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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2101807
Elektrochemisches DRIVE ELECTRIC ENERGY
Name des Erfinders:. Schigorev IG; Grigorieva LK. Zhuchenko OA. Stanko VH
Der Name des Patentinhabers: Gesellschaft mit beschränkter Haftung "Himelektro"
Adresse für die Korrespondenz:
Startdatum des Patents: 1994.07.18
Usage: elektrochemische Speicherung von elektrischer Energie auf der Basis der Verwendung von Doppelschichtkapazität.
Zusammenfassung der Erfindung: Die elektrochemische Energiespeichervorrichtung umfasst zwei Elektroden mit einer porösen Struktur des verstärkenden Metallschwammdicke 0,2 bis 0,2 mm, gefüllt mit Kohlenstoffpulver mit hoher spezifischer Oberfläche, durch einen porösen Separator getrennt. Separator maximale Porengröße geringer als die minimale Partikelgröße von Kohlepulver.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Elektrotechnik und kann bei der Herstellung von Hochleistungselektrochemischen Energiespeicher verwendet werden.
Energiespeichervorrichtung bekannt, bestehend aus einem Volumen-poröse Tantalanode und ein polares Elektrolytkondensator in den Poren des Papiers (1) angeordnet.
Der Nachteil dieser Vorrichtung ist , einen hohen Innenwiderstand und niedrigem spezifischem elektrischen Eigenschaften. Unter den bekannten elektrischen Leistungsspeicher am nächsten an der Kombination von Materialeigenschaften ist die Energiespeichereinheit, die zwei Elektroden mit einer porösen Verstärkungsstruktur aus einem Polymer mit Kohlenstoffpulver mit hoher spezifischer Oberfläche gefüllt. Diese Elektroden sind durch einen porösen Separator (2) getrennt.
Nachteilig an diesem Energiespeichervorrichtung ist ein hoher Innenwiderstand aufgrund der Verwendung von nicht-leitfähigen Polymers in der Elektrodenstruktur. Dies verringert die elektrischen Eigenschaften des Antriebs.
Der Gegenstand der Erfindung eine Speichervorrichtung mit einer hohen elektrischen Eigenschaften und Zuverlässigkeit.
Diese Aufgabe wird dadurch , daß die Energiespeichervorrichtung als Verstärkungsstruktur genommen sponge Metalldicke von 0,2 2,0 mm und der maximale Durchmesser der Poren separator bekannt sind, erreicht ist , kleiner als die minimale Partikelgröße von Kohlepulver.
Verwendung von Metallschwamm als Verstärkungsstruktur erhöht den Bereich der elektrischen Kontakt mit der Kohlenstoffmasse Elektrodenkollektors und die starke Bindung in den Poren der Verstärkungsstruktur. Dadurch verringert sich der Innenwiderstand der Energiespeichereinheit und damit ihre elektrischen Eigenschaften zu verbessern. Verwendung eines porösen Separators mit einer maximalen Porengröße kleiner als die minimale Größe der Partikel aus Kohlenstoffpulver, Kohlenstoff verhindert die Migration von geladenen Teilchen durch den Separator und der damit verbundenen Selbstentladungsenergiespeichervorrichtung.
Dirigiert Stand der Technik Analyse hat gezeigt, dass die beanspruchte Kombination von wesentlichen Merkmale, die in den Ansprüchen, ist nicht bekannt. Dies ermöglicht es, dass die Erfindung zu dem Schluss, das Kriterium der "Neuheit".
Zur Überprüfung der Übereinstimmung mit der Erfindung führte das Kriterium der "erfinderischen Tätigkeit" eine zusätzliche Suche nach bekannten Lösungen, um Zeichen zu erkennen, die mit dem Markenzeichen der Prototyp der Erfindung übereinstimmen.
