JP2014203926A - Electric double layer capacitor (capacitor) - Google Patents

Electric double layer capacitor (capacitor) Download PDF

Info

Publication number
JP2014203926A
JP2014203926A JP2013077875A JP2013077875A JP2014203926A JP 2014203926 A JP2014203926 A JP 2014203926A JP 2013077875 A JP2013077875 A JP 2013077875A JP 2013077875 A JP2013077875 A JP 2013077875A JP 2014203926 A JP2014203926 A JP 2014203926A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mesopores
ions
electric double
double layer
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013077875A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
直哉 小林
Naoya Kobayashi
直哉 小林
遠藤 守信
Morinobu Endo
守信 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung R&D Institute Japan Co Ltd
Original Assignee
Samsung R&D Institute Japan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung R&D Institute Japan Co Ltd filed Critical Samsung R&D Institute Japan Co Ltd
Priority to JP2013077875A priority Critical patent/JP2014203926A/en
Publication of JP2014203926A publication Critical patent/JP2014203926A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel and improved electric double layer capacitor in which the capacitance per unit volume, i.e., the energy density, can be enhanced when compared with prior art while maintaining the advantages of an electric double layer capacitor.SOLUTION: According to a certain standpoint, an electric double layer capacitor includes a porous electrode containing a porous metal having a specific surface area per mesopore unit area of 450 m/cmor more, and an electrolyte layer containing an ionic liquid that can be adsorbed to and desorbed from the porous electrode.

Description

本発明は、電気二重層キャパシタに関する。   The present invention relates to an electric double layer capacitor.

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(energy)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 2014203926
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 2014203926
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(Lithium ion capacitor)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(hybrid capacitor)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 utilizing 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、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を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to maintain the advantages of an electric double layer capacitor while maintaining the electrostatic capacity per unit volume, that is, the energy density. It is an object of the present invention to provide a new and improved electric double layer capacitor that can be further improved.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、メソ(meso)細孔単位体積当りの比表面積が450m/cm以上である多孔質金属を含む多孔質電極と、多孔質電極内のメソ細孔の表面に吸脱着可能なイオン液体を含む電解質層と、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 an aspect of the present invention, a porous electrode including a porous metal having a specific surface area per mesopore unit volume of 450 m 2 / cm 3 or more, There is provided an electric double layer capacitor comprising an electrolyte layer containing an ionic liquid that can be adsorbed and desorbed on the surface of mesopores in an electrode.

この観点によれば、多孔質電極は多数のメソ細孔を有しており、かつ、イオン液体中の電解質イオン対の直径は溶媒和した電解質イオンの直径よりも小さい。したがって、イオン液体はメソ細孔の表面に効果的に吸脱着することができる。すなわち、より多数の電解質イオン対が迅速にメソ細孔表面に吸脱着することができる。したがって、この観点によ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、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 viewpoint, the porous electrode has a large number of mesopores, and the diameter of the electrolyte ion pair in the ionic liquid is smaller than the diameter of the solvated electrolyte ion. Therefore, the ionic liquid can be effectively adsorbed and desorbed on the surface of the mesopores. That is, a larger number of electrolyte ion pairs can be quickly adsorbed and desorbed on the surface of the mesopores. Therefore, the electric double layer capacitor according to this aspect can improve the energy density as compared with the conventional one while maintaining the advantages of the electric double layer capacitor.

ここで、イオン液体を構成するカチオン(cation)は、イミダゾリウムイオン(imidazorium ion)及びピリジニウムイオン(pyridnium ion)からなる群から選択されるいずれか1種類以上を含んでいてもよい。   Here, the cation constituting the ionic liquid may include one or more selected from the group consisting of an imidazolium ion and a pyridinium ion.

この観点によれば、イオン液体はさらに効果的にメソ細孔に吸脱着することができる。   According to this viewpoint, the ionic liquid can be more effectively adsorbed and desorbed into the mesopores.

また、イオン液体を構成するアニオン(anion)は、BFイオン、PFイオン、[(CFSON]イオン、FSIイオン、及びTFSIイオンからなる群から選択されるいずれか1種類以上を含んでいてもよい。 Further, the anion constituting the ionic liquid is any one selected from the group consisting of BF 4 ions, PF 6 ions, [(CF 3 SO 2 ) 2 N] ions, FSI ions, and TFSI ions. The above may be included.

この観点によれば、イオン液体はさらに効果的にメソ細孔に吸脱着することができる。   According to this viewpoint, the ionic liquid can be more effectively adsorbed and desorbed into the mesopores.

また、多孔質電極が有するメソ細孔の直径は2nm以上30nm以下であってもよい。   The mesopore diameter of the porous electrode may be 2 nm or more and 30 nm or less.

この観点によれば、イオン液体はより効果的にメソ細孔に吸脱着することができる。   According to this viewpoint, the ionic liquid can be adsorbed and desorbed into the mesopores more effectively.

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

この観点によれば、イオン液体はより効果的にメソ細孔に吸脱着することができる。   According to this viewpoint, the ionic liquid can be adsorbed and desorbed into the mesopores more effectively.

また、多孔質金属は、ニッケル(nickel)、銅、コバルト(cobalt)、及びチタン(titanium)からなる群から選択されるいずれか1種類の金属を含んでいてもよい。   The porous metal may include any one metal selected from the group consisting of nickel, copper, cobalt, and titanium.

この観点によれば、多孔質電極の導電性がさらに向上し、ひいては電気二重層キャパシタのエネルギ密度が向上する。   According to this viewpoint, the electrical conductivity of the porous electrode is further improved, and consequently the energy density of the electric double layer capacitor is improved.

以上説明したように本発明に係る多孔質電極は多数のメソ細孔を有しており、かつ、イオン液体中の電解質イオン対の直径は溶媒和した電解質イオンの直径よりも小さい。したがって、イオン液体はメソ細孔の表面に効果的に吸脱着することができる。すなわち、より多数の電解質イオン対が迅速にメソ細孔表面に吸脱着することができる。したがって、本発明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、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, the porous electrode according to the present invention has a large number of mesopores, and the diameter of the electrolyte ion pair in the ionic liquid is smaller than the diameter of the solvated electrolyte ion. Therefore, the ionic liquid can be effectively adsorbed and desorbed on the surface of the mesopores. That is, a larger number of electrolyte ion pairs can be quickly adsorbed and desorbed on the surface of the mesopores. Therefore, the electric double layer capacitor according to the present invention can improve 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. 多孔質電極の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a porous electrode. 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. 実施例1及び比較例1の3極サイクリックボルタンメトリ(cyclic voltammetry)特性を対比して示すグラフである。3 is a graph showing a comparison of the tripolar cyclic voltammetry characteristics of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 比較例3及び比較例4の3極サイクリックボルタンメトリ特性を対比して示すグラフである。6 is a graph showing the tripolar cyclic voltammetry characteristics of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 in comparison.

