JP2008141160A - Thermally initiated molten salt capacitor - Google Patents
Thermally initiated molten salt capacitor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008141160A JP2008141160A JP2007182794A JP2007182794A JP2008141160A JP 2008141160 A JP2008141160 A JP 2008141160A JP 2007182794 A JP2007182794 A JP 2007182794A JP 2007182794 A JP2007182794 A JP 2007182794A JP 2008141160 A JP2008141160 A JP 2008141160A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mol
- molten salt
- capacitor
- alkali metal
- capacitor according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 149
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 52
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 26
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 26
- -1 alkaline earth metal carbonate Chemical class 0.000 claims description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 20
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 150000008045 alkali metal halides Chemical group 0.000 claims description 19
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 17
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M caesium chloride Chemical compound [Cl-].[Cs+] AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M caesium bromide Chemical compound [Br-].[Cs+] LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 229910001615 alkaline earth metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- JAAGVIUFBAHDMA-UHFFFAOYSA-M rubidium bromide Chemical compound [Br-].[Rb+] JAAGVIUFBAHDMA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- FGDZQCVHDSGLHJ-UHFFFAOYSA-M rubidium chloride Chemical compound [Cl-].[Rb+] FGDZQCVHDSGLHJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 125000002723 alicyclic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 241001289141 Babr Species 0.000 claims description 3
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 101100496858 Mus musculus Colec12 gene Proteins 0.000 claims description 3
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 229910000288 alkali metal carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000008041 alkali metal carbonates Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910001964 alkaline earth metal nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 3
- XJHCXCQVJFPJIK-UHFFFAOYSA-M caesium fluoride Inorganic materials [F-].[Cs+] XJHCXCQVJFPJIK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims description 3
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Inorganic materials [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- AHLATJUETSFVIM-UHFFFAOYSA-M rubidium fluoride Inorganic materials [F-].[Rb+] AHLATJUETSFVIM-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 3
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Inorganic materials [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910001963 alkali metal nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052936 alkali metal sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O pyridinium Chemical compound C1=CC=[NH+]C=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 2
- 125000005207 tetraalkylammonium group Chemical group 0.000 claims description 2
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O Imidazolium Chemical compound C1=C[NH+]=CN1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims 1
- NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-O Piperidinium(1+) Chemical compound C1CC[NH2+]CC1 NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims 1
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-O Pyrrolidinium ion Chemical compound C1CC[NH2+]C1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 9
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 9
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- BMQZYMYBQZGEEY-UHFFFAOYSA-M 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride Chemical compound [Cl-].CCN1C=C[N+](C)=C1 BMQZYMYBQZGEEY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- IQQRAVYLUAZUGX-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCCCN1C=C[N+](C)=C1 IQQRAVYLUAZUGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1 NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WWVMHGUBIOZASN-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-prop-2-enylimidazol-1-ium Chemical compound CN1C=C[N+](CC=C)=C1 WWVMHGUBIOZASN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910013618 LiCl—KCl Inorganic materials 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N Methanesulfonic acid Chemical compound CS(O)(=O)=O AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- NEUSVAOJNUQRTM-UHFFFAOYSA-N cetylpyridinium Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC[N+]1=CC=CC=C1 NEUSVAOJNUQRTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 150000004693 imidazolium salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-n-(trifluoromethylsulfonyl)methanesulfonamide Chemical compound FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F ZXMGHDIOOHOAAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JGTNAGYHADQMCM-UHFFFAOYSA-M 1,1,2,2,3,3,4,4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F JGTNAGYHADQMCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WLQRTXOOEGUPJY-UHFFFAOYSA-M 1,3-dimethylimidazol-1-ium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound CN1C=C[N+](C)=C1.[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F WLQRTXOOEGUPJY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- HVVRUQBMAZRKPJ-UHFFFAOYSA-N 1,3-dimethylimidazolium Chemical compound CN1C=C[N+](C)=C1 HVVRUQBMAZRKPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HGIKIBHZIYNEKO-UHFFFAOYSA-N 1-benzyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium Chemical compound C1=C[N+](C)=C(C)N1CC1=CC=CC=C1 HGIKIBHZIYNEKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IGMDWBVAFXPPAX-UHFFFAOYSA-M 1-benzyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium iodide Chemical compound [I-].C(C1=CC=CC=C1)[N+]1=C(N(C=C1)C)C IGMDWBVAFXPPAX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- CVXAKXJIEQZVOZ-UHFFFAOYSA-N 1-benzyl-3-ethyl-2-methylimidazol-1-ium Chemical compound CCN1C=C[N+](CC=2C=CC=CC=2)=C1C CVXAKXJIEQZVOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFTLOBHRWJELSF-UHFFFAOYSA-M 1-benzyl-3-ethyl-2-methylimidazol-1-ium iodide Chemical compound [I-].C(C)[N+]1=C(N(C=C1)CC1=CC=CC=C1)C WFTLOBHRWJELSF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- TYOCDPIZUIQUSO-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-2,3-dimethyl-2h-imidazole Chemical compound CCCCN1C=CN(C)C1C TYOCDPIZUIQUSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUAXVBUVQVRIIQ-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium Chemical compound CCCCN1C=C[N+](C)=C1C XUAXVBUVQVRIIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LHGYPGGWEQFVEO-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3,4-dimethylpyridin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1=CC=C(C)C(C)=C1 LHGYPGGWEQFVEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYQBXZWLDZWFCI-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3,5-dimethylpyridin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1=CC(C)=CC(C)=C1 FYQBXZWLDZWFCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DADKKHHMGSWSPH-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-methylpyridin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1=CC=CC(C)=C1 DADKKHHMGSWSPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NNLHWTTWXYBJBQ-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-4-methylpyridin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1=CC=C(C)C=C1 NNLHWTTWXYBJBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- REACWASHYHDPSQ-UHFFFAOYSA-N 1-butylpyridin-1-ium Chemical compound CCCC[N+]1=CC=CC=C1 REACWASHYHDPSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IRGDPGYNHSIIJJ-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1C IRGDPGYNHSIIJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GITMVCYKHULLDM-UHFFFAOYSA-M 1-ethyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium;bromide Chemical compound [Br-].CCN1C=C[N+](C)=C1C GITMVCYKHULLDM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OIDIRWZVUWCCCO-UHFFFAOYSA-N 1-ethylpyridin-1-ium Chemical compound CC[N+]1=CC=CC=C1 OIDIRWZVUWCCCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DCLKMMFVIGOXQN-UHFFFAOYSA-N 1-hexadecyl-3-methylimidazol-3-ium Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 DCLKMMFVIGOXQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCPPLZJPPBIWRU-UHFFFAOYSA-M 1-hexadecyl-3-methylimidazol-3-ium;chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 ZCPPLZJPPBIWRU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- SWWLEHMBKPSRSI-UHFFFAOYSA-N 1-hexyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium Chemical compound CCCCCCN1C=C[N+](C)=C1C SWWLEHMBKPSRSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NCTQEXWJEPRHLV-UHFFFAOYSA-M 1-hexyl-2,3-dimethylimidazol-3-ium;chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCN1C=C[N+](C)=C1C NCTQEXWJEPRHLV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- AMKUSFIBHAUBIJ-UHFFFAOYSA-N 1-hexylpyridin-1-ium Chemical compound CCCCCC[N+]1=CC=CC=C1 AMKUSFIBHAUBIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGLIVJFAKNJZRE-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-1-propylpiperidin-1-ium Chemical compound