JP2010135647A - 電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにそれを用いた電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにそれを用いた電気二重層キャパシタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010135647A JP2010135647A JP2008311490A JP2008311490A JP2010135647A JP 2010135647 A JP2010135647 A JP 2010135647A JP 2008311490 A JP2008311490 A JP 2008311490A JP 2008311490 A JP2008311490 A JP 2008311490A JP 2010135647 A JP2010135647 A JP 2010135647A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- double layer
- electrode
- electric double
- layer capacitor
- porous carbon
- 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
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 claims description 10
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 claims description 7
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 claims description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 22
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 8
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 6
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- JPPGWVWBAJLHCE-UHFFFAOYSA-N buta-1,3-diene;ethene Chemical compound C=C.C=CC=C JPPGWVWBAJLHCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- LVWZTYCIRDMTEY-UHFFFAOYSA-N metamizole Chemical compound O=C1C(N(CS(O)(=O)=O)C)=C(C)N(C)N1C1=CC=CC=C1 LVWZTYCIRDMTEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- -1 spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate Chemical compound 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
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
【課題】電極表面の濡れ性の低下に起因した、静電容量の劣化や電解液の分解等を抑制して、長寿命化を図ることができる電気二重層キャパシタ用の電極材料を提供する。
【解決手段】ヤシ殻活性炭を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下で、８００℃で３時間熱処理することにより、窒素を原子比で０．３〜０．６％、酸素を原子比で０．７〜１．２％含有する多孔質炭素を製造し、電気二重層キャパシタ用の電極材料とする。
【選択図】なし
【解決手段】ヤシ殻活性炭を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下で、８００℃で３時間熱処理することにより、窒素を原子比で０．３〜０．６％、酸素を原子比で０．７〜１．２％含有する多孔質炭素を製造し、電気二重層キャパシタ用の電極材料とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにそれを用いた電気二重層キャパシタに関する。
電気二重層キャパシタ（以下、キャパシタと称す）は、きわめて短い距離だけ離れて配置された二枚の電極に電解質イオンを充填した蓄電デバイスである。キャパシタでは、電極表面にイオンを物理的に吸脱着させることで充放電を行っている。そして、キャパシタは、充放電においては化学反応を伴わない為、鉛蓄電池と比較して寿命が長く、応答性に優れ、瞬時に大容量を放出できるという特性を有している。
このような特性を有するキャパシタの構成について図１を参照して説明する。
キャパシタ２０は、図１に示すように、セパレータ１と、このセパレータ１の側面に接して配置された電極２，３とからなるセル４を有する。このセル４の外側に、ガスケット状のパッキン５が配置される。このパッキン５により、セル４内からの有機系電解液の液漏れを防止し、セル４間の電気的絶縁を確保している。電極２，３の一方の側面（セパレータ１側の面に対向する側の面）に、アルミ集電箔６，７がそれぞれ接して配置される。アルミ集電箔６，７の一方の側面（電極２，３側の面に対向する側の面）に、集電端子８，９がそれぞれ接して配置される。これら集電端子８，９の一方の側面側（アルミ集電箔６，７側の面に対向する側の面）にエンドプレート１０，１１がそれぞれ配置され、図示しないボルトなどにより締め込んで固定している。