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、本実施形態に係る電気二重層キャパシタを完成させた。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 inventor has scrutinized this problem to complete the electric double layer capacitor according to the present embodiment. 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(alkali)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(macro)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(micro)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 be performed only by macro control of controlling the specific surface area, and the size of the pores. Could not be controlled. In particular, the increase of the specific surface area by the alkali activation treatment is achieved by increasing the micro pores.

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。なお、本実施形態では、細孔の直径は細孔を球体とみなした時の直径であり、公知の手法、例えばガス(gas)吸着法により測定される。   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. In the present embodiment, the diameter of the pore is a diameter when the pore is regarded as a sphere, and is measured by a known method, for example, a gas adsorption method.

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。   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。以下、本実施形態に係る電気二重層キャパシタについて説明する。   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. Hereinafter, the electric double layer capacitor according to the present embodiment 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、多孔質電極20で構成されるカソード電極11と、同じく多孔質電極20で構成されるアノード電極12と、これらの多孔質電極の間に配置される電解質層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 11 composed of a porous electrode 20, an anode electrode 12 composed of the porous electrode 20, and these porous electrodes. And an electrolyte layer 13 disposed between the electrodes.

多孔質電極20は、図2に示すように、メソ細孔22を含む細孔が多数形成されている多孔質金属20aを備える。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 electrode 20 includes a porous metal 20 a in which many pores including mesopores 22 are formed. 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.

後述するように、本実施形態では、電解質層13にイオン液体を使用している。イオン液体中の電解質イオンは、カチオン及びアニオンが対になって存在しており、この電解質イオン対の直径は2nm以下と見積もられる。したがって、メソ細孔22の直径は電解質イオン対の直径以上であるので、電解質イオンは多孔質電極20に容易に吸脱着することができる。さらに、イオン液体中の電解質イオン対の直径は、溶媒和した電解質イオンの直径よりも小さい。したがって、本実施形態では、メソ細孔22内により多くの電解質イオンが吸脱着することができる。   As will be described later, in this embodiment, an ionic liquid is used for the electrolyte layer 13. The electrolyte ions in the ionic liquid are present in pairs of cations and anions, and the diameter of the electrolyte ion pair is estimated to be 2 nm or less. Accordingly, since the diameter of the mesopores 22 is equal to or larger than the diameter of the electrolyte ion pair, the electrolyte ions can be easily adsorbed and desorbed from the porous electrode 20. Furthermore, the diameter of the electrolyte ion pair in the ionic liquid is smaller than the diameter of the solvated electrolyte ion. Therefore, in this embodiment, more electrolyte ions can be adsorbed and desorbed in the mesopores 22.

なお、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(simulation)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、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(software)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、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 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 electrolyte ion is calculated by molecular dynamics simulation using a software (software) called “Car-Parrinello Molecular Dynamics (CPMD)” (ver. 3.13.2). Next, the electrolyte ion is regarded as a sphere, and the diameter thereof 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電極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、後述する製造方法により製造された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。なお、図3の多孔質銅は、平均直径10μmのCu−Al合金(50:50質量%)を1N水酸化カリウム水溶液に加えることで、Cu−Al合金からアルミニウム(aluminium)を除去したした後、水洗、真空乾燥して得た。   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 electrode 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. In FIG. 3, the pore size distribution in the porous copper manufactured by the manufacturing method mentioned later is shown. 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. In addition, after removing the aluminum (aluminium) from the Cu-Al alloy, the porous copper of FIG. 3 adds Cu-Al alloy (50:50 mass%) with an average diameter of 10 micrometers to 1N potassium hydroxide aqueous solution. Obtained by washing with water and vacuum drying.

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(peak)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、こ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. Further, the peak value of the pores (the diameter of the most 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, it is not easy to adsorb and desorb electrolyte ions on this activated carbon.

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、多孔質電極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、多孔質電極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 electrode 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 electrode 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、直径2nm未満のミクロ細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. This is because, for example, the adsorption amount of the electrolyte ions decreases in the micropores having a diameter of less than 2 nm as described above, but the material of the present invention has more mesopores of 70% or more than the electrolyte ion diameter. 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、多孔質電極20のメソ細孔単位体積当りの比表面積は、450m/cm以上であるが、600m/cm以上であることが好ましい。ここで、多孔質電極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。 The specific surface area per unit volume of the mesopores of the porous electrode 20 is 450 m 2 / cm 3 or more, preferably 600 m 2 / cm 3 or more. Here, the specific surface area per unit volume of the mesopores of the porous electrode 20 is obtained by the following formula (2).

Figure 2014203926
Figure 2014203926

式(2)中、Sは多孔質電極20のメソ細孔単位体積当りの比表面積(m/cm)であり、aは多孔質電極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(細孔容積)(cm/g)であり、全細孔の総体積を多孔質電極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 electrode 20, and a is a specific surface area (m 2 / g) of the porous electrode 20. b is the pore volume per unit mass of the porous electrode (pore volume) (cm 3 / g), and is calculated by dividing the total volume of all the pores by the mass of the porous electrode 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、多孔質電極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 electrode 20 is designed based on the specific surface area per unit volume of the 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.

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。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以上であることが必要であり、600m/cm以上であることが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。この理由としては、例えば、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どれだけあるかが重要で、それが実質的に静電容量を支配因子であり、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、実質的にこの450m/cm以上を達成することができないといったことが考えられる。 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. Thus, the present inventor succeeded in finding an index for designing the electric double layer capacitor 10. As a result of further studies on the specific surface area per mesopore unit volume by the present inventors, the specific surface area per mesopore unit volume needs to be 450 m 2 / cm 3 or more, and 600 m 2 / cm 3. It has also been found that it is preferably 3 or more. The capacitance increases particularly when the specific surface area per unit volume of mesopores is in these ranges. The reason for this is, for example, not the simple specific surface area, but the importance of how much specific surface area the mesopores that are likely to adsorb electrolyte ions have, which is the factor that substantially controls the capacitance, In the case of conventional activated carbon, when the mesopore ratio is increased, the specific surface area is decreased, and it is considered that this 450 m 2 / cm 3 or more cannot be substantially achieved.

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。一方、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。具体的には、電解質イオンの直径が小さいほど、メソ細孔単位体積当りの比表面積の好ましい上限値が大きくなり、それに伴い静電容量の上限値も大きくなる。したがって、電解質イオンの直径は小さいほど好ましい。   A preferable upper limit value of the specific surface area per unit volume of mesopores varies depending on the diameter of the electrolyte ion. On the other hand, the preferable upper limit value of the specific surface area per unit volume of mesopores varies depending on the diameter of the electrolyte ions. Specifically, the smaller the electrolyte ion diameter, the larger the preferable upper limit value of the specific surface area per mesopore unit volume, and the higher the upper limit value of the capacitance accordingly. Therefore, the smaller the diameter of the electrolyte ions, the better.

