JP2014075466A - Electric double layer capacitor for high power - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電気二重層キャパシタに関し、特に大電力用電気二重層キャパシタに関するものである。 The present invention relates to an electric double layer capacitor, and more particularly to a high power electric double layer capacitor.
電気二重層キャパシタは従来小電力用の電子機器に使われているにすぎなかったが、最近はハイブリッド型自動車のスタート電源に使われるなど大電力方面にも広がってきた。 Electric double layer capacitors have traditionally been used only in low-power electronic devices, but recently they have also been used in high-power applications, such as being used as starting power sources for hybrid vehicles.
しかし、短時間に大電流を流せる長所がある反面、エネルギー密度が低いことが欠点になって、さらなる大電力への利用の展望は広がっていない。現在はエネルギー密度を上げるため化学電池とのハイブリッド化などの方向へのアイデアが登場しつつあるが、従来電気二重層キャパシタに補助的な役割しか与えられなかったもう1つの理由は、負荷をつないだ際、出力電圧電流が時間とともに直線的に低下することであった。もし、電気二重層キャパシタが本発明のように大容量になれば、サブユニットに分けて電圧調整を外部回路で行うことで、化学電池のように負荷をつないでも電圧、電流がある時間まで一定にすることが可能であり、独立した電池的機能値を有することになる。そうすれば、短時間に大電流の供給が可能であるという電気二重層キャパシタの本来の性質から化学電池に対して優位に立つこともできる。 However, although there is an advantage that a large current can flow in a short time, the low energy density is a drawback, and the prospect of further use for high power has not spread. Currently, ideas are emerging in the direction of hybridization with chemical batteries in order to increase energy density, but another reason why conventional electric double layer capacitors have only been given a supplementary role is to connect loads. In this case, the output voltage current was decreased linearly with time. If the electric double layer capacitor has a large capacity as in the present invention, voltage adjustment is performed by dividing it into subunits in an external circuit, so that voltage and current are constant until a certain time even when a load is connected like a chemical battery. And has an independent battery function value. If it does so, it can also stand out over a chemical battery from the original property of the electric double layer capacitor that a large current can be supplied in a short time.
電気二重層キャパシタは動作原理が簡単であり、効率を上げればコスト的にも有利であることが期待されるので、自動車向けのように積載重量や体積の制限がある用途よりも、むしろ据置き型の大電力用に向いている。最近自然エネルギーの利用が叫ばれ据置き型の大電力再生エネルギー利用施設も企画されているが、このためにはどうしても大電力貯蔵設備が必要である。 Electric double layer capacitors have a simple operating principle and are expected to be cost-effective if efficiency is increased. Suitable for high power type. Recently, the use of natural energy has been screamed, and a stationary type high-power renewable energy utilization facility has been planned. For this purpose, a large-power storage facility is absolutely necessary.
通常、電気二重層キャパシタは正負の極板の間にセパレータを入れ電解液に浸している。現在市販されている100ファラドぐらいのキャパシタでも極間距離は小さく、1mm以下である。通常、電気化学電池では集電極の間にかかる電界は液中のイオンを輸送する手段ともなっているが、同時に電界は電極板から電解液中へ電荷移動を起こさせる役割も兼ねているので極性の異なる電極板を対向させて配置した正負交互配置の並行電極板の形式は絶対に必要である。従来の電気二重層キャパシタでもこの発想の範囲内にあり正負交互配置の並行電極板の形式を採用している(特許文献1、2参照。)。
Usually, an electric double layer capacitor is immersed in an electrolytic solution by inserting a separator between positive and negative electrode plates. Even a capacitor of about 100 farads currently on the market has a small distance between the electrodes and is 1 mm or less. Normally, in an electrochemical cell, the electric field applied between the collector electrodes is also a means for transporting ions in the liquid, but at the same time, the electric field also serves to cause charge transfer from the electrode plate to the electrolyte, A form of parallel electrode plates of alternating positive and negative arrangement in which different electrode plates are arranged to face each other is absolutely necessary. Conventional electric double layer capacitors are also within the scope of this idea, and adopt the form of parallel electrode plates with positive and negative alternating arrangements (see
本発明は、電極配置として正負交互配置の並行集電極板だけでなく、他の配置形式も採用することができて電極配置に関して自由度の高く、大電力用にするのも容易な電気二重層キャパシタを提供することを目的とするものである。 The present invention can adopt not only parallel collector plates with positive and negative alternating arrangements as electrode arrangements but also other arrangement forms, and an electric double layer having a high degree of freedom with respect to electrode arrangement and easy to use for high power. The object is to provide a capacitor.
