JP2000315527A - 非水電気化学キャパシタ - Google Patents
非水電気化学キャパシタInfo
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 応答性のよい正極、負極と、電解液を効果的
に組み合わせて、容量すなわちエネルギー密度の大きな
電気化学キャパシタを供給すること。 【解決手段】 非水電解液中で、薄膜状の正極と負極を
イオン透過性多孔質セパレーターを挟んで対向させた非
水電気化学キャパシタにおいて、正極をトリフェニルア
ミンを繰り返し単位として含む導電性高分子として、負
極を２，２′−ビピリジンを繰り返し単位として含む導
電性高分子とした非水電気化学キャパシタを構成する。
に組み合わせて、容量すなわちエネルギー密度の大きな
電気化学キャパシタを供給すること。 【解決手段】 非水電解液中で、薄膜状の正極と負極を
イオン透過性多孔質セパレーターを挟んで対向させた非
水電気化学キャパシタにおいて、正極をトリフェニルア
ミンを繰り返し単位として含む導電性高分子として、負
極を２，２′−ビピリジンを繰り返し単位として含む導
電性高分子とした非水電気化学キャパシタを構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的に充放
電を行なう非水電気化学キャパシタに関する。
電を行なう非水電気化学キャパシタに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体と液体が接触する界面では、一般に
極めて短い距離を隔てて正、負の電荷が対向して配列
し、電気二重層が形成される。この電気二重層に直流電
圧を印加するとその電圧に応じて電荷が蓄積され、結果
として電気エネルギーが蓄積される。この電気二重層の
静電容量を利用した電気二重層キャパシタが知られてい
る（非水系の電気二重層キャパシタの例としては、雑誌
「電気化学及び工業物理化学」の５９巻、ｐ．６０７、
（１９９１）参照）。
極めて短い距離を隔てて正、負の電荷が対向して配列
し、電気二重層が形成される。この電気二重層に直流電
圧を印加するとその電圧に応じて電荷が蓄積され、結果
として電気エネルギーが蓄積される。この電気二重層の
静電容量を利用した電気二重層キャパシタが知られてい
る（非水系の電気二重層キャパシタの例としては、雑誌
「電気化学及び工業物理化学」の５９巻、ｐ．６０７、
（１９９１）参照）。
【０００３】この電気二重層キャパシタは、活性炭の大
表面積を利用していて、容量の小さな電池のようなエネ
ルギーデバイスとして、ＩＣのメモリーバックアップ用
を始め、種々の家電製品に使われ始めている。また、最
近では、更に容量の大きなキャパシタが開発され、低コ
ストで高出力が得られるパワーキャパシタとして、ハイ
ブリッド型の電気自動車（ＨＥＶ）への応用が進められ
ている。
表面積を利用していて、容量の小さな電池のようなエネ
ルギーデバイスとして、ＩＣのメモリーバックアップ用
を始め、種々の家電製品に使われ始めている。また、最
近では、更に容量の大きなキャパシタが開発され、低コ
ストで高出力が得られるパワーキャパシタとして、ハイ
ブリッド型の電気自動車（ＨＥＶ）への応用が進められ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性炭
の表面積を利用する電気二重層キャパシタは、ハイブリ
ッド型の電気自動車（ＨＥＶ）へ応用するには単位重量
当たり及び単位体積当たりの容量が不足しているという
問題がある。電池と同じ表現にすると、エネルギー密度
（Ｗｈ／ｋｇ、Ｗｈ／ｌ）が不足している。水溶液系の
電気二重層キャパシタに比べ、非水溶液系の電気二重層
キャパシタは使用電圧を高くできるのでエネルギー密度
的に有利であるが、それでもハイブリッド型の電気自動
車（ＨＥＶ）へ応用するには単位重量当たり及び単位体
積当たりの容量が不足している。
の表面積を利用する電気二重層キャパシタは、ハイブリ
ッド型の電気自動車（ＨＥＶ）へ応用するには単位重量
当たり及び単位体積当たりの容量が不足しているという
問題がある。電池と同じ表現にすると、エネルギー密度
（Ｗｈ／ｋｇ、Ｗｈ／ｌ）が不足している。水溶液系の
電気二重層キャパシタに比べ、非水溶液系の電気二重層
キャパシタは使用電圧を高くできるのでエネルギー密度
的に有利であるが、それでもハイブリッド型の電気自動
車（ＨＥＶ）へ応用するには単位重量当たり及び単位体
積当たりの容量が不足している。
【０００５】このような電気二重層キャパシタの容量不
足を改善するため、水溶液系では、活性炭の代わりに酸
化ルテニウム（IV）などを用い高速の酸化還元反応で充
放電を行なう酸化還元キャパシタの開発が進められてい
る（例えば、Electrochemical capasitors, F.M. Delni
ck et al. Editors, Electrochemical Society PV 96-2
5, P.208, the Electrochemical Society Proceedings
series, Pennington,NJ(1997)．参照）。この酸化還元
キャパシタは、電気二重層キャパシタに比べて容量的に
は大きいが、水溶液系であるため、キャパシタを構成し
たとき使用電圧を高くできず、直列接続して一定の高電
圧の電源を構成するためには多数個が必要となり、容量
が減じてしまうとともに、コスト的にも問題である。ま
た、正極と負極の酸化ルテニウム（IV）は、電気量的に
は、およそ半分しか有効に使われていない。そこで、非
水溶液系での酸化還元キャパシタを電気量効率よく構成
することが望まれる。つまり、キャパシタが実際に使用
される電圧領域で、正極の反応電気量も負極の反応可能
電気量も効果的にエネルギー密度に寄与できるようにす
ることである。しかしながら、実際的な非水溶液系酸化
還元キャパシタを構成するには、電解液の使用可能電位
範囲と、正極と負極の容量の電位分布の兼ね合いの難し
さなど複雑な要因が伴う。
足を改善するため、水溶液系では、活性炭の代わりに酸
化ルテニウム（IV）などを用い高速の酸化還元反応で充
放電を行なう酸化還元キャパシタの開発が進められてい
る（例えば、Electrochemical capasitors, F.M. Delni
ck et al. Editors, Electrochemical Society PV 96-2
5, P.208, the Electrochemical Society Proceedings
series, Pennington,NJ(1997)．参照）。この酸化還元
キャパシタは、電気二重層キャパシタに比べて容量的に
は大きいが、水溶液系であるため、キャパシタを構成し
たとき使用電圧を高くできず、直列接続して一定の高電
圧の電源を構成するためには多数個が必要となり、容量
が減じてしまうとともに、コスト的にも問題である。ま
た、正極と負極の酸化ルテニウム（IV）は、電気量的に
は、およそ半分しか有効に使われていない。そこで、非
水溶液系での酸化還元キャパシタを電気量効率よく構成
することが望まれる。つまり、キャパシタが実際に使用
される電圧領域で、正極の反応電気量も負極の反応可能
電気量も効果的にエネルギー密度に寄与できるようにす
ることである。しかしながら、実際的な非水溶液系酸化
還元キャパシタを構成するには、電解液の使用可能電位
範囲と、正極と負極の容量の電位分布の兼ね合いの難し
さなど複雑な要因が伴う。
【０００６】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、応答性のよい正極、負極と、電解
液を効果的に組み合わせて、容量すなわちエネルギー密
度の大きな電気化学キャパシタを供給することを目的と
している。
してなされたもので、応答性のよい正極、負極と、電解
液を効果的に組み合わせて、容量すなわちエネルギー密
度の大きな電気化学キャパシタを供給することを目的と
している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に鋭意検討した結果、本発明は、非水電解液中で、薄膜
状の正極と負極をイオン透過性多孔質セパレーターを挟
んで対向させた非水電気化学キャパシタにおいて、正極
をトリフェニルアミンを繰り返し単位として含む導電性
高分子として、負極を２，２′−ビピリジンを繰り返し
単位として含む導電性高分子とした非水電気化学キャパ
シタを構成した。また、負極の２，２′−ビピリジン繰
り返し単位の少なくとも一部に、遷移金属イオンを配位
させた負極は好ましく使える。配位させる遷移金属イオ
ンは、２，２′−ビピリジン単位と安定な配位結合を形
成するものならよく、その遷移金属イオンに２，２′−
ビピリジンが配位していてもよく、他の酸化還元できる
配位子が配位していてもよい。
に鋭意検討した結果、本発明は、非水電解液中で、薄膜
状の正極と負極をイオン透過性多孔質セパレーターを挟
んで対向させた非水電気化学キャパシタにおいて、正極
をトリフェニルアミンを繰り返し単位として含む導電性
高分子として、負極を２，２′−ビピリジンを繰り返し
単位として含む導電性高分子とした非水電気化学キャパ
シタを構成した。また、負極の２，２′−ビピリジン繰
り返し単位の少なくとも一部に、遷移金属イオンを配位
させた負極は好ましく使える。配位させる遷移金属イオ
ンは、２，２′−ビピリジン単位と安定な配位結合を形
成するものならよく、その遷移金属イオンに２，２′−
ビピリジンが配位していてもよく、他の酸化還元できる
配位子が配位していてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明による非水電気化学
キャパシタの実施の形態を添付図面を参照して詳細に説
明する。図１は、本発明による非水電気化学キャパシタ
の一実施の形態の円筒型セルの断面の模式図である。
キャパシタの実施の形態を添付図面を参照して詳細に説
明する。図１は、本発明による非水電気化学キャパシタ
の一実施の形態の円筒型セルの断面の模式図である。
【０００９】まず、構成を説明する。正極集電体の両面
に正極材料の薄膜を設けた正極と、負極集電体の両面に
負極材料の薄膜を設けた負極をポリオレピン多孔質セパ
レーターを挟んでまいて、それを円筒型のセルケースに
挿入して、電解液を注入し、正極と負極それぞれから蓋
とケースにリードで接続する。
に正極材料の薄膜を設けた正極と、負極集電体の両面に
負極材料の薄膜を設けた負極をポリオレピン多孔質セパ
レーターを挟んでまいて、それを円筒型のセルケースに
挿入して、電解液を注入し、正極と負極それぞれから蓋
とケースにリードで接続する。
【００１０】本発明は、正極と負極の反応可能電気量を
キャパシタの反応として効果的に使用できるようにする
ことによりエネルギー密度の大きな非水電気化学キャパ
シタを得ようというものである。
キャパシタの反応として効果的に使用できるようにする
ことによりエネルギー密度の大きな非水電気化学キャパ
シタを得ようというものである。
【００１１】以下、本発明による非水電気化学キャパシ
タの実施の形態を、実施例及び比較例を参照しながら具
体的に説明する。
タの実施の形態を、実施例及び比較例を参照しながら具
体的に説明する。
【００１２】（実施例１）導電性高分子負極材料として
は、ルテニウムのトリス２，２′−ビピリジン錯体の一
つの２，２′−ビピリジンの５，５′−位で２，２′−
ビピリジンどうしが直接結合した高分子金属錯体（表１
参照）を、特開平６−１８３２号を参考にして合成し
た。Ｎ−メチルピロリドンを溶媒として用い、合成した
金属錯体９８ｗｔ％、ポリフッ化ビニリデン樹脂２ｗｔ
％となるように溶液を調製して、厚さ３０μｍのステン
レス箔の両面に塗布乾燥した。このときの膜厚は５０μ
ｍであった。導電性高分子正極材料として、特開平４−
３３９１８号を参考にして４，４′，４″−トリチエニ
ルトリフェニルアミン（表１参照）を合成し、厚さ３０
μｍのステンレス箔の両面に電解重合して薄膜を形成し
た。正極の導電性高分子と負極の導電性高分子の重量比
がおよそ２：３となるように正極の電解重合電気量を設
定した。製造した正負電極を用いて、図１のようなセル
を構成し、１．０モル／リットルのテトラエチルアンモ
ニウムテトラフルオロボレートのプロピレンカーボネー
ト溶液を注入し、かしめてセルを形成して、電圧１．０
Ｖ〜２．７Ｖの範囲で、電流０．１Ａで充放電して、そ
のときの充放電曲線から、エネルギー密度を計算して、
結果を表１に示した。
は、ルテニウムのトリス２，２′−ビピリジン錯体の一
つの２，２′−ビピリジンの５，５′−位で２，２′−
ビピリジンどうしが直接結合した高分子金属錯体（表１
参照）を、特開平６−１８３２号を参考にして合成し
た。Ｎ−メチルピロリドンを溶媒として用い、合成した
金属錯体９８ｗｔ％、ポリフッ化ビニリデン樹脂２ｗｔ
％となるように溶液を調製して、厚さ３０μｍのステン
レス箔の両面に塗布乾燥した。このときの膜厚は５０μ
ｍであった。導電性高分子正極材料として、特開平４−
３３９１８号を参考にして４，４′，４″−トリチエニ
ルトリフェニルアミン（表１参照）を合成し、厚さ３０
μｍのステンレス箔の両面に電解重合して薄膜を形成し
た。正極の導電性高分子と負極の導電性高分子の重量比
がおよそ２：３となるように正極の電解重合電気量を設
定した。製造した正負電極を用いて、図１のようなセル
を構成し、１．０モル／リットルのテトラエチルアンモ
ニウムテトラフルオロボレートのプロピレンカーボネー
ト溶液を注入し、かしめてセルを形成して、電圧１．０
Ｖ〜２．７Ｖの範囲で、電流０．１Ａで充放電して、そ
のときの充放電曲線から、エネルギー密度を計算して、
結果を表１に示した。
【００１３】（実施例２）実施例１において、正極をポ
リ（４，４′，４″−トリフェニルアミン）（表１参
照）に変えた。この導電性高分子の合成法は、文献に示
した方法に従った（Ｊ．Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．，４０
（１９９１）２３１）。この高分子の粉末９０ｗｔ％、
アセチレンブラック５ｗｔ％、ポリフッ化ビニリデンバ
インダー５ｗｔ％をＮ−メチルピロリドンを溶媒として
用いてスラリーを調製して、正極の導電性高分子と負極
の導電性高分子の重量比がおよそ２：３となるようにし
て、厚さ３０μｍのステンレス箔の両面に塗布乾燥し
た。他は、実施例１と同様にしてセルを構成して、充放
電評価してエネルギー密度を計算して、結果を表１に示
した。
リ（４，４′，４″−トリフェニルアミン）（表１参
照）に変えた。この導電性高分子の合成法は、文献に示
した方法に従った（Ｊ．Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．，４０
（１９９１）２３１）。この高分子の粉末９０ｗｔ％、
アセチレンブラック５ｗｔ％、ポリフッ化ビニリデンバ
インダー５ｗｔ％をＮ−メチルピロリドンを溶媒として
用いてスラリーを調製して、正極の導電性高分子と負極
の導電性高分子の重量比がおよそ２：３となるようにし
て、厚さ３０μｍのステンレス箔の両面に塗布乾燥し
た。他は、実施例１と同様にしてセルを構成して、充放
電評価してエネルギー密度を計算して、結果を表１に示
した。
【００１４】（比較例１）特開平１０−１０６９００号
の方法に従って、ＢＥＴ比表面積２０００ｍ2 ／ｇの活
性炭（９０ｗｔ．％）をアセチレンブラック（５ｗｔ．
％）をカルボキシメチルセルロースのバインダー（５ｗ
ｔ．％）を用いてスラリーを調製して、厚さ２０μｍの
アルミニウム箔上に塗布乾燥後、１５０℃で真空乾燥し
て、実施例１と同様にして、セルケースに組み込み、１
モル／リットルのテトラエチルアンモニウムテトラフル
オロボレートのプロピレンカーボネート溶液を注入し、
かしめてセルを形成して、実施例１と同様にして評価し
て、結果を表１に示した。
の方法に従って、ＢＥＴ比表面積２０００ｍ2 ／ｇの活
性炭（９０ｗｔ．％）をアセチレンブラック（５ｗｔ．
％）をカルボキシメチルセルロースのバインダー（５ｗ
ｔ．％）を用いてスラリーを調製して、厚さ２０μｍの
アルミニウム箔上に塗布乾燥後、１５０℃で真空乾燥し
て、実施例１と同様にして、セルケースに組み込み、１
モル／リットルのテトラエチルアンモニウムテトラフル
オロボレートのプロピレンカーボネート溶液を注入し、
かしめてセルを形成して、実施例１と同様にして評価し
て、結果を表１に示した。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１から明らかなように、本発明の実施例
１と２は比較例１に対して、セルのエネルギー密度がと
もに明らかに増大している。
１と２は比較例１に対して、セルのエネルギー密度がと
もに明らかに増大している。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、正極と負極の反応可能
電気量をキャパシタの反応として効果的に使用できるの
で、高容量の非水電気化学キャパシタを得ることができ
る。
電気量をキャパシタの反応として効果的に使用できるの
で、高容量の非水電気化学キャパシタを得ることができ
る。
【図１】本発明による非水電気化学キャパシタの一実施
の形態の円筒型セルの断面の模式図である。
の形態の円筒型セルの断面の模式図である。
１ セルケース ２ 正極リード ３ 封口ガスケット ４ 安全弁装置 ５ 絶縁板 ６ 多孔質ポリオレフィンセパレーター ７ 正極 ８ 負極リード ９ 負極
Claims (2)
- 【請求項１】 非水電解液中で、薄膜状の正極と負極を
イオン透過性多孔質セパレーターを挟んで対向させた非
水電気化学キャパシタにおいて、 前記正極がトリフェニルアミンを繰り返し単位として含
む導電性高分子であり、前記負極が２，２′−ビピリジ
ンを繰り返し単位として含む導電性高分子であることを
特徴とする非水電気化学キャパシタ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の非水電気化学キャパシ
タにおいて、 前記負極の２，２′−ビピリジン繰り返し単位の少なく
とも一部が、遷移金属イオンに配位したことを特徴とす
る非水電気化学キャパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11125689A JP2000315527A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 非水電気化学キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11125689A JP2000315527A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 非水電気化学キャパシタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000315527A true JP2000315527A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14916263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11125689A Pending JP2000315527A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 非水電気化学キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000315527A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006073241A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Nec Corp | 電極活物質、電池および重合体 |
| WO2014081793A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
| JP2016154086A (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | 株式会社豊田中央研究所 | 配位構造体及び蓄電デバイス |
| JP2020194713A (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | 株式会社リコー | 蓄電素子 |
-
1999
- 1999-05-06 JP JP11125689A patent/JP2000315527A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006073241A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Nec Corp | 電極活物質、電池および重合体 |
| JP4737365B2 (ja) * | 2004-08-31 | 2011-07-27 | 日本電気株式会社 | 電極活物質、電池および重合体 |
| WO2014081793A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
| US9455439B2 (en) | 2012-11-21 | 2016-09-27 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen—sulfur—carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium—sulfur batteries |
| US10044039B2 (en) | 2012-11-21 | 2018-08-07 | Ut-Batelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
| US11251433B2 (en) | 2012-11-21 | 2022-02-15 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
| JP2016154086A (ja) * | 2015-02-20 | 2016-08-25 | 株式会社豊田中央研究所 | 配位構造体及び蓄電デバイス |
| JP2020194713A (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | 株式会社リコー | 蓄電素子 |
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