Цилиндрический конденсатор с двойным электрическим слоем

(51) 01 9/155 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ емкости (примерно в три раза), удельной энергии,разрядных токов и снижение удельной стоимости конденсатора. Указанный технический результат достигается тем, что вместо известного конденсатора с двойным электрическим слоем,содержащем плоские поляризуемый угольный и неполяризуемый электроды и сепаратор, пропитанный электролитом,заменяются двумя цилиндрическими поляризуемыми и неполяризуемым электродами. Причем, поляризуемый цилиндрический электрод находится между поляризуемыми электродами. Промежутки между электродами заполнены сепараторами, пропитанными электролитом. Заявленный конденсатор с двумя двойными электрическими слоями превосходит известные по величине разрядный ток прототипа в 2 раза и удельной энергии в 3-4 раза. Удельная стоимость заявленного конденсатора с двумя двухслойными электродами практически ниже от стоимости конденсатора по прототипу, а применяемые в конденсаторах данной системы материалы широко доступны и недефицитны.(72) Ногай Адольф Сергеевич Ногай Артур Адольфович(73) Акционерное общество Казахский агротехнический университет им. Сакена Сейфуллина(57) Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству цилиндрических конденсаторов с двойным электрическим слоем и может быть использовано при их изготовлении. Технической задачей изобретения является повышение энергетических параметров существующего конденсатора с двойным электрическим слоем, которая достигается заменой конструкции плоских электродов известного конденсатора на цилиндрический. Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является повышение Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к производству цилиндрических конденсаторов с двойным электрическим слоем и может быть использовано при их изготовлении. Технической задачей изобретения является повышение энергетических параметров существующего конденсатора с двойным электрическим слоем, которая достигается заменой конструкции плоских электродов известного конденсатора на цилиндрический. Известен конденсатор с двойным электрическим слоем,содержащий плоский поляризуемый угольный электрод, сепаратор и жидкий электролит и не поляризуемый оксидно-никелевый плоский электрод (Патент РФ 2063085). К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного конденсатора, относится то, что такой конденсатор имеет не достаточно высокую емкость, удельную энергию 3 Дж/г(4-5 Дж/см 3). Несмотря на способность разряжаться высокими плотностями тока (отношение максимального тока к запасенной емкости составляет 2,29 А/Ф) и низкую стоимость исходных материалов системы, низкие удельные характеристики делают невозможным создание конденсаторов с большим (10.600 КДж) запасом энергии и применение их в качестве основного источника питания электромашин(электротранспорт, пусковые стартеры и др.). Задачей, на решение которой направлено изобретение,является создание нового конденсатора с двойным электрическим слоем,который при сравнении с другими известными конденсаторами такого же типа имел бы более высокую величину емкости, удельную энергию,разрядный ток, и имел бы более низкую удельную стоимость. Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является повышение емкости (примерно в три раза), удельной энергии,разрядных токов и снижение удельной стоимости конденсатора. Указанный технический результат достигается тем, что вместо известного конденсатора с двойным электрическим слоем,содержащим плоские поляризуемый угольный и не поляризуемый электроды и сепаратор, пропитанный электролитом,заменяются двумя цилиндрическими поляризуемыми и не поляризуемым электродами. Причем, поляризуемый цилиндрический электрод находится между поляризуемыми электродами. Промежутки между электродами заполнены сепараторами, пропитанные электролитом. Проведенный заявителем анализ уровня техники,включающий поиск по патентным и научнотехническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог,характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения. А выявленный прототип,2 как наиболее близкий по совокупности признаков