多孔質電極20は、無機材料で構成され、好ましくは金属で構成され、より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、多孔質電極20は、例えば、ニッケル、チタン、銅、鉄、及びコバルトからなる群から選択されるいずれか1種の金属単体で構成されてもよい。電解質層13中での安定性及び導電性のバランス(balance)を考慮すると、ニッケル、銅、及びコバルトが好ましく、ニッケルが最も好ましい。なお、導体23は複数種類の金属単体からなる合金であってもよい。   The porous electrode 20 is composed of an inorganic material, preferably composed of a metal, and more preferably composed of a transition metal (for example, an element present between a Group 3 element and a Group 11 element in the periodic table). The Specifically, the porous electrode 20 may be made of any one metal selected from the group consisting of nickel, titanium, copper, iron, and cobalt, for example. In consideration of the balance between stability and conductivity in the electrolyte layer 13, nickel, copper, and cobalt are preferable, and nickel is most preferable. The conductor 23 may be an alloy made of a plurality of types of single metals.

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、多孔質電極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電極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、多孔質電極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。   Further, the present inventor has further studied a technique for increasing the specific surface area per unit volume of mesopores, and as a result of making the porous electrode 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 the maximum is 1 degree or more is It has been found that the specific surface area per unit volume of mesopores increases dramatically. Furthermore, the inventor has also found that the capacitance increases as the amorphous state of the porous electrode 20 progresses, that is, as the half width increases.

なお、多孔質電極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、多孔質電極20が非晶質化することで、多孔質電極20の結晶構造が乱れることになるので、例えば多孔質電極20の結晶時にマクロ孔だった細孔は、多孔質電極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、多孔質電極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 electrode 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 electrode 20 becomes amorphous, the crystal structure of the porous electrode 20 is disturbed. For example, the pores that were macropores during the crystallization of the porous electrode 20 It can be subdivided into mesopores 22 by amorphization. Therefore, the mesopores 22 are increased by making the porous electrode 20 amorphous, and consequently the capacitance is increased.

このような観点から、多孔質電極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ことが好ましい。なお、この半価幅は1.2度以上がより好ましい。一方、多孔質電極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、多孔質電極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。多孔質電極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, it is preferable that the porous electrode 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 becomes larger as the amorphization of the porous electrode 20 progresses, the upper limit value of the half width is presumed to be 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 electrode 20 amorphous is not particularly limited, and any method can 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 for making the porous electrode 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、多孔質金属20aの表面(即ち、メソ細孔22の表面を含む多孔質金属20a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さらに向上する。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、多孔質金属20a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、多孔質金属20aが電解液に直接接触すると、多孔質電極20に電圧を加えた際に多孔質金属20a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金属20aの反応活性が高くなり、溶出量が多くなる。したがって、多孔質金属20a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、多孔質金属20a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 metal 20a (that is, the entire surface of the porous metal 20a 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 further 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 metal 20a is prevented from coming into direct contact with the electrolyte (electrolytic solution). That is, when the porous metal 20a is in direct contact with the electrolytic solution, the porous metal 20a is easily eluted into the electrolytic solution when a voltage is applied to the porous electrode 20. And the higher the temperature, the higher the reaction activity of the porous metal 20a and the greater the elution amount. Therefore, the elution of the porous metal 20a is prevented by covering the surface of the porous metal 20a, in particular, the surface of the mesopores 22 with the inorganic compound layer. As a result, the cycle stability and thermal stability of the electric double layer capacitor 10 can be prevented. Will improve.

無機化合物層は、多孔質金属20a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(halogen)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 metal 20a, that is, an inorganic compound. The anion constituting the inorganic compound layer is, for example, at least one kind of anion selected from the group consisting of oxygen ions, halogen ions, nitrogen ions, hydroxide ions, carbonate ions, sulfur ions, and carbon ions. Including.

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、15nm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(多孔質金属20a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 further preferably 15 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 metal 20a 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.

電解質層13は、メソ細孔22(の表面)に吸脱着するイオン液体を含む。電解質層13は、好ましくは、イオン液体のみで構成される。すなわち、本発明者は、電解質層13に好適な材料について検討したところ、イオン液体が電解質層13の材料として好ましいことを見出した。イオン液体は溶媒を含まないので、イオン液体中の電解質イオンが溶媒和していない。すなわち、イオン液体中の電解質イオンの直径は、溶媒中の電解質イオン(溶媒和した電解質イオン)よりも小さい。   The electrolyte layer 13 includes an ionic liquid that adsorbs and desorbs on (the surface of) the mesopores 22. The electrolyte layer 13 is preferably composed only of an ionic liquid. That is, the present inventor has examined a material suitable for the electrolyte layer 13 and found that an ionic liquid is preferable as the material of the electrolyte layer 13. Since the ionic liquid does not contain a solvent, the electrolyte ions in the ionic liquid are not solvated. That is, the diameter of the electrolyte ions in the ionic liquid is smaller than the electrolyte ions in the solvent (solvated electrolyte ions).

例えば、上述したソフトウェアで算出した1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン(1−ethyl−3−methyl−imidazorium ion、EMImイオン)の直径は0.57nm、BFイオンの直径は0.46nmとなる。一方、PC(プロピレンカーボネート、propylene carbonate)で溶媒和(4溶媒和)したTEAイオンの直径は1.96nm、PCで溶媒和したBFイオンの直径は1.71nmとなる。したがって、イオン液体中のEMImイオン及びBFイオンの直径は、PC中のTEAイオン及びBFイオンの直径よりも小さい。したがって、電解質層13をイオン液体で構成した場合、より多くの電解質イオンがメソ細孔22の表面に吸脱着することができるので、静電容量がより増大する。 For example, the diameter of 1-ethyl-3-methylimidazolium ion (EMIm ion) calculated by the above-described software is 0.57 nm, and the diameter of BF 4 ion is 0.46 nm. Become. On the other hand, the diameter of TEA ions solvated (4 solvated) with PC (propylene carbonate, polypropylene carbonate) is 1.96 nm, and the diameter of BF 4 ions solvated with PC is 1.71 nm. Therefore, the diameters of EMIm ions and BF 4 ions in the ionic liquid are smaller than the diameters of TEA ions and BF 4 ions in the PC. Therefore, when the electrolyte layer 13 is composed of an ionic liquid, more electrolyte ions can be adsorbed and desorbed on the surface of the mesopores 22, so that the capacitance is further increased.

ただし、イオン液体中のカチオン及びアニオンは、完全に分離せず(すなわち、各々自由に動くのではなく)、対になって移動すると考えられる。例えば、EMImBFのイオン液体中では、EMImイオン及びBFイオンが対になって存在する。このようなEMIm−BFイオン対の直径は0.57+0.46=1.03nmである。したがって、たとえ電解質イオンが対になって存在していたとしても、電解質イオン対の直径はメソ細孔22の直径よりも十分に小さいので、メソ細孔22に容易に吸脱着することができる。また、電解質イオン対の直径は溶媒和した電解質イオンよりも小さい。したがって、電解質層13をイオン液体で構成した場合、より多くの電解質イオンがメソ細孔22に吸脱着することができるので、静電容量がより増大する。なお、この観点からは、電解質イオン同士が乖離しやすいほど、静電容量が増大することが予想される。また、電解質イオン対の直径は、メソ細孔22の直径が2nm以上であることを鑑みると、2nm以下であることが好ましい。 However, it is considered that the cation and the anion in the ionic liquid do not completely separate (that is, move freely), but move in pairs. For example, in an EMImBF 4 ionic liquid, EMIm ions and BF 4 ions exist in pairs. The diameter of such EMIm-BF 4 ion pair is 0.57 + 0.46 = 1.03nm. Therefore, even if electrolyte ions exist in pairs, the diameter of the electrolyte ion pair is sufficiently smaller than the diameter of the mesopores 22 and can be easily adsorbed and desorbed to the mesopores 22. The diameter of the electrolyte ion pair is smaller than the solvated electrolyte ion. Therefore, when the electrolyte layer 13 is composed of an ionic liquid, more electrolyte ions can be adsorbed / desorbed to / from the mesopores 22, and the capacitance is further increased. From this point of view, it is expected that the capacitance increases as the electrolyte ions are more easily separated. The diameter of the electrolyte ion pair is preferably 2 nm or less in view of the diameter of the mesopores 22 being 2 nm or more.

