JP2015011764A - Uninterruptible power supply device - Google Patents

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JP2015011764A JP2013133876A JP2013133876A JP2015011764A JP 2015011764 A JP2015011764 A JP 2015011764A JP 2013133876 A JP2013133876 A JP 2013133876A JP 2013133876 A JP2013133876 A JP 2013133876A JP 2015011764 A JP2015011764 A JP 2015011764A
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成紀 森田
Shigenori Morita
成紀 森田
大谷 彰
Akira Otani
彰 大谷
植谷 慶裕
Yoshihiro Uetani
慶裕 植谷
英樹 葉山
Hideki Hayama
英樹 葉山
亜希子 味元
Akiko MIMOTO
亜希子 味元
直樹 坂
Naoki Saka
直樹 坂
敏明 正木
Toshiaki Masaki
敏明 正木
崇央 楠浦
Takahisa Kusuura
崇央 楠浦
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an uninterruptible power supply device capable of stably supplying an AC power even at an instantaneous power failure or at voltage reduction of an AC power supply, and that has a long life like a lead accumulator battery.SOLUTION: An uninterruptible power supply device comprises: a conductive polymer type power storage device 1; and a high-capacity uninterruptible power supply part 2 connected with an AC power supply and the conductive polymer type power storage device 1, supplying an AC power to a high-capacity load 3 or a low-capacity load 4, and performing charge and discharge of the conductive polymer type power storage device 1. The AC power from the AC power supply is supplied to the high-capacity load 3 by the high-capacity uninterruptible power supply part 2. At voltage reduction or at an instantaneous power failure of the AC power supply, the conductive polymer type power storage device 1 is discharged to maintain the supply of the AC power.

Description

本発明は、交流電源の電圧低下時もしくは停電時においても負荷への交流電力の供給が維持されるよう設定された無停電電源装置に関するものである。   The present invention relates to an uninterruptible power supply that is set so that the supply of AC power to a load is maintained even when the voltage of an AC power supply drops or a power failure occurs.

無停電電源装置(UPS:Uninterruptible Power Supply)は、交流電源の電圧低下時や停電時に、無瞬断でバックアップ電源に切り替えることにより、安定した交流電力を負荷に供給するものである。   An uninterruptible power supply (UPS) supplies stable AC power to a load by switching to a backup power source without interruption in the event of a voltage drop in the AC power source or a power failure.

このようなバックアップ電源となる蓄電媒体としては、従来、鉛蓄電池が主として使用されている。鉛蓄電池を用いた場合、蓄電池の容量でバックアップ時間が決まるため、蓄電池セルを直列または並列に複数個接続して構成した容量の大きい蓄電池を用いることにより、交流電源の電圧低下時や停電時に、長時間のバックアップが可能である。しかしながら、無停電電源装置に蓄電池を用いた場合には、交流電源の停電時や電圧低下時等に頻繁なバックアップを行うことから、蓄電池の充放電が繰り返し行われ、蓄電池の寿命が短くなる。   Conventionally, a lead storage battery has been mainly used as a storage medium serving as such a backup power source. When using lead-acid batteries, the backup time is determined by the capacity of the storage battery. Long backups are possible. However, when a storage battery is used for the uninterruptible power supply, frequent backup is performed at the time of a power failure or a voltage drop of the AC power supply. Therefore, the storage battery is repeatedly charged and discharged, and the life of the storage battery is shortened.

また、蓄電媒体として電気二重層キャパシタを用いることも提案されている。電気二重層キャパシタは、短時間で大きな放電電流を流すことができる。また、交流電源の瞬時停電時や瞬時電圧低下時に頻繁に充放電を繰り返し行っても、電気二重層キャパシタの寿命に問題はない。しかし、無停電電源装置に電気二重層キャパシタを用いた場合には、電気二重層キャパシタの蓄電容量が蓄電池と比較して非常に小さく、数秒程度のバックアップ、すなわちごく短時間のバックアップしかできないという問題がある。また、蓄電池に比べて高価である。このため、コンピュータのように長時間のバックアップを必要とするような負荷には、電気二重層キャパシタを用いた無停電電源装置は現実的ではない。   It has also been proposed to use an electric double layer capacitor as a power storage medium. The electric double layer capacitor can flow a large discharge current in a short time. Even if the AC power supply is repeatedly charged and discharged frequently during an instantaneous power failure or instantaneous voltage drop, there is no problem in the life of the electric double layer capacitor. However, when an electric double layer capacitor is used for an uninterruptible power supply, the electric storage capacity of the electric double layer capacitor is very small compared to a storage battery, and backup of only a few seconds, that is, only a very short time backup is possible. There is. Moreover, it is expensive compared with a storage battery. For this reason, an uninterruptible power supply using an electric double layer capacitor is not realistic for a load such as a computer that requires long-time backup.

そこで、上記課題を解決するために、電気二重層キャパシタと、その短いバックアップ特性を補うための蓄電池とを組み合わせた無停電電源装置が提案されている(特許文献1を参照)。この無停電電源装置は、図4に示すように、電気二重層キャパシタ10と、鉛蓄電池等の蓄電池11とを備え、交流電源と上記電気二重層キャパシタ10に接続され、第1交流電力を大容量負荷14に供給するとともに上記電気二重層キャパシタ10の充電および放電を行う大容量無停電電源部12を有している。また、この大容量無停電電源部12の出力側と上記蓄電池11に接続され、第2交流電力を小容量負荷15に供給するとともに上記蓄電池11の充填および放電を行う小容量無停電電源部13を有している。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, an uninterruptible power supply device that combines an electric double layer capacitor and a storage battery for supplementing its short backup characteristic has been proposed (see Patent Document 1). As shown in FIG. 4, this uninterruptible power supply device includes an electric double layer capacitor 10 and a storage battery 11 such as a lead storage battery, and is connected to an AC power source and the electric double layer capacitor 10 to increase the first AC power. A large-capacity uninterruptible power supply unit 12 that supplies the capacitive load 14 and charges and discharges the electric double layer capacitor 10 is provided. The small-capacity uninterruptible power supply unit 13 connected to the output side of the large-capacity uninterruptible power supply unit 12 and the storage battery 11 to supply the second AC power to the small-capacity load 15 and to charge and discharge the storage battery 11. have.

上記無停電電源装置は、交流電源が瞬時停電したり瞬時電圧低下した場合に、上記大容量無停電電源部12において電気二重層キャパシタ10を放電させて大容量負荷14と小容量無停電電源部13に第1交流電力を供給するようになっている。そして、上記電気二重層キャパシタ10の両端電圧が放電終了前の規定値以下になると、放電終了前信号を小容量無停電電源部13に送出し、小容量無停電電源部13において、上記放電終了前信号に基づき蓄電池11を放電させて前記小容量負荷15に前記第2交流電力を供給するようになっている。   The uninterruptible power supply unit is configured to discharge the electric double layer capacitor 10 in the large-capacity uninterruptible power supply unit 12 to discharge the large-capacity load 14 and the small-capacity uninterruptible power supply unit when the AC power supply is instantaneously interrupted or the voltage drops. 13 is supplied with the first AC power. When the voltage across the electric double layer capacitor 10 becomes equal to or less than the specified value before the end of discharge, a signal before the end of discharge is sent to the small-capacity uninterruptible power supply unit 13, and the small-capacity uninterruptible power supply unit 13 ends the discharge. The storage battery 11 is discharged based on the previous signal, and the second AC power is supplied to the small capacity load 15.

また、同様に、電気二重層キャパシタと蓄電池とを組み合わせた各種の無停電電源装置が提案されている(特許文献2、3を参照)。   Similarly, various uninterruptible power supply devices combining an electric double layer capacitor and a storage battery have been proposed (see Patent Documents 2 and 3).

特開2010−016997号公報JP 2010-016997 A 特開2010−016996号公報JP 2010-016996 A 特開2010−016995号公報JP 2010-016995 A

しかしながら、これらの無停電電源装置は、2種類の蓄電デバイスを組み合わせているため、回路系が複雑になるとともに部品数も多くなり、組み立てやメンテナンスに手間を要するという問題がある。また、これら2種類の蓄電デバイスの切り替えがうまく作動しないというトラブルが発生するおそれもあり、長時間のバックアップに対する信頼性が充分に確保されているとはいえない。   However, since these uninterruptible power supply devices combine two types of power storage devices, there is a problem that the circuit system becomes complicated and the number of parts increases, requiring time and labor for assembly and maintenance. In addition, there is a possibility that a trouble that the switching between these two types of power storage devices does not work well may occur, and it cannot be said that reliability for long-time backup is sufficiently ensured.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、交流電源の瞬時停電時や電圧低下時においても、安定して交流電力を供給することができ、しかも鉛蓄電池のように寿命の長い無停電電源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can supply AC power stably even during an instantaneous power failure or voltage drop of an AC power source, and has a long life like a lead-acid battery. An object is to provide an uninterruptible power supply.

上記目的を達成するため、本発明は、交流電源の電圧低下時もしくは停電時においても負荷への交流電力の供給が維持されるよう設定された無停電電源装置であって、導電性ポリマー型蓄電デバイスと、交流電源および導電性ポリマー型蓄電デバイスに接続され、交流電力を負荷に供給するとともに上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの充電および放電を行う無停電電源部とを備え、上記無停電電源部により交流電源からの交流電力を負荷に供給し、交流電源の電圧低下時もしくは停電時には上記導電性ポリマー型蓄電デバイスを放電させることにより負荷に交流電力を供給するようになっている無停電電源装置をその要旨とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides an uninterruptible power supply set to maintain the supply of alternating current power to a load even when the voltage of the alternating current power supply is reduced or during a power failure. An uninterruptible power supply unit that is connected to an AC power source and a conductive polymer storage device and supplies AC power to a load and charges and discharges the conductive polymer storage device. An uninterruptible power supply that supplies AC power to the load by supplying AC power from the AC power source to the load and discharging the conductive polymer type energy storage device when the voltage of the AC power source drops or when a power failure occurs Is the gist.

すなわち、本発明者らは、従来にない優れた無停電電源装置を開発するために鋭意研究を行った結果、導電性ポリマー型蓄電デバイスを無停電電源装置の蓄電池として用いると、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの高容量、高出力、高いサイクル特性が、無停電電源装置の瞬時停電時や瞬時電圧低下時において安定した交流電力供給を可能にし、従来のように2種類の蓄電デバイスを組み合わせる必要がなくなることを見出し、本発明に到達した。   That is, the present inventors have conducted intensive research to develop an unprecedented excellent uninterruptible power supply, and as a result, when the conductive polymer type electric storage device is used as a storage battery of the uninterruptible power supply, the conductive polymer The high capacity, high output, and high cycle characteristics of the power storage device enable stable AC power supply in the event of an instantaneous power failure or instantaneous voltage drop of the uninterruptible power supply, and it is necessary to combine two types of power storage devices as before As a result, the present invention was reached.

本発明によれば、無停電電源装置の蓄電池として、従来このような用途に全く用いられていなかった導電性ポリマー型蓄電デバイスを用いているため、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの高容量、高出力、高いサイクル特性によって、交流電源の瞬時停電時や瞬時電圧低下時において安定した交流電力供給を行うことができる。そして、この安定した交流電力供給は、導電性ポリマー型蓄電デバイスを単独で組み込むだけで達成されるため、従来のように、電気二重層キャパシタと鉛蓄電池等を組み合わせる必要がなく、回路系が簡単で、不具合を生じにくいものとなる。また、全体の部品数も少なくてすむため、装置の組み立てやメンテナンスが簡単であるという利点を有する。しかも、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスは、酸素の含有量が少なく、また熱や過充電、過放電によって導電性が低下することから、熱暴走しにくく安全性が高いという利点を有する。   According to the present invention, since a conductive polymer type energy storage device that has never been used for such applications has been used as a storage battery of an uninterruptible power supply device, the high capacity, high Due to the output and high cycle characteristics, stable AC power can be supplied in the event of an instantaneous power failure or voltage drop of the AC power supply. And since this stable AC power supply is achieved simply by incorporating a conductive polymer type electricity storage device alone, there is no need to combine an electric double layer capacitor and a lead storage battery as in the conventional case, and the circuit system is simple. Therefore, it becomes difficult to cause a problem. In addition, since the total number of parts can be reduced, there is an advantage that the assembly and maintenance of the apparatus are simple. Moreover, the conductive polymer electricity storage device has the advantage that it has a low safety and is highly resistant to thermal runaway because it has a low oxygen content and its conductivity decreases due to heat, overcharge, and overdischarge.

なお、本発明において、特に、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの少なくとも一方の電極が、導電性ポリマーと、電極内に固定されたアニオン性材料とを有するものであると、導電性ポリマー型蓄電デバイスがロッキングチェア型の機構を有するものとなり、より優れたサイクル特性を発揮して好ましいものとなる。   In the present invention, in particular, when at least one electrode of the conductive polymer type electricity storage device has a conductive polymer and an anionic material fixed in the electrode, the conductive polymer type electricity storage device. Has a rocking chair type mechanism, which is preferable because it exhibits more excellent cycle characteristics.

ここで、上記「電極内に固定されたアニオン性材料」とは、このアニオン性材料が、他の電極形成材料とともに複合体として形成されて、その複合体内に固定された状態にあるものをいい、アニオン性材料が固定されて動かないことによって、対するカチオンが移動する性質を有するようになり、ひいては、これを用いた蓄電デバイスがロッキングチェア型の機構を有するようになることを意味する。   Here, the “anionic material fixed in the electrode” refers to a material in which the anionic material is formed as a composite together with other electrode forming materials and is fixed in the composite. This means that the anionic material is fixed and does not move, so that the cation moves, and thus the electricity storage device using the same has a rocking chair type mechanism.

また、本発明において、上記アニオン性材料が、ポリマーアニオンであると、このポリマーアニオンが電極形成材料のバインダーとしても機能するため好ましく、なかでも、ポリマーアニオンがポリカルボン酸であると、蓄電デバイスの性能がさらに向上して、より好ましいものとなる。   In the present invention, it is preferable that the anionic material is a polymer anion because the polymer anion also functions as a binder for the electrode forming material. In particular, when the polymer anion is a polycarboxylic acid, The performance is further improved and it becomes more preferable.

そして、本発明において、上記導電性ポリマーがポリアニリンであると、ポリアニリンの電気化学的容量が大きく、蓄電デバイスの性能がより一層向上するため、とりわけ好ましいものとなる。   In the present invention, it is particularly preferable that the conductive polymer is polyaniline because the electrochemical capacity of polyaniline is large and the performance of the electricity storage device is further improved.

本発明の無停電電源装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the uninterruptible power supply device of this invention. 本発明の実施例に用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイスの放電レート特性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the discharge rate characteristic of the conductive polymer type electrical storage device used for the Example of this invention. 上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの充放電サイクル特性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the charge / discharge cycle characteristic of the said conductive polymer type electrical storage device. 従来の無停電電源装置の一例の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of an example of the conventional uninterruptible power supply.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明の実施態様の一例を説明するものであり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the following description is an example of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following description.

まず、本発明の無停電電源装置は、バックアップ用の蓄電デバイスとして、導電性ポリマー型蓄電デバイスを用いることを特徴とするものであり、例えば図1に示すように、導電性ポリマー型蓄電デバイス1と、交流電源(図示せず)および導電性ポリマー型蓄電デバイス1に接続される大容量無停電電源部2とを備えている。そして、上記大容量無停電電源部2は、交流電力を、大容量負荷3もしくは小容量負荷4に供給するとともに、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1の充電および放電を行うようになっている。   First, the uninterruptible power supply apparatus of the present invention uses a conductive polymer type power storage device as a backup power storage device. For example, as shown in FIG. And a large-capacity uninterruptible power supply unit 2 connected to an AC power supply (not shown) and the conductive polymer power storage device 1. The large-capacity uninterruptible power supply unit 2 supplies alternating-current power to the large-capacity load 3 or the small-capacity load 4 and charges and discharges the conductive polymer power storage device 1.

上記無停電電源装置によれば、通常、大容量無停電電源部2によって交流電源からの交流電力を大容量負荷3に供給し、交流電源の電圧低下時もしくは停電時には、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1を放電させることによって、無瞬断で上記大容量負荷3に交流電力を供給することができる。また、停電もしくは電圧低下が予め設定された所定時間を経過後も回復しない場合には、大容量負荷3から小容量負荷4への切り替えがなされ、長時間の交流電力の供給に対応することができる。   According to the uninterruptible power supply, normally, the large-capacity uninterruptible power supply unit 2 supplies alternating-current power from the alternating-current power supply to the large-capacity load 3, and when the voltage of the alternating-current power supply drops or a power failure occurs, By discharging the device 1, AC power can be supplied to the large-capacity load 3 without interruption. Further, when the power failure or voltage drop does not recover even after a predetermined time has elapsed, the large-capacity load 3 is switched to the small-capacity load 4 to cope with the supply of AC power for a long time. it can.

なお、上記動作の制御は、別途設けられる電気的もしくは電子的な制御手段(図示せず)によって行われるようになっている。また、上記の例では、負荷を、大容量負荷3と小容量負荷4に分けて切り替えることができるようになっているが、単一の負荷に対して電力供給を行うようになっているものであっても差し支えない。   Note that the control of the above operation is performed by an electric or electronic control means (not shown) provided separately. In the above example, the load can be switched between the large-capacity load 3 and the small-capacity load 4, but power is supplied to a single load. It doesn't matter.

上記無停電電源装置に用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイス1は、少なくとも正極の主な活物質が導電性ポリマーからなり、高容量、高出力、高いサイクル特性を備えるものである。   The conductive polymer power storage device 1 used in the uninterruptible power supply device has a high capacity, high output, and high cycle characteristics, at least the main active material of the positive electrode is made of a conductive polymer.

上記導電性ポリマーとは、ポリマー主鎖の酸化反応または還元反応によって生成し、または消失する電荷の変化を補償するために、イオン種がポリマーに挿入され、またはポリマーから離脱することによって、ポリマー自身の導電性が変化する特性を備えたポリマーをいい、このようなポリマーにおいて、イオン種がポリマーに挿入されて導電性が高い常態を「ドープ状態」といい、イオン種がポリマーから離脱して導電性が低い状態を「脱ドープ状態」という。導電性を有するポリマーが酸化反応または還元反応によって導電性を失い、絶縁性(すなわち脱ドープ状態)となっても、そのようなポリマーは、酸化還元反応によって、再度、可逆的に導電性を有することができることから、脱ドープ状態にある絶縁性のポリマーも、本発明においては、導電性ポリマーの範疇に含むものとする。   The conductive polymer means that the ionic species are inserted into or removed from the polymer in order to compensate for a change in charge generated or lost by the oxidation reaction or reduction reaction of the polymer main chain. In such a polymer, the ionic species is inserted into the polymer and the state of high conductivity is called the “dope state”, and the ionic species leave the polymer and become conductive. A state with low properties is called a “dedoped state”. Even if a polymer having conductivity loses conductivity due to an oxidation reaction or a reduction reaction and becomes insulating (that is, in a dedoped state), such a polymer becomes conductive again reversibly by the oxidation-reduction reaction. Therefore, the insulating polymer in the dedope state is also included in the category of the conductive polymer in the present invention.

したがって、本発明において、好ましい導電性ポリマーの一つは、無機酸アニオン、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、ポリマースルホン酸アニオンおよびポリビニル硫酸アニオンから選ばれる少なくとも一種のプロトン酸アニオンをドーパントとして有するポリマーである。また、本発明において好ましい導電性ポリマーの他の一つは、上記導電性ポリマーを脱ドープした脱ドープ状態のポリマーである。   Therefore, in the present invention, one of the preferred conductive polymers is a dopant of at least one proton acid anion selected from inorganic acid anions, aliphatic sulfonate anions, aromatic sulfonate anions, polymer sulfonate anions and polyvinyl sulfate anions. As a polymer. In addition, another preferred conductive polymer in the present invention is a polymer in a dedope state obtained by dedoping the conductive polymer.

このような導電性ポリマーを構成するポリマーとしては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリアズレン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリアセン等や、これらの種々の誘導体をあげることができる。そして、これらのなかでも、特に、単位重量当りの電気容量が大きいポリアニリンまたはポリピロール、そしてそれらの誘導体から選ばれる少なくとも一種のポリマーが好適である。   Examples of the polymer constituting such a conductive polymer include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyfuran, polyselenophene, polyisothianaphthene, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polyazulene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene). ), Polyacene and the like, and various derivatives thereof. Of these, at least one polymer selected from polyaniline or polypyrrole having a large electric capacity per unit weight and derivatives thereof is particularly preferable.

上記ポリアニリンとは、アニリンを電解重合させ、または化学酸化重合させて得られるポリマーをいい、ポリアニリンの誘導体とは、アニリンの誘導体を電解重合させ、または化学酸化重合させて得られるポリマーをいう。また、アニリンの誘導体としては、アニリンの4位以外の位置にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基等の置換基を少なくとも一つ有するものを例示することができる。好ましい具体例として、例えば、o−メチルアニリン、o−エチルアニリン、o−フェニルアニリン、o−メトキシアニリン、o−エトキシアニリン等のo−置換アニリン、m−メチルアニリン、m−エチルアニリン、m−メトキシアニリン、m−エトキシアニリン、m−フェニルアニリン等のm−置換アニリンをあげることができる。   The polyaniline means a polymer obtained by electrolytic polymerization or chemical oxidative polymerization of aniline, and the polyaniline derivative means a polymer obtained by electrolytic polymerization or chemical oxidative polymerization of an aniline derivative. In addition, as the derivative of aniline, at least one substituent such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an aryl group, an aryloxy group, an alkylaryl group, an arylalkyl group, an alkoxyalkyl group or the like is present at a position other than the 4-position of aniline. Can be exemplified. Preferable specific examples include, for example, o-substituted anilines such as o-methylaniline, o-ethylaniline, o-phenylaniline, o-methoxyaniline, o-ethoxyaniline, m-methylaniline, m-ethylaniline, m- Examples thereof include m-substituted anilines such as methoxyaniline, m-ethoxyaniline and m-phenylaniline.

ただし、4位に置換基を有するアニリン誘導体であっても、p−フェニルアミノアニリンは、酸化重合によってポリアニリンを与えるため、例外的に、アニリン誘導体として好適に用いることができる。   However, even if it is an aniline derivative having a substituent at the 4-position, p-phenylaminoaniline gives polyaniline by oxidative polymerization, and therefore can be preferably used as an aniline derivative exceptionally.

また、上記ポリピロールとは、ピロールを化学酸化重合や電解酸化重合させることによって得られるポリマーをいい、ポリピロールの誘導体とは、ピロールの誘導体を化学酸化重合や電解酸化重合させて得られるポリマーをいう。ここに、ピロールの誘導体としては、ピロールの2位および5位以外の位置にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基等の置換基を少なくとも一つ有するものを例示することができる。好ましい具体例として、例えば、3−メチルピロール、3−エチルピロール、3−エテニルピロール、3−メトキシピロール、3−エトキシピロール、3−フェニルピロール、3−フェノキシピロール、3−p−トルイルピロール、3−ベンジルピロール、3−メトキシメチルピロール、3−p−フルオロフェニルピロール、3,4−ジメチルピロール、3,4−ジエチルピロール、3,4−ジエテニルピロール、3,4−ジメトキシピロール、3,4−ジエトキシピロール、3,4−ジフェニルピロール、3,4−ジフェノキシピロール、3,4−ジ(p−トルイル)ピロール、3,4−ジベンジルピロール、3,4−ジメトキシメチルピロール、3,4−ジ(p−フルオロフェニル) ピロール等をあげることができる。   The polypyrrole refers to a polymer obtained by subjecting pyrrole to chemical oxidative polymerization or electrolytic oxidative polymerization, and the polypyrrole derivative refers to a polymer obtained by chemical oxidative polymerization or electrolytic oxidative polymerization of a pyrrole derivative. Here, as a derivative of pyrrole, substitution of alkyl group, alkenyl group, alkoxy group, aryl group, aryloxy group, alkylaryl group, arylalkyl group, alkoxyalkyl group, etc. at positions other than 2-position and 5-position of pyrrole Examples having at least one group can be given. Preferred specific examples include, for example, 3-methylpyrrole, 3-ethylpyrrole, 3-ethenylpyrrole, 3-methoxypyrrole, 3-ethoxypyrrole, 3-phenylpyrrole, 3-phenoxypyrrole, 3-p-tolylpyrrole, 3-benzylpyrrole, 3-methoxymethylpyrrole, 3-p-fluorophenylpyrrole, 3,4-dimethylpyrrole, 3,4-diethylpyrrole, 3,4-diethenylpyrrole, 3,4-dimethoxypyrrole, 3, 4-diethoxypyrrole, 3,4-diphenylpyrrole, 3,4-diphenoxypyrrole, 3,4-di (p-toluyl) pyrrole, 3,4-dibenzylpyrrole, 3,4-dimethoxymethylpyrrole, 3 , 4-di (p-fluorophenyl) pyrrole and the like.

なお、以下、本発明において、特に断らない限り「アニリンまたはその誘導体」を単に「アニリン」といい、また、「ポリアニリンおよびその誘導体から選ばれる少なくとも一種」を単に「ポリアニリン」という。また、同様に、特に断らない限り「ピロールまたはその誘導体」を単に「ピロール」といい、また、「ポリピロールおよびその誘導体から選ばれる少なくとも一種」を単に「ポリピロール」という。したがって、導電性ポリマーを構成するポリマーがアニリン誘導体またはピロール誘導体から得られる場合であっても、それぞれ「導電性ポリアニリン」または「導電性ポリピロール」ということがある。   In the present invention, unless otherwise specified, “aniline or a derivative thereof” is simply referred to as “aniline”, and “at least one selected from polyaniline and its derivatives” is simply referred to as “polyaniline”. Similarly, unless otherwise specified, “pyrrole or a derivative thereof” is simply referred to as “pyrrole”, and “at least one selected from polypyrrole and its derivatives” is simply referred to as “polypyrrole”. Therefore, even when the polymer constituting the conductive polymer is obtained from an aniline derivative or a pyrrole derivative, it may be referred to as “conductive polyaniline” or “conductive polypyrrole”, respectively.

そして、上記導電性ポリマーをドープ状態で得るには、上記導電性ポリマーを形成しうるモノマーの化学酸化重合または電解酸化重合時に、ドーパントを共存させることが好適である。   And in order to obtain the said conductive polymer in a dope state, it is suitable to make a dopant coexist at the time of the chemical oxidation polymerization or electrolytic oxidation polymerization of the monomer which can form the said conductive polymer.

また、本発明で用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイス1は、その少なくとも一方の電極、例えば正極が、上記導電性ポリマーと電極内に固定されたアニオン性材料とを有するものであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the electroconductive polymer type electrical storage device 1 used by this invention has at least one electrode, for example, a positive electrode, which has the said electroconductive polymer and the anionic material fixed in the electrode.

上記アニオン性材料の具体例としては、ポリマーアニオンや分子量の比較的大きなアニオン化合物、電解液に溶解性の低いアニオン化合物等があげれら、なかでも、ポリマーアニオンは、電極形成材料のバインダーとしても機能するため、より好ましく用いられる。   Specific examples of the anionic material include a polymer anion, an anion compound having a relatively large molecular weight, an anion compound having a low solubility in an electrolyte solution, and the polymer anion also functions as a binder for an electrode forming material. Therefore, it is more preferably used.

このようなポリマーアニオンとしては、分子中にカルボキシル基を有する活物質化合物、特にポリカルボン酸もしくはその金属塩が好ましく用いられる。ポリカルボン酸の具体例としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニル安息香酸、ポリアリル安息香酸、ポリメタリル安息香酸、ポリマレイン酸、ポリフマル酸、ポリグルタミン酸およびポリアスパラギン酸、アルギン酸、カルボキシメチルセルロース、およびこれらポリマーの繰り返し単位の少なくとも二種を含む共重合体から選ばれる少なくとも一種である。なお、上記共重合体は、グラフト共重合体を含むものとする。   As such a polymer anion, an active material compound having a carboxyl group in the molecule, particularly a polycarboxylic acid or a metal salt thereof is preferably used. Specific examples of the polycarboxylic acid include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinylbenzoic acid, polyallylbenzoic acid, polymethallylbenzoic acid, polymaleic acid, polyfumaric acid, polyglutamic acid and polyaspartic acid, alginic acid, carboxymethylcellulose, and polymers thereof. These are at least one selected from a copolymer containing at least two types of repeating units. In addition, the said copolymer shall contain a graft copolymer.

また、上記ポリカルボン酸の金属塩の具体例としては、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩から選ばれる少なくとも一種があげられ、アルカリ金属塩としては、リチウム塩やナトリウム塩が好ましく、アルカリ土類金属塩としては、マグネシウム塩やカルシウム塩が好ましい。   Specific examples of the metal salt of the polycarboxylic acid include at least one selected from an alkali metal salt and an alkaline earth metal salt. The alkali metal salt is preferably a lithium salt or a sodium salt. As the metal salt, a magnesium salt or a calcium salt is preferable.

本発明に用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイス1の構成をより詳しく説明すると、例えば、電解質層と、これを挟んで対向して設けられる正極と負極とを備え、その少なくとも一方、すなわち、この例では正極に、上記導電性ポリマーとそのドーパントを含む固体を活物質とを有する正極シートを用いた構成になっている。   The configuration of the conductive polymer type electricity storage device 1 used in the present invention will be described in more detail. For example, the conductive polymer type electricity storage device 1 includes an electrolyte layer, and a positive electrode and a negative electrode that are provided to face each other. Then, it is the structure which used the positive electrode sheet which has the active material for the positive electrode and the solid containing the said conductive polymer and its dopant.

なお、上記正極と負極には、それぞれ集電体が設けられており、この集電体に、導電性ポリマー等の活物質を一体的に固定するようになっている。このような集電体としては、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属箔やメッシュが好適に用いられる。   Each of the positive electrode and the negative electrode is provided with a current collector, and an active material such as a conductive polymer is integrally fixed to the current collector. As such a current collector, a metal foil or mesh such as nickel, aluminum, stainless steel or copper is preferably used.

上記正極に用いられる正極シートは、例えば、つぎのようにして得ることができる。すなわち、まず、前記ポリカルボン酸等のアニオン性材料を水に溶解させ、または分散させ、これに導電性ポリマー粉末と、必要に応じて、導電性カーボンブラックのような導電助剤を加え、これを充分に分散させて、溶液粘度(30℃、Thermo Scientific社製、粘度弾性測定装置 HAAKE Rheostress600粘度計にて測定)が0.05〜50Pa・s程度である高粘性のペーストを調製する。そして、これを集電体上に塗布した後、水を蒸発させることによって、集電体上に、上記導電性ポリマー粉末と前記アニオン性材料と(必要に応じて用いられる導電助剤と)からなる均一な正極活物質の層を有する複合体シートとして得ることができる。   The positive electrode sheet used for the positive electrode can be obtained, for example, as follows. That is, first, an anionic material such as polycarboxylic acid is dissolved or dispersed in water, and a conductive polymer powder and, if necessary, a conductive assistant such as conductive carbon black are added thereto. Is sufficiently dispersed to prepare a highly viscous paste having a solution viscosity (30 ° C., manufactured by Thermo Scientific, viscoelasticity measuring apparatus HAAKE Rheoless 600 viscometer) of about 0.05 to 50 Pa · s. And after apply | coating this on a collector, by evaporating water, from the said conductive polymer powder and the said anionic material (with the conductive support agent used as needed) on a collector It can be obtained as a composite sheet having a uniform positive electrode active material layer.

上記導電助剤は、導電性に優れるとともに、電池の活物質間の電気抵抗を低減するために有効であり、さらに、電池の充放電時に印加する電位によって性状の変化しない導電性材料であることが望ましい。通常、上述したような導電性カーボンブラック、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等や、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の繊維状炭素材料が用いられる。   The conductive auxiliary agent is excellent in conductivity, is effective for reducing the electrical resistance between the active materials of the battery, and is a conductive material whose properties do not change depending on the potential applied during charging and discharging of the battery. Is desirable. Usually, conductive carbon black as described above, for example, acetylene black, ketjen black, and the like, and fibrous carbon materials such as carbon fiber, carbon nanotube, and carbon nanofiber are used.

なお、上記アニオン性材料は、何ら理論によって制約されるものではないが、正極の製造において、バインダーとしての機能を有するとともに、正極の導電性ポリマーのドーパントとしても機能して、導電性ポリマー型蓄電デバイス1としての特性の向上にも関与しているものと考えられる。   The anionic material is not limited by theory, but has a function as a binder in the production of the positive electrode, and also functions as a dopant for the conductive polymer of the positive electrode. It is thought that it is concerned also in the improvement of the characteristic as the device 1.

上記アニオン性材料は、例えば、導電性ポリマー100重量部に対して1〜100重量部用いることが好ましく、より好ましくは2〜50重量部、最も好ましくは5〜30重量部の範囲で用いられる。導電性ポリマーに対する上記アニオン性材料の量が少なすぎると、重量出力密度に優れた蓄電デバイスを得ることができなくなるおそれがあり、他方、導電性ポリマーに対する上記アニオン性材料の量が多すぎると、正極活物質以外の成分重量が増大することによる正極の重量の増大によって、電池全体の重量を考慮したとき、高重量エネルギー密度の蓄電デバイスを得ることができなくなるおそれがある。   The anionic material is preferably used, for example, in an amount of 1 to 100 parts by weight, more preferably 2 to 50 parts by weight, and most preferably 5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conductive polymer. If the amount of the anionic material relative to the conductive polymer is too small, it may be impossible to obtain an electricity storage device excellent in weight output density, while if the amount of the anionic material relative to the conductive polymer is too large, Due to the increase in the weight of the positive electrode due to the increase in the weight of components other than the positive electrode active material, there is a possibility that an energy storage device having a high weight energy density cannot be obtained when the weight of the entire battery is taken into consideration.

また、上記正極シートの正極活物質層は、多孔質層として形成されるが、その空隙率は35〜80%の範囲であることが望ましい。   Moreover, although the positive electrode active material layer of the said positive electrode sheet is formed as a porous layer, it is desirable that the porosity is 35 to 80% of range.

なお、上記「空隙率」は、下記の〔式1〕により算出することができる。
〔式1〕
正極シートの正極活物質層の空隙率P(%)=((ST−V)/ST)×100
The “void ratio” can be calculated by the following [Formula 1].
[Formula 1]
Porosity P (%) of positive electrode active material layer of positive electrode sheet = ((ST−V) / ST) × 100

ここで、Sは正極シートの面積(cm2 )、Tは集電体の厚みを除いた正極シートの厚み(cm)、Vは集電体を除いた正極シートの体積(cm3 )である。集電体を除いた正極シートの体積は、正極シートを構成する材料の重量割合とそれぞれの材料の真密度の値を用いて、正極シートを構成する材料全体の平均密度を算出しておき、正極シートを構成する材料の重量の総和をこの平均密度で除することによって求められる。 Here, S is the area (cm 2 ) of the positive electrode sheet, T is the thickness (cm) of the positive electrode sheet excluding the thickness of the current collector, and V is the volume (cm 3 ) of the positive electrode sheet excluding the current collector. . The volume of the positive electrode sheet excluding the current collector is calculated using the weight ratio of the material constituting the positive electrode sheet and the true density value of each material to calculate the average density of the entire material constituting the positive electrode sheet, This is obtained by dividing the total weight of the materials constituting the positive electrode sheet by this average density.

そして、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1に用いられる電解質層は、例えば、セパレータに電解液を含浸させてなるシートや、固体電解質からなるシートが好ましく用いられる。固体電解質からなるシートは、それ自体がセパレータを兼ねている。   And the electrolyte layer used for the said conductive polymer type electrical storage device 1 preferably uses, for example, a sheet obtained by impregnating a separator with an electrolytic solution or a sheet made of a solid electrolyte. The sheet made of the solid electrolyte itself also serves as a separator.

このようにセパレータに含浸させるとともに、電極にも含浸させるための電解液を構成する電解質としては、例えば、卑金属イオンとこれに対する適宜のカウンターイオン、例えば、スルホン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ヘキサフルオロヒ素イオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドイオン、ハロゲンイオン等を組み合わせてなるものが好ましく用いられる。   Examples of the electrolyte that constitutes the electrolytic solution for impregnating the separator and the electrode as described above include, for example, base metal ions and appropriate counter ions, for example, sulfonate ions, perchlorate ions, tetrafluoro ions. A combination of borate ion, hexafluorophosphate ion, hexafluoroarsenic ion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ion, bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide ion, halogen ion, etc. is preferably used.

なお、上記「卑金属」とは、イオン化傾向が水素よりも大きく、空気中で(加熱すると、)容易に酸化される金属をいい、リチウム、ナトリウムやカリウムのようなアルカリ金属、マグネシウムやカルシウムのようなアルカリ土類金属、アルミニウム、亜鉛、鉛等がこれに属する。   The “base metal” refers to a metal that has a higher ionization tendency than hydrogen and is easily oxidized in the air (when heated), such as an alkali metal such as lithium, sodium and potassium, and magnesium and calcium. These include alkaline earth metals, aluminum, zinc, lead and the like.

したがって、このような電解質の具体例としては、LiCF3 SO3 、LiClO4 、LiBF4 、LiPF6 、LiAsF6 、LiN(SO2 CF3 2 、LiN(SO2 2 5 2 LiCl、NaCF3 SO3 、NaClO4 、NaBF4 、NaPF6 、NaAsF6 、Ca(CF3 SO3 ) 2 、Ca(ClO4 2 、Ca(BF4 2 、Ca(PF6 2 、Ca(AsF6 2 等をあげることができる。 Therefore, specific examples of such an electrolyte include LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 LiCl, NaCF 3 SO 3 , NaClO 4 , NaBF 4 , NaPF 6 , NaAsF 6 , Ca (CF 3 SO 3 ) 2 , Ca (ClO 4 ) 2 , Ca (BF 4 ) 2 , Ca (PF 6 ) 2 , Ca (AsF) 6 ) You can raise 2nd .

そして、電解液を構成する溶媒としては、カーボネート類、ニトリル類、アミド類、エーテル類等の少なくとも一種の非水溶媒、すなわち、有機溶媒が用いられる。このような有機溶媒の具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、アセトニトリル、プロピオニトリル、N,N' −ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン等をあげることができる。   And as a solvent which comprises electrolyte solution, at least 1 type of nonaqueous solvents, such as carbonates, nitriles, amides, ethers, ie, an organic solvent, is used. Specific examples of such an organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, acetonitrile, propionitrile, N, N'-dimethylacetamide, N-methyl-2- Examples include pyrrolidone, dimethoxyethane, diethoxyethane, and γ-butyrolactone.

また、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1において、セパレータを用いる場合、セパレータは、これを挟んで対向して配設される正極と負極の間の電気的な短絡を防ぐことができ、さらに、電気化学的に安定であり、イオン透過性が大きく、ある程度の機械強度を有する絶縁性の多孔質シートであればよい。したがって、例えば、紙、不織布や、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド等の樹脂からなる多孔性のフィルムが好ましく用いられる。   Moreover, in the said conductive polymer type electrical storage device 1, when using a separator, the separator can prevent the electrical short circuit between the positive electrode and negative electrode which are arrange | positioned on both sides of this, Any insulating porous sheet that is chemically stable, has a large ion permeability, and has a certain degree of mechanical strength may be used. Therefore, for example, a porous film made of a resin such as paper, nonwoven fabric, polypropylene, polyethylene, or polyimide is preferably used.

さらに、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1において、負極には、卑金属や、また、酸化還元時に卑金属イオンを挿入、脱離し得る材料が好ましく用いられる。上記卑金属としては、金属リチウムや金属ナトリウム等のアルカリ金属類、金属マグネシウム、金属カルシウム等のアルカリ土類金属をあげることができ、また、上記卑金属イオンとしては、上記卑金属のイオンをあげることができる。また、上記卑金属イオンを挿入、脱離し得る材料としては、好ましくは、炭素材料が用いられるが、ケイ素やスズ等も用いることができる。   Furthermore, in the conductive polymer electricity storage device 1, a base metal or a material that can insert and desorb base metal ions during oxidation and reduction is preferably used for the negative electrode. Examples of the base metal include alkali metals such as metal lithium and metal sodium, and alkaline earth metals such as metal magnesium and metal calcium, and examples of the base metal ion include ions of the base metal. . In addition, as a material that can insert and desorb the base metal ions, a carbon material is preferably used, but silicon, tin, and the like can also be used.

そして、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1の組立ては、これらの材料を用いて、例えばグローブボックス中、超高純度アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。   And it is preferable to assemble the said conductive polymer type electrical storage device 1 using these materials, for example in an inert gas atmosphere, such as an ultra high purity argon gas, in a glove box.

このようにして得られる、本発明に用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイス1は、電気二重層キャパシタのように、重量出力密度とサイクル特性に優れるだけでなく、従来の電気二重層キャパシタの重量エネルギー密度よりも非常に高い重量エネルギー密度を有している。したがって、無停電電源装置において、従来のように、電気二重層キャパシタと、それとは別の、小容量の鉛蓄電池等とを組み合わせる必要がなく、図1に示すように、単独で用いるだけで、優れた無停電電源装置を得ることができる。   Thus obtained conductive polymer type electricity storage device 1 used in the present invention is not only excellent in weight output density and cycle characteristics as in an electric double layer capacitor, but also in the weight energy of a conventional electric double layer capacitor. It has a gravimetric energy density much higher than the density. Therefore, in the uninterruptible power supply, there is no need to combine an electric double layer capacitor with a small-capacity lead storage battery or the like, as in the prior art, as shown in FIG. An excellent uninterruptible power supply can be obtained.

なお、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1が、このように高容量を有する理由は、電解液量が少なくてすむカチオン移動型であるロッキングチェア型の蓄電デバイスと、出力特性が優れるアニオン移動型のリザーブ型の蓄電デバイスの、両方の優れた特性を兼ね備えていることによると考えられる。   The conductive polymer type electricity storage device 1 has such a high capacity because of the rocking chair type electricity storage device that is a cation transfer type that requires a small amount of electrolyte and an anion transfer type that has excellent output characteristics. This is considered to be due to the fact that the reserve-type electricity storage device has both excellent characteristics.