аналога,позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Сущность способа поясняется с помощью чертежей,где на фиг. 1 представлена электрохимическая система (прототипа) известного конденсатора с двойным электрическим слоем(площадь каждого электрода составляет (187 см 2,при толщине 0,8 мм, а на фиг. 2 электрохимическая система предлагаемого цилиндрического конденсатора с двумя двойными электрическими слоями. При замене плоского конденсатора на цилиндрический (при диаметре внешнего цилиндрического электрода конденсатора равном ширине плоского электрода) площадь уже утраивается и составляет 583 см 2. С учетом второго поляризуемого внутреннего электрода суммарная площадь катодных электродов составляет 754 см 2. Предлагаемый цилиндрический конденсатор(фиг. 2) с двумя двойными электрическими слоями содержит два поляризуемых электрода 1 и 3, не поляризуемый электрод 2 и электролит 5,размещенный в порах сепаратора. Поляризуемые электроды (1 и 3) выполнены из углеродного волокнистого материала с удельной поверхностью 900 - 3000 м 2/г. В качестве не поляризуемого электрода (3) взят оксидно-никелевый электрод. Жидким электролитом является водный раствор калиевой щелочи с концентрацией 1-32. Электролит пропитывает три электрода и размещен между ними в сепараторе. При катодной поляризации поляризуемых электродов в области потенциалов 0,0 - 0,6 В формируются двойные электрические слои,состоящие из гидратированных катионов К и Н,электрически адсорбированных на отрицательно заряженных поверхностях углерода. При смещении потенциала поляризуемого электрода в положительную область происходит его разряд и перенос катионов К обратно в электролит. Вид процесса представлен в формуле (1) Положительный оксидно-никелевый электрод заряжен предварительно до потенциала 0,35 - 0,55 В и имеет электрическую емкость,превышающую емкость отрицательных электродов в 10 и более раз. При изменении емкости и, следовательно,потенциала поляризуемого электрода, потенциал положительного электрода, находясь на пологом участке зарядно-разрядной кривой, не изменяется. Таким образом, оксидно-никелевый электрод является идеально не поляризуемым по отношению к поляризуемому в области изменения его потенциалов. Процесс заряда-разряда оксидно-никелевого избытке протонов в водном растворе электролита,может быть представлена уравнением реакции (2) Концентрация раствора должна обеспечивать необходимое количество носителей заряда для обеспечения проводимости 2-го ряда и формирования двойного электрического слоя (ДЭС) на поляризуемом электроде необходимое количество протонов для работы ОНЭ. В практике этот диапазон концентраций составляет 15-32, удельное электросопротивление менее 1,5 Ом см. Напряжение разомкнутой цепи(нрц) заряженного конденсатора является суммарным напряжением (3) Напряжение разомкнутой цепи разряженного конденсатора при полностью разряженном поляризуемом электроде равно потенциалу не поляризуемого и составляет 0,35 - 0,5 В, однако в отдельных случаях допустим разряд системы до 0,0 В. Следовательно, эксплуатационный интервал этого конденсатора с ДЭС 0,0 - 1,15 В. Наличие предлагаемой системы С (-) -/раствор КОН/ - С(-) обеспечивает удельную энергию 12 Дж/г (12 - 15 Дж/см 3), удельный разрядный ток 4,4-14 А/ф. Таким образом, заявленный конденсатор с двумя ДЭС превосходит известные по величине разрядный ток прототипа в 1,5 - 2 раз и удельной энергии в 3 - 4 раза. Удельная стоимость заявленного конденсатора с двумя двухслойными электродами практически ниже от стоимости конденсатора по прототипу, а применяемые в конденсаторах данной системы материалы широко доступны и недефицитны. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Цилиндрический конденсатор с двойным электрическим слоем, содержащий поляризуемые угольные электроды, сепаратор, жидкий электролит и не поляризуемый оксидно-никелевый цилиндрический электрод, отличающийся тем, что имеет два цилиндрических поляризуемых угольных электрода с двумя двойными электрическими слоями,между которыми находятся цилиндрический неполяризуемый оксидноникелевый электрод и сепараторы, пропитанные жидким электролитом с ионами, обратимыми по отношению к оксидно-никелевому электроду.