イオン液体の種類は特に問わないが、電解質イオンの移動のし易さから粘度ができる限り低く、また導電性(導電率)が高い材料が望ましい。イオン液体を構成するカチオンとしては、具体的には、例えばイミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン等が挙げられる。イミダゾリウムイオンとしては、例えば、EMImイオン、1−メチル−1−プロピルピロリジウム(1−methyl−1−propyl−pyrrolizinium)(MPPy)イオン、1−メチル−1−プロピルピペリジウム(1−methyl−1−propyl−piperizinium)(MPPi)イオン等が挙げられる。   The type of the ionic liquid is not particularly limited, but a material having a viscosity as low as possible and a high conductivity (conductivity) is desirable because of the ease of movement of the electrolyte ions. Specific examples of cations constituting the ionic liquid include imidazolium ions and pyridinium ions. Examples of the imidazolium ion include EMIm ion, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium (MPPy) ion, 1-methyl-1-propylpiperidinium (1-methyl- 1-propyl-piperizinium) (MPPi) ions and the like.

ピリジニウムイオンとしては、例えば、1−エチルピリジニウム(1−ethylpyridnium)イオン、1−ブチルピリジニウム(1−buthylpyridnium)イオン、1−ブチルピリジニウム(1−buthylpyridnium)イオン等が挙げられる。   Examples of the pyridinium ion include 1-ethylpyridinium ion, 1-butylpyridinium ion, 1-butylpyridinium ion, and the like.

アニオンとしては、BFイオン、PFイオン、[(CFSON]イオン、FSI(ビス(フルオロスルホニル)イミド、bis(fluorosulfonyl)imide)イオン、TFSI(ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)イオン等が挙げられる。 As anions, BF 4 ion, PF 6 ion, [(CF 3 SO 2 ) 2 N] ion, FSI (bis (fluorosulfonyl) imide, bis (fluorosulfonyl) imide) ion, TFSI (bis (trifluoromethylsulfonyl) ion Imide, bis (trifluoromethylsulfimide) ion) and the like.

イオン液体はそれ単独でも、有機溶媒に溶解させて用いても良い。また、低温特性が有利な有機電解質を用いても構わず、静電容量や温度特性、出力特性等を総合的に判断して用いれば良い。   The ionic liquid may be used alone or dissolved in an organic solvent. Further, an organic electrolyte that is advantageous in low temperature characteristics may be used, and it may be used by comprehensively judging capacitance, temperature characteristics, output characteristics, and the like.

このように、本実施形態に係る多孔質電極20では、メソ細孔単位体積当りの比表面積が大きい多孔質金属20aを多孔質電極20として使用し、かつ、多孔質電極20のメソ細孔に吸脱着するイオン液体を電解質層13として使用する。したがって、多孔質電極20は、より多数の電解質イオンを吸脱着させることができるので、後述する実施例に示される通り、非常に高い静電容量が実現される。   Thus, in the porous electrode 20 according to the present embodiment, the porous metal 20a having a large specific surface area per mesopore unit volume is used as the porous electrode 20, and the mesopores of the porous electrode 20 are used as the mesopores. An ionic liquid that adsorbs and desorbs is used as the electrolyte layer 13. Accordingly, since the porous electrode 20 can adsorb and desorb a larger number of electrolyte ions, a very high capacitance is realized as shown in the examples described later.

(多孔質電極の製造方法)
次に、多孔質電極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 electrode)
Next, a method for manufacturing the porous electrode 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、酸またはアルカリ性溶液で処理するという製造方法である。なお、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。但し、こ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。
(Method of treating alloy with acid or alkaline solution)
In the first production method, an alloy containing 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 is used in an acid or alkaline solution. It is a manufacturing method of processing. Although it is desired to remove the first metal as much as possible to make it porous, the first metal may not be completely removed after the treatment but may partially remain. The immersion time is preferably 3 hours or longer. However, this upper limit time depends on the concentration and 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.

第1の金属は、例えば、アルミニウム、鉛、スズ(stannum)、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、多孔質金属20a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。この製造方法によれば、酸またはアルカリ性溶液に第1の金属が溶出するので、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。具体的には、第1の金属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。したがって、この製造方法によれば、第1の金属の結晶子の大きさによって、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、第1の金属の結晶子の大きさと、第1の金属と第2の金属とのモル比と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。   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 metal 20a. Transition metals are particularly preferred because they are almost insoluble in acid or alkaline solutions. According to this manufacturing method, since the first metal elutes in the acid or alkaline solution, the portion of the alloy occupied by the first metal becomes the mesopores 22. Specifically, the mesopores 22 are formed by combining the vacancies formed by removing the first metal. Therefore, according to this manufacturing method, the size, that is, the diameter of the mesopores 22 also changes depending on the size of the first metal crystallite. That is, according to this manufacturing method, the desired mesopores 22 are manufactured by controlling the size of the crystallites of the first metal and the molar ratio between the first metal and the second metal. Can do.

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の金属とのモル比は、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 molar 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).

ここで、合金を酸またはアルカリ性溶液で処理する前に、合金を非晶質化してもよい。これにより、第1の金属の結晶子の大きさを制御することができ、ひいては、多孔質電極20のメソ細孔単位体積当りの比表面積がさらに向上する。すなわち、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。   Here, the alloy may be made amorphous before the alloy is treated with an acid or alkaline solution. Thereby, the size of the crystallite of the first metal can be controlled, and the specific surface area per unit volume of the mesopores of the porous electrode 20 is further improved. That is, by controlling the size of the first metal crystallites, the number of mesopores 22 can be controlled, and the size of the mesopores 22, that is, the diameter can also be controlled.

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(mechanical alloying)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(ball mill)、振動ミル、アトライタ(attritor)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(size)の金属やセラミック(ceramic)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(zirconia)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。   An 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 balls of various sizes (ceramics) and ceramic balls are used. The container or ball may be made of a ceramic such as zirconia if the alloy does not like 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(argon)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(jacket)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(alcohol)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. Further, during mechanical alloying of the alloy, the alloy generates heat by 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 into the container in order to prevent adhesion of the alloy charged into the container to the container wall surface and promote miniaturization.

