DE3650725T2

DE3650725T2 - Aus aromatischen Kondensationspolymeren hergestellte poröse Aktivkohle und ihre Anwendung in Elektroden für elektrochemische Zellen

Info

Publication number: DE3650725T2
Application number: DE3650725T
Authority: DE
Inventors: Yukinori Hato; Takuji Osaki; Kazuo Sakurai; Shizukuni Yata
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1985-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2006-03-26
Also published as: DE3650725D1; EP0196055B1; EP0480909A2; EP0196055A2; DE3689239D1; US4753717A; EP0480909B1; EP0196055A3; EP0480909A3; DE3689239T2

Description

Diese Erfindung betrifft eine organische Elektrolysezelle, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und eine Elektrolytlösung umfasst, wobei eine oder beide der genannten positiven und negativen Elektrode(n) aus poröser Aktivkohle aufgebaut ist/sind, die eine spezifische Oberfläche aufweist und offene Poren enthält.
In den letzten Jahren entstand eine zunehmende Tendenz, die Größe, Dicke und das Gewicht elektronischer Geräte zu verringern, und das führte zu dem Bedarf, die Größe, Dicke und das Gewicht einer Zelle, die die Stromversorgung eines elektronischen Gerätes darstellt, zu verringern. Heutzutage finden Silberoxidzellen als elektrische Zellen geringer Größe, die eine hohe Leistungsfähigkeit aufweisen, ausgedehnten Einsatz, und außerdem wurden Lithiumzellen entwickelt, die als Trockenzellen geringer Dicke oder Hochleistungszellen geringer Größe und geringen Gewichtes kommerzielle Aufnahme fanden. Da diese Zellen jedoch Primärzellen sind, können sie nicht über lange Zeiträume, die wiederholtes Laden und Entladen einschließen, eingesetzt werden. Andererseits wurden Nickel- und Kadmiumzellen als Sekundärzellen hoher Leistungsfähigkeit kommerziell eingesetzt, es wurde jedoch festgestellt, dass sie hinsichtlich einer Verringerung von Größe, Dicke und Gewicht nicht zufriedenstellend sind.
Bleibatterien wurden in verschiedenen industriellen Einsatzgebieten lange Zeit als Sekundärzellen großer Kapazität eingesetzt, sie weisen jedoch den Nachteil eines hohen Gewichts auf. Das kann nicht verhindert werden, da sie Bleiperoxid und Bleielektroden einsetzen. Kürzlich wurden Versuche unternommen, die Größe dieser Batterien zu verringern und ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern, um sie als Zellen für Elektroautos einzusetzen, diese Versuche waren jedoch kommerziell nicht erfolgreich. Es besteht noch immer ein hoher Bedarf an Sekundärzellen, die eine hohe Kapazität und ein geringes Gewicht aufweisen.
Wie oben festgestellt, besitzen die Zellen, die zur Zeit kommerziell genutzt werden, ihre eigenen Vor- und Nachteile und werden gemäß den beabsichtigten Einsatzgebieten ausgewählt. Es besteht jedoch ein hoher Bedarf an einer Verringerung der Größe, Dicke und des Gewichtes der Zellen. Als eine Zelle, die diesen Bedarf deckt, wurde kürzlich eine Zelle vorgeschlagen und untersucht, in der ein folienartiges Polyacetylen, d. h. ein organischer Halbleiter, der mit einer elektronenabgebenden oder einer elektronenaufnehmenden Substanz dotiert ist, als elektrodenaktive Substanz eingesetzt wird. Diese Zelle ist eine Sekundärzelle, die eine hohe Leistungsfähigkeit aufweist, und für die die Möglichkeit einer Verringerung der Dicke und des Gewichtes besteht. Sie weist jedoch den schweren Nachteil auf, dass Polyacetylen eine sehr instabile Substanz ist, die an der Luft durch Sauerstoff leicht oxidiert oder thermisch zersetzt wird. Deshalb muss eine elektrische Zelle aus diesem Material unter einer Inertgasatmosphäre hergestellt werden. Zusätzlich besteht eine Beschränkung der Herstellung des Polyacetylens in einer für Elektroden geeigneten Form.