початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2166219

КОНДЕНСАТОР З подвійним електричним ШАРОМ

Ім'я винахідника: Варакин І.М .; Степанов А.Б .; Самітін В.В.
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю "ЕЛТОН"
Адреса для листування: 107086, Москва, вул. Строминка 20, МГАПІ, ком.315, Широкова Т.К.
Дата початку дії патенту: 1999.05.31

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для створення пристроїв, що акумулюють електричну енергію та застосовано в системах аварійного енергопостачання при роботі в режимі постійного або компенсаційного підрозряду; для забезпечення постійного енергопостачання, при використанні періодично діючих джерел енергії, наприклад, в вітро- і геліоенергетики; в пристроях, які акумулюють енергію рекуперативного гальмування на транспорті, в якості тягових батарей для електротранспорту. Завданням, розв'язуваної пропонованим конденсатором з подвійним електричним шаром, є створення працездатного пристрою з великим ресурсом і терміном служби в поєднанні з високими питомою енергією і потужністю. Технічний результат в пропонованому рішенні досягається створенням конденсатора з подвійним електричним шаром, що містить розплавлений електроліт, який, відповідно до винаходу, забезпечений загустителем.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для створення пристроїв, що акумулюють електричну енергію та застосовано:

- В системах аварійного енергозабезпечення при роботі в режимі постійного або компенсаційного підзарядки;

- Для забезпечення постійного енергопостачання при використанні періодично діючих джерел енергії, наприклад, в вітро- і геліоенергетики;

- В пристроях, які акумулюють енергію рекуперативного гальмування на транспорті;

- В якості тягових батарей для електротранспорту.

Принцип дії відомого конденсатора з подвійним електричним шаром або електрохімічного конденсатора заснований на використанні енергії, накопиченої в подвійному електричному шарі, що виникає на кордоні провідників першого і другого роду (електрод - електроліт).

Як правило, електроди в таких конденсаторах виконані з вуглецевих матеріалів з високою питомою поверхнею. Енергоємність конденсатора обмежена напругою розкладання і ємністю подвійного електричного шару, які притаманні застосовується електроліту. У разі вoдного електроліту напруга розкладання становить 1,23 В.

Відомий конденсатор з подвійним електричним шаром, що включає два електроди і водний електроліт (патент RU N 2054723, кл. H 01 G 9/00, 1996 г.).

Використання органічних розчинників в якості електроліту дозволяє підняти робочу напругу конденсатора до 3-4 В.

Однак реалізація великих потужностей в конденсаторі з подвійним електричним шаром з органічним електролітом утруднена через низьку електропровідності останнього.

Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого рішення є конденсатор з подвійним електричним шаром, що включає здатність до поляризації електроди, сепаратор і розплавлений електроліт (патент US N 5621607, кл. H 01 G 9/04, 1993 г.).

У відомому конденсаторі в якості електроліту використовують розплавлені хлориди і броміди.

Наприклад, ємність електрода з активованого вуглецевого матеріалу з поверхнею 900-1200 м ² / г в електроліті з евтектичною суміші хлоридів калію і літію становить при 400-500 ^{o C} приблизно 500 Ф / г, з поверхнею 1500-2000 м ² / г становить 600 Ф / г. Електропровідність цього електроліту при 400 ^{o C} дорівнює 1,7 См / см. Напруга розкладу розплавлених хлоридів алюмінію і магнію перевищує 2.5 В, хлоридів лужних металів - 3.5 В, а фторидів - 5 В.

Використання розплавлених солей пов'язане з вирішенням ряду проблем, пов'язаних з їх високу корозійну агресивністю при підвищених температурах по відношенню до конструкційних матеріалів корпусу, струмовідводів і т.д.

Проблеми ці настільки істотні, що можуть не дозволити створити конденсатор з розплавленим електролітом, що володіє прийнятним для практики ресурсом і терміном служби.

Завданням, розв'язуваної пропонованим конденсатором з подвійним електричним шаром, є створення працездатного пристрою з великим ресурсом і терміном служби в поєднанні з високими питомою енергією і потужністю.

Технічний результат в пропонованому рішенні досягають створенням конденсатора з подвійним електричним шаром, що включає електроди, по крайней мере один з яких поляризованість, сепаратор і розплавлений електроліт, який відповідно до винаходу забезпечений загустителем, який входить до складу розплавленого електроліту.

Винахід характеризується тим, що в якості згущувача використовують інертний високодисперсний матеріал.

Матеріалами можуть бути порошки з частинками будь-якої форми (в тому числі волокна).

Винахід характеризується тим, що в якості згущувача використовують високодисперсний матеріал на основі оксидів алюмінію або магнію, або кальцію, або стронцію, або бору, або кремнію, або цирконію, або ітрію, або берилію, або їх сумішей, або змішаних оксидів вищеперелічених елементів, або нітридів вищеперелічених елементів або їх сумішей, або сумішей оксидів, змішаних оксидів і нітридів вищеперелічених елементів.

Винахід характеризується і тим, що другий електрод виконаний неполярізуемим і містить в якості активного матеріалу речовини, здатні оборотно електрохімічних окислюватися і відновлюватися в середовищі даного розплавленого електроліту.

