JP2008117939A - Electric double layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気二重層キャパシタに関し、特にバイポーラ型電気二重層キャパシタに関する。 The present invention relates to an electric double layer capacitor, and more particularly to a bipolar electric double layer capacitor.
電気二重層キャパシタは、分極性電極に電解質中のアニオン、カチオンを正極、負極表面に物理吸着させて電気を蓄えることを原理としている。 The electric double layer capacitor is based on the principle that an anion and a cation in an electrolyte are physically adsorbed on a polarizable electrode on the positive electrode and negative electrode surfaces to store electricity.
バイポーラ型電気二重層キャパシタ（以後、キャパシタと呼称する）は、活性炭電極（分極性電極）を接着した２枚の集電極の間に、分極基材の両面に接着した活性炭電極と、イオンが通過可能なセパレータとを交互に重ねた積層型である。対向した活性炭電極に挟まれるセパレートの最小単位をセルと呼称する。 A bipolar electric double layer capacitor (hereinafter referred to as a capacitor) has an activated carbon electrode bonded to both sides of a polarizing substrate and ions passing between two collector electrodes to which an activated carbon electrode (polarizable electrode) is bonded. It is a laminated type in which possible separators are alternately stacked. The minimum unit of separation between the opposed activated carbon electrodes is called a cell.
積層されたセルの階層にシール機能を有するパッキンが挟み込まれており、キャパシタ内の前記活性炭電極に含浸された電解液を漏れ出さないようにしている。また、このパッキンは、積層されたセル間にて絶縁する機能も有する。 A packing having a sealing function is sandwiched between the layers of the stacked cells so that the electrolyte solution impregnated in the activated carbon electrode in the capacitor does not leak out. The packing also has a function of insulating between the stacked cells.
キャパシタでは、必要な耐電圧分のセル（単セル耐電圧２．５Ｖ程度）およびパッキンを積み重ねてなるモジュールの両面からエンドプレートにて挟み込まれ、絶縁体を介してボルトで締め付けられることにより、密閉構造が保たれている。 Capacitors are hermetically sealed by being clamped by end plates from both sides of the module, which is a stack of stacked cells (single cell withstand voltage of about 2.5V) and packing, and tightened with bolts through an insulator. The structure is maintained.
前記キャパシタを積層してなる積層型キャパシタユニットは、各キャパシタの前記集電極の端面にリード線が取り付けられ、各キャパシタがユニット内にて直列に接続されて、（単セル耐電圧）×（積層数）だけの耐電圧を持たされている。この積層型キャパシタユニットは、一般的な巻取り方式を用いた同一容量のキャパシタと比較してケーブル等を必要とせず、コンパクトに耐電圧を高く設計できるため設置面積を小さくすることができる。 In the multilayer capacitor unit formed by stacking the capacitors, a lead wire is attached to the end face of the collector electrode of each capacitor, and each capacitor is connected in series within the unit, (single cell withstand voltage) × (multilayer) Only withstand voltage). This multilayer capacitor unit does not require a cable or the like as compared with a capacitor of the same capacity using a general winding method, and can be designed to be compact and have a high withstand voltage, so the installation area can be reduced.
前述したキャパシタは、前記活性炭電極、前記セパレータ、前記集電極、および前記パッキン等が交互に積み重ねられ、各セル間がシールされた後に、その内部に電解液が導入されて、活性炭電極、およびセパレータに電解液を含浸させることで製造されている。前記キャパシタの一箇所に設けられた電解液導入口に前記電解液が導入されて、前記導入口、各セルを仕切る分極基材の穴を介して全てのセル内に行き渡せられている。 In the capacitor described above, the activated carbon electrode, the separator, the collector electrode, the packing, and the like are alternately stacked, and after each cell is sealed, an electrolytic solution is introduced into the interior of the capacitor. It is manufactured by impregnating with electrolyte solution. The electrolytic solution is introduced into an electrolytic solution introduction port provided in one place of the capacitor, and is distributed in all the cells through the introduction port and a hole of a polarization base material that partitions each cell.