キャパシタ２０は、図１に示すように、セパレータ１と、このセパレータ１の側面に接して配置された電極２，３とからなるセル４を有する。このセル４の外側に、ガスケット状のパッキン５が配置される。このパッキン５により、セル４内からの有機系電解液の液漏れを防止し、セル４間の電気的絶縁を確保している。電極２，３の一方の側面（セパレータ１側の面に対向する側の面）に、アルミ集電箔６，７がそれぞれ接して配置される。アルミ集電箔６，７の一方の側面（電極２，３側の面に対向する側の面）に、集電端子８，９がそれぞれ接して配置される。これら集電端子８，９の一方の側面側（アルミ集電箔６，７側の面に対向する側の面）にエンドプレート１０，１１がそれぞれ配置され、図示しないボルトなどにより締め込んで固定している。
上述したセパレータ１には不織布が、電極２，３には活性炭と導電性補助剤とバインダを含むシート状あるいは集電極上に塗布されたものが、一般的に用いられる。
ここで、キャパシタの寿命低下は、キャパシタの構成部材（電極、電解液、その他）が電気化学的反応により劣化することで引き起こされる。
具体的には、（１）電解液の分解、（２）電極材料の活性炭中の残留水分による腐食作用のあるフッ化水素酸の発生、（３）活性炭に含まれる表面酸素官能基の酸化、といわれている。そのため、キャパシタ内部の電気化学的反応を抑制することが重要となる。
具体的には、（１）電解液の分解、（２）電極材料の活性炭中の残留水分による腐食作用のあるフッ化水素酸の発生、（３）活性炭に含まれる表面酸素官能基の酸化、といわれている。そのため、キャパシタ内部の電気化学的反応を抑制することが重要となる。
上記（１）について、体積／エネルギー効率の観点から使用電圧を出来るだけ高くした方が有利となるためキャパシタが電気分解しない限界の高い電圧でキャパシタを使用するのが理想である。ここで、使用電圧を高くしすぎると、電解液の電気分解が進行してキャパシタの寿命を短くしてしまい望ましくない。そのため、外部の回路を用いて過電圧にならないようにコントロールしている。
上記（２）について、電極を乾燥処理することで活性炭に残存する水分をコントロールしている。電極の乾燥には数時間〜数十時間の乾燥時間を必要としている。乾燥時間を長くすることで蒸発水分量も増やすことが出来るが、乾燥時間を長くしすぎるとその分キャパシタ製造時間も長時間となり望ましくない。
以上のように（１）、（２）の方式によるキャパシタの寿命向上が既に限界にきている。
上記（３）について、活性炭に含まれる表面酸素官能基を調整し、例えば、窒素を原子比で１〜５％含むように調整し、比表面積を１０００ｍ2／ｇ以上の炭素細孔体からなる電気二重層キャパシタ用電極を電気二重層キャパシタの電極として用いることで、サイクル特性を向上させることができることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上述した特許文献１には、電気二重層キャパシタ用電極のキャパシタ特性、すなわち、静電容量および内部抵抗の特性について検討されていなかった。電気二重層キャパシタ用電極における表面酸素官能基を除去することで電極表面の濡れ性が悪くなる。この濡れ性の悪さがキャパシタ特性の低下、すなわち静電容量の低下および内部抵抗の増加を引き起こし、キャパシタの寿命を短くしてしまう。
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、電極表面の濡れ性の低下に起因したキャパシタ特性の低下を抑制して長寿命化を図ることができる電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにそれを用いた電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。
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用電極は、
窒素を原子比で０．３〜０．６％含む多孔質炭素からなる
ことを特徴とする。
窒素を原子比で０．３〜０．６％含む多孔質炭素からなる
ことを特徴とする。
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用電極は、
第１の発明に係る電気二重層キャパシタ用電極であって、
前記多孔質炭素が、酸素を原子比で０．７〜１．２％含有する
ことを特徴とする。
第１の発明に係る電気二重層キャパシタ用電極であって、
前記多孔質炭素が、酸素を原子比で０．７〜１．２％含有する
ことを特徴とする。
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用電極は、
第１または第２の発明に係る電気二重層キャパシタ用電極であって、
前記多孔質炭素が、Ｘ線光電子分光法で測定された結合エネルギーの３９８〜４００ｅＶにピークを有するものである
ことを特徴とする。
第１または第２の発明に係る電気二重層キャパシタ用電極であって、
前記多孔質炭素が、Ｘ線光電子分光法で測定された結合エネルギーの３９８〜４００ｅＶにピークを有するものである
ことを特徴とする。
前述した課題を解決する第４の発明に係る電気二重層キャパシタは、
第１乃至第３の発明の何れか一つに係る電気二重層キャパシタ用電極を有する
ことを特徴とする。
第１乃至第３の発明の何れか一つに係る電気二重層キャパシタ用電極を有する
ことを特徴とする。
前述した課題を解決する第５の発明に係る電気二重層キャパシタ用電極の製造方法は、
第１乃至第３の発明の何れか一つに係る電気二重層キャパシタ用電極を製造する電気二重層キャパシタ用電極の製造方法であって、
ヤシ殻活性炭を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下、８００℃で３時間熱処理する工程を含む
ことを特徴とする。
第１乃至第３の発明の何れか一つに係る電気二重層キャパシタ用電極を製造する電気二重層キャパシタ用電極の製造方法であって、
ヤシ殻活性炭を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下、８００℃で３時間熱処理する工程を含む
ことを特徴とする。
本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにそれを用いた電気二重層キャパシタによれば、窒素を原子比で０．３〜０．６％含む多孔質炭素からなることにより、電極表面の濡れ性の低下に起因したキャパシタ特性の低下を抑制して電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることができる。
［主な実施形態］
本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにそれを用いた電気二重層キャパシタの実施形態について、以下に説明する。
本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにそれを用いた電気二重層キャパシタの実施形態について、以下に説明する。
本実施形態に係る電気二重層キャパシタ用電極は、窒素を原子比で０．３〜０．６％含む多孔質炭素からなる炭素材料を用いて製造されたものである。前記多孔質炭素が、酸素を原子比で０．７〜１．２％含有するものである。前記多孔質炭素が、Ｘ線光電子分光法で測定された結合エネルギーの３９８〜４００ｅＶにピークを有するものである。
このような本実施形態に係る電気二重層キャパシタ用電極によれば、電極表面の濡れ性の低下に起因したキャパシタ特性の低下を抑制して電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることができる。その理由を以下に説明する。
前記多孔質炭素が、窒素を原子比で０．３％より少ない量しか含有しないと、多孔質炭素の表面の濡れ性が悪くなり、電気二重層キャパシタの容量低下を引き起こしてしまい不適である。また、上限を越えた窒素濃度を含む多孔質炭素は、以下の３つの問題が発生するため不適である。
（１）現時点での手法では、調製時に大きく細孔構造が変化してしまう。
（２）収率が低くなり、生産性が低下する。
（３）炭素としての電子構造が変化して、導電率が低下し、内部抵抗が増加する。
（１）現時点での手法では、調製時に大きく細孔構造が変化してしまう。
（２）収率が低くなり、生産性が低下する。
（３）炭素としての電子構造が変化して、導電率が低下し、内部抵抗が増加する。
前記多孔質炭素が、酸素を原子比で０．７％より少ない量しか含有しないと、多孔質炭素の表面の濡れ性が悪くなり、電気二重層キャパシタの容量低下を引き起こしてしまい不適である。多孔質炭素が、酸素を原子比で１．２％より多い量を含有すると、電解液の分解を促進して、電気二重層キャパシタの寿命を短くしてしまい不適である。
前記多孔質炭素が、Ｘ線光電子分光法で測定された結合エネルギーの３９８ｅＶ〜４００ｅＶにピークを有するものであることにより、当該多孔質炭素の表面にピリジン型窒素またはピロール・ピリドン型窒素を含有し、多孔質炭素の表面官能基による電解液の分解を抑制するため、電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることができる。
［電気二重層キャパシタ用電極の製造方法］
上述した電気二重層キャパシタ用電極は、ヤシ殻活性炭を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下、８００℃で３時間熱処理して得られた多孔質炭素を原料として用いている。この多孔質炭素に導電性補助剤およびバインダを所定の割合でそれぞれ添加し混練した後に任意の形状に成形して、電気二重層キャパシタ用電極が製造される。導電性補助剤としてはカーボンブラックが挙げられる。バインダとしてはＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）が挙げられる。
上述した電気二重層キャパシタ用電極は、ヤシ殻活性炭を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下、８００℃で３時間熱処理して得られた多孔質炭素を原料として用いている。この多孔質炭素に導電性補助剤およびバインダを所定の割合でそれぞれ添加し混練した後に任意の形状に成形して、電気二重層キャパシタ用電極が製造される。導電性補助剤としてはカーボンブラックが挙げられる。バインダとしてはＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）が挙げられる。
上述した条件でヤシ殻活性炭を熱処理することで、窒素を原子比で０．３〜０．６％含む多孔質炭素からなり、前記多孔質炭素が、酸素を原子比で０．７〜１．２％含有するものである電気二重層キャパシタ用電極を比較的簡易な手法にて得ることができる。
そして、上述した多孔質炭素が、Ｘ線光電子分光法で測定された結合エネルギーの３９８〜４００ｅＶにピークを有する特性を持っている。
本実施形態に係る電気二重層キャパシタが、上述した電気二重層キャパシタ用電極を有している。具体的には、電気二重層キャパシタが、セパレータの両側面に電気二重層キャパシタ用電極がそれぞれ配置されてなるセルの周囲をガスケット状のパッキンで覆い、セルおよびパッキンの両側面にアルミ集電箔をそれぞれ配置すると共に、これらアルミ集電箔のそれぞれに接触して集電端子を配置している。そして、エンドプレートで挟み込み、ボルトなどで締め込んでなる構造になっている。パッキンや集電端子やエンドプレートなどの材料として、従来より知られている既存の材料を適用することが可能である。
