Supercondensador de doble capa multielectrodos.

Supercondensador de doble capa electroquímica, que comprende:

- por lo menos dos complejos yuxtapuestos (1,

2) que incluyen cada uno un electrodo, estando dichos complejos yuxtapuestos separados por una distancia d según un eje longitudinal y,

- por lo menos un complejo común (3) que incluye un electrodo, extendiéndose dicho complejo común frente a los dos complejos yuxtapuestos (1, 2) y separado de éstos por lo menos por un separador (4),

siendo el separador (4) y los complejos (1, 2, 3) arrollados juntos en espira según el eje longitudinal para formar un elemento bobinado,

caracterizado por que el separador (4) está constituido por lo menos por dos partes separadas por una distancia w inferior a la distancia d, separando cada una de las partes integralmente unos complejos (1, 2, 3) enfrentados.

Supercondensador de doble capa multielectrodos.

La presente invención se refiere al campo técnico general de los supercondensadores, es decir de los condensadores de doble capa electroquímica (o EDLC, sigla de la expresión anglosajona "Electrochemical Double Layer Capacitor").

Exposición general de la técnica anterior

Un supercondensador es un medio de almacenamiento de energía que permite obtener una densidad de potencia y una densidad de energía intermedia entre las de los condensadores dieléctricos y las de las baterías. Su tiempo de descarga es generalmente del orden de algunos segundos.

Un supercondensador comprende clásicamente un elemento bobinado cilindrico que comprende por lo menos dos electrodos. Cada electrodo está fabricado a partir de una mezcla de carbón activo (también denominado "materia activa") de negro de carbono y de polímeros. En una etapa denominada de extrusión, se deposita una pasta conductora sobre un colector de aluminio, que sirve de colector de corriente. Los dos electrodos están separados por un separador poroso para evitar los cortocircuitos entre los dos electrodos. En una etapa denominada de impregnación, el supercondensador se rellena con un electrolito. Este electrolito está compuesto por una sal disuelta en un disolvente, generalmente acetonitrilo. Esta sal se separa en dos especies cargadas que se denominan iones (por ejemplo: BF4- y TEA+).

El grosor de un electrodo es típicamente de 1 pm. Los iones tienen un tamaño del orden de 1/1 de pm, es decir 1 veces más pequeños que el grosor del electrodo. El carbón activo (o materia activa) es un material extremadamente poroso.

Cuando se aplica una tensión con un generador continuo entre los dos electrodos del supercondensador, los iones se desplazan por la porosidad lo más cerca posible de la superficie del carbón. Cuanto más importante sea la cantidad de iones presentes en la superficie del carbón, más elevada será la capacidad.

La cantidad de energía almacenada en un supercondensador depende de la tensión aplicada entre los dos electrodos y de la capacidad total del supercondensador.

Numerosos trabajos han mostrado que cuanto más sea elevada la tensión de funcionamiento de los supercondensadores, más corta es la vida útil, debido a una generación muy importante de gas en el supercondensador.

Esta generación de gas está relacionada con la descomposición del material que forma el electrolito, dependiendo esta descomposición de la tensión aplicada entre los electrodos del supercondensador.

Por ejemplo, la tensión de descomposición del acetonitrilo puro es de 5,9 V.

Actualmente, la tensión de referencia aplicada a los electrodos de los supercondensadores es de 2,7 V (véase en particular el documento WO 9815962, que enseña al experto en la materia que la tensión de un supercondensador debe ser limitada para no degradar demasiado el electrolito).

Para remediar este inconveniente, se conoce conectar eléctricamente varios supercondensadores los unos a los otros para formar un módulo. Esto permite aumentar la tensión aplicada al módulo.

Con el fin de conectar eléctricamente dos supercondensadores adyacentes, se utilizan unos medios de conexión que comprenden dos tapas y una regleta.

Cada tapa es apta para cubrir un supercondensador respectivo con el fin de estar conectado eléctricamente a éste, por ejemplo mediante soldadura.

Tal como se ¡lustra en la figura 11, cada tapa 9 comprende además una borne de conexión 8 apto para entrar en contacto con un orificio pasante que atraviesa la regleta 7, con el fin de unir eléctricamente los dos supercondensadores 2 adyacentes.

Sin embargo, dichos supercondensadores adolecen de ciertos inconvenientes.

En particular, el volumen y la masa de dos supercondensadores conectados eléctricamente por una regleta y dos tapas son elevados.

Por otro lado, el coste de fabricación relacionado con la compra y el montaje de las regletas y de las tapas para la

conexión de dos supercondensadores es elevado.

Asimismo, la resistencia serie Rs entre dos supercondensadores conectados eléctricamente, que corresponde a la suma de las resistencias de los supercondensadores y de los medios de conexión (regleta+ tapa + soldadura) es importante.

El documento US 26/221551 describe un condensador de alta tensión con doble capa electroquímica.

El documento WO 24/7532 describe un conjunto de acumulador compuesto de una pluralidad de celdas conectadas en serie.

El documento EP 786 786 describe un condensador de doble capa que comprende dos electrodos y un electrolito líquido, siendo uno de los electrodos de carbono fibroso y siendo el otro electrodo de óxido de níquel.

El documento EP 1 81 825 describe un condensador que comprende una pluralidad de electrodos paralelos, estando cada electrodo compuesto por una o varias capas formadas y separado de otro electrodo por un dieléctrico.

El documento CH 84 526 describe un condensador eléctrico tubular constituido por unidades dispuestas unas tras otras sobre un soporte dieléctrico común.