前記電解液として、溶媒にプロピレンカーボネート（ＰＣ）を用い、電解質にトリエチルアンモニウム塩（ＴＥＡ）、テトラエチルメチルアンモニウム塩（ＴＥＭＡ）などが用いられている。これら電解質塩は、一般に幅広く用いられており、キャパシタ用電解質塩としては標準的なものである。 As the electrolytic solution, propylene carbonate (PC) is used as a solvent, and triethylammonium salt (TEA), tetraethylmethylammonium salt (TEMA), or the like is used as an electrolyte. These electrolyte salts are generally used widely and are standard as electrolyte salts for capacitors.
プロピレンカーボネート溶媒に対するトリエチルアンモニウム塩の飽和濃度は、常温では１．０ｍｏｌ／Ｌ程度となる。この電解質を前記溶媒に飽和まで溶解させると、その電導度は２５℃で１３ｍＳ／ｃｍ程度となる。一方、プロピレンカーボネート溶媒に対する非対称塩であるテトラエチルメチルアンモニウム塩の飽和濃度は、２ｍｏｌ／Ｌ以上と高い。この電解塩を前記溶媒に飽和まで溶解させると、その電導度は１４．８ｍＳ／ｃｍ程度となる。よって、前記テトラエチルメチルアンモニウム塩を用いた場合では、前記トリエチルアンモニウム塩を用いた場合と比較して、キャパシタの内部抵抗を１０％以上低減させている。 The saturated concentration of triethylammonium salt with respect to the propylene carbonate solvent is about 1.0 mol / L at room temperature. When this electrolyte is dissolved in the solvent until saturation, the conductivity is about 13 mS / cm at 25 ° C. On the other hand, the saturation concentration of tetraethylmethylammonium salt, which is an asymmetric salt with respect to the propylene carbonate solvent, is as high as 2 mol / L or more. When this electrolytic salt is dissolved in the solvent until saturation, the conductivity becomes about 14.8 mS / cm. Therefore, when the tetraethylmethylammonium salt is used, the internal resistance of the capacitor is reduced by 10% or more compared to the case where the triethylammonium salt is used.
キャパシタの内部抵抗は、電解液の電気電導度と反比例しており、一般的に溶媒に対する電解質濃度が高くイオン電導度が高いほど低くなっている。キャパシタは、その内部抵抗が低いほど、より高い効率にて充放電できるようになり、高性能で使い勝手の良いものとなる。 The internal resistance of the capacitor is inversely proportional to the electrical conductivity of the electrolyte, and generally decreases as the electrolyte concentration with respect to the solvent increases and the ionic conductivity increases. Capacitors can be charged and discharged with higher efficiency as their internal resistance is lower, and they are more efficient and easier to use.
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、キャパシタの内部抵抗を低下させて充放電の効率を向上させた電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric double layer capacitor in which the internal resistance of the capacitor is reduced to improve the charge / discharge efficiency.
前述した課題を解決する第１の発明に係る電気二重層キャパシタは、電解液を分極性電極間に介在させてなる電気二重層キャパシタであって、前記電解液が、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有し、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有したことを特徴とする。 The electric double layer capacitor according to the first invention for solving the above-mentioned problem is an electric double layer capacitor in which an electrolytic solution is interposed between polarizable electrodes, and the electrolytic solution is spirobipyrrolidinium as a solute. And a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate as a solvent, or a mixed solvent consisting of propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate, wherein at least the mixing ratio of propylene carbonate is 20% or more. And
前述した課題を解決する第２の発明に係る電気二重層キャパシタは、第１の発明に記載された電気二重層キャパシタであって、前記電解液がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とすることを特徴とする。 An electric double layer capacitor according to a second invention for solving the above-mentioned problem is the electric double layer capacitor described in the first invention, wherein the electrolyte contains propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate. In this case, the mixing ratio is set to 2-3: 3-4: 3-4.