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(atomize)法やロール(roll)急冷法、ストリップキャスト(strip cast)法、噴霧ロール法、ガス噴射スプラット(sprat)法、スプレーフォーミング(spray forming)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(factor)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(helium)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 cast 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 there is an upper limit for these factors. 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 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)ことで多孔質電極20を製造した場合、多孔質電極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、多孔質電極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 electrode 20 by removing the first metal from the alloy (that is, developing the alloy), the half width of the porous electrode 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 electrode 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、合金を非晶質化した場合、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ことで、合金から第1の金属を除去する。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。   When the alloy is made amorphous, the first metal is removed from the alloy by treating the amorphous alloy with an acid or an alkaline solution. As a result, the portion of the alloy occupied by the first metal becomes the mesopores 22.

(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、多孔質金属20a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(carboxylic acid)イオンやメトキシドイオン(methoxide)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 production method is a production method in which an anion in the metal compound is removed by reducing the metal compound. The metal compound is a compound of a metal constituting the porous metal 20a and an anion. Examples of the anion include inorganic anions containing oxygen and nitrogen, and organic anions such as carboxylic acid ions and methoxide 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(oleic acid)、メトキシ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, oleic acid ions, methoxide ions, and the like.

ここで、金属化合物を還元する前に、金属化合物を非晶質化してもよい。これにより、金属化合物の結晶子の大きさを制御することができ、ひいては、多孔質電極20のメソ細孔単位体積当りの比表面積がさらに向上する。すなわち、金属化合物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。また、非晶質化の程度については、上記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。   Here, before reducing the metal compound, the metal compound may be amorphized. Thereby, the size of the crystallite of the metal compound can be controlled, and the specific surface area per unit volume of the mesopores of the porous electrode 20 is further improved. That is, by controlling the size of the crystallites of the metal compound, the number of mesopores 22 can be controlled, and the size, that is, the diameter of the mesopores 22 can also be controlled. Further, the degree of amorphization may be the same as in the above manufacturing method. For example, the half width of the metal compound may be 0.9 degrees or more.

(実施例1)
平均(粒径)直径10μmのNi−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、アルミニウムを除去した。なお、ニッケルの水酸化カリウム水溶液に対する溶解度は、アルミニウムの水酸化カリウムに対する溶解度よりも小さい。言い換えれば、ニッケルは水酸化カリウム水溶液に不溶であるが、アルミニウムは水酸化カリウム水溶液に可溶である。これにより、多孔質電極として、多孔質ニッケルが作製された。作製された多孔質ニッケルは、水洗、真空乾燥された。ついで、アルゴンで希釈した4体積%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、多孔質電極を得た。
Example 1
Aluminum was removed by immersing a Ni—Al alloy (50:50 mass%) having an average (particle diameter) diameter of 10 μm in a 1N sodium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 3 hours. In addition, the solubility with respect to the potassium hydroxide aqueous solution of nickel is smaller than the solubility with respect to potassium hydroxide of aluminum. In other words, nickel is insoluble in aqueous potassium hydroxide, while aluminum is soluble in aqueous potassium hydroxide. Thereby, porous nickel was produced as a porous electrode. The produced porous nickel was washed with water and vacuum dried. Subsequently, porous nickel was exposed to a 4% by volume oxygen gas stream diluted with argon at room temperature for 2 hours. Thereby, a porous electrode was obtained.

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80m/g、多孔質電極単位質量当りの細孔の体積、即ち細孔容積は0.07(cm/g)、直径3〜20nmのメソ細孔の存在比は78%、ミクロ細孔の存在比は22%となった。これらの値と式(1)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、933m/cmとなった。 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 80 m 2 / g, and the pore volume per unit mass of the porous electrode, that is, the pore volume was 0.07 (cm 3 / g), the abundance ratio of mesopores having a diameter of 3 to 20 nm was 78%, and the abundance ratio of micropores was 22%. When the specific surface area per unit volume of mesopores was calculated using these values and the formula (1), it was 933 m 2 / cm 3 .

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12nm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 12 nm.

また、多孔質電極(多孔質ニッケル)に導電材としてカーボンブラック(carbon black)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、polytetrafluoroethylene)を多孔質電極の質量に対して5質量%加えた。そして、これらを乳鉢で混合した。ついで、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と対極として用い、参照極にはAg極、電解液(電解質層)にはEMIm−BF(イオン液体)を用いてセル(cell)を構成した。ついで、このセルをAdvanced Electrochemical System社製PARSTAT2273を用い、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。実施例1のセルを掃印速度1mv/sで掃印した際に得られた際の放電容量にもとづいて、体積静電容量を算出した。 Moreover, carbon black (carbon black) as a conductive material is added to the porous electrode (porous nickel) in an amount of 5% by mass based on the mass of the porous electrode, and PTFE (polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene) is added to the mass of the porous electrode. 5 mass% was added with respect to this. And these were mixed with the mortar. Subsequently, the mixture was shape | molded with the tablet press machine, and the pellet was obtained. A cell sandwiched between aluminum meshes was used as a working electrode and a counter electrode, and a cell was constructed using an Ag electrode as a reference electrode and EMIm-BF 4 (ionic liquid) as an electrolyte (electrolyte layer). Subsequently, this cell was swept in the range of −1.25 to 1.25 V at a sweeping speed of 100 to 1 mv / s at room temperature using a PARSTAT 2273 manufactured by Advanced Electrochemical System. Volume capacitance was calculated based on the discharge capacity obtained when the cell of Example 1 was swept at a sweep speed of 1 mv / s.

ここで、実施例1のセルを掃印速度1mv/sで掃印した際に得られた3極サイクリックボルタンメトリ特性を図5に示す。図5の「EMIm−BF」で示されるグラフが実施例1の3極サイクリックボルタンメトリ特性を示す。横軸は参照電極を基準としたセル電圧を示し、縦軸はセルに流れる電流を示す。体積静電容量は、還元側の電流の積分値(図5の領域100の面積に相当)に基づいて算出した。 Here, FIG. 5 shows the tripolar cyclic voltammetry characteristics obtained when the cell of Example 1 was swept at a sweep speed of 1 mv / s. The graph shown by “EMIm-BF 4 ” in FIG. 5 shows the tripolar cyclic voltammetry characteristics of Example 1. The horizontal axis indicates the cell voltage with reference to the reference electrode, and the vertical axis indicates the current flowing through the cell. The volume capacitance was calculated based on the integrated value of the current on the reduction side (corresponding to the area of the region 100 in FIG. 5).

(実施例2)
実施例2では、まず、非晶質合金を作製した。すなわち、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時間運転した。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。ここで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、メインピークである44.5度の半価幅は1.78度であった。
(Example 2)
In Example 2, first, an amorphous alloy was produced. That is, 50 g of Ni—Al alloy (50:50 mass%) with an average particle diameter (diameter) of 10 μm, 5 ml of methanol, and 17.5 kg of stainless steel balls with a diameter of 8 mm were put on Union Process's attritor ball mill (Model 1-S). I put it in. Next, after the inside of the ball mill was replaced with argon gas, 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. The half width of the alloy obtained here was measured with an X-ray diffractometer (RINT2200V / PCSV manufactured by Rigaku Corporation). As a result, the half width of 44.5 degrees which is the main peak was 1.78 degrees. It was.

