JP2014078593A - Electric double layer capacitor, and porous electrode - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel and improved electric double layer capacitor which makes possible to increase an electrostatic capacitance per unit volume, i.e. an energy density in comparison to those achieved in the past while keeping the advantage of an electric double layer capacitor.SOLUTION: To solve the above problem, an electric double layer capacitor is provided according to one aspect of the invention, which comprises: a porous electrode having a half-value width of a maximum peak of one degree or larger where the X-ray diffraction intensity reaches the maximum; and an electrolyte including electrolytic ions capable of being adsorbed and released by the porous electrode.

Description

本発明は、電気二重層キャパシタ、及び多孔質電極に関する。   The present invention relates to an electric double layer capacitor and a porous electrode.

電気エネルギを貯蔵する技術として、特許文献1に記載の電気二重層キャパシタや二次電池が知られている。電気二重層キャパシタは、寿命、安全性、出力密度が二次電池よりも格段に優れている。しかし、電気二重層キャパシタは、二次電池に比べてエネルギ密度(体積エネルギ密度)が低いという問題がある。ところで、電気二重層キャパシタのエネルギ密度は、以下の式(1)で示される。   As a technique for storing electric energy, an electric double layer capacitor and a secondary battery described in Patent Document 1 are known. The electric double layer capacitor has much longer life, safety, and output density than the secondary battery. However, the electric double layer capacitor has a problem that the energy density (volume energy density) is lower than that of the secondary battery. By the way, the energy density of an electric double layer capacitor is shown by the following formula | equation (1).

Figure 2014078593
ここで、Cは静電容量であり、Vは電気二重層キャパシタの印加電圧である。
Figure 2014078593
Here, C is a capacitance, and V is an applied voltage of the electric double layer capacitor.

そこで、電気二重層キャパシタのエネルギ密度を改善するために、電気二重層キャパシタの静電容量や印加電圧を向上させる技術が提案されている。   Therefore, in order to improve the energy density of the electric double layer capacitor, a technique for improving the capacitance and applied voltage of the electric double layer capacitor has been proposed.

電気二重層キャパシタの静電容量を向上させる技術としては、電気二重層キャパシタの電極を構成する活性炭の比表面積を増大させる技術が知られている。現在知られている活性炭は、比表面積が1000〜2000m/gとなっている。 As a technique for improving the capacitance of the electric double layer capacitor, a technique for increasing the specific surface area of activated carbon constituting an electrode of the electric double layer capacitor is known. The activated carbon currently known has a specific surface area of 1000 to 2000 m 2 / g.

一方、電気二重層キャパシタの印加電圧を向上させる技術としては、電気二重層キャパシタの原理を利用したリチウムイオンキャパシタが知られている。リチウムイオンキャパシタは、ハイブリッドキャパシタとも称される。リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタを構成する電極のうち、一方の電極がリチウムイオン電池の負極材料である黒鉛で構成され、黒鉛内にリチウムイオンが挿入されたものである。リチウムイオンキャパシタは、一般的な電気二重層キャパシタ、即ち両極が活性炭で構成されるものよりも印加電圧が大きくなる。   On the other hand, as a technique for improving the applied voltage of the electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor using the principle of the electric double layer capacitor is known. The lithium ion capacitor is also referred to as a hybrid capacitor. In the lithium ion capacitor, one of the electrodes constituting the electric double layer capacitor is made of graphite which is a negative electrode material of a lithium ion battery, and lithium ions are inserted into the graphite. The applied voltage of the lithium ion capacitor is larger than that of a general electric double layer capacitor, that is, both electrodes are made of activated carbon.

特開2011−046584号公報JP 2011-046584 A 特開2009−158532号公報JP 2009-158532 A 特開2004−221523号公報JP 2004-221523 A 特開平7−320884号公報JP 7-320884 A 特開2009−153454号公報JP 2009-153454 A 特開2009−13292号公報JP 2009-13292 A

しかし、活性炭の比表面積を向上させる技術では、活性炭の比表面積が増大するに従って、活性炭のかさ密度が小さくなるという問題があった。活性炭の比重は2程度と小さいので、かさ密度の低下が顕著であった。このため、この技術では、活性炭の比表面積を大きくしても、単位体積あたりの表面積、即ち単位体積あたりの静電容量が満足な値にならないという問題があった。一方、リチウムイオンキャパシタには、エネルギ密度がなお満足できる値にならず、電気二重層キャパシタの長所である寿命や出力密度が犠牲になるという問題があった。   However, the technology for improving the specific surface area of activated carbon has a problem that the bulk density of activated carbon decreases as the specific surface area of activated carbon increases. Since the specific gravity of the activated carbon was as small as about 2, the bulk density was significantly reduced. For this reason, this technique has a problem that even if the specific surface area of the activated carbon is increased, the surface area per unit volume, that is, the capacitance per unit volume does not become a satisfactory value. On the other hand, the lithium ion capacitor has a problem that the energy density is not yet satisfactory and the life and output density, which are the advantages of the electric double layer capacitor, are sacrificed.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、かつ、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも向上させることが可能な、新規かつ改良された電気二重層キャパシタ等を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to maintain the advantages of an electric double layer capacitor and to provide a capacitance per unit volume, that is, an energy density. It is an object of the present invention to provide a new and improved electric double layer capacitor or the like that can improve the conventional capacitor.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、X線回折強度が最大となる最大ピークの半価幅が1度以上である多孔質電極と、多孔質電極に吸脱着可能な電解質イオンを含む電解質と、を備えることを特徴とする、電気二重層キャパシタが提供される。   In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a porous electrode having a maximum half-value width of 1 degree or more at which the X-ray diffraction intensity is maximum, and adsorption / desorption to the porous electrode are possible. An electric double layer capacitor is provided, comprising an electrolyte containing electrolyte ions.

この観点によれば、電気二重層キャパシタは、最大ピークの半価幅が1度以上となる多孔質電極を有する。したがって、多孔質電極内の細孔がさらに細分化されるので、メソ細孔が増加し、ひいては、メソ細孔単位体積当りの比表面積が増大する。これにより、電気二重層キャパシタは、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも向上させることができる。   According to this aspect, the electric double layer capacitor has a porous electrode having a half-value width of the maximum peak of 1 degree or more. Accordingly, since the pores in the porous electrode are further subdivided, the mesopores are increased, and consequently the specific surface area per unit volume of the mesopores is increased. Thereby, the electric double layer capacitor can improve the electrostatic capacity per unit volume, that is, the energy density, as compared with the conventional case.

ここで、多孔質電極は、ニッケル、チタン、銅、鉄、コバルトからなる群から選択される少なくとも1種類の金属を含んでいてもよい。   Here, the porous electrode may contain at least one kind of metal selected from the group consisting of nickel, titanium, copper, iron, and cobalt.

この観点によれば、多孔質電極は、ニッケル、チタン、銅、鉄、コバルトからなる群から選択される少なくとも1種類の金属を含むので、メソ細孔単位体積当りの比表面積を容易に増大させることができる。したがって、電気二重層キャパシタのエネルギ密度が従来よりも向上する。   According to this aspect, since the porous electrode contains at least one metal selected from the group consisting of nickel, titanium, copper, iron, and cobalt, the specific surface area per mesopore unit volume is easily increased. be able to. Therefore, the energy density of the electric double layer capacitor is improved as compared with the conventional case.

また、多孔質電極は、メソ細孔を含み、メソ細孔の直径は2nm以上30nm以下であってもよい。   The porous electrode may include mesopores, and the diameter of the mesopores may be 2 nm or more and 30 nm or less.

この観点によれば、メソ細孔の直径は2nm以上30nm以下であるので、電解質イオンはメソ細孔内部に効果的に吸脱着する。したがって、電気二重層キャパシタのエネルギ密度及び出力特性が従来よりも向上する。   According to this viewpoint, since the diameter of the mesopores is 2 nm or more and 30 nm or less, the electrolyte ions are effectively adsorbed and desorbed inside the mesopores. Therefore, the energy density and output characteristics of the electric double layer capacitor are improved as compared with the conventional case.

また、電解質は、直径が2nm以下の電解質イオンを含んでいてもよい。   The electrolyte may contain electrolyte ions having a diameter of 2 nm or less.

この観点によれば、電解質は、直径が2nm以下の電解質イオンを含んでいるので、電解質イオンはメソ細孔内部に効果的に吸脱着する。したがって、電気二重層キャパシタのエネルギ密度及び出力特性が従来よりも向上する。   According to this viewpoint, since the electrolyte contains electrolyte ions having a diameter of 2 nm or less, the electrolyte ions are effectively adsorbed and desorbed inside the mesopores. Therefore, the energy density and output characteristics of the electric double layer capacitor are improved as compared with the conventional case.

本発明の他の観点によれば、X線回折強度が最大となる最大ピークの半価幅が1度以上である非晶質相を有することを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の多孔質電極が提供される。   According to another aspect of the present invention, the porous structure for an electric double layer capacitor has an amorphous phase in which the half-value width of the maximum peak at which the X-ray diffraction intensity is maximum is 1 degree or more. An electrode is provided.

この観点によれば、多孔質電極は、X線回折強度が最大となる最大ピークの半価幅が1度以上である非晶質相を有する。したがって、多孔質電極を電気二重層キャパシタに適用することで、電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量が増加し、ひいては、エネルギ密度が向上する。   According to this aspect, the porous electrode has an amorphous phase in which the half width of the maximum peak at which the X-ray diffraction intensity is maximum is 1 degree or more. Therefore, by applying the porous electrode to the electric double layer capacitor, the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor is increased, and consequently the energy density is improved.

本発明の他の観点によれば、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第1の金属と、第1の金属よりも酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第2の金属とを含み、X線回折強度が最大となるピークの半価幅が0.9度以上である合金を生成するステップと、合金を酸またはアルカリ性溶液で処理するステップと、を含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, the X-ray diffraction intensity includes a first metal that is soluble in an acid or alkaline solution, and a second metal that is less soluble in an acid or alkaline solution than the first metal. For an electric double layer capacitor comprising: producing an alloy having a peak half-width of 0.9 degrees or more, and treating the alloy with an acid or an alkaline solution. An electrode manufacturing method is provided.

この観点によれば、最大ピークの半価幅が0.9度以上である合金を酸またはアルカリ性溶液で処理することで、最大ピークの半価幅が1度以上となる多孔質電極を生成することができる。したがって、多孔質電極を電気二重層キャパシタに適用することで、電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量が増加し、ひいては、エネルギ密度が向上する。   According to this aspect, a porous electrode having a maximum peak half-value width of 1 degree or more is generated by treating an alloy having a maximum peak half-value width of 0.9 degrees or more with an acid or an alkaline solution. be able to. Therefore, by applying the porous electrode to the electric double layer capacitor, the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor is increased, and consequently the energy density is improved.

ここで、第1の金属は、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含んでいてもよい。   Here, the first metal may include at least one metal selected from the group consisting of aluminum, lead, tin, and zinc.

この観点によれば、合金から容易に第1の金属を除去することができるので、多孔質電極を容易に作製することができる。   According to this aspect, since the first metal can be easily removed from the alloy, the porous electrode can be easily manufactured.

また、第2の金属は、ニッケル、チタン、銅、鉄、コバルトからなる群から選択される少なくとも1種類の金属を含んでいてもよい。   Further, the second metal may include at least one metal selected from the group consisting of nickel, titanium, copper, iron, and cobalt.

この観点によれば、多孔質電極は、ニッケル、チタン、銅、鉄、コバルトからなる群から選択される少なくとも1種類の金属を含むので、メソ細孔単位体積当りの比表面積を容易に増大させることができる。したがって、電気二重層キャパシタのエネルギ密度が従来よりも向上する。   According to this aspect, since the porous electrode contains at least one metal selected from the group consisting of nickel, titanium, copper, iron, and cobalt, the specific surface area per mesopore unit volume is easily increased. be able to. Therefore, the energy density of the electric double layer capacitor is improved as compared with the conventional case.

以上説明したように本発明に係る電気二重層キャパシタは、活性炭よりも比重が大きい多孔質金属を含むので、従来よりも単位体積あたりの静電容量を大きくすることができる。具体的には、多孔質金属は、最大ピークの半価幅が1度以上となる。したがって、多孔質電極内の細孔がさらに細分化されるので、メソ細孔が増加し、ひいては、メソ細孔単位体積当りの比表面積が増大する。これにより、電気二重層キャパシタは、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも向上させることができる。したがって、電気二重層キャパシタは、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、かつ、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも向上させることができる。   As described above, since the electric double layer capacitor according to the present invention includes a porous metal having a specific gravity larger than that of activated carbon, the capacitance per unit volume can be increased as compared with the conventional case. Specifically, the porous metal has a maximum peak half width of 1 degree or more. Accordingly, since the pores in the porous electrode are further subdivided, the mesopores are increased, and consequently the specific surface area per unit volume of the mesopores is increased. Thereby, the electric double layer capacitor can improve the electrostatic capacity per unit volume, that is, the energy density, as compared with the conventional case. Therefore, the electric double layer capacitor can improve the capacitance per unit volume, that is, the energy density, as compared with the conventional one while maintaining the advantages of the electric double layer capacitor.

本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタを示す側面図である。It is a side view which shows the electric double layer capacitor which concerns on embodiment of this invention. 多孔質材料の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a porous material. 多孔質銅の孔径分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the pore size distribution of porous copper. 活性炭の孔径分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the pore size distribution of activated carbon. メソ細孔単位体積当りの比表面積と多孔質電極の単位体積当りの静電容量との対応関係を電解質イオンの直径毎に示すグラフである。It is a graph which shows the correspondence of the specific surface area per unit volume of mesopores, and the electrostatic capacitance per unit volume of a porous electrode for every diameter of electrolyte ion. 多孔質電極内のメソ細孔を円筒でモデル化して示した模式図である。It is the schematic diagram which modeled and showed the mesopore in a porous electrode with a cylinder. メカニカルアロイング後の合金等のX線回折角度2θと回折強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between X-ray diffraction angle 2 (theta) and diffraction intensity, such as an alloy after mechanical alloying. 図7の最大ピーク部分を拡大表示したグラフである。It is the graph which expanded and displayed the maximum peak part of FIG. 半価幅と静電容量との対応関係を示すグラフである。It is a graph which shows the correspondence of a half value width and an electrostatic capacitance.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

(従来の電気二重層キャパシタが有する問題)
上記のとおり、活性炭の比表面積を向上させる技術では、電気二重層キャパシタの単位体積あたりの静電容量(以下、単に「電気二重層キャパシタの静電容量」または「静電容量」とも称する)について、満足な値が得られないという問題があった。本発明者は、この問題点を精査することで、本発明を完成させた。そこで、この問題について詳細に説明する。
(Problems of conventional electric double layer capacitors)
As described above, in the technology for improving the specific surface area of activated carbon, the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor (hereinafter, also simply referred to as “the capacitance of the electric double layer capacitor” or “capacitance”). There was a problem that satisfactory values could not be obtained. The present inventor completed the present invention by examining this problem. Therefore, this problem will be described in detail.

