JP2002367860A - 電気化学蓄電デバイスに用いる電解液、およびそれを用いた電気化学蓄電デバイス - Google Patents
電気化学蓄電デバイスに用いる電解液、およびそれを用いた電気化学蓄電デバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化金属を使った電気化学キャパシタが提案
されているが、無機系電解液では耐電圧が低く、高い電
圧で用いるには複数セルを積層する必要がある。 【解決手段】 電解系に有機系溶媒に無機酸を溶解した
ものを用い、無機酸の電離された水素原子を遷移繊維金
属酸化物に吸脱着させる。
されているが、無機系電解液では耐電圧が低く、高い電
圧で用いるには複数セルを積層する必要がある。 【解決手段】 電解系に有機系溶媒に無機酸を溶解した
ものを用い、無機酸の電離された水素原子を遷移繊維金
属酸化物に吸脱着させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐電圧が高く、エ
ネルギー密度が高い電気化学蓄積デバイスに用いる電解
液、およびこれを用いた電気化学蓄電デバイスに関する
ものである。
ネルギー密度が高い電気化学蓄積デバイスに用いる電解
液、およびこれを用いた電気化学蓄電デバイスに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気化学蓄電デバイスとして代表
的なものに、電気二重層キャパシタ、及び二次電池があ
り、それぞれの特徴を生かした市場において既に使用さ
れている。電気二重層キャパシタは、二次電池に比べ高
出力密度であり、寿命が長く、高信頼性が要求されるバ
ックアップ電源等に使用されている。一方、二次電池は
電気二重層キャパシタに比べ高エネルギー密度であり、
最も代表的な電気エネルギー蓄積デバイスであるが、そ
の寿命は電気二重層キャパシタに比べ短く、一定期間の
使用後は交換する必要があるという欠点を有している。
的なものに、電気二重層キャパシタ、及び二次電池があ
り、それぞれの特徴を生かした市場において既に使用さ
れている。電気二重層キャパシタは、二次電池に比べ高
出力密度であり、寿命が長く、高信頼性が要求されるバ
ックアップ電源等に使用されている。一方、二次電池は
電気二重層キャパシタに比べ高エネルギー密度であり、
最も代表的な電気エネルギー蓄積デバイスであるが、そ
の寿命は電気二重層キャパシタに比べ短く、一定期間の
使用後は交換する必要があるという欠点を有している。
【０００３】これら両者の特徴の違いは、その電気エネ
ルギーの蓄電メカニズムによるものである。電気化学キ
ャパシタにおいては、電極と電解液のあいだでは電気化
学反応は起こらず、充放電時には電解液中に含まれるイ
オンが移動するだけである。従って、二次電池に比べ劣
化が起こりにくく、イオンの移動速度が速いため、長寿
命であり、高出力密度である。一方、二次電池において
は、電極と電解液の間の電気化学反応を利用するため、
充放電により劣化が起こり、化学反応速度が遅いため、
寿命が短く、かつ出力密度は比較的小さい。ただし、電
極材料自体が化学エネルギーの形でエネルギーを蓄える
ため、電極と電解液の界面しかエネルギーを蓄えること
ができない電気二重層キャパシタに比べ、高エネルギー
密度を有する。
ルギーの蓄電メカニズムによるものである。電気化学キ
ャパシタにおいては、電極と電解液のあいだでは電気化
学反応は起こらず、充放電時には電解液中に含まれるイ
オンが移動するだけである。従って、二次電池に比べ劣
化が起こりにくく、イオンの移動速度が速いため、長寿
命であり、高出力密度である。一方、二次電池において
は、電極と電解液の間の電気化学反応を利用するため、
充放電により劣化が起こり、化学反応速度が遅いため、
寿命が短く、かつ出力密度は比較的小さい。ただし、電
極材料自体が化学エネルギーの形でエネルギーを蓄える
ため、電極と電解液の界面しかエネルギーを蓄えること
ができない電気二重層キャパシタに比べ、高エネルギー
密度を有する。
【０００４】これに対し、近年電気二重層キャパシタの
特徴である高出力密度、長寿命と、二次電池の特徴であ
る高エネルギー密度を併せ持つ、電気化学キャパシタが
提案されている。この電気化学キャパシタに用いられる
電極材料として、最も代表的なものが酸化ルテニウムな
どの遷移金属化合物を用いるものである。
特徴である高出力密度、長寿命と、二次電池の特徴であ
る高エネルギー密度を併せ持つ、電気化学キャパシタが
提案されている。この電気化学キャパシタに用いられる
電極材料として、最も代表的なものが酸化ルテニウムな
どの遷移金属化合物を用いるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この電気化学
キャパシタは溶媒として硫酸水溶液など無機系電解液を
用いるため、耐電圧が１．０Ｖ程度と低く、高電圧で用
いるには複数セルを直列する必要があった。しかし、一
般に酸化ルテニウムに代表される遷移金属酸化物は、エ
ネルギー蓄積の際に電解液との間で水素イオンを授受す
ることが必要である。無機系電解液においては、硫酸な
どの無機酸が用いられ、無機酸に含有される水素イオン
がエネルギー蓄積に関与するが、有機系電解液は一般に
プロピレンカーボネート、ガンマブチルラクトンなどが
用いられ、電解液からの水素イオン供給は不可能であっ
た。
キャパシタは溶媒として硫酸水溶液など無機系電解液を
用いるため、耐電圧が１．０Ｖ程度と低く、高電圧で用
いるには複数セルを直列する必要があった。しかし、一
般に酸化ルテニウムに代表される遷移金属酸化物は、エ
ネルギー蓄積の際に電解液との間で水素イオンを授受す
ることが必要である。無機系電解液においては、硫酸な
どの無機酸が用いられ、無機酸に含有される水素イオン
がエネルギー蓄積に関与するが、有機系電解液は一般に
プロピレンカーボネート、ガンマブチルラクトンなどが
用いられ、電解液からの水素イオン供給は不可能であっ
た。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためのもので、電解質に有機酸を用いることで、
有機系電解液においても遷移金属酸化物による電気化学
蓄電デバイスの実現を可能としたものである。
決するためのもので、電解質に有機酸を用いることで、
有機系電解液においても遷移金属酸化物による電気化学
蓄電デバイスの実現を可能としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図１は、本発明で請求する一実
施形態の電気化学蓄電デバイスを断面で示している。こ
の電気化学蓄電デバイスは、集電体１、２それぞれの上
に位置した活性炭（電極に相当），４の間にイオン透過
性セパレータ７を介在させ、集電体１、２の間をガスケ
ット５，６で絶縁している。これら活性炭３、４は、と
もに酸化ルテニウムに代表される遷移金属酸化物を含ん
でおり、さらに活性炭３、４、イオン透過性セパレータ
ー７には、無機酸の有機溶媒溶液からなる電解液が含浸
されている。
て図を用いて説明する。図１は、本発明で請求する一実
施形態の電気化学蓄電デバイスを断面で示している。こ
の電気化学蓄電デバイスは、集電体１、２それぞれの上
に位置した活性炭（電極に相当），４の間にイオン透過
性セパレータ７を介在させ、集電体１、２の間をガスケ
ット５，６で絶縁している。これら活性炭３、４は、と
もに酸化ルテニウムに代表される遷移金属酸化物を含ん
でおり、さらに活性炭３、４、イオン透過性セパレータ
ー７には、無機酸の有機溶媒溶液からなる電解液が含浸
されている。
【０００８】活性炭に含まれている遷移金属酸化物は、
電解液中の無機酸の電離した水素イオンを吸脱着するこ
とにより、価数が連続的に変化し、電気化学的エネルギ
ーが蓄積される。
電解液中の無機酸の電離した水素イオンを吸脱着するこ
とにより、価数が連続的に変化し、電気化学的エネルギ
ーが蓄積される。
【０００９】遷移金属酸化物は、価数が連続的に変化す
るものであれば限定されるものではないが、一般的には
酸化ルテニウムなどが容量密度が高く望ましい。また、
一種の遷移金属酸化物に限らず、例えば酸化ルテニウム
と酸化バナジウムのような、複合酸化物でも良い。電解
液に用いられる溶媒も、電解質に対する溶解能力があれ
ば限定されないが、一般に電気二重層キャパシタに用い
られるプロピレンカーボネート、ガンマブチルラクトン
などが、安定であり、かつ電気化学的な電位窓が広いた
め、高エネルギー密度を達成する上で望ましい。電解液
に用いられる溶質は、溶媒に可溶性があり、かつ電離す
るものであれば特に限定されるものではないが、トリフ
ルオロ酢酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ピクリン酸など
電離度が高いほうが水素イオンの供給が容易であり、溶
質として望ましい。但し、硫酸などの無機酸でも電離度
が高いが、電気化学蓄電デバイスとしての構成として、
例えば集電体にアルミニウム、チタンなどの金属を用い
る場合には腐食される可能性があるため、そのような構
成においては望ましくない。
るものであれば限定されるものではないが、一般的には
酸化ルテニウムなどが容量密度が高く望ましい。また、
一種の遷移金属酸化物に限らず、例えば酸化ルテニウム
と酸化バナジウムのような、複合酸化物でも良い。電解
液に用いられる溶媒も、電解質に対する溶解能力があれ
ば限定されないが、一般に電気二重層キャパシタに用い
られるプロピレンカーボネート、ガンマブチルラクトン
などが、安定であり、かつ電気化学的な電位窓が広いた
め、高エネルギー密度を達成する上で望ましい。電解液
に用いられる溶質は、溶媒に可溶性があり、かつ電離す
るものであれば特に限定されるものではないが、トリフ
ルオロ酢酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ピクリン酸など
電離度が高いほうが水素イオンの供給が容易であり、溶
質として望ましい。但し、硫酸などの無機酸でも電離度
が高いが、電気化学蓄電デバイスとしての構成として、
例えば集電体にアルミニウム、チタンなどの金属を用い
る場合には腐食される可能性があるため、そのような構
成においては望ましくない。
【００１０】なお、電極及び電解液以外の構成について
は、電解液に対して実使用上耐性のある集電体、ガスケ
ット、セパレーターであれば、構成部材それぞれの材料
は上記形態に制限されるものではない。また、電極と電
解液を恒常的に保持し、電極に蓄積された電気エネルギ
ーを効率よく取り出せる構造であれば、上記構成部材そ
のもの、及びその相対関係も上記形態に制限されるもの
ではない。
は、電解液に対して実使用上耐性のある集電体、ガスケ
ット、セパレーターであれば、構成部材それぞれの材料
は上記形態に制限されるものではない。また、電極と電
解液を恒常的に保持し、電極に蓄積された電気エネルギ
ーを効率よく取り出せる構造であれば、上記構成部材そ
のもの、及びその相対関係も上記形態に制限されるもの
ではない。
【００１１】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるもので
はない。
説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるもので
はない。
【００１２】（実施例）０．２５ｇの塩化ルテニウムＲ
ｕＣｌ３を５０ｍｌの蒸留水に溶かして水溶液（濃赤
色）を作製した。次に、作製した水溶液を蓋付の瓶に入
れて、比表面積が１５００ｍ2／ｇの活性炭繊維を５ｇ
浸漬させよく振り混ぜたあと真空含浸をおこない２４時
間静地した。水溶液の上澄み液は初期の水溶液の色に比
べて薄い赤色に変化した。活性炭繊維を取り出して１１
０℃の乾燥器中で乾燥した。その後、電気炉に入れて窒
素雰囲気下で室温から２時間で６００℃まで昇温し、３
０ｍｉｎかけて室温まで冷却し、活性炭繊維に吸着して
いる塩化ルテニウムを酸化ルテニウムにした。
ｕＣｌ３を５０ｍｌの蒸留水に溶かして水溶液（濃赤
色）を作製した。次に、作製した水溶液を蓋付の瓶に入
れて、比表面積が１５００ｍ2／ｇの活性炭繊維を５ｇ
浸漬させよく振り混ぜたあと真空含浸をおこない２４時
間静地した。水溶液の上澄み液は初期の水溶液の色に比
べて薄い赤色に変化した。活性炭繊維を取り出して１１
０℃の乾燥器中で乾燥した。その後、電気炉に入れて窒
素雰囲気下で室温から２時間で６００℃まで昇温し、３
０ｍｉｎかけて室温まで冷却し、活性炭繊維に吸着して
いる塩化ルテニウムを酸化ルテニウムにした。
【００１３】その後、熱処理を行った活性炭繊維を切断
（重量を測定したところ０．１５ｇであった）し、引き
出し電極として白金線に巻きつけて、測定サンプルとし
た。
（重量を測定したところ０．１５ｇであった）し、引き
出し電極として白金線に巻きつけて、測定サンプルとし
た。
【００１４】一方、塩化ルテニウムによる処理を行って
いない活性炭繊維約０．５ｇを引き出し電極として白金
線に巻きつけ、これを対極、測定サンプルを作用極、銀
−硝酸銀電極を参照極として三電極系のセットアップを
行い、容量測定を行った。なお、電解液としてはプロピ
レンカーボネートのトリフルオロ酢酸飽和溶液を用い
た。
いない活性炭繊維約０．５ｇを引き出し電極として白金
線に巻きつけ、これを対極、測定サンプルを作用極、銀
−硝酸銀電極を参照極として三電極系のセットアップを
行い、容量測定を行った。なお、電解液としてはプロピ
レンカーボネートのトリフルオロ酢酸飽和溶液を用い
た。
【００１５】容量密度の算出には、サイクリックボルタ
ノグラム（掃引速度１ｍＶ／ｓｅｃ）を行い、その際に
流れた電気量をクーロンメーターにより積算し、掃引電
圧範囲で除し、さらにサンプル重量あたりで換算した。
その結果は２６０Ｆ／ｇであった。
ノグラム（掃引速度１ｍＶ／ｓｅｃ）を行い、その際に
流れた電気量をクーロンメーターにより積算し、掃引電
圧範囲で除し、さらにサンプル重量あたりで換算した。
その結果は２６０Ｆ／ｇであった。
【００１６】（比較例）塩化ルテニウムによる処理を行
っていない活性炭繊維を切断（重量を測定したところ
０．１５ｇであった）し、引き出し電極として白金線に
巻きつけて、測定サンプルとした。
っていない活性炭繊維を切断（重量を測定したところ
０．１５ｇであった）し、引き出し電極として白金線に
巻きつけて、測定サンプルとした。
【００１７】同様に塩化ルテニウムによる処理を行って
いない活性炭繊維約０．５ｇを引き出し電極として白金
線に巻きつけ、これを対極、測定サンプルを作用極、銀
−硝酸銀電極を参照極として三電極系のセットアップを
行い、容量測定を行った。なお、電解液としてはプロピ
レンカーボネート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０．６５ｍｏｌ／Ｌ溶液を用いた。
いない活性炭繊維約０．５ｇを引き出し電極として白金
線に巻きつけ、これを対極、測定サンプルを作用極、銀
−硝酸銀電極を参照極として三電極系のセットアップを
行い、容量測定を行った。なお、電解液としてはプロピ
レンカーボネート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０．６５ｍｏｌ／Ｌ溶液を用いた。
【００１８】容量密度の算出には、サイクリックボルタ
ノグラム（掃引速度１ｍＶ／ｓｅｃ）を行い、その際に
流れた電気量をクーロンメーターにより積算し、掃引電
圧範囲で除し、さらにサンプル重量あたりで換算した。
その結果は１４０Ｆ／ｇであった。
ノグラム（掃引速度１ｍＶ／ｓｅｃ）を行い、その際に
流れた電気量をクーロンメーターにより積算し、掃引電
圧範囲で除し、さらにサンプル重量あたりで換算した。
その結果は１４０Ｆ／ｇであった。
【００１９】以上、本発明の実施の形態について例を挙
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず、本発明の技術的思想に基づいて他の実施形態に適用
することができる。例えば、図１に示した電気化学デバ
イスは一例であり、他の構成であってもよいことはいう
までもない。
げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
ず、本発明の技術的思想に基づいて他の実施形態に適用
することができる。例えば、図１に示した電気化学デバ
イスは一例であり、他の構成であってもよいことはいう
までもない。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、耐電圧
が高く、エネルギー密度が高い電気化学蓄積デバイスが
得られる。
が高く、エネルギー密度が高い電気化学蓄積デバイスが
得られる。
【図１】本発明の電気化学蓄電デバイスについての一例
を示す断面図
を示す断面図
１，２ 集電体 ３，４ 電極 ５，６ ガスケット ７ セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 幹也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 岡野 和之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H029 AJ03 AM03 AM06 DJ04 DJ09 EJ04 EJ05 EJ11
Claims (7)
- 【請求項１】 電気化学蓄電デバイスに用いる電解液で
あって、溶質に有機酸を少なくとも含み、溶媒が有機系
溶媒であることを特徴とする電解液。 - 【請求項２】 一対の電極と、前記一対の電極の間に介
在するセパレータと、前記電極と前記セパレータに含浸
させた電解質溶液を少なくとも有する電気化学蓄電デバ
イスにおいて、溶質に有機酸を少なくとも含み、かつ溶
媒が有機系溶媒である電解質溶液を用い、電極には炭素
系材料に少なくとも１つ以上の遷移金属酸化物が担持さ
れた状態であるものを少なくとも含むことを特徴とする
電気化学蓄電デバイス。 - 【請求項３】 遷移金属酸化物が酸化ルテニウムである
ことを特徴とする請求項２記載の電気化学蓄電デバイ
ス。 - 【請求項４】 有機酸が、トリフルオロ酢酸であること
を特徴とする請求項１記載の電解液。 - 【請求項５】 有機酸が、トリフルオロ酢酸であること
を特徴とする請求項２記載の電気化学蓄電デバイス。 - 【請求項６】 有機系溶媒が、プロピレンカーボネート
であることを特徴とする請求項１記載の電解液。 - 【請求項７】 有機系溶媒が、プロピレンカーボネート
であることを特徴とする請求項２記載の電気化学蓄電デ
バイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001178079A JP2002367860A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | 電気化学蓄電デバイスに用いる電解液、およびそれを用いた電気化学蓄電デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001178079A JP2002367860A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | 電気化学蓄電デバイスに用いる電解液、およびそれを用いた電気化学蓄電デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002367860A true JP2002367860A (ja) | 2002-12-20 |
Family
ID=19018829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001178079A Pending JP2002367860A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | 電気化学蓄電デバイスに用いる電解液、およびそれを用いた電気化学蓄電デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002367860A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009081813A1 (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Sony Corporation | イオン伝導体および燃料電池 |
| CN105283936A (zh) * | 2013-08-30 | 2016-01-27 | 积水化学工业株式会社 | 染料敏化太阳能电池的对电极活性物质的再活化方法、以及应用了该方法的染料敏化太阳能电池的再生方法、染料敏化太阳能电池用的催化剂层、对电极、电解液及染料敏化太阳能电池 |
| JP2016018855A (ja) * | 2014-07-07 | 2016-02-01 | 積水化学工業株式会社 | 電解液およびそれを備えた色素増感型太陽電池 |
-
2001
- 2001-06-13 JP JP2001178079A patent/JP2002367860A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009081813A1 (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Sony Corporation | イオン伝導体および燃料電池 |
| CN105283936A (zh) * | 2013-08-30 | 2016-01-27 | 积水化学工业株式会社 | 染料敏化太阳能电池的对电极活性物质的再活化方法、以及应用了该方法的染料敏化太阳能电池的再生方法、染料敏化太阳能电池用的催化剂层、对电极、电解液及染料敏化太阳能电池 |
| JP5960921B2 (ja) * | 2013-08-30 | 2016-08-02 | 積水化学工業株式会社 | 色素増感太陽電池の対極活物質の再活性化方法、色素増感太陽電池の再生方法、触媒層、対極及び色素増感太陽電池 |
| JP2016018855A (ja) * | 2014-07-07 | 2016-02-01 | 積水化学工業株式会社 | 電解液およびそれを備えた色素増感型太陽電池 |
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