CCC[N+]1(C)CCCCC1 OGLIVJFAKNJZRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YQFWGCSKGJMGHE-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-1-propylpyrrolidin-1-ium Chemical compound CCC[N+]1(C)CCCC1 YQFWGCSKGJMGHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MMJMYYUZGLJBST-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-octadecylimidazol-1-ium Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 MMJMYYUZGLJBST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LCXGSWXECDJESI-UHFFFAOYSA-M 1-methyl-3-octadecylimidazol-1-ium;chloride Chemical compound [Cl-].CCCCCCCCCCCCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 LCXGSWXECDJESI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BMKLRPQTYXVGNK-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-3-tetradecylimidazol-1-ium Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 BMKLRPQTYXVGNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical compound [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GSBKRFGXEJLVMI-UHFFFAOYSA-N Nervonyl carnitine Chemical compound CCC[N+](C)(C)C GSBKRFGXEJLVMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-N Piperidine Chemical class C1CCNCC1 NQRYJNQNLNOLGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical class C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N Pyrrolidine Chemical class C1CCNC1 RWRDLPDLKQPQOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- NFMAZVUSKIJEIH-UHFFFAOYSA-N bis(sulfanylidene)iron Chemical compound S=[Fe]=S NFMAZVUSKIJEIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BCFSVSISUGYRMF-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(dioxo)chromium;dihydrate Chemical compound O.O.[Ca+2].[O-][Cr]([O-])(=O)=O BCFSVSISUGYRMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940115457 cetyldimethylethylammonium bromide Drugs 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- BXHHZLMBMOBPEH-UHFFFAOYSA-N diethyl-(2-methoxyethyl)-methylazanium Chemical compound CC[N+](C)(CC)CCOC BXHHZLMBMOBPEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJOFIRSIYJDPSC-UHFFFAOYSA-N diethyl-di(propan-2-yl)azanium Chemical compound CC[N+](CC)(C(C)C)C(C)C IJOFIRSIYJDPSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZAYXJCENRGIM-UHFFFAOYSA-J dipotassium;tetrabromoplatinum(2-) Chemical compound [K+].[K+].[Br-].[Br-].[Br-].[Br-].[Pt+2] AXZAYXJCENRGIM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- VUFOSBDICLTFMS-UHFFFAOYSA-M ethyl-hexadecyl-dimethylazanium;bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)CC VUFOSBDICLTFMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BCUPRSGLHYWGKH-UHFFFAOYSA-N ethyl-methyl-di(propan-2-yl)azanium Chemical compound CC[N+](C)(C(C)C)C(C)C BCUPRSGLHYWGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- PISCILXZPLTTFP-UHFFFAOYSA-N heptyl(trimethyl)azanium Chemical compound CCCCCCC[N+](C)(C)C PISCILXZPLTTFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 229910000339 iron disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- HCQWRNRRURULEY-UHFFFAOYSA-L lithium;potassium;dichloride Chemical compound [Li+].[Cl-].[Cl-].[K+] HCQWRNRRURULEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- ZUZLIXGTXQBUDC-UHFFFAOYSA-N methyltrioctylammonium Chemical compound CCCCCCCC[N+](C)(CCCCCCCC)CCCCCCCC ZUZLIXGTXQBUDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910001487 potassium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000005621 tetraalkylammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N tetrabutylammonium Chemical compound CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC DZLFLBLQUQXARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBXCPBUEXACCNR-UHFFFAOYSA-N tetraethylammonium Chemical compound CC[N+](CC)(CC)CC CBXCPBUEXACCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QEMXHQIAXOOASZ-UHFFFAOYSA-N tetramethylammonium Chemical compound C[N+](C)(C)C QEMXHQIAXOOASZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUUGQCFOXDPEHS-UHFFFAOYSA-M tributyl(hexyl)azanium trifluoromethanesulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F.CCCCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC WUUGQCFOXDPEHS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Abstract
Description
本発明は、一対の分極性電極と、溶融塩からなる電解質界面とで形成される熱起動型溶融塩キャパシタに関し、特に前記キャパシタへ電気エネルギーを蓄積させた状態で溶融塩を固化させることにより、必要な時、前記溶融塩を再溶融させて蓄積された電気エネルギーを取り出すことが可能なキャパシタに関する。 The present invention relates to a thermally activated molten salt capacitor formed by a pair of polarizable electrodes and an electrolyte interface composed of a molten salt, and in particular, by solidifying the molten salt in a state where electric energy is accumulated in the capacitor, The present invention relates to a capacitor that can re-melt the molten salt and take out the stored electric energy when necessary.
電気二重層キャパシタは、活性炭等の分極性電極と、電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電気エネルギーを利用するコンデンサである。比較的大きい電気容量を瞬時に充放電できるため、鉛蓄電池やニッケル水素電池、リチウム電池などの二次電池と比較して、高出力時において安定した特性を有し、繰り返して使用しても劣化が極めて少ない等の特長を有している。 The electric double layer capacitor is a capacitor that uses electric energy accumulated in an electric double layer formed at an interface between a polarizable electrode such as activated carbon and an electrolytic solution. Compared with secondary batteries such as lead-acid batteries, nickel-metal hydride batteries, and lithium batteries, it has stable characteristics at high output and can be deteriorated even after repeated use because it can charge and discharge a relatively large electric capacity instantly. Has very few features.
電気二重層キャパシタは、表面積の大きい分極性電極と、それらに接触する電解液、分極性電極間の電気的絶縁を保つセパレータによって構成されている。電解液としては、硫酸などの水溶液や、4級アンモニウム塩を支持塩とする有機溶媒等が用いられる。このような電気二重層キャパシタの静電容量は、分極性電極の表面積に比例するので、分極性電極としては、通常、高い表面積を有する活性炭や活性炭素繊維の成形品が用いられる。電気二重層の容量は、1cm2あたり数十μFであるが、数千〜数万m2という高い表面積を持つ炭素電極を用いることにより、数百〜数千Fの極めて大きな容量を得ることが可能である。 The electric double layer capacitor is composed of a polarizable electrode having a large surface area, an electrolyte that contacts the polarizable electrode, and a separator that maintains electrical insulation between the polarizable electrodes. As the electrolytic solution, an aqueous solution such as sulfuric acid or an organic solvent using a quaternary ammonium salt as a supporting salt is used. Since the capacitance of such an electric double layer capacitor is proportional to the surface area of the polarizable electrode, the polarizable electrode is usually a molded product of activated carbon or activated carbon fiber having a high surface area. The electric double layer has a capacity of several tens of μF per 1 cm 2 , but an extremely large capacity of several hundred to several thousand F can be obtained by using a carbon electrode having a high surface area of several thousand to several tens of thousands m 2. Is possible.
しかし、一般的な電気二重層キャパシタのエネルギー密度は現状で5〜8Wh/kg程度であるのに対し、例えば、リチウムイオン電池が現状で100〜150Wh/kg、NAS電池が現状で100〜120Wh/kgであり、電気二重層キャパシタの20〜30倍以上の能力を有している。これは、使用する分極性電極の表面積を増加させたり、電解液の支持塩を変えるなどといった改善だけでは克服し難い差である。従って、体積を増大させて容量を増やしたとしても、二次電池としてはエネルギー密度が低すぎるために、本格的な電力貯蔵への使用には不向きといえる。
However, the energy density of a general electric double layer capacitor is currently about 5 to 8 Wh / kg, whereas, for example, a lithium ion battery is currently 100 to 150 Wh / kg, and a NAS battery is currently 100 to 120 Wh / kg. kg and has a
これに対し本発明者等は、電解液としてアルカリハライド等の溶融塩を用いて高温で作動させる電気二重層キャパシタでは、硫酸などの水溶液や有機溶媒を用いて室温で作動させる場合に比べ、極めて大きい容量を発現できることを確認しており、10倍以上にまで静電容量を増大できるという報告もある(例えば、特許文献1)。 On the other hand, the inventors of the present invention, in an electric double layer capacitor that operates at a high temperature using a molten salt such as an alkali halide as an electrolytic solution, is extremely compared with a case where it is operated at room temperature using an aqueous solution such as sulfuric acid or an organic solvent. It has been confirmed that a large capacity can be expressed, and there is a report that the electrostatic capacity can be increased to 10 times or more (for example, Patent Document 1).
従って、電解液に溶融塩を用いる高温作動型の電気二重層キャパシタは、上記のリチウムイオン電池や、同じく300〜350℃の高温領域で作動させるNAS電池と比べても、遜色ないエネルギー密度を得られる可能性が高く、本格的な電力貯蔵にも利用できることになる。 Therefore, a high-temperature operation type electric double layer capacitor using a molten salt as an electrolytic solution has an energy density comparable to that of the above-described lithium ion battery or a NAS battery operated in a high temperature region of 300 to 350 ° C. It can be used for full-scale power storage.
一方、同じく溶融塩を用いる高温作動型の電池として、熱電池がある。熱電池とは、正極活物質にクロム酸カルシウムや二硫化鉄などを、負極活物質にカルシウムやリチウムなどを、また電解質には塩化リチウム−塩化カリウムなどの溶融塩を用いる電池である。熱電池は貯蔵型電池の一種であり、電解質塩が溶融しない限り、電池反応は進行せず、貯蔵中の自己放電も実用上皆無である。このため、5〜10年またはそれ以上の期間貯蔵した後でも、製造直後と同じ電池特性を発揮することができる。 On the other hand, there is a thermal battery as a high-temperature operation type battery using the molten salt. A thermal battery is a battery that uses calcium chromate or iron disulfide as a positive electrode active material, calcium or lithium as a negative electrode active material, and a molten salt such as lithium chloride-potassium chloride as an electrolyte. A thermal battery is a type of storage battery, and unless the electrolyte salt melts, the battery reaction does not proceed, and there is practically no self-discharge during storage. For this reason, even after storing for a period of 5 to 10 years or more, the same battery characteristics as those immediately after manufacture can be exhibited.