活性炭は、上述したように、比表面積の増大に伴ってかさ密度が低下する。一方、活性炭は、比表面積がある一定の大きさ以上になると、静電容量が頭打ちになる。これらの理由により、活性炭の比表面積を向上させる技術では、比表面積を大きくしても、静電容量が満足な値にならなかった。   As described above, the bulk density of activated carbon decreases as the specific surface area increases. On the other hand, when the specific surface area of the activated carbon exceeds a certain size, the capacitance reaches its peak. For these reasons, in the technique for improving the specific surface area of activated carbon, even if the specific surface area is increased, the capacitance does not reach a satisfactory value.

静電容量が頭打ちになる理由としては、以下のものが考えられる。即ち、活性炭への細孔の形成は、アルカリ賦活処理によってなされるが、この処理は、比表面積の制御というマクロ的な制御しか行なうことができず、細孔の大きさを制御することができなかった。特にアルカリ賦活処理による比表面積の増大は、ミクロ細孔を増やすことでなされている。   The following can be considered as the reason why the capacitance reaches its peak. That is, the formation of pores in the activated carbon is performed by an alkali activation treatment, but this treatment can only be controlled macroscopically by controlling the specific surface area, and the pore size can be controlled. There wasn't. In particular, the increase of the specific surface area by the alkali activation treatment is achieved by increasing the micropores.

より詳細に述べると、活性炭には、直径が2nm未満のミクロ細孔、直径が2nm以上50nm未満のメソ細孔、及び直径が50nm以上のマクロ細孔が混在している。これらの細孔のうち、ミクロ細孔は、直径が小さいので、電解質イオンによってはミクロ細孔の内部に侵入できない場合がある。また、マクロ細孔に吸着可能な電解質イオンの数は、マクロ細孔の体積に比べて小さい。細孔のうち、電解質イオンが吸着可能な部位はその表面だけであり、中空部分には電解質イオンは吸着されないからである。したがって、静電容量が頭打ちになる理由としては、ミクロ細孔及びマクロ細孔が静電容量の発現に有効に機能しないということが考えられる。また、溶媒和した電解質イオンの大きさ(直径)は1〜2nmで、ミクロ細孔とほぼ同等以下の大きさのため、ミクロ細孔には効率的に電解質イオンが吸着できていないことが予想される。したがって、以上の考察によれば、電解質イオンを吸着させる細孔としては、メソ細孔が最も好ましいと思われる。   More specifically, the activated carbon contains micropores having a diameter of less than 2 nm, mesopores having a diameter of 2 nm to less than 50 nm, and macropores having a diameter of 50 nm or more. Among these pores, the micropores have a small diameter, so that some electrolyte ions may not enter the inside of the micropores. Further, the number of electrolyte ions that can be adsorbed to the macropores is smaller than the volume of the macropores. This is because, among the pores, the portion where the electrolyte ions can be adsorbed is only the surface thereof, and the electrolyte ions are not adsorbed in the hollow portion. Therefore, it is considered that the reason why the electrostatic capacity reaches its peak is that the micropores and the macropores do not function effectively for the expression of the electrostatic capacity. In addition, the size (diameter) of the solvated electrolyte ions is 1 to 2 nm, which is almost equal to or smaller than that of the micropores. Therefore, it is expected that the electrolyte ions cannot be efficiently adsorbed to the micropores. Is done. Therefore, according to the above consideration, mesopores seem to be most preferable as pores for adsorbing electrolyte ions.

この点について、特許文献2、3は、メソ細孔について言及している。しかし、いずれの文献に開示された技術によっても、電気二重層キャパシタの単位体積当りのエネルギ密度(以下、単に「電気二重層キャパシタのエネルギ密度」または「エネルギ密度」とも称する)について満足な値は得られていない。一方、特許文献4、5、6は、多孔質金属に言及している。しかし、特許文献4、5は、多孔質金属を集電体に用いており、特許文献6では、多孔質金属の細孔がメソ細孔に比べて非常に大きい。したがって、これらの文献に開示された技術は、上記の問題の解決に何ら寄与するものではない。   In this regard, Patent Documents 2 and 3 refer to mesopores. However, with any of the techniques disclosed in any document, a satisfactory value for the energy density per unit volume of an electric double layer capacitor (hereinafter, also simply referred to as “energy density of an electric double layer capacitor” or “energy density”) is Not obtained. On the other hand, Patent Documents 4, 5, and 6 refer to porous metals. However, Patent Documents 4 and 5 use a porous metal as a current collector. In Patent Document 6, the pores of the porous metal are much larger than mesopores. Therefore, the techniques disclosed in these documents do not contribute to the solution of the above problems.

また、活性炭の比表面積を向上させる技術では、アルカリ賦活処理の後にアルカリ分を活性炭から除去する必要があった。しかし、この工程は複雑で高コストとなっていたので、アルカリ賦活処理による活性炭は工業的には使いづらい材料であった。このような問題点から、従来では、水蒸気賦活処理によって活性炭に細孔を形成することも行われていた。この方法はアルカリ賦活処理よりも低コストであるが、この方法により生成された活性炭は、アルカリ賦活処理による活性炭よりも静電容量が低いという問題があった。   Moreover, in the technique which improves the specific surface area of activated carbon, it was necessary to remove an alkali component from activated carbon after alkali activation treatment. However, since this process is complicated and expensive, activated carbon by alkali activation treatment is an industrially difficult material to use. From such problems, conventionally, pores have been formed in activated carbon by a steam activation treatment. This method is less expensive than the alkali activation treatment, but the activated carbon produced by this method has a problem that its electrostatic capacity is lower than that of the activated carbon obtained by the alkali activation treatment.

これに対し、本実施形態に係る電気二重層キャパシタは、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、かつ、エネルギ密度を従来よりも向上させることができる。具体的には、電気二重層キャパシタは、X線回折強度の最大ピークの半価幅が1度以上の多孔質電極を有する。以下、本発明の実施形態について説明する。   On the other hand, the electric double layer capacitor according to the present embodiment can improve the energy density as compared with the conventional one while maintaining the advantages of the electric double layer capacitor. Specifically, the electric double layer capacitor has a porous electrode having a half width of the maximum peak of X-ray diffraction intensity of 1 degree or more. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

(電気二重層キャパシタの構成)
次に、図1に基づいて、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ10の構成について説明する。本実施形態に係る電気二重層キャパシタ10は、図1に示すように、多孔質材料20で構成されるカソード電極(多孔質正極)11と、多孔質材料20で構成されるアノード電極(多孔質負極)12と、これらの電極の間に配置される電解質13とを備える。
(Configuration of electric double layer capacitor)
Next, the configuration of the electric double layer capacitor 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the electric double layer capacitor 10 according to the present embodiment includes a cathode electrode (porous positive electrode) 11 made of a porous material 20 and an anode electrode (porous material) made of a porous material 20. Negative electrode) 12 and an electrolyte 13 disposed between these electrodes.

多孔質材料20は、図2に示すように、メソ細孔22が形成された多孔質金属で構成されている。メソ細孔22の直径は、上述したように、2nm以上50nm未満であるが、2nm以上30nm以下であることが好ましい。なお、本実施形態では、粒子や細孔の直径は、例えば、粒子等を球体とみなしたときの直径であり、公知の手法、例えばガス吸着法により測定される。   As shown in FIG. 2, the porous material 20 is made of a porous metal having mesopores 22 formed therein. As described above, the diameter of the mesopores 22 is 2 nm or more and less than 50 nm, but preferably 2 nm or more and 30 nm or less. In the present embodiment, the diameter of the particle or pore is, for example, the diameter when the particle is regarded as a sphere, and is measured by a known method, for example, a gas adsorption method.

電解質13は、多孔質正極11、及び多孔質負極12に吸脱着可能な電解質イオンを含む。電解質イオンの種類は特に制限されず、公知の電気二重層キャパシタに適用される電解質イオンであればどのようなものであってもよい。電解質イオンは、上述したように、溶媒和した状態で多孔質材料20に吸脱着することが多い。そして、溶媒和した電解質イオンの直径は1〜2nmと見積もられる。したがって、メソ細孔22の直径は電解質イオンの直径以上であるので、電解質イオンは多孔質材料20に容易に吸脱着することができる。なお、本実施形態では、電解質イオンの直径は、溶媒和した電解質イオンの直径を意味するものとする。   The electrolyte 13 includes electrolyte ions that can be adsorbed to and desorbed from the porous positive electrode 11 and the porous negative electrode 12. The type of electrolyte ion is not particularly limited, and any electrolyte ion may be used as long as it is applied to a known electric double layer capacitor. As described above, the electrolyte ions are often adsorbed and desorbed on the porous material 20 in a solvated state. And the diameter of the solvated electrolyte ion is estimated to be 1-2 nm. Accordingly, since the diameter of the mesopores 22 is equal to or larger than the diameter of the electrolyte ions, the electrolyte ions can be easily adsorbed and desorbed from the porous material 20. In the present embodiment, the diameter of the electrolyte ion means the diameter of the solvated electrolyte ion.

なお、溶媒和した電解質イオンの直径は、例えば、計算化学、即ちシミュレーションにより算出される。電解質イオンの直径は、例えば以下のように算出される。まず、溶媒和した電解質イオンの分子構造を、「Car−Parrinello Molicular Dynamics(CPMD)」(ver. 3.13.2)というソフトウェアを用いた分子動力学シミュレーションにより算出する。次いで、溶媒和した電解質イオンを球体とみなし、その直径を当該算出された分子構造に基づいて算出する。   The diameter of the solvated electrolyte ion is calculated by, for example, computational chemistry, that is, simulation. The diameter of the electrolyte ions is calculated as follows, for example. First, the molecular structure of the solvated electrolyte ion is calculated by molecular dynamics simulation using software called “Car-Parrinello Molecular Dynamics (CPMD)” (ver. 3.13.2). Next, the solvated electrolyte ion is regarded as a sphere, and its diameter is calculated based on the calculated molecular structure.

メソ細孔22の直径が30nmより大きくても、電解質イオンは多孔質材料20に容易に吸脱着することができるので、本実施形態の効果は得られる。しかし、メソ細孔22の直径が大きくなるほど、メソ細孔22の中空部分、即ち電解質イオンが吸着しない部分が大きくなるので、メソ細孔22の直径は30nm以下であることが好ましい。図3に、多孔質銅内の孔径分布を示す。横軸は細孔の直径(孔径)を示し、縦軸は、細孔の直径の度数として、多孔質銅単位質量当りの細孔の体積を示す。図3の多孔質銅は、平均直径(平均粒径)10μmのCu−Al合金(50:50質量%)を70℃の1N水酸化ナトリウム水溶液に3時間浸漬することで、Cu−Al合金からアルミニウムを除去したした後、水洗、真空乾燥して得た。なお、本実施形態の多孔質材料20は、このような多孔質銅に非晶質相を形成したものである。詳細は後述する。   Even if the diameter of the mesopores 22 is larger than 30 nm, the electrolyte ions can be easily adsorbed / desorbed to / from the porous material 20, so that the effect of this embodiment can be obtained. However, the larger the diameter of the mesopores 22 is, the larger the hollow portion of the mesopores 22, that is, the portion where the electrolyte ions are not adsorbed. Therefore, the diameter of the mesopores 22 is preferably 30 nm or less. FIG. 3 shows the pore size distribution in the porous copper. The abscissa represents the pore diameter (pore diameter), and the ordinate represents the pore volume per unit mass of the porous copper as the frequency of the pore diameter. The porous copper of FIG. 3 is obtained by immersing a Cu—Al alloy (50:50 mass%) having an average diameter (average particle diameter) of 10 μm in a 1N sodium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 3 hours, thereby After removing aluminum, it was obtained by washing with water and vacuum drying. In addition, the porous material 20 of this embodiment forms the amorphous phase in such porous copper. Details will be described later.

この例によれば、メソ細孔の直径は、3〜20nmとなる範囲内に分布している。即ち、メソ細孔の孔径分布は、3〜20nmである。また、細孔のピーク値(最も多く分布している細孔の直径)は8nmとなっている。一方、図4に、ある活性炭の孔径分布を示す。この例では、細孔の直径が2.5nm以下、即ち大半の細孔がミクロ細孔となっている。したがって、図3の多孔質銅には電解質イオンを容易に吸脱着させることができるが、図4の活性炭に電解質イオンを吸脱着させることは容易ではない。   According to this example, the diameter of the mesopores is distributed within a range of 3 to 20 nm. That is, the pore size distribution of the mesopores is 3 to 20 nm. The peak value of the pores (the diameter of the most widely distributed pores) is 8 nm. On the other hand, FIG. 4 shows the pore size distribution of a certain activated carbon. In this example, the diameter of the pores is 2.5 nm or less, that is, most of the pores are micropores. Therefore, electrolyte ions can be easily adsorbed and desorbed on the porous copper of FIG. 3, but it is not easy to adsorb and desorb electrolyte ions on the activated carbon of FIG.

また、メソ細孔22の直径の分布範囲はなるべく狭い(シャープである)ことが好ましい。メソ細孔22の分布範囲が狭いと、多数のメソ細孔22が同様の直径を有することになるので、多くのメソ細孔22に同程度の数の電解質イオンが吸着する。したがって、あるメソ細孔22への電解質イオンの吸着数が増加するように電解質イオンの直径を設計することで、必然的に、他のメソ細孔22に吸着する電解質イオンの数も増加する。したがって、メソ細孔22の分布範囲を狭くすることで、多孔質材料20に吸着する電解質イオンの数を増加させることができる。一方、メソ細孔22の分布範囲が広いと、メソ細孔22の直径がばらつくことになるので、メソ細孔22に吸着する電解質イオンの数がメソ細孔22毎にばらついてしまう。したがって、あるメソ細孔22への電解質イオンの吸着数が増加するように電解質イオンの直径を設計しても、他のメソ細孔22に吸着する電解質イオンの数はやはりばらついてしまう。この結果、多孔質材料20に吸着する電解質イオンの数を増加させることが難しくなる。この観点によれば、メソ細孔22の直径の分布範囲は、2〜30nmが好ましく、より好ましくは5〜20nmで、より望ましくは5〜10nmであることが好ましい。   In addition, the distribution range of the diameter of the mesopores 22 is preferably as narrow as possible (sharp). When the distribution range of the mesopores 22 is narrow, a large number of mesopores 22 have the same diameter, and therefore, the same number of electrolyte ions are adsorbed by many mesopores 22. Therefore, by designing the diameter of the electrolyte ions so that the number of electrolyte ions adsorbed on a certain mesopore 22 increases, the number of electrolyte ions adsorbed on other mesopores 22 inevitably increases. Therefore, the number of electrolyte ions adsorbed on the porous material 20 can be increased by narrowing the distribution range of the mesopores 22. On the other hand, if the distribution range of the mesopores 22 is wide, the diameter of the mesopores 22 varies, and therefore the number of electrolyte ions adsorbed on the mesopores 22 varies for each mesopore 22. Therefore, even if the diameter of the electrolyte ions is designed so that the number of electrolyte ions adsorbed on a certain mesopore 22 increases, the number of electrolyte ions adsorbed on other mesopores 22 also varies. As a result, it is difficult to increase the number of electrolyte ions adsorbed on the porous material 20. From this viewpoint, the distribution range of the diameter of the mesopores 22 is preferably 2 to 30 nm, more preferably 5 to 20 nm, and more preferably 5 to 10 nm.

