ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрохимическим конденсаторам, работающим в кратковременных режимах работы на пиковой мощности.
Известен электрохимический конденсатор Патент RU №2296383, опубликовано Патент RU №2296383, опубликовано 27.03.2007, МПК H01G 9/155, включающий щелочной электролит, по крайней мере, один поляризуемый электрод, состоящий из коллектора тока и активного материала, выполненного в основном из активированного углеродного материала, и, по крайней мере, один неполяризуемый электрод, коллектор тока которого имеет часть с пористой структурой, в порах которой расположен активный материал, способный обратимо окисляться и восстанавливаться в среде щелочного электролита, в котором, согласно изобретению, коллекторы тока поляризуемого и неполяризуемого электродов выполнены в основном из железа, а поверхность коллекторов тока обоих электродов имеет слой из электропроводного материала, устойчивого к электрохимической коррозии в среде щелочного электролита.
Недостатком данного технического решения является отсутствие информации о расстоянии между электродами и используемом сепарационном материале, что ограничивает промышленную применимость устройства, так как от этих факторов существенно зависит внутреннее сопротивление, а значит и максимально возможная мощность.
Известен электрохимический конденсатор (ЭХК) Патент RU №96444, опубликовано 27.07.2010, МПК H01G 9/04, принят за прототип, содержащий корпус, поляризуемый пористый углеродный электрод, неполяризуемый оксидно-никелевый электрод и пористый сепаратор, пропитанный щелочным электролитом, корпус снабжен газовым клапаном, углеродный электрод изготовлен из ткани, при этом его пористость составляет 65÷75%, а его сорбционная активность по йоду равна 80-85%, щелочной КОН электролит имеет концентрацию 28÷31 мас. % и содержит LiOH, при этом соотношение LiOH/KOH в электролите равно 0,043÷0,063, отношение уровня электролита к высоте внутренней полости корпуса равно 0,8÷0,97.
Недостатком прототипа является отсутствие информации о конструкции электродов и сепаратора, в связи с чем возникает неопределенность в оценке внутреннего сопротивления и его минимизации.
Проблемой разработки электрохимических конденсаторов, работающих в кратковременных режимах работы на пиковой мощности, увеличение возможного пикового тока и мощности ЭХК.
Техническим результатом полезной модели является снижение внутреннего сопротивления ЭХК за счет предлагаемой конструкции блока электродов, что позволяет увеличить максимальный ток и мощность ЭХК.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемой конструкцией ЭХК. Электрохимический конденсатор содержит корпус с крышкой, снабженной борнами отрицательного и положительного полюсов и заливочным отверстием с аварийным клапаном, поляризуемый пористый углеродный электрод, неполяризуемый оксидно-никелевый электрод и пористый сепаратор в виде ленты, образующие электродный блок, пропитанный щелочным электролитом, поляризуемый пористый углеродный электрод изготовлен из углеродистого волокнистого сорбента в виде ленты с прижатыми к ней коллекторами тока поляризуемого пористого углеродного электрода, токоотводы неполяризуемых оксидно-никелевых электродов соединены с борнами положительного полюса, токоотводы коллекторов тока поляризуемого пористого углеродного электрода соединены с борнами отрицательного полюса, причем корпус выполнен из полипропилена в виде прямоугольного параллелепипеда шириной на 1-2 мм меньше суммарной толщины электродного блока, электродный блок содержит 26 неполяризуемых оксидно-никелевых электродов, помещенных в конверты из ленты пористого сепаратора, каждая плоскость конверта выполнена в один слой, плоскости конверта с боковых сторон соединены тепловой зашивкой, 27 коллекторов тока поляризуемого пористого углеродного электрода, токоотводы неполяризуемых оксидно-никелевых электродов приварены к борну положительного полюса, а токоотводы коллекторов тока поляризуемого пористого углеродного электрода приварены к борну отрицательного полюса аргоно-дуговой сваркой в среде инертного газа.
Корпус конденсатора является стяжкой электродного блока, которая необходима для обеспечения требуемого внутреннего сопротивления. Полипропилен как материал корпуса обладает достаточными для этого эластичностью и упругостью. Посадка по ширине корпуса по отношению к размеру электродного блока 1-2 мм обеспечивает его упругую деформацию при сборке, которая дает необходимое сжатие электродов. Количество электродов в блоке обеспечивает суммарную площадь, необходимую для обеспечения требуемого тока и внутреннего сопротивления. Приваривание токоотводов электродов к борнам аргоно-дуговой сваркой в среде инертного газа создает контакт с минимальным переходным сопротивлением, не изменяющимся в процессе работы при нахождении в среде электролита. Размещение положительного электрода в конверте из пористого сепаратора позволяет уменьшить расстояние между положительным и отрицательным электродами. При укладке свободной ленты сепаратора расстояние между электродами увеличивается в два раза, так как ленту необходимо оборачивать вокруг электрода дважды. Соединение плоскостей конверта с боковых сторон тепловой зашивкой обеспечивает устойчивость шва к действию щелочного электролита и свободное проникновение электролита к поверхности неполяризуемого оксидно-никелевого электрода. Такой способ соединения плоскостей конверта позволяет увеличить его прочность при одинарной по отношению к толщине сепарации толщине плоскости.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана конструкция электрохимического конденсатора на виде спереди.
На фиг. 2 показана конструкция электрохимического конденсатора на виде сбоку.
На фиг. 3 показана конструкция электрохимического конденсатора на виде сверху.
На фиг. 4 показана конструкция положительного электрода в конверте из сепаратора.
На фиг. 5 показана схема сборки электродов.
1 – корпус,
2 - поляризуемый пористый угольный электрод,
3 - неполяризуемый оксидно-никелевый электрод,
4 - пористый сепаратор,
5 - электродный блок,
6 - коллектор тока поляризуемого пористого углеродного электрода 2,
7 - крышка корпуса,
8 - борн положительного полюса,
9 - борн отрицательного полюса,
10 - заливочное отверстие,
11 - винтовая крышка с аварийным клапаном,
12 - токоотводы коллекторов тока поляризуемого пористого углеродного электрода 2,
13 - токоотводы неполяризуемых оксидно-никелевых электродов,
14 - плоскости конверта,
15 - шов тепловой зашивки.
Электрохимический конденсатор, содержит корпус 1, выполненный из полипропилена в виде прямоугольного параллелепипеда шириной на 1-2 мм меньше суммарной толщины электродного блока, крышку 7, в которую вмонтированы борны положительного 8 и отрицательного 9 полюсов, и снабженную винтовой крышкой с аварийным клапаном 11, поляризуемый пористый углеродный электрод 2, изготовленный из углеродистого волокнистого сорбента в виде ленты с прижатыми к нему 27-ю коллекторами тока 6. 26 неполяризуемых оксидно-никелевых электродов 3, пористый сепаратор 4, 26 коллекторов тока 6 поляризуемого пористого угольного электрода 2 и поляризуемый пористый углеродный электрод 2 образуют электродный блок 5, пропитанный щелочным электролитом. Токоотводы 13 неполяризуемых оксидно-никелевых электродов 3 приварены к борну положительного полюса 8 аргоно-дуговой сваркой в среде защитного газа, например, аргона, токоотводы коллекторов тока 12 поляризуемого пористого углеродного электрода 2 аналогично приварены к борну отрицательного полюса 9. Пористый сепаратор 4 выполнен в виде конвертов из плоскостей 14, в каждый из которых помещен неполяризуемый оксидно-никелевый электрод 3. Каждая плоскость конверта 14 представляет собой один слой пористого сепаратора 4, плоскости соединены с боковых сторон тепловой зашивкой, образующей на них швы 15.
Электрохимический конденсатор собирается и работает следующим образом. Каждый из 26 подготовленных неполяризуемых оксидно-никелевых электродов 3 запаивают в конверт из пористого сепаратора 4 тепловой зашивкой по боковым сторонам с образованием швов 15. Собирают электродный блок 5, укладывая ленту поляризуемого пористого углеродного электрода 2 на коллектор тока поляризуемого пористого углеродного электрода 6 при его расположении на краю ленты. Сверху на ленту 2 укладывают конверт из плоскостей 14 пористого сепаратора 4 с помещенным в него неполяризуемым оксидно-никелевым электродом 3 таким образом, чтобы токоотвод коллектора тока 12 поляризуемого пористого углеродного электрода 2 находился с одной стороны электродного блока 5, а токоотвод 13 неполяризуемого оксидно-никелевого электродов 3 - с другой стороны. Затем лентой 2 накрывают конверт 14 и укладывают сверху коллектор тока 6 аналогично первому коллектору. Укладку продолжают, пока не будет задействовано 26 коллекторов тока 6 и 27 оксидно-никелевых электродов 3 в конвертах из пористого сепаратора 4. Собранный электродный блок 5 помещают в корпус 1 таким образом, чтобы токоотводы электродов 12 и 13 не были погружены в корпус 1 на расстояние, допускающее приваривание токоотводов 12 и 13 электродного пакета к борнам положительного 8 и отрицательного 9 полюсов соответственно. Токоотводы 12 и 13 приваривают аргоно-дуговой сваркой в среде защитного газа, например, аргона, к борнам соответственно положительного 9 и отрицательного 8 полюсов и полностью погружают электродный блок 5 в корпус 1 до посадки крышки 7 корпуса 1 вровень с ее краями. Крышку приваривают к корпусу тепловой зашивкой и через заливочное отверстие 10 заливают электролит, после чего закрывают винтовой крышкой с аварийным клапаном 11. Тем самым достигается поджим электродов 2 и 3 к плоскостям конвертов 14 из одинарного слоя пористого сепаратора 4, что минимизирует внутреннее сопротивление электрохимического конденсатора. Собранный конденсатор помещают в посадочное место, подключают к борнам 8 и 9 подводящие кабели зарядного устройства и проводят заряд. Затем отключают кабели зарядного устройства и подключают кабели питания потребителя. При включении цепи потребителя между электродами 2 и 3 протекает ток разряда. Основная часть внутреннего сопротивления конденсатора образуется при этом сопротивлением электролита в одинарном слое пористого сепаратора 4.
По результатам испытаний партии конденсаторов с конструкцией по предлагаемой полезной модели (одинарный слой сепарации между электродами) среднее внутреннее сопротивление в начале разряда составило 0,264 мОм, для партии конденсаторов, изготовленных по способу прототипа (двойной слой сепарации между электродами) оно составило 0,509 мОм, что подтверждает технический результат полезной модели.