本発明の電気二重層キャパシタは、電解液を収容した電解液槽と、電解液に浸漬され複数の電極を含み互いに電気的に接続された正極用電極と、電解液に浸漬され複数の電極を含み互いに電気的に接続された負極用電極と、正極用電極においても負極用電極においても個々の電極間スペースで電解液が移動するように電解液を還流させる還流機構とを備えている。 The electric double layer capacitor of the present invention comprises an electrolytic bath containing an electrolytic solution, a positive electrode immersed in the electrolytic solution and including a plurality of electrodes, and electrically connected to each other, and a plurality of electrodes immersed in the electrolytic solution. A negative electrode that is electrically connected to each other, and a reflux mechanism that recirculates the electrolyte so that the electrolyte moves in the space between the electrodes in both the positive electrode and the negative electrode.
電解液としては水系電解液と非水系電解液のいずれも使用することができる。水系電解液としては、例えばKCl、NaCl、CaCl2などの1価イオン又は多価イオンの水溶液を使用することができる。非水系電解液としては、例えば有機溶媒にプロピレンンカーボネート、支持電解質にテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートなどの四級アンモニウム塩を用いた有機電解液を使用することができる。有機電解液は、使用可能電圧、したがって貯蔵エネルギーを上昇させることができる利点がある。しかし、電解液の種類はこれら例示のものに限定されるものではない。例えば、陰イオンと陽イオンがイオン結合状態で存在する液体であるイオン性液体など、従来の電気二重層キャパシタに使用されている電解液であればいずれも使用することができる。 As the electrolytic solution, either an aqueous electrolytic solution or a non-aqueous electrolytic solution can be used. As the aqueous electrolyte, for example, an aqueous solution of monovalent ions or multivalent ions such as KCl, NaCl, CaCl 2 can be used. As the nonaqueous electrolytic solution, for example, an organic electrolytic solution using propylene carbonate as an organic solvent and a quaternary ammonium salt such as tetraethylammonium tetrafluoroborate as a supporting electrolyte can be used. Organic electrolytes have the advantage that the usable voltage and thus the stored energy can be increased. However, the type of the electrolytic solution is not limited to those illustrated. For example, any electrolytic solution that is used in a conventional electric double layer capacitor, such as an ionic liquid that is a liquid in which anions and cations exist in an ion-bonded state, can be used.
