JP2003515251A - Capacitor - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 本発明は、スーパーキャパシタまたはウルトラキャパシタに指向したものである。このウルトラキャパシタは、少なくとも1つのバイポーラ電極板(12)と、電解質(14)と、セパレータ(16)とを具えている。バイポーラ電極板(12)は、電流コレクタ、及びこの電流コレクタに関連する電極材料を具えている。電解質(14)は、隣接して配向したバイポーラ極板間に位置して、中性有機溶媒及び塩を含む。安定化添加物は前記電解質に関連して、前記電解質と、前記電流コレクタ及び前記電極材料の少なくとも一方と前記電解質との間の電気化学的作用を安定化させる。これに加えて、前記電解質はさらに、前記電極の湿潤性を増加させる湿潤化剤を含むことができる。 (57) [Summary] The present invention is directed to a supercapacitor or an ultracapacitor. The ultracapacitor includes at least one bipolar electrode plate (12), an electrolyte (14), and a separator (16). The bipolar electrode plate (12) comprises a current collector and electrode material associated with the current collector. The electrolyte (14) is located between adjacently oriented bipolar plates and includes a neutral organic solvent and a salt. The stabilizing additive, in association with the electrolyte, stabilizes the electrochemical action between the electrolyte and at least one of the current collector and the electrode material and the electrolyte. In addition, the electrolyte may further include a wetting agent that increases the wettability of the electrode.
Description
【0001】
(発明の背景)
1.技術分野
本発明はキャパシタに指向したものであり、特にバイポーラ電極板を利用した
種類のスーパーまたはウルトラ(超)キャパシタに指向したものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. TECHNICAL FIELD The present invention is directed to capacitors, and in particular to super or ultra capacitors of the type utilizing bipolar electrode plates.
【0002】
2.従来技術
スーパーキャパシタとしても知られているウルトラキャパシタは当業者に周知
である。これらのウルトラキャパシタは、電解質の溶液を分極させることによっ
てエネルギーを静電的に蓄積する。ウルトラキャパシタは実際には電気化学デバ
イスであるが、そのエネルギー蓄積メカニズムには化学反応が含まれない。歴史
的背景及び動作特性及び慣例の構造は、"Ultracapacitors For Portable Electr
onics", Xavier Andrieu著, The Big Little Book of Capacitors, 第15章の521
〜547ページに見出すことができる。2. Ultracapacitors, also known as prior art supercapacitors, are well known to those skilled in the art. These ultracapacitors electrostatically store energy by polarizing a solution of electrolyte. Ultracapacitors are actually electrochemical devices, but their energy storage mechanism does not involve chemical reactions. For historical background and operating characteristics and customary construction, see "Ultracapacitors For Portable Electr.
onics ", by Xavier Andrieu, The Big Little Book of Capacitors, Chapter 15 of 521
Can be found on page ~ 547.
【0003】
ウルトラキャパシタは通常、電解質及びこの電解質中に位置するセパレータ(
分極板)によって互いに分離した2つ以上のバイポーラ電極板から構成される。
これらの電極板は、導電材料から構成される電流コレクタ、及びこの電流コレク
タに関連する電極材料を含む。キャパシタの構成要素は有効に固定されて、包囲
筐体内に収容されている。この筐体からは、キャパシタの電気的効用を受けるべ
きアイテムとの接続用の電気リード線が出ている。Ultracapacitors typically consist of an electrolyte and a separator located in the electrolyte (
It is composed of two or more bipolar electrode plates separated from each other by a polarizing plate.
These electrode plates include a current collector composed of a conductive material and an electrode material associated with the current collector. The components of the capacitor are effectively fixed and housed within the enclosure. From this housing are electrical leads for connection to the item to be subjected to the electrical utility of the capacitor.
【0004】
慣例の誘電体キャパシタでは、エネルギーを分離した電荷の形で蓄積して、電
荷を蓄積する領域が大きいほど、そして分離した電荷が近接しているほど、容量
が大きくなる。こうしたキャパシタでは、電荷を蓄積する領域を平らな導体材料
の板から得て、帯電した板を誘電材料で分離している。In a conventional dielectric capacitor, energy is stored in the form of separated charges, and the larger the area where the charges are stored and the closer the separated charges are, the larger the capacitance becomes. In such capacitors, the area for accumulating charge is obtained from a plate of flat conductive material and the charged plate is separated by a dielectric material.
