパシタ
JP4392313B2 (ja) * 2004-09-29 2009-12-24 東洋アルミニウム株式会社 固体電解コンデンサ用電極部材とその製造方法、および固体電解コンデンサ用電極部材を用いた固体電解コンデンサ
EP1798743B1 (en) * 2004-09-29 2017-06-07 Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha Capacitor electrode member, method for manufacturing the same, and capacitor provided with the electrode member
KR100570359B1 (ko) * 2004-12-23 2006-04-12 비나텍주식회사 하이브리드 전지
KR100578158B1 (ko) * 2004-12-23 2006-05-10 비나텍주식회사 전기이중층 캐패시터
US7440258B2 (en) 2005-03-14 2008-10-21 Maxwell Technologies, Inc. Thermal interconnects for coupling energy storage devices
US7492574B2 (en) 2005-03-14 2009-02-17 Maxwell Technologies, Inc. Coupling of cell to housing
US7327552B2 (en) * 2005-05-09 2008-02-05 Cardiac Pacemakers, Inc. Method and apparatus for electrically connecting capacitor electrodes using a spray
DK1894216T3 (da) 2005-06-24 2013-06-24 Universal Supercapacitors Llc Elektrode og strømaftager for elektrokemisk kondensator med dobbelt elektrisk lag og dermed fremstillet elektrokemisk kondensator med dobbelt elektrisk lag
EP1894215A1 (en) * 2005-06-24 2008-03-05 Universal Supercapacitors Llc. Current collector for double electric layer electrochemical capacitors and method of manufacture thereof
EP1897104A1 (en) 2005-06-24 2008-03-12 Universal Supercapacitors Llc. Heterogeneous electrochemical supercapacitor and method of manufacture
US7776478B2 (en) * 2005-07-15 2010-08-17 Cymbet Corporation Thin-film batteries with polymer and LiPON electrolyte layers and method
US20070012244A1 (en) * 2005-07-15 2007-01-18 Cymbet Corporation Apparatus and method for making thin-film batteries with soft and hard electrolyte layers
JP2009502011A (ja) * 2005-07-15 2009-01-22 シンベット・コーポレイション 軟質および硬質電解質層付き薄膜電池および方法
US7692411B2 (en) * 2006-01-05 2010-04-06 Tpl, Inc. System for energy harvesting and/or generation, storage, and delivery
JP2007227572A (ja) * 2006-02-22 2007-09-06 Sanyo Electric Co Ltd 電気二重層キャパシタ及び電気二重層キャパシタの製造方法
US7511943B2 (en) * 2006-03-09 2009-03-31 Avx Corporation Wet electrolytic capacitor containing a cathode coating
US7480130B2 (en) * 2006-03-09 2009-01-20 Avx Corporation Wet electrolytic capacitor
US7864507B2 (en) 2006-09-06 2011-01-04 Tpl, Inc. Capacitors with low equivalent series resistance
US8518573B2 (en) * 2006-09-29 2013-08-27 Maxwell Technologies, Inc. Low-inductive impedance, thermally decoupled, radii-modulated electrode core
US7919014B2 (en) 2006-11-27 2011-04-05 Universal Supercapacitors Llc Electrode for use with double electric layer electrochemical capacitors having high specific parameters
CA2677885C (en) * 2007-02-19 2014-05-06 Universal Supercapacitors Llc Negative electrode current collector for heterogeneous electrochemical capacitor and method of manufacture thereof
JP4983304B2 (ja) * 2007-02-26 2012-07-25 新神戸電機株式会社 エネルギ変換デバイス
US20080201925A1 (en) 2007-02-28 2008-08-28 Maxwell Technologies, Inc. Ultracapacitor electrode with controlled sulfur content
US7554792B2 (en) * 2007-03-20 2009-06-30 Avx Corporation Cathode coating for a wet electrolytic capacitor
US7460356B2 (en) * 2007-03-20 2008-12-02 Avx Corporation Neutral electrolyte for a wet electrolytic capacitor
US7649730B2 (en) * 2007-03-20 2010-01-19 Avx Corporation Wet electrolytic capacitor containing a plurality of thin powder-formed anodes
US7830646B2 (en) * 2007-09-25 2010-11-09 Ioxus, Inc. Multi electrode series connected arrangement supercapacitor
