Состав электрода накопителя энергии Советский патент 1992 года по МПК H01G9/00 

сл С

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для изготовления электродов накопителей энергии Целью изобретения является уменьшение сопротивления электрода. Поставленная цель достигается тем, что состав электрода накопителя энергии, содержащий смесь активного угля с полиамидным связующим, дополнительно содержит измельченное углеродное волокно при следующем соотношении компонентов, мас.%: активный уголь 73,0-97,9; полимерное связующее 0,11-2,0, углеродное волокно 2,0-25.0.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к составу смеси для электродов накопителей энергии.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является электрод, состоящий из смеси углерода с развитой удельной поверхностью, например активного угля и/или сажи с полимерным связующим, например, политетрафторэтиленом (ПТФЭ), поливиниловым спиртом (ЛВС) и т.д.

Такие электроды при содержании связующего в пределах 3-15 мас.% обеспечивают сохранение высокой электрической емкости на единицу массы электрода при достаточно высокой механической прочности.

Недостатком данного электрода является то, что будучи неэлектропроводными частицы связки, концентрируясь на поверхности углеродных частиц, затрудняют контакты между ними и тем самым ухудшают электрическое сопротивление электрода.

Целью изобретения является уменьшение сопротивления электрода.

Поставленная цель достигается тем, что известный электрод, изготовленный из углерода с развитой удельной поверхностью, например активного угля, в количестве 73,0-97,9 мас.%, содержащий полимерное связующее, например, политетрафторэтилен или поливиниловый спирт, дополнительно содержит измельченное углеродное волокно в количестве 2-25 мас.% при количестве полимерного связующего в пределах О 1-2 мас.%.

Предлагаемые электроды изготавливают следующим образом.

К навеске измельченного активного угля добавляют измельченное углеродное волокно и тщательно перемешивают. К смеси добавляют суспензию связующего, например, политетрафторэтилена. Полученную смесь

М

со

сл

,о

ю

сл

помещают в прессформу и прессуют под давлением. Изготовленный электрод сушат при комнатной температуре до постоянной массы. При этом наиболее целесообразным является введение волокна в количестве 2-25 мае. %. При меньшем содержании углеродного волокна электрод теряет механическую прочность. С увеличением содержания волокна электрическое сопротивление электрода незначительно уменьшается и его механическая прочность возрастает. Однако при содержании волокна выыше 25 мас.% заметно снижается величина емкости электрода на единицу его массы (углерод + волокно + связующее).

Для эффективного смешения компонентов наиболее целесообразным является использование измельченных частиц углеродного волокна размерами 0,5-4 мм. При уменьшении длины волокна ниже 0,5 мм заметно ухудшается механическая прочность электрода.

Введение в электрод измельченного углеродного волокна позволяет сущесвтенно снизить содержание неэлектропроводной связки и тем самым уменьшает сопротивление электрода.

Измельченное углеродное волокно получали путем резки жгута из углеродного волокна (марок ВМН-3 или ВМН-4 ТУ 48-20- 48-76) быстроходными роторными ножницами при регулируемой подаче жгута. Разработаны также другие способы измельчения жгута.

П р и м е р 1. 4,5 г измельченного древесного активного угля S БЭТ 600 м2/г) смешивают с 0,5 г измельченного углеродного волокна длиной частиц 2 мм. В смесь вводят 0,005 г политетрафторэтилена (ПТФЭ) в виде 0,1 мае, % водной суспензии. Смесь прессуют под усилием 3 т в пресс-форме диаметром 200 мм и сушат. Полученный электрод имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

Активный уголь89.9

Полимерное связующее (ПТФЭ)0,1

Измельченное

углеродное волокно10,0

Электрод, пропитанный 27%-ным раствором КОН, при изменении потенциала на 1 В накапливает заряд-величиной 93 Кл (18,2 Кл/г). Сопротивление электрода на переменном токе частотой 1 кГц равно 1,60 мОм.

П р и м е р 2. 4,895 г измельченного древесного активного угля (Звэт 600 м /г) смешивают с 0,1 г измельченного углеродного волокна длиной частиц 2 мм. В смесь вводят 0,005 г ПТФЭ в виде 0,1 мас.% водной суспензии. Смесь прессуют под усилием 3 т в пресс-форме диаметром 200 мм и сушат. Полученный электрод имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: Активный уголь97,9

Полимерное связующее0,1 Углеродное волокно2,0 Электрод, пропитанный 27%-ным рас- 0 твором КОН, при изменении потенциала на 1 В накапливает заряд величиной 95 Кл(19,0 Кл/г). Сопротивление электрода на переменном токе частотой 1 кГц равно 2,42 мОм. П р и м е р 3. Аналогично изготовлен 5 электрод следующего состава, мас.%:

Активный уголь73,0

Полимерное связующее (ПТФЭ)2,0 Углеродное волокно25,0 0 Накапливаемый заряд электрода 78 Кл (15,6 Кл/г), сопротивление при 1 кГц 2,01 мОм.

П р и м е р 4. Аналогично изготовлен электрод, имеющий следующее соотноше- 5 ние компонентов, мае. % :

Активный уголь89,5

Полимерное связующее (ПТФЭ)0,5 Измельченное уг- 0 леродное волокно10,0

Сопротивление электрода 1,7 мОм, накапливаемый заряд 91,5 (18,0 Кл/г).

П р и м е р 5. Аналогично изготовлен электрод, следующего состава, мас.%: 5Активный уголь88,2

Полимерное связующее (ПТФЭ)2,0 Измельченное углеродное волокно9,8 0 Сопротивление электрода 2,33 мОм, накапливаемый заряд равен 89 Кл (17,5 Кл/г). П р и м е р 6. Для сравнения был изготовлен электрод накопителя энергии в соответствии с прототипом. Смесь из 4,5 г 5 измельченного древесного активного угля (5вэт 680 м2/г) с 0,5 г ПВС в виде водного раствора была помещена в пресс-форму диаметром 200 мм, спрессована под усилием 3 т и высушена. Электрод имеет следующее 0 соотношение компонентов, мас.%:

Активный уголь90

Полимерное связующее10Измельченное уг- 5 леродное волокно

Сопротивление электрода 5,60 мОм, а накапливаемый заряд равен 78,0 Кл (15,6 Кл/г).

Таким образом, электрод предлагаемого состава при одинаковых с прототипом

значениях удельного накапливаемого заряда (15-20 Кл/г) имеет сущесвтенно меньшее (в 2,5-3,5 раза) сопротивление.

Использование пористых электродов предлагаемого состава позволяет накапливать удельный заряд величиной до 15-20 Кл/г или 5-10 Кл (см3), что в 10-103 раз больше по сравнению с электролитическими конденсаторами. Исследования показали целесообразность применения электродов предлагаемого состава для различных типов накопителей электрической энергии - импульсных, буферных и

ДР0

5

Формула изобретения Состав электрода накопителя энергии, содержащий смесь активного угля с полимерным связующим, отличающийся тем, что, с целью уменьшения сопротивления электрода, смесь дополнительно содержит измельченное углеродное волокно при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Активный уголь73,0-97,9

Полимерное связующее0,1-2,0 Измельченное углеродное волокно 2,0-25,0