【0005】
ウルトラキャパシタでは、電荷を蓄積する領域は通常、多孔質のカーボン(炭
素)材料から得ている。カーボンの多孔質構造によって、誘電キャパシタの平ら
な導体板よりも充電可能領域をずっと大きくすることができる。さらに、ウルト
ラキャパシタの電荷分離距離は通常、関連する電解質中のイオンの大きさによっ
て決まり、これらのイオンは帯電した電極に引き付けられる。こうした電荷分離
は、慣例の誘電材料を用いて得ることができる電荷分離よりも実質的に小さい。
従って、比較的大きい表面領域と小さい電荷分離との組み合わせによって、慣例
のキャパシタに比べて優位な容量が生じる。In ultracapacitors, the charge storage region is usually obtained from a porous carbon material. The porous structure of carbon allows a much larger rechargeable area than a flat conductor plate of a dielectric capacitor. In addition, the charge separation distance of ultracapacitors is usually determined by the size of the ions in the associated electrolyte, which are attracted to the charged electrodes. Such charge separation is substantially less than the charge separation that can be obtained with conventional dielectric materials.
Therefore, the combination of the relatively large surface area and the small charge separation results in a capacitance that is superior to conventional capacitors.
【0006】
(発明の概要)
本発明はキャパシタに、特に、スーパーキャパシタに指向したものであり、こ
のスーパーキャパシタは、各々が電流コレクタ及びこの電流コレクタに関連する
電極材料を具えた少なくとも1つの電極板と、中性有機溶媒、塩、及びこの溶媒
と前記電流コレクタ及び/または前記電極材料の少なくとも一方のとの間の電気
化学的作用を安定化させる手段を具えた電解質と、隣接して位置する電極板どう
しの物理的接触を防止すべくこの電解質中に配置可能なセパレータとを具えてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to capacitors, and more particularly to supercapacitors, which include at least one electrode each comprising a current collector and an electrode material associated with the current collector. Located adjacent to the plate, a neutral organic solvent, a salt, and an electrolyte comprising means for stabilizing the electrochemical action between the solvent and at least one of the current collector and / or the electrode material. And a separator that can be placed in the electrolyte to prevent physical contact between the electrode plates.
【0007】
本発明の好適例では、前記電解質がさらに、電極の湿潤性を増加させる手段を
具えている。この湿潤性増加手段は界面活性剤で構成することができる。In a preferred embodiment of the invention said electrolyte further comprises means for increasing the wettability of the electrode. The wettability increasing means can be composed of a surfactant.
【0008】
こうした好適例では、前記界面活性剤を、非イオン性のフルオロアルカンから
成る群から選択する。In these preferred embodiments, the surfactant is selected from the group consisting of nonionic fluoroalkanes.
【0009】
本発明の他の好適例では、前記電気化学的作用の安定化手段が、前記溶媒の代
わりに還元可能な化学的成分を具えている。こうした好適例では、前記電気化学
的作用の安定化手段を、炭酸ビニレンのような炭酸塩、スピロラクトン、無水物
、及びオリゴマー(低重合体)から成る群から選択する。In another preferred embodiment of the present invention, the means for stabilizing the electrochemical action comprises a reducible chemical component instead of the solvent. In such a preferred embodiment, the means for stabilizing the electrochemical action is selected from the group consisting of carbonates such as vinylene carbonate, spirolactone, anhydrides, and oligomers (low polymers).
【0010】
本発明のさらに他の好適例では、前記電流コレクタを、低い電気抵抗、電解質
浸透に対する実質的な不透過性、前記電極材料及び電解質の少なくとも一方との
化学的適合性、及び化学的安定性を有する材料の群から選択する。In yet another preferred embodiment of the invention, the current collector has a low electrical resistance, a substantial impermeability to electrolyte permeation, a chemical compatibility with at least one of the electrode material and the electrolyte, and a chemical resistance. It is selected from the group of stable materials.
【0011】
こうした好適例の1つでは、前記電流コレクタがカーボン材料を含み、他の好
適例では、前記電流コレクタをアルミニウムで構成する。In one of these preferred embodiments, the current collector comprises a carbon material, and in another preferred embodiment the current collector comprises aluminum.
【0012】
本発明のさらに他の好適例では、キャパシタがさらに実質的に不活性の枠構造
を具えている。こうした好適例では、前記枠構造が、この枠構造に関連する電流
コレクタを有する端板を具えている。In yet another preferred embodiment of the present invention, the capacitor further comprises a substantially inert frame structure. In such a preferred embodiment, the frame structure comprises an end plate having a current collector associated with the frame structure.
【0013】
以上により製造したウルトラキャパシタ、特に、カーボン/グラファイトのフ
ァイバ電子活性材料、非水の電解質、及びポリマーコーティングしたアルミニウ
ムのバーポーラ電流コレクタ板を有するウルトラキャパシタは、0.95F/cm2もの
容量、及び1mAh/cm2ものエネルギーを示している。これらのキャパシタは、商
業的に入手可能な構成要素を用いて構成している。材料及び構成要素は、既知及
び予測される製造上の制約に関連して選択し、そしてキャパシタの製造の増大を
可能にすべく選択している。The ultracapacitor produced as described above, particularly the carbon / graphite fiber electron active material, the non-aqueous electrolyte, and the polymer-coated aluminum bar polar current collector plate, has a capacitance of 0.95 F / cm 2 . And energy as high as 1 mAh / cm 2 . These capacitors are constructed using commercially available components. The materials and components are chosen in relation to known and anticipated manufacturing constraints, and to allow increased manufacturing of capacitors.