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 35881/1983 schlägt eine elektrochemische Zelle vor, die Kohlenstoffasern, die eine spezifische Oberfläche von 1.000 bis 10.000 m²/g aufweisen, als Material mindestens einer ihrer Elektroden umfasst. Die Beschreibung dieser Veröffentlichung zeigt, dass die Kohlenstoffasern einen Durchmesser von 10 bis 20 um aufweisen und für den Einsatz als Elektrode als Platte oder ähnliches geformt werden.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine organische Elektrolysezelle zur Verfügung zu stellen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine organische Elektrolysezelle zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Kapazität pro Gewichtseinheit und eine hohe Energiedichte aufweist.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine wirtschaftliche sekundäre organische Elektrolysezelle zur Verfügung zu stellen, deren Größe, Dicke und Gewicht verringert werden kann, und die einfach herzustellen ist.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine Sekundärzelle zur Verfügung zu stellen, die eine hohe elektromotorische Kraft und einen geringen inneren Widerstand aufweist, und die über einen langen Zeitraum ge- und entladen werden kann.
Erfindungsgemäß werden die obigen Ziele und Vorteile durch eine organische Elektrolysezelle erreicht, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und eine Elektrolytlösung umfasst, wobei eine oder beide der genannten positiven und negativen Elektroden aus poröser Aktivkohle aufgebaut sind, die eine spezifische Oberfläche, gemessen nach dem BET- Verfahren, von mindestens 600 m²/g aufweist und offene Poren enthält, die einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,2 bis 10 um aufweisen, worin die genannte poröse Aktivkohle ein carbonisiertes Produkt eines aromatischen Kondensationspolymers, das aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht, ist, und die genannte Elektrolytlösung eine Lösung einer Verbindung, die in der Lage ist, Ionen zu bilden, die die genannte Elektrode elektrolytisch dotieren können, in einem aprotischen Lösungsmittel ist.
In der beigefügten Zeichnung ist:
Fig. 1 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Abschnittes einer erfindungsgemäßen porösen Aktivkohlefolie.
In dieser elektronenmikroskopischen Aufnahme misst die dicke Linie, die rechts unten gezeigt ist, 5 um.
Das in dieser Erfindung eingesetzte aromatische Kondensationspolymer ist ein Kondensationsprodukt einer aromatischen Kohlenwasserstoffverbindung, die eine phenolische Hydroxylgruppe aufweist, und eines Aldehyds. Beispiele für geeignete aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen sind Phenole, wie Phenol, Cresol und Xylenol, sie sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel können sie Methylen-bis-phenole, die durch die folgende Formel dargestellt werden
worin x und y unabhängig voneinander 0, 1 oder 2 bedeuten, oder Hydroxybiphenyle und Hydroxynaphthaline sein. Für praktische Zwecke sind Phenole, insbesondere Phenol, bevorzugt.
