JP2004158639A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、電気二重層コンデンサ本来の充放電サイクルにおける耐久性が強く長寿命、大電流の充放電が可能、使用温度範囲が広いなどの特長を維持しながら、コンデンサ単位体積あたりあるいは単位重量あたりの静電容量増大し内部抵抗を低減する。
【解決手段】電解液として希硫酸を採用し、その希硫酸濃度について電気伝導度の最も高い濃度を採用する。
【選択図】 図１
【解決手段】電解液として希硫酸を採用し、その希硫酸濃度について電気伝導度の最も高い濃度を採用する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体と液体の界面に形成する電気二重層を利用した電気二重層コンデンサにおけるコンデンサ単位体積あたりあるいは単位重量あたりの静電容量増大と内部抵抗の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、固体と液体の相異なる２相が接触することで、その界面に正負の電荷がきわめて短い距離に相対して帯電する界面導電現象を利用したコンデンサである。第２図に電気二重層コンデンサの基本素子を示す。電気二重層コンデンサの基本素子は、電極１２として、粉末活性炭（固体）を用い、この電極間にセパレータ１３（多孔性フィルム）を挟むようにし、＋−電極（粉末活性炭）間のショートを防止している。更に、この両電極（粉末活性炭）の背面に導電性集電体１１を配置し、電圧が印加できる構造となっている。
【０００３】
また、粉末活性炭には電解液として希硫酸（液体）を含浸させ、セパレータ１３を希硫酸中のイオンが自由に行き来出来る構造としている。
【０００４】
そして、該希硫酸の封口と導電性材料の絶縁のため封止用ゴム１４を電極の側面に配置し、構成されている。一般に、電気二重層コンデンサは、第２図に示した基本素子を第１図に示したように、直列に必要枚数積層し、コンデンサ基本素子間、粉末活性炭の相互間や粉末活性炭と導電性集電体間の電気的接続を安定化させるために一定の圧力を加えて外装することにより構成される。
【０００５】
ここで、従来、活性炭と希硫酸のみの固体と液体の界面に形成する電気二重層を利用した電気二重層コンデンサは、二次電池などの電源デバイスと比較して出現する静電容量が小さく、電源デバイスとしての用途範囲が狭いとという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電気二重層コンデンサ本来の充放電サイクルにおける耐久性が強く長寿命、大電流の充放電が可能、使用温度範囲が広いなどの特長を維持しながら、コンデンサ単位体積あたりあるいは単位重量あたりの静電容量増大し内部抵抗を低減する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
電解液として希硫酸を採用し、その希硫酸濃度について電気伝導度の最も高い濃度を採用する。電解液の電気伝導度を高くすることにより、炭素材料の表面に形成された、電気伝導度の低い状態では低い電解液の電気伝導度に起因して活用されていなかった微細な細孔に対して電解液中のイオン脱着が可能となり静電容量の向上をはかることが可能となる。さらに電気伝導度の絶対値が高いことによりコンデンサの内部抵抗を低減することが可能となる。
【０００８】
【作用】
充放電サイクルにおける耐久性が強く長寿命、大電流の充放電が可能、使用温度範囲が広いなどの特長がある電気二重層コンデンサにおいて、コンデンサ単位体積あたりあるいは単位重量あたりの静電容量を増大させ、内部抵抗を低減させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態例について図１を参照して説明する。電気二重層コンデンサは、次のように構成される。すなわち、６個の基本素子１を直列に積層し、最下の基本素子１を上側の円状電極板２ａ上に載置し、この円状電極板２ａを絶縁材３上に載置し、更に、絶縁材３を下側の円状電極板２ｂ上に載置する。そして、全体を有底の円筒筐体４に収納する。
【００１０】
基本素子５には、一対の電極１２，１２として粉末活性炭を採用しているため、この電極間のショートを防止し電解液である希硫酸中のイオンのみが通過できるセパレータ１３を電極間に載置する。また、一定の圧力を外部から加えることにより粉末活性炭同士間の接触抵抗を安定させる必要がある。更に一対の電極（粉末活性炭）１２，１２と各背面の導電性集電体１１，１１の間、基本素子１，１同士の 間の接触抵抗についても、同様に一定の圧力を外部から印加することにより安定させる必要がある。
【００１１】