さらに、全細孔の総体積に対するメソ細孔22の総体積、即ちメソ細孔22の存在比は70%以上となっている。なお、メソ細孔22の総体積、及び全細孔の総体積は、例えば、島津製作所製比表面積測定装置ASAP2020により測定される。   Furthermore, the total volume of the mesopores 22 relative to the total volume of all the pores, that is, the abundance ratio of the mesopores 22 is 70% or more. The total volume of the mesopores 22 and the total volume of all the pores are measured by, for example, a specific surface area measuring device ASAP2020 manufactured by Shimadzu Corporation.

即ち、本発明者は、メソ細孔22について鋭意検討した結果、メソ細孔22の存在比が電気二重層キャパシタ10の静電容量に影響を与えていることを見出した。そして、本発明者は、メソ細孔22の存在比が70%以上であるときに、電気二重層キャパシタ10の単位体積当りの静電容量、即ち単位体積当りのエネルギ密度が顕著に向上することを見出した。この理由としては、例えば、2nm以下のミクロ孔では上述のように電解質イオンの吸着量が低下するが、本発明の材料は電解質イオン径よりも大きなメソ細孔が70%以上と多くなることで静電容量を大きくできたと考えられる。従来技術の活性炭では、メソ細孔が30%以下と小さいために静電容量が低くなるといったことが考えられる。即ち、静電容量発現の源である電解質イオンの吸着は、電解質イオン径よりも大きなメソ細孔が静電容量増大に重要である事を示唆する。   That is, as a result of intensive studies on the mesopores 22, the present inventor has found that the abundance ratio of the mesopores 22 affects the capacitance of the electric double layer capacitor 10. The present inventor shows that when the abundance ratio of the mesopores 22 is 70% or more, the electrostatic capacity per unit volume of the electric double layer capacitor 10, that is, the energy density per unit volume is remarkably improved. I found. The reason for this is that, for example, in micropores of 2 nm or less, the amount of adsorption of electrolyte ions decreases as described above. It is thought that the capacitance could be increased. In the activated carbon of the prior art, it is conceivable that the capacitance is low because the mesopores are as small as 30% or less. That is, the adsorption of the electrolyte ions that are the source of the expression of capacitance suggests that mesopores larger than the electrolyte ion diameter are important for increasing the capacitance.

また、メソ細孔22は、電解質イオンとの吸脱着に寄与する細孔であるから、その存在比が大きいほど電気二重層キャパシタ10の単位体積当りの静電容量が向上する。したがって、メソ細孔22の存在比は大きければ大きいほど好ましい。具体的には、メソ細孔22の存在比は、85%以上がより好ましい。この理由としては、電解質イオンをより効率良く吸着できるメソ細孔が重要で、静電容量向上にはできる限りメソ細孔が多い方が良いといったことが考えられる。メソ細孔22の存在比は、100%にできるだけ近いことが更に好ましい。なお、上述した特許文献2,3に開示された技術では、いずれもメソ細孔の存在比が70%未満となっている。このため、これらの技術では、満足なエネルギ密度が得られないと推察される。   Further, since the mesopores 22 are pores that contribute to adsorption / desorption with electrolyte ions, the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor 10 is improved as the abundance ratio thereof increases. Therefore, the larger the abundance ratio of the mesopores 22 is, the better. Specifically, the abundance ratio of the mesopores 22 is more preferably 85% or more. The reason may be that mesopores capable of adsorbing electrolyte ions more efficiently are important, and it is better to have as many mesopores as possible to improve the capacitance. More preferably, the abundance ratio of the mesopores 22 is as close to 100% as possible. In the techniques disclosed in Patent Documents 2 and 3 described above, the abundance ratio of mesopores is less than 70%. For this reason, it is assumed that a satisfactory energy density cannot be obtained with these techniques.

また、多孔質材料20のメソ細孔単位体積当りの比表面積は、450m/cm以上であることが好ましく、600m/cm以上であることがより好ましい。ここで、多孔質材料20のメソ細孔単位体積当りの比表面積は、以下の式(2)で求められる。 Moreover, the specific surface area per unit volume of the mesopores of the porous material 20 is preferably 450 m 2 / cm 3 or more, and more preferably 600 m 2 / cm 3 or more. Here, the specific surface area per unit volume of the mesopores of the porous material 20 is obtained by the following formula (2).

Figure 2014078593
Figure 2014078593

式(2)中、Sは多孔質材料20のメソ細孔単位体積当りの比表面積(m/cm)であり、aは多孔質材料20の比表面積(m/g)である。bは多孔質電極単位質量当りの細孔の体積(cm/g)であり、全細孔の総体積を多孔質材料20の質量で除算することで算出される。cはメソ細孔22の存在比である。 In the formula (2), S is a specific surface area (m 2 / cm 3 ) per mesopore unit volume of the porous material 20, and a is a specific surface area (m 2 / g) of the porous material 20. b is the volume of the pores per unit mass of the porous electrode (cm 3 / g), and is calculated by dividing the total volume of all the pores by the mass of the porous material 20. c is the abundance ratio of the mesopores 22.

即ち、本実施形態では、単純な比表面積ではなく、メソ細孔単位体積当りの比表面積に基づいて、多孔質材料20が設計されている。この理由は以下の通りある。電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量を向上させるためには、電解質イオンが吸脱着することができるサイトが広いことが求められる。電気二重層キャパシタの分野では、このようなサイトの広さを示す指標として、多孔質電極の比表面積が用いられてきた。しかし、本発明者は、多孔質電極の比表面積と静電容量とが線形の関係にならないことを見出した。   That is, in the present embodiment, the porous material 20 is designed based on the specific surface area per unit volume of mesopores rather than a simple specific surface area. The reason is as follows. In order to improve the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor, it is required that the site where electrolyte ions can be adsorbed and desorbed is wide. In the field of electric double layer capacitors, the specific surface area of a porous electrode has been used as an index indicating the size of such a site. However, the present inventor has found that the specific surface area of the porous electrode and the capacitance do not have a linear relationship.

例えば、本発明者は、比表面積が21m/gとなる多孔質銅を多孔質電極として用いて電気二重層キャパシタを製造し、その静電容量を測定したところ、21F/gという値を得た。一方、本発明者は、比表面積が1500〜2400m/gとなる活性炭を多孔質電極として用いて電気二重層キャパシタを製造し、その静電容量を測定したところ、65〜140F/gという値を得た。なお、多孔質銅及び活性炭を用いた電気二重層キャパシタの製造方法及び静電容量の測定方法は後述する実施例1と同様とし、正極及び負極には同じものを用いた。例えば、正極及び負極を多孔質銅とすることで、多孔質銅の静電容量を測定した。また、比表面積は、例えば島津製作所製比表面積測定装置ASAP2020により測定された。これらの測定結果によれば、多孔質電極の比表面積と静電容量とが線形の関係にならないことは明らかである。なお、静電容量を発現する機構は電極材料によって変化することはないと推察される。 For example, the present inventor manufactured an electric double layer capacitor using porous copper having a specific surface area of 21 m 2 / g as a porous electrode, and measured its capacitance, obtaining a value of 21 F / g. It was. On the other hand, when this inventor manufactured the electric double layer capacitor using the activated carbon with a specific surface area of 1500-2400 m < 2 > / g as a porous electrode, and measured the electrostatic capacitance, it was a value of 65-140 F / g. Got. In addition, the manufacturing method of the electric double layer capacitor using porous copper and activated carbon, and the measuring method of an electrostatic capacitance were the same as that of Example 1 mentioned later, and the same thing was used for the positive electrode and the negative electrode. For example, the capacitance of the porous copper was measured by setting the positive electrode and the negative electrode to porous copper. The specific surface area was measured by, for example, a specific surface area measuring device ASAP2020 manufactured by Shimadzu Corporation. According to these measurement results, it is clear that the specific surface area of the porous electrode and the capacitance do not have a linear relationship. In addition, it is guessed that the mechanism which expresses an electrostatic capacity does not change with electrode materials.

そこで、本発明者が比表面積について鋭意検討した結果、静電容量に影響を与えるパラメータは、単純な比表面積ではなく、メソ細孔22の体積に対する比表面積、即ちメソ細孔単位体積当りの比表面積が静電容量に影響を与えることを見出した。したがって、メソ細孔単位体積当りの比表面積は、電気二重層キャパシタ10を設計する際の指標となりうるものである。すなわち、単純な比表面積ではなく、電解質イオンを吸着し易いメソ細孔が有する比表面積が実質的に静電容量を支配する因子となる。   Therefore, as a result of intensive studies on the specific surface area by the present inventor, the parameter affecting the capacitance is not a simple specific surface area, but a specific surface area with respect to the volume of the mesopores 22, that is, a ratio per unit volume of mesopores. It has been found that the surface area affects the capacitance. Therefore, the specific surface area per unit volume of mesopores can serve as an index when designing the electric double layer capacitor 10. In other words, the specific surface area of the mesopores that easily adsorb electrolyte ions is not a simple specific surface area but is a factor that substantially controls the capacitance.

このように、本発明者は、電気二重層キャパシタ10を設計する際の指標を発見することに成功した。本発明者がメソ細孔単位体積当りの比表面積についてさらに検討を重ねた結果、メソ細孔単位体積当りの比表面積は、450m/cm以上であることが好ましく、600m/cm以上であることがより好ましいことも判明した。メソ細孔単位体積当りの比表面積がこれらの範囲である時に、静電容量は特に増大する。なお、従来の活性炭では、メソ細孔単位体積当りの比表面積は450m/cm以上とならない。この理由としては、従来の活性炭ではメソ細孔比率を高めると比表面積が低下してしまうといったことが考えられる。 Thus, the present inventor succeeded in finding an index for designing the electric double layer capacitor 10. As a result of further investigations on the specific surface area per mesopore unit volume by the present inventors, the specific surface area per mesopore unit volume is preferably 450 m 2 / cm 3 or more, and 600 m 2 / cm 3 or more. It has also been found to be more preferable. The capacitance increases particularly when the specific surface area per unit volume of mesopores is in these ranges. In the case of conventional activated carbon, the specific surface area per unit volume of mesopores does not exceed 450 m 2 / cm 3 . This may be because the specific surface area of conventional activated carbon decreases when the mesopore ratio is increased.

一方、メソ細孔単位体積当りの比表面積の上限値は、理論的には電解質イオンの直径に応じて変化する。以下、この理由について図5及び図6に基づいて説明する。図5は、メソ細孔単位体積当りの比表面積と、電気二重層キャパシタ10の単位体積当りの静電容量との対応関係を電解質イオンの直径毎に示すグラフである。なお、縦軸の静電容量は、いわゆる理論値であり、以下のように算出される。即ち、図6に示すように、メソ細孔22を円筒でモデル化する。このモデルでは、すべての細孔がメソ細孔22となる。また、メソ細孔22は、同じ形状の円筒であり、各円筒の高さは1cmとなる。各円筒の直径は、メソ細孔単位体積当りの比表面積に応じて異なる。また、各円筒は、互いに軸方向が平行となり、かつ、互いに隣接するように配置される(即ち、多孔質材料20内に敷き詰められる)。したがって、メソ細孔単位体積当りの比表面積がS1(m/cm)となる場合、1cmの多孔質材料20の比表面積はS1(m)となる。そして、静電容量の理論値を以下の式(3)により算出する。 On the other hand, the upper limit value of the specific surface area per unit volume of mesopores theoretically changes according to the diameter of the electrolyte ions. Hereinafter, the reason for this will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a graph showing the correspondence between the specific surface area per unit volume of the mesopores and the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor 10 for each diameter of the electrolyte ions. The capacitance on the vertical axis is a so-called theoretical value and is calculated as follows. That is, as shown in FIG. 6, the mesopores 22 are modeled by a cylinder. In this model, all the pores become mesopores 22. The mesopores 22 are cylinders having the same shape, and the height of each cylinder is 1 cm. The diameter of each cylinder varies depending on the specific surface area per unit volume of mesopores. In addition, the cylinders are arranged so that the axial directions thereof are parallel to each other and are adjacent to each other (that is, spread in the porous material 20). Accordingly, when the specific surface area per mesopore unit volume is S1 (m 2 / cm 3 ), the specific surface area of the porous material 20 of 1 cm 3 is S1 (m 2 ). And the theoretical value of an electrostatic capacitance is computed by the following formula | equation (3).

Figure 2014078593
Figure 2014078593

式(3)中、Cは静電容量の理論値であり、Sはメソ細孔単位体積当りの比表面積である。nは多孔質材料20の表面の単位面積(1m)当りに付着する電解質イオンの数であり、以下の式(3−1)で与えられる。Vmaxは上限電圧、即ち多孔質材料20に印加できる最大の電圧であり、図5の例では、2.5Vとなる。Vminは下限電圧、即ち多孔質材料20に印加できる最小の電圧であり、図5の例では、1.0Vとなる。 In formula (3), C 0 is a theoretical value of capacitance, and S is a specific surface area per unit volume of mesopores. n is the number of electrolyte ions attached per unit area (1 m 2 ) of the surface of the porous material 20, and is given by the following equation (3-1). V max is the upper limit voltage, that is, the maximum voltage that can be applied to the porous material 20, and is 2.5 V in the example of FIG. V min is the lower limit voltage, that is, the minimum voltage that can be applied to the porous material 20, and is 1.0 V in the example of FIG.

Figure 2014078593
Figure 2014078593

式(3−1)中、Lは電解質イオンの直径(m)である。 In formula (3-1), L n is the diameter (m) of the electrolyte ion.

図5によれば、電解質イオンの直径がいずれの場合であっても、メソ細孔単位体積当りの比表面積の増加に伴って静電容量が増加する。なお、メソ細孔単位体積当りの比表面積の増加に伴って、メソ細孔22の直径は減少する。そして、電解質イオンの直径がメソ細孔22の直径に一致する点を境に、静電容量が急激に減少する。すなわち、メソ細孔単位体積当りの比表面積の好ましい上限値は、電解質イオンの直径に応じて変化する。   According to FIG. 5, the capacitance increases with an increase in specific surface area per unit volume of mesopores regardless of the diameter of the electrolyte ions. Note that the diameter of the mesopores 22 decreases as the specific surface area per unit volume of the mesopores increases. Then, at the point where the diameter of the electrolyte ion coincides with the diameter of the mesopores 22, the capacitance is rapidly decreased. That is, the preferable upper limit value of the specific surface area per unit volume of mesopores varies depending on the diameter of the electrolyte ions.

なお、メソ細孔単位体積当りの比表面積とメソ細孔22の直径との関係は、以下の式(4)で表される。   The relationship between the specific surface area per unit volume of the mesopores and the diameter of the mesopores 22 is expressed by the following formula (4).

Figure 2014078593
Figure 2014078593

ここで、xはメソ細孔22の直径(m)であり、nは1cmの多孔質材料20内に配置される円筒の個数であり、以下の式(5)で表される。Sはメソ細孔単位体積当りの比表面積である。 Here, x is the diameter (m) of the mesopores 22, and n is the number of cylinders disposed in the 1 cm 3 porous material 20, which is expressed by the following formula (5). S is a specific surface area per unit volume of mesopores.