また、熱電池は高温作動であることから、水溶液や有機溶媒などを用いる室温作動の電池に比べて電極反応が格段に速く進行するため、優れた大電流放電特性を有する。このような特性を活かして、ロケットなどで使用される宇宙開発関連機器や、誘導機器といった各種防衛機器の電源や緊急用電源として好適に用いられている。 In addition, since the thermal battery operates at a high temperature, the electrode reaction proceeds much faster than a battery operated at room temperature using an aqueous solution, an organic solvent, or the like, and thus has excellent large current discharge characteristics. Taking advantage of these characteristics, it is suitably used as a power source for emergency development and various defense equipment such as space development-related equipment used in rockets and induction equipment.
しかし、近年、上記のような機器の高性能化に伴い、熱電池に対するエネルギー密度の向上、並びに複数回の使用に耐えうる(再加熱型)熱電池の開発が求められている。 However, in recent years, with the improvement in the performance of the above-described devices, there is a demand for the development of a thermal battery that can withstand the use of a plurality of times (improved energy density and thermal battery).
熱電池の容量は、カルシウム系で10Wh/kg、リチウム系で40Wh/kg程度であり、これ以上の大幅な改善は望めないと考えられる。また、リチウム/硫化鉄系熱電池の場合に限り外部電源により再充電できる場合もあるが、通常の二次電池のように繰り返しの充放電に耐えられるような熱電池は未だ開発されていない。 The capacity of the thermal battery is about 10 Wh / kg for the calcium type and about 40 Wh / kg for the lithium type, and it is considered that no further significant improvement can be expected. In some cases, the lithium / iron sulfide thermal battery can be recharged by an external power source. However, a thermal battery that can withstand repeated charging and discharging like a normal secondary battery has not yet been developed.
これに対し、溶融塩を電解液に用いる電気二重層キャパシタは、上述したように大規模電力貯蔵にも利用しうる高いエネルギー密度と、電気二重層キャパシタ特有の高出力特性と高いサイクル寿命の観点から、熱電池の性能を大きく凌駕する電源デバイスとして、熱電池の用途にマッチングできる可能性が高い。 In contrast, an electric double layer capacitor using a molten salt as an electrolyte solution has a high energy density that can be used for large-scale power storage as described above, a high output characteristic peculiar to an electric double layer capacitor, and a high cycle life. Therefore, it is highly possible to match the use of the thermal battery as a power device that greatly exceeds the performance of the thermal battery.
しかしながら、これまでの溶融塩を用いる高温作動型のキャパシタでは、これを使用するにあたり、電解質である塩を常に溶融させた状態に保つ必要があると考えられたために、短期〜長期の大規模な電力貯蔵や、熱電池用途のようなパルス的な使用に対しても、これまで適用されることはなかった。
そこで、本発明は、溶融塩を用いた高温作動型のキャパシタにおいて、短期〜長期の大規模な電力貯蔵や熱電池用途のようなパルス的な使用に対しても適用することができ、そして、必要とする時にキャパシタに蓄積された電気エネルギーを任意に取り出すことができる熱起動型溶融塩キャパシタを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can be applied to a high-temperature operation type capacitor using a molten salt for a pulsed use such as short-term to long-term large-scale power storage and thermal battery use, and It is an object of the present invention to provide a thermally activated molten salt capacitor that can arbitrarily take out electrical energy stored in a capacitor when needed.
本発明者等は、このような溶融塩を用いる高温作動型のキャパシタにおいて、充電が完了した状態を維持しつつ、電解質である溶融塩を冷却固化させた場合、再度加熱することで固化した塩を再度溶融させても、固化する前の充電状態を維持していることを見出し、本発明の熱起動型溶融塩キャパシタを完成させた。 In the high-temperature operation type capacitor using such a molten salt, the inventors of the present invention maintained a state where charging was completed, and when the molten salt as an electrolyte was cooled and solidified, the salt solidified by heating again. It was found that the state of charge before solidification was maintained even when the was melted again, and the thermally activated molten salt capacitor of the present invention was completed.
本発明における熱起動型溶融塩キャパシタの作動原理や構造は、一般的な溶融塩を用いる電気二重層キャパシタのそれと同じであり、電解質塩が溶融状態である間は、通常の高温作動型の大容量キャパシタとして作動する。 The operating principle and structure of the heat start type molten salt capacitor in the present invention is the same as that of an electric double layer capacitor using a general molten salt, and while the electrolyte salt is in a molten state, it is large in the normal high temperature operation type. Operates as a capacitive capacitor.
ここで、充電した状態を維持しつつ電解質塩を冷却した場合、充電状態の電気二重層の構造を維持しつつ塩が固化する。再度加熱する際も、充電状態を維持しつつ電解質塩が溶融するので、充電した電力を必要な時に取り出すことができる。 Here, when the electrolyte salt is cooled while maintaining the charged state, the salt solidifies while maintaining the structure of the charged electric double layer. When heating again, the electrolyte salt melts while maintaining the charged state, so that the charged power can be taken out when necessary.
電解質塩が常温で固体である間は導電性を有しないので、デバイス自体は不活性であり長期間の保存に耐えうることは、熱電池と同じである。熱電池では一度きりの使用で使い捨てられる場合がほとんどであるが、熱起動型溶融塩キャパシタでは、デバイスを回収できれば、何度でも再充電・再使用が可能である。 Since the electrolyte salt is not conductive while the electrolyte salt is solid at room temperature, the device itself is inactive and can withstand long-term storage in the same way as a thermal battery. In most cases, a thermal battery is disposable after being used once, but a heat-activated molten salt capacitor can be recharged and reused as many times as the device can be recovered.
また、デバイスに用いる材質の選択や、固化、再溶融させる際に問題となるパッケージングに関するノウハウは、熱電池の開発で得られているものを全て転用できるので、例えば、現在熱電池として製造されているものの電極部分だけを、多孔質炭素電極に換えるだけで、熱起動型溶融塩キャパシタとして使用できる。 In addition, the know-how related to packaging, which is a problem when selecting the material used for the device, solidifying, and remelting, can be diverted from everything obtained in the development of thermal batteries. For example, it is currently manufactured as a thermal battery. However, it can be used as a thermally activated molten salt capacitor by replacing only the electrode portion with a porous carbon electrode.
すなわち、本発明により、溶融塩を用いる電気二重層キャパシタの高い電力貯蔵能力と高出力特性、並びに熱電池のように長期間でも高効率に電力を貯蔵できる能力を併せ持つ、画期的な電力貯蔵デバイスを作製することができるようになる。 In other words, according to the present invention, a revolutionary power storage that combines the high power storage capability and high output characteristics of an electric double layer capacitor using a molten salt, and the ability to store power efficiently over a long period of time, such as a thermal battery. The device can be manufactured.
具体的には、請求項1に記載の発明は、一対の分極性電極と、溶融塩からなる電解質界面とで形成される熱起動型溶融塩キャパシタであって、前記キャパシタへ電気エネルギーを蓄積させた状態で前記溶融塩を固化させたことを特徴とする前記キャパシタである。また、請求項2に記載の発明は、一対の分極性電極と、溶融塩からなる電解質界面とで形成される熱起動型溶融塩キャパシタであって、前記溶融塩は前記キャパシタへ電気エネルギーを蓄積させた状態で固化されており、かつ、前記溶融塩を再溶融させることにより蓄積された電気エネルギーを取り出すことが可能な前記キャパシタである。
Specifically, the invention described in
請求項1及び2に記載の発明によれば、熱起動型溶融塩キャパシタの作動原理及び構造は一般的な溶融塩を用いる電気二重層キャパシタのそれと同じであるため、電解質塩が溶融状態である間は、通常の高温作動型の大容量キャパシタとして作動する。しかしながら、充電した状態を維持しつつ電解質塩を冷却した場合、充電状態の電気二重層の構造を維持したままの状態で電解質塩が固化する。したがって、再度加熱する際も、充電状態を維持したままで電解質塩が溶融するので、充電した電力を必要な時に取り出すことができる。 According to the first and second aspects of the present invention, the operating principle and structure of the thermally activated molten salt capacitor is the same as that of an electric double layer capacitor using a general molten salt, so that the electrolyte salt is in a molten state. In the meantime, it operates as a normal high-temperature operation type large capacity capacitor. However, when the electrolyte salt is cooled while maintaining the charged state, the electrolyte salt is solidified while maintaining the structure of the charged electric double layer. Therefore, when heating again, the electrolyte salt melts while maintaining the charged state, so that the charged power can be taken out when necessary.
