超级电容器和制造方法技术

本发明专利技术涉及电气工程，并且特别涉及超级电容器。超级电容器包括封闭保护外壳，彼此电绝缘的第一和第二电极。电极中的一个或两个也与外壳绝缘。电池的空板容积和电极之间的空间充满电解液。在第一电极的表面上附着上具有C‑14同位素的含碳材料。超级电容器的制备方法在于：制备第一和第二电极，其中附着有由含碳材料制成的表面层，在紧密壳体内分配第一和第二电极并使其电绝缘，向壳体填充电解质液。向第一电极表面上的含碳材料层中引入C‑14同位素。实现了在不使用外部充电电源的情况下无需从外部电源充电和增加装置操作持续时间而创建用于电荷积累的装置的可能性。

Supercapacitors and manufacturing methods

The invention relates to electrical engineering, and especially to supercapacitors. Supercapacitors include the first and second electrodes that are electrically insulated from each other. One or two of the electrodes are also insulated from the shell. The empty cell volume of the battery and the space between the electrodes are filled with electrolyte. On the surface of the first electrode, carbon containing materials with C? 14 isotopes are attached. The preparation method of the supercapacitor lies in the preparation of the first and second electrodes, in which the surface layer is attached to the carbon containing material, the first and the second electrodes are distributed in the close shell and the electrical insulation is made, and the electrolyte liquid is filled to the shell. C - 14 isotopes are introduced into the carbon containing material layer on the surface of the first electrode. The possibility of creating a device for charge accumulation without an external power supply and increasing the duration of the device operation without the use of an external charging power is realized.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超级电容器和制造方法
本专利技术属于电工技术，用于电能的积累和储存，可以用于发电、转换、积累和长期储存电能，特别是作为微电子和自主电子设备的电源。
技术介绍
已知装置(蓄电池)电力的积累，其原理是利用电能的二次来源，当电能转化为化学(充电时)和放电时再返回,当化学能转化为电能时。最常见的是铅蓄电池。它是由一个外壳组成，里面是一个二氧化铅的正电极和海绵铅的负电极组成。电极之间的空间使用硫酸水溶液电解液填充。在放电的过程中活动质量的正负极电极都转化为硫酸铅。当蓄电池工作时产生一个化学过程，叫做双硫酸化.[赫鲁斯塔廖夫D.А.蓄电池.–莫斯科市:绿宝石,2003.]，[喀什塔诺夫V.P.,金托福V.V.,乌斯阔夫А.F.等.铅起动蓄电池.手册.–莫斯科市.:苏联国防部军事出版社，1983.-148页.].当电解质密度达到最大值时,充电结束。硫酸水溶液电解液为1.28克/立方厘米。放电接近尾声时密度降至1.08-1.10克/立方厘米，之后需要重新充电。由于装置的简单性可制造性和相对较低的成本，这些装置是电能最常见的存储设备。该装置具有较高的能量密度,可重复充电和放电。该装置的缺点是需要外部电源充电，充电时间长，限制功率，少量的充放电循环。通常,这些装置的资源不超过10年。已知电力积累装置，称为电容器[麦克斯韦J.C.关于电和磁的论文.-多维尔，1873.-P.266ff.-ISBN0-486-60637-6.],[B.М.亚沃尔斯基，А.А.德特拉夫.工程师和大学生物理学手册.–:莫斯科市《科学》，1968年]。一个简单的电容器由两个电介质层隔开的金属板组成，这是一种不导电的材料。如果将电容器板连接到电能的一个来源，将会流动电流并在金属板上积累正负电荷。一旦电容器充电完成，电路中的电流变为零。如果电容器与能量源断开连接，则存储电荷将保持不变。当将电容器连接到电阻器时，通过它将电容器的放电电流输送到全负荷。这种充放电循环可以重复操作。电容器作为电荷存储的优点是制造方便、较短的充电时间、容量更大、在损坏前比蓄电池充放电周期更大。这种装置的缺点是需要外部的电源来给电容器充电。已知电力积累装置，称为超级电容器或者电容器[康威B.E.电化学超级电容器.科学基础和技术应用.N.Y.:克拉维尔学术充气出版.,1999年,[先进多晶硅焊接区硅的局部氧化.原子核物理和核天体.,2000,77,2421页],[帕克拉托夫D.V等.柔韧的薄超级电容器基于多壁碳纳米管和导电聚苯胺复合物//科学和教育的现代问题.–2012.–No.4.],[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl8038579].在设计中，超级电容器以导电材料板的形式有两个电极，即有机或无机电解质。为了提高超级电容器板的电气参数，版面还需要再涂上一层多孔材料(通常是活性炭)。根据超级电容器的原理，它将两种装置结合在一起——电容器和蓄电池。超级电容器储能是由两种机制完成:-由电极-电解液界面中形成的电双层膜容量。