Способ изготовления пористого электрода накопителя электрической энергии Советский патент 1992 года по МПК H01G9/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конденсаторо- строениюу и может быть использовано для изготовления конденсаторов с высокой емкостью, использующих энергию двойного электрического слоя

Целью изобретения является уменьшение тока утечки накопителя электрической энергии.

Предлагаемый способ получения пористого электрода включает следующие операции: укладывание на опорной сетке, размещенной на вакуумном сосуде, сепаратора из асбеста толщиной 100 мкм, диаметром 100 мм и прижимание по пе риметру опорным кольцом; диспергирование в 100 мл дистиллированной воды 0,02-0,2 г (в зависимости от толщины подслоя) мелкоизмельченного диэлектрического материала, например асбеста; диспергирование в 100 мл дистиллированной воды 1 г активированного древесного угля с 10 мл 0,2%-ной суспензии связующего, например, политетрафторэтилена (ПТФЭ); выпивание суспен- ,зии мелкоизмельченного асбеста на се- |паратор; включение вакуумного насоса .и получение вакуума мм рт.ст.; фильтрация суспензии мелкоизмельченного асбеста через сепаратор до полу-

V|

GJ СП О ОТ СА)

чения подслоя толщиной 5-50 мкм; выливание суспензии активированного угля со связующим на сепаратор с нанесенным слоем асбеста толщиной 5- 50 мкм; фильтрование суспензии активированного угля со связующим через сепаратор с нанесенным подслоем измельченного асбестас

Накопительный заряд пористого электрода накопителя электрической энергии измеряли по времени &t заряжения накопителя постоянным током I от напряжения Ue 0 до напряжения U 1,0 В равен I4At0 Ток утечки измерялся после заряжения накопителя до 1,2 В и выдержки при данном напряжении в течение 1 ч„

Прим е-р 1 с Асбестовый сепаратор, служащий основой, толщиной 100 мкм, диаметром 100 мм укладываем на опорную cejncy, размещенную на вакуумном сосуде, и прижимаем по периметру опорным кольцом, В объеме 100 мл дистиллированной воды диспергировали 1 г активированного древесного угля, добавляли 10 мл 0,2%-ной суспензии политетрафторэтилена (ПТФЭ) и сразу же вылили полученную суспензию на сепаратор. Подключили вакуум 10 2 мм рт.ст0 и произвели фильтрацию,, После сЬильтрации электрод высушили при температуре 100°С в течение 1 чс Аналогично приготовили следующие электроды, из которых собрали наг копитель энергии толщиной 0,5 мм (объем - 4,5 см3) с щелочным электролитом (27% КОН) при усилии сжатия 1 т, который имеет накопительный заряд A3 Кл (9,5 Кл/см3) и ток утечки 16 мА (3,7.10 4A rfB- ),

Пример 20 Аналогичен примеру 1, В объеме 100 мл дистиллированно воды диспергировали 0,02 г мелкоизмельченного асбеста и полученную сус- пензию проАильтровали через асбестовый сепаратор толщиной 100 мкм, затем в 100 мл дистиллированной воды диспергировали 1 г древесного угля, добавили 10 мл 0,2%-ной суспензии ПТФЭ и сразу профильтровали через основу с нанесенным слоем измельченного асбеста толщиной 5 мкм« После фильтрации полученный электрод высушили при 100°С в течение 1 ч0 При этом накап- ливаемый заряд равен 4,1 Кл (9,1 Кл/смэ), ток утечки - 6 мА 01,45 10- АФ-V).

5

.

.Пример Зс Аналогичен примеру 20 В объеме 100 мл дистиллированной воды диспергировали 0,1 г мелкоизмельченного асбеста и полученную суспензию профильтровали через асбестовый сепаратор толщиной 100 мкм„ Затем в 100 мл дистиллированной воды диспергировали 1 г древесного угля, добавили 10 мл 0,2%-ной суспензии ПТФЭ и сразу профильтровали через основу с нанесенным слоем измельченного асбеста толщиной 25 мкм„ После фильтрации полученный электрод высушили при 100е С в течение 1 ч„ При этом накапливаемый заряд равен 41 Кл (.9,1 Кл/см3); ток утечки 6 мА (1,45

f 1(Т

,-4

АФ-V).

Пример 40 Аналогично примеру 3j, в объеме 100 мл дистиллированной воды диспергировали 0,2 г мелкоизмельченного асбеста и полученную, суспен- зию профильтровывали через асбестовый сепаратор толщиной 100 мкм, Затем в 100 мл дистиллированной воды диспергировали 1 г древесного угля, добавили 10 мл 0,2%-ной суспензии ПТФЭ и сразу профильтровали через основу с нанесенным слоем измельченного асбеста толщиной 50 мкмо После фильтрации полученный электрод высушили при 100 С в течение 1 ч, При этом накапливаемый заряд равен 41 Кл (9,1 Кл/см3); ток утечки - 6 мА (1,45-10 ) ,,

Пример 5„ Аналогично приме- ру 4 в объеме 100 мл дистиллированной воды диспергировали 0,24 г мелкоизмельченного асбеста и полученную суспензию профильтровали через асбестовый сепаратор толщиной 100 мкм Затем в 100 мл дистиллированной воды диспергировали 1 г древесного угля, добавили 10 мл 0,2%-ной суспензии ПТФЭ и сразу профильтровали через основу с нанесенным слоем толщиной 60 мкм измельченного асбеста„ После фильтрации полученный электрод высушили при 100°С в течение 1 чс

При этом накапливаемый заряд 40 Кл (8,8 Кл/см3), ток утечки 5мА (1,1 --Ю- ).