Figure 2014078593
Figure 2014078593

式(4)、(5)によれば、例えば、メソ細孔22の直径が2nmとなる場合、メソ細孔単位体積当りの比表面積は1500m/cmとなる。従って、電解質イオンの直径が2nmとなる場合、静電容量は、メソ細孔単位体積当りの比表面積が1500m/cmとなる点で減少に転じるはずである。しかし、実際には電解質イオンは球体ではないのでメソ細孔と同じ大きさに近くなると立体障害で細孔に入りにくくなるので、図に示したように1200m/cmとなる点で減少に転じる。したがって、メソ細孔単位体積当りの比表面積の好ましい上限値は、電解質イオンの直径に応じて変化する。例えば、電解質イオンの直径が2nmとなる場合、好ましい上限値は1200m/cmとなる。言い換えれば、出来る限り電解質イオンの直径を小さくすることによって、静電容量を増大させることができる。このように、メソ細孔単位体積当りの比表面積の上限値は電解質イオンの直径に応じて変化する。 According to the equations (4) and (5), for example, when the diameter of the mesopores 22 is 2 nm, the specific surface area per unit volume of the mesopores is 1500 m 2 / cm 3 . Therefore, when the diameter of the electrolyte ions is 2 nm, the capacitance should start to decrease at a specific surface area per mesopore unit volume of 1500 m 2 / cm 3 . However, since the electrolyte ions are not actually spheres, when they are close to the same size as the mesopores, it becomes difficult to enter the pores due to steric hindrance, and as shown in the figure, it is reduced at 1200 m 2 / cm 3. Turn. Therefore, the preferable upper limit value of the specific surface area per unit volume of mesopores varies depending on the diameter of the electrolyte ions. For example, when the diameter of the electrolyte ion is 2 nm, the preferable upper limit value is 1200 m 2 / cm 3 . In other words, the capacitance can be increased by reducing the diameter of the electrolyte ions as much as possible. Thus, the upper limit value of the specific surface area per unit volume of mesopores varies depending on the diameter of the electrolyte ions.

ただし、上述した内容はあくまで理論的なものである。本発明者は、後述するように、X線回折強度(すなわち、X線回折角度2θに対する強度)が最大となる最大ピークの半価幅が1度以上となる非晶質相が多孔質材料20に形成される場合に、メソ細孔単位体積当りの比表面積が飛躍的に増加することを見出した。そして、本発明者は、この技術を用いて上限値を検討したところ、メソ細孔単位体積当りの比表面積が1600m/cm以下であり、かつ、電解質イオンの直径が2nm以下であれば、電解質イオンの粒径によらず、良好な静電容量が得られることを見出した。また、本発明者は、メソ細孔単位体積当りの比表面積が450m/cm以上1600m/cm以下であれば、メソ細孔単位体積当りの比表面積が大きいほど静電容量が大きくなることも見出した。なお、電解質イオンの直径は1.5nm以下であることがより好ましい。 However, the contents described above are theoretical. As will be described later, the present inventor has described that the amorphous phase in which the half-value width of the maximum peak at which the X-ray diffraction intensity (that is, the intensity with respect to the X-ray diffraction angle 2θ) is the maximum is 1 degree or more is It has been found that the specific surface area per unit volume of mesopores increases dramatically. And when this inventor examined the upper limit using this technique, if the specific surface area per mesopore unit volume is 1600 m < 2 > / cm < 3 > or less and the diameter of electrolyte ion is 2 nm or less, The inventors have found that a good capacitance can be obtained regardless of the particle size of the electrolyte ions. Further, the inventor of the present invention has a larger capacitance as the specific surface area per unit volume of mesopore is larger if the specific surface area per unit volume of mesopore is 450 m 2 / cm 3 or more and 1600 m 2 / cm 3 or less. I also found out. The diameter of the electrolyte ion is more preferably 1.5 nm or less.

したがって、多孔質材料20のメソ細孔単位体積当りの比表面積は、450m/cm以上1600m/cm以下であることが好ましい。また、多孔質材料20は、好ましくは遷移金属(例えば、周期表で第3族元素から第11族元素までの間に存在する元素)で構成される。具体的には、多孔質材料20は、例えば、Ni、Ti、Cu、Co、Feからなる群から選択される少なくとも1種類の金属を含む。なお、後述する実施例に示されるように、多孔質材料20がNiで構成される場合に、静電容量が特に大きくなる。しかし、Niは比重が大きいので、多孔質材料20がNiで構成される場合、電気二重層キャパシタ10の重量が大きくなる。そこで、Niの一部を軽量のTiで置き換えてもよい。また、上記の理論は、多孔質材料20が電気二重層を構成する場合に成り立つ。 Therefore, the specific surface area per mesopore unit volume of the porous material 20 is preferably 450 m 2 / cm 3 or more and 1600 m 2 / cm 3 or less. Moreover, the porous material 20 is preferably composed of a transition metal (for example, an element existing between a Group 3 element and a Group 11 element in the periodic table). Specifically, the porous material 20 includes at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Cu, Co, and Fe, for example. In addition, as shown in the Example mentioned later, when the porous material 20 is comprised with Ni, an electrostatic capacitance becomes large especially. However, since Ni has a large specific gravity, when the porous material 20 is made of Ni, the electric double layer capacitor 10 becomes heavy. Therefore, a part of Ni may be replaced with lightweight Ti. Further, the above theory holds when the porous material 20 constitutes an electric double layer.

また、本発明者は、メソ細孔単位体積当りの比表面積を大きくする技術についてさらに検討を重ねたところ、多孔質材料20を非晶質化することで、メソ細孔単位体積当りの比表面積を大きくすることができることを見出した。より詳細には、本発明者は、X線回折強度(すなわち、X線回折角度2θに対する強度)が最大となる最大ピークの半価幅が1度以上となる非晶質相が多孔質材料20に形成される場合に、メソ細孔単位体積当りの比表面積が飛躍的に増加することを見出した。さらに、本発明者は、多孔質材料20の非晶質化が進むほど、すなわち半価幅が大きくなるほど静電容量が大きくなることも見出した。   In addition, the present inventor further examined a technique for increasing the specific surface area per unit volume of mesopores, and as a result of making the porous material 20 amorphous, the specific surface area per unit volume of mesopores. It was found that can be increased. More specifically, the present inventor has described that the amorphous phase in which the half-value width of the maximum peak at which the X-ray diffraction intensity (that is, the intensity with respect to the X-ray diffraction angle 2θ) is maximum is 1 degree or more is the porous material 20. It has been found that the specific surface area per unit volume of mesopores increases dramatically. Further, the present inventor has also found that the capacitance increases as the amorphous state of the porous material 20 progresses, that is, as the half width increases.

なお、多孔質材料20が非晶質化された場合に静電容量が増大する理由としては、以下の理由が考えられる。すなわち、上述したように、メソ細孔22の存在比が電気二重層キャパシタ10の静電容量に影響を与えるので、メソ細孔22は多いことが好ましい。一方、多孔質材料20が非晶質化することで、多孔質材料20の結晶構造が乱れることになるので、例えば多孔質材料20の結晶時にマクロ孔だった細孔は、多孔質材料20の非晶質化によってメソ細孔22に細分化されうる。したがって、多孔質材料20が非晶質化されることでメソ細孔22が増加し、ひいては、静電容量が増大する。   In addition, the following reasons can be considered as a reason why the capacitance increases when the porous material 20 is amorphized. That is, as described above, since the abundance ratio of the mesopores 22 affects the capacitance of the electric double layer capacitor 10, it is preferable that the number of mesopores 22 is large. On the other hand, since the porous material 20 becomes amorphous, the crystal structure of the porous material 20 is disturbed. For example, the pores that are macropores during the crystallization of the porous material 20 It can be subdivided into mesopores 22 by amorphization. Therefore, the mesopores 22 are increased by making the porous material 20 amorphous, and the capacitance is increased.

このような観点から、多孔質材料20は、X線回折強度が最大となる最大ピークの半価幅が1度以上である非晶質相を含む。なお、この半価幅は1.2度以上がより好ましい。一方、多孔質材料20の非晶質化が進むほど半価幅が大きくなるので、半価幅の上限値は特に制限はないと推察されるが、非晶質化はある程度進行すると実質的に頭打ちになる。非晶質化が頭打ちになる時の半価幅はおおよそ2.6度程度であると推察される。したがって、半価幅の実質的な上限値は2.6度程度となる。なお、多孔質材料20を非晶質化する方法は、特に制限されず、金属の結晶構造を乱すことができる方法であればどのようなものであってもよい。このような方法としては、例えばメカニカルアロイング法、急冷凝固法、溶射法等があげられる。多孔質材料20を非晶質化する方法の詳細については後述する。本実施形態では、X線回折は任意の装置で行わればよい。例えば、X線回折は、(株)理学製のRINT2200V/PCSVによって行われる。   From such a viewpoint, the porous material 20 includes an amorphous phase in which the half width of the maximum peak at which the X-ray diffraction intensity is maximum is 1 degree or more. The half width is more preferably 1.2 degrees or more. On the other hand, since the half width increases as the amorphization of the porous material 20 progresses, it is assumed that the upper limit of the half width is not particularly limited. It reaches a peak. It is assumed that the half width when the amorphization reaches its peak is approximately 2.6 degrees. Therefore, the substantial upper limit of the half width is about 2.6 degrees. The method for making the porous material 20 amorphous is not particularly limited, and any method may be used as long as it can disturb the crystal structure of the metal. Examples of such a method include a mechanical alloying method, a rapid solidification method, and a thermal spraying method. Details of the method of making the porous material 20 amorphous will be described later. In the present embodiment, X-ray diffraction may be performed with an arbitrary apparatus. For example, X-ray diffraction is performed by RINT2200V / PCSV manufactured by Rigaku Corporation.

また、多孔質材料20の表面(即ち、メソ細孔22の表面を含む多孔質材料20の全面)には、無機化合物層が形成されていてもよい。即ち、メソ細孔22の表面は、無機化合物層で覆われていてもよい。これにより、電気二重層キャパシタ10のサイクル安定性及び熱安定性が向上する。なお、電気二重層キャパシタ10のサイクル安定性及び熱安定性が向上する理由としては、例えば、多孔質材料20が電解質(電解液)に直接接触することが防止されることが挙げられる。即ち、多孔質材料20が電解液に直接接触すると、多孔質材料20に電圧を加えた際に多孔質材料20が電解液に溶出しやすくなる。そして、高温であるほど多孔質材料20の反応活性が高くなり、溶出量が多くなる。したがって、多孔質材料20の表面、特にメソ細孔22の表面を無機化合物層で覆うことで、多孔質材料20の溶出が防止され、ひいては、電気二重層キャパシタ10のサイクル安定性及び熱安定性が向上する。   An inorganic compound layer may be formed on the surface of the porous material 20 (that is, the entire surface of the porous material 20 including the surface of the mesopores 22). That is, the surface of the mesopores 22 may be covered with an inorganic compound layer. Thereby, the cycle stability and thermal stability of the electric double layer capacitor 10 are improved. The reason why the cycle stability and thermal stability of the electric double layer capacitor 10 are improved is, for example, that the porous material 20 is prevented from coming into direct contact with the electrolyte (electrolytic solution). That is, when the porous material 20 is in direct contact with the electrolytic solution, the porous material 20 is easily eluted into the electrolytic solution when a voltage is applied to the porous material 20. And the higher the temperature, the higher the reaction activity of the porous material 20 and the greater the amount of elution. Therefore, the elution of the porous material 20 is prevented by covering the surface of the porous material 20, particularly the surface of the mesopores 22, with the inorganic compound layer, and consequently the cycle stability and thermal stability of the electric double layer capacitor 10. Will improve.

無機化合物層は、多孔質材料20を構成する金属とアニオンとの化合物、即ち無機化合物で構成される。無機化合物層を構成するアニオンは、たとえば、酸素イオン、ハロゲンイオン、窒素イオン、水酸化物イオン、炭酸イオン、硫黄イオン、及び炭素イオンからなる群から選択される少なくとも1種類のアニオンを含む。   The inorganic compound layer is composed of a compound of a metal and an anion constituting the porous material 20, that is, an inorganic compound. The anion constituting the inorganic compound layer includes, for example, at least one anion selected from the group consisting of oxygen ions, halogen ions, nitrogen ions, hydroxide ions, carbonate ions, sulfur ions, and carbon ions.

無機化合物層は、出来る限り薄い方が好ましい。無機化合物層が薄いほど、電気二重層キャパシタ10の電気抵抗が低くなり、急速充放電特性の低下が抑制されるからである。具体的な層厚は30nm以下が好ましく、20nm以下がより好ましく、10nm以下がさらに好ましい。層厚が30nmを超えると、電気二重層キャパシタ10の電気抵抗が大きく低下し、かつ、急速充放電特性も大きく低下するからである。また、上記の各範囲は、いずれも自然酸化膜(多孔質材料20を大気中に晒すことで形成される酸化膜)よりも薄くなる。無機化合物層の層厚は、例えば、Kratos社製のX線光電子分光分析装置AXIS−ULTRA−DLDにより測定される。   The inorganic compound layer is preferably as thin as possible. This is because the thinner the inorganic compound layer is, the lower the electric resistance of the electric double layer capacitor 10 is, so that the rapid charge / discharge characteristics are prevented from deteriorating. The specific layer thickness is preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less, and even more preferably 10 nm or less. This is because if the layer thickness exceeds 30 nm, the electric resistance of the electric double layer capacitor 10 is greatly reduced, and the rapid charge / discharge characteristics are also greatly reduced. Each of the above ranges is thinner than a natural oxide film (an oxide film formed by exposing the porous material 20 to the atmosphere). The layer thickness of the inorganic compound layer is measured by, for example, an X-ray photoelectron spectrometer AXIS-ULTRA-DLD manufactured by Kratos.

(多孔質材料(多孔質金属)の製造方法)
次に、多孔質材料20の製造方法について説明する。多孔質材料は、例えば以下に列挙する2つの製造方法のうち、いずれかの製造方法によって製造される。
(Method for producing porous material (porous metal))
Next, a method for manufacturing the porous material 20 will be described. The porous material is manufactured, for example, by any one of the two manufacturing methods listed below.

(合金を酸またはアルカリ性溶液で処理する方法)
第1の製造方法は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第1の金属と、第1の金属よりも酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第2の金属とを含む合金を非晶質化するステップ(第1の工程)と、非晶質化された合金を酸またはアルカリ性溶液で処理するステップ(第2の工程)とを含む。なお、合金自体は適当な公知の方法(例えば溶解法等)によって製造される。
(Method of treating alloy with acid or alkaline solution)
The first production method comprises amorphizing an alloy containing a first metal that is soluble in an acid or alkaline solution and a second metal that is less soluble in an acid or alkaline solution than the first metal. (First step) and a step of treating the amorphized alloy with an acid or an alkaline solution (second step). The alloy itself is manufactured by an appropriate known method (for example, a melting method).

第1の金属は、例えば、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含む。第2の金属は、多孔質材料20を構成する金属である。遷移金属は、酸またはアルカリ性溶液にほとんど不溶なので、特に好ましい。   The first metal includes, for example, at least one metal selected from the group consisting of aluminum, lead, tin, and zinc. The second metal is a metal constituting the porous material 20. Transition metals are particularly preferred because they are almost insoluble in acid or alkaline solutions.