すなわち、本発明による熱起動型溶融塩キャパシタでは、デバイスを回収できれば、何度でも再充電・再使用が可能であり、溶融塩を用いる電気二重層キャパシタの高い電力貯蔵能力と高出力特性、並びに熱電池のように長期間でも高効率に電力を貯蔵できる能力を併せ持つ、電力貯蔵デバイスを作製することができるようになる。 That is, in the thermally activated molten salt capacitor according to the present invention, as long as the device can be recovered, it can be recharged and reused any number of times. The high power storage capability and high output characteristics of the electric double layer capacitor using the molten salt, and An electric power storage device having a capability of storing electric power with high efficiency even for a long time like a thermal battery can be manufactured.
請求項3に記載の発明は、分極性電極間の短絡を防止するために、キャパシタの電解質の中にセパレータを配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載のキャパシタである。 A third aspect of the present invention is the capacitor according to the first or second aspect, wherein a separator is disposed in the electrolyte of the capacitor in order to prevent a short circuit between the polarizable electrodes.
請求項3に記載の発明によれば、一対の分極性電極間の距離が非常に狭い場合であっても接触による分極性電極間の短絡を防止することができるため、極めてコンパクトなセル構造を有する熱起動型溶融塩キャパシタを提供することができる。 According to the third aspect of the present invention, even when the distance between the pair of polarizable electrodes is very narrow, a short circuit between the polarizable electrodes due to contact can be prevented. It is possible to provide a thermally activated molten salt capacitor having the above.
請求項4に記載の発明は、溶融塩に、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ土類金属硝酸塩から選ばれた1または2以上の化合物を使用したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のキャパシタである。また、請求項5に記載の発明は、前記請求項4に記載された発明のさらに好ましい例としてアルカリ金属ハロゲン化物に、LiF、NaF、KF、RbF、CsF、LiCl、NaCl、KCl、RbCl、CsCl、LiBr、NaBr、KBr、RbBr、CsBr、LiI、NaI、KI、RbI、CsIから選ばれた1または2以上の化合物を使用したことを特徴とする請求項4に記載のキャパシタである。
According to the invention described in
請求項4及び5に記載の発明によれば、電解質である上記溶融塩の固化および再溶融を繰り返した場合でも、極めて安定した充放電が可能な熱起動型溶融塩キャパシタを提供することができる。 According to the fourth and fifth aspects of the present invention, it is possible to provide a thermally activated molten salt capacitor capable of extremely stable charge and discharge even when the molten salt that is an electrolyte is repeatedly solidified and remelted. .
請求項6に記載の発明は、溶融塩に、LiCl:KCl=35mol%〜100mol%:65mol%〜0mol%組成比のアルカリ金属ハロゲン化物を使用したことを特徴とする請求項5に記載のキャパシタである。また、請求項7に記載の発明は、前記請求項6に記載の発明のさらに好ましい例として溶融塩に、LiCl:KCl=55mol%〜65mol%:45mol%〜35mol%組成比のアルカリ金属ハロゲン化物を使用したことを特徴とする請求項6に記載のキャパシタである。
The invention described in
請求項6及び7に記載の発明によれば、溶融塩と分極性電極とが十分に馴染むことにより、極めて大容量の電荷を蓄積することができ、かつ、充電・冷却および溶融・放電サイクルを繰り返した場合であっても安定した電圧を生じることができる、サイクル特性に優れた熱起動型溶融塩キャパシタを提供することができる。
According to the inventions described in
また、請求項8に記載の発明は、溶融塩に、LiCl:KCl:CsCl=55mol%〜65mol%:10mol%〜15mol%:20mol%〜30mol%組成比のアルカリ金属ハロゲン化物を使用したことを特徴とする請求項6に記載のキャパシタであって、この組成比を有する溶融塩は低融点のため、より低温での作動が可能になる。
The invention described in
請求項9及び10に記載の発明は、上述された請求項6及び7に記載の発明の他の好ましい例である。このうち、請求項9に記載の発明は、溶融塩に、LiBr:KBr=35mol%〜100mol%:65mol%〜0mol%組成比のアルカリ金属ハロゲン化物を使用したことを特徴とする請求項5に記載のキャパシタであり、請求項10に記載の発明は、前記請求項9に記載の発明のさらに好ましい例として溶融塩に、LiBr:KBr=60mol%〜70mol%:40mol%〜30mol%組成比のアルカリ金属ハロゲン化物を使用したことを特徴とする請求項9に記載のキャパシタである。
The invention described in
請求項9及び10に記載の発明によれば、請求項6及び7に記載された発明と同様に、溶融塩と分極性電極とが十分に馴染むことにより極めて大容量の電荷を蓄積することができ、かつ、充電・冷却および溶融・放電サイクルを繰り返した場合であっても安定した電圧を生じることができる、サイクル特性に優れた熱起動型溶融塩キャパシタを提供することができる。 According to the ninth and tenth aspects of the invention, similar to the sixth and seventh aspects of the invention, the molten salt and the polarizable electrode are sufficiently adapted to accumulate a very large amount of charge. In addition, it is possible to provide a thermally activated molten salt capacitor excellent in cycle characteristics that can generate a stable voltage even when charging / cooling and melting / discharging cycles are repeated.
また、請求項11に記載の発明は、溶融塩に、LiBr:KBr:CsBr=50mol%〜60mol%:15mol%〜20mol%:20mol%〜30mol%組成比のアルカリ金属ハロゲン化物を使用したことを特徴とする請求項6に記載のキャパシタであって、この組成比を有する溶融塩は低融点のため、より低温での作動が可能になる。
The invention according to
請求項12に記載の発明は、アルカリ土類金属ハロゲン化物に、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2、MgBr2、CaBr2、SrBr2、BaBr2、MgI2、CaI2、SrI2、BaI2から選ばれた1または2以上の化合物を使用したことを特徴とする請求項4に記載のキャパシタである。
The invention according to
請求項12に記載の発明によれば、請求項5に記載された発明と同様に、電解質である上記溶融塩の固化および再溶融を繰り返した場合でも、極めて安定した充放電が可能な熱起動型溶融塩キャパシタを提供することができる。
According to the invention described in
請求項13ないし15に記載の発明によれば、溶融塩として融点が40℃以上の窒素のオニウム塩を使用したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のキャパシタが提供される。
According to the invention of any one of
1.熱起動型溶融塩キャパシタ
本発明による熱起動型溶融塩キャパシタの詳細について、以下に説明する。本発明による熱起動型溶融塩キャパシタは、再起動させる場合の熱源については特に制限されず、工場廃熱等の供給変動の少ないものも利用できるが、好ましくは、太陽熱等の供給熱量が周期的に変化するもの、あるいは熱電池に用いられる熱ペレット(鉄粉と過塩素酸カリウムの混合物)のように使い捨ての熱源を用いるのが良い。
1. Thermally activated molten salt capacitor Details of the thermally activated molten salt capacitor according to the present invention will be described below. The heat-start type molten salt capacitor according to the present invention is not particularly limited as to the heat source in the case of restarting, and those having less supply fluctuation such as factory waste heat can be used, but preferably the supply heat amount such as solar heat is periodic. It is preferable to use a disposable heat source such as one that changes to 1 or a heat pellet (a mixture of iron powder and potassium perchlorate) used in a thermal battery.
再起動させる際の活性化時間についても特に制限は無く、使用するキャパシタの容量や電解質塩の種類、あるいは電力必要性の緊急度に応じて適宜決定すれば良い。 There is no restriction | limiting in particular also about the activation time at the time of making it restart, What is necessary is just to determine suitably according to the capacity | capacitance of the capacitor to be used, the kind of electrolyte salt, or the urgency of electric power necessity.
熱起動型溶融塩キャパシタの構造についても特に制限されず、単セルで用いても、要求出力電圧に応じて直列積層して用いても良い。 The structure of the thermally activated molten salt capacitor is not particularly limited, and may be used as a single cell or may be stacked in series according to the required output voltage.
電解質塩が固化させて長期保存する場合には、電解質塩が吸湿しないように気密保持する必要があるが、これについても従来の熱電池と同じである。熱電池によく見られるカップ電池のようにセル全体をカップの中に保持しても良いし、ペレット電池のように電池構成要素をペレット化しても良い。 When the electrolyte salt is solidified and stored for a long period of time, it must be kept airtight so that the electrolyte salt does not absorb moisture. This is also the same as the conventional thermal battery. The entire cell may be held in a cup like a cup battery often found in thermal batteries, or battery components may be pelletized like a pellet battery.