【0014】
(発明を実施するための最良の形態)
本発明は多数の異なる形態の実施例が可能であるが、ここではいくつかの好適
な実施例を図面に示して詳細に説明し、これらの実施例は本発明の原理を例示す
るものであり、本発明を例示した実施例に限定するものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Although the present invention can be embodied in many different forms, some preferred embodiments will now be described in detail with reference to the drawings. The examples of the present invention illustrate the principles of the present invention and are not intended to limit the present invention to the illustrated examples.
【0015】
図1にウルトラ(超)キャパシタ10の図式的な断面図を示し、これはバイポ
ーラ電極板12、電解質14、セパレータ(分極板)16、筐体18、筐体の端
板19、19'、及び対応する前記端板を通して配置した外部に出た電流コレク
タのリード線20、22を具えている。図からわかるように、これらのセパレー
タは隣接して位置するバイポーラ電極板どうしの間に、かつ前記電解質中に位置
して、これらのバイポーラ極板どうしの不用意な接触を防止する。図1には5つ
のバイポーラ電極板を有するウルトラキャパシタを示しているが、本発明におい
て任意数の所望の極板が考えられることは、通常の当業者にとって容易に理解で
きる。FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an ultra capacitor 10, which includes a bipolar electrode plate 12, an electrolyte 14, a separator (polarizing plate) 16, a case 18, and end plates 19 and 19 of the case. ', And the corresponding outlying current collector leads 20, 22 arranged through the end plates. As can be seen, these separators are located between adjacent bipolar electrode plates and in the electrolyte to prevent inadvertent contact between these bipolar electrode plates. Although FIG. 1 shows an ultracapacitor with five bipolar electrode plates, it will be readily understood by one of ordinary skill in the art that any number of desired electrode plates are contemplated in the present invention.
【0016】
図1に示す種類のバイポーラ電極板12を、電流コレクタ24(図3)、及び
この電流コレクタに関連する電極材料26(図3参照)具えたものとして図2に
示す。電流コレクタ24と電極材料26との組み合わせを、枠構造28に固定し
て、この枠構造で包囲する。A bipolar electrode plate 12 of the type shown in FIG. 1 is shown in FIG. 2 as comprising a current collector 24 (FIG. 3) and an electrode material 26 (see FIG. 3) associated with this current collector. The combination of the current collector 24 and the electrode material 26 is fixed to the frame structure 28 and surrounded by this frame structure.
【0017】
枠構造28は、ポリエチレン及び/またはポリプロピレンのような、ほぼ不活
性で非導電性の材料から構成する。あるいはまた、低温誘導性の変形及び低融点
を有する、グラスファイバを充填したポリエチレンを利用することもできる。前
記枠構造を、低密度で非線形のポリエチレン及び/またはポリプロピレンのよう
な他の材料から製造することも考えられる。前記枠構造は、ダイカッティング、
射出成形、及び均等押し出し加工のような慣例の技法によって製造することがで
きる。筐体18(図1)は、バイポーラ電極板用の枠構造と同一材料から作製す
ることもできる。端板19、19'はさらに、ガラスで強化したポリエチレンシ
ートから製造することができ、関連する端板の電流コレクタは、例えば伸銅メッ
シュまたはアルミニウムのように電流コレクタそのものと同じ材料から製造する
ことができる。The frame structure 28 is constructed of a substantially inert, non-conductive material such as polyethylene and / or polypropylene. Alternatively, glass fiber filled polyethylene, which has a low temperature induced deformation and a low melting point, can be utilized. It is also conceivable to manufacture the frame structure from other materials such as low density, non-linear polyethylene and / or polypropylene. The frame structure is die cutting,
It can be manufactured by conventional techniques such as injection molding and uniform extrusion. The housing 18 (FIG. 1) can also be made from the same material as the frame structure for the bipolar electrode plate. The end plates 19, 19 'may further be manufactured from a glass sheet reinforced polyethylene sheet, the current collector of the relevant end plate being manufactured from the same material as the current collector itself, for example drawn copper mesh or aluminum. You can
【0018】
電流コレクタ24は、低い電気抵抗、電解質の貫入及び浸透に対する不浸透性
、化学的適合性、及び電気化学的安定性を有する材料から製造する。好適な材料
はポリエチレンをコーティングしたアルミニウムフォイルであり、COER-Xalの商
品名で、米国マサチューセッツ州のRexam Graphics of South Hadley社から商業
的に入手可能である。こうした材料の使用がいくつかの有利な特徴をもたらすこ
とが認められている。特に:
アルミニウムフォイルが、バイポーラ電極構造における電解質の完全な分離を
もたらし;
アルミニウムフォイル上のPEコーティングが、追加的な機械的及び化学的安
定性をアルミニウムフォイルにもたらし;
アルミニウムフォイル上のPEコーティングが、「高温融解」の粘着特性を前
記電流コレクタにもたらし、これによりカーボン電極の電流コレクタ上への粘着
を強化し;
そして前記COER-Xalが良好な導電性をもたらし、相当薄い構成(両側に25μm
のPEのある75μmのAl)において利用可能である。The current collector 24 is made from a material that has low electrical resistance, impermeability to penetration and penetration of electrolytes, chemical compatibility, and electrochemical stability. A preferred material is polyethylene coated aluminum foil, commercially available under the trade name COER-Xal from Rexam Graphics of South Hadley, Massachusetts, USA. It has been found that the use of such materials results in several advantageous features. In particular: aluminum foil provides complete separation of the electrolyte in the bipolar electrode structure; PE coating on the aluminum foil provides additional mechanical and chemical stability to the aluminum foil; PE coating on the aluminum foil It provides the "high temperature melting" adhesive property to the current collector, which enhances the adhesion of the carbon electrode onto the current collector; and the COER-Xal provides good conductivity, a fairly thin configuration (25 μm on each side).