El documento DE 39 13 611 describe un condensador de películas arrolladas.

El documento US n° 6.493.26 describe un condensador que incluye unas hojas metalizadas arrolladas en espira y desplazadas unas con respecto a las otras.

El documento US 22/93783 describe un condensador de doble capa electroquímica que comprende unos electrodos de polvo de carbono.

El objetivo general de la invención es proponer un supercondensador cuya vida útil aumente con la tensión de referencia.

Otro objetivo de la presente Invención es proponer un supercondensador en el que la generación de gas esté limitada.

Otro objetivo de la presente Invención es proponer un supercondensador apto para soportar una tensión superior a la tensión de referencia sin sufrir ninguna degradación.

Exposición de la invención

Con este fin, se prevé un supercondensador tal como se define en la reivindicación 1.

Se denomina "compleja" la asociación de un colector de corriente y de por lo menos un electrodo, teniendo el colector de corriente y el electrodo una superficie eléctricamente conductora en común.

Se denomina "complejos yuxtapuestos" a dos complejos coplanarios (antes del arrollamiento en espira para formar un elemento bobinado) y separados por un espacio aislante electrónico de anchura D. En otras palabras, se entiende por "complejos yuxtapuestos" dos complejos espaciados por una distancia d según una dirección paralela al eje longitudinal (es decir el eje de arrollamiento) del elemento bobinado.

Se denomina "complejo común" cualquier asociación de complejos en continuidad electrónica.

El o los separadores) sobrepasa(n) de los electrodos de cada complejo enfrentado pero no de los colectores de complejos que sirven de conexión hacia el exterior.

Unos aspectos preferidos, pero no limitativos, del supercondensador según la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

Presentación de las figuras

Otras características, objetivos y ventajas de la presente invención destacarán también a partir de la descripción siguiente, la cual es puramente ilustrativa y no limitativa y debe ser leída con respecto a los dibujos adjuntos, en los que:

- las figuras 1 a 1 ilustran diferentes modos de realización de un supercondensador según la invención,

- la figura 11 ilustra un módulo de la técnica anterior,

- la figura 12 ilustra un modo de realización del supercondensador según la invención una vez que los diferentes elementos que lo constituyen se arrollan juntos para formar un elemento bobinado,

- las figuras 13a a 13c representan los volúmenes ocupados por respectivamente 12 supercondensadores de la técnica anterior, seis supercondensadores de doble pista según la invención y cuatro supercondensadores de triple pista según la invención.

Descripción de la invención

Se describirán ahora diferentes modos de realización del supercondensador según la invención en referencia a las figuras 1 a 13. En estas diferentes figuras, los elementos equivalentes del supercondensador llevan las mismas referencias numéricas.

En referencia a la figura 1, se ha ilustrado los diferentes elementos de un primer modo de realización del supercondensador.

El supercondensador comprende dos complejos yuxtapuestos 1, 2 separados por una distancia d.

Ventajosamente, se prevé la distancia d entre los complejos yuxtapuestos 1, 2 suficiente para aislar eléctricamente los complejos yuxtapuestos 1, 2 uno del otro.

El supercondensador comprende también un complejo 3,... [Seguir leyendo]

1. Supercondensador de doble capa electroquímica, que comprende:

- por lo menos dos complejos yuxtapuestos (1, 2) que Incluyen cada uno un electrodo, estando dichos complejos yuxtapuestos separados por una distancia d según un eje longitudinal y,

- por lo menos un complejo común (3) que incluye un electrodo, extendiéndose dicho complejo común frente a los dos complejos yuxtapuestos (1, 2) y separado de éstos por lo menos por un separador (4),

siendo el separador (4) y los complejos (1, 2, 3) arrollados juntos en espira según el eje longitudinal para formar un elemento bobinado,

caracterizado por que el separador (4) está constituido por lo menos por dos partes separadas por una distancia w inferior a la distancia d, separando cada una de las partes integralmente unos complejos (1, 2, 3) enfrentados.

2. Supercondensador según la reivindicación 1, caracterizado por que la distancia w es superior a 1 mm.

3. Supercondensador según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que los electrodos de los complejos (1, 2, 3) son de naturalezas diferentes.

4. Supercondensador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que contiene dos complejos yuxtapuestos y un complejo común, estando los dos complejos yuxtapuestos conectados hacia el exterior.

5. Supercondensador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que contiene tres complejos conectados hacia el exterior y yuxtapuestos de dos en dos, y un complejo común.

6. Supercondensador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que contiene dos conjuntos de un complejo conectado hacia el exterior yuxtapuesto a un complejo común, estando estos dos conjuntos enfrentados de tal manera que el complejo común del primer conjunto esté enfrente del complejo conectado hacia el exterior del segundo conjunto.

7. Supercondensador según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende por lo menos dos complejos yuxtapuestos que tienen por lo menos un complejo común enfrente separado por lo menos por un separador y arrollados juntos en espiras de manera que formen un primer elemento bobinado, caracterizado por que comprende además por lo menos otros dos complejos yuxtapuestos que tienen por lo menos otro complejo común enfrente separado por lo menos por otro separador, estando estos últimos arrollados juntos en espiras alrededor del primer elemento bobinado de manera que formen por lo menos un segundo elemento bobinado, estando estos elementos bobinados sucesivos separados por un espacio electrónicamente aislante.

8. Supercondensador según la reivindicación 4, caracterizado por que existe un complejo común a dos elementos bobinados sucesivos.