Це дозволяє підвищити питому енергію конденсатора.

В якості активного матеріалу речовини можуть бути використані метали першої або другої, або третьої груп Періодичної системи, або їх суміш, або їх сплав з вуглецем, або кремнієм, або бором, або іншими металами.

Метали і сплав можуть утворюватися в процесі заряду конденсатора. Їх використовують в якості негативного електрода.

Введення до складу електроліту загустителя дозволяє створити конденсатор з подвійним електричним шаром (елемент), в якому розплавлений електроліт закріплений за рахунок капілярних сил в активному матеріалі електрода і загущувач і не контактує з деталями корпусу. У такому елементі загущений електроліт одночасно може служити сепаратором.

Це дозволяє, по-перше, уникнути корозії конструкційних матеріалів, по-друге, створити безкорпусний елемент - конденсатор з подвійним електричним шаром.

Розплавлений електроліт може містити різну кількість загустителя, тобто мати різну ступінь густоти. При більш низькому вмісті загустителя збільшуються електропровідність електроліту і ємність конденсатора, при більш високому - зростає механічна стійкість системи.

Сутність запропонованого конденсатора з подвійним електричним шаром пояснюється нижченаведеним описом і прикладами, а й кресленням, на якому схематично показана конструкція конденсатора.

Конденсатор з подвійним електричним шаром включає електроди 1 і 2, по крайней мере один з яких поляризованість, сепаратор 3, активний матеріал електрода 4, розплавлений електроліт 5, введений до складу електроліту загущувач 6, струмовідводи 7. Були проведені випробування пропонованої конструкції із застосуванням різних матеріалів, використовуваних в якості згущувача, активного матеріалу електрода і т.д. Як матеріал поляризованого електрода доцільно використовувати електропровідні матеріали з високою поверхнею, стійкі в середовищі розплавленого електроліту (активоване вуглець, карбіди, нітриди, оксиди, метали). Отримані результати наведені в описаних нижче прикладах.

приклад 1

Електроди конденсатора виконані з порошку активованого вугілля з поверхнею 900-1200 м ² / г (20-30 мас.%) З добавкою електроліту і виготовлені у вигляді дисків діаметром 22 мм і товщиною 1,2 мм. Електроліт містить евтектичну суміш хлоридів літію та калію (59 мовляв.% LiCl) з температурою плавлення 352 ^{o C.} В електроліт введений в якості згущувача порошок алюмінату магнію (40 мас.%). Сепаратор (він же загущений електроліт того ж складу) виконаний у вигляді пресованої пластини товщиною 1 мм. Струмовідводами служать графітові диски діаметром 24 мм і товщиною 0,3 мм.

приклад 2

На відміну від прикладу 1 електроди виконані з порошку активованого вугілля з питомою поверхнею 1500-2000 м ² / г.

приклад 3

На відміну від прикладу 1 один електрод виготовлений у вигляді пластини з порошку дисульфіду заліза (FeS ₂₎ з добавкою електроліту товщиною 0,5 мм.

приклад 4

На відміну від прикладу 1 один електрод виготовлений у вигляді пластини з порошку літій-алюмінієвого сплаву (2-4 мас.% Літію) товщиною 0,5 мм.

Характеристики конденсаторів при температурі 400 ^{o C} відповідно до наведеними прикладами описані в таблиці.

На основі запропонованого конденсатора з подвійним електричним шаром можливе створення батареї біполярної конструкції, що включає як завгодно багато елементів для отримання необхідного напруги, об'єднаного в єдиний корпус. Відсутність корпусів для кожного з елементів істотно спростить конструкцію батареї і зменшить її вагу.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Конденсатор з подвійним електричним шаром, що включає електроди, по крайней мере, один з яких поляризованість, сепаратор і розплавлений електроліт, який відрізняється тим, що до складу розплавленого електроліту введений загущувач.

2. Конденсатор з подвійним електричним шаром по п.1, що відрізняється тим, що в якості згущувача, введеного в електроліт, використовують інертний, високодисперсний матеріал з частинками будь-якої форми.

3. Конденсатор з подвійним електричним шаром по п.1 або 2, який відрізняється тим, що в якості згущувача використовують високодисперсний матеріал на основі оксидів алюмінію, або магнію, або кальцію, або стронцію, або бору, або кремнію, або цирконію, або ітрію, або берилію, або їх сумішей, або змішаних оксидів вищеперелічених елементів, або нітридів вищеперелічених елементів або їх сумішей, або сумішей оксидів, змішаних оксидів і нітридів вищеперелічених елементів.

4. Конденсатор з подвійним електричним шаром за допомогою одного з пп.1 - 3, що відрізняється тим, що другий електрод виконаний неполярізуемим і містить в якості активного матеріалу речовини, здатні оборотно електрохімічних окислюватися і відновлюватися в середовищі даного розплавленого електроліту.

5. Конденсатор з подвійним електричним шаром за допомогою одного з пп.1 - 4, який відрізняється тим, що неполярізуемий електрод містить в якості активного матеріалу метал першої, або другої, або третьої груп періодичної системи, або їх суміш, або їх сплав з вуглецем, або кремнієм, або бором, або іншими металами.

Версія для друку
Дата публікації 05.04.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів