JP2002033248A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気二重層キャパシタの大容量化を図ること
を目的とする。 【解決手段】 対とされた分極性電極に電解液を含浸
し、セパレータを介して電気二重層キャパシタを構成す
る。この分極性電極のうちの少なくとも一方を、多孔性
炭素系材料と水分散性導電性高分子化合物とを複合化し
たものを使用する。
を目的とする。 【解決手段】 対とされた分極性電極に電解液を含浸
し、セパレータを介して電気二重層キャパシタを構成す
る。この分極性電極のうちの少なくとも一方を、多孔性
炭素系材料と水分散性導電性高分子化合物とを複合化し
たものを使用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気二重層キャパシ
タに関する。より詳しくは、高速充放電可能で、大容量
である電気二重層キャパシタである。例えば、携帯電
話、ＩＣカード、ページャー等におけるメモリバックア
ップ用電源・コンピュータ、データ通信機器等における
非常用電源・ソーラ−発電システム等において低電圧で
も充電可能なエネルギー蓄積デバイス・高速充放電可能
なガソリン自動車エンジンのイグナイタ用電源・電気自
動車、電気-ガソリンハイブリッド自動車等における回
生制動エネルギーの蓄積用デバイス・交換困難な道路埋
込式点滅表示灯等の電源等に好適な電気二重層キャパシ
タに関する。
タに関する。より詳しくは、高速充放電可能で、大容量
である電気二重層キャパシタである。例えば、携帯電
話、ＩＣカード、ページャー等におけるメモリバックア
ップ用電源・コンピュータ、データ通信機器等における
非常用電源・ソーラ−発電システム等において低電圧で
も充電可能なエネルギー蓄積デバイス・高速充放電可能
なガソリン自動車エンジンのイグナイタ用電源・電気自
動車、電気-ガソリンハイブリッド自動車等における回
生制動エネルギーの蓄積用デバイス・交換困難な道路埋
込式点滅表示灯等の電源等に好適な電気二重層キャパシ
タに関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように電気二重層キャパシタは、
一対の分極性電極と、各分極性電極の集電電極と、両分
極性電極間に介在する多孔性のセパレータとによって主
として構成されている。各分極性電極には電解液が含浸
されている。
一対の分極性電極と、各分極性電極の集電電極と、両分
極性電極間に介在する多孔性のセパレータとによって主
として構成されている。各分極性電極には電解液が含浸
されている。
【０００３】従来では分極性電極として、活性炭または
繊維状活性炭によって構成するのを普通としているが、
これによると放電容量が小さく、そのため実際の使用に
おいて長時間にわたる放電を維持することができない欠
点がある。また内部抵抗が大きいため、大電流が取り出
せない欠点がある。
繊維状活性炭によって構成するのを普通としているが、
これによると放電容量が小さく、そのため実際の使用に
おいて長時間にわたる放電を維持することができない欠
点がある。また内部抵抗が大きいため、大電流が取り出
せない欠点がある。
【０００４】これを解決するために、特開平６−１０４
１４１号公報では電解重合法により製作した導電性高分
子膜を電気二重層キャパシタの分極性電極とする構成を
提案している。これによると従来の分極性電極を使用し
た場合よりも容量も大きく、かつ内部抵抗も小さくなる
利点があるが、必ずしも満足できるものではない。
１４１号公報では電解重合法により製作した導電性高分
子膜を電気二重層キャパシタの分極性電極とする構成を
提案している。これによると従来の分極性電極を使用し
た場合よりも容量も大きく、かつ内部抵抗も小さくなる
利点があるが、必ずしも満足できるものではない。
【０００５】また特開平７−２０１６７６号公報では電
解重合法により製作した粉末状または繊維状のカーボン
を取り込んだ導電性高分子膜を電気二重層キャパシタの
分極性電極とする構成を提案している。これによると導
電性高分子膜だけを電極に使用した場合より容量も大き
く、かつ内部抵抗も小さくなるが、電解重合法は陽極と
して導電体を必要とするので、そのまま分極性電極とす
る場合には、導電体の耐電解液性、特に水系の電解液に
対する安定性が問題となる。即ち、金、銀、白金、ステ
ンレス、チタン、タングステンなどは、電解液に対して
安定だが高価である。銅、ニッケル、錫などは、耐電解
液性に劣る。またアルミニウムは、陽極酸化が先行、あ
るいは同時進行し、電解重合が進行しにくい上、耐電解
液性に劣る。また導電性高分子膜を重合電極から剥離し
て使用することもできるが、重合電極が薄い場合には困
難を伴い、厚くすると高価になる。
解重合法により製作した粉末状または繊維状のカーボン
を取り込んだ導電性高分子膜を電気二重層キャパシタの
分極性電極とする構成を提案している。これによると導
電性高分子膜だけを電極に使用した場合より容量も大き
く、かつ内部抵抗も小さくなるが、電解重合法は陽極と
して導電体を必要とするので、そのまま分極性電極とす
る場合には、導電体の耐電解液性、特に水系の電解液に
対する安定性が問題となる。即ち、金、銀、白金、ステ
ンレス、チタン、タングステンなどは、電解液に対して
安定だが高価である。銅、ニッケル、錫などは、耐電解
液性に劣る。またアルミニウムは、陽極酸化が先行、あ
るいは同時進行し、電解重合が進行しにくい上、耐電解
液性に劣る。また導電性高分子膜を重合電極から剥離し
て使用することもできるが、重合電極が薄い場合には困
難を伴い、厚くすると高価になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、導電性高分
子化合物を分極性電極として使用する電気二重層キャパ
シタにおいて、より簡単に導電性高分子複合電極を得る
ことを目的とする。
子化合物を分極性電極として使用する電気二重層キャパ
シタにおいて、より簡単に導電性高分子複合電極を得る
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、対とされた分
極性電極に電解液を含浸し、セパレータを介して構成さ
れる電気二重層キャパシタにおいて、この分極性電極の
うちの少なくとも一方を、多孔性炭素系材料上に水分散
性導電性高分子化合物を有する複合電極によって構成し
たことを特徴とする。本発明で使用する分極性電極は、
表面積の大きな導電性物質（例えば粉末状又は繊維状の
活性炭）であるが、少なくとも一方は多孔性炭素系材料
と水分散性導電性高分子化合物とからなる複合電極であ
る。本発明で使用する多孔性炭素系材料は特に限定され
ず、粉末状、粒状、繊維状、あるいは成形体状の活性炭
が用いられる。本発明で使用する水分散性導電性高分子
化合物は、水分散性のポリアニリンまたはその誘導体で
あり、水分散性であるため多孔性炭素系材料を浸漬する
などの簡単な方法で複合化することができる。
極性電極に電解液を含浸し、セパレータを介して構成さ
れる電気二重層キャパシタにおいて、この分極性電極の
うちの少なくとも一方を、多孔性炭素系材料上に水分散
性導電性高分子化合物を有する複合電極によって構成し
たことを特徴とする。本発明で使用する分極性電極は、
表面積の大きな導電性物質（例えば粉末状又は繊維状の
活性炭）であるが、少なくとも一方は多孔性炭素系材料
と水分散性導電性高分子化合物とからなる複合電極であ
る。本発明で使用する多孔性炭素系材料は特に限定され
ず、粉末状、粒状、繊維状、あるいは成形体状の活性炭
が用いられる。本発明で使用する水分散性導電性高分子
化合物は、水分散性のポリアニリンまたはその誘導体で
あり、水分散性であるため多孔性炭素系材料を浸漬する
などの簡単な方法で複合化することができる。
【０００８】多孔性炭素系材料と複合化された導電性高
分子化合物によれば、導電性が向上し、高速充放電が可
能となり、また容量が増大する。
分子化合物によれば、導電性が向上し、高速充放電が可
能となり、また容量が増大する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明で使用する水分散型ポリア
ニリンまたはその誘導体は水に分散するものであれば特
に限定されず、例えば特開平７−３３０９０１号公報に
記載の方法によって合成される。即ち、（Ａ）ポリアニ
リン及び／またはその誘導体、および（Ｂ）分子内に少
なくとも１つのスルホン酸基及び少なくとも１つのスル
ホン酸塩部分を有するプロトン酸をドーパントとして含
み、ドープ状態で水性溶剤に可溶な水性溶剤可溶性ポリ
アニリン組成物、ポリアニリンおよび／またはその誘導
体であれば良い。好ましい（Ａ）としてはポリアニリ
ン、（Ｂ）としてはナフタレンスルホン酸の縮合物が挙
げられる。
ニリンまたはその誘導体は水に分散するものであれば特
に限定されず、例えば特開平７−３３０９０１号公報に
記載の方法によって合成される。即ち、（Ａ）ポリアニ
リン及び／またはその誘導体、および（Ｂ）分子内に少
なくとも１つのスルホン酸基及び少なくとも１つのスル
ホン酸塩部分を有するプロトン酸をドーパントとして含
み、ドープ状態で水性溶剤に可溶な水性溶剤可溶性ポリ
アニリン組成物、ポリアニリンおよび／またはその誘導
体であれば良い。好ましい（Ａ）としてはポリアニリ
ン、（Ｂ）としてはナフタレンスルホン酸の縮合物が挙
げられる。
【００１０】これらのポリアニリンの水分散液を、多孔
性炭素系材料に含浸・乾燥して複合化することによっ
て、本発明の複合化電極を得ることができる。
性炭素系材料に含浸・乾燥して複合化することによっ
て、本発明の複合化電極を得ることができる。
【００１１】本発明に用いられる多孔性炭素系材料は、
特に限定されず、粉末状、粒状、繊維状、あるいは成形
体状の活性炭が用いられるが、全酸性基量が全表面積に
対して０．４５mmol／ｍ2以上であるものが好ましい。
ここでいう酸性基とは、炭素材表面の水酸基、カルボキ
シル基を意味する。この全酸性基量が全表面積に対して
０．４５mmol／ｍ2以上、好ましくは０．５〜４．０mmo
l／ｍ2の多孔質炭素系材料を用いることにより、表面積
の利用率を高めることができ、単位表面積あたり大きな
電気二重層容量が得られる。
特に限定されず、粉末状、粒状、繊維状、あるいは成形
体状の活性炭が用いられるが、全酸性基量が全表面積に
対して０．４５mmol／ｍ2以上であるものが好ましい。
ここでいう酸性基とは、炭素材表面の水酸基、カルボキ
シル基を意味する。この全酸性基量が全表面積に対して
０．４５mmol／ｍ2以上、好ましくは０．５〜４．０mmo
l／ｍ2の多孔質炭素系材料を用いることにより、表面積
の利用率を高めることができ、単位表面積あたり大きな
電気二重層容量が得られる。
【００１２】電気二重層キャパシタの対をなす両分極性
電極として、ともに導電性高分子複合電極を用いてもよ
いし、また一方のみを利用してもよい。その場合他方の
分極性電極は、表面積の大きな導電性物質（例えば粉末
状又は繊維状の活性炭）を使用するとよい。複合電極を
作製するのに用いた多孔性炭素系材料も好適に使用され
得る。
電極として、ともに導電性高分子複合電極を用いてもよ
いし、また一方のみを利用してもよい。その場合他方の
分極性電極は、表面積の大きな導電性物質（例えば粉末
状又は繊維状の活性炭）を使用するとよい。複合電極を
作製するのに用いた多孔性炭素系材料も好適に使用され
得る。
【００１３】分極性電極およびセパレータに含浸させる
電解液としては、水もしくは有機溶媒（カーボネート
類、アルコール類、ニトリル類、アミド類、エーテル類
などの単独または混合物）に電解質を溶解したものが利
用できる。
電解液としては、水もしくは有機溶媒（カーボネート
類、アルコール類、ニトリル類、アミド類、エーテル類
などの単独または混合物）に電解質を溶解したものが利
用できる。
【００１４】電解質としては、プロトン、アルカリ金属
イオン、４級アンモニウムイオン、４級ホスホニウムイ
オンなどの単独あるいは複数のカチオンと、スルホン酸
イオン、過塩素酸イオン、６フッ化ヒ素イオン、ハロゲ
ンイオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオンの単
独あるいは複数のアニオンを組み合せたものがよい。
イオン、４級アンモニウムイオン、４級ホスホニウムイ
オンなどの単独あるいは複数のカチオンと、スルホン酸
イオン、過塩素酸イオン、６フッ化ヒ素イオン、ハロゲ
ンイオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオンの単
独あるいは複数のアニオンを組み合せたものがよい。
【００１５】セパレータは両分極性電極の電気的な短絡
を防ぎ、電気化学的に安定でイオン透過性が大きく、あ
る程度の機械強度を備えた、絶縁性の多孔体であればよ
い。具体的には、不織布あるいは多孔性のポリプロピレ
ンフィルム、ポリエチレンフィルムなどが利用できる。
を防ぎ、電気化学的に安定でイオン透過性が大きく、あ
る程度の機械強度を備えた、絶縁性の多孔体であればよ
い。具体的には、不織布あるいは多孔性のポリプロピレ
ンフィルム、ポリエチレンフィルムなどが利用できる。
【００１６】
【実施例】図１に実施例により本発明の電気二重層キャ
パシタの構成を示す。１，２は正極および負極として対
をなす分極性電極、３は両分極性電極１，２間に介在す
るセパレータ、４は集電用のカーボンプラスチックフィ
ルム、５は絶縁性樹脂である。
パシタの構成を示す。１，２は正極および負極として対
をなす分極性電極、３は両分極性電極１，２間に介在す
るセパレータ、４は集電用のカーボンプラスチックフィ
ルム、５は絶縁性樹脂である。
【００１７】両分極性電極１，２のうちの少なくとも一
方は本発明による導電性高分子複合電極により構成され
ている。一方が導電性高分子複合電極である場合、他方
は活性炭の層を利用するとよい。
方は本発明による導電性高分子複合電極により構成され
ている。一方が導電性高分子複合電極である場合、他方
は活性炭の層を利用するとよい。
【００１８】次に実施例で用いた材料を示す。
【００１９】＜多孔性炭素系材料＞表面積が１１５０ｍ
2／ｇ、全酸性基量が１．５mmol／ｍ2の活性炭繊維布
2／ｇ、全酸性基量が１．５mmol／ｍ2の活性炭繊維布
【００２０】＜導電性高分子複合電極１＞ポリアニリン
の水分散液（３％）に、上記の活性炭繊維布を室温で３
０分浸漬して含浸させた後、取り出し乾燥したところ、
１５％の重量増が認められた。
の水分散液（３％）に、上記の活性炭繊維布を室温で３
０分浸漬して含浸させた後、取り出し乾燥したところ、
１５％の重量増が認められた。
【００２１】＜導電性高分子複合電極２＞ポリアニリン
の水分散液（３％）に、上記の活性炭繊維布を室温で３
０分浸漬して含浸させた後、取り出し乾燥する操作を３
回繰り返したところ、２６％の重量増が認められた。
の水分散液（３％）に、上記の活性炭繊維布を室温で３
０分浸漬して含浸させた後、取り出し乾燥する操作を３
回繰り返したところ、２６％の重量増が認められた。
【００２２】（実施例１）導電性高分子複合電極１を、
直径１３ｍｍの円形に打ち抜き、これを正極とし、また
負極には複合化に用いたのと同じ活性炭繊維布（直径１
３ｍｍ）を、セパレータとしてポリプロピレン多孔膜を
それぞれ使用した。そして電解液として、２ｍｏｌ／Ｌ
の硫酸水溶液を用いて、図１に示すような電気二重層キ
ャパシタを構成した。これを使用した電極材重量あたり
１５ｍＡ／ｇの電流密度で定電流充放電を行い、放電曲
線より直流静電容量を求め、電極材重量あたりの容量を
算出したところ、得られたキャパシタの比静電容量は５
８Ｆ／ｇであった。
直径１３ｍｍの円形に打ち抜き、これを正極とし、また
負極には複合化に用いたのと同じ活性炭繊維布（直径１
３ｍｍ）を、セパレータとしてポリプロピレン多孔膜を
それぞれ使用した。そして電解液として、２ｍｏｌ／Ｌ
の硫酸水溶液を用いて、図１に示すような電気二重層キ
ャパシタを構成した。これを使用した電極材重量あたり
１５ｍＡ／ｇの電流密度で定電流充放電を行い、放電曲
線より直流静電容量を求め、電極材重量あたりの容量を
算出したところ、得られたキャパシタの比静電容量は５
８Ｆ／ｇであった。
【００２３】（実施例２）導電性高分子複合電極１を、
キャパシタの正負両極に用いる以外は実施例１と同様に
実験を行った。得られたキャパシタの比静電容量は６０
Ｆ／ｇであった。
キャパシタの正負両極に用いる以外は実施例１と同様に
実験を行った。得られたキャパシタの比静電容量は６０
Ｆ／ｇであった。
【００２４】（実施例３）導電性高分子複合電極２を、
キャパシタの正極に用いる以外は実施例１と同様に実験
を行った。得られたキャパシタの比静電容量は６１Ｆ／
ｇであった。
キャパシタの正極に用いる以外は実施例１と同様に実験
を行った。得られたキャパシタの比静電容量は６１Ｆ／
ｇであった。
【００２５】
【比較例】複合電極をつくるのに用いた多孔性炭素系材
料を、キャパシタの正負両極に用いる以外は実施例３と
同様に実験を行った。得られたキャパシタの比静電容量
は５６Ｆ／ｇであった。
料を、キャパシタの正負両極に用いる以外は実施例３と
同様に実験を行った。得られたキャパシタの比静電容量
は５６Ｆ／ｇであった。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、活
性炭繊維布を水分散型ポリアニリンに浸漬することによ
り得られた複合電極によって構成するようにしたので、
従来の電気二重層キャパシタよりも簡単に大容量のキャ
パシタが得られる。
性炭繊維布を水分散型ポリアニリンに浸漬することによ
り得られた複合電極によって構成するようにしたので、
従来の電気二重層キャパシタよりも簡単に大容量のキャ
パシタが得られる。
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
１ 分極性電極 ２ 分極性電極 ３ セパレータ ４ 集電用カーボンプラスチックフィルム ５ 絶縁性樹脂
Claims (2)
- 【請求項１】電気二重層キャパシタにおいて、対とされ
た分極性電極に電解液を含浸し、セパレータを介して構
成される、前記分極性電極のうちの少なくとも一方を、
多孔性炭素系材料と水分散性導電性高分子化合物とから
なる複合電極によって構成されることを特徴とする電気
二重層キャパシタ。 - 【請求項２】水分散性導電性高分子化合物が、水分散性
ポリアニリンまたはその誘導体であることを特徴とする
請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213020A JP2002033248A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 電気二重層キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213020A JP2002033248A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 電気二重層キャパシタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002033248A true JP2002033248A (ja) | 2002-01-31 |
Family
ID=18708840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000213020A Pending JP2002033248A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 電気二重層キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002033248A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019044792A1 (ja) * | 2017-08-31 | 2019-03-07 | 出光興産株式会社 | 活性炭、電極材料及び当該電極材料を用いた電極 |
-
2000
- 2000-07-13 JP JP2000213020A patent/JP2002033248A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019044792A1 (ja) * | 2017-08-31 | 2019-03-07 | 出光興産株式会社 | 活性炭、電極材料及び当該電極材料を用いた電極 |
| JPWO2019044792A1 (ja) * | 2017-08-31 | 2020-10-15 | 出光興産株式会社 | 活性炭、電極材料及び当該電極材料を用いた電極 |
| JP7312702B2 (ja) | 2017-08-31 | 2023-07-21 | 出光興産株式会社 | 活性炭、電極材料及び当該電極材料を用いた電極 |
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