2.分極性電極
分極性電極としては、粉末状の通常の活性炭を適当なバインダと混合し、プレス成型または圧延ロールによって成型したものや、フェノール系、レーヨン系、ピッチ系等の活性炭素繊維からなるフェルトやペーパー、多孔質の金属(例えばラネー金属)、希土類酸化物や、導電性基板上にカーボンを蒸着や溶融塩めっきによりコーティングしたものなどが使用でき、表面積が大きい活性炭や、溶融塩を充填した状態で得られる溶融塩めっきカーボンを使用するのが好ましい。ただし、使用する溶融塩と化学的な反応を起こしたり、充放電時に溶出したり、溶融塩の熱により劣化するような材料は使用できない。
2. Polarized electrode As the polarizable electrode, powdered normal activated carbon is mixed with an appropriate binder and molded by press molding or rolling roll, or activated carbon such as phenol, rayon, pitch, etc. Felt and paper made of fiber, porous metal (for example, Raney metal), rare earth oxide, and carbon coated on a conductive substrate by vapor deposition or molten salt plating can be used. It is preferable to use molten salt-plated carbon obtained in a state filled with salt. However, materials that cause a chemical reaction with the molten salt to be used, are eluted during charging / discharging, or deteriorate due to the heat of the molten salt cannot be used.
電解質塩を冷却する際には、充電が完了した状態を維持しつつ固化させる。この冷却過程は、充電時の2枚の分極性電極間の電圧を維持しつつ行っても良いし、充電完了後に開回路状態にして行っても良い。ただし、数十秒〜数分オーダーのような単時間での冷却を行う場合以外は、開回路状態での自己放電現象による貯蔵電力量のロスを防ぐために、前者による方が好ましい。 When the electrolyte salt is cooled, it is solidified while maintaining the state where the charging is completed. This cooling process may be performed while maintaining the voltage between the two polarizable electrodes during charging, or may be performed in an open circuit state after completion of charging. However, the former method is preferable in order to prevent loss of stored power due to the self-discharge phenomenon in the open circuit state except when cooling in a single time such as several tens of seconds to several minutes.
セパレータ
2枚の分極性電極が接触し短絡するのを防ぐために、絶縁性のセパレータを分極性電極間に挟み込む等により、両分極性電極を所定の間隔を隔てて対向させる。
In order to prevent the two polarizable electrodes from coming into contact with each other and causing a short circuit, the polarizable electrodes are opposed to each other with a predetermined interval, for example, by sandwiching an insulating separator between the polarizable electrodes.
セパレータとしては、使用温度域において溶融塩との化学反応や熱による劣化等を起こさない材料が好ましく、例えば多孔質性のアルミナやシリカ等であり、また、内部抵抗を極力低く抑えるために、セパレータ厚の薄いものを使用するのが望ましい。 As the separator, a material that does not cause chemical reaction with molten salt or deterioration due to heat in the operating temperature range is preferable. For example, porous alumina, silica, etc., and in order to keep internal resistance as low as possible, It is desirable to use a thin one.
溶融塩
本発明の高温作動型キャパシタで電解質として使用する溶融塩としては通常、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ土類金属硝酸塩などが使用されるが、特にアルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物が好ましい。
Molten salt The molten salt used as the electrolyte in the high-temperature operating capacitor of the present invention is usually an alkali metal halide, alkaline earth metal halide, alkali metal carbonate, alkaline earth metal carbonate, alkali metal. Sulfates, alkaline earth metal sulfates, alkali metal nitrates, alkaline earth metal nitrates and the like are used, and alkali metal halides and alkaline earth metal halides are particularly preferable.
アルカリ金属ハロゲン化物としては、LiF、NaF、KF、RbF、CsF、LiCl、NaCl、KCl、RbCl、CsCl、LiBr、NaBr、KBr、RbBr、CsBr、LiI、NaI、KI、RbI、CsI等が使用でき、アルカリ土類金属ハロゲン化物としては、MgF2、CaF2、SrF2、BaF2、MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2、MgBr2、CaBr2、SrBr2、BaBr2、MgI2、CaI2、SrI2、BaI2等が使用できる。
As the alkali metal halide, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, LiBr, NaBr, KBr, RbBr, CsBr, LiI, NaI, KI, RbI, CsI, etc. can be used. Examples of the
上記化合物は単独で使用することもできるし、二種以上を組み合わせて使用することもできる。これらの化合物の組み合わせ、組み合わせる化合物の数、混合比等も限定されず、好ましい作動温度域に応じて適宜選択することができる。 The said compound can also be used independently and can also be used in combination of 2 or more type. A combination of these compounds, the number of compounds to be combined, a mixing ratio, and the like are not limited, and can be appropriately selected according to a preferable operating temperature range.
本発明においては、LiCl及び/又はKClを溶融させたもの(LiCl:KCl=35mol%〜100mol%程度:65mol%〜0mol%程度、好ましくは55mol%〜65mol%程度:45mol%〜35mol%程度)、LiCl、KCl及びCsClを溶融させたもの(LiCl:KCl:CsCl=57.5:13.3:29.2mol%の共融組成が好ましいが、組成比がそれぞれ20%程度変化したものでもよい)、LiBr及び/又はKBrを溶融させたもの(LiBr:KBr=35mol%〜100mol%程度:65mol%〜0mol%程度、好ましくは60mol%〜70mol%程度:40mol%〜30mol%程度)、LiBr、KBr及びCsBrを溶融させたもの(LiBr:KBr:CsBr=56.1:18.9:25.0mol%の共融組成が好ましいが、組成比がそれぞれ20%程度変化したものでもよい)が好ましい。 In the present invention, LiCl and / or KCl melted (LiCl: KCl = about 35 mol% to 100 mol%: about 65 mol% to 0 mol%, preferably about 55 mol% to 65 mol%: about 45 mol% to 35 mol%) , LiCl, KCl, and CsCl melted (LiCl: KCl: CsCl = 57.5: 13.3: 29.2 mol% is preferable, but the composition ratio may be changed by about 20% each. ), LiBr and / or KBr melted (LiBr: KBr = about 35 mol% to 100 mol%: about 65 mol% to 0 mol%, preferably about 60 mol% to 70 mol%: about 40 mol% to 30 mol%), LiBr, What melted KBr and CsBr (LiBr: KBr: sBr = 56.1: 18.9: Although 25.0 mol% of the eutectic composition is preferred, the composition ratio may be obtained by changing each about 20%) are preferred.
電気化学の分野において「溶融塩」とは、固体状態ではイオンに解離していないが、溶融状態においてイオンに解離する塩を意味する。この意味で「溶融塩」にはこれまで説明した無機の溶融塩ばかりでなく、近年盛んに研究が行われている窒素のオニウム塩も含まれる。窒素のオニウム塩にはカチオン部分の構造によってテトラアルキルアンモニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピペリジニウム塩、ピロリジニウム塩などがある。窒素のオニウム塩(以下「4級アンモニウム塩等」と呼ぶこともある)の溶融塩が盛んに研究されているのはリチウム二次電池の電解質として使用される常温溶融塩、別名イオン性液体である。この場合は電池の使用温度である常温において液体であることが必要条件であるが、本発明の熱起動型溶融塩キャパシタの場合は常温で固体であることが必要条件である。このため4級アンモニウム塩等は、40℃以上、好ましくは60℃以上、最も好ましくは80℃以上の融点を持つものから選ばれる。 In the field of electrochemistry, “molten salt” means a salt that is not dissociated into ions in the solid state but dissociates into ions in the molten state. In this sense, the “molten salt” includes not only the inorganic molten salt described so far, but also the onium salt of nitrogen that has been actively studied in recent years. Nitrogen onium salts include tetraalkylammonium salts, imidazolium salts, pyridinium salts, piperidinium salts, pyrrolidinium salts, and the like depending on the structure of the cation moiety. Molten salts of nitrogen onium salts (sometimes referred to as “quaternary ammonium salts, etc.” below) are being studied actively at room temperature molten salts, also known as ionic liquids, used as electrolytes for lithium secondary batteries. is there. In this case, it is a necessary condition that it is liquid at room temperature, which is the use temperature of the battery. However, in the case of the thermally activated molten salt capacitor of the present invention, it is a necessary condition that it is solid at ordinary temperature. For this reason, the quaternary ammonium salt or the like is selected from those having a melting point of 40 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, and most preferably 80 ° C. or higher.
そのような4級アンモニウム塩等は、以下に例示するカチオンおよびアニオンから構成されるものが好ましいが、これらに限らない。 Such quaternary ammonium salts are preferably composed of cations and anions exemplified below, but are not limited thereto.