外部からの圧力印加は、圧力印加後、円筒筐体４の開口部口縁４ａを下側の円状電極板２ｂの外周部にかしめることにより圧力印加状態を維持する。
【００１２】
本発明の実施例の説明に先だって、まず、比較対照となる従来の電気二重層コンデンサの具体例について説明する。
【００１３】
従来の電気二重層コンデンサは、電気二重層を形成する電極として粉末活性炭と電解液として４８ｗｔ％の希硫酸を採用した電気二重層コンデンサの寸法、重量及び電気特性を下記の表１に示す。ここに適用した粉末活性炭は、比表面積１０５０平方メートル／ｇのフェノール樹脂を原材料にした水蒸気等により賦活を行ったものであり、この粉末活性炭について単位重量あたりの静電容量を計算すると、７７．０Ｆ／ｇとなった。
【００１４】
【実施例】
電解液の希硫酸濃度を２５ｗｔ％、３０ｗｔ％、３５ｗｔ％、４０ｗｔ％および４５ｗｔ％に調製した。この混合電解液を適用して従来の電気二重層コンデンサと同様に図２の基本素子を作成し、この基本素子を直列接続して図１の電気二重層コンデンサを作成した。
【００１５】
本発明の電気二重層コンデンサの寸法、 重量及び電気特性を下記の表２に示す。
【００１６】
ここに適用した粉末活性炭は、該従来の電気二重層コンデンサに適用したものと同じ、比表面積１０５０平方メートル／ｇのフェノール樹脂を原材料にした水蒸気等により賦活を行ったものであり、この粉末活性炭について単位重量あたりの静電容量を
計算して下記の表３に示す。
【００１７】
表１と表２の対比および表３の単位重量あたりの静電容量（Ｆ／ｇ）よって判明するように、同一設計の素子および同一粉末活性炭を適用しながら、電解液の希硫酸濃度をその電気伝導度の最も高い濃度である３０ｗｔ％付近に設定することにより、１．２１倍の静電容量を有する電気二重層コンデンサを得ることが出来た。また、内部抵抗（Ω）についても電解液である希硫酸の電気伝導度の関係から、電気伝導度の最も高い濃度である３０ｗｔ％付近に設定することにより極小値を得ることができた。
【００１８】
【発明の効果】
同一粉末活性炭を適用しながら、電解液の希硫酸濃度について電気伝導度の最も高い濃度を採用することにより、より大きな静電容量を発現し、内部抵抗についてもより低い値を得ることを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気二重層コンデンサの製品概要図
【図２】本発明の電気二重層コンデンサの基本素子断面図
【符号の説明】
１ 基本素子
２ａ，２ｂ 円状電極板
３ 絶縁材
４ 円筒筐体
４ａ 円筒筐体の開口部口縁
１１ 導電性集電体
１２ 電極
１３ セパレータ
１４ 封止用ゴム
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体と液体の界面に形成する電気二重層を利用した電気二重層コンデンサにおけるコンデンサ単位体積あたりあるいは単位重量あたりの静電容量増大と内部抵抗の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層コンデンサは、固体と液体の相異なる２相が接触することで、その界面に正負の電荷がきわめて短い距離に相対して帯電する界面導電現象を利用したコンデンサである。第２図に電気二重層コンデンサの基本素子を示す。電気二重層コンデンサの基本素子は、電極１２として、粉末活性炭（固体）を用い、この電極間にセパレータ１３（多孔性フィルム）を挟むようにし、＋−電極（粉末活性炭）間のショートを防止している。更に、この両電極（粉末活性炭）の背面に導電性集電体１１を配置し、電圧が印加できる構造となっている。
【０００３】
また、粉末活性炭には電解液として希硫酸（液体）を含浸させ、セパレータ１３を希硫酸中のイオンが自由に行き来出来る構造としている。
【０００４】
そして、該希硫酸の封口と導電性材料の絶縁のため封止用ゴム１４を電極の側面に配置し、構成されている。一般に、電気二重層コンデンサは、第２図に示した基本素子を第１図に示したように、直列に必要枚数積層し、コンデンサ基本素子間、粉末活性炭の相互間や粉末活性炭と導電性集電体間の電気的接続を安定化させるために一定の圧力を加えて外装することにより構成される。
【０００５】
ここで、従来、活性炭と希硫酸のみの固体と液体の界面に形成する電気二重層を利用した電気二重層コンデンサは、二次電池などの電源デバイスと比較して出現する静電容量が小さく、電源デバイスとしての用途範囲が狭いとという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電気二重層コンデンサ本来の充放電サイクルにおける耐久性が強く長寿命、大電流の充放電が可能、使用温度範囲が広いなどの特長を維持しながら、コンデンサ単位体積あたりあるいは単位重量あたりの静電容量増大し内部抵抗を低減する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