Das in dieser Erfindung eingesetzte aromatische Kondensationspolymer kann auch ein modifiziertes aromatisches Polymer aus einer aromatischen Kohlenwasserstoffverbindung, in der phenolische Hydroxylgruppen teilweise durch eine aromatische Kohlenwasserstoffverbindung ersetzt sind, die keine phenolischen Hydroxylgruppen aufweist, wie Xylol und Toluol, und einem Aldehyd, z. B. ein Kondensationsprodukt aus Phenol, Xylol und Formaldehyd, sein. Beispiele des Aldehyds sind Formaldehyd, Acetaldehyd und Furfural. Formaldehyd ist bevorzugt. Das Phenol/Formaldehyd-Kondensat kann ein Novolak oder ein Resol oder eine Zusammensetzung beider sein.
Die Herstellung des aromatischen Kondensationspolymers und die Nachbehandlung kann z. B. in der folgenden Art und Weise durchgeführt werden.
Ein Vorkondensat aus einer aromatischen Kohlenwasserstoffverbindung, die eine phenolische Hydroxylgruppe aufweist, gegebenenfalls einer aromatischen Kohlenwasserstoffverbindung, die keine phenolische Hydroxylgruppe aufweist, und einem Aldehyd wird hergestellt, und eine wässrige Lösung des Vorkondensats und eines anorganischen Salzes wird gebildet. Die wässrige Lösung wird in eine geeignte Form gegossen und erwärmt, wobei die Verdampfung des Wassers gehemmt wird, und wobei sie gehärtet und in eine Form wie einen Film oder einen zylindrischen Artikel umgewandet wird. Der gehärtete Artikel wird dann gewaschen, um das in ihm enthaltende anorganische Salz zu entfernen. Das resultierende poröse gehärtete Kondensat wird auf 400 bis 800ºC in einer nichtoxidierenden Atmosphäre erhitzt.
Das anorganische Salz, das zusammen mit dem Vorkondensat eingesetzt wird, ist ein Porenbildungsmittel, das im gehärteten Artikel offenen Poren bildet und in einem nachfolgenden Schritt entfernt wird. Beispiele des anorganischen Salzes sind Zinkchlorid, Natriumphosphat, Kaliumhydroxid und Kaliumsulfid. Von diesen ist Zinkchlorid besonders bevorzugt. Das anorganische Salz wird in einer 2,5- bis 10-fachen Menge, bezogen auf das Gewicht des Vorkondensates eingesetzt. Wenn seine Menge geringer als die untere Grenze ist, ist es schwierig, einen porösen gehärteten Artikel zu erhalten, der offene Poren aufweist. Wenn sie andererseits größer als die obere Grenze ist, neigt das letztendlich erhaltene, wärmebehandelte Produkt unerwünschterweise dazu, eine verringerte mechanische Festigkeit aufzuweisen. Die wässrige Lösung des Vorkondensates und des anorganischen Salzes kann hergestellt werden, indem Wasser in einer 0,1- bis 2-fachen Menge, bezogen auf das Gewicht des anorganischen Salzes, verwendet wird.
Die wässrige Lösung, die eine Viskosität von 100.000 bis 100 Poise aufweist, wird in eine geeignete Form gegeben und auf eine Temperatur von z. B. 50 bis 200ºC aufgeheizt. Es ist wichtig, dass während der Wärmebehandlung die Verdampfung von Wasser aus der wässrigen Lösung gehemmt sein sollte. Es wird angenommen, dass das Vorkondensat in der wässrigen Lösung einer Erwärmung unterzogen wird und schrittweise aushärtet und eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bildet, während es sich vom anorganischen Salz und Wasser trennt.
Das anorganische Salz kann aus dem gehärteten Produkt durch vollständiges Waschen mit Wasser, verdünnter Salzsäure usw. entfernt werden. Nach der Entfernung des anorganischen Salzes wird das gehärtete Produkt getrocknet, um ein poröses gehärtetes Kondensat zu ergeben, in dem sich offene Poren gebildet haben.