Es wurde festgestellt, dass die Erfindung nicht explizit Fachmann auf dem Stand der Technik, zu denen sein. Dies führt zu dem Schluss, dass die Erfindung das Kriterium der "erfinderischen Tätigkeit" erfüllt.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines elektrochemischen Energiespeicherabschnitt
Fig. 2 die Abhängigkeit der spezifischen Speicherkapazität (F / cm 3) der Dicke (in mm) der aktiven Schicht.
der Antriebsabschnitt umfasst zwei hochporöse Kohlenstoffelektrode 1, 2 durch einen Separator mit einem Elektrolyten imprägniert getrennt. An der Rückflächenelektrode wird gegen die Metallfolie 3, die als ein Körper und die Elektroden des Antriebsabschnitts dient. An der Peripherie des Randes 5 der Folie abgedichtet alkalibeständige Isoliermasse. 4 ist das freie Volumen mit einem Inertgas gefüllt ist. Die Aktivkohleelektrodenschichten eine poröse metallische Verstärkungsstruktur angeordnet, die als Nickelschwamm verwendet wird , eine Porosität von 90% und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,15 mm. Kohleschichtdicke zurückzuführen auf die wahre Oberfläche des Nickelschwamm (mit zusätzlichen Kollektoroberflächenbereich) 0,05 0,07 mm, das 2,5 bis 2,0 - mal geringer ist als die Dicke der aktiven Schicht des Prototyps (0,15 0,20 mm) . Unebenheit der aktiven Schicht nicht mehr als 2 Mikrometer. Kohle in den Schwamm gedrückt und gequetscht in einem Zustand, in dem der durchschnittliche Porendurchmesser sich von der Oberfläche in Richtung der Mitte der aktiven Schicht abnimmt, die durch gemeinsame Pressen und Walztechnik erreicht wird. Die vorgeschlagene Struktur der aktiven Schicht des Metallschwamm ist das wirksamste Bindungs Kohleteilchen als herkömmlich für diesen Zweck verwendet, Wirkstoffe wie Latex, Polyvinylalkohol, einer Suspension aus Polytetrafluorethylen oberflächen usw. werden auf der Oberfläche der Kohle und untere Kapazitäts elektrischen Doppelschicht irreversibel adsorbiert und folglich und Speicherkapazität. Da der Druck des Kollektors verwendet wird (wie in dem Prototyp) Nickelfolie 0,05 mm. Der Separator ist alkalibeständige mikroporöse Papier TU13- 0248643-793-89 N4, mit 32% iger wässriger KOH unter Vakuum imprägniert.
Kapazitätsantriebsabschnitt in Fig.
2, die durch den Wert des Abschnitts der Entladezeit bestimmt 
I DC - Spannung von 1,0 bis 0,0 V unter Verwendung der Beziehung: 
Kapazitätsmessergebnisse in Fig. 2 erhalten , eine Entladungsstromdichte von 70 mA / cm 2 unter Verwendung, die einen stabilen Antrieb und ausreichend hohen spezifischen elektrischen Eigenschaften bereitstellt. Zum Vergleich zeigt Fig. 2 zeigt gepunkteten Abschnitt Prototyp Wert der spezifischen Kapazität (8,8 F / cm 3) gleichzeitig (70 mA / cm 2) der Entladungsstromdichte erhalten.
Die Dicke der aktiven Schicht (und Abschnitt) bietet eine dreimal größer ist als die aktive Schicht (und Abschnitt) des Prototyps, und bietet somit eine spezifische Kapazität ist 2-mal höher als der Prototyp-Container. Dieser Unterschied im Verhalten und bietet den Prototyp aufgrund der Tatsache , dass die wahre Dicke der Kohlenstoffschicht in Kontakt mit der wahren Oberfläche des Nickelschwamm (0,05 0,07 mm), etwa 3 - mal weniger als die Dicke der Kohlenstoffschicht in dem Stand der Technik. Je dünner die Schicht von Kohle, desto höher ist die Nutzungsrate der aktiven Masse und höhere Arbeiter (standardisiert) Strom. Doch für ausreichend große Dicke der aktiven Schicht der die Rolle durch langsame Diffusion von Elektrolyt-Ionen in der Ionenelektrode gespielt vorgeschlagen Begrenzung ist die elektrische Doppelschicht. Dieser Effekt wird in der Studie entsprechend der spezifischen Kapazitätsabschnitt des Vorschlags auf die Dicke der aktiven Schicht (die Nickelschwamm) Figur erhalten. 2.
