УГЛЕРОДИСТАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДА СУПЕРКОНДЕНСАТОРНОГО ЭЛЕМЕНТА, ЭЛЕКТРОД, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СОДЕРЖАЩИЙ ЕГО ЭЛЕМЕНТ

1. Углеродистая композиция, пригодная для изготовления электрода суперконденсатора в контакте с водным ионным электролитом, причем композиция основана на угольном порошке, способном сохранять и высвобождать электроэнергию, и включает гидрофильную связующую систему, отличающаяся тем, что указанная система содержит:
- согласно массовой доле в композиции, от 3% до 10%, по меньшей мере, одного первого сшитого полимера, имеющего среднечисленную молекулярную массу Mn, составляющую более чем 1000 г/моль, и содержащего спиртовые группы, и
- согласно массовой доле в композиции, от 0,3% до 3%, по меньшей мере, одного второго полимера, по меньшей мере, одной кислоты, который имеет pKa от 0 до 6 и среднечисленную молекулярную массу Mn, составляющую более чем 500 г/моль, причем указанный, по меньшей мере, один первый полимер термически сшит в присутствии указанного, по меньшей мере, одного второго полимера.
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что указанный, по меньшей мере, один первый полимер имеет среднечисленную молекулярную массу Mn, составляющую более чем 10000 г/моль, и представляет собой полимер, по меньшей мере, частично гидролизованный сложный эфир типа поливинилацетата.
3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что указанный первый полимер выбран (указанные первые полимеры выбраны) из группы, состоящей из поливиниловых спиртов (PVA), полигидроксиэтилакрилатов, полигидроксиэтилметакрилатов и их смесей.
4. Композиция по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанный первый полимер присутствует (указанные первые полимеры присутствуют) в композиции, составляя массовую долю от 4% до 8%.
5. Композиция по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная кислота выбрана (указанные кислоты выбраны) из группы, состоящей из карбоновых кислот, сульфоновых кислот, фосфоновых кислот и их смесей, причем указанный, по меньшей мере, один второй полимер имеет pKa от 2 до 5 и среднечисленную молекулярную массу Mn, составляющую более чем 2000 г/моль.
6. Композиция по п.5, отличающаяся тем, что указанный второй полимер выбран (указанные вторые полимеры выбраны) из группы, состоящей из полиакриловых кислот, полиметакриловых кислот, полистиролсульфоновых кислот, поли(2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфоновых кислот), сополимеров этилена и малеиновой кислоты, сополимеров стирола и малеиновой кислоты, сополимеров стиролсульфоновой кислоты и малеиновой кислоты, полигидроксимасляных кислот, поливинилсульфоновых кислот, поливинилфосфоновых кислот и их смесей.
7. Композиция по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанный второй полимер присутствует (указанные вторые полимеры присутствуют) в композиции, составляя массовую долю от 0,4% до 2%.
8. Композиция по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная связующая система содержит в комбинации поливиниловый спирт в качестве первого полимера и полиакриловую кислоту в качестве второго полимера.
9. Композиция по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная связующая система дополнительно включает производное целлюлозы, у которого среднечисленная молекулярная масса Mn составляет более чем 10000 г/моль, и/или соль альгиновой кислоты, которые присутствуют в композиции, составляя массовую долю от 0,1% до 1%, предпочтительно от 0,2% до 0,5%.
10. Композиция по п.9, отличающаяся тем, что указанная связующая система содержит карбоксиметилцеллюлозу в качестве производного целлюлозы и/или альгинат натрия в качестве соли альгиновой кислоты.
11. Композиция по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанный угольный порошок содержит:
2
2
- согласно массовой доле в композиции, от 80% до 86%, по меньшей мере, одного измельченного углерода, у которого удельная поверхность превышает или равняется 100 м/г и предпочтительно составляет от 200 до 2000 м/г, и
2
- согласно массовой доле в композиции, от 10% до 11%, по меньшей мере, одной сажи, у которой удельная поверхность составляет менее чем или равняется 100 м/г, например, под наименованием Super-PLi, или активированного угля в другой форме, чтобы повысить электропроводность угольного порошка.
12. Пористый электрод, пригодный для оборудования суперконденсаторного элемента путем погружения в водный ионный электролит, отличающийся тем, что электрод состоит из композиции по одному из предшествующих пунктов, покрывающей металлический токосъемник, снабжающий электрод, причем толщина электрода составляет предпочтительно от 200 мкм до 400 мкм.
13. Способ изготовления электрода по п.12, отличающийся тем, что он по существу включает:
a) диспергирование в воде указанного углеродистого порошка и указанной связующей системы, которая включает указанный, по меньшей мере, один первый несшитый полимер и указанный, по меньшей мере, один второй полимер,
b) нанесение полученной дисперсии на металлический лист, образующий указанный токосъемник,
c) испарение воды, содержащейся в данной дисперсии, предпочтительно при температуре от 35°C до 45°C, затем
d) термическое сшивание указанного, по меньшей мере, одного первого полимера, которое катализируется указанным, по меньшей мере, одним вторым полимером, и которое предпочтительно осуществляют при температуре от 130°C до 150°C.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что массовое содержание твердого материала в дисперсии на стадии a) составляет от 35% до 45%, и тем, что для изготовления данной дисперсии используют поливиниловый спирт в качестве первого полимера и полиакриловую кислоту в качестве второго полимера.
15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что дополнительно диспергируют в воде на стадии a) производное целлюлозы, имеющее среднечисленную молекулярную массу Mn, составляющую более чем 10000 г/моль, предпочтительно карбоксиметилцеллюлозу, и/или соль альгиновой кислоты, предпочтительно альгинат натрия, причем это производное целлюлозы и/или эту соль также сшивают термически на стадии d) в присутствии указанного, по меньшей мере, одного второго полимера.
16. Суперконденсаторный элемент, включающий, по меньшей мере, два верхних и нижних пористых электрода, причем электроизолирующая мембрана отделяет эти электроды друг от друга, и ионный электролит, в который погружены эти электроды, и элемент включает, по меньшей мере, два верхних и нижних токосъемника, которые, соответственно, покрыты этими верхними и нижними электродами, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из этих электродов представляет собой электрод по п.12.
17. Элемент по п.16, отличающийся тем, что указанный электролит составлен на основе, по меньшей мере, одной кислоты или соли в водной среде, например, серной кислоты.