ついで、非晶質合金から第1の金属であるアルミニウムを除去した。すなわち、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。   Next, aluminum as the first metal was removed from the amorphous alloy. That is, the solubility of nickel in aqueous sodium hydroxide is smaller than the solubility of aluminum in sodium hydroxide. In other words, nickel is insoluble in aqueous sodium hydroxide solution, while aluminum is soluble in aqueous sodium hydroxide solution.

具体的には、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。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。   Specifically, aluminum was removed by immersing the amorphous Ni—Al alloy in a 1N sodium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 3 hours. 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%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、多孔質電極を得た。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、直径2〜30nmのメソ細孔の存在比が92%、ミクロ細孔の存在比が残りの8%であった。これらの数値と、式(2)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、1602m/cmであった。また、X線回折装置で測定したメインピークである44.5度の半価幅は1.85度であった。その後、実施例1と同様の処理を行うことで、電気二重層キャパシタの体積静電容量を算出した。 Subsequently, porous nickel was exposed to a 4% by volume oxygen gas stream diluted with argon at room temperature for 2 hours. Thereby, a porous electrode was obtained. 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, and the abundance ratio of mesopores having a diameter of 2 to 30 nm. Was 92% and the abundance ratio of micropores was 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 1602 m 2 / cm 3 . Moreover, the half width of 44.5 degrees which is the main peak measured with an X-ray diffractometer was 1.85 degrees. Thereafter, the volume capacitance of the electric double layer capacitor was calculated by performing the same process as in Example 1.

(実施例3)
実施例2の電解液にEMIm−FSI(イオン液体)を用いたこと以外は実施例1と同様の処理を行った。なお、イオン液体中のFSIイオンの直径を上述したシミュレーションにより算出したところ、0.56nmであった。
Example 3
The same treatment as in Example 1 was performed except that EMIm-FSI (ionic liquid) was used as the electrolytic solution in Example 2. In addition, it was 0.56 nm when the diameter of the FSI ion in an ionic liquid was computed by the simulation mentioned above.

(実施例4)
実施例2の電解液にMPPy−BF(イオン液体)を用いたこと以外は実施例1と同様の処理を行った。なお、イオン液体中のMPPyイオンの直径を上述したシミュレーションにより算出したところ、0.86nmであった。
Example 4
The same treatment as in Example 1 was performed except that MPPy-BF 4 (ionic liquid) was used as the electrolytic solution of Example 2. In addition, it was 0.86 nm when the diameter of MPPy ion in an ionic liquid was computed by the simulation mentioned above.

(実施例5)
実施例2の電解液にEMIm−PF(イオン液体)を用いたこと以外は実施例1と同様の処理を行った。なお、イオン液体中のPFイオンの直径を上述したシミュレーションにより算出したところ、0.48nmであった。
(Example 5)
The same treatment as in Example 1 was performed except that EMIm-PF 6 (ionic liquid) was used as the electrolytic solution of Example 2. Incidentally, calculation by simulation as described above the diameter of the PF 6 ion of the ionic liquid, was 0.48 nm.

(実施例6)
実施例2の電解液に1−エチルピリジニウムテトラフルオロボレート(1−ebuthylpyridnium tetrafluoroborate)を用いたこと以外は実施例1と同様の処理を行った。なお、イオン液体中の1−エチルピリジニウムイオンの直径を上述したシミュレーションにより算出したところ、0.98nmであった。
(Example 6)
The same treatment as in Example 1 was performed except that 1-ethylpyridinium tetrafluoroborate was used as the electrolytic solution of Example 2. In addition, it was 0.98 nm when the diameter of 1-ethylpyridinium ion in an ionic liquid was computed by the simulation mentioned above.

(比較例1)
実施例1の電解液であるイオン液体の代わりに1mol/LのTEA−BF/PC電解液を用いた事以外は、実施例1と同様の処理を行った。ここで、比較例1のセルを掃印速度1mv/sで掃印した際に得られた3極サイクリックボルタンメトリ特性を図5に示す。図5の「TEA−BF/PC」で示されるグラフが比較例1の3極サイクリックボルタンメトリ特性を示す。
(Comparative Example 1)
The same treatment as in Example 1 was performed, except that 1 mol / L TEA-BF 4 / PC electrolyte was used instead of the ionic liquid that was the electrolyte of Example 1. Here, FIG. 5 shows the tripolar cyclic voltammetry characteristics obtained when the cell of Comparative Example 1 was swept at a sweep speed of 1 mv / s. The graph shown by “TEA-BF 4 / PC” in FIG. 5 shows the tripolar cyclic voltammetry characteristics of Comparative Example 1.

(比較例2)
実施例2の電解液にイオン液体の代わりに1mol/LのTEA−BF/PC電解液を用いた事以外は、実施例2と同様の処理を行った。
(Comparative Example 2)
The same treatment as in Example 2 was performed except that 1 mol / L TEA-BF 4 / PC electrolyte was used in place of the ionic liquid in the electrolyte of Example 2.

(比較例3)
多孔質電極として関西熱化学製活性炭MSP‐20を用意し、多孔質電極にPTFEを多孔質電極の質量に対して5質量%投入し、これらを乳鉢で混合した。ついで、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。ついで、このペレットをアルミニウムメッシュで挟んだものを作用極と対極として用い、参照極にはAg極、電解液には1mol/LのTEA−BF4/PCを用いてセルを構成した。その後は実施例1と同様の処理を行った。ここで、比較例3のセルを掃印速度1mv/sで掃印した際に得られた3極サイクリックボルタンメトリ特性を図6に示す。図6の「EMIm−BF」で示されるグラフが比較例3の3極サイクリックボルタンメトリ特性を示す。
(Comparative Example 3)
Activated carbon MSP-20 manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd. was prepared as a porous electrode. PTFE was added to the porous electrode in an amount of 5% by mass based on the mass of the porous electrode, and these were mixed in a mortar. Next, pellets were obtained by molding the mixture with a tablet press. Next, a cell sandwiched between aluminum pellets was used as a working electrode and a counter electrode, an Ag electrode was used as a reference electrode, and a 1 mol / L TEA-BF 4 / PC was used as an electrolyte. Thereafter, the same processing as in Example 1 was performed. Here, the tripolar cyclic voltammetry characteristics obtained when the cell of Comparative Example 3 was swept at a sweep speed of 1 mv / s are shown in FIG. The graph indicated by “EMIm-BF 4 ” in FIG. 6 shows the tripolar cyclic voltammetry characteristics of Comparative Example 3.