前述した課題を解決する第３の発明に係る電気二重層キャパシタは、第１の発明に記載された電気二重層キャパシタであって、前記電解液がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２７：３３：４０とすることを特徴とする。 An electric double layer capacitor according to a third invention for solving the above-mentioned problem is the electric double layer capacitor described in the first invention, wherein the electrolytic solution contains propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate. In this case, the mixing ratio is 27:33:40.
本発明に係る電気二重層キャパシタによれば、電解液を分極性電極間に介在させてなる電気二重層キャパシタであって、前記電解液は、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有し、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有したことで、電解液のイオン電導度を向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率を向上させることができる。また、プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とすることにより、電解液のイオン電導度を向上させることに加えて、−４０℃でも使用可能な電気二重層キャパシタとすることができる。 The electric double layer capacitor according to the present invention is an electric double layer capacitor in which an electrolytic solution is interposed between polarizable electrodes, the electrolytic solution containing spirobipyrrolidinium as a solute and a solvent. By containing a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate or propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate, and containing a mixed solvent in which the mixing ratio of the propylene carbonate is 20% or more, the ionic conductivity of the electrolytic solution Thus, the internal resistance of the capacitor can be reduced and the charge / discharge efficiency can be improved. Further, by setting the mixing ratio of propylene carbonate to 20% or more, in addition to improving the ionic conductivity of the electrolytic solution, an electric double layer capacitor that can be used even at -40 ° C. can be obtained.
本発明に係る電気二重層キャパシタによれば、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とすることにより、電解液のイオン電導度をさらに向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率をさらに向上させることができる。また、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合比率を２７：３３：４０とすることにより、−４０℃でも使用可能な電気二重層キャパシタとすることができ、イオン電導度をより一層向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させてその充放電の効率をより一層向上させることができる。 According to the electric double layer capacitor of the present invention, the ionic conductivity of the electrolyte is further improved by setting the mixing ratio of propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate to 2-3: 3-4: 3-4. Thus, the internal resistance of the capacitor can be reduced to further improve the charge / discharge efficiency. Moreover, by setting the mixing ratio of propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate to 27:33:40, an electric double layer capacitor that can be used even at -40 ° C. can be obtained, and the ionic conductivity is further improved. In addition, the internal resistance of the capacitor can be reduced, and the charge / discharge efficiency can be further improved.
以下に、本発明を実施するための最良の形態に係る電気二重層キャパシタについて説明する。 The electric double layer capacitor according to the best mode for carrying out the present invention will be described below.
本発明を実施するための最良の形態に係る電気二重層キャパシタは、電解液を分極性電極間に介在させてなる電気二重層キャパシタであって、前記電解液が、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有し、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有する。 The electric double layer capacitor according to the best mode for carrying out the present invention is an electric double layer capacitor in which an electrolytic solution is interposed between polarizable electrodes, and the electrolytic solution is spirobipyrrolidinium as a solute. And a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate, or a mixed solvent of propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate, with a mixing ratio of at least 20% of the propylene carbonate.
前記混合溶媒がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とし、好適には、２７：３３：４０とする。 When the mixed solvent contains propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate, the mixing ratio is set to 2-3: 3-4: 3-4, and preferably 27:33:40.
したがって、本発明の最良の形態に係る電気二重層キャパシタによれば、電解液が所定の溶質および溶媒を含有することで、電解液のイオン電導度を向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率を向上させることができる。また、プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とすることにより、電解液のイオン電導度を向上させることに加えて、−４０℃でも使用可能な電気二重層キャパシタとすることができる。 Therefore, according to the electric double layer capacitor according to the best mode of the present invention, the electrolytic solution contains the predetermined solute and solvent, thereby improving the ionic conductivity of the electrolytic solution and reducing the internal resistance of the capacitor. Charging / discharging efficiency can be improved. Further, by setting the mixing ratio of propylene carbonate to 20% or more, in addition to improving the ionic conductivity of the electrolytic solution, an electric double layer capacitor that can be used even at -40 ° C. can be obtained.