Сопротивление увеличивается нас 10%.

При м-ер 6 о Аналогично в объеме 100 мл дистиллированной воды диспергировали 0,015 г мелкоизмельченного асбеста и полученную суспей зию пройильтровали через асбестовьг

сепаратор толщиной 100 мкм„ Затем в 100 мл дистиллированной воды диспергировали 1 г древесного угля, до- бавили 10 мл 0,2%-ной суспензии ПТФЭ и сразу проАильтровали через основу с нанесенным слоем толщиной 3,5 мкм измельченного асбеста. После фильтрации полученный электрод высушили при 100с в течение 1 ч„ При этом накапливающий заряд 35 Кл (7,7 Кл/см3); ток утечки 10 мА (3,3-10 )4

Результаты испытаний представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать пористые электроды для накопителей электрической энергии, ток утечки которых за счет ликвидации крупных пор в сепараторе в 3 раза ниже, чем у накопителей, электроды которых изготовлены п способу прототипа (ток утечки - 19 м (6,310 АФ В )„ Кроме того, упрощается технология изготовления электродов, повышается качество электродов и выход годных электродов.

В настоящее время для накопления электрической энергии широко используются электролитические конденсаторы с объемно-пористыми анодами (тантало

вые или алюминиевые, например, типов ,ЭТО, К50, КЭ и дро), которые имеют величину удельного накапливаемого заряда (0,001-0,01 Кл/см3),что почти в 100 раз меньше удельного заряда, запасаемого в накопителях энергии, в которых используются электроды, полученные по разработанному способу Приведенный ток утечки электролитических конденсаторов равен 5 «lO-3 - АФ В, что примерно в 10 раз

0

выше

чем ток утечки предлагаемого накопителя энергии („„ Трейер, Электрохимические приборы М., Советское радио, 1978, с„ 48),

Применение накопителей электрической энергии, изготовленных из электродов, полученных по предлагаемому способу, целесообразно для питания импульсных источников тока, в которых требуется малая величина тока утечки при более длительном времени хранения накопленного заряда.

Формула изобретения 1 о Способ изготовления пористого электрода накопителя электрической энергии, включающий фильтрацию суспензии порошка электродного материала со связующим через пористую подложку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения тока утечки накопителя электрической энергии, в качестве пористой подложки используют пористый сепаратор накопителя энергии, через который фильтруют суспензию порошка диэлектрического материала до образования на его поверхности пористого диэлектрического подслоя с последующей фильтрацией через основу суспензии порошкообразного электродного материала, например активированного угля,

20 Способ по п„ 1, отличаю- щ и и с я тем, что диэлектрический подслой наносят толщиной 5-50% от толщины сепараторао

3, Способ по пп„ 1 и 2, о т л и - чающийся тем, что в качестве . диэлектрического материала используют материал сепаратора.

Изобретение относится к электро- технике, в частности к конденсаторостроению, и может быть использЪвано для изготовления конденсаторов большой емкости, использующих . энергию двойного электрического слоя. Целью изобретения является уменьшение тока утечки накопителя электрической энергии. Последовательность операций, выполняемых по предложенному способу изготовления пористых электродов накопителя электрической энергии, приводится в описании изобретения. Применение накопителей электрической энергии, изготовленных из электродов, полученных по данному способу, целе- , сообразно для питания импульсных источников тока, в которых требуется малая величина тока утечки, при более длительном времени хранения накоплен-, ного заряда 2 з.п.ф-лы, 1 табл. , Ј

Результаты испытаний

Фильтрация суспензии активного материала без подслоя диэлектрического материала

Фильтрация суспензии активного материала через сепаратор толщиной 100 мкм с подслоем диэлектрического материала 5 мкм (5% от толщины сепаратора)

.9,5

16

3,7-10

л4

41

9,-1

1,45-10

Фильтрация суспензии активного материала через сепаратор с подслоем диэлектричо материала 25 мкм (25% от толщины сепаратора) 41

Фильтрация суспензии актирного материала через сепаратор с подслоем 50 мкм (50% от толщины сепаратора)41

Фильтрация суспензии активного материала через сепаратор с подслоем 60 мкм (60% от толщины сепаратора)40

Фильтрация суспензии активного материала через сепаратор с подслоем 4 мкм (4% от толщины сепаратора)35

Промышленные электроды из тантала или алюминия

Фильтрация по способу-прототипу 32

Сопротивление увеличивается на 10%

1735953

9,1

,-4

1,45 -10

9,1

1,45-Ю 4

8,8

1,М(Г

7,7

10

.3,3-10-

0,01 - 0,1 5 «Ю- - Ю-2 7,1 19 6,3 -КГ4