(比較例4)
比較例3の電解液にEMIm−BF(イオン液体)を用いたこと以外は比較例3と同様の処理を行った。ここで、比較例4のセルを掃印速度1mv/sで掃印した際に得られた3極サイクリックボルタンメトリ特性を図6に示す。図6の「TEA−BF/PC」で示されるグラフが比較例4の3極サイクリックボルタンメトリ特性を示す。
(Comparative Example 4)
The same treatment as in Comparative Example 3 was performed except that EMIm-BF 4 (ionic liquid) was used as the electrolytic solution of Comparative Example 3. Here, FIG. 6 shows the tripolar cyclic voltammetry characteristics obtained when the cell of Comparative Example 4 was swept at a sweep speed of 1 mv / s. The graph indicated by “TEA-BF 4 / PC” in FIG. 6 shows the tripolar cyclic voltammetry characteristics of Comparative Example 4.

(評価)
表1に、実施例1の体積静電容量を比較例1で規格化した値、実施例2〜6の体積静電容量を比較例2で規格化した値、及び比較例4の体積静電容量を比較例3で正規化した値を示す。
(Evaluation)
Table 1 shows values obtained by normalizing the volume capacitance of Example 1 in Comparative Example 1, values obtained by normalizing the volume capacitances of Examples 2 to 6 in Comparative Example 2, and volume capacitance of Comparative Example 4 A value obtained by normalizing the capacity in Comparative Example 3 is shown.

Figure 2014203926
Figure 2014203926

表1及び図5によれば、実施例1〜6に係る電気二重層キャパシタは、いずれも比較例1、2に係る電気二重層キャパシタよりも体積静電容量を1.4〜2.4倍も向上させることができた。したがって、本実施形態のように、電解質層としてイオン液体を使用した電気二重層キャパシタは、有機電解液を使用した電気二重層キャパシタよりも優位であることが立証された。実施例で使用されたイオン液体中の電解質イオンが仮に対となって存在していたとしても、電解質イオン対の直径はメソ細孔の最小径(2nm)未満となる。したがって、電解質イオン対は効果的にメソ細孔内に吸脱着することができると推察される。   According to Table 1 and FIG. 5, the electric double layer capacitors according to Examples 1 to 6 each have a volume capacitance of 1.4 to 2.4 times that of the electric double layer capacitors according to Comparative Examples 1 and 2. Could also improve. Therefore, it was proved that the electric double layer capacitor using the ionic liquid as the electrolyte layer as in the present embodiment is superior to the electric double layer capacitor using the organic electrolyte. Even if the electrolyte ions in the ionic liquid used in the examples exist as a pair, the diameter of the electrolyte ion pair is less than the minimum mesopore diameter (2 nm). Therefore, it is speculated that the electrolyte ion pair can be effectively adsorbed and desorbed into the mesopores.

また、図6によれば、単に電解質層をイオン液体にするだけでは足りず、本実施形態のようにメソ細孔単位体積当りの比表面積が450m/cm以上である多孔質電極を使用し、かつ電解質層にイオン液体を使用する場合に、電気二重層キャパシタの静電容量が飛躍的に向上することがわかった。 Further, according to FIG. 6, it is not necessary to simply use an electrolyte layer as an ionic liquid, and a porous electrode having a specific surface area per unit volume of mesopores of 450 m 2 / cm 3 or more is used as in this embodiment. And when an ionic liquid was used for an electrolyte layer, it turned out that the electrostatic capacitance of an electric double layer capacitor improves dramatically.

活性炭はミクロ細孔を多数有しており、ミクロ細孔の直径はメソ細孔よりも小さい。そして、イオン液体中の電解質イオン対の直径(EMImイオン(0.57nm)とBFイオン(0.46nm))を考慮すると、活性炭の1nm以下のミクロ孔へのイオン液体の挿入は困難である。その結果、イオン液体の細孔表面へのイオンの吸脱着はTEA−BF/PCと同等程度でしかなく、静電容量の大幅な増加には至らなかったと推察される。 Activated carbon has many micropores, and the diameter of the micropores is smaller than that of mesopores. Then, considering the electrolyte ion pair in the ionic liquid the diameter (EMIm ions (0.57 nm) and BF 4 ion (0.46 nm)), insertion of the ionic liquid into activated carbon 1nm following micropores is difficult . As a result, it is surmised that the adsorption / desorption of ions to and from the pore surface of the ionic liquid is only comparable to that of TEA-BF 4 / PC, and the capacitance has not been increased significantly.

以上により、本実施形態に係る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が450m/cm以上である多孔質金属20aを含む多孔質電極20と、多孔質電極に吸脱着可能なイオン液体を含む電解質層13と、を備える。したがって、多孔質電極20は多数のメソ細孔を有しており、かつ、イオン液体中の電解質イオン対の直径は溶媒和した電解質イオンの直径よりも小さい。したがって、イオン液体はメソ細孔の表面に効果的に吸脱着することができる。すなわち、より多数の電解質イオン対が迅速にメソ細孔表面に吸脱着することができる。したがって、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ10は、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、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, the electric double layer capacitor 10 according to the present embodiment absorbs the porous electrode 20 including the porous metal 20a having a specific surface area per mesopore unit volume of 450 m 2 / cm 3 or more and the porous electrode. And an electrolyte layer 13 containing a detachable ionic liquid. Therefore, the porous electrode 20 has a large number of mesopores, and the diameter of the electrolyte ion pair in the ionic liquid is smaller than the diameter of the solvated electrolyte ion. Therefore, the ionic liquid can be effectively adsorbed and desorbed on the surface of the mesopores. That is, a larger number of electrolyte ion pairs can be quickly adsorbed and desorbed on the surface of the mesopores. Therefore, the electric double layer capacitor 10 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.

さらに、イオン液体を構成するカチオンは、イミダゾリウムイオン及びピリジニウムイオンからなる群から選択されるいずれか1種類以上を含むので、イオン液体はさらに効果的にメソ細孔に吸脱着することができる。   Furthermore, since the cation constituting the ionic liquid contains one or more selected from the group consisting of imidazolium ions and pyridinium ions, the ionic liquid can be more effectively adsorbed and desorbed into the mesopores.

さらに、イオン液体を構成するアニオンは、BFイオン、PFイオン、[(CFSON]イオン、FSIイオン、及びTFSIイオンからなる群から選択されるいずれか1種類以上を含む。したがって、イオン液体はさらに効果的にメソ細孔に吸脱着することができる。 Further, the anion constituting the ionic liquid comprises BF 4 ion, PF 6 ion, [(CF 3 SO 2) 2 N] ions, FSI ions, and one or more one selected from the group consisting of TFSI ion . Therefore, the ionic liquid can be more effectively adsorbed and desorbed into the mesopores.

さらに、多孔質電極が有するメソ細孔の直径は2nm以上30nm以下であるので、イオン液体はより効果的にメソ細孔に吸脱着することができる。   Furthermore, since the diameter of the mesopores of the porous electrode is 2 nm or more and 30 nm or less, the ionic liquid can be adsorbed and desorbed to the mesopores more effectively.

さらに、イオン液体は、直径が2nm以下の電解質イオンを含むので、イオン液体はより効果的にメソ細孔に吸脱着することができる。   Furthermore, since the ionic liquid contains electrolyte ions having a diameter of 2 nm or less, the ionic liquid can be more effectively adsorbed and desorbed into the mesopores.

さらに、多孔質金属は、ニッケル、銅、コバルト、及びチタンからなる群から選択されるいずれか1種類の金属を含むので、多孔質電極20の導電性がさらに向上し、ひいては電気二重層キャパシタ10のエネルギ密度が向上する。   Furthermore, since the porous metal includes any one kind of metal selected from the group consisting of nickel, copper, cobalt, and titanium, the conductivity of the porous electrode 20 is further improved, and consequently the electric double layer capacitor 10. The energy density is improved.

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。例えば、上記の実施形態では、カソード電極11及びアノード電極12をいずれも多孔質電極20で構成することとしたが、これらのうち一方だけが多孔質電極20であってもよい。   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. For example, in the above embodiment, the cathode electrode 11 and the anode electrode 12 are both configured by the porous electrode 20, but only one of them may be the porous electrode 20.

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 (6)

メソ細孔単位体積当りの比表面積が450m/cm以上である多孔質金属を含む多孔質電極と、
前記多孔質電極内のメソ細孔の表面に吸脱着可能なイオン液体を含む電解質層と、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 comprising a porous metal having a specific surface area per unit volume of mesopores of 450 m 2 / cm 3 or more;
And an electrolyte layer containing an ionic liquid that can be adsorbed and desorbed on the surface of the mesopores in the porous electrode.
前記イオン液体を構成するカチオンは、イミダゾリウムイオン及びピリジニウムイオンからなる群から選択されるいずれか1種類以上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。   2. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the cation constituting the ionic liquid includes at least one selected from the group consisting of imidazolium ions and pyridinium ions. 前記イオン液体を構成するアニオンは、BFイオン、PFイオン、[(CFSON]イオン、FSIイオン、及びTFSIイオンからなる群から選択されるいずれか1種類以上を含むことを特徴とする、請求項1または2記載の電気二重層キャパシタ。 The anion constituting the ionic liquid includes any one or more selected from the group consisting of BF 4 ions, PF 6 ions, [(CF 3 SO 2 ) 2 N] ions, FSI ions, and TFSI ions. The electric double layer capacitor according to claim 1, wherein: 前記多孔質電極が有するメソ細孔の直径は2nm以上30nm以下であることを特徴とする、請求項1〜3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 any one of claims 1 to 3, wherein a diameter of mesopores of the porous electrode is 2 nm or more and 30 nm or less. 前記イオン液体は、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1〜4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 any one of claims 1 to 4, wherein the ionic liquid contains electrolyte ions having a diameter of 2 nm or less. 前記多孔質金属は、ニッケル、銅、コバルト、及びチタンからなる群から選択されるいずれか1種類の金属を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電気二重層キャパシタ。

The electric porous material according to any one of claims 1 to 5, wherein the porous metal includes any one metal selected from the group consisting of nickel, copper, cobalt, and titanium. Multilayer capacitor.

JP2013077875A 2013-04-03 2013-04-03 Electric double layer capacitor (capacitor) Pending JP2014203926A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013077875A JP2014203926A (en) 2013-04-03 2013-04-03 Electric double layer capacitor (capacitor)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013077875A JP2014203926A (en) 2013-04-03 2013-04-03 Electric double layer capacitor (capacitor)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014203926A true JP2014203926A (en) 2014-10-27

Family

ID=52354112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013077875A Pending JP2014203926A (en) 2013-04-03 2013-04-03 Electric double layer capacitor (capacitor)

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014203926A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016192435A (en) * 2015-03-30 2016-11-10 カーリットホールディングス株式会社 Ion liquid, manufacturing method thereof and application thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016192435A (en) * 2015-03-30 2016-11-10 カーリットホールディングス株式会社 Ion liquid, manufacturing method thereof and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. CoSe@ N-doped carbon nanotubes as a potassium-ion battery anode with high initial coulombic efficiency and superior capacity retention
Hou et al. Carbon-incorporated Janus-type Ni 2 P/Ni hollow spheres for high performance hybrid supercapacitors
Li et al. A metal-free and flexible supercapacitor based on redox-active lignosulfonate functionalized graphene hydrogels
Salunkhe et al. Fabrication of symmetric supercapacitors based on MOF-derived nanoporous carbons
Li et al. Electrochemical synthesis of nanostructured materials for electrochemical energy conversion and storage
Gu et al. Silicon carbide nanowires@ Ni (OH) 2 core–shell structures on carbon fabric for supercapacitor electrodes with excellent rate capability
JP5481748B2 (en) Carbon nanostructure, method for producing metal-encapsulated dendritic carbon nanostructure, and method for producing carbon nanostructure
Won et al. Synthesis of Nitrogen-Rich Nanotubes with Internal Compartments having Open Mesoporous Channels and Utilization to Hybrid Full-Cell Capacitors Enabling High Energy and Power Densities over Robust Cycle Life.
Kim et al. Great improvement in pseudocapacitor properties of nickel hydroxide via simple gold deposition
Chodankar et al. Superfast electrodeposition of newly developed RuCo2O4 nanobelts over low‐cost stainless steel mesh for high‐performance aqueous supercapacitor
US20130344394A1 (en) Tin carbon composite, method for preparing same, battery negative electrode component comprising same, and battery having the negative electrode component
Wu et al. The development of pseudocapacitive molybdenum oxynitride electrodes for supercapacitors
Yang et al. Cobalt–carbon derived from zeolitic imidazolate framework on Ni foam as high-performance supercapacitor electrode material
JP2014530502A (en) High voltage electrochemical double layer capacitor
Han et al. Enhanced energy storage of aqueous zinc-carbon hybrid supercapacitors via employing alkaline medium and B, N dual doped carbon cathode
Wang et al. Microwave preparation of 3D flower-like MnO2/Ni (OH) 2/nickel foam composite for high-performance supercapacitors
Yao et al. Design and synthesis of hierarchical NiCo 2 S 4@ NiMoO 4 core/shell nanospheres for high-performance supercapacitors
Wang et al. 3D hollow cage copper cobalt sulfide derived from metal–organic frameworks for high-performance asymmetric supercapacitors
Peng et al. Mesoporous V 2 O 5/Ketjin black nanocomposites for all-solid-state symmetric supercapacitors
Zhang et al. Highly active hollow mesoporous NiFeCr hydroxide as an electrode material for the oxygen evolution reaction and a redox capacitor
Mao et al. Sol–gel synthesis of porous Li2TiO3 for high-performance electrochemical supercapacitors
Haider et al. Bilayered microelectrodes based on electrochemically deposited MnO 2/polypyrrole towards fast charge transport kinetics for micro-supercapacitors
Ruan et al. TiO2/Cu2O heterostructure enabling selective and uniform lithium deposition towards stable lithium metal anodes
Brisse et al. Performance and limitations of Cu2O: Graphene composite electrode materials for aqueous hybrid electrochemical capacitors
Wang et al. Fabrication of TiN/CNTs on carbon cloth substrates via a CVD–ALD method as free-standing electrodes for zinc ion hybrid capacitors