Da das poröse, gehärtete Kondensat im Harzteil eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist oder offene Zellen besitzt, enthält es offene Poren, in die und aus denen eine Flüssigkeit leicht fließen kann. Die Poren weisen einen durchschnittlichen Porendurchmesser von nicht mehr als 10 um, z. B. 10 bis 0,03 um, auf. Das poröse Kondensat weist einen einheitlichen Durchmesser und eine enge Porendurchmesserverteilung auf. Durch sorgfältiges Auswählen der Zusammensetzung einer wässrigen Lösung eines ungehärteten Phenolharzes, die ein anorganisches Salz enthält, und der Temperaturbedingungen der Härtung, ist es möglich, poröse Artikel mit variierenden Porendurchmessern im Bereich von sehr feinen porösen Artikeln, die einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,03 bis 0,1 um aufweisen, bis zu porösen Artikeln, die einen durchschnittlichen Porendurchmesser von etwa 10 um aufweisen. Solche Artikel können demzufolgen in verschiedenen Gebieten eingesetzt werden, z. B. als Filter, um relativ große Partikel zu trennen, Separatoren für elektrische Zellen und zur Trennung von Bakterien oder kolloidalen Partikeln. Das erhaltene poröse gehärtete Kondensat weist eine Dichte von 0,3 bis 0,7 g/cm³ auf.
Die bevorzugte Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs während der Wärmebehandlung differiert leicht in Abhängigkeit von der Art des aromatischen Kondensationspolymers, seiner Form, dem Grad der Härtungsbehandlung usw. Im allgemeinen kann die Temperatur von Raumtemperatur auf etwa 300ºC mit relativ hoher Geschwindigkeit, z. B. 100ºC/h, gesteigert werden. Bei Temperaturen oberhalb 300ºC verursacht die thermische Zersetzung des aromatischen Kondensationspolymers die Freisetzung von Gasen wie Dampf (H&sub2;O), Wasserstoff, Methan und Kohlenstoffmonoxid, und deshalb wird die Temperatur vorteilhafterweise mit einer ausreichend geringen Geschwindigkeit erhöht.
Die poröse Aktivkohle kann durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt werden, indem anstelle der Wärmebehandlung das Produkt in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre gebrannt (carbonisiert) wird. Das Brennen kann gewöhnlich durchgeführt werden, bis die Temperatur 800ºC überschreitet.
Die poröse Aktivkohle weist eine Dichte (Schüttdichte) von 0,2 bis 0,6 g/cm³ auf. Das heißt, sie weist eine relativ hohe Porosität bis eine relativ geringe Porosität auf. Gewöhnlich variiert die mechanische Festigkeit eines porösen Materials mit seiner Schüttdichte. Die oben beschriebene poröse Aktivkohle weist eine solche Festigkeit auf, dass sie Beanspruchungen in praktischen Anwendungen vollständig standhält, auch wenn die Schüttdichte z. B. 0,2 g/cm³ beträgt.
Da die poröse Aktivkohle feine offene Poren besitzt, kann eine Flüssigkeit leicht hinein und heraus gelangen, und aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche weist sie eine hervorragende Aktivität auf. Da darüber hinaus die poröse Aktivkohle verschiedene Arten der physikalischen Adsorption einfach und in großen Mengen gestattet, indem ihre feinen Poren und die hohe spezifische Oberfläche genutzt werden, kann sie geeigneterweise nicht nur als Elektrode einer organischen Zelle, wie oben dargelegt, sondern auch als Adsorptionsmittel oder Trennmaterial eingesetzt werden.
Zum Beispiel weist eine Sekundärzelle, die hergestellt wird, indem undotierte poröse Aktivkohle und Lithium als Elektroden und eine Lösung von 1 mol/Liter LiClO&sub4; in Propylencarbonat als Elektrolytlösung eingesetzt wird, nach der Herstellung eine elektromotorische Kraft von etwa 3 V auf. Wenn die ClO&sub4;&supmin;-Ionen durch Anlegen einer Spannung mittels einer externen Stromversorgung die poröse Aktivkohle dotieren, beträgt ihre elektromotorische Kraft 3,5 bis 4,5 V. Gemäß dem zweiten Mechanismus entspricht das Dotieren der porösen Aktivkohle mit einem Elektronen-liefernden Dotierungsmittel dem Entladen und das Entfernen der Dotierung entspricht dem Laden. Zum Beispiel weist die Zelle der obigen Struktur unmittelbar nach ihrem Aufbau eine elektromotorische Kraft von etwa 3 V auf. Wenn die Lithiumionen unter Erzeugung eines äußeren elektrischen Stroms die poröse Aktivkohle dotieren, beträgt ihre elektromotorische Kraft 1,0 bis 2,5. Wenn die Lithiumionendotierung durch das Anlegen einer Spannung mittels einer externen Stromquelle rückgängig gemacht wird, steigt die elektromotorische Kraft wieder auf etwa 3 V.
Das Dotieren oder Entdotieren kann bei einem gleichbleibenden Strom oder einer gleichbleibenden Spannung oder unter Bedingungen, bei denen sich Strom und Spannung ändern, durchgeführt werden. Die Menge des Dotierungsmitels, mit der die poröse Aktivkohle dotiert wird, d. h. die Anzahl der dotierenden Ionen pro Kohlenstoffatom der Aktivkohle, beträgt jedoch bevorzugt 0,5 bis 10%.
Die erfindungsgemäße Zelle, die als Elektrode die poröse Aktivkohle umfasst, ist eine Sekundärzelle, die wiederholt geladen und entladen werden kann. Ihre elektromotorische Kraft variiert entsprechend dem Aufbau der Zelle. Die erste Art besitzt eine elektromotorische Kraft von 1 bis 3 V. Die zweite Art weist eine elektromotorische Kraft von 3,5 bis 4,5 V auf, wenn sie gemäß dem ersten Mechanismus betrieben wird, und etwa 3 V, wenn sie gemäß dem zweiten Mechanismus betrieben wird. Die erfindungsgemäße Zelle weist insbesondere eine hohe Energiedichte pro Gewichtseinheit auf, und wenn sie in geeigneten Mengen dotiert wird, weist sie eine Energiedichte von etwa 300 WH/kg der porösen Aktivkohle auf. Die erfindungsgemäße Zelle weist eine bedeutend höhere Stromdichte als eine Bleibatterie auf, obwohl sie in Abhängigkeit vom Aufbau der Zelle variiert. Weiterhin kann der erfindungsgemäße Einsatz der porösen Aktivkohle als Elektrode zur Herstellung einer Sekundärzelle, die einen geringeren inneren Widerstand aufweist und wiederholt geladen und entladen werden kann, und deren Leistung sich über einen längeren Zeitraum nicht verschlechtert, führen.
Die erfindungsgemäße Sekundärzelle, deren eine Elektrode poröse Aktivkohle umfasst, erlaubt ein leichteres Eindringen der Elektrolytlösung als eine herkömmliche Sekundärzelle, deren Elektrode Aktivkohlefasern umfasst, da die erstere poröse Aktivkohle einsetzt. Da weiterhin das Dotieren an der Grenzfläche gleichmäßig durchgeführt wird, handelt sich um eine Sekundärzelle hoher Leistung mit hoher Kapazität und hoher Ausbeute. Ihre Größe, Dicke und ihr Gewicht kann verringert werden, und ihre Leistungsfähigkeit verringert sich über einen längeren Zeitraum nicht.
In der vorliegenden Erfindung wird der durchschnittliche Porendurchmesser der offenen Poren folgendermaßen gemessen und definiert:
Von einer Probe wird eine elektronenmikroskopische Aufnahme in einer Vergrößerung von 1.000 bis 10.000 hergestellt. Eine gegebene gerade Linie wird über die mikroskopische Aufnahme gezogen, und die Anzahl der Poren, n, die die gerade Linie kreuzen wird gezählt. Der durchschnittliche Porendurchmesser (d) wird dann gemäß der folgenden Gleichung berechnet.
worin li die Länge eines Liniensegmentes, das durch eine Pore, die die gerade Linie kreuzt erzeugt wird, ist, die Summe der Länge der Poren ist und n die Anzahl der Poren, die die gerade Linie kreuzt ist, und mindestens 10 beträgt.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die vorliegende Erfindung genauer.

BEISPIEL 1

(1) Eine wässrige Lösung, die durch Mischen eines wasserlöslichen Resols (Konzentration etwa 60%), Zinkchlorid und Wasser in einem Gewichtsverhältnis von 10 : 25 : 4 hergestellt wurde, wurde unter Einsatz eines Filmapplikators auf eine Glasplatte aufgebracht, um einen Film zu bilden. Eine Glasplatte wurde über die als Film geformte wässrige Lösung gelegt, und der Film wurde für eine Stunde auf etwa 100ºC erwärmt, wobei das Verdampfen des Wassers gehemmt wurde.
Die poröse gehärtete phenolische Harzfolie wurde unter einem Stickstoffstrom bei 900ºC und einer Temperatursteigerungsrate von 40ºC/h in einem elektrischen Siliconitofen gebrannt (carbonisiert), mit verdünnter Salzsäure und dann mit Wasser gewaschen und anschließend getrocknet. Die erhaltene poröse Folie weist eine Dicke von etwa 200 um und eine Schüttdichte von etwa 0,3 g/cm³ auf. Sie wies eine so gute mechanische Festigkeit auf, wie sie für Aktivkohle nicht vorstellbar war und besaß auch etwas Flexibilität. Die Folie wies eine BET- spezifische Oberfläche von 1800 m²/g auf.
Um die Poren der erhaltenen Aktivkohlefolie zu untersuchen, wurde eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Abschnittes der Folie aufgenommen. Die mikroskopische Aufnahme ist in Fig. 1 gezeigt. Aus Fig. 1 kann ersehen werden, dass die erhaltene Folie eine dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist und feine Poren, die einen Durchmesser von nicht mehr als 10 um aufweisen, enthält.
(2) Eine Zelle wurde unter Einsatz der erhaltenen Aktivkohlefolie als positive Elektrode, metallischen Lithiums als negative Elektrode und einer LiBF&sub4;-Lösung in vollständig wasserfreiem Propylencarbonat in einer Konzentration von 1,0 mol/Liter als Elektrolytlösung hergestellt. Ein Gitter aus rostfreiem Stahl wurde als Stromabnehmer eingesetzt, und ein Glasfaserfilz als Separator. Diese Zelle ist vom Sekundärtyp inübereinstimmung mit dem ersten Betriebsmechanismus. Insbesondere entspricht das Dotieren der porösen Aktivkohle mit BF&sub4;&supmin;, einem Elektronen aufnehmenden Dotierungsmittel, dem Laden und das Entfernen der Dotierung dem Entladen. Die Dotierungsmenge ist als Anzahl Ionen, die pro Kohlenstoffatom der Aktivkohle dotiert werden, angegeben. In der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl der dotierten Ionen aus dem Strom, der durch den Kreislauf fließt, bestimmt.
Unmittelbar nach dem Aufbau besitzt die Zelle eine Spannung von 3,0 V. Durch das Anlegen einer Spannung an die Zelle mittels einer externen Stromversorgung für 3.5 Stunden mit einem konstanten Strom, so dass die Dotierungsmenge pro Stunde 1% beträgt, wurde die Aktivkohle mit BF&sub4;&supmin;-Ionen dotiert. Nach dem Dotieren wies die Zelle eine Leerlaufspannung von 4,4 V auf. Dann wurde ein konstanter Strom durch den Stromkreis geleitet, so dass die Entdotierungsmenge pro Stunde 1% betrug. So wurde die BF&sub4;&supmin; Dotierung aufgehoben, bis die Leerlaufspannung 3,0 V erreichte. Im obigen Test betrug das Verhältnis der Entdotierungsmenge zur Dotierungsmenge 80%.

BEISPIEL 2

Dieses Beispiel veranschaulicht eine Sekundärzelle des ersten erfindungsgemäßen Typs, in der sowohl die positive als auch die negative Elektrode aus einem geformten Artikel aus poröser Aktivkohle aufgebaut ist. Eine Zelle wurde hergestellt, indem die in Beispiel 1 erhaltene poröse Aktivkohlefolie als positive und negative Elektrode in einer Lösung von 1 mol/Liter (C&sub2;H&sub5;)&sub4;NClO&sub4; in Propylencarbonat als Elektrolytlösung eingesetzt wurde und dem Ladungs- Entladungstest unterzogen.
Unmittelbar nach dem Aufbau wies die Zelle eine Spannung von 0 V auf. Dann wurde durch Anlegen einer Spannung an die Zelle mittels einer externen Stromversorgung die positive Elektrode mit ClO&sub4;&supmin;-Ionen und die negative Elektrode mit (C&sub2;H&sub5;)&sub4;N&spplus;- Ionen dotiert. Dieses Laden wurde für 3 Stunden mit einer solchen Geschwindigkeit ausgeführt, dass die Dotierungsmenge pro Stunde 1% betrug. Die Leerlaufspannung betrug zu dieser Zeit 3,0 V. Denn wurde mit der gleichen Geschwindigkeit wie beim Laden die Dotierung mit ClO&sub4;- und (C&sub2;H&sub5;)&sub4;N&spplus;-Ionen aufgehoben, um die Zelle zu entladen. Das Entladen wurde fortgesetzt, bis die Zellspannung 0 V erreichte. Die Beziehung zwischen der Lade- und Entladespannung und der Dotierungsmenge war nahezu linear und die Zelle wies Eigenschaften auf, die an diejenigen eines Kondensators erinnerten. Unter der Annahme, dass diese Zelle ein Kondensator ist, wurde die Kapazität des Kondensators als 25 F/g berechnet und gemessen (F: Farad).