カチオン:
1,3−ジメチルイミダゾリウム(DMI)、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(EMI)、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム(BMI)、
1−アリル−3−メチルイミダゾリウム(AEI)、
1−アリル−3−ブチルイミダゾリウム(ABI)、
1,3−ジアリルイミダゾリウム(AAI)、
1,2−ジメチル−3−ベンジルイミダゾリウム、
1−エチル−2−メチル−3−ベンジルイミダゾリウム、
1−テトラデシル−3−メチルイミダゾリウム、
1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウム、
1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウム、
1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、
1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、
1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、
1−エチルピリジニウム、
1−ブチルピリジニウム、
1−ヘキシルピリジニウム、
1−ブチル−3−メチルピリジニウム、
1−ブチル−4−メチルピリジニウム、
1−ブチル−3,4−ジメチルピリジニウム、
1−ブチル−3,5−ジメチルピリジニウム、
N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウム、
N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウム、
メチルトリオクチルアンモニウム、
1−メチル−1−プロピルピペリジニウム、
1−メチル−1−プロピルピロリジニウム、
1−ブチル−1−メチルピロリジニウム
1−ヘキシル−1−メチルピロリジニウム
1−オクチル−1−メチルピロリジニウムなど。
Cation:
1,3-dimethylimidazolium (DMI),
1-ethyl-3-methylimidazolium (EMI),
1-butyl-3-methylimidazolium (BMI),
1-allyl-3-methylimidazolium (AEI),
1-allyl-3-butylimidazolium (ABI),
1,3-diallylimidazolium (AAI),
1,2-dimethyl-3-benzylimidazolium,
1-ethyl-2-methyl-3-benzylimidazolium,
1-tetradecyl-3-methylimidazolium,
1-hexadecyl-3-methylimidazolium,
1-octadecyl-3-methylimidazolium,
1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium,
1-butyl-2,3-dimethylimidazolium,
1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium,
1-ethylpyridinium,
1-butylpyridinium,
1-hexylpyridinium,
1-butyl-3-methylpyridinium,
1-butyl-4-methylpyridinium,
1-butyl-3,4-dimethylpyridinium,
1-butyl-3,5-dimethylpyridinium,
N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium,
N, N, N-trimethyl-N-propylammonium,
Methyltrioctylammonium,
1-methyl-1-propylpiperidinium,
1-methyl-1-propylpyrrolidinium,
1-butyl-1-methylpyrrolidinium 1-hexyl-1-methylpyrrolidinium 1-octyl-1-methylpyrrolidinium and the like.
アニオン:
F−,Cl−,Br−,I−,BF4 −,Pf6 −,(CF3SO2)2N−すなわちビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(TFSI),ペルフルオロまでフッ素で置換されることができる脂肪族、脂環族もしくは芳香族スルホネート、ペルフルオロまでフッ素で置換されることができる脂肪族、脂環族もしくは芳香族カルボキシレートなど。
Anion:
F − , Cl − , Br − , I − , BF 4 − , Pf 6 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N −, ie, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TFSI), perfluoro substituted with fluorine Aliphatic, alicyclic or aromatic sulfonates, aliphatic, alicyclic or aromatic carboxylates that can be substituted with fluorine up to perfluoro, and the like.
融点40℃以上のイミダゾリウム塩の好ましい具体例は、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(EMICl:mp=78℃)、ブロマイド(mp=74℃)、メタンスルホネート(mp=40℃)およびヘキサフルオロホスフェート(mp=62℃)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム(BMI)クロライド(mp=73℃)、ブロマイド(mp=57℃)およびメタンスルホネート(mp=77℃)、1,2−ジメチル−3−ベンジルイミダゾリウムアイオダイド(mp=153.5℃)、1−エチル−2−メチル−3−ベンジルイミダゾリウムアイオダイド(mp=115℃)、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(mp=65℃)、1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(mp=71℃)、1,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート(mp=43℃)、1−アリル−3−エチルイミダゾリウムブロマイド(mp=55℃)、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド(mp=105℃)、クロライド(mp=102℃)、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド(mp=141℃)、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド(mp=62℃)を含むがこれらに限られない。 Preferred specific examples of imidazolium salts having a melting point of 40 ° C. or higher include 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMICl: mp = 78 ° C.), bromide (mp = 74 ° C.), methanesulfonate (mp = 40 ° C.) and Hexafluorophosphate (mp = 62 ° C.), 1-butyl-3-methylimidazolium (BMI) chloride (mp = 73 ° C.), bromide (mp = 57 ° C.) and methanesulfonate (mp = 77 ° C.), 1,2 -Dimethyl-3-benzylimidazolium iodide (mp = 153.5 ° C.), 1-ethyl-2-methyl-3-benzylimidazolium iodide (mp = 115 ° C.), 1-hexadecyl-3-methylimidazolium Chloride (mp = 65 ° C.), 1-octadecyl-3-methylimidazolium chloride ( mp = 71 ° C.), 1,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate (mp = 43 ° C.), 1-allyl-3-ethylimidazolium bromide (mp = 55 ° C.), 1-butyl-2,3-dimethylimidazole Rium bromide (mp = 105 ° C.), chloride (mp = 102 ° C.), 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium bromide (mp = 141 ° C.), 1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium chloride (mp = 62 ° C.), but is not limited thereto.
融点40℃以上のテトラアルキルアンモニウム型4級塩の例は、テトラメチルアンモニウムTFSI(mp=133℃)、テトラエチルアンモニウムTFSI(mp=109℃)、テトラ−n−プロピルアンモニウムTFSI(mp=105℃)、テトラ−n−ブチルアンモニウムTFSI(mp=96℃)、N,N−ジエチル−N,N−ジ−イソプロピルアンモニウムTFSI(mp=148℃)、N−メチル−N−エチル−N,N−ジ−イソプロピルアンモニウムTFSI(mp=140℃)、N−ヘプチル−N,N,N−トリメチルアンモニウムトリフルオロメタンメタンスルホネート(mp=140℃)、N−ヘキシル−N,N,N−トリブチルアンモニウムトリフルオロメタンスルホネート(mp=72℃)、セチルジメチルエチルアンモニウムブロマイド(mp=178〜186℃)などがある。 Examples of tetraalkylammonium quaternary salts having a melting point of 40 ° C. or higher are tetramethylammonium TFSI (mp = 133 ° C.), tetraethylammonium TFSI (mp = 109 ° C.), and tetra-n-propylammonium TFSI (mp = 105 ° C.). , Tetra-n-butylammonium TFSI (mp = 96 ° C.), N, N-diethyl-N, N-di-isopropylammonium TFSI (mp = 148 ° C.), N-methyl-N-ethyl-N, N-di -Isopropylammonium TFSI (mp = 140 ° C), N-heptyl-N, N, N-trimethylammonium trifluoromethanemethanesulfonate (mp = 140 ° C), N-hexyl-N, N, N-tributylammonium trifluoromethanesulfonate ( mp = 72 ° C.), cetyldimethylethyl Ammonium bromide (mp = 178~186 ℃), and the like.
ピリジニウム型4級塩の例は、1−ヘキサデシルピリジニウムペルフルオロブタンスルホネート(mp=95℃)、1−ヘキサデシルピリジニウムパラトルエンスルホネート(mp=138℃)などがある。 Examples of pyridinium type quaternary salts include 1-hexadecylpyridinium perfluorobutane sulfonate (mp = 95 ° C.), 1-hexadecyl pyridinium paratoluene sulfonate (mp = 138 ° C.), and the like.
設定する温度は使用する塩の種類や、分極性電極によって異なるが、溶融した塩が分極性電極へ浸透し、細孔内にまで拡散するだけの低粘度が保たれる温度であればよい。また、充電時の印加電圧は、使用する溶融塩の分解電圧以下でなくてはならず、従って塩の種類や組み合わせ、組成は、分解電圧が高くとれるものが望ましい。 The temperature to be set varies depending on the type of salt to be used and the polarizable electrode, but may be any temperature that maintains a low viscosity so that the molten salt penetrates into the polarizable electrode and diffuses into the pores. Further, the applied voltage at the time of charging must be equal to or lower than the decomposition voltage of the molten salt to be used. Therefore, it is desirable that the salt type, combination and composition have a high decomposition voltage.
本発明によれば、溶融塩を用いた高温作動型のキャパシタにおいて、充電が完了した状態を維持しつつ、電解質である溶融塩を冷却固化させた場合、再度加熱することで固化した塩を再度溶融させても固化する前の充電状態を維持しているという新しい知見に基づく性質を利用して、短期〜長期の大規模な電力貯蔵や熱電池用途のようなパルス的な使用に対しても適用することができ、そして、必要とする時にキャパシタに蓄積された電気エネルギーを任意に取り出すことができる熱起動型溶融塩キャパシタを提供することができる。 According to the present invention, in a high temperature operation type capacitor using a molten salt, when the molten salt that is an electrolyte is cooled and solidified while maintaining a state where charging is completed, the salt solidified by heating again is re-applied. Utilizing the property based on the new knowledge of maintaining the state of charge before solidification even when melted, it can be used for short-term to long-term large-scale power storage and pulsed use such as thermal battery applications. It is possible to provide a thermally activated molten salt capacitor that can be applied and can arbitrarily take out the electrical energy stored in the capacitor when needed.
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、以下に示される実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the examples shown below, and various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.
図1は、片側の電極における分極挙動を調査するために、本発明による熱起動型溶融塩キャパシタを模擬した実施例1の実験操作を示すものであって、キャパシタに電気エネルギーを蓄積させる態様及び電気エネルギーを蓄積させた状態で溶融塩からなる電解質を固化させたり、若しくは固化された電解質を再溶解させる態様を示す。 FIG. 1 shows an experimental operation of Example 1 simulating a heat-started molten salt capacitor according to the present invention in order to investigate the polarization behavior of one electrode. An embodiment in which an electrolyte made of a molten salt is solidified in a state where electric energy is accumulated, or a solidified electrolyte is redissolved is shown.
アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、共晶組成に混合したLiCl−KClを400℃まで昇温し融解させた後、これを電解質10として冷却固化前後の高温キャパシタ特性を調べた。作用極には、Al基板上に溶融塩めっきにより作製した多孔質カーボン膜電極11を用い、対極12にはグラッシーカーボンを、参照極13にはAg+/Ag電極を用いて、三電極方式で測定を行った。
In a glove box under an argon atmosphere, LiCl—KCl mixed with a eutectic composition was heated to 400 ° C. and melted, and then this was used as an
Li+/Li電位基準で1.1V〜1.5Vの電位領域において、±50 mA(1,285mAg−1)でのカソード・アノード定電流電解を交互に繰り返し行った。図2は、±50 mAでの充電と放電の繰返しの間に、開回路電極電位の測定結果を示したものであ
るが、開回路電位測定の途中で、一旦カーボン電極11を浴から引き上げ、付着した電解質塩10が固化したことを確認した後に、再度浴10中に挿入するという操作を行っている。
Cathode-anode constant current electrolysis at ± 50 mA (1,285 mAg −1 ) was alternately and repeatedly performed in a potential region of 1.1 V to 1.5 V on the basis of the Li + / Li potential. FIG. 2 shows the measurement result of the open circuit electrode potential during repetition of charging and discharging at ± 50 mA. During the open circuit potential measurement, the
開回路電位の測定開始後、自己放電によるものと考えられる電位の変化が僅かながら見られる。ここで、浴10からカーボン電極11を引き上げたために測定が一時的に中断している。再度浴10中に挿入した後のカーボン電極11の電位は、引き上げ前と同じ値を示しており、その後放電を行うことができた。この結果から、浴10から引き上げた状態でも、充電完了時における電気二重層の構造が維持されており、その構造は、冷却固化、再溶融の過程を経ても開回路である限り変化しないことが分かった。
After the start of the measurement of the open circuit potential, there is a slight change in potential that can be attributed to self-discharge. Here, since the
図2の結果について、充電時・放電時のそれぞれの容量と、サイクル数との関係を図3に示す。2サイクル目以降、容量は安定し、約230Fg−1と極めて大きな値を示し続けており、充電・放電の間に浴10から取り出して電解質塩を固化させた影響は何ら見られない。
FIG. 3 shows the relationship between the respective capacities during charging and discharging and the number of cycles for the results of FIG. From the second cycle onward, the capacity is stable and continues to show an extremely large value of about 230 Fg −1, and there is no effect of solidifying the electrolyte salt by taking it out from the
また、図4は、充放電効率とサイクル数との関係を表している。1サイクル目では、電極11が溶融塩10と十分に馴染んでいないために、充放電効率はわずかながら小さい値となっているが、2サイクル目以降は、ほぼ100%の値を示した。
FIG. 4 shows the relationship between charge / discharge efficiency and the number of cycles. In the first cycle, since the
図5は、本発明による熱起動型溶融塩キャパシタに近似した実施例2の実験操作を示すものであって、キャパシタに電気エネルギーを蓄積させる態様及び電気エネルギーを蓄積させた状態で溶融塩からなる電解質を固化させたり、若しくは固化された電解質を再溶解させる態様を示す。 FIG. 5 shows an experimental operation of Example 2 that approximates a thermally activated molten salt capacitor according to the present invention, and is composed of a molten salt in a state where electric energy is accumulated in the capacitor and in a state where electric energy is accumulated. An embodiment in which the electrolyte is solidified or the solidified electrolyte is redissolved is shown.
図5から明らかなとおり、実施例2では、実施例1で使用した溶融塩めっきによるカーボン電極11と同様のもの2枚を用い、その他は実施例1と同じ電解質および同じ構造を有するセルを作製して測定を行った。
As is apparent from FIG. 5, in Example 2, a cell having the same electrolyte and the same structure as in Example 1 was prepared using the same two
図6は、±50mAで充放電を行った際の電極間の電圧変化を示しているが、ここでも、実施例1と同様に充電と放電の繰返しの間の開回路電圧測定時に、カーボン電極11を両極とも浴から引き上げ、電解質塩10が固化したことを確認した後に、再度浴10中に挿入するという操作を繰り返し行っている。
FIG. 6 shows the voltage change between the electrodes when charging / discharging at ± 50 mA. Here again, as in Example 1, the carbon electrode was measured during open circuit voltage measurement between repeated charging and discharging. 11 is pulled up from both baths, and after confirming that the
実施例1の結果と同様、再度浴10中に挿入した後のカーボン電極11両極間の電圧は、ほぼ同じ値を保っており、電解質塩が固化した間の電位変化は無いことが確認できた。同様の充電と放電の操作を5サイクル行ったが、ほぼ同様の挙動を示した。このことから、浴10から引き上げた状態でも、充電完了時における電気二重層構造が維持されており、これは冷却固化、再溶融の過程を経ても変化していないことが確認された。
Similar to the result of Example 1, the voltage between the
図6の結果について、充電時・放電時のそれぞれの単極容量と、サイクル数との関係を図7に示す。3サイクル目以降、容量は安定し、約210Fg−1と非常に大きな値を示し続けており、カーボン電極11の電極対を充電・放電の間に浴10から取り出して電解質塩を固化させた影響は何ら見られない。
FIG. 7 shows the relationship between the single-electrode capacity during charging and discharging and the number of cycles for the results shown in FIG. From the third cycle onward, the capacity is stable and continues to show a very large value of about 210 Fg −1, and the effect of solidifying the electrolyte salt by removing the electrode pair of the
また、図8は、充放電効率とサイクル数との関係を示している。2サイクル目までは、電極11が溶融塩10と十分に馴染んでいないために、充放電効率はわずかながら小さい値となっているが、3サイクル目以降は、ほぼ100%の値を示した。
FIG. 8 shows the relationship between charge / discharge efficiency and the number of cycles. Up to the second cycle, since the
電解質には100℃で溶融させた1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド(EMICl)を、電極には活性炭素繊維からなるカーボン電極2枚を用い、その他は実施例2と同じ構造を有するセルを作製して測定を行った。 A cell having the same structure as in Example 2 except that 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMICl) melted at 100 ° C. is used as an electrolyte, two carbon electrodes made of activated carbon fibers are used as electrodes, Was made and measured.
図9は、±10mAで充放電を行った際の電極間の電圧変化を示しているが、ここでも、実施例2と同様に充電と放電の繰返しの間の開回路電圧測定時に、カーボン電極を両極とも浴から引き上げ、電解質塩が固化したことを確認した後に、再度浴中に挿入するという操作を繰り返し行っている。 FIG. 9 shows the voltage change between the electrodes when charging / discharging at ± 10 mA. Here again, as in Example 2, the carbon electrode was measured during open circuit voltage measurement between charging and discharging. Both the electrodes are lifted from the bath, and after confirming that the electrolyte salt has solidified, the operation of inserting it again into the bath is repeated.
実施例1の結果と同様、再度浴中に挿入した後のカーボン電極11両極間の電圧は、ほぼ同じ値を保っており、電解質塩が固化した間の電位変化は無いことが確認できた。同様の充電と放電の操作を5サイクル行ったが、ほぼ同様の挙動を示した。このことから、電解質にEMIClを用いた場合でも、浴から引き上げた状態において、充電完了時における電気二重層構造が維持されており、これは冷却固化、再溶融の過程を経ても変化していないことが確認された。
Similar to the result of Example 1, the voltage between both electrodes of the
図9の結果について、充電時・放電時のそれぞれの単極容量と、サイクル数との関係を図10に示す。80Fg−1前後で容量は安定しており、カーボン電極の電極対を充電・放電の間に浴から取り出して電解質塩を固化させた影響は何ら見られない。 FIG. 10 shows the relationship between the single-electrode capacity during charging and discharging and the number of cycles for the results shown in FIG. The capacity is stable around 80 Fg −1 , and there is no effect of solidifying the electrolyte salt by removing the electrode pair of the carbon electrode from the bath during charging and discharging.