Wie aus Fig. 2 die Abhängigkeit der spezifischen Kapazität Abschnitt bietet die Dicke der aktiven Schicht ein Maximum durchläuft , die mit der optimalen Dicke der aktiven Schicht liegt , beträgt 0,7 mm. Absenken der spezifischen Kapazität bietet rechts des Maximums zu einer höheren Diffusionswiderstand von Elektrolytionen aufgrund ist mit der Dicke der aktiven Schicht zu erhöhen und eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes der Kohlenstoffschichten sind weiter von der Kollektorfolie entfernt. Wachstumselektrolyt-Ionendiffusionswiderstand erhöht sich die Relaxationszeit (Zeit, nach der die Spannung über die aktive Schicht den Wert der angelegten Spannung erreicht) und die Notwendigkeit von Betriebsströmen zu reduzieren.
Reduzierte Kapazität der maximalen links ist auf zwei Faktoren zurückzuführen: technologische Schwierigkeiten mit einem bestimmten prozentualen Kohlenstoffanteil in dem Schwamm eine dünne aktive Schicht der Herstellung der dünnen Schwamm zavaltsovyvaetsya hart ist, und einen höheren Beitrag des Separators und der Dicke der Kollektorfolie auf die Gesamtdicke des Antriebsabschnitts.
Aus einem Vergleich der spezifischen Kapazität und bietet einen Prototyp (Fig. 2) , die der aktiven Schicht bei einer Dicke von 0,2 2,0 mm spezifischen Kapazitätsabschnitt bietet , ist 1,1 bis 2,1 mal höher ist als die Kapazität des Prototyps.
Somit Platzierung des Antriebs in der aktiven Schicht aus porösem metallischen Verstärkungsstruktur Dicke von 0,2 2,0 mm und mit einem Separator mit einer maximalen Porengröße kleiner als die minimale Größe der Partikel des Kohlenstoffpulvers mit ermöglicht die spezifische Speicherkapazität aufgrund der folgenden Faktoren zu erhöhen: die Fläche des elektrischen Kontakts zunehmender aktive Masse mit Stromabnehmer; die Dicke der aktiven Schicht zu erhöhen; die aktive Masse Dichte und reduziert die Selbstentladung und Lagerung aufgrund der Größenfaktor, ohne die Migration von Kohlepartikeln durch die Poren des Separators Erhöhung (siehe. Tabelle).
Der Vorschlag auch die Stabilität der Speichereigenschaften erhöht durch Partikel (Schichten) von Kohle und der aktiven Masse Vergießen, aber auch aufgrund der Möglichkeit starr fixieren das aktive Material in die Poren der Verstärkungsmetallstrukturen und vermeiden die Verwendung von Bindemitteln Tenside Eliminieren bewegen, hängt Adsorption an der Elektrodenpotential.
Die Möglichkeit, die gleiche Dicke der aktiven Schicht zu erhalten, erhöht die Kontaktfläche der aktiven Schicht mit der Folienstromkollektor, der die Gestaltung der Batteriespeicher vereinfacht.
Der Vorschlag sieht zwei-Wege-Betrieb der aktiven Schicht, die Sie und die Stromquelle (Ersatz von chemischen Stromquellen) Abschnitt Speicher basierend auf dem Elektrodenstapel erstellen können als eine langfristige Entlastung nutzen sie.
Die Erfindung ist gewerblich anwendbar ist. Für die Herstellung der aktiven Schicht durch die dreidimensionale Struktur der Metallverstärkung verwendet wird, nicht die Entwicklung und Herstellung einer speziellen Ausrüstung erforderlich. Die aktive Schicht kann für die Herstellung von chemischen Stromquellen der verwendeten Elektroden auf dem Gerät vorgenommen werden. Für die Herstellung des Antriebsabschnitts auf der Grundlage der positiven und negativen Elektroden des Pakets können Strukturelemente von chemischen Stromquellen (Tanks, Borno, Stromabnahmen, usw.) verwendet werden, so dass ein hohes Maß an Standardisierung und Harmonisierung des Produkts zu erzielen.
FORDERUNGEN
Elektrochemische Speicherung von elektrischer Energie, mit zwei Elektroden mit einer porösen Struktur mit Kohlenstoffpulver gefüllt mit hoher spezifischer Oberfläche, durch einen Separator unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstruktur als Metallschwamm genommen, und der maximale Durchmesser der Separator Poren kleiner als die Mindestkorngröße von Kohlepulver.
Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Metallschwamm ist 0,2 2,0 mm
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Erscheinungsdatum 08.11.2006gg
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