75μm Al with PE) is available.
【0019】
上記に対する代案として、ポリエチレン−カーボン紙(25μm)のような他の
材料が考えられ、そしてポリエチレン−カーボンの合成材料も使用可能である。As an alternative to the above, other materials such as polyethylene-carbon paper (25 μm) are conceivable, and polyethylene-carbon synthetic materials can also be used.
【0020】
電極材料26に関しては、こうした材料は、スーパーまたはウルトラキャパシ
タの製造用に現在利用可能な慣例の種類の電極材料から製造することができる。
許容される電極材料の一例であり、最も多く記載されているものは、表面領域を
高度に活性化したカーボンパウダー(炭素粉末)の利用にもとづくものである。
カーボンの表面領域は一般に1500m2/gよりも大きい。これらのカーボンは一般に
、細孔の総体積1ml/g及び細孔の平均径20Åを有する。これらのカーボンを用い
て電極材料を製造するためには、選択したカーボンパウダーを適切な「バインダ
」(結合体)と混合して、カーボンパウダーを粘着させるべき電流コレクタ上に
塗布しなければならない。With respect to electrode material 26, such materials can be made from conventional types of electrode materials currently available for the production of super or ultracapacitors.
An example of an acceptable electrode material, the most frequently described, is based on the use of highly activated carbon powder in the surface area.
The surface area of carbon is generally greater than 1500 m 2 / g. These carbons generally have a total pore volume of 1 ml / g and an average pore diameter of 20Å. In order to make electrode materials using these carbons, the carbon powder of choice must be mixed with a suitable "binder" (bond) and applied onto the current collector to be adhered.
【0021】
第2の許容される種類のカーボン電極は活性カーボンファイバにもとづくもの
であり、網目状または非網目状のフェルト、織物、泡、またはウェブ(機械編み
生地)の形で一般的に入手可能である。活性カーボン用に調整したものと同様の
表面領域を有するカーボンファイバは商業的に入手可能である。カーボンファイ
バのウェブの使用は、活性カーボンパウダーをバインダと混合させる必要性をな
くすことによって、及び一般に溶媒コーティングプロセスによって、前記混合し
たカーボンパウダーを電流コレクタ上に塗布する必要性をなくすことによって、
電極のアセンブリ(構成)プロセスを簡単化する。カーボンパウダーとカーボン
ファイバとの主な相違は、カーボン電極のエネルギー蓄積容量と、この電極の処
理(プロセス)の容易性とのトレードオフ(相反する要求の兼ね合い)にあると
信じられている。A second acceptable type of carbon electrode is based on activated carbon fibers and is commonly available in the form of reticulated or non-reticed felts, fabrics, foams or webs (machine knitted fabrics). It is possible. Carbon fibers having surface areas similar to those prepared for activated carbon are commercially available. The use of carbon fiber webs eliminates the need to mix activated carbon powder with a binder, and generally eliminates the need to coat the mixed carbon powder on a current collector by a solvent coating process.
It simplifies the electrode assembly process. It is believed that the main difference between carbon powder and carbon fiber lies in the trade-off between the energy storage capacity of the carbon electrode and the ease with which the electrode can be processed.