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Ein einfach gewebter Stoff aus Kaynol-Fasern (ein Stoff aus Phenolharzfasern, hergestellt von Japan Kaynol Co., Ltd.) wurde bei 900ºC in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre in einem elektrischen Siliconitofen gebrannt (carbonisiert). Dann wurde bei der gleichen Temperatur Dampf in den elektrischen Ofen geblasen, um für eine Stunde eine Aktivierungsbehandlung durchzuführen. Der resultierende Aktivkohlestoff wies eine BET spezifische Oberfläche von 1600 m²/g und einen Faserdurchmesser von etwa 15 um auf. Der Stoff wies fast keine mechanische Festigkeit auf.
Eine Zelle der gleichen Struktur wie in Beispiel 2 wurde unter Einsatz des Aktivkohlestoffes als positive und negative Elektrode hergestellt und dem Ladungs-Entladungstest unter den gleichen Bedingungen unterworfen. Unter der Annahme, dass die Zelle ein Kondensator ist, wurde ihre Kapazität auf 16 F/g berechnet.

Claims

1. Organische Elektrolysezelle, umfassend eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und eine Elektrolytlösung, worin eine oder beide der genannten positiven und negativen Elektroden aus poröser Aktivkohle aufgebaut ist/sind, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 600 m²/g, gemessen nach dem BET-Verfahren, aufweist und offene Poren enthält, die einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,2 bis 10 um aufweisen, worin die genannte poröse Aktivkohle ein carbonisiertes Produkt eines aromatischen Kondensationspolymers, das aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht, ist, und die genannte Elektrolytlösung eine Lösung einer Verbindung, die in der Lage ist, Ionen zu bilden, die die genannte Elektrode elektrolytisch dotieren können, in einem aprotischen Lösungsmittel ist.

2. Organische Zelle gemäß Anspruch 1, worin die Poren in der porösen Aktivkohle eine dreidimensionale Netzwerkstruktur bilden.

3. Organische Zelle gemäß Anspruch 1, worin die poröse Aktivkohle eine Schüttdichte von 0,2 bis 0,6 g/cm² aufweist.

4. Organische Zelle gemäß Anspruch 1, worin die poröse Aktivkohle in Form einer Folie, einer Platte oder einer Kombination beider vorliegt.

5. Organische Zelle gemäß Anspruch 1, worin die positive Elektrode aus der porösen Aktivkohle aufgebaut ist, und die negative Elektrode aus einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall aufgebaut ist.

6. Organische Zelle gemäß Anspruch 1, worin die negative Elektrode aus dem Alkalimetall aufgebaut ist und das Alkalimetall Lithium ist.

7. Organische Zelle gemäß Anspruch 1, worin sowohl die positive als auch die negative Elektrode aus der porösen Aktivkohle aufgebaut ist.

8. Organische Zelle gemäß Anspruch 1, worin die Verbindung, die in der Lage ist, dotierende Ionen zu bilden, LiI, NaI, NH&sub4;I, LiClO&sub4;, LiAsF&sub6;, LiBF&sub4;, KPF&sub6;, NaP&sub6;, (C&sub2;H&sub5;)&sub4;NClO&sub4;, (n-C&sub4;H&sub9;)S&sub4;NClO&sub4;, (C&sub2;H&sub5;)&sub4;NBF&sub4;, (n- C&sub4;H&sub9;)&sub4;PF&sub6; oder LiHF&sub2; ist.

9. Organische Zelle gemäß Anspruch 1, worin das aprotische organische Lösungsmittel Ethylencarbonat, Propylencarbonat, gamma-Butyrolacton, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Dimethoxyethan, Tetrahydrofuran, Methylenchlorid oder Sulfolan ist.

10. Poröse Aktivkohle, die eine spezifische Oberfläche von mindestens 600 m²/g, gemessen durch das BET-Verfahren, aufweist und offene Poren enthält, die einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,2 bis 10 um aufweisen, und die ein carbonisiertes Produkt eines aromatischen Kondensationspolymers, das aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht, ist.