電極の形状は、特に限定されるものではなく、板状のほか、棒状やメッシュ状であってもよい。板状電極は集電極として金属平板又はそれに複数の穴をあけた基板を使用したものである。棒状電極は集電極として金属棒からなる基体を使用したものである。メッシュ状電極は集電極として金網を平板状にした基体を使用したものである。電極はイオン吸着表面積が大きいほど好ましいことから、集電極である金属の基板や基体の表面に、その表面よりも大きい実効表面積をもつカーボン系のイオン吸着層が形成されたものが好ましい。カーボン系のイオン吸着層としては、活性炭粒子や活性炭繊維などの活性炭材料、又はカーボンファイバやカーボンナノチューブが好ましい。カーボンファイバやカーボンナノチューブはイオン吸着層の表面積をより大きくすることができるので、電極体積を小さくして小型で大電力用の電気二重層キャパシタの実現のためにより好都合である。 The shape of the electrode is not particularly limited, and may be a rod shape or a mesh shape in addition to a plate shape. The plate electrode uses a metal flat plate or a substrate having a plurality of holes in it as a collecting electrode. The rod-shaped electrode uses a base made of a metal rod as a collecting electrode. The mesh electrode uses a base made of a metal mesh in a flat plate shape as a collecting electrode. Since an electrode has a larger ion adsorption surface area, it is preferable that a carbon-based ion adsorption layer having an effective surface area larger than the surface is formed on the surface of a metal substrate or substrate as a collecting electrode. As the carbon ion adsorption layer, activated carbon materials such as activated carbon particles and activated carbon fibers, or carbon fibers and carbon nanotubes are preferable. Since carbon fibers and carbon nanotubes can increase the surface area of the ion-adsorbing layer, they are more convenient for realizing a small-sized, high-power electric double layer capacitor by reducing the electrode volume.
電気二重層キャパシタでは電極と電解液との間で電荷移動をしないで、界面で正負の電荷がクーロン力により向きあうだけであるから、単に電解液中のイオンを電極の近くにもってくる機構があればよく、本発明ではその機構が還流機構である。この場合、電解液をゆるやかに還流させるだけでよい。例えば、板状集電極の表面に活性化カーボン膜が形成された電極板のように、イオンが吸着する実効面積が広く、しかも電解液中のイオンの電気泳動速度が遅い(特に有機系溶液のイオンの電気泳動速度は遅い)場合は、還流は特に有効である。ここで、「ゆるやかに」というのは、電解液の移動速度が1mm/秒以下程度という意味である。そのような低速度でも1V/cmの電界下でのイオン移動速度に比べて十分に速い。例えば、有機系溶液のイオンより遥かに速い水溶液中のイオンの場合でも、1V/cmの電界下でのイオン移動速度は1×10-3cm/秒程度にすぎないからである。 In an electric double layer capacitor, there is no charge transfer between the electrode and the electrolyte, and the positive and negative charges just face each other by the Coulomb force at the interface. In the present invention, the mechanism is a reflux mechanism. In this case, it is only necessary to gently reflux the electrolytic solution. For example, like an electrode plate in which an activated carbon film is formed on the surface of a plate-like collector electrode, the effective area for adsorbing ions is wide, and the electrophoretic velocity of ions in the electrolyte is slow (especially for organic solutions). Reflux is particularly effective when the ion electrophoresis rate is slow. Here, “slowly” means that the moving speed of the electrolyte is about 1 mm / second or less. Even at such a low speed, it is sufficiently faster than the ion transfer speed under an electric field of 1 V / cm. For example, even in the case of ions in an aqueous solution that is much faster than ions in an organic solution, the ion movement speed under an electric field of 1 V / cm is only about 1 × 10 −3 cm / second.