本実施形態では、この合金を非晶質化することで、合金に非晶質相を形成する。すなわち、非晶質化を行う前の合金内では、第1の金属が比較的大きな結晶子(例えば上述したマクロ孔程度の大きさの結晶子)として存在するので、単に合金から第1の金属を除去しただけでは、多孔質材料20内のメソ細孔22の数が充分でない可能性がある。そこで、本実施形態では、合金を非晶質化することで、第1の合金を合金内で分散させる。これにより、第1の金属の結晶子がメソ細孔22程度の大きさとなりうる。   In this embodiment, an amorphous phase is formed in the alloy by making the alloy amorphous. That is, in the alloy before the amorphousization, the first metal exists as a relatively large crystallite (for example, a crystallite having a size of about the macropore described above). There is a possibility that the number of mesopores 22 in the porous material 20 is not sufficient only by removing. Therefore, in the present embodiment, the first alloy is dispersed in the alloy by making the alloy amorphous. Thereby, the crystallite of the first metal can be as large as the mesopores 22.

したがって、第1の製造方法は、第1の金属の結晶子の大きさを制御することで、メソ細孔22の数を制御するとともに、メソ細孔22の大きさ、即ち直径も制御することができる。なお、第1の製造方法では、第1の金属と第2の金属との質量比等を制御することによっても、所望のメソ細孔22を製造することができる。   Therefore, the first manufacturing method controls the number of mesopores 22 by controlling the size of the first metal crystallites, and also controls the size, that is, the diameter of the mesopores 22. Can do. In the first manufacturing method, the desired mesopores 22 can be manufactured also by controlling the mass ratio of the first metal and the second metal.

合金を非晶質化する方法は、特に制限されず、金属の結晶構造を乱すことができる方法であればどのようなものであってもよい。このような方法としては、例えばメカニカルアロイング法、急冷凝固法、溶射法等があげられる。   The method for making the alloy amorphous is not particularly limited, and any method that can disturb the crystal structure of the metal may be used. Examples of such a method include a mechanical alloying method, a rapid solidification method, and a thermal spraying method.

メカニカルアロイング法を行う装置は特に制限されず、公知のミル装置、例えば遊星ボールミル、振動ミル、アトライタボールミル等であればよい。メカニカルアロイング法の媒体としては、例えば種々のサイズの金属やセラミック製のボールが用いられる。容器やボールは、合金が不純物を嫌う場合はジルコニア等のセラミックで構成されたものであればよいが、非晶質化をより大きく進めるためには比重の大きなボールを用いるほうが好ましい。   The apparatus for performing the mechanical alloying method is not particularly limited, and may be a known mill apparatus such as a planetary ball mill, a vibration mill, an attritor ball mill, or the like. As a medium of the mechanical alloying method, for example, metal or ceramic balls of various sizes are used. The container and ball may be made of a ceramic such as zirconia if the alloy dislikes impurities, but it is preferable to use a ball having a large specific gravity in order to further increase the amorphization.

また、容器内の雰囲気は合金の酸化を抑制するためにアルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。また合金のメカニカルアロイング中は合金に加えたエネルギにより合金が発熱するので、メカニカルアロイングは、冷却ジャケットを容器に付けた上で、容器を冷却しながら行う。また、容器に投入した合金の容器壁面への付着抑制や微細化を促進させるためにアルコール等を容器内に添加することが好ましい。   The atmosphere in the container is preferably an inert gas atmosphere such as an argon atmosphere in order to suppress oxidation of the alloy. During mechanical alloying of the alloy, the alloy generates heat due to the energy applied to the alloy. Therefore, the mechanical alloying is performed while the container is cooled after the cooling jacket is attached to the container. In addition, it is preferable to add alcohol or the like to the container in order to promote adhesion suppression and miniaturization of the alloy charged in the container.

メカニカルアロイング法においては、ボールの材質、ボールの直径、ボールの量、ミル装置の運転時間(ボールによる合金の撹拌時間)、容器の回転速度(rpm)を制御することで、半価幅を調整することができる。具体的には、ボールの比重が大きいほど、ボールの直径が長いほど、ボールの量が多いほど、運転時間が長いほど、また、回転速度(rpm)が大きいほど、半価幅が大きくなる。ただし、上述したように、半価幅はある程度の値で頭打ちになるので、これらのファクターにも上限値がある。例えば、運転時間については、1〜10時間程度、より具体的には、3〜5時間程度であればよい。   In the mechanical alloying method, by controlling the material of the ball, the diameter of the ball, the amount of the ball, the operation time of the mill device (the stirring time of the alloy with the ball), and the rotation speed (rpm) of the container, the half width is reduced. Can be adjusted. Specifically, the full width at half maximum increases as the specific gravity of the ball increases, the diameter of the ball increases, the amount of balls increases, the operation time increases, and the rotation speed (rpm) increases. However, as described above, the full width at half maximum reaches a certain level, so these factors also have upper limit values. For example, the operation time may be about 1 to 10 hours, more specifically about 3 to 5 hours.

急冷凝固法としては、アトマイズ法やロール急冷法、ストリップキャスト法、噴霧ロール法、ガス噴射スプラット法、スプレーフォーミング法等がある。急冷凝固法では、合金の溶湯を急冷することで非晶質化を進行させる。したがって、急冷凝固法では、溶湯の冷却速度を制御することで、半価幅を調整することができる。溶湯の冷却速度が大きいほど、半価幅が大きくなる。ただし、上述したように、半価幅はある程度の値で頭打ちになるので、これらのファクターにも上限値がある。具体的には、冷却速度は、10〜10K/sの範囲であることが望ましい。また、急冷凝固法は、合金の酸化を防ぐために、アルゴンやヘリウム等の不活性ガス雰囲気下で行われる。 Examples of the rapid solidification method include an atomizing method, a roll rapid cooling method, a strip casting method, a spray roll method, a gas injection splat method, and a spray forming method. In the rapid solidification method, amorphization is advanced by quenching the molten alloy. Therefore, in the rapid solidification method, the half width can be adjusted by controlling the cooling rate of the molten metal. The full width at half maximum increases as the cooling rate of the molten metal increases. However, as described above, the full width at half maximum reaches a certain level, so these factors also have upper limit values. Specifically, the cooling rate is desirably in the range of 10 3 to 10 8 K / s. The rapid solidification method is performed in an inert gas atmosphere such as argon or helium in order to prevent oxidation of the alloy.

ここで、合金の半価幅の下限値は、0.9度であればよい。すなわち、本発明者は、合金から第1の金属を除去する(すなわち、合金を展開する)ことで多孔質材料20を製造した場合、多孔質材料20の半価幅は合金の半価幅よりも大きくなることを見出した。そして、本発明者は、合金の半価幅の下限値が0.9度であれば、多孔質材料20の半価幅が1度以上となることを見出した。したがって、合金の半価幅の下限値は、0.9度であればよい。合金の半価幅の下限値は、好ましくは1.1度以上であればよい。合金の半価幅の上限値は、特に制限はないと推察されるが、非晶質化はある程度進行すると実質的に頭打ちになる。非晶質化が頭打ちになる時の半価幅はおおよそ2度程度であると推察される。したがって、上限値は実質的に2度程度となる。   Here, the lower limit of the half width of the alloy may be 0.9 degrees. That is, when the inventor has produced the porous material 20 by removing the first metal from the alloy (that is, developing the alloy), the half width of the porous material 20 is larger than the half width of the alloy. Also found that it would be bigger. And this inventor discovered that the half value width of the porous material 20 will be 1 degree | times or more, if the lower limit of the half value width of an alloy is 0.9 degree | times. Therefore, the lower limit of the half width of the alloy may be 0.9 degrees. The lower limit of the half width of the alloy is preferably 1.1 degrees or more. The upper limit of the half-value width of the alloy is presumed to be not particularly limited, but substantially reaches its peak when amorphization proceeds to some extent. It is presumed that the half width when the amorphization reaches its peak is about 2 degrees. Therefore, the upper limit value is substantially about 2 degrees.

そして、第1の製造方法では、非晶質化された合金を酸またはアルカリ性溶液で処理する(例えば合金を酸またはアルカリ性溶液に漬ける)ことで、合金から第1の金属を除去する(溶出させる)。これにより、合金のうち、第1の金属が占有していた部分がメソ細孔22となる。   In the first production method, the amorphous metal is treated with an acid or an alkaline solution (for example, the alloy is immersed in an acid or an alkaline solution), thereby removing (eluting) the first metal from the alloy. ). As a result, the portion of the alloy occupied by the first metal becomes the mesopores 22.

上述したように、本実施形態では、メソ細孔22の直径は2nm以上30nm以下、メソ細孔22の存在比は70%以上、メソ細孔単位体積当りの比表面積は450m/cm以上となるので、これらの値を得るために、第1の金属と第2の金属との質量比は、1:3〜3:1の範囲が好ましく、より好ましくは1:1〜3:1に設定される。 As described above, in this embodiment, the diameter of the mesopores 22 is 2 nm or more and 30 nm or less, the abundance ratio of the mesopores 22 is 70% or more, and the specific surface area per mesopore unit volume is 450 m 2 / cm 3 or more. Therefore, in order to obtain these values, the mass ratio of the first metal to the second metal is preferably in the range of 1: 3 to 3: 1, more preferably 1: 1 to 3: 1. Is set.

ここで、第1の金属と第2の金属とからなる合金の平均直径は、100μm以下が好ましく、より好ましくは50μmであり、さらに好ましくは20μmである。ここで、平均直径は、例えば、各金属粒子を球体とみなしたときの直径を算術平均した値である。平均直径の測定は、例えば、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S−4800(日立ハイテク社製)により行われる。   Here, the average diameter of the alloy composed of the first metal and the second metal is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm, and further preferably 20 μm. Here, the average diameter is, for example, a value obtained by arithmetically averaging the diameters when each metal particle is regarded as a sphere. The average diameter is measured, for example, with a Hitachi ultra-high resolution field emission scanning electron microscope S-4800 (manufactured by Hitachi High-Tech).

また、できる限り第1の金属を除去して多孔質にしたいが、処理後に第1の金属がすべて除去されずに一部残存していても構わない。また、浸漬時間は3時間以上が好ましい。一方、浸漬時間の上限時間に関しては酸またはアルカリ性溶液の濃度や温度に依存する。溶液中の酸またはアルカリの濃度は、溶液の全質量に対して1〜20質量%が好ましい。溶液の温度は室温から90℃の範囲が好ましい。これらのパラメータの値によって細孔径分布やメソ細孔単位体積当りの比表面積が変わるので、目的にあわせてこれらのパラメータを適宜決めればよい。   In addition, it is desired to remove the first metal as much as possible to make it porous. However, the first metal may not be completely removed after the treatment but may partially remain. The immersion time is preferably 3 hours or longer. On the other hand, the upper limit time of the immersion time depends on the concentration or temperature of the acid or alkaline solution. The concentration of the acid or alkali in the solution is preferably 1 to 20% by mass with respect to the total mass of the solution. The temperature of the solution is preferably in the range of room temperature to 90 ° C. Since the pore size distribution and the specific surface area per unit volume of mesopores vary depending on the values of these parameters, these parameters may be appropriately determined according to the purpose.

(金属化合物を還元する方法)
第2の製造方法は、金属化合物を非晶質化させ、非晶質化された金属化合物を還元させることで、金属化合物内のアニオンを除去させる製造方法である。金属化合物は、多孔質材料20を構成する金属と、アニオンとの化合物である。アニオンは、酸素及び窒素等を含む無機アニオンや、カルボン酸イオンやメトロキサイドイオン等の有機アニオンが挙げられる。還元は、例えば、金属化合物を水素または一酸化炭素等の還元ガスで処理する事により行われる。これにより、金属化合物のうち、アニオンが占有していた部分がメソ細孔22となる。したがって、この製造方法によれば、アニオンの大きさによって、メソ細孔22の大きさ、即ち直径も変わる。即ち、この製造方法によれば、アニオンの大きさを制御することによって、所望のメソ細孔22を製造することができる。
(Method of reducing metal compound)
The second manufacturing method is a manufacturing method in which an anion in the metal compound is removed by making the metal compound amorphous and reducing the amorphous metal compound. The metal compound is a compound of a metal constituting the porous material 20 and an anion. Examples of the anion include inorganic anions containing oxygen and nitrogen, and organic anions such as carboxylate ions and metroxide ions. The reduction is performed, for example, by treating a metal compound with a reducing gas such as hydrogen or carbon monoxide. Thereby, the part which the anion occupied among the metal compounds becomes the mesopores 22. Therefore, according to this manufacturing method, the size, that is, the diameter of the mesopores 22 also changes depending on the size of the anion. That is, according to this manufacturing method, desired mesopores 22 can be manufactured by controlling the size of the anion.

上述したように、本実施形態では、メソ細孔22の直径は2nm以上30nm以下、メソ細孔22の存在比は70%以上、メソ細孔単位体積当りの比表面積は450m/cm以上となるので、これらの値を得るために、アニオンの大きさ、例えば直径は、20Å以下であることが好ましく、より好ましくは10Å以下に設定される。アニオンの1つ1つは、メソ細孔22よりも小さいが、アニオンが除去されることで形成された空孔同士が結合することで、メソ細孔22が形成される。このようなアニオンとしては、例えば、酸素イオン、オレイン酸イオン、メトロキサイドイオン等が挙げられる。 As described above, in this embodiment, the diameter of the mesopores 22 is 2 nm or more and 30 nm or less, the abundance ratio of the mesopores 22 is 70% or more, and the specific surface area per mesopore unit volume is 450 m 2 / cm 3 or more. Therefore, in order to obtain these values, the size of the anion, for example, the diameter is preferably 20 mm or less, more preferably 10 mm or less. Each one of the anions is smaller than the mesopores 22, but the mesopores 22 are formed by bonding vacancies formed by removing the anions. Examples of such anions include oxygen ions, oleate ions, metroxide ions, and the like.

また、非晶質化の程度については、第1の製造方法と同様であればよい。例えば、金属化合物の半価幅は、0.9度以上であればよい。   Further, the degree of amorphization may be the same as in the first manufacturing method. For example, the half width of the metal compound may be 0.9 degrees or more.

(多孔質金属の表面に無機化合物層を形成する方法)
多孔質材料20の表面に無機化合物層を形成する方法としては、特に制限されないが、たとえば、多孔質材料20をガス雰囲気中に晒す方法、多孔質材料20を溶液に含浸させる方法等が挙げられる。その他の方法としては、例えば化学蒸着法(CVD法)が挙げられる。多孔質材料20をガス雰囲気中に晒す方法は、具体的には、多孔質材料20を、反応ガスと不活性ガス(例えば希ガス)との混合ガスに晒す方法である。
(Method of forming an inorganic compound layer on the surface of a porous metal)
The method of forming the inorganic compound layer on the surface of the porous material 20 is not particularly limited, and examples thereof include a method of exposing the porous material 20 to a gas atmosphere, a method of impregnating the porous material 20 with a solution, and the like. . Examples of other methods include chemical vapor deposition (CVD). Specifically, the method of exposing the porous material 20 to the gas atmosphere is a method of exposing the porous material 20 to a mixed gas of a reaction gas and an inert gas (for example, a rare gas).

反応ガスは、多孔質材料20と反応可能なガスである。反応ガスは、たとえば、空気、酸素ガス、ハロゲンガス、窒素ガス、水蒸気、炭酸ガス、及び硫化水素ガスからなる群から選択される少なくとも1種類のガスを含む。   The reaction gas is a gas that can react with the porous material 20. The reaction gas includes, for example, at least one gas selected from the group consisting of air, oxygen gas, halogen gas, nitrogen gas, water vapor, carbon dioxide gas, and hydrogen sulfide gas.