这种情况下的容量定义为：ε-双层介质的相对渗透率，ε0-真空的渗透性，А-电极的特定区域，d-电双层的有效厚度。-由电极与电解液之间发生可逆化学反应而产生的假弹性。在这种情况下，电子的积累是法拉第效应，电子在氧化反应中形成，通过接口电极-电解质传递。金属氧化物的理论假弹性可根据公式计算:п-氧化反应中释放的电子数，F-法拉第常数，М-金属氧化物的摩尔质量，V-操作电压的窗口。此外，这些混合超级电容器提供了更高的容量和功率密度，同时保持了良好的稳定性。碳纳米管具有双电层和假弹性的能力。根据碳纳米管的性质和电极的制造和配置方法，超级电容器的特定电容可以达到350法拉/克[周崇富.//基于碳纳米管的电化学超级电容器-2006,学院的聚合物,纺织品和纤维工程,乔治亚理工学院.-页-18].为了提高超级电容器的容量特性,进行了所谓的碳纳米管功能化，关于它们的特殊处理,在碳纳米管的结构中引入了原子,自由基和官能团。例如,碳纳米管功能化COOH组使特定的电容器电容量从0.25增加到91.25法拉/克[克里斯多夫M.安东,马太福音H.欧文//基于碳纳米管的柔性超级电容器–陆军研究实验室,2011.-P7].目前碳纳米管可达到的超级电容器的最高电容值为396法拉/克[http://scsiexplorer.com.ua/index.php/osnovnie-ponyatiya/1201-superkondensator.html],因为技术的发展这些特性不断增加,有报告价值达到了500法拉/克[http://rusnanonet.ru/news/37452/]。目前,大多数商业超级电容器的电极都是由各种改性碳(石墨、活性炭、碳纳米管、石墨烯、碳复合材料等)而制成,这些材料都是物美价廉的材料,具有良好的防腐蚀性能。相比活性炭，碳纳米管具有更高的电导率。超级电容器基于碳拥有具稳定的周期性和较长的寿命，因为在充电/放电过程中,电极表面和电极的大部分材料都不会泄漏化学反应，而电荷的积累和储存是通过电子双层结构来实现。带碳纳米管超电容器的优点:-与高比功率电容器相比，比电池具有更高的比容量。-较长的寿命，即对充放电循环的阻力稳定性可以承受高达106,几乎不会降低容量。就像对于蓄电池来说，超级电容器的主要缺点是需要外部电源来充电。由英国物理学家G.莫斯利于1913年创建的已知放射性同位素源的电能(BetaCell)。它是一个玻璃烧瓶，内部镀银，在中间的一个孤立的电极上放着镭盐。衰变中的电子在玻璃球的银层和含镭盐的电极之间产生了一个电位差。通过真空烧瓶来增加的有限电压气体分解导致莫斯利网路被充电到高电压。已知装置[专利RU2113739C1]，用于接收由放射性阿尔法或衰变所产生的电力，包括两个封闭的水冷或空气金属外壳(发射器和收集器)，一个位于另一个其中带有间隙和真空10-5-10-6毫米汞柱,其中放射性材料被涂在发射极上,以金属层形式厚度为25-100微米，转换成间隙和整流子。发射极和集电极之间安放了管理金属网，与高压变压器的二次绕组电连接，以50赫频率的工业交流电供电，而发射极和集电极与第二变压器的高压初级绕组电连接，二次绕组被连接到能源消耗器。该装置是一种永久可充电的电容器，电荷电流由发射器集电极的粒子通量决定。所述设备的缺点是需要在发射器和收集器间隙之间保持真空，除了需要外置能源外，调节电网电压的幅度足以完全抑制放射性衰变粒子。原型性能超级电容器(超级电容器)的结构是已知的,电极在其中的功能就像板片在由碳纳米管(碳纳米管)制成的超简电容器中一样[沃尔夫科维奇等人，基于碳纳米管的电化学超级电容器。//电化动力工程。2008年第8册No.2-106-110页]。原型的工作电极采用在基层上均匀附着的方法制成,基底为致密石墨粉,由电弧法合成的纳米管制成。使用浓度为35重量％(密度1.26克/立方厘米)的硫酸溶液来作为电解质。为了提高碳纳米管的工作性能，通过在电解质中保持电位为1.1V的极化来使它们具有亲水化。原型的工作范围较广(高于1.4V),约20千瓦/公斤的单位功率和～1瓦/公斤的单位能量。正如先前描述的类似产品，原型的缺点是需要外部电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
超级电容器，包含‑封闭保护外壳，‑第一(工作的)和第二(辅助的)的圆筒仓形状为富勒烯，石墨烯，炭黑，石墨或其混合物的碳纳米管(碳纳米管)队列，包含C‑14同位素，置于外壳内部，互相绝缘，其中一个或者两者都与外壳绝缘，‑电解质，填充电池空白容积出和电极之间的空间，其特征在于，在第一电极表面上附着上具有C‑14同位素的含碳材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.超级电容器，包含-封闭保护外壳，-第一(工作的)和第二(辅助的)的圆筒仓形状为富勒烯，石墨烯，炭黑，石墨或其混合物的碳纳米管(碳纳米管)队列，包含C-14同位素，置于外壳内部，互相绝缘，其中一个或者两者都与外壳绝缘，-电解质，填充电池空白容积出和电极之间的空间，其特征在于，在第一电极表面上附着上具有C-14同位素的含碳材料。2.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，在第一电极表面上含碳材料作为富勒烯，石墨烯，炭黑，石墨或其混合物的碳纳米管(碳纳米管)队列，含有同位素C-14。3.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，在电极间设有分离器，阻碍电极的机械接触以及电解质正负极的混合。4.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，超级电容器的电极由硅，钼，铌，钨，锆或以这些材料为基础的合金或耐腐蚀钢制成。5.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，在碳纳米管表面或内部有放射性核素H-3，镍-63，Sr-90，Kg-85，At-241，As-227，Th-229。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·D·里索瓦尼，S·V·布亚尔斯基，D·V·马尔可夫，L·P·西涅利尼科夫，V·N·尼科金，S·B·兹洛卡佐夫，A·A·贾涅利泽，V·V·斯韦图欣，
申请(专利权)人：科学与创新股份公司，核材料研究所股份公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯,RU