また、図11は、充放電効率とサイクル数との関係を示している。充放電効率は80%程度の値で安定しており、大きく変化する様子は見られない。充放電効率が比較的低い値となったが、これは溶融塩中に残存した水分等の不純物の影響によるものである。大きい充放電容量と高い充放電効率を維持するためには、水分のような不純物を予め十分に除去することが必要である。 FIG. 11 shows the relationship between charge / discharge efficiency and the number of cycles. The charge / discharge efficiency is stable at a value of about 80%, and there is no significant change. The charge / discharge efficiency was a relatively low value, which is due to the influence of impurities such as moisture remaining in the molten salt. In order to maintain a large charge / discharge capacity and high charge / discharge efficiency, it is necessary to sufficiently remove impurities such as moisture in advance.
本発明の熱起動型溶融塩キャパシタは、例えば、図12のようなセル構造を有することにより短期〜長期の大規模な電力貯蔵や熱電池用途のようなパルス的な使用に対しても適用することができるため、宇宙開発関連機器や誘導機器、緊急用電源など広く電源を必要とする機器に利用できる。 The thermally activated molten salt capacitor of the present invention has a cell structure as shown in FIG. 12, for example, and can be applied to pulsed uses such as short-term to long-term large-scale power storage and thermal battery applications. Therefore, it can be used in a wide range of equipment that requires a power source, such as space development-related equipment, induction equipment, and emergency power supplies.
1、2・・・熱起動型溶融塩キャパシタ
10・・・・溶融塩LiCl−KCl
11・・・・カーボン電極
12・・・・対極
13・・・・参照極
14・・・・電気化学測定装置
1, 2 ... Thermally activated
11 ....
Claims (15)
前記キャパシタへ電気エネルギーを蓄積させた状態で前記溶融塩を固化させたことを特徴とする前記キャパシタ。 A thermally activated molten salt capacitor formed by a pair of polarizable electrodes and an electrolyte interface made of a molten salt,
The capacitor characterized in that the molten salt is solidified in a state where electric energy is accumulated in the capacitor.
前記溶融塩は前記キャパシタへ電気エネルギーを蓄積させた状態で固化されており、かつ、前記溶融塩を再溶融させることにより蓄積された電気エネルギーを取り出すことが可能な前記キャパシタ。 A thermally activated molten salt capacitor formed by a pair of polarizable electrodes and an electrolyte interface made of a molten salt,
The capacitor, wherein the molten salt is solidified in a state where electric energy is accumulated in the capacitor, and the accumulated electric energy can be taken out by remelting the molten salt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007182794A JP4884326B2 (en) | 2006-11-10 | 2007-07-12 | Thermally activated molten salt capacitor |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006304833 | 2006-11-10 | ||
JP2006304833 | 2006-11-10 | ||
JP2007182794A JP4884326B2 (en) | 2006-11-10 | 2007-07-12 | Thermally activated molten salt capacitor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008141160A true JP2008141160A (en) | 2008-06-19 |
JP4884326B2 JP4884326B2 (en) | 2012-02-29 |
Family
ID=39602275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007182794A Active JP4884326B2 (en) | 2006-11-10 | 2007-07-12 | Thermally activated molten salt capacitor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4884326B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120107698A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing Na | Electrochemical device with a magnesium anode and a stable, safe electrolyte compatible with sulfur |
WO2014050071A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-04-03 | 三洋電機株式会社 | Solid electrolytic capacitor manufacturing method and solid electrolytic capacitor |
US9882246B2 (en) | 2013-08-27 | 2018-01-30 | Panasonic Corporation | Electrochemical energy storing device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5635372A (en) * | 1979-08-29 | 1981-04-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Preparation of thermal battery |
JPH03119661A (en) * | 1989-10-03 | 1991-05-22 | Japan Storage Battery Co Ltd | Thermal battery |
JPH05136002A (en) * | 1991-11-13 | 1993-06-01 | Osaka Gas Co Ltd | Electric double layer capacitor |
JPH05314998A (en) * | 1992-05-07 | 1993-11-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermal battery |
JP2004031307A (en) * | 2001-11-29 | 2004-01-29 | Ube Ind Ltd | Polyelectrolyte composition |
JP2005129277A (en) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermal battery |
-
2007
- 2007-07-12 JP JP2007182794A patent/JP4884326B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5635372A (en) * | 1979-08-29 | 1981-04-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Preparation of thermal battery |
JPH03119661A (en) * | 1989-10-03 | 1991-05-22 | Japan Storage Battery Co Ltd | Thermal battery |
JPH05136002A (en) * | 1991-11-13 | 1993-06-01 | Osaka Gas Co Ltd | Electric double layer capacitor |
JPH05314998A (en) * | 1992-05-07 | 1993-11-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermal battery |
JP2004031307A (en) * | 2001-11-29 | 2004-01-29 | Ube Ind Ltd | Polyelectrolyte composition |
JP2005129277A (en) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermal battery |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120107698A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing Na | Electrochemical device with a magnesium anode and a stable, safe electrolyte compatible with sulfur |
US8541133B2 (en) * | 2010-10-27 | 2013-09-24 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Electrochemical device with a magnesium anode and a stable, safe electrolyte compatible with sulfur |
WO2014050071A1 (en) * | 2012-09-26 | 2014-04-03 | 三洋電機株式会社 | Solid electrolytic capacitor manufacturing method and solid electrolytic capacitor |
JPWO2014050071A1 (en) * | 2012-09-26 | 2016-08-22 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid electrolytic capacitor manufacturing method and solid electrolytic capacitor |
US9818550B2 (en) | 2012-09-26 | 2017-11-14 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Solid electrolytic capacitor manufacturing method and solid electrolytic capacitor |
US9882246B2 (en) | 2013-08-27 | 2018-01-30 | Panasonic Corporation | Electrochemical energy storing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4884326B2 (en) | 2012-02-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhou et al. | Electrolyte‐mediated stabilization of high‐capacity micro‐sized antimony anodes for potassium‐ion batteries | |
JP4728647B2 (en) | Electric double layer capacitor or secondary battery containing non-aqueous electrolyte | |
Wang et al. | Mixtures of unsaturated imidazolium based ionic liquid and organic carbonate as electrolyte for Li-ion batteries | |
Kim et al. | Pyrrolinium-based ionic liquid as a flame retardant for binary electrolytes of lithium ion batteries | |
KR20180105631A (en) | Aqueous and Hybrid Electrolytes with Wide Electrochemical Stability Window | |
US11961963B2 (en) | Electrochemical cell | |
JP2007517364A (en) | Electrochemical elements for use at high temperatures | |
JP2004103560A (en) | Electrolytic solution for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery containing electrolytic solution | |
Gao et al. | Recent progress of aqueous and organic/aqueous hybrid electrolytes for low-temperature rechargeable metal-ion batteries and supercapacitors | |
Lee et al. | Ionic liquids as electrolytes for Li ion batteries | |
JP5182462B2 (en) | Non-aqueous electrolyte and battery equipped with the same | |
JP4884326B2 (en) | Thermally activated molten salt capacitor | |
Kainat et al. | Electrolytes in Lithium-Ion Batteries: Advancements in the Era of Twenties (2020's) | |
JP4310989B2 (en) | Nonaqueous electrolytes and electrochemical devices | |
JP6800467B2 (en) | Phosnium-based ionic liquids for lithium metal-based batteries | |
WO2018230238A1 (en) | Semisolid electrolyte, electrode, electrode having semisolid electrolyte layer, and secondary battery | |
JP2018028966A (en) | Nonaqueous electrolyte solution and power storage device using the same | |
JP4678122B2 (en) | Nonaqueous electrolytes and electrochemical devices | |
JP6744899B2 (en) | Liquid electrolyte composition for lithium metal secondary battery and lithium metal secondary battery having such liquid electrolyte composition | |
ITRM20090072A1 (en) | LITHIUM-ION BATTERY WITH HIGH DEGREE OF SAFETY | |
US10096835B2 (en) | Lithium-ion accumulator | |
JP2013214602A (en) | Power storage device | |
Asfaw et al. | Charting the course to solid‐state dual‐ion batteries | |
Reber | Aqueous electrolytes for high-voltage batteries and supercapacitors | |
Wang et al. | Electrolyte Additive for Interfacial Engineering of Lithium and Zinc Metal Anodes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100708 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20100708 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111104 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111129 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111206 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141216 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4884326 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |