Конденсатор с двойным электрическим слоем (варианты)

(71) Заявитель Закрытое акционерное обществоЭСМА(73) Патентообладатель Закрытое акционерное обществоЭСМА(57) 1. Конденсатор с двойным электрическим слоем, включающий в себя поляризуемый электрод, причем этот электрод выполнен по существу из углеродного материала, неполяризуемый электрод, причем этот электрод выполнен из материала, содержащего диоксид свинца, электролит и корпус, в который помещены указанные электроды и электролит. 2. Конденсатор по п. 1, отличающийся тем, что он имеет сепаратор, разделяющий электроды. 3. Конденсатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что электролит представляет собой водные растворы неорганических кислот и их смесей и содержится в порах положительного, отрицательного электродов и сепаратора. 4475 1 4. Конденсатор с двойным электрическим слоем, включающий в себя поляризуемый электрод, причем этот электрод выполнен по существу из углеродного материала, неполяризуемый электрод, причем этот электрод выполнен из материала, содержащего диоксид свинца, электролит и сепаратор, разделяющий электроды. 5. Конденсатор по п. 4, отличающийся тем, что электролит представляет собой водные растворы неорганических кислот и их смесей. Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в производстве конденсаторов с двойным электрическим слоем (ДЭС) с высокими удельно-энергетическими характеристиками, способных запасать и отдавать электрическую энергию с большой скоростью. Известны конденсаторы с двойным электрическим слоем, с жидким электролитом и электродами, выполненными из разнообразных материалов с большой удельной поверхностью (см., например, патент 4313084 (1982 г.) и 4713734 (1987), патент 3210420 (1983). Наилучшие результаты достигнуты при использовании в качестве материалов электродов различных активированных углей. Удельная емкость таких конденсаторов превышает 2 Ф/см 3, а использование апротонных электролитов позволяет увеличить рабочее напряжение до 2-3 В (патент 4697224 (1987 г.), . .- 1980, 26,2, . 220-230). Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является конденсатор с ДЭС, содержащий два электрода и жидкий электролит (водный раствор гидроксида щелочного металла с концентрацией 3-7 моль/л), у которого поляризуемый (отрицательный) электрод выполнен из углеродного волокнистого материала, а неполяризуемый - оксидно-никелевый. Максимальное напряжение этого конденсатора составляет 1,4 В, удельные емкость и энергия, соответственно, 46 Ф/см 3 и 45 Дж/см 2 ( 2058054 С 1, 1996). Несмотря на наличие значительного числа решений по усовершенствованию конденсаторов с ДЭС, остается актуальной задача повышения их удельных характеристик. Так, в частности, достигаемые известными конденсаторами удельные емкости и энергии, а также их стоимость ограничивают возможности их использования в электротранспортных средствах. Цель изобретения состоит в повышении плотности энергии и снижении стоимости конденсаторов с ДЭС. Решение поставленной задачи достигается в конденсаторе с двойным электрическим слоем, содержащем поляризуемый электрод, выполненный по существу из углеродного материала, и неполяризуемый электрод,выполненный из материала, содержащего диоксид свинца, электролит и корпус, в который помещены указанные электроды и электролит. Кроме того, конденсатор содержит сепаратор, разделяющий электроды. Хотя в конденсаторе с таким сочетанием электродов могут использоваться различные электролиты,предпочтительным является использование водных растворов неорганических кислот и их смесей, причем электролит содержится в порах положительного, отрицательного электродов и сепаратора. Решение поставленной задачи достигается также в выполнении поляризуемого электрода по существу из углеродного материала, а неполяризуемого - из материала, содержащего диоксид свинца. Кроме того, конденсатор содержит электролит и сепаратор, разделяющий электроды. Предпочтительным является использование в качестве электролита водных растворов неорганических кислот и их смесей. Благодаря такому решению удается повысить удельную энергию и уменьшить стоимость конденсаторов с ДЭС. Увеличение удельной энергии обеспечивается за счет повышения рабочего напряжения до 2,2-2,6 В, а также за счет увеличения в 1,2-1,4 раза электрической емкости углеродного материала в растворе кислоты по сравнению с раствором щелочи. Стоимость конденсатора с ДЭС, выполненного в соответствии с данным изобретением, уменьшается за счет использования более дешевого, по сравнению с оксидно-никелевым, электрода из диоксида свинца. На представленной фигуре изображена конструкция конденсатора согласно настоящемуизобретению. Конденсатор имеет положительный электрод 1, отрицательный электрод 2, токоотводы 3, сепаратор 4 и корпус 6, в который залит электролит 5. Сущность изобретения поясняется следующим примером. В качестве положительного (неполяризуемого) электрода в конденсаторе использовался электрод, выполненный из материала, содержащего диоксид свинца (2) с геометрическими размерами (125700,8) мм 3, в качестве отрицательного (поляризуемого) электрода - ткань из активированного углеродного волокна 2 4475 1 с геометрическими размерами (125701,21) мм 3. Удельная емкость отрицательного электрода составляла 512,3 Ф/г. Отрицательный электрод (2) общей массой 12,8 г со свинцовыми токоотводами (3) с геометрическими размерами (125700,2) мм 3, состоящий из двух электрически соединенных частей, помещался в пакет из полипропиленового сепаратора (4) толщиной 0,1 мм. Отрицательный электрод (две его части) прижимался к поверхностям положительного электрода (1) с обеих сторон. В качестве электролита был использован водный раствор серной кислоты с плотностью 1,25 г/см 3. В некоторых случаях сепаратор 4 может выполнять роль корпуса, для удержания электролита. Элемент разряжали постоянным током величиной 2,5 А. Напряжение при разряде менялось от 2,2 до 0,8 В. При указанных условиях разряда удельная энергия элемента составила 56,2 Дж/г (270 Дж/см 3). Внутреннее сопротивление конденсатора составляло 10,110-3 Ом. От начала до конца разряда потенциал неполяризуемого электрода из диоксида свинца снижался от 1,71 до 1,625 В, т.е. практически не изменялся. Заявляемый конденсатор позволяет производить последовательные и параллельные соединения множества элементов и создавать на его базе различные конденсаторные батареи. При расширении диапазона разрядного напряжения удельная энергия элемента увеличивается. Описанный пример иллюстрирует данное изобретение, но не ограничивает его. Специалисты в данной области могут вносить в него различные очевидные изменения. Так, возможно выполнение конденсатора, в котором электролит будет удерживаться между электродами за счет сил поверхностного натяжения, при этом не потребуется какой-то специальный корпус для заливки электролита. Хотя был приведен пример с использованием электролита, представляющего собой водный раствор неорганической кислоты, возможно использование и других электролитов, таких как водные растворы неорганических солей, тиксотропные смеси кислот и солей, протонопроводные твердые электролиты (мембраны). Эти и другие возможные модификации не выходят за рамки изобретения, охарактеризованного приведенной формулой изобретения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.