US20090279230A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 Renewable Energy Development, Inc. Electrode structure for the manufacture of an electric double layer capacitor
US8411413B2 (en) * 2008-08-28 2013-04-02 Ioxus, Inc. High voltage EDLC cell and method for the manufacture thereof
US8576537B2 (en) * 2008-10-17 2013-11-05 Kemet Electronics Corporation Capacitor comprising flex crack mitigation voids
US8223473B2 (en) * 2009-03-23 2012-07-17 Avx Corporation Electrolytic capacitor containing a liquid electrolyte
US8345406B2 (en) * 2009-03-23 2013-01-01 Avx Corporation Electric double layer capacitor
US9312076B1 (en) 2009-12-30 2016-04-12 University Of West Florida Very high energy-density ultracapacitor apparatus and method
GB201002038D0 (en) * 2010-02-09 2010-03-24 Bae Systems Plc Electrostatic capacitors
EE05653B1 (et) * 2010-04-29 2013-04-15 O� Skeleton Technologies Ssinikkomposiitelektrood elektrilise kaksikkihi kondensaatorile
DE102010038518A1 (de) 2010-07-28 2012-02-02 Bayer Technology Services Gmbh Elektrisch leitfähige Pasten mit erhöhter Ladungsspeicherfähigkeit umfassend Graphenlagen und Lagen aus Schichtsilikaten oder Schichtdoppelhydroxide, sowie mit diesen Pasten hergestellte elektrische Kondensatoren
US9214709B2 (en) 2010-12-21 2015-12-15 CastCAP Systems Corporation Battery-capacitor hybrid energy storage system for high temperature applications
US8760851B2 (en) 2010-12-21 2014-06-24 Fastcap Systems Corporation Electrochemical double-layer capacitor for high temperature applications
US9001495B2 (en) 2011-02-23 2015-04-07 Fastcap Systems Corporation High power and high energy electrodes using carbon nanotubes
BR112013030106B1 (pt) 2011-05-24 2022-02-22 Fastcap Systems Corporation Sistema de energia adaptado para suprir energia em um ambiente de alta temperatura
JP2014523841A (ja) 2011-06-07 2014-09-18 ファーストキャップ・システムズ・コーポレイション ウルトラキャパシタのためのエネルギー貯蔵媒体
US9853325B2 (en) 2011-06-29 2017-12-26 Space Charge, LLC Rugged, gel-free, lithium-free, high energy density solid-state electrochemical energy storage devices
US11527774B2 (en) 2011-06-29 2022-12-13 Space Charge, LLC Electrochemical energy storage devices
US10601074B2 (en) 2011-06-29 2020-03-24 Space Charge, LLC Rugged, gel-free, lithium-free, high energy density solid-state electrochemical energy storage devices
US11996517B2 (en) 2011-06-29 2024-05-28 Space Charge, LLC Electrochemical energy storage devices
US9558894B2 (en) 2011-07-08 2017-01-31 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolyte systems and their use in energy storage devices
KR102413496B1 (ko) 2011-07-08 2022-06-24 패스트캡 시스템즈 코포레이션 고온 에너지 저장 장치
BR112014010635B1 (pt) 2011-11-03 2020-12-29 Fastcap Systems Corporation sistema de registro em log
KR102461542B1 (ko) * 2012-02-24 2022-11-01 패스트캡 시스템즈 코포레이션 향상된 전해질 시스템 및 에너지 저장 장치에서의 그의 용도
CN102646516A (zh) * 2012-04-17 2012-08-22 符建 高介电材料多孔结构超级电容
DE102012111023A1 (de) 2012-11-15 2014-05-15 Epcos Ag Vielschichtkondensator und Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtkondensators
US20150377815A1 (en) * 2013-02-20 2015-12-31 Empire Technology Development Llc Nanotube sensors for conducting solutions
US10872737B2 (en) 2013-10-09 2020-12-22 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolytes for high temperature energy storage device