反応ガスの濃度(混合ガス全体に占める反応ガスの濃度)は低いほうが好ましい。反応ガスの濃度が低いほど、無機化合物層の層厚が薄くなるからである。一方、反応ガスの濃度が低すぎると、メソ細孔22の表面に無機化合物層が形成されない欠落部分が生じる場合がある。そして、この欠落部分は、大気中に晒されることで酸化する。したがって、欠落部分が多いと、これらの欠落部分に過剰に厚い(30nmを超える)酸化膜(すなわち、自然酸化膜)が形成されてしまう可能性がある。   The concentration of the reaction gas (the concentration of the reaction gas in the entire mixed gas) is preferably low. This is because the lower the concentration of the reaction gas, the thinner the inorganic compound layer. On the other hand, if the concentration of the reaction gas is too low, a missing portion where an inorganic compound layer is not formed on the surface of the mesopores 22 may occur. The missing portion is oxidized by being exposed to the atmosphere. Therefore, if there are many missing portions, an excessively thick (more than 30 nm) oxide film (that is, a natural oxide film) may be formed in these missing portions.

具体的な反応ガス濃度の上限値は、例えば6体積%以下が好ましく、4体積%以下がより好ましい。一方、反応ガスの濃度の好ましい下限値は、反応ガスの種類に応じて異なる。例えば、反応ガスが酸素となる場合、反応ガスの濃度の好ましい下限値は1.5体積%となる。このように、反応ガスの好ましい濃度範囲は、反応ガスの種類及び多孔質材料20の種類に応じて変動する。したがって、上記の範囲はあくまで一例である。また、多孔質金属を混合ガスに晒す時間は、例えば10分以上であればよい。この方法によれば、無機化合物層として、酸素イオン、ハロゲンイオン、窒素イオン、水酸化物イオン、炭酸イオン、硫黄イオンを含む層を形成することができる。   The specific upper limit value of the reaction gas concentration is, for example, preferably 6% by volume or less, and more preferably 4% by volume or less. On the other hand, the preferable lower limit value of the concentration of the reaction gas varies depending on the type of the reaction gas. For example, when the reaction gas is oxygen, a preferable lower limit of the concentration of the reaction gas is 1.5% by volume. Thus, the preferable concentration range of the reactive gas varies depending on the type of the reactive gas and the type of the porous material 20. Therefore, the above range is merely an example. Moreover, the time which exposes a porous metal to mixed gas should just be 10 minutes or more, for example. According to this method, a layer containing oxygen ions, halogen ions, nitrogen ions, hydroxide ions, carbonate ions, and sulfur ions can be formed as the inorganic compound layer.

多孔質材料20を溶液に含浸させる方法は、具体的には、多孔質材料20を、多孔質材料20と反応可能なアニオン、例えばハロゲンイオン、硝酸イオン、硫酸イオン、酢酸イオン等を含む溶液に含浸し、次いで熱処理する方法である。このような溶液としては、NiF,NiBr,NiCl,NiI,CuBr,CuCl,CuCl,CoBr,CoCl,CoI,CoF,FeBr,FeBr,FeCl,FeCl,FeSO,Ni(NO,NiSO、Ni(C、Cu(NO、CuSO、Co(C、Co(NO,CoSO、Fe(NOのいずれかの水溶液が挙げられる。 Specifically, the method of impregnating the porous material 20 with the solution is as follows. The porous material 20 is made into a solution containing an anion capable of reacting with the porous material 20, such as a halogen ion, a nitrate ion, a sulfate ion, and an acetate ion. It is a method of impregnating and then heat-treating. Such solutions, NiF 2, NiBr 2, NiCl 2, NiI 2, CuBr 2, CuCl, CuCl 2, CoBr 2, CoCl 2, CoI 2, CoF 2, FeBr 2, FeBr 2, FeCl 2, FeCl 2 , FeSO 2 , Ni (NO 3 ) 2 , NiSO 4 , Ni (C 2 H 3 O 2 ) 2 , Cu (NO 3 ) 2 , CuSO 4 , Co (C 2 H 3 O 2 ) 2 , Co (NO 3) ) 2 , CoSO 4 , or Fe (NO 3 ) 2 .

溶液中のアニオン濃度は例えば、溶液の全質量に対して1質量%であり、含浸時間は例えば10分以上である。熱処理は、10℃/分以下の昇温スピードで所望の到達温度まで多孔質材料20を加熱し、昇温後の温度で2時間以上保持することで行われる。ここで、到達温度は、多孔質材料20の種類に応じて異なる。例えば、多孔質材料20がNi、Fe、Coの場合には400℃〜500℃、銅の場合には150〜300℃となる。この方法によれば、無機化合物層として、酸素イオン、ハロゲンイオン、窒素イオン、水酸化物イオン、炭酸イオン、硫黄イオンを含む層を形成することができる。   The anion concentration in the solution is, for example, 1% by mass with respect to the total mass of the solution, and the impregnation time is, for example, 10 minutes or more. The heat treatment is performed by heating the porous material 20 to a desired reached temperature at a temperature rising speed of 10 ° C./min or less and holding at the temperature after the temperature rising for 2 hours or more. Here, the ultimate temperature varies depending on the type of the porous material 20. For example, when the porous material 20 is Ni, Fe, or Co, the temperature is 400 to 500 ° C., and when the porous material 20 is copper, the temperature is 150 to 300 ° C. According to this method, a layer containing oxygen ions, halogen ions, nitrogen ions, hydroxide ions, carbonate ions, and sulfur ions can be formed as the inorganic compound layer.

なお、多孔質材料20を水に投入し、反応ガスをバブリングさせることによっても、無機化合物層を形成することができる。   The inorganic compound layer can also be formed by introducing the porous material 20 into water and bubbling the reaction gas.

CVD法により無機化合物層を形成する方法によれば、無機化合物層として、酸素イオン、ハロゲンイオン、窒素イオン、水酸化物イオン、炭酸イオン、硫黄イオン、及び炭素イオンを含む層を形成することができる。なお、CVD法に使用される反応ガスとしては、上述した反応ガスの他、アセチレンガス等の炭化水素ガスが挙げられる。また、CVD法では、反応ガスの濃度は3〜15体積%、保持時間(多孔質材料20を反応ガスに晒す時間)は1〜5時間、反応ガスの昇温速度は10℃/分以下とすることが好ましい。   According to the method of forming an inorganic compound layer by a CVD method, a layer containing oxygen ions, halogen ions, nitrogen ions, hydroxide ions, carbonate ions, sulfur ions, and carbon ions can be formed as the inorganic compound layer. it can. In addition, as reaction gas used for CVD method, hydrocarbon gas, such as acetylene gas other than the reaction gas mentioned above, is mentioned. Further, in the CVD method, the concentration of the reaction gas is 3 to 15% by volume, the holding time (the time for exposing the porous material 20 to the reaction gas) is 1 to 5 hours, and the temperature rising rate of the reaction gas is 10 ° C./min or less. It is preferable to do.

次に、実施例を説明する。なお、以下の各実施例では、最大ピークはX回折角度2θが44.5度またはその近傍となる際に観測された。実施例1〜7は、いわゆるメカニカルアロイング法により多孔質電極を作製する実施例であり、実施例8は、急冷凝固法により多孔質電極を作製する実施例である。実施例9は、電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量と多孔質電極の半価幅とに対応関係があることを立証する実施例である。
(実施例1)
Next, examples will be described. In each of the following examples, the maximum peak was observed when the X diffraction angle 2θ was 44.5 degrees or in the vicinity thereof. Examples 1 to 7 are examples for producing a porous electrode by a so-called mechanical alloying method, and Example 8 is an example for producing a porous electrode by a rapid solidification method. Example 9 is an example demonstrating that there is a correspondence between the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor and the half width of the porous electrode.
Example 1

まず、第1の工程により、非晶質合金を作製した。具体的には、平均粒径(直径)10μmのNi−Al合金(50:50質量%)50g、メタノール5ml、及び直径8mmのステンレスボール17.5kgをUnion Process社のアトライタボールミル(Model 1−S)に投入した。ついで、ボールミル内をアルゴンでガス置換した後、ボールミルを300rpmで10時間運転させた。その際、水冷ジャケットを用いて15℃の水を流しながら合金を冷却した。得られた合金の半価幅をX線回折装置((株)理学製のRINT2200V/PCSV)で測定した結果、最大ピーク(メインピーク)の半価幅は1.78度であった。   First, an amorphous alloy was produced by the first step. Specifically, 50 g of Ni—Al alloy (50:50 mass%) having an average particle diameter (diameter) of 10 μm, 5 ml of methanol, and 17.5 kg of stainless steel balls having a diameter of 8 mm were added to an Attritor ball mill (Model 1- 1) from Union Process. S). Next, the inside of the ball mill was replaced with argon gas, and then the ball mill was operated at 300 rpm for 10 hours. At that time, the alloy was cooled while flowing water at 15 ° C. using a water cooling jacket. As a result of measuring the half width of the obtained alloy with an X-ray diffractometer (RINT2200V / PCSV manufactured by Rigaku Corporation), the half width of the maximum peak (main peak) was 1.78 degrees.

ついで、第2の工程により、多孔質ニッケルを作製した。具体的には、第1の工程で作製した非晶質Ni−Al合金を70℃の1N水酸化ナトリウム水溶液に3時間浸漬することで、アルミニウムを除去した。なお、ニッケルの水酸化ナトリウム水溶液に対する溶解度は、アルミニウムの水酸化ナトリウムに対する溶解度よりも小さい。言い換えれば、ニッケルは水酸化ナトリウム水溶液に不溶であるが、アルミニウムは水酸化ナトリウム水溶液に可溶である。これにより、多孔質ニッケルを得た。その後、多孔質ニッケルを水洗、真空乾燥した。   Next, porous nickel was produced by the second step. Specifically, the amorphous Ni—Al alloy produced in the first step was immersed in a 1N sodium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 3 hours to remove aluminum. In addition, the solubility with respect to the sodium hydroxide aqueous solution of nickel is smaller than the solubility with respect to the sodium hydroxide of aluminum. In other words, nickel is insoluble in aqueous sodium hydroxide solution, while aluminum is soluble in aqueous sodium hydroxide solution. Thereby, porous nickel was obtained. Thereafter, the porous nickel was washed with water and vacuum-dried.

ついで、アルゴンで希釈した4体積%の酸素ガス(酸素ガスの総体積に占める酸素が4体積%の酸素ガス)気流中に、室温下で多孔質ニッケルを2時間晒した。これにより、多孔質電極を作製した。多孔質電極の各パラメータを島津製作所製比表面積測定装置ASAP2020で測定したところ、比表面積は143m/g、細孔容積は0.097cm/g、メソ細孔が92%、ミクロ細孔が残りの8%であった。これらの数値と、前記(2)式とを用いてメソ細孔単位体積当りの比表面積を算出したところ、1356m/cmとなった。また、孔径分布は2〜12nmで、細孔のピーク値(最も多くの細孔が有する孔径(直径))は2.6nmであった。 Subsequently, porous nickel was exposed to a stream of 4% by volume of oxygen gas diluted with argon (oxygen gas having 4% by volume of oxygen in the total volume of oxygen gas) at room temperature for 2 hours. This produced the porous electrode. When each parameter of the porous electrode was measured with a specific surface area measuring device ASAP2020 manufactured by Shimadzu Corporation, the specific surface area was 143 m 2 / g, the pore volume was 0.097 cm 3 / g, the mesopores were 92%, and the micropores were The remaining 8%. The specific surface area per unit volume of mesopores was calculated using these numerical values and the above equation (2), which was 1356 m 2 / cm 3 . The pore size distribution was 2 to 12 nm, and the peak value of pores (the pore size (diameter) possessed by the most pores) was 2.6 nm.

また平均細孔径(細孔の直径の算術平均値)は2.6nmであった。また、多孔質電極の半価幅をX線回折装置で測定した結果、最大ピークの半価幅は1.85度であった。   The average pore diameter (arithmetic mean value of pore diameters) was 2.6 nm. Moreover, as a result of measuring the half width of the porous electrode with an X-ray diffractometer, the half width of the maximum peak was 1.85 degrees.

また、多孔質電極の表面をアルゴンエッチングしながらKratos社製のX線光電子分光分析装置AXIS−ULTRA−DLDで分析することで、多孔質電極の厚み方向の元素分析を行った。これにより、無機化合物層の厚みを測定した。この結果、無機化合物層の厚さは11nmと測定された。   Moreover, elemental analysis in the thickness direction of the porous electrode was performed by analyzing the surface of the porous electrode with an X-ray photoelectron spectrometer AXIS-ULTRA-DLD manufactured by Kratos while performing argon etching. Thereby, the thickness of the inorganic compound layer was measured. As a result, the thickness of the inorganic compound layer was measured to be 11 nm.

ついで、得られた多孔質電極に導電材としてカーボンブラックを多孔質電極の質量に対して5質量%加え、さらに、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を多孔質電極の質量に対して5質量%を加えて乳鉢で混合した。その後、当該混合物を錠剤プレス機で成形することでペレットを得た。これをアルミニウムメッシュで挟んだものを作用極及び対極(多孔質正極及び負極)として用い、参照極にはAg極、電解液には1M−TEA−BF4/PCを用いて電気二重層キャパシタのセルを構成した。なお、各電極と電気二重層を構成する電解質イオン、すなわちTEA、BFの直径(溶媒和したイオンの直径)は、シミュレーションによりそれぞれ1.26nm、1.02nmとなる。 Subsequently, carbon black as a conductive material is added to the obtained porous electrode by 5% by mass with respect to the mass of the porous electrode, and further PTFE (polytetrafluoroethylene) is added by 5% by mass with respect to the mass of the porous electrode. In addition, it was mixed in a mortar. Then, the mixture was shape | molded with the tablet press, and the pellet was obtained. A cell of an electric double layer capacitor using an aluminum mesh sandwiched between aluminum mesh as a working electrode and a counter electrode (porous positive electrode and negative electrode), a reference electrode using an Ag electrode, and an electrolyte using 1M-TEA-BF4 / PC Configured. The diameters of the electrolyte ions constituting the electrodes and the electric double layer, that is, TEA and BF 4 (diameters of solvated ions) are 1.26 nm and 1.02 nm, respectively, by simulation.

Advanced Electrochemical System社製PARSTAT2273を用いて、このセルを室温下で掃印速度100〜1mv/sで−1.25から1.25Vの範囲で掃印した。そして、1mv/sの際に得られた静電容量を用いて電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量を算出した。結果を表1に示す。   The cell was swept in the range of -1.25 to 1.25 V at a sweep rate of 100 to 1 mv / s at room temperature using a PARSTAT 2273 manufactured by Advanced Electrochemical System. Then, the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor was calculated using the capacitance obtained at 1 mv / s. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
第1の工程の合金に平均粒径13μmのNi−Fe−Al合金(45:5:50質量%)を用いた事以外は、実施例1と同様の処理を行うことで、多孔質電極(多孔質ニッケル鉄合金に酸素皮膜を形成したもの)を得た。展開処理前の合金、すなわちNi−Fe−Al合金の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.7度であった。また、展開処理後の合金、すなわち多孔質電極の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.8度であった。
(Example 2)
By performing the same treatment as in Example 1 except that a Ni—Fe—Al alloy (45: 5: 50 mass%) having an average particle size of 13 μm was used as the alloy in the first step, a porous electrode (porous A nickel-iron alloy with an oxygen film formed). As a result of measuring the half width of the alloy before the development treatment, that is, the Ni—Fe—Al alloy with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.7 degrees. Moreover, as a result of measuring the half width of the alloy after the development treatment, that is, the porous electrode with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.8 degrees.

また、多孔質電極の比表面積は132m/g、細孔容積は0.093cm/g、メソ細孔が94%、ミクロ細孔が残りの6%であった。これらの数値と、前記(2)式とを用いてメソ細孔単位体積当りの比表面積を算出したところ、1334m/cmであった。また平均細孔径は2.7nmであった。また、孔径分布は2〜14nmで、細孔のピーク値(最も多くの細孔が有する孔径(直径))は2.8nmであった。また、無機化合物層の厚さは12nmと測定された。 The specific surface area of the porous electrode was 132 m 2 / g, the pore volume was 0.093 cm 3 / g, the mesopores were 94%, and the micropores were the remaining 6%. It was 1334 m < 2 > / cm < 3 > when the specific surface area per mesopore unit volume was computed using these numerical values and said (2) Formula. The average pore diameter was 2.7 nm. The pore size distribution was 2 to 14 nm, and the peak value of pores (the pore size (diameter) of the most pores) was 2.8 nm. The thickness of the inorganic compound layer was measured to be 12 nm.

(実施例3)
第1の工程の合金に平均粒径11μmのNi−Fe−Al合金(37:5:58質量%)を用いた事以外は、実施例1と同様の処理を行うことで、多孔質電極(多孔質ニッケル鉄合金に酸素皮膜を形成したもの)を得た。展開処理前の合金、すなわちNi−Fe−Al合金の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.78度であった。また、展開処理後の合金、すなわち多孔質電極の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は2.64度であった。
(Example 3)
By performing the same treatment as in Example 1 except that a Ni—Fe—Al alloy (37: 5: 58 mass%) having an average particle diameter of 11 μm was used as the alloy in the first step, a porous electrode (porous A nickel-iron alloy with an oxygen film formed). As a result of measuring the half width of the alloy before the development treatment, that is, the Ni—Fe—Al alloy with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.78 degrees. Moreover, as a result of measuring the half width of the alloy after the development treatment, that is, the porous electrode with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 2.64 degrees.

また、多孔質電極の比表面積は245m/g、細孔容積は0.137cm/g、メソ細孔が89%、ミクロ細孔が残りの11%であった。これらの数値と、前記(2)式とを用いてメソ細孔単位体積当りの比表面積を算出したところ、1592m/cmであった。また平均細孔径は3.3nmであった。また、孔径分布は2.2〜8nmで、細孔のピーク値(最も多くの細孔が有する孔径(直径))は2.6nmであった。また、無機化合物層の厚さは10nmと測定された。 The specific surface area of the porous electrode was 245 m 2 / g, the pore volume was 0.137 cm 3 / g, the mesopores were 89%, and the remaining micropores were 11%. The specific surface area per unit volume of mesopores was calculated using these numerical values and the above equation (2), and it was 1592 m 2 / cm 3 . The average pore diameter was 3.3 nm. Further, the pore size distribution was 2.2 to 8 nm, and the peak value of pores (the pore size (diameter) possessed by the most pores) was 2.6 nm. Moreover, the thickness of the inorganic compound layer was measured to be 10 nm.

(実施例4)
まず、第1の工程により、非晶質合金を作製した。具体的には、平均粒径18μmのCu−Al合金(50:50質量%)2g、メタノール5ml、及び直径10mmのクローム鋼ボール80gをFritsch製遊星ボールミルP−5型に投入した。ついで、ボールミル内をアルゴンでガス置換した後、ボールミルに、100Gの重力加速度で15分間運転、15分間休止をワンセットとした運転をトータル8時間行わせた。その際、水冷ジャケットを用いて15℃の水を流しながら合金を冷却した。これらの処理以外は実施例1と同様の処理を行った。これにより、多孔質電極(多孔質銅に酸素皮膜を形成したもの)を得た。
(Example 4)
First, an amorphous alloy was produced by the first step. Specifically, 2 g of Cu—Al alloy (50:50 mass%) having an average particle diameter of 18 μm, 5 ml of methanol, and 80 g of a chrome steel ball having a diameter of 10 mm were put into a planetary ball mill P-5 manufactured by Fritsch. Subsequently, after the inside of the ball mill was replaced with argon gas, the ball mill was operated for 15 minutes at a gravitational acceleration of 100 G and operated for 15 minutes as one set for a total of 8 hours. At that time, the alloy was cooled while flowing water at 15 ° C. using a water cooling jacket. Except for these treatments, the same treatment as in Example 1 was performed. This obtained the porous electrode (what formed the oxygen film in porous copper).

展開処理前の合金、すなわちCu−Al合金の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.35度であった。また、展開処理後の合金、すなわち多孔質電極の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.55度であった。   As a result of measuring the half width of the alloy before the development treatment, that is, the Cu—Al alloy, using an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.35 degrees. Moreover, as a result of measuring the half-value width of the alloy after the development treatment, that is, the porous electrode with an X-ray diffraction apparatus, the half-value width of the main peak was 1.55 degrees.

また、多孔質電極の比表面積は55m/g、細孔容積は0.068cm/g、メソ細孔が98%、ミクロ細孔が残りの2%であった。これらの数値と、前記(2)式とを用いてメソ細孔単位体積当りの比表面積を算出したところ、792m/cmであった。また平均細孔径は3.9nmであった。また、孔径分布は2.5〜11nmで、細孔のピーク値(最も多くの細孔が有する孔径(直径))は4.2nmであった。また、無機化合物層の厚さは15nmと測定された。 The specific surface area of the porous electrode was 55 m 2 / g, the pore volume was 0.068 cm 3 / g, the mesopores were 98%, and the micropores were the remaining 2%. The specific surface area per unit volume of mesopores was calculated using these numerical values and the formula (2), and it was 792 m 2 / cm 3 . The average pore diameter was 3.9 nm. Further, the pore size distribution was 2.5 to 11 nm, and the peak value of pores (the pore size (diameter) possessed by the most pores) was 4.2 nm. The thickness of the inorganic compound layer was measured to be 15 nm.

(実施例5)
第1の工程の合金に平均粒径10μmのNi−Co−Al合金(37:5:58質量%)を用いた事以外は、実施例1と同様の処理を行うことで、多孔質電極(多孔質ニッケルコバルト合金に酸素皮膜を形成したもの)を得た。
(Example 5)
By performing the same treatment as in Example 1 except that a Ni—Co—Al alloy (37: 5: 58 mass%) with an average particle size of 10 μm was used as the alloy in the first step, a porous electrode (porous A nickel-cobalt alloy having an oxygen film formed thereon.

展開処理前の合金、すなわちNi−Co−Al合金の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.68度であった。また、展開処理後の合金、すなわち多孔質電極の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は2.44度であった。   As a result of measuring the half width of the alloy before the development treatment, that is, the Ni—Co—Al alloy with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.68 degrees. Moreover, as a result of measuring the half-value width of the alloy after the development treatment, that is, the porous electrode with an X-ray diffractometer, the half-value width of the main peak was 2.44 degrees.

また、多孔質電極の比表面積は221m/g、細孔容積は0.199cm/g、メソ細孔が87%、ミクロ細孔が残りの13%であった。これらの数値と、前記(2)式とを用いてメソ細孔単位体積当りの比表面積を算出したところ、966m/cmであった。また平均細孔径は3.5nmであった。また、孔径分布は2.2〜7nmで、細孔のピーク値(最も多くの細孔が有する孔径(直径))は3.1nmであった。また、無機化合物層の厚さは11nmと測定された。 The specific surface area of the porous electrode was 221 m 2 / g, the pore volume was 0.199 cm 3 / g, the mesopores were 87%, and the micropores were the remaining 13%. The specific surface area per unit volume of mesopores was calculated using these numerical values and the formula (2), and it was 966 m 2 / cm 3 . The average pore diameter was 3.5 nm. Further, the pore size distribution was 2.2 to 7 nm, and the peak value of pores (the pore size (diameter) possessed by the most pores) was 3.1 nm. The thickness of the inorganic compound layer was measured to be 11 nm.

(実施例6)
第1の工程の合金に平均粒径10μmのNi−Ti−Al合金(30:20:50質量%)を用いた事以外は、実施例1と同様の処理を行うことで、多孔質電極(多孔質ニッケルチタン合金に酸素皮膜を形成したもの)を得た。
(Example 6)
By performing the same treatment as in Example 1 except that a Ni—Ti—Al alloy (30:20:50 mass%) having an average particle size of 10 μm was used as the alloy in the first step, a porous electrode (porous A nickel-titanium alloy having an oxygen film formed thereon.

展開処理前の合金、すなわちNi−Ti−Al合金の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.6度であった。また、展開処理後の合金、すなわち多孔質電極の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.7度であった。   As a result of measuring the half width of the alloy before the development treatment, that is, the Ni—Ti—Al alloy with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.6 degrees. Moreover, as a result of measuring the half width of the alloy after the development treatment, that is, the porous electrode with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.7 degrees.

また、多孔質電極の比表面積は145m/g、細孔容積は0.097cm/g、メソ細孔が94%、ミクロ細孔が残りの6%であった。これらの数値と、前記(2)式とを用いてメソ細孔単位体積当りの比表面積を算出したところ、1405m/cmであった。また平均細孔径は2.7nmであった。また、孔径分布は2〜11nmで、細孔のピーク値(最も多くの細孔が有する孔径(直径))は3.2nmであった。また、無機化合物層の厚さは13nmと測定された。 The specific surface area of the porous electrode was 145 m 2 / g, the pore volume was 0.097 cm 3 / g, the mesopores were 94%, and the micropores were the remaining 6%. The specific surface area per unit volume of mesopores was calculated using these numerical values and the formula (2), and it was 1405 m 2 / cm 3 . The average pore diameter was 2.7 nm. The pore size distribution was 2 to 11 nm, and the peak value of pores (the pore size (diameter) of the most pores) was 3.2 nm. The thickness of the inorganic compound layer was measured to be 13 nm.

(実施例7)
実施例1の第1の工程でアトライタミルの運転時間を1時間とした事以外は実施例1と同様の処理を行うことで、多孔質電極(多孔質ニッケルに酸素皮膜を形成したもの)を得た。
(Example 7)
By performing the same treatment as in Example 1 except that the operation time of the attritor mill was 1 hour in the first step of Example 1, a porous electrode (a porous nickel having an oxygen film formed) was obtained. It was.

展開処理前の合金、すなわちNi−Al合金の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は0.92度であった。また、展開処理後の合金、すなわち多孔質電極の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.03度であった。したがって、展開処理前の最大ピークの半価幅が0.9度以上であれば、展開処理後の最大ピークの半価幅が1.0度以上となることが立証された。   As a result of measuring the half width of the alloy before the development treatment, that is, the Ni—Al alloy with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 0.92 degrees. Moreover, as a result of measuring the half width of the alloy after the development treatment, that is, the porous electrode with an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.03 degrees. Therefore, it was proved that if the half width of the maximum peak before the development process is 0.9 degrees or more, the half width of the maximum peak after the development process is 1.0 degrees or more.

また、多孔質電極の比表面積は89m/g、細孔容積は0.085cm/g、メソ細孔が92%、ミクロ細孔が残りの8%であった。これらの数値と、前記(2)式とを用いてメソ細孔単位体積当りの比表面積を算出したところ、963m/cmであった。また平均細孔径は3.2nmであった。また、孔径分布は2〜15nmで、細孔のピーク値(最も多くの細孔が有する孔径(直径))は4.2nmであった。また、無機化合物層の厚さは12nmと測定された。 The specific surface area of the porous electrode was 89 m 2 / g, the pore volume was 0.085 cm 3 / g, the mesopores were 92%, and the micropores were the remaining 8%. The specific surface area per unit volume of mesopores was calculated using these numerical values and the formula (2), and it was 963 m 2 / cm 3 . The average pore diameter was 3.2 nm. The pore size distribution was 2 to 15 nm, and the peak value of pores (the pore size (diameter) of the most pores) was 4.2 nm. The thickness of the inorganic compound layer was measured to be 12 nm.

(実施例8)
まず、第1の工程により、非晶質合金を得た。すなわち、ニッケルとアルミニウムとを質量比50:50で混合し、混合物をアーク溶解装置(日新技研製真空アーク溶解装置)に投入した。そして、アルゴンガス雰囲気下、アーク溶解装置を用いてNi−Al合金(50:50質量%)を調製した。アーク溶解装置の運転時間は10分、電流値は200Aとした。次に、日新技研製単ロール急冷装置を用いて、Ni−Al合金を非晶質化した。具体的には、Ni−Al合金の溶湯をアルゴンガス雰囲気下で、回転する銅製のロールに吹き付けて急冷することで、Ni−Al合金を非晶質化した。ここで、冷却速度は、10K/sとした。
(Example 8)
First, an amorphous alloy was obtained by the first step. That is, nickel and aluminum were mixed at a mass ratio of 50:50, and the mixture was put into an arc melting apparatus (vacuum arc melting apparatus manufactured by Nisshin Giken). And Ni-Al alloy (50:50 mass%) was prepared using the arc melting apparatus in argon gas atmosphere. The operation time of the arc melting apparatus was 10 minutes, and the current value was 200A. Next, the Ni-Al alloy was made amorphous by using a single roll quenching device manufactured by Nisshin Giken. Specifically, the Ni—Al alloy was made amorphous by spraying a molten Ni—Al alloy onto a rotating copper roll in an argon gas atmosphere and quenching. Here, the cooling rate was 10 5 K / s.

次いで、非晶質化したNi−Al合金2g、メタノール5ml、及び直径5mmの窒化シリコン製ボール80gをFritsch製遊星ボールミルP−5型に投入した。ついで、ボールミル内をアルゴンでガス置換した後、ボールミルに、100Gの重力加速度で15分間運転、15分間休止をワンセットとした運転をトータル2時間行わせた。その際、水冷ジャケットを用いて15℃の水を流しながら合金を冷却した。これらの処理以外は実施例1と同様の処理を行った。これにより、多孔質電極(多孔質ニッケルに酸素皮膜を形成したもの)を得た。多孔質電極の平均粒径は14μmであった。   Next, 2 g of the amorphized Ni—Al alloy, 5 ml of methanol, and 80 g of silicon nitride balls having a diameter of 5 mm were put into a planetary ball mill type P-5 manufactured by Fritsch. Next, the inside of the ball mill was replaced with argon gas, and then the ball mill was operated for 15 minutes at a gravitational acceleration of 100 G, and the operation with a 15-minute pause as one set was performed for a total of 2 hours. At that time, the alloy was cooled while flowing water at 15 ° C. using a water cooling jacket. Except for these treatments, the same treatment as in Example 1 was performed. This obtained the porous electrode (what formed the oxygen film in porous nickel). The average particle diameter of the porous electrode was 14 μm.

展開処理前の合金、すなわち非晶質化したNi−Al合金の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.12度であった。また、展開処理後の合金、すなわち多孔質電極の半価幅をX線回折装置で測定した結果、メインピークの半価幅は1.25度であった。   As a result of measuring the half width of the alloy before the development treatment, that is, the amorphized Ni—Al alloy, using an X-ray diffractometer, the half width of the main peak was 1.12 degrees. Moreover, as a result of measuring the half-value width of the alloy after the development treatment, that is, the porous electrode with an X-ray diffractometer, the half-value width of the main peak was 1.25 degrees.