このように電解液の還流により電解液中のイオンを移動させる本発明では、従来の電気二重層キャパシタのように電界によるイオンの電気移動度に依存しないため、電極の配置と形状に関し、従来考えられなかった自由度が生ずることになる。これが本発明の最大の利点である。必要条件としては電解液中に正負の電極があるだけでよく、電解液中のある場所ではある定まった電位を示す筈で、その場所での電位Vaと電極の電位V0との差でイオンは電極に泳動してくるが、電極のすぐ近傍のイオンには電極の余剰電子との間のクーロンカが働き、電気二重層ができる。この機構は表面荷電したコロイド粒子の周辺にイオンが引き付けられる機構と同じである。そのため、電解液内を可能なかぎり正負の2個の系統の電極で埋め尽くした中に電解液を還流させ、電極界面にイオンを送り届けてやればよい。この場合、極板の配置と形状は自由である。このような電極配置では、各電極は集電極の両面に例えば活性炭を固定することが可能であり、これは従来のように集電極の片面しか利用できなかった電気二重層キャパシタと異なり、イオン吸着能力、したがって電荷蓄積能力は2倍になることを意味する。 As described above, in the present invention in which ions in the electrolyte solution are moved by refluxing the electrolyte solution as described above, the conventional arrangement of the electrode and the shape thereof are not considered because it does not depend on the electric mobility of ions due to an electric field as in the conventional electric double layer capacitor. This gives rise to a degree of freedom that was not possible. This is the greatest advantage of the present invention. As a necessary condition, it is only necessary to have positive and negative electrodes in the electrolytic solution, and it should show a certain potential in a certain place in the electrolytic solution, and the ion is determined by the difference between the potential Va at that place and the potential V0 of the electrode. Although it migrates to the electrode, an ion double layer is formed on the ions in the immediate vicinity of the electrode by the Coulomber between the surplus electrons of the electrode. This mechanism is the same as that in which ions are attracted around the surface-charged colloidal particles. Therefore, the electrolyte solution may be refluxed while the electrolyte solution is filled with two positive and negative electrodes as much as possible, and ions may be delivered to the electrode interface. In this case, the arrangement and shape of the electrode plates are free. In such an electrode arrangement, each electrode can be fixed with, for example, activated carbon on both sides of the collector electrode. This is different from the conventional electric double layer capacitor in which only one side of the collector electrode can be used. This means that the capacity, and hence the charge storage capacity, is doubled.
好ましい形態では、例えば後で説明する図1の実施例に示されるように、正極用電極と負極用電極はそれぞれ複数個の電極が集合した電極ユニットとして構成されており、電極は各電極ユニット内で互いに電気的に接続されている。そして、正極用電極ユニットと負極用電極ユニットは互いに離れた位置に設置されている。 In a preferred mode, for example, as shown in an embodiment of FIG. 1 described later, the positive electrode and the negative electrode are each configured as an electrode unit in which a plurality of electrodes are assembled, and the electrode is in each electrode unit. Are electrically connected to each other. And the electrode unit for positive electrodes and the electrode unit for negative electrodes are installed in the position mutually separated.
この形態では、例えば後で説明する図3の実施例に示されるように、正極用電極ユニットと負極用電極ユニットは、電解液槽内にそれぞれが複数ユニットずつ配置されていてもよい。この場合は、正極用電極ユニットどうしが電気的に接続され、負極用電極ユニットどうしも電気的に接続されている。 In this mode, for example, as shown in an embodiment of FIG. 3 to be described later, a plurality of positive electrode units and negative electrode units may be disposed in the electrolytic solution tank. In this case, the positive electrode units are electrically connected to each other, and the negative electrode units are also electrically connected to each other.
他の形態では、例えば後で説明する図4の実施例に示されるように、正極用電極と負極用電極は、個々の正極用電極と負極用電極が隣接するように正極用電極と負極用電極が交互に配置されている。 In another form, for example, as shown in the embodiment of FIG. 4 described later, the positive electrode and the negative electrode are arranged so that the respective positive electrode and negative electrode are adjacent to each other. The electrodes are arranged alternately.
電極は好ましくは垂直方向に配置されており、その場合の好ましい還流機構の一例は、電解液槽の下部で電極の下方に配置された電解液供給口、電解液槽の上部に設けられた電解液排出口、及び電解液排出口から排出された電解液を電解液供給口へ送り出す循環ポンプを備えているものである。そして、電解液は電極間で下から上に向かって流れる。 The electrode is preferably arranged in the vertical direction, and an example of a preferable reflux mechanism in that case is an electrolyte supply port arranged below the electrode in the lower part of the electrolyte tank and an electrolysis provided in the upper part of the electrolyte tank. A liquid discharge port and a circulation pump for sending the electrolyte discharged from the electrolyte discharge port to the electrolyte supply port are provided. Then, the electrolytic solution flows from the bottom to the top between the electrodes.
本発明の電気二重層キャパシタでは、電解液槽の電極間スペースで電解液を還流させるようにしたので、電極配置に関して自由度が高くなる。またその結果として電極の数を増やすことが容易になるので大電力用に適したものとなる。 In the electric double layer capacitor of the present invention, since the electrolytic solution is refluxed in the space between the electrodes of the electrolytic solution tank, the degree of freedom regarding the electrode arrangement is increased. As a result, it becomes easy to increase the number of electrodes, which is suitable for high power use.
一実施例を図1と図2により説明する。絶縁性材質からなり、上部が開口した箱型の電解液槽12内に電解液14が収容されている。電解液槽12の開口は絶縁性材質からなる蓋13により閉じられている。
One embodiment will be described with reference to FIGS. An
電解液槽12の上部には4つの側面の同じ高さの位置に電解液排出口15a〜15dが設けられ、それらの排出口15a〜15dは電解液槽12の外部に配置された電解液タンク17に導かれている。後で説明するように、電解液槽12には下部から電解液14が供給されるが、電解液槽12内では排出口15a〜15dに到達した電解液14は排出口15a〜15dから電解液タンク17に排出されるので、電解液槽12内の電解液14の液面は排出口15a〜15dの高さの位置に維持される。排出口15a〜15dには電解液槽12の外側に開閉弁19a〜19dが設けられている。この開閉弁19a〜19dは4つの排出口15a〜15dを選択して電解液槽12内の電解液14の流れを調整できるようにしたものであるが、常に4つの排出口15a〜15dから電解液14を排出させる場合には開閉弁19a〜19dを設ける必要はない。
電解液14は上部にいくらかの空間が残るような液面の高さになるように、排出口15a〜15dの接置位置の高さが設定されている。
The height of the mounting positions of the
電解液14は、例えば高濃度のイオンを含むKCl水溶液である。その濃度は特に限定されるものではないが、高濃度の方がイオン濃度が高くなり、好都合である。他にKCl水溶液に代えてNaClやCaCl2などの水溶液を使用することもでき、また、有機電解液やイオン性液体を使用することもできる。
The
電解液14に正極用電極ユニット16と負極用電極ユニット18が浸漬されている。電解液14の液面は排出口15a〜15dの高さの位置であり、電解液槽12内の上部にいくらかの空間がある。電極ユニット16、18は、それぞれの上部の一部が電解液14から露出する状態に浸漬されている。正極用電極ユニット16と負極用電極ユニット18は、この実施例ではそれぞれ1ユニットずつ設けられている。
A
電極ユニット16、18はそれぞれ複数の電極板20が集合して構成されたものであり、各電極ユニット16、18内ではそれぞれの電極板20が互いに電気的にも機械的にも接続されるように一体化されている。電極板20はその平面図が(C)に示されるように矩形であり、例えば1辺が例えば1mの正方形をなしている。電極板20には好ましくは電解液が通過する複数の孔22があけられている。孔22の形状、大きさ、配置間隔は特に限定されるものではない。孔22の形状は円形でも矩形でもよく、大きさは例えば2cm程度が適当であるが、それよりも大きくても小さくてもよい。孔22は適当な間隔で配置されており、その間隔は例えば5cm又はもっと広い間隔でもよく、その間隔は一定であってもよく、一定でなくてもよい。また、この実施例では電解液は下から上に向かう方向に流れるように還流されるので、ある場合には電極を貫通する電解液の流れは必須ではない。そのため、電極板20の穴22はなくてもよい。
Each of the
電極板20は、図1(D)に示されるように、厚さが例えば1mmのアルミニウム板を基板20aとして、その基板20aの両面上に活性化カーボン膜20bを例えば0.5mmの厚さに固定したものである。活性化カーボン膜20bは、例えば活性炭をバインダとともに基板20a上に塗布して硬化させたものである。
As shown in FIG. 1D, the
各電極ユニット16、18はそのような電極板20を一定間隔、例えば2−3mm間隔で互いに平行に複数の電極板20を垂直方向に配置して固定したものである。各電極ユニット16、18に含まれる電極板20の数が約10枚の場合、各電極ユニット16、18の厚みは約4cmである。各電極ユニット16、18はそれぞれのユニットに含まれる電極板20の少なくとも上端部を金属板、例えばアルミニウム板に溶接により固着したものである。図1の実施例では電極板20の下端側も連結用金属板、例えばアルミニウム板に溶接により固着されている。各電極ユニット16、18の上端側を固定する金属板は表面を絶縁処理してもよいが、電解液14と接触しないので絶縁処理をしなくてもよい。各電極ユニット16、18の下端側も連結用金属板で固定する場合は、その連結用金属板は電解液14と接触しているのでその表面を絶縁被膜で被覆しておくのが好ましい。
Each of the
このようにユニットに含まれる電極板20の上端側と下端側を固定することによりユニットに含まれる電極板20の配置が安定する。各電極ユニット16、18はそれぞれの少なくとも上端側が金属板で固定されていることにより電気的にも接続され、各電極ユニット16、18に含まれるそれぞれの電極板20は同電位となる。
Thus, by fixing the upper end side and lower end side of the
この実施例では各電極ユニット16、18内の電極板20は同電位であるので、電極ユニット16、18内には絶縁のためのセパレータは設ける必要がない。電極ユニット16と18の間には絶縁のためのセパレータを設けてもよい。
In this embodiment, since the
各電極ユニット16、18の下端側に連結用金属板を設けた場合には、その連結用金属板には電解液14を下から上方向に流すための貫通した穴又は溝が設けられている。
When a connecting metal plate is provided on the lower end side of each of the
電解液槽12内の下部で電極ユニット16、18の下方には電解液供給口を構成するパイプ32a、32bが互いに平行に配置されている。パイプ32a、32bは電極ユニット16、18の電極板20の配列方向に沿って延びる方向に配置され、電極ユニット16、18の全長にわたる長さをもっている。パイプ32a、32bはそれぞれの上面に多数の穴34が開けられており、それらの穴34が電解液供給口となっている。パイプ32a、32bは、それぞれの中央部の側面に開けられた穴35からそれぞれのパイプ37a、37bを介して、電解液槽12の外部に配置された循環ポンプ36に接続されている。循環ポンプ36は電解液を電解液タンク17の下部からパイプ37a、37bを経て電解液槽12内のパイプ32a、32bに供給する。パイプ32a、32bの数は2本に限らず、1本でも3本以上でもよい。
循環ポンプ36としては、電解液がポンプの金属部分に直接接触しないポンプであればどのようなポンプも使用することができる。そのようなポンプとして、例えばダイアフラムポンプを挙げることができる。
As the
この実施例では、循環ポンプ36、電解液供給口をもつパイプ32a、32b、電解液排出口15a〜15d、及び電解液タンク17が循環機構を構成している。
In this embodiment, the
各電極ユニット16、18は電極板20を固着している端部が上端と下端になるように配置されて、それぞれの上端部が電解液槽12の蓋13の内側に当接して固定されている。電解液槽12の内側の幅、すなわち図1(A)では紙面垂直方向の寸法、図1(B)では横方向の寸法、は電極板20の横方向の寸法より大きく、電解液槽12に電極ユニット16、18を収納した状態で、図1(B)に示されるように、電解液槽12の内側の側面に隙間がある。
The
各電極ユニット16、18の上面には電極端子28、30が設けられており、それらの電極端子28、30が電解液槽12の蓋13の上面を貫通して外部に延在している。蓋13から突出した電極端子28、30は充電時と放電時に外部回路に接続される外部接続端子となる。
電極端子28、30の外面にはネジが形成されており、電解液槽12から突出した電極端子28、30のネジをナットで固定することにより、電極ユニット16、18の上端部が電解液槽12の蓋13の内側に当接した状態で、電極ユニット16、18が電解液槽12内に固定されている。
Screws are formed on the outer surfaces of the
この実施例において、充電時は外部接続端子28、30を太陽光発電装置や他の発電装置の給電線に接続して電流を供給するとともに、ポンプ36を作動させる。ポンプ36の作動により、電解液14は電解液タンク17からポンプ36によりパイプ32a、32bに送られ、パイプ32a、32bの穴から上方向に吐出されて電極板20間を上方向に流れ、電解液排出口15a〜15dを経て電解液タンク17へ排出されるように、電解液14が還流させる。電解液14の還流により電解液は電極板20の間を通って流れ、電解液14中のイオンを電極板20の表面に運んでいき、外部から供給された電流が電極板20の表面界面に速やかに電気二重層を形成して充電がなされていく。
In this embodiment, at the time of charging, the
放電時は外部接続端子28、30を家庭や施設の負荷に接続する。放電時の動作は従来の電気二重層キャパシタと同様である。放電時にもポンプ36を作動させてもよく、させなくてもよい。充電も放電もしないときはポンプ36は作動させる必要がない。
At the time of discharging, the
図1、図2の実施例は電解液槽12内に正極用電極ユニット16と負極用電極ユニット18がそれぞれ1ユニットずつ配置されたものであるが、電解液槽12内に配置される電極ユニットの数はそれに限ったものではなく、正極用電極ユニット16と負極用電極ユニット18を複数ユニットずつ配置してもよい。
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the
図3は電解液槽12内に正極用電極ユニット16と負極用電極ユニット18を2ユニットずつ配置した実施例を表わしたものである。
FIG. 3 shows an embodiment in which two units of the
図3(A)の実施例では正極用電極ユニット16a、負極用電極ユニット18a、正極用電極ユニット16b、負極用電極ユニット18bの順になるように、正極用電極ユニットと負極用電極ユニットが交互に配置されている。正極用電極ユニット16aと16bが相互に接続されて外部接続端子28に接続され、負極用電極ユニット18aと18bが相互に接続されて外部接続端子30に接続されている。
In the embodiment of FIG. 3A, the positive electrode unit and the negative electrode unit are alternately arranged so that the
図3(B)の実施例では正極用電極ユニット16aと16bが隣接して配置され、負極用電極ユニット18aと18bが隣接して配置され、正極用電極ユニット16aと16bが相互に接続されて外部接続端子28に接続され、負極用電極ユニット18aと18bが相互に接続されて外部接続端子30に接続されている。
In the embodiment of FIG. 3B, the
正極用電極ユニット16と負極用電極ユニット18を3ユニット以上ずつ配置する場合も図3(A)又は(B)と同様に配置して外部接続端子28、30に接続すればよい。このように、電極ユニットはいくらでも同じものを連結してキャパシタの容量を増やすことができる。
Even when three or more
図4は電極配置として正負交互配置の並行電極板構造とした実施例を表わしたものである。 FIG. 4 shows an embodiment in which a parallel electrode plate structure with positive and negative alternating arrangements is used as the electrode arrangement.
電極ユニット46、48を構成する電極板20は図1(B)、(C)に示されたものである。各電極ユニット46、48はそのような電極板20を一定間隔、例えば4mm間隔で互いに平行に配置して固定したものであり、電極ユニット46の電極板20と電極ユニット48の電極板20が交互に等間隔で、すなわち互いに2mm間隔で配置されている。電解液槽12内には電解液14が収容されている。電解液14の循環機構は図1、図2の実施例と同じであるので、詳細な図示と説明は省略する。
The
電極ユニット46、48はそれぞれのユニットに含まれる電極板20の一端部が連結用金属板、例えばアルミニウム板に溶接により固着されている。電極板20の間隔を一定に保つために各電極ユニット46、48の側面側においても電極板20が連結用金属板、例えばアルミニウム板に溶接により固着されていることが好ましい。各電極ユニット46、48はそれぞれの少なくとも一端側が連結用金属板で固定されていることにより電気的にも連結され、各電極ユニット46、48に含まれるそれぞれの電極板20は同電位となる。電極板20の構造は図1(D)に示されたものと同様であり、アルミニウム基板の両面上に活性化カーボン膜を固定したものである。連結用金属板で電解液と接触するものはその表面を絶縁被膜で被覆しておくのが好ましい。
In the
各電極ユニット46、48は電極板20が垂直方向を向き、電極ユニット46では上端面が電解液槽12の内側上面に当接して固定されている。電極ユニット46を電解液槽12に固定するために、図1の実施例と同様に電極ユニット46の上端面に電極端子28が設けられ、その電極端子28が電解液槽12の蓋13の上面から突出している。電極端子28にはネジが形成され、蓋13の外部で電極端子28のネジがナットで固定されていることにより、電極ユニット46が蓋13に固定されている。電極ユニット48は下端に電極板20を固着している端部が位置するように配置され、電極ユニット48は支持部材26によって電解液槽12の内側底面から離れた位置に固定されている。
In each
電極ユニット48の電極端子30も電解液槽12の蓋13上に配置されている。蓋13上の電極端子28、30が充電時と放電時に外部回路に接続される外部接続端子となっている。
The
以上の実施例では、電解液排出口15a〜15dを電解液槽12の上端から下げた位置に配置することにより電解液槽12内で電解液14上に空気層を設けている。しかし、電解液排出口15a〜15dを電解液槽12の上端に設けることにより、そのような空気層を設けないで電解液槽12内を電解液14で満たすようにしてもよい。
In the above embodiment, the air outlet is provided on the
12 電解液槽
14 電解液
15a〜15d 電解液排出口
16 正極用電極ユニット
18 負極用電極ユニット
20 電極板
28、30 電極端子
32a、32b 電解液供給口用のパイプ
36 循環ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電解液に浸漬され複数の電極を含み互いに電気的に接続された正極用電極と、
前記電解液に浸漬され複数の電極を含み互いに電気的に接続された負極用電極と、
前記正極用電極においても負極用電極においても個々の電極間スペースで前記電解液が移動するように前記電解液を還流させる還流機構と、
を備えた電気二重層キャパシタ。 An electrolytic bath containing the electrolytic solution;
A positive electrode immersed in the electrolytic solution and including a plurality of electrodes and electrically connected to each other;
A negative electrode immersed in the electrolyte and including a plurality of electrodes and electrically connected to each other;
A reflux mechanism for refluxing the electrolyte so that the electrolyte moves in the space between the electrodes in both the positive electrode and the negative electrode;
An electric double layer capacitor.
正極用電極ユニットと負極用電極ユニットは互いに離れた位置に接置されている請求項1に記載の電気二重層キャパシタ。 The positive electrode and the negative electrode are each configured as an electrode unit in which a plurality of electrodes are assembled, and the electrodes are electrically connected to each other in each electrode unit,
The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the positive electrode unit and the negative electrode unit are in contact with each other.
前記還流機構は、前記電解液槽の下部で前記電極の下方に配置された電解液供給口、前記電解液槽の上部に設けられた電解液排出口、及び前記電解液排出口から排出された電解液を前記電解液供給口へ送り出す循環ポンプを備えており、前記電解液は電極間で下から上に向かって流れる請求項1から4のいずれかに記載の電気二重層キャパシタ。 The electrodes are arranged vertically;
The reflux mechanism is discharged from an electrolyte supply port disposed below the electrode at the bottom of the electrolyte bath, an electrolyte discharge port provided at the top of the electrolyte bath, and the electrolyte discharge port. The electric double layer capacitor according to any one of claims 1 to 4, further comprising a circulation pump for sending an electrolytic solution to the electrolytic solution supply port, wherein the electrolytic solution flows between the electrodes from bottom to top.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012221842A JP2014075466A (en) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Electric double layer capacitor for high power |
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- 2012-10-04 JP JP2012221842A patent/JP2014075466A/en active Pending
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