【0022】
図1に示す電解質14は中性有機溶媒、塩、安定剤、及び界面活性剤から構成
される。この溶媒は、Dr. Ue In J. Electrochem. Soc. 141, 11 (1994)の2989
〜2996ページに記載されているような慣例の既知の材料から構成することができ
る。一例に過ぎないが、炭酸プロピレン("PC")を使用することができる。P
Cは良好な溶媒であることが判明しているが、これは高い粘度(n=2.5cp)を有
し、結果的に最適な導電性よりも劣る。従って、混合溶媒も考慮され試験されて
きている。アセトニトリル(n=0.3cp)及びy-ブリロラクロン(n=1.7cp)が、
初期にPCに対する共溶媒として選択された。The electrolyte 14 shown in FIG. 1 is composed of a neutral organic solvent, a salt, a stabilizer, and a surfactant. This solvent is used in Dr. Ue In J. Electrochem. Soc. 141, 11 (1994) 2989.
It can be constructed from conventional, known materials such as those described on pages 2996. By way of example only, propylene carbonate ("PC") can be used. P
Although C has been found to be a good solvent, it has a high viscosity (n = 2.5 cp) and is consequently less than optimal conductivity. Therefore, mixed solvents have also been considered and tested. Acetonitrile (n = 0.3cp) and y-bryrolacurone (n = 1.7cp)
Initially selected as a co-solvent for PC.
【0023】
電解質の形成において使用する塩は、テトラ・エチレン・アンモニウム・テト
ラ・フッ化酸塩から構成される。しかし、他のいくつかの慣例の塩のうちでは、
フッ素アルキルアンモニウムのような他の塩も同様に使用を考慮できる。The salt used in forming the electrolyte is composed of tetra-ethylene-ammonium-tetra-fluoride salt. But among some other customary salts,
Other salts, such as fluoroalkylammonium can be considered for use as well.
【0024】
カーボンパウダー/ファイバと接触状態にある中性有機溶媒の電気化学的安定
性が、キャパシタ工業における関心事であるので、本発明は、溶媒の代わりに優
先的に還元可能な添加/化学的成分を利用することによって、こうした関心事に
応えるものである。例えば好適例では、前記添加物を炭酸塩(炭酸ビニレン)、
スピロラクトン、無水物、及びオリゴマー(低重合体)から構成することができ
る。Since the electrochemical stability of neutral organic solvents in contact with carbon powder / fibers is a concern in the capacitor industry, the present invention provides a preferentially reducible additive / chemistry instead of solvent. We respond to these concerns by utilizing the natural ingredients. For example, in a preferred example, the additive is carbonate (vinylene carbonate),
It can be composed of spirolactone, anhydrides, and oligomers (low polymers).
【0025】
電解質によるカーボン電極の湿潤性を増加させるために、電解質溶液に界面活
性剤を加える。これらの界面活性剤は一般に、非イオン性のフルオロアルカンで
あるように選択する。(大日本インキ社のF-142d、F177、及び3M社のFC-171及
びFC-170Cがその例である。)To increase the wettability of the carbon electrode with the electrolyte, a surfactant is added to the electrolyte solution. These surfactants are generally chosen to be nonionic fluoroalkanes. (The examples are F-142d and F177 of Dainippon Ink and FC-171 and FC-170C of 3M.)
【0026】
上述したことに従って構成したウルトラキャパシタから得られる有利な効果を
支持するために、多数の分析を実行してその結果を図4〜図24にグラフで示し
、ここでは添加物(安定剤及び界面活性剤)を慣例の電極材料(即ち、日本国の
東洋紡社から商業的に入手可能なTSW2、TSW3カーボンファイバ電極材料、及び英
国のCalgon社から商業的に入手可能なサテンベースの電極)と組み合わせて使用
している。分析に関するさらなる情報は、対応する暫定の米国特許出願第60/165
,865号、1999年11月16日出願に見出すことができ、本願はこの特許出願にもとづ
くものであり、この特許出願の全体を参考文献として本明細書に含める。特にこ
れらのグラフに関しては次の通りである。In order to support the beneficial effects obtained from the ultracapacitors constructed according to the above, a number of analyzes were carried out and the results are graphically represented in FIGS. 4 to 24, where the additive (stabilizer , And surfactants) conventional electrode materials (ie, TSW2, TSW3 carbon fiber electrode materials commercially available from Toyobo, Japan, and satin-based electrodes commercially available from Calgon, UK). It is used in combination with. Further information on the analysis can be found in the corresponding provisional US patent application 60/165.
No. 865, filed Nov. 16, 1999, the present application is based on this patent application and is hereby incorporated by reference in its entirety. In particular, these graphs are as follows.
【0027】
図4は、TSW2カーボンファイバ電極にもとづく本発明のACインピーダンスの
測定値をグラフで表現した図である。FIG. 4 is a graphical representation of the AC impedance measurements of the present invention based on TSW2 carbon fiber electrodes.
【0028】
図5は、TSW2にもとづく本発明の正規化したACインピーダンスをグラフで表
現した図であり、電流コレクタと電子活性材料との間の粘性の効果を示す。より
良好な粘性がより低い内部抵抗をもたらす。FIG. 5 is a graphical representation of the present invention's normalized AC impedance based on TSW2, showing the effect of viscosity between the current collector and the electroactive material. Better viscosity results in lower internal resistance.
【0029】
図6は、TSW2にもとづく電極を用いて構成した本発明のウルトラキャパシタに
ついての初期充放電の電圧−時間特性をグラフで示した図である。充電時間につ
いてはいくぶん差が認められるが、放電時間はすべての系についてほぼ一定であ
る。この挙動はさらに図7に示す。FIG. 6 is a graph showing voltage-time characteristics of initial charge / discharge for the ultracapacitor of the present invention configured by using electrodes based on TSW2. Some difference in charge time is observed, but discharge time is almost constant for all systems. This behavior is further shown in FIG.
【0030】
図7は、TSW2にもとづく電極を用いて構成したウルトラキャパシタについての
放電電圧−時間特性をグラフで表現した図である。FIG. 7 is a graph showing the discharge voltage-time characteristics of an ultracapacitor configured by using electrodes based on TSW2.
【0031】
図8は、放電容量の保持をサイクル数の関数としてグラフで表現した図であり
、TSW2にもとづく電極を用いて構成したキャパシタについての最初の5サイクル
を示している。FIG. 8 is a graphical representation of discharge capacity retention as a function of cycle number, showing the first five cycles for a capacitor constructed with electrodes based on TSW2.
【0032】
図9は、本発明のキャパシタについて、初期電力性能を電圧−時間特性によっ
てグラフで表現した図であり、TSW2にもとづく電極を用いて構成したキャパシタ
についてのものである。FIG. 9 is a diagram in which the initial power performance of the capacitor of the present invention is expressed in a graph by the voltage-time characteristic, and is for a capacitor configured by using electrodes based on TSW2.
【0033】
図10は、TSW2にもとづく電極を用いて構成したキャパシタの電力試験中の正
規化した電圧−時間特性をグラフで表現した図である。これらの結果は、これら
の電極についての良好な容量の保持を示している。このことはさらに図11に示
す。FIG. 10 is a graph showing the normalized voltage-time characteristics during the power test of the capacitor configured by using the electrodes based on TSW2. These results show good capacity retention for these electrodes. This is further shown in FIG.
【0034】
図11は、異なるパワーレイトでの放電中の総配送エネルギーを時間の関数と
してグラフで表現した図である。FIG. 11 is a graphical representation of the total delivered energy during discharge at different power rates as a function of time.
【0035】
図12は、製造者には「同等品」と考えられているTSW2電極材料とTSW3電極材
料とを比較して、ACインピーダンスをグラフで表現した図である。FIG. 12 is a graph showing the AC impedance by comparing the TSW2 electrode material and the TSW3 electrode material, which are considered “equivalent” by the manufacturer.
【0036】
図13は、TSW2電極材料とTSW3電極材料について、初期充放電の電圧−時間特
性をグラフで表現した図である。FIG. 13 is a graph showing voltage-time characteristics of initial charge / discharge for the TSW2 electrode material and the TSW3 electrode material.
【0037】
図14は、TSW2及びTSW3電極材料とサテン電極材料とを比較して、ACインピ
ーダンスをグラフで表現した図である。FIG. 14 is a graph showing the AC impedance by comparing the TSW2 and TSW3 electrode materials with the satin electrode material.
【0038】
図15は、TSW2カーボン紙を用いて構成したキャパシタとサテンカーボン織物
を用いて構成したキャパシタとを比較して、電圧−時間特性をグラフで表現した
図である。FIG. 15 is a graph showing voltage-time characteristics by comparing a capacitor made of TSW2 carbon paper with a capacitor made of satin carbon fabric.
【0039】
図16は、TSW2カーボン紙を用いて構成したキャパシタとサテンカーボン織物
を用いて構成したキャパシタとを比較して、放電電圧−時間特性をグラフで表現
した図である。FIG. 16 is a graph showing discharge voltage-time characteristics by comparing a capacitor made of TSW2 carbon paper with a capacitor made of satin carbon fabric.
【0040】
図17は、初期電力性能をグラフで表現した図であり、サテンカーボン織物を
用いて構成したウルトラキャパシタについて電圧−時間特性によって示す。FIG. 17 is a graph representation of the initial power performance, showing the voltage-time characteristics of an ultracapacitor made of satin carbon fabric.
【0041】
図18は、サテンベースの電極を用いて構成したウルトラキャパシタの電力試
験中の、正規化した電圧−時間特性をグラフで表現した図である。この結果は、
これらの電極についての良好な容量保持を示している。このことはさらに図19
に示す。FIG. 18 is a graphic representation of the normalized voltage-time characteristics during the power test of an ultracapacitor constructed using satin-based electrodes. This result is
It shows good capacity retention for these electrodes. This is further shown in FIG.
Shown in.
【0042】
図19は、異なるパワーレートでの放電中の総配送エネルギーを時間の関数と
してグラフで表現した図である。FIG. 19 is a graphical representation of the total delivered energy during discharge at different power rates as a function of time.
【0043】
図20は、電解質の添加物がウルトラキャパシタの充電挙動に及ぼす効果をグ
ラフで表現した図である。キャパシタ番号110103は電解質の添加物が無いもので
あり、初期充電中に長い自己分解挙動を示しているが、キャパシタ番号102902は
通常の充電挙動を示している。FIG. 20 is a graph showing the effect of the additive of the electrolyte on the charging behavior of the ultracapacitor. Capacitor number 110103, without an electrolyte additive, exhibits long self-decomposition behavior during initial charge, while capacitor number 102902 exhibits normal charge behavior.
【0044】 図21は、最大充電電圧の効果をグラフで表現した図である。[0044] FIG. 21 is a graph showing the effect of the maximum charging voltage.
【0045】
図22は、TSW3電極材料を用いて構成したウルトラキャパシタについて、共溶
媒にもとづく電解質がセルの総抵抗に及ぼす効果をグラフで表現した図である。FIG. 22 is a graphical representation of the effect of an electrolyte based on a cosolvent on the total resistance of the cell for an ultracapacitor constructed using TSW3 electrode material.
【0046】
図23は、サテン織物を用いて構成したウルトラキャパシタについて、共溶媒
にもとづく電解質がセルの総抵抗に及ぼす効果をグラフで表現した図である。炭
酸プロピレンとアセトニトリルとの1:1の混合物を用いて実行した試験は、電
解質の導電性は予想通り増加しているが、電解質の電気化学的安定性が低下して
いることを示している。このことは部分的には、水の汚濁及び他の残留不純物の
存在によるものであり得る。FIG. 23 is a graphic representation of the effect of an electrolyte based on a cosolvent on the total resistance of the cell for an ultracapacitor constructed using satin fabric. Tests carried out with a 1: 1 mixture of propylene carbonate and acetonitrile show that the conductivity of the electrolyte is increased as expected, but the electrochemical stability of the electrolyte is reduced. This may be due, in part, to water pollution and the presence of other residual impurities.
【0047】
図24は、サテン織物及び電解質(番号101501)にもとづく共溶媒を用いて構
成したウルトラキャパシタについて、初期充放電の電圧−時間特性をグラフで表
現した図である。FIG. 24 is a graph showing voltage-time characteristics of initial charge / discharge for an ultracapacitor configured by using a cosolvent based on a satin fabric and an electrolyte (No. 101501).
【0048】
以上の記述及び図面は単に本発明を例示的に説明したものであり、本発明の請
求項が、当業者が本明細書の本文を読んで本発明の範囲を逸脱することなく実行
可能な変更及び変形に限定されることを除いては、以上の記述は本発明を限定す
るものではない。The above description and drawings are merely illustrative of the present invention, and the claims of the present invention may be practiced by those of ordinary skill in the art without departing from the scope of the invention upon reading the text of this specification. The above description does not limit the invention, except to the extent that it is limited to the possible modifications and variations.
【図1】 本発明の図式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of the present invention.
【図2】 本発明のバイポーラ極板の透視図である。FIG. 2 is a perspective view of a bipolar electrode plate of the present invention.
【図3】 図2の線3−3に沿って切り取った断面図であり、本発明の電流コレ
クタ材料及び電極材料を示す。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2, showing the current collector material and electrode material of the present invention.
【図4】 本発明のACインピーダンスをグラフで表現した図である。FIG. 4 is a graph representation of the AC impedance of the present invention.
【図5】 本発明の正規化したACインピーダンスをグラフで表現した図である
。FIG. 5 is a graph representation of the normalized AC impedance of the present invention.
【図6】 本発明のウルトラキャパシタについての初期充放電の電圧−時間特性
をグラフで示した図である。FIG. 6 is a graph showing voltage-time characteristics of initial charge and discharge for the ultracapacitor of the present invention.
【図7】 本発明のウルトラキャパシタについての放電電圧−時間特性をグラフ
で表現した図である。FIG. 7 is a graph showing the discharge voltage-time characteristics of the ultracapacitor of the present invention.
【図8】 放電容量の保持をサイクル数の関数としてグラフで表現した図である
。FIG. 8 is a graphical representation of discharge capacity retention as a function of cycle number.
【図9】 本発明のキャパシタについて、初期電力性能を電圧−時間特性によっ
てグラフで表現した図である。FIG. 9 is a graph showing the initial power performance of the capacitor of the present invention by a voltage-time characteristic.
【図10】 本発明のキャパシタの電力試験中の正規化した電圧−時間特性をグ
ラフで表現した図である。FIG. 10 is a graph showing normalized voltage-time characteristics during the power test of the capacitor of the present invention.
【図11】 異なるパワーレイトでの放電中の総配送エネルギーを時間の関数と
してグラフで表現した図である。FIG. 11 is a graphical representation of total delivered energy during discharge at different power rates as a function of time.