さらに、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とすることにより、電解液のイオン電導度をさらに向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させて充放電の効率をさらに向上させることができる。また、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合比率を２７：３３：４０とすることにより、−４０℃でも使用可能な電気二重層キャパシタとすることができ、イオン電導度をより一層向上させ、キャパシタの内部抵抗を低減させてその充放電の効率をより一層向上させることができる。 Furthermore, by setting the mixing ratio of propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate to 2-3: 3 to 4: 3 to 4, the ionic conductivity of the electrolyte is further improved and the internal resistance of the capacitor is reduced. Charging / discharging efficiency can be further improved. Moreover, by setting the mixing ratio of propylene carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate to 27:33:40, an electric double layer capacitor that can be used even at -40 ° C. can be obtained, and the ionic conductivity is further improved. In addition, the internal resistance of the capacitor can be reduced, and the charge / discharge efficiency can be further improved.
以下に、上述した本発明の最良の形態に係る電気二重層キャパシタについて、実施例に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に係る電気二重層キャパシタの電解液温度に対するイオン電導特性を示す図であり、図２は、本発明に係る電気二重層キャパシタの電解質塩濃度に対するキャパシタ抵抗特性を示す図である。図１，２中にて、菱形印は電解液の溶媒がプロピレンカーボネート（ＰＣ）の場合を示し、三角形印はエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の重量比が１：１の場合を示し、バツ印は電解液の溶媒であるプロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の重量比が２：４：４の場合を示し、丸印は電解液の溶媒であるプロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の重量比が２７：３３：４０の場合を示す。 The electric double layer capacitor according to the best mode of the present invention described above will be specifically described below based on examples. FIG. 1 is a diagram showing ion conduction characteristics with respect to the electrolyte temperature of the electric double layer capacitor according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing capacitor resistance characteristics with respect to the electrolyte salt concentration of the electric double layer capacitor according to the present invention. is there. 1 and 2, the rhombus marks indicate that the solvent of the electrolyte is propylene carbonate (PC), and the triangle marks indicate that the weight ratio of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) is 1: 1. The cross indicates the case where the weight ratio of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC), which is the solvent of the electrolyte, is 2: 4: 4, and the circle indicates the solvent of the electrolyte. The case where the weight ratio of a certain propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) is 27:33:40 is shown.
以下に、本発明の第１の実施例に係る電気二重層キャパシタについて具体的に説明する。 The electric double layer capacitor according to the first embodiment of the present invention will be specifically described below.
本発明の第１の実施例に係る電気二重層キャパシタは、バイポーラ型電気二重層キャパシタである。このキャパシタの電解液では、その電解質塩として既知の電解質塩であるスピロビピロリジニウム（ＳＢＰ−ＢＦ４）アンモニア塩が用いられ、その溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とをその重量比５：５にて混合した混合溶媒が用いられる。 The electric double layer capacitor according to the first embodiment of the present invention is a bipolar electric double layer capacitor. In the electrolytic solution of this capacitor, spirobipyrrolidinium (SBP-BF4) ammonia salt, which is a known electrolyte salt, is used as the electrolyte salt, and ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are used as the solvent. A mixed solvent mixed at a weight ratio of 5: 5 is used.
前記電気二重層キャパシタにおいて、電解質塩の濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌのときのイオン電導度を測定したところ、図１に示すように、イオン電導度が２５℃にて２２．０ｍＳ／ｃｍとなり、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合よりも３５％程度向上することが分かった。 In the electric double layer capacitor, the ion conductivity was measured when the concentration of the electrolyte salt was 1.5 mol / L. As shown in FIG. 1, the ion conductivity was 22.0 mS / cm at 25 ° C., It was found that the improvement was about 35% compared to the case where propylene carbonate alone was used as the solvent.