また、多孔質電極の比表面積は97m/g、細孔容積は0.082cm/g、メソ細孔が93%、ミクロ細孔が残りの7%であった。これらの数値と、前記(2)式とを用いてメソ細孔単位体積当りの比表面積を算出したところ、1100m/cmであった。また平均細孔径は3.5nmであった。また、孔径分布は2〜17nmで、細孔のピーク値(最も多くの細孔が有する孔径(直径))は4.5nmであった。また、無機化合物層の厚さは15nmと測定された。 The specific surface area of the porous electrode was 97 m 2 / g, the pore volume was 0.082 cm 3 / g, the mesopores were 93%, and the micropores were the remaining 7%. The specific surface area per unit volume of mesopores was calculated using these numerical values and the formula (2), and it was 1100 m 2 / cm 3 . The average pore diameter was 3.5 nm. Moreover, the pore size distribution was 2 to 17 nm, and the peak value of pores (the pore size (diameter) possessed by the most pores) was 4.5 nm. The thickness of the inorganic compound layer was measured to be 15 nm.

(実施例9)
実施例1の第1の工程を、ステンレスボールの直径、アトライタボールミルの回転速度、及びアトライタボールミルの運転時間を変更しながら行った。これにより、多孔質電極の半価幅と電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量との対応関係を調査した。なお、実施例9では、ステンレスボールの直径は3、5、10mmのいずれかから選択された。また、アトライタボールミルの回転速度は、100〜300rpmの範囲内で設定された。また、運転時間は、1〜10時間の範囲内で設定された。
Example 9
The first step of Example 1 was performed while changing the diameter of the stainless ball, the rotation speed of the attritor ball mill, and the operation time of the attritor ball mill. Thus, the correspondence between the half width of the porous electrode and the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor was investigated. In Example 9, the diameter of the stainless ball was selected from 3, 5, and 10 mm. Moreover, the rotational speed of the attritor ball mill was set within a range of 100 to 300 rpm. The operation time was set within a range of 1 to 10 hours.

(比較例)
多孔質電極として関西熱化学製活性炭MSP20を用いた事以外は、実施例1と同様の処理を行った。すなわち、比較例に係る電気二重層キャパシタは、実施例1の電気二重層キャパシタの多孔質電極を関西熱化学製活性炭MSP20に置き換えたものである。
(Comparative example)
The same treatment as in Example 1 was performed except that activated carbon MSP20 manufactured by Kansai Thermal Chemical Co., Ltd. was used as the porous electrode. That is, the electric double layer capacitor according to the comparative example is obtained by replacing the porous electrode of the electric double layer capacitor of Example 1 with activated carbon MSP20 manufactured by Kansai Thermochemical.

(評価)
実施例1〜8の体積静電容量(電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量)を比較例で正規化した値を表1に示す。
(Evaluation)
Table 1 shows values obtained by normalizing the volume capacitance (capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor) of Examples 1 to 8 in a comparative example.

Figure 2014078593
Figure 2014078593

また、実施例9で得られたメカニカルアロイング後の合金等のX線回折スペクトルを図7に示す。図7の曲線L1は、実施例1でメカニカルアロイングをおこなっていないNi−Al合金のX線回折スペクトルである。曲線L2は、実施例9でステンレスボールの直径を5mmに設定してメカニカルアロイングを行うことで得られた合金(展開処理前の合金)のX線回折スペクトルである。曲線L3は、実施例9でステンレスボールの直径を10mmに設定してメカニカルアロイングを行うことで得られた合金(展開処理前の合金)のX線回折スペクトルである。なお、曲線L2、L3で示される多孔質電極を得た際の回転速度は300rpmであり、運転時間は8時間であった。図8は、図7の最大ピークを拡大したものである。図8によれば、曲線L2、L3が示す半価幅はいずれも0.9度以上、具体的には、それぞれ1.27度、1.48度となっている。また、曲線L2、L3が示す合金を展開することで得られた多孔質電極の半価幅は、それぞれ2.28度、2.51度となった。図7、図8及び実施例9によれば、メカニカルアロイングによって多孔質電極の半価幅を0.9度以上とすることができること、その後の展開処理によって半価幅を1.0度以上とすることができること、ボールの直径が大きいほど半価幅が大きくなることが確認された。   Further, FIG. 7 shows an X-ray diffraction spectrum of the alloy after mechanical alloying obtained in Example 9. A curve L1 in FIG. 7 is an X-ray diffraction spectrum of the Ni—Al alloy not mechanically alloyed in Example 1. A curve L2 is an X-ray diffraction spectrum of an alloy (an alloy before the development treatment) obtained by performing mechanical alloying in Example 9 with the diameter of the stainless ball set to 5 mm. A curve L3 is an X-ray diffraction spectrum of an alloy (an alloy before unfolding treatment) obtained by mechanical alloying in Example 9 with the diameter of the stainless ball set to 10 mm. In addition, the rotational speed at the time of obtaining the porous electrode shown by the curves L2 and L3 was 300 rpm, and the operation time was 8 hours. FIG. 8 is an enlarged view of the maximum peak of FIG. According to FIG. 8, the half widths indicated by the curves L2 and L3 are both 0.9 degrees or more, specifically, 1.27 degrees and 1.48 degrees, respectively. Moreover, the half widths of the porous electrodes obtained by developing the alloys indicated by the curves L2 and L3 were 2.28 degrees and 2.51 degrees, respectively. According to FIG. 7, FIG. 8, and Example 9, the half-value width of the porous electrode can be made 0.9 degrees or more by mechanical alloying, and the half-value width is made 1.0 degree or more by the subsequent development process. It was confirmed that the full width at half maximum increases as the ball diameter increases.

また、多孔質電極の半価幅と電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量との対応関係を図9に示す。図9の横軸は多孔質電極の最大ピークの半価幅、縦軸は電気二重層キャパシタの体積静電容量(比較例の値で正規化したもの)を示す。点P1は、実施例9により得られた測定値を示し、曲線L4は、点P1を連結した曲線である。   FIG. 9 shows the correspondence between the half width of the porous electrode and the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor. The horizontal axis of FIG. 9 indicates the half-value width of the maximum peak of the porous electrode, and the vertical axis indicates the volume capacitance of the electric double layer capacitor (normalized by the value of the comparative example). The point P1 shows the measured value obtained in Example 9, and the curve L4 is a curve obtained by connecting the points P1.

表1及び図7〜図9によれば、実施例1〜8の多孔質電極を用いて作製された電気二重層キャパシタの体積静電容量は、比較例の活性炭を用いて作製された電気二重層キャパシタに比べて2.1〜3.4倍と大幅に向上した。このような効果は、合金の結晶質を非晶質化することでアルミニウムの結晶子サイズが小さくなったこと、すなわちアルカリ性溶液でアルミニウムを除去した場合に生成する細孔径が小さくなったことで得られる効果であると推察される。   According to Table 1 and FIGS. 7 to 9, the volume capacitance of the electric double layer capacitors produced using the porous electrodes of Examples 1 to 8 is the same as that of the electric carbon produced using the activated carbon of the comparative example. Compared to the multilayer capacitor, it was significantly improved by 2.1 to 3.4 times. Such an effect is obtained by reducing the crystallite size of aluminum by making the alloy crystalline amorphous, that is, by reducing the pore size generated when aluminum is removed with an alkaline solution. It is inferred that this is an effect.

より詳細には、上記の処理によって多孔質電極のメソ細孔単位体積当りの比表面積が増大し、ひいては、静電容量が増大したものと推察される。さらに、実施例1〜8の多孔質電極の平均細孔径は2.6〜3.9nmとなる。一方、電解質に用いたBFイオンの直径(PCと溶媒和したイオンの直径)は、シミュレーションにより1.02nm、TEAイオンの直径(溶媒和したイオンの直径)は1.26nmとなる。したがって、実施例1〜8の多孔質電極の平均細孔径は溶媒和した電解質イオンの直径に近づいた。このような理由によっても、静電容量が増大したものと推察される。 More specifically, it is presumed that the specific surface area per unit volume of mesopores of the porous electrode is increased by the above treatment, and as a result, the capacitance is increased. Furthermore, the average pore diameter of the porous electrodes of Examples 1 to 8 is 2.6 to 3.9 nm. On the other hand, the diameter of BF 4 ions (diameter of ions solvated with PC) used in the electrolyte is 1.02 nm and the diameter of TEA ions (diameter of solvated ions) is 1.26 nm by simulation. Therefore, the average pore diameter of the porous electrodes of Examples 1 to 8 approached the solvated electrolyte ion diameter. For this reason, it is presumed that the capacitance has increased.

また、実施例1〜8によれば、メソ細孔単位体積当りの比表面積が450m/cm以上1600m/cm以下である場合に、電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量が増加することが確認された。また、メソ細孔単位体積当りの比表面積が増加するに従って電気二重層キャパシタの単位体積当りの静電容量が増加することも確認された。 Moreover, according to Examples 1-8, when the specific surface area per mesopore unit volume is 450 m 2 / cm 3 or more and 1600 m 2 / cm 3 or less, the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor Was confirmed to increase. It was also confirmed that the capacitance per unit volume of the electric double layer capacitor increased as the specific surface area per unit volume of mesopores increased.

また、図7〜図9によれば、半価幅が0.8を超えた辺りから体積静電容量が比較例よりも大きくなり、半価幅が1度以上となった際に体積静電容量が比較例よりも明確に大きくなった。また、半価幅が1.2度以上となった際に比較例との体積静電容量の差がさらに大きくなった。また、図9によれば、半価幅の増大に伴って体積静電容量は増加するので、上限値は特に制限されないことも確認された。ただし、上述したように、半価幅はある程度の値(2.6度程度)まで増加すると頭打ちになると推察される。   Further, according to FIGS. 7 to 9, the volume capacitance becomes larger than that of the comparative example from the vicinity where the half width exceeds 0.8, and the volume electrostatic capacity is increased when the half width becomes 1 degree or more. The capacity was clearly larger than the comparative example. In addition, when the half width was 1.2 degrees or more, the difference in volume capacitance from the comparative example was further increased. Further, according to FIG. 9, it was confirmed that the upper limit value is not particularly limited because the volume capacitance increases as the half width increases. However, as described above, it is presumed that the half-value width will reach its peak when it increases to a certain value (about 2.6 degrees).

以上により、本実施形態によれば、電気二重層キャパシタ10は、最大ピークの半価幅が1度以上となる多孔質電極を有する。したがって、電気二重層キャパシタ10は、メソ細孔単位体積当りの比表面積を増大させることができ、ひいては、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the electric double layer capacitor 10 has the porous electrode whose half-value width of the maximum peak is 1 degree or more. Therefore, the electric double layer capacitor 10 can increase the specific surface area per unit volume of the mesopores, and by extension, the capacitance per unit volume, that is, the energy density can be improved as compared with the conventional case.

さらに、多孔質電極は、ニッケル、チタン、銅、鉄、コバルトからなる群から選択される少なくとも1種類の金属を含むので、メソ細孔単位体積当りの比表面積を容易に増大させることができる。したがって、電気二重層キャパシタのエネルギ密度が従来よりも向上する。   Furthermore, since the porous electrode contains at least one metal selected from the group consisting of nickel, titanium, copper, iron, and cobalt, the specific surface area per mesopore unit volume can be easily increased. Therefore, the energy density of the electric double layer capacitor is improved as compared with the conventional case.

さらに、メソ細孔の直径は2nm以上30nm以下であるので、電解質イオンはメソ細孔内部に効果的に吸脱着する。したがって、電気二重層キャパシタのエネルギ密度及び出力特性が従来よりも向上する。   Furthermore, since the diameter of the mesopores is 2 nm or more and 30 nm or less, the electrolyte ions are effectively adsorbed and desorbed inside the mesopores. Therefore, the energy density and output characteristics of the electric double layer capacitor are improved as compared with the conventional case.

また、電解質は、直径が2nm以下の電解質イオンを含んでいるので、電解質イオンはメソ細孔内部に効果的に吸脱着する。したがって、電気二重層キャパシタのエネルギ密度及び出力特性が従来よりも向上する。   Further, since the electrolyte contains electrolyte ions having a diameter of 2 nm or less, the electrolyte ions are effectively adsorbed and desorbed inside the mesopores. Therefore, the energy density and output characteristics of the electric double layer capacitor are improved as compared with the conventional case.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

10 電気二重層キャパシタ
11 カソード電極
12 アノード電極
20 多孔質材料
22 メソ細孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electric double layer capacitor 11 Cathode electrode 12 Anode electrode 20 Porous material 22 Mesopore

Claims (8)

X線回折強度が最大となる最大ピークの半価幅が1度以上である多孔質電極と、
前記多孔質電極に吸脱着可能な電解質イオンを含む電解質と、を備えることを特徴とする、電気二重層キャパシタ。
A porous electrode having a maximum half-value width of 1 degree or more at which the X-ray diffraction intensity is maximum;
And an electrolyte containing electrolyte ions that can be adsorbed and desorbed on the porous electrode.
前記多孔質電極は、ニッケル、チタン、銅、鉄、コバルトからなる群から選択される少なくとも1種類の金属を含むことを特徴とする、請求項1記載の電気二重層キャパシタ。   The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the porous electrode includes at least one metal selected from the group consisting of nickel, titanium, copper, iron, and cobalt. 前記多孔質電極は、メソ細孔を含み、
前記メソ細孔の直径は2nm以上30nm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の電気二重層キャパシタ。
The porous electrode includes mesopores;
The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the mesopore has a diameter of 2 nm to 30 nm.
前記電解質は、直径が2nm以下の電解質イオンを含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ。   The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the electrolyte contains electrolyte ions having a diameter of 2 nm or less. X線回折強度が最大となる最大ピークの半価幅が1度以上である非晶質相を有することを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の多孔質電極。   A porous electrode for an electric double layer capacitor, characterized by having an amorphous phase with a half-value width of a maximum peak at which the X-ray diffraction intensity is maximized being 1 degree or more. 酸またはアルカリ性溶液に可溶な第1の金属と、前記第1の金属よりも前記酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第2の金属とを含み、X線回折強度が最大となるピークの半価幅が0.9度以上である合金を生成するステップと、
前記合金を前記酸またはアルカリ性溶液で処理するステップと、を含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法。
A half value of a peak that includes a first metal that is soluble in an acid or alkaline solution and a second metal that is less soluble in the acid or alkaline solution than the first metal and has the maximum X-ray diffraction intensity. Producing an alloy having a width of 0.9 degrees or more;
Treating the alloy with the acid or alkaline solution; and a method for producing an electrode for an electric double layer capacitor.
前記第1の金属は、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を含むことを特徴とする、請求項6記載の電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法。   The method for producing an electrode for an electric double layer capacitor according to claim 6, wherein the first metal includes at least one metal selected from the group consisting of aluminum, lead, tin, and zinc. . 前記第2の金属は、ニッケル、チタン、銅、鉄、コバルトからなる群から選択される少なくとも1種類の金属を含むことを特徴とする、請求項6または7記載の電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法。

The electrode for an electric double layer capacitor according to claim 6 or 7, wherein the second metal includes at least one metal selected from the group consisting of nickel, titanium, copper, iron, and cobalt. Manufacturing method.

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