電解液として希硫酸を採用し、その希硫酸濃度について電気伝導度の最も高い濃度を採用する。電解液の電気伝導度を高くすることにより、炭素材料の表面に形成された、電気伝導度の低い状態では低い電解液の電気伝導度に起因して活用されていなかった微細な細孔に対して電解液中のイオン脱着が可能となり静電容量の向上をはかることが可能となる。さらに電気伝導度の絶対値が高いことによりコンデンサの内部抵抗を低減することが可能となる。
【０００８】
【作用】
充放電サイクルにおける耐久性が強く長寿命、大電流の充放電が可能、使用温度範囲が広いなどの特長がある電気二重層コンデンサにおいて、コンデンサ単位体積あたりあるいは単位重量あたりの静電容量を増大させ、内部抵抗を低減させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態例について図１を参照して説明する。電気二重層コンデンサは、次のように構成される。すなわち、６個の基本素子１を直列に積層し、最下の基本素子１を上側の円状電極板２ａ上に載置し、この円状電極板２ａを絶縁材３上に載置し、更に、絶縁材３を下側の円状電極板２ｂ上に載置する。そして、全体を有底の円筒筐体４に収納する。
【００１０】
基本素子５には、一対の電極１２，１２として粉末活性炭を採用しているため、この電極間のショートを防止し電解液である希硫酸中のイオンのみが通過できるセパレータ１３を電極間に載置する。また、一定の圧力を外部から加えることにより粉末活性炭同士間の接触抵抗を安定させる必要がある。更に一対の電極（粉末活性炭）１２，１２と各背面の導電性集電体１１，１１の間、基本素子１，１同士の 間の接触抵抗についても、同様に一定の圧力を外部から印加することにより安定させる必要がある。
【００１１】
外部からの圧力印加は、圧力印加後、円筒筐体４の開口部口縁４ａを下側の円状電極板２ｂの外周部にかしめることにより圧力印加状態を維持する。
【００１２】
本発明の実施例の説明に先だって、まず、比較対照となる従来の電気二重層コンデンサの具体例について説明する。
【００１３】
従来の電気二重層コンデンサは、電気二重層を形成する電極として粉末活性炭と電解液として４８ｗｔ％の希硫酸を採用した電気二重層コンデンサの寸法、重量及び電気特性を下記の表１に示す。ここに適用した粉末活性炭は、比表面積１０５０平方メートル／ｇのフェノール樹脂を原材料にした水蒸気等により賦活を行ったものであり、この粉末活性炭について単位重量あたりの静電容量を計算すると、７７．０Ｆ／ｇとなった。
【実施例】
電解液の希硫酸濃度を２５ｗｔ％、３０ｗｔ％、３５ｗｔ％、４０ｗｔ％および４５ｗｔ％に調製した。この混合電解液を適用して従来の電気二重層コンデンサと同様に図２の基本素子を作成し、この基本素子を直列接続して図１の電気二重層コンデンサを作成した。
【００１５】
本発明の電気二重層コンデンサの寸法、 重量及び電気特性を下記の表２に示す。
ここに適用した粉末活性炭は、該従来の電気二重層コンデンサに適用したものと同じ、比表面積１０５０平方メートル／ｇのフェノール樹脂を原材料にした水蒸気等により賦活を行ったものであり、この粉末活性炭について単位重量あたりの静電容量を
計算して下記の表３に示す。
表１と表２の対比および表３の単位重量あたりの静電容量（Ｆ／ｇ）よって判明するように、同一設計の素子および同一粉末活性炭を適用しながら、電解液の希硫酸濃度をその電気伝導度の最も高い濃度である３０ｗｔ％付近に設定することにより、１．２１倍の静電容量を有する電気二重層コンデンサを得ることが出来た。また、内部抵抗（Ω）についても電解液である希硫酸の電気伝導度の関係から、電気伝導度の最も高い濃度である３０ｗｔ％付近に設定することにより極小値を得ることができた。
【００１８】
【発明の効果】
同一粉末活性炭を適用しながら、電解液の希硫酸濃度について電気伝導度の最も高い濃度を採用することにより、より大きな静電容量を発現し、内部抵抗についてもより低い値を得ることを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気二重層コンデンサの製品概要図
【図２】本発明の電気二重層コンデンサの基本素子断面図
【符号の説明】
１ 基本素子
２ａ，２ｂ 円状電極板
３ 絶縁材
４ 円筒筐体
４ａ 円筒筐体の開口部口縁
１１ 導電性集電体
１２ 電極
１３ セパレータ
１４ 封止用ゴム
Claims (4)
- 電解質を含む電解液と、炭素材料を用いた電極とを有する電気二重層コンデンサにおいて、電解液（たとえば希硫酸など）濃度について電気伝導度の最も高い濃度を採用したことを特徴とする電気二重層コンデンサ。
- 請求項１に記載した電気二重層コンデンサにおいて、炭素材料を用いた電極が活性炭で、あることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
- 請求項１に記載した電気二重層コンデンサにおいて、炭素材料を用いた電極が炭素を含有する高分子材料（たとえばポリ塩化ビニリデンなど）を不活性ガス中で炭化した炭化物であることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
- 請求項１に記載した電気二重層コンデンサにおいて、炭素材料を用いた電極が導電性プラスチックに分類される炭素を含有する導電性高分子材料であることを特徴とする電気二重層コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002322751A JP2004158639A (ja) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | 電気二重層コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002322751A JP2004158639A (ja) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | 電気二重層コンデンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004158639A true JP2004158639A (ja) | 2004-06-03 |
Family
ID=32802845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002322751A Pending JP2004158639A (ja) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | 電気二重層コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004158639A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8323871B2 (en) | 2010-02-24 | 2012-12-04 | International Business Machines Corporation | Antireflective hardmask composition and a method of preparing a patterned material using same |
-
2002
- 2002-11-06 JP JP2002322751A patent/JP2004158639A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8323871B2 (en) | 2010-02-24 | 2012-12-04 | International Business Machines Corporation | Antireflective hardmask composition and a method of preparing a patterned material using same |
| DE112010005304T5 (de) | 2010-02-24 | 2012-12-20 | International Business Machines Corporation | Reflexionsmindernde Hartmaskenzusammensetzung und Verfahren zur Herstellungeines strukturierten Materials damit |
| DE112010005304B4 (de) | 2010-02-24 | 2022-07-28 | Globalfoundries U.S. Inc. | Reflexionsmindernde Hartmaskenzusammensetzung und Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Materials damit |
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