また、キャパシタの内部抵抗を測定したところ、図２に示すように、電解質塩濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌにおいて、キャパシタの内部抵抗が、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合では、７．２Ωｃｍ2となり、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとをその重量比で５：５にて混合した混合溶媒を用いた場合では、４．３Ωｃｍ2となることが分かった。よって、溶媒として前記混合溶媒を用いたことにより、プロピレンカーボネート単体を用いた場合と比べて４０％程度キャパシタの内部抵抗を低減でき、充放電の効率を向上させることができることが分かった。 When the internal resistance of the capacitor was measured, as shown in FIG. 2, when the electrolyte salt concentration was 1.5 mol / L, the internal resistance of the capacitor was 7.2 Ωcm 2 when propylene carbonate alone was used as the solvent. Thus, it was found that when a mixed solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a weight ratio of 5: 5 was used as the solvent, it became 4.3 Ωcm 2 . Therefore, it was found that by using the mixed solvent as a solvent, the internal resistance of the capacitor can be reduced by about 40% as compared with the case of using propylene carbonate alone, and the charge / discharge efficiency can be improved.
なお、電解質塩濃度を１．５ｍｏｌ／Ｌより高めるとイオン電導度は若干向上するが、キャパシタの内部抵抗は電解液粘度が高くなることからキャパシタの内部抵抗の低減に結びつかない。よって、電解液の電解質塩濃度を１．２ｍｏｌ／Ｌ以上１．５ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度範囲に調整することで、キャパシタの内部抵抗が低くなり、この電解液の電解質塩濃度を１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度に調整することで、キャパシタの内部抵抗が最も低くなり好適となる。 When the electrolyte salt concentration is increased from 1.5 mol / L, the ionic conductivity is slightly improved. However, the internal resistance of the capacitor does not lead to a reduction in the internal resistance of the capacitor because the viscosity of the electrolytic solution increases. Therefore, by adjusting the electrolyte salt concentration of the electrolytic solution to a concentration range of 1.2 mol / L or more and 1.5 mol / L or less, the internal resistance of the capacitor is lowered, and the electrolyte salt concentration of this electrolytic solution is 1.5 mol / L. By adjusting to the concentration of L, the internal resistance of the capacitor is the lowest, which is preferable.
以下に、本発明の第２の実施例に係る電気二重層キャパシタについて、具体的に説明する。 The electric double layer capacitor according to the second embodiment of the present invention will be specifically described below.
本発明の第２の実施例に係る電気二重層キャパシタは、バイポーラ型電気二重層キャパシタである。このキャパシタの電解液では、その電解質塩としてスピロビピロリジニウム（ＳＢＰ−ＢＦ４）アンモニア塩が用いられ、その溶媒としてプロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とをその重量比２：４：４にて混合した混合溶媒が用いられる。 The electric double layer capacitor according to the second embodiment of the present invention is a bipolar electric double layer capacitor. In the electrolytic solution of this capacitor, spirobipyrrolidinium (SBP-BF4) ammonia salt is used as the electrolyte salt, and propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are used as the solvent. A mixed solvent mixed at a weight ratio of 2: 4: 4 is used.
前記電気二重層キャパシタにおいて、電解質塩の濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌのときのイオン電導度を測定したところ、図１に示すように、イオン電導度が２５℃にて２０．５ｍＳ／ｃｍとなり、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合よりも３０％程度向上することが分かった。 In the electric double layer capacitor, when the ionic conductivity was measured when the concentration of the electrolyte salt was 1.5 mol / L, as shown in FIG. 1, the ionic conductivity was 20.5 mS / cm at 25 ° C., It was found that the improvement was about 30% as compared with the case of using propylene carbonate alone as a solvent.
また、キャパシタの内部抵抗を測定したところ、図２に示すように、電解質塩濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌにおいて、キャパシタの内部抵抗が、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合では、７．２Ωｃｍ2となり、溶媒としてプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとをその重量比で２：４：４にて混合した混合溶媒を用いた場合では、４．５Ωｃｍ2となることが分かった。よって、溶媒として前記混合溶媒を用いたことにより、プロピレンカーボネート単体を用いた場合と比べて３７％程度キャパシタの内部抵抗を低減でき、充放電の効率を向上させることができることが分かった。 When the internal resistance of the capacitor was measured, as shown in FIG. 2, when the electrolyte salt concentration was 1.5 mol / L, the internal resistance of the capacitor was 7.2 Ωcm 2 when propylene carbonate alone was used as the solvent. When a mixed solvent in which propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate were mixed at a weight ratio of 2: 4: 4 was used as a solvent, it was found to be 4.5 Ωcm 2 . Therefore, it was found that by using the mixed solvent as a solvent, the internal resistance of the capacitor can be reduced by about 37% compared to the case of using propylene carbonate alone, and the charge / discharge efficiency can be improved.
なお、電解質濃度を１．８ｍｏｌ／Ｌより高めるとイオン電導は若干向上するが、キャパシタの内部抵抗は電解液粘度が高くなることからキャパシタの内部抵抗の低減に結びつかない。よって、電解液の電解質塩濃度を１．２ｍｏｌ／Ｌ以上１．８ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度範囲に調整することで、キャパシタの内部抵抗が低くなり、この電解液の電解質塩濃度を１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度に調整することで、キャパシタの内部抵抗が最も低くなり好適となる。 When the electrolyte concentration is increased from 1.8 mol / L, the ionic conduction is slightly improved, but the internal resistance of the capacitor does not lead to a reduction in the internal resistance of the capacitor because the viscosity of the electrolyte is increased. Therefore, by adjusting the electrolyte salt concentration of the electrolytic solution to a concentration range of 1.2 mol / L or more and 1.8 mol / L or less, the internal resistance of the capacitor is lowered, and the electrolyte salt concentration of this electrolytic solution is 1.5 mol / L. By adjusting to the concentration of L, the internal resistance of the capacitor is the lowest, which is preferable.
また、ポリカーボネートの混合比率を２０％以上とすることで、電解液の融点を０℃以下とすることができ、電解質液溶媒の凝固が起こらず電気二重層キャパシタとして使用することができる。さらに、ポリカーボネートの混合比率を３０％以上に増加させることで、−４０℃まで凝固が起こらずイオン電導度が高い電解液とすることができる。 Further, by setting the mixing ratio of the polycarbonate to 20% or more, the melting point of the electrolytic solution can be 0 ° C. or less, and the electrolyte solution solvent does not solidify and can be used as an electric double layer capacitor. Furthermore, by increasing the mixing ratio of the polycarbonate to 30% or more, it is possible to obtain an electrolytic solution having high ionic conductivity without causing solidification to -40 ° C.
以下に、本発明の第３の実施例に係る電気二重層キャパシタについて、具体的に説明する。 The electric double layer capacitor according to the third embodiment of the present invention will be specifically described below.
本発明の第３の実施例に係る電気二重層キャパシタは、バイポーラ型電気二重層キャパシタである。このキャパシタの電解液では、その電解質塩としてスピロビピロリジニウム（ＳＢＰ−ＢＦ４）アンモニア塩が用いられ、その溶媒としてプロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＭＣ）をその重量比２７：３３：４０にて混合した混合溶媒が用いられる。 The electric double layer capacitor according to the third embodiment of the present invention is a bipolar electric double layer capacitor. In the electrolytic solution of this capacitor, spirobipyrrolidinium (SBP-BF4) ammonia salt is used as the electrolyte salt, and propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and diethyl carbonate (DMC) are used as the solvent. A mixed solvent mixed at a ratio of 27:33:40 is used.
前記電気二重層キャパシタにおいて、電解質塩の濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌのときのイオン電導度を測定したところ、図１に示すように、イオン電導度が２５℃にて２２．０ｍＳ／ｃｍとなり、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合よりも３７％程度向上することが分かった。 In the electric double layer capacitor, the ion conductivity was measured when the concentration of the electrolyte salt was 1.5 mol / L. As shown in FIG. 1, the ion conductivity was 22.0 mS / cm at 25 ° C., It was found that this was improved by about 37% compared to the case of using propylene carbonate alone as a solvent.
