196271. lajstromszámú szabadalom • Elektród másodfajú elektromos energiatároló eszközökhöz és másodfajú elektromos energiatároló eszköz
20 196271 21 A szálak minden g-jára vonatkoztatott töltésmennyiség értéke csak az egyik elektród aktív anyagának tömegére vonatkozik. A 2. ábra görbéi a 0,7 ohm belső ellenállású cellára kapott adatokat mutatják. Nyilvánvaló, hogy a kisebb belső ellenállás miatt ebből a cellából több elektromos energia vehető ki. A 3. ábra görbéi az utóbbi és a 0,9 ohm belső ellenállású cella adatait a gyors, 3/4 órás kisütés esetére hasonlítják össze. A cellákban lítiumból készült referenciaelektródot is elhelyeztünk annak meghatározására, hogy mely elektród polarizálódott. Az elektródok és a referenciaelektród közöLti feszültségesést az áramforrás töltésekor és kisütésekor, valamint az áramkör nyitásakor határoztuk meg. Az áramkör nyitásakor a negatív elektród és a referenciaelektród közötti feszültség általában 100 mV-nál nem kisebbnek mutatkozott és időben alig változott. A pozitív elektród és a referenciaelektród közötti feszültség viszont időben változott, minden feltöltés után csökkent és minden kisütés után növekedett, A különböző feltöltésű állapotú telepek maximális teljesítőképességét úgy határoztuk meg, hogy a cellákat impulzusszerűen sütöttük ki, olyan terhelésen, amelyek feszültségfelvétele a csatlakozó sarkokon mérve az áramkör nyitott állapotában mérhető feszültség fele volt. Ezek az impulzusok 10 másodperc hosszúak voltak és a dísszipált teljesítményt az erre az időszakra vonatkozó átlagérték alapján állapítottuk meg. A cellát először a szén alapú aktív anyag minden g-jára vonatkoztatva 344 coulomb töltésig töltöttük fel. Ez tulajdonképpen a továbbiakban a 100%-os feitőltési állapotot jelezte. A cellaelektród 10x10 cm-es felületéről felvehető maximális áram a 100%-os feltöltési állapot mellett 2,5...3,0 A volt. A teljesítmény megállapítását ezt követően 247 coulomb/g (72%-os feltöltés) és 224 coulomb/g érték (65%-os feltöltés) mellett hajtottuk végre. A kapott eredményeket a 4. ábra görbéje mutatja. Az így kialakított cella maximális teljesítménye a szálak minden g-jára 100%-os feltöltési szint mellett 0,48 W volt, amely 72%-os feltöltési szint mellett 0,31 W értékre csökkent le. A teljesítmény ennek megfelelően gyorsan csökkent azt követően, hogy a feszültség is csökken és a polarizálódás növekszik. Ha a kisütést 10 másodpercnél hosszabb impulzusokkal folytatjuk, a felvehető teljesítmény teljes értéke alig csökken. Az 5. ábra görbéje a feszültség változását mutatja maximális teljesítményt felvevő, legalább 40 másodperc hosszúságú kisütés mellett. Látszik, hogy a feszültségcsökkenés az első 10 másodperc eltelte után minimális. 5. példa Három cellából álló telepet alakítottunk ki tizenkét lemezből, amelyek a 3. példában leirt Thornel szálakból készültek. Minden cellába négy lemez került, amelyek mindegyike nagyjából 930 cm2 felületű volt (30,5x x30,5 cm nagyságú lapok) és a lemezek minden szélét vörösrézzel vontuk be. A vörösréz bevonatokat a szélek mentén ezt követően vinil-észter alapú keményíthető műanyaggal (DERAKANE elnevezésű műgyantával) vontuk be. A lemezeken a bevonást követően mindegy 852 cm2-es aktiv rész maradt vissza. Minden cellában a négy-négy lemezt lyukasztott polipropilén szeparátorral választottuk el egymástól. A cellákban a lemezek párjait párhuzamosan kapcsoltuk, vagyis töltéskor és kisütéskor a lemezek váltakozva +, -, +, - pólusokként szerepeltek. A négy lemezt és a szeparátorokat 33x33 cm-es polipropilén zacskóban helyeztük el, amelyben propilén-karbonátban oldott 15 t%-nyi lítium-perklorátot (LiCICü) tartalmazó elektrolitból hozzávetőlegesen 600 cm3 volt. Ez az elektrolitmennyiség minden zacskóban elegendő volt ahhoz, hogy elektródlemezenként az aktív szálakból 37 g legyen. Az igy kapott telepet elsőnek 1000 perces időtartammal 2,8-104 As kapacitásig töltöttük fel 14...16 V feszültség mellett. A cellát ezt követően 200 perc alatt kisütöttük, 12 V-os gépjárműfényszóró csatlakoztatáséval, amivel 2,2-104 As kapacitásnak megfelelő energiát vettünk ki belőle, vagyis 80%-os kisütési szintet értünk el. Az újbóli feltöltést 800 perces időtartammal végeztük el. A kisütéskor és feltöltéskor a ciklus nagyjából 90%-os elektrokémiai hatékonysággal volt elvégezhető. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Elektród másodfajú elektromos energiatároló eszközökhöz, amelynek elektromosan vezető, szén alapú anyaggal kiképzett elektródteste és ezzel galvanikusan csatlakoztatott elektromos éramgyűjtő eleme van, ahol az elektródtest legalább a felületénél, vagy annak közelében vézszerűen elrendezett anyagként van kiképezve, azzal jellemezve, hogy a szén alapú anyag fúziós benzolgyürüs szerkezeti csoportokkal létrehozott szálakkal van siklapként kialakítva, a szén alapú anyag Young-modulusa legalább 6,9 GPa és legfeljebb 380 GPa, fajlagos felülete 0,1...50 m2/g, mig szálainak alaktényezöje vagy a szén alapú anyag ezzel egyenértékű hosszúság/átmérő vagy hosszúság/szélesség aránya legalább 100:1. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 12