【図12】 ACインピーダンスを比較してグラフで表現した図である。FIG. 12 is a graph showing a comparison of AC impedances.
【図13】 初期充放電の電圧−時間特性をグラフで表現した図である。FIG. 13 is a graph showing voltage-time characteristics of initial charge and discharge.
【図14】 ACインピーダンスを比較してグラフで表現した図である。FIG. 14 is a graph showing a comparison of AC impedances.
【図15】 電圧−時間特性を比較してグラフで表現した図である。FIG. 15 is a graph showing voltage-time characteristics for comparison.
【図16】 放電電圧−時間特性を比較してグラフで表現した図である。FIG. 16 is a graph showing a comparison of discharge voltage-time characteristics.
【図17】 初期電力性能をグラフで表現した図である。FIG. 17 is a graph showing the initial power performance.
【図18】 電力試験中の正規化した電圧−時間特性をグラフで表現した図であ
る。FIG. 18 is a graph showing a normalized voltage-time characteristic during a power test.
【図19】 異なるパワーレートでの放電中の総配送エネルギーを時間の関数と
してグラフで表現した図である。FIG. 19 is a graphical representation of total delivered energy during discharge at different power rates as a function of time.
【図20】 電解質の添加物がウルトラキャパシタの充電挙動に及ぼす効果をグ
ラフで表現した図である。FIG. 20 is a graph showing the effect of an electrolyte additive on the charging behavior of an ultracapacitor.
【図21】 最大充電電圧の効果をグラフで表現した図である。FIG. 21 is a graph showing the effect of the maximum charging voltage.
【図22】 共溶媒にもとづく電解質がセルの総抵抗に及ぼす効果をグラフで表
現した図である。FIG. 22 is a graphical representation of the effect of cosolvent based electrolytes on total cell resistance.
【図23】 共溶媒にもとづく電解質がセルの総抵抗に及ぼす効果をグラフで表
現した図である。FIG. 23 is a graphic representation of the effect of cosolvent based electrolytes on total cell resistance.
【図24】 初期充放電の電圧−時間特性をグラフで表現した図である。FIG. 24 is a graph showing voltage-time characteristics of initial charge / discharge.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,EE ,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,K P,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX, NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,S G,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ ,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF , BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, G M, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ , UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, C H, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, EE , ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, K P, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU , LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, S G, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ , UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW
Claims (11)
えた少なくとも1つのバイポーラ電極板と; 中性有機溶媒、塩、及び前記溶媒と前記電流コレクタ及び電極材料の少なくと
も一方との間の電気化学的作用を安定化させる手段から構成される電解質と; セパレータと を具えていることを特徴とするキャパシタ。1. At least one bipolar electrode plate each comprising a current collector and an electrode material associated with the current collector; a neutral organic solvent, a salt, and the solvent and at least one of the current collector and the electrode material. A capacitor comprising an electrolyte composed of a means for stabilizing the electrochemical action between the two; and a separator.
ことを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ。2. The capacitor of claim 1, wherein the electrolyte further comprises means for increasing the wettability of the electrode.
求項2に記載のキャパシタ。3. The capacitor according to claim 2, wherein the wettability increasing means is composed of a surfactant.
ら選択したことを特徴とする請求項3に記載のキャパシタ。4. The capacitor according to claim 3, wherein the surfactant is selected from the group consisting of nonionic fluoroalkanes.
能な化学的成分を具えていることを特徴とする請求項1に記載のキャパシタ。5. The capacitor according to claim 1, wherein said electrochemical action stabilizing means comprises a reducible chemical component instead of said solvent.
無水物、及びオリゴマーから成る群から選択したことを特徴とする請求項5に記
載のキャパシタ。6. The stabilizing means for the electrochemical action is carbonate, spirolactone,
The capacitor according to claim 5, wherein the capacitor is selected from the group consisting of anhydrides and oligomers.
な不浸透性、前記電極材料及び電解質の少なくとも一方との化学的適合性、及び
化学的安定性を有する材料の群から選択したことを特徴とする請求項1に記載の
キャパシタ。7. The current collector is selected from the group of materials having low electrical resistance, substantial impermeability to electrolyte permeation, chemical compatibility with at least one of the electrode material and electrolyte, and chemical stability. The capacitor according to claim 1, which is selected.
7に記載のキャパシタ。8. The capacitor of claim 7, wherein the current collector comprises a carbon material.
求項7に記載のキャパシタ。9. The capacitor according to claim 7, wherein the current collector is made of aluminum.
請求項1に記載のキャパシタ。10. The capacitor of claim 1, further comprising a substantially inert frame structure.
を有する端板を具えていることを特徴とする請求項10に記載のキャパシタ。11. The capacitor of claim 10, wherein the frame structure comprises an end plate having a current collector lead associated with the frame structure.
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