US11270850B2 (en) 2013-12-20 2022-03-08 Fastcap Systems Corporation Ultracapacitors with high frequency response
WO2015095858A2 (en) 2013-12-20 2015-06-25 Fastcap Systems Corporation Electromagnetic telemetry device
US10312028B2 (en) * 2014-06-30 2019-06-04 Avx Corporation Electrochemical energy storage devices and manufacturing methods
US9660470B2 (en) * 2014-09-08 2017-05-23 Nokia Technologies Oy Flexible, hybrid energy generating and storage power cell
EP3204955B1 (en) 2014-10-09 2022-01-05 Fastcap Systems Corporation Nanostructured electrode for energy storage device
KR20230164229A (ko) 2015-01-27 2023-12-01 패스트캡 시스템즈 코포레이션 넓은 온도 범위 울트라커패시터
US9767962B2 (en) * 2016-01-22 2017-09-19 Micron Technology, Inc. Apparatuses, multi-chip modules and capacitive chips
WO2017201180A1 (en) 2016-05-20 2017-11-23 Avx Corporation Multi-cell ultracapacitor
WO2017201167A1 (en) 2016-05-20 2017-11-23 Avx Corporation Electrode configuration for an ultracapacitor
EP3459097A4 (en) 2016-05-20 2020-05-06 AVX Corporation NON-AQUEOUS ELECTROLYTE FOR SUPERCAPACITOR
KR20180138564A (ko) 2016-05-20 2018-12-31 에이브이엑스 코포레이션 고온용 울트라커패시터
CN106531452B (zh) * 2016-11-08 2018-03-30 西南科技大学 四元碳纤维布/石墨烯/四氧化三钴/聚苯胺复合电极材料的制备方法
KR20190083368A (ko) 2016-12-02 2019-07-11 패스트캡 시스템즈 코포레이션 복합 전극
CN107093523A (zh) * 2017-03-09 2017-08-25 西南交通大学 一种高温离子电容器
EP3762989A4 (en) 2018-03-07 2021-12-15 Space Charge, LLC THIN FILM SOLID STATE ENERGY STORAGE DEVICES
CN109901691A (zh) * 2019-02-27 2019-06-18 苏州浪潮智能科技有限公司 一种服务器供电装置及服务器
US11557765B2 (en) 2019-07-05 2023-01-17 Fastcap Systems Corporation Electrodes for energy storage devices

Family Cites Families (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2800616A (en) * 1954-04-14 1957-07-23 Gen Electric Low voltage electrolytic capacitor
US3105178A (en) * 1960-01-20 1963-09-24 Meyers Joseph Electron storage and power cell
US3536963A (en) * 1968-05-29 1970-10-27 Standard Oil Co Electrolytic capacitor having carbon paste electrodes
US3652902A (en) * 1969-06-30 1972-03-28 Ibm Electrochemical double layer capacitor
US3648126A (en) * 1970-12-28 1972-03-07 Standard Oil Co Ohio Electrical capacitor employing paste electrodes
US3700975A (en) * 1971-11-12 1972-10-24 Bell Telephone Labor Inc Double layer capacitor with liquid electrolyte
US4313084A (en) * 1978-03-27 1982-01-26 Nippon Electric Co., Ltd. Laminated structure of double-layer capacitor
JPS6015138B2 (ja) * 1979-01-25 1985-04-17 松下電器産業株式会社 電気二重層キャパシタ−
FR2527602A1 (fr) * 1982-06-01 1983-12-02 Anvar Bis perhalogenoacyl- ou sulfonyl- imidures de metaux alcalins, leurs solutions solides avec des matieres plastiques et leur application a la constitution d'elements conducteurs pour des generateurs electrochimiques
JPS594114A (ja) * 1982-06-30 1984-01-10 松下電器産業株式会社 電気二重層キヤパシタ
EP0112923B1 (en) * 1982-06-30 1990-09-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Double electric layer capacitor
US4438481A (en) * 1982-09-30 1984-03-20 United Chemi-Con, Inc. Double layer capacitor
JPS59105312A (ja) * 1982-12-09 1984-06-18 東洋紡績株式会社 湿式電気二重層キヤパシタ
US4597028A (en) * 1983-08-08 1986-06-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electric double layer capacitor and method for producing the same
DE3484812D1 (de) * 1983-08-08 1991-08-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Elektrischer doppelschichtkondensator und verfahren zu seiner herstellung.