また、キャパシタの内部抵抗を測定したところ、図２に示すように、電解質塩濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌにおいて、キャパシタの内部抵抗が、溶媒としてプロピレンカーボネート単体を用いた場合では、７．２Ωｃｍ2となり、溶媒としてプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとをその重量比で２７：３３：４０にて混合した混合溶媒を用いた場合では、４．１Ωｃｍ2となることが分かった。よって、溶媒として前記混合溶媒を用いたことにより、プロピレンカーボネート単体を用いた場合と比べて４３％程度キャパシタの内部抵抗を低減でき、充放電の効率を向上させることができることが分かった。 When the internal resistance of the capacitor was measured, as shown in FIG. 2, when the electrolyte salt concentration was 1.5 mol / L, the internal resistance of the capacitor was 7.2 Ωcm 2 when propylene carbonate alone was used as the solvent. When a mixed solvent in which propylene carbonate, ethylene carbonate, and diethyl carbonate were mixed at a weight ratio of 27:33:40 as a solvent was found to be 4.1 Ωcm 2 . Therefore, it was found that by using the mixed solvent as a solvent, the internal resistance of the capacitor can be reduced by about 43% compared to the case of using propylene carbonate alone, and the charge / discharge efficiency can be improved.
なお、電解質濃度を１．８ｍｏｌ／Ｌより高めるとイオン電導は若干向上するが、キャパシタの内部抵抗は電解液粘度が高くなることからキャパシタの内部抵抗の低減に結びつかない。よって、電解液の電解質塩濃度を１．２ｍｏｌ／Ｌ以上１．８ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度範囲に調整することで、キャパシタの内部抵抗が低くなりこの電解液の電解質塩濃度を１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度に調整することで、キャパシタの内部抵抗が最も低くなり好適となる。 When the electrolyte concentration is increased from 1.8 mol / L, the ionic conduction is slightly improved, but the internal resistance of the capacitor does not lead to a reduction in the internal resistance of the capacitor because the viscosity of the electrolyte is increased. Therefore, by adjusting the electrolyte salt concentration of the electrolytic solution to a concentration range of 1.2 mol / L or more and 1.8 mol / L or less, the internal resistance of the capacitor is lowered, and the electrolyte salt concentration of this electrolytic solution is 1.5 mol / L. By adjusting to the concentration, the internal resistance of the capacitor is the lowest, which is preferable.
また、ポリカーボネートの混合比率を２０％以上とすることで、電解液の融点を０℃以下とすることができ、電解質液溶媒の凝固が起こらず電気二重層キャパシタとして使用することができる。さらに、上述した混合比の混合溶媒とすることで、−４０℃まで凝固が起こらずイオン電導度が高く、キャパシタの内部抵抗が低い電解液とすることができる。 Further, by setting the mixing ratio of the polycarbonate to 20% or more, the melting point of the electrolytic solution can be 0 ° C. or less, and the electrolyte solution solvent does not solidify and can be used as an electric double layer capacitor. Furthermore, by using a mixed solvent having the above-described mixing ratio, solidification does not occur up to −40 ° C., and an ionic conductivity is high, and an electrolytic solution having a low internal resistance of the capacitor can be obtained.
本発明は、電気二重層キャパシタに利用することが可能であり、特にバイポーラ型電気二重層キャパシタに利用することが可能である。 The present invention can be used for an electric double layer capacitor, and in particular, can be used for a bipolar electric double layer capacitor.
Claims (3)
前記電解液は、溶質としてスピロビピロリジニウムを含有し、溶媒としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒、またはプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、少なくとも前記プロピレンカーボネートの混合比率を２０％以上とした混合溶媒を含有した
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。 An electric double layer capacitor in which an electrolyte is interposed between polarizable electrodes,
The electrolytic solution contains spirobipyrrolidinium as a solute, and is composed of a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate, or propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate as a solvent, and at least a mixing ratio of the propylene carbonate is 20 An electric double layer capacitor comprising a mixed solvent of at least%.
前記電解液がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２〜３：３〜４：３〜４とする
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。 The electric double layer capacitor according to claim 1,
When the electrolytic solution contains propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate, the mixing ratio is set to 2-3: 3-4: 3-4.
前記電解液がプロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを含有する場合、この混合比率を２７：３３：４０とする
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。 The electric double layer capacitor according to claim 1,
When the electrolytic solution contains propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate, the mixing ratio is set to 27:33:40.
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