したがって、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ用電極によれば、窒素を原子比で０．３〜０．６％含む多孔質炭素からなることにより、多孔質炭素の表面の濡れ性の低下に起因した電解液の分解を抑制できる。その結果、キャパシタ特性の低下を抑制して電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることができる。
本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極およびこれを用いた電気二重層キャパシタの効果を確認するために行った確認試験を以下に説明するが、本発明は以下に説明する確認試験のみに限定されるものではない。
［確認試験］
本確認試験は、電気二重層キャパシタ用電極における、窒素の含有量および酸素の含有量ならびに結合エネルギーとキャパシタ特性（静電容量、内部抵抗）との関係を確認するために行った試験である。
ここで、電気二重層キャパシタ用電極における結合エネルギーについて、図２を参照して具体的に説明する。
図２は、試験体１および比較試験体１のＸ線光電子分光法による結合エネルギーを示す図である。図２にて、横軸に結合エネルギーを示し、縦軸に単位時間当たりのカウント数を示す。
本確認試験は、電気二重層キャパシタ用電極における、窒素の含有量および酸素の含有量ならびに結合エネルギーとキャパシタ特性（静電容量、内部抵抗）との関係を確認するために行った試験である。
ここで、電気二重層キャパシタ用電極における結合エネルギーについて、図２を参照して具体的に説明する。
図２は、試験体１および比較試験体１のＸ線光電子分光法による結合エネルギーを示す図である。図２にて、横軸に結合エネルギーを示し、縦軸に単位時間当たりのカウント数を示す。
［評価用セル］
多孔質炭素とアセチレンブラック、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）の構成とし、多孔質炭素とアセチレンブラックとＰＴＦＥの混合比を８：１：１とした材料をシート状に成型したものを電気二重層キャパシタ用電極とした。電解液として、１．４ｍｏｌ／ＬのＳＢＰ−ＢＦ4（スピロビピロリジニウム・テトラフルオロボレート）／ＰＣ（プロピレンカーボネート）を用いた。上記電気二重層キャパシタ用電極を集電用アルミ箔の片面に貼り付け分極性電極とした。また、これらの分極性電極はセパレータを介して一対の分極性電極同士が対向するように配置して、セルを構成した。さらにセルの外周には集電極（アルミ箔）の極間保持とシールのためにエチレンブタジエンゴムの薄型シートをガスケット状に切り抜いたパッキンを配置した。上記のセルを挟み込むよう強度の優れたエンドプレートを配置し、両エンドプレートを貫通するネジによって締め込みを行い、評価用セルを作製した。
多孔質炭素とアセチレンブラック、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）の構成とし、多孔質炭素とアセチレンブラックとＰＴＦＥの混合比を８：１：１とした材料をシート状に成型したものを電気二重層キャパシタ用電極とした。電解液として、１．４ｍｏｌ／ＬのＳＢＰ−ＢＦ4（スピロビピロリジニウム・テトラフルオロボレート）／ＰＣ（プロピレンカーボネート）を用いた。上記電気二重層キャパシタ用電極を集電用アルミ箔の片面に貼り付け分極性電極とした。また、これらの分極性電極はセパレータを介して一対の分極性電極同士が対向するように配置して、セルを構成した。さらにセルの外周には集電極（アルミ箔）の極間保持とシールのためにエチレンブタジエンゴムの薄型シートをガスケット状に切り抜いたパッキンを配置した。上記のセルを挟み込むよう強度の優れたエンドプレートを配置し、両エンドプレートを貫通するネジによって締め込みを行い、評価用セルを作製した。
［比較試験体１］
電気二重層キャパシタの比較試験体１は、上述した構成の評価用セルにて、上述した多孔質炭素としてＢＥＴ比表面積が１６００ｍ2／ｇであるヤシ殻活性炭粉末を用いたものである。この多孔質炭素の表面元素をＸ線光電子分光法により元素分析したところ、下記の表１に示すように、窒素を０．０９％含有し、酸素を５．１４％含有していた。
電気二重層キャパシタの比較試験体１は、上述した構成の評価用セルにて、上述した多孔質炭素としてＢＥＴ比表面積が１６００ｍ2／ｇであるヤシ殻活性炭粉末を用いたものである。この多孔質炭素の表面元素をＸ線光電子分光法により元素分析したところ、下記の表１に示すように、窒素を０．０９％含有し、酸素を５．１４％含有していた。
［試験体１］
電気二重層キャパシタの試験体１は、上述した構成の評価用セルにて、上述した多孔質炭素として、比較試験体１のヤシ殻活性炭粉末を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下、８００℃で３時間熱処理して、ＢＥＴ比表面積が１５１０ｍ2／ｇとなった炭素材料を用いたものである。この多孔質炭素の表面元素をＸ線光電子分光法により元素分析したところ、下記の表１に示すように、窒素を０．４９％含有し、酸素を０．９２％含有していた。また、多孔質炭素が、Ｘ線光電子分光法で測定された結合エネルギーの３９８〜４００ｅＶの範囲を示すＡの領域にピークを有することを確認した。
電気二重層キャパシタの試験体１は、上述した構成の評価用セルにて、上述した多孔質炭素として、比較試験体１のヤシ殻活性炭粉末を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下、８００℃で３時間熱処理して、ＢＥＴ比表面積が１５１０ｍ2／ｇとなった炭素材料を用いたものである。この多孔質炭素の表面元素をＸ線光電子分光法により元素分析したところ、下記の表１に示すように、窒素を０．４９％含有し、酸素を０．９２％含有していた。また、多孔質炭素が、Ｘ線光電子分光法で測定された結合エネルギーの３９８〜４００ｅＶの範囲を示すＡの領域にピークを有することを確認した。
［評価］
上記試験体１および比較試験体１について、熱加速課電試験を行いその特性（静電容量、内部抵抗）をそれぞれ測定した。
上記試験体１および比較試験体１について、熱加速課電試験を行いその特性（静電容量、内部抵抗）をそれぞれ測定した。
上記測定結果を表１に示す。
表１に示すように、試験体１では、初期において、静電容量が１３．６Ｆとなり、内部抵抗が０．５８５Ωとなることを確認した。また、試験体１では、２０００時間課電試験を行った後において、静電容量が初期値の８５％となり、内部抵抗が初期値の１０９％となることを確認した。比較試験体１では、初期において、静電容量が１４．０Ｆとなり、内部抵抗が０．５９７Ωとなることを確認した。比較試験体１では、２０００時間課電試験を行った後において、静電容量が初期値の７９％となり、内部抵抗が初期値の１１５％となることを確認した。
したがって、電気二重層キャパシタ用電極によれば、多孔質炭素における窒素の含有量を０．３〜０．６％の範囲内である０．４９％とし、多孔質炭素における酸素の含有量を０．７〜１．２％である０．９２％とすることで、多孔質炭素の電解液の濡れ性の低下が抑制され、電解液の分解を抑制できた。その結果、キャパシタ特性の低下を抑制して電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることができることを確認した。
本発明に係る電気二重層キャパシタ用電極およびその製造方法ならびにそれを用いた電気二重層キャパシタは、電極表面の濡れ性の低下に起因したキャパシタ特性の低下を抑制して電気二重層キャパシタの長寿命化を図ることができるため、瞬時電圧低下による障害の発生を防ぐ瞬時電圧低下補償装置や、鉄道やエレベータや電気自動車の電力貯蔵装置などにおいて、極めて有益に利用することができる。
１ セパレータ
２，３ 電極
４ セル
５ パッキン
６，７ アルミ集電箔
８，９ 集電端子
１０，１１ エンドプレート
２０ 電気二重層キャパシタ
２，３ 電極
４ セル
５ パッキン
６，７ アルミ集電箔
８，９ 集電端子
１０，１１ エンドプレート
２０ 電気二重層キャパシタ
Claims (5)
- 窒素を原子比で０．３〜０．６％含む多孔質炭素からなる
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。 - 請求項１に記載の電気二重層キャパシタ用電極であって、
前記多孔質炭素が、酸素を原子比で０．７〜１．２％含有する
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。 - 請求項１または請求項２に記載の電気二重層キャパシタ用電極であって、
前記多孔質炭素が、Ｘ線光電子分光法で測定された結合エネルギーの３９８〜４００ｅＶにピークを有するものである
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極。 - 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電気二重層キャパシタ用電極を有する
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ。 - 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電気二重層キャパシタ用電極を製造する電気二重層キャパシタ用電極の製造方法であって、
ヤシ殻活性炭を４０００ｐｐｍの一酸化窒素を含む不活性ガス雰囲気下、８００℃で３時間熱処理する工程を含む
ことを特徴とする電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008311490A JP5246697B2 (ja) | 2008-12-05 | 2008-12-05 | 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008311490A JP5246697B2 (ja) | 2008-12-05 | 2008-12-05 | 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010135647A true JP2010135647A (ja) | 2010-06-17 |
| JP5246697B2 JP5246697B2 (ja) | 2013-07-24 |
Family
ID=42346620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008311490A Active JP5246697B2 (ja) | 2008-12-05 | 2008-12-05 | 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5246697B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012094737A (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Mitsubishi Materials Corp | 電気二重層型キャパシタ |
| JP2017076767A (ja) * | 2015-10-15 | 2017-04-20 | ジーエス エナジー コーポレーション | 電気二重層キャパシタ電極用活性炭及びその製造方法 |
| WO2019017380A1 (ja) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Ｔｐｒ株式会社 | ハイブリッドキャパシタ |
| JP2019079861A (ja) * | 2017-10-20 | 2019-05-23 | Ｔｐｒ株式会社 | キャパシタ及びキャパシタ電極用耐電圧活物質の製造方法 |
| JP2019517146A (ja) * | 2016-05-20 | 2019-06-20 | エイブイエックス コーポレイション | 高温で使用されるウルトラキャパシタ |
| US12006223B2 (en) | 2018-11-13 | 2024-06-11 | Pittsburg State University | Activated carbon electrode material |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001130905A (ja) * | 1999-10-29 | 2001-05-15 | Kyocera Corp | 固形状活性炭質構造体およびその製造方法並びに電気二重層コンデンサ用分極性電極 |
| JP2001319837A (ja) * | 2000-05-09 | 2001-11-16 | Mitsubishi Chemicals Corp | 電気二重層キャパシタ用活性炭 |
| JP2007254231A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nissan Motor Co Ltd | 炭素材料、複合材料、炭素材料の製造方法及び複合材料の製造方法 |
| JP2008141116A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Gunma Univ | 電気二重層キャパシタ用炭素材料及びその製造方法並びに該材料を用いた電気二重層キャパシタ |
| JP2008195559A (ja) * | 2007-02-09 | 2008-08-28 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 電気二重層キャパシタ電極用活性炭及びその製造方法 |
-
2008
- 2008-12-05 JP JP2008311490A patent/JP5246697B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001130905A (ja) * | 1999-10-29 | 2001-05-15 | Kyocera Corp | 固形状活性炭質構造体およびその製造方法並びに電気二重層コンデンサ用分極性電極 |
| JP2001319837A (ja) * | 2000-05-09 | 2001-11-16 | Mitsubishi Chemicals Corp | 電気二重層キャパシタ用活性炭 |
| JP2007254231A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Nissan Motor Co Ltd | 炭素材料、複合材料、炭素材料の製造方法及び複合材料の製造方法 |
| JP2008141116A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Gunma Univ | 電気二重層キャパシタ用炭素材料及びその製造方法並びに該材料を用いた電気二重層キャパシタ |
| JP2008195559A (ja) * | 2007-02-09 | 2008-08-28 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 電気二重層キャパシタ電極用活性炭及びその製造方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012094737A (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Mitsubishi Materials Corp | 電気二重層型キャパシタ |
| JP2017076767A (ja) * | 2015-10-15 | 2017-04-20 | ジーエス エナジー コーポレーション | 電気二重層キャパシタ電極用活性炭及びその製造方法 |
| JP2019517146A (ja) * | 2016-05-20 | 2019-06-20 | エイブイエックス コーポレイション | 高温で使用されるウルトラキャパシタ |
| JP7191699B2 (ja) | 2016-05-20 | 2022-12-19 | キョーセラ・エイブイエックス・コンポーネンツ・コーポレーション | 高温で使用されるウルトラキャパシタ |
| WO2019017380A1 (ja) * | 2017-07-18 | 2019-01-24 | Ｔｐｒ株式会社 | ハイブリッドキャパシタ |
| JPWO2019017380A1 (ja) * | 2017-07-18 | 2019-07-18 | Ｔｐｒ株式会社 | ハイブリッドキャパシタ |
| JP2019079861A (ja) * | 2017-10-20 | 2019-05-23 | Ｔｐｒ株式会社 | キャパシタ及びキャパシタ電極用耐電圧活物質の製造方法 |
| US12006223B2 (en) | 2018-11-13 | 2024-06-11 | Pittsburg State University | Activated carbon electrode material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5246697B2 (ja) | 2013-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100880552B1 (ko) | 고용량 전극 활물질, 그 제조방법, 이를 구비한 전극 및에너지 저장 장치 | |
| US9281135B2 (en) | Nitrogen-containing porous carbon material and method of producing the same, and electric double-layer capacitor using the nitrogen-containing porous carbon material | |
| JP4597727B2 (ja) | 電気二重層キャパシタ | |
| RU2576670C2 (ru) | Гибридная отрицательная пластина для свинцо-вокислотной аккумуляторной батареи и свинцово-кислотная аккумуляторная батарея | |
| EP2565887B1 (en) | Polarizable electrode material for electric double layer capacitor having improved withstand voltage, and electric double layer capacitor using same | |
| JP2008544543A (ja) | ヘテロジーナス型電気化学スーパーキャパシタ及びその製造方法 | |
| JP2014530502A (ja) | 高電圧電気化学的二重層キャパシタ | |
| JP5246697B2 (ja) | 電気二重層キャパシタ用電極の製造方法 | |
| KR20160048925A (ko) | 고-정전용량 활성탄 및 탄소-계 전극 | |
| JP2017039630A (ja) | 多孔質炭素材料及びその製造方法 | |
| KR20160036608A (ko) | Co2 활성 코코넛 숯을 함유하는 고 전압 edlc 전극 | |
| JP2016538715A (ja) | 経年劣化性能が改善されたウルトラキャパシタ | |
| JP2008288028A (ja) | 電気化学セル用電極および電気化学セル | |
| KR102518691B1 (ko) | 음극 활물질, 이를 포함하는 음극, 이를 포함하는 이차 전지, 및 음극 활물질의 제조 방법 | |
| KR100911891B1 (ko) | 전기이중층 커패시터용 활성탄소물의 제조방법 및 이에의한 전기이중층 커패시터 전극과 이를 이용한 전기이중층커패시터 | |
| JP2012089823A (ja) | リチウムイオンキャパシタ及びその製造方法 | |
| JP6310413B2 (ja) | リチウム空気二次電池、その空気極用触媒の製造方法、並びにリチウム空気二次電池の製造方法 | |
| JP3837866B2 (ja) | 電気二重層キャパシター | |
| KR101936044B1 (ko) | 고온 슈퍼커패시터용 전극, 그 제조방법 및 상기 고온 슈퍼커패시터용 전극을 적용한 고온 슈퍼커패시터 | |
| KR101065249B1 (ko) | 리튬 이차전지용 음극재의 제조방법과 이로부터 형성된 음극재를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| US9799458B2 (en) | Electrode for capacitor and capacitor using same | |
| JPH1187191A (ja) | 電気二重層キャパシター | |
| KR102519740B1 (ko) | 전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자 | |
| JP2016225397A (ja) | 蓄電デバイス及びその製造方法 | |
| KR20160006365A (ko) | 통전에 의한 활성탄 표면 개질방법, 이를 포함한 전기화학 커패시터용 전극 및 이를 이용한 전기화학 커패시터 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111026 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20111026 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121108 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121120 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121226 |
|
| 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: 20130319 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130403 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5246697 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160419 Year of fee payment: 3 |
|
| 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 |