US4737889A (en) * 1984-07-17 1988-04-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polarizable electrode body and method for its making
JPH0658864B2 (ja) * 1984-12-25 1994-08-03 松下電器産業株式会社 電気二重層コンデンサ
US4622611A (en) * 1985-04-02 1986-11-11 The Standard Oil Company Double layer capacitors
DE3514499A1 (de) * 1985-04-22 1986-10-23 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Im schmieroelvorratsbehaelter eines aggregates von fahrzeugen eingesetztes sauggehaeuse einer schmieroelpumpe
US4725927A (en) * 1986-04-08 1988-02-16 Asahi Glass Company Ltd. Electric double layer capacitor
JPS62293740A (ja) * 1986-06-13 1987-12-21 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPS63261817A (ja) * 1987-04-20 1988-10-28 松下電器産業株式会社 電気二重層コンデンサ
JPS641222A (en) * 1987-06-24 1989-01-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of energy storage device
JPH0821525B2 (ja) * 1987-06-24 1996-03-04 松下電器産業株式会社 分極性電極およびその製造方法
JP2548222B2 (ja) * 1987-08-25 1996-10-30 松下電器産業株式会社 電気二重層キャパシタ
JP2674057B2 (ja) * 1988-02-05 1997-11-05 松下電器産業株式会社 分極性電極の製造法
JPH01298712A (ja) * 1988-05-27 1989-12-01 Ube Ind Ltd 分極性電極体の製造方法
JPH0266917A (ja) * 1988-09-01 1990-03-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気二重層キャパシタ
JPH02177525A (ja) * 1988-12-28 1990-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気二重層コンデンサ
JPH02248025A (ja) * 1989-03-22 1990-10-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気二重層キャパシタ
JPH02297915A (ja) * 1989-05-11 1990-12-10 Mitsui Petrochem Ind Ltd 電気二重層コンデンサ
JPH03141629A (ja) * 1989-05-11 1991-06-17 Mitsui Petrochem Ind Ltd 電気二重層コンデンサ
CN1048892A (zh) * 1989-05-24 1991-01-30 奥本大学 混合纤维复合材料结构及其制法和用途
US5080963A (en) * 1989-05-24 1992-01-14 Auburn University Mixed fiber composite structures high surface area-high conductivity mixtures
US5102745A (en) * 1989-11-13 1992-04-07 Auburn University Mixed fiber composite structures
JPH0338815A (ja) * 1989-07-06 1991-02-19 Murata Mfg Co Ltd 電気二重層コンデンサ
JP2620596B2 (ja) * 1989-08-22 1997-06-18 いすゞ自動車 株式会社 電気二重層コンデンサ及びその分極性電極の製造方法
JPH0748453B2 (ja) * 1989-08-23 1995-05-24 いすゞ自動車株式会社 電気二重層コンデンサ
JPH065657B2 (ja) * 1989-08-23 1994-01-19 いすゞ自動車株式会社 電気二重層コンデンサ
JPH0666229B2 (ja) * 1989-08-30 1994-08-24 いすゞ自動車株式会社 電気二重層コンデンサ
CA2023551C (en) * 1989-09-07 1994-05-10 Ken Kurabayashi Electric double layer capacitor
JPH0748464B2 (ja) * 1989-09-12 1995-05-24 いすゞ自動車株式会社 電気二重層コンデンサ
JPH067539B2 (ja) * 1989-09-14 1994-01-26 いすゞ自動車株式会社 電気二重層コンデンサ
JPH0666230B2 (ja) * 1990-01-30 1994-08-24 いすゞ自動車株式会社 電気二重層コンデンサ
JP2840780B2 (ja) * 1990-02-20 1998-12-24 富士電気化学株式会社 電気二重層コンデンサ
EP0449145B1 (en) * 1990-03-29 1998-01-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electric double layer capacitor and method for producing the same
JP2738135B2 (ja) * 1990-07-06 1998-04-08 松下電器産業株式会社 電気二重層キャパシタの製造方法
US5096663A (en) * 1990-05-29 1992-03-17 Auburn University Method of optimizing composite preparation for electrical properties: maximum capacitance electrodes
JP3038815B2 (ja) 1990-06-28 2000-05-08 ソニー株式会社 偏向コイル
KR100228259B1 (ko) * 1990-10-24 1999-11-01 고지마 마따오 박막의 형성방법 및 반도체장치
JPH04206916A (ja) * 1990-11-30 1992-07-28 Mitsui Petrochem Ind Ltd 電気二重層キャパシタ
JP3023379B2 (ja) * 1990-11-30 2000-03-21 三井化学株式会社 電気二重層キャパシタおよび電極
JPH05299295A (ja) * 1992-04-16 1993-11-12 Nec Corp 電気二重層コンデンサ
JPH06275469A (ja) * 1993-03-23 1994-09-30 Yoshiharu Matsuda 高分子固体電解質電気二重層コンデンサー
US5450279A (en) * 1993-05-19 1995-09-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electric double layer capacitor
US5437941A (en) * 1993-09-24 1995-08-01 Motorola, Inc. Thin film electrical energy storage device
EP0680061A1 (en) * 1994-03-09 1995-11-02 TDK Corporation Electric double-layer capacitor
JP3038815U (ja) 1996-12-17 1997-06-30 昇 細島 室内犬用遊具

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013160750A1 (ru) * 2012-04-25 2013-10-31 Юнаско Лимитед Электрохимический конденсатор двойного электрического слоя и способ его изготовления
RU2708634C1 (ru) * 2018-12-28 2019-12-10 Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" Электрод конденсатора с двойным электрическим слоем и способ его изготовления

Also Published As

Publication number Publication date
WO1996011486A1 (en) 1996-04-18
ATE167954T1 (de) 1998-07-15
DK0786142T3 (da) 1999-04-12
AU3947095A (en) 1996-05-02
MX9702485A (es) 1997-07-31
EP0786142A1 (en) 1997-07-30
KR970706591A (ko) 1997-11-03
EP0786142B1 (en) 1998-07-01
AU686904B2 (en) 1998-02-12
US6059847A (en) 2000-05-09
DE69503255D1 (de) 1998-08-06
ES2119495T3 (es) 1998-10-01
IL115516A (en) 1999-05-09
CN1111885C (zh) 2003-06-18
BR9509273A (pt) 1997-12-23
US5621607A (en) 1997-04-15
CN1160455A (zh) 1997-09-24
JP4406667B2 (ja) 2010-02-03
US5777428A (en) 1998-07-07
IL115516A0 (en) 1996-01-19
JP2008172269A (ja) 2008-07-24
DE69503255T2 (de) 1998-12-17
CA2200762A1 (en) 1996-04-18
JPH10509560A (ja) 1998-09-14
KR100359030B1 (ko) 2003-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2163041C2 (ru) Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами
US6201685B1 (en) Ultracapacitor current collector
US6005764A (en) Method to fabricate a reliable electrical storage device and the device thereof
US5380341A (en) Solid state electrochemical capacitors and their preparation
JP3985849B2 (ja) リチウム二次電池用負極とそれを用いたリチウム二次電池およびそれらの製造方法
EP0112923B1 (en) Double electric layer capacitor
KR100286249B1 (ko) 리튬이온 2차 전지 및 그 제조방법
Chen et al. A Janus protein-based nanofabric for trapping polysulfides and stabilizing lithium metal in lithium–sulfur batteries
KR101801615B1 (ko) 커패시터
US20170263939A1 (en) Electrode material and energy storage apparatus
RU97107469A (ru) Высокоэффективные двухслойные конденсаторы с угольно-алюминиевыми композитными электродами
JP2010103051A (ja) 蓄電デバイス用複合電極、その製造方法及び蓄電デバイス
KR20120069706A (ko) 폼 전극 구조물 형성 방법
CN110931848A (zh) 全固态电解质电池的制备方法和全固态电解质电池
KR20160045760A (ko) 울트라커패시터, edlc, 하이브리드 커패시터, 연료 전지 및 배터리용 섬유상 세라믹 물질에 기초한 분리막
CA2105124A1 (en) Method for producing multi-cell solid state electrochemical capacitors and articles formed thereby
KR20130136150A (ko) 리튬금속배터리용 고체 고이온전도체 및 이를 이용한 리튬금속배터리
US6084767A (en) Ultracapacitor separator
JP2007095772A (ja) 電気二重層キャパシタ
JP6103623B2 (ja) 電気化学セル
MXPA97002485A (es) Capacitores de doble capa, de alto funcionamientoque incluyen electrodos compuestos de aluminio ycarbon
WO2013099816A1 (ja) 溶融塩電池および溶融塩電池の製造法
JPH07201681A (ja) 電気二重層キャパシタ
RU2148284C1 (ru) Способ изготовления оксидно-никелевого электрода щелочного аккумулятора
JPH11135368A (ja) 電気二重層キャパシタ用集電体及び電気二重層キャパシタ

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20031005