そして、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1を用いた無停電電源装置は、回路系が簡単で、不具合を生じにくいものとなり、また、全体の部品数も少なくてすむため、装置の組み立てやメンテナンスが簡単であるという利点を有する。しかも、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス1は、酸素の含有量が少なく、また熱や過充電、過放電によって導電性が低下することから、熱暴走しにくく安全性が高いという利点を有する。   The uninterruptible power supply using the conductive polymer power storage device 1 has a simple circuit system and is less prone to problems, and the total number of parts can be reduced. It has the advantage of being simple. In addition, the conductive polymer electricity storage device 1 has the advantage that it has a low safety and is highly resistant to thermal runaway because it has a low oxygen content and its conductivity is reduced by heat, overcharge, and overdischarge.

つぎに、実施例について、比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples.

〔実施例1〕
(テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとする導電性ポリアニリン粉末の製造)
イオン交換水138gを入れた300mL容量のガラス製ビーカーに42重量%濃度のテトラフルオロホウ酸水溶液(和光純薬工業社製 試薬特級)84.0g(0.402モル)を加え、磁気スターラーにて撹拌しながら、これにアニリン10.0g(0.107モル)を加えた。テトラフルオロホウ酸水溶液にアニリンを加えた当初、アニリンは、テトラフルオロホウ酸水溶液に油状の液滴として分散していたが、その後、数分以内に水に溶解して、均一で透明なアニリン水溶液となった。このようにして得られたアニリン水溶液を、低温恒温槽を用いて−4℃以下に冷却した。
[Example 1]
(Production of conductive polyaniline powder using tetrafluoroborate anion as dopant)
To a glass beaker with a capacity of 138 g of ion-exchanged water, 84.0 g (0.402 mol) of a 42 wt. While stirring, 10.0 g (0.107 mol) of aniline was added thereto. Initially when aniline was added to tetrafluoroboric acid aqueous solution, aniline was dispersed as oily droplets in tetrafluoroboric acid aqueous solution, but then dissolved in water within a few minutes, and uniform and transparent aniline aqueous solution It became. The aniline aqueous solution thus obtained was cooled to −4 ° C. or lower using a low-temperature thermostatic bath.

つぎに、酸化剤として二酸化マンガン粉末( 和光純薬工業社製 試薬1級) 11.63g(0.134モル)を上記アニリン水溶液中に少量ずつ加えて、ビーカー内の混合物の温度が−1℃を超えないようにした。このようにして、アニリン水溶液に酸化剤を加えることによって、アニリン水溶液は直ちに黒緑色に変化した。その後、しばらく撹拌を続けると、黒緑色の固体が生成し始めた。   Next, 11.63 g (0.134 mol) of manganese dioxide powder (reagent grade 1 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an oxidizing agent is added little by little to the aniline aqueous solution, and the temperature of the mixture in the beaker is -1 ° C. Not to exceed. Thus, by adding an oxidizing agent to the aniline aqueous solution, the aniline aqueous solution immediately turned black-green. Thereafter, when stirring was continued for a while, a black-green solid started to be formed.

このようにして、80分間かけて酸化剤を加えた後、生成した反応生成物を含む反応混合物を冷却しながら、さらに100分間撹拌した。その後、ブフナーロートと吸引瓶を用いて、得られた固体をNo.2濾紙にて吸引濾過して、粉末を得た。この粉末を約2モル/dm3 のテトラフルオロホウ酸水溶液中にて磁気スターラーを用いて撹拌、洗浄し、ついで、アセトンにて数回、撹拌、洗浄し、これを減圧濾過した。得られた粉末を室温で10時間真空乾燥して、テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとする導電性ポリアニリン12.5gを、鮮やかな緑色粉末として得た。 Thus, after adding an oxidizing agent over 80 minutes, it stirred for 100 minutes, cooling the reaction mixture containing the produced | generated reaction product. Thereafter, using a Buchner funnel and a suction bottle, the obtained solid was No. The powder was obtained by suction filtration with 2 filter papers. This powder was stirred and washed in a tetrafluoroboric acid aqueous solution of about 2 mol / dm 3 using a magnetic stirrer, then stirred and washed several times with acetone, and this was filtered under reduced pressure. The obtained powder was vacuum-dried at room temperature for 10 hours to obtain 12.5 g of conductive polyaniline having a tetrafluoroborate anion as a dopant as a bright green powder.

(導電性ポリアニリン粉末の電導度)
上記導電性ポリアニリン粉末130mgを瑪瑙製乳鉢で粉砕した後、赤外スペクトル測定用KBr錠剤成形器を用い,300MPaの圧力下に10分間真空加圧成形して、厚み720μmの導電性ポリアニリンのディスクを得た。このディスクの電導度(ファン・デル・ポー法による4端子法電導度測定にて測定)は19.5S/cmであった。
(Conductivity of conductive polyaniline powder)
After pulverizing 130 mg of the conductive polyaniline powder in a smoked mortar, vacuum-pressure molding was performed for 10 minutes under a pressure of 300 MPa using a KBr tablet molding machine for infrared spectrum measurement, and a conductive polyaniline disk having a thickness of 720 μm was formed. Obtained. The electrical conductivity of this disk (measured by a 4-terminal method conductivity measurement by the Van der Pau method) was 19.5 S / cm.

(導電性ポリアニリン粉末を含む正極シートの製造)
ポリアクリル酸(和光純薬工業社製 重量平均分子量100万)0.1gをイオン交換水3.9gに加え、一夜、静置して、膨潤させた。この後、超音波式ホモジナイザーを用いて1分間処理して溶解させて、2.5重量%濃度の均一で粘稠なポリアクリル酸水溶液4gを得た。
(Production of positive electrode sheet containing conductive polyaniline powder)
0.1 g of polyacrylic acid (weight average molecular weight 1,000,000 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 3.9 g of ion-exchanged water, and allowed to stand overnight to swell. Then, it processed for 1 minute using the ultrasonic homogenizer, and it was made to melt | dissolve, and obtained the polyacrylic acid aqueous solution 4g of 2.5 weight% density | concentration uniformly.

上記導電性ポリアニリン粉末0.8gを導電性カーボンブラック(電気化学工業社製 デンカブラック)粉末0.1gと混合した後、これを前記2.5重量%濃度のポリアクリル酸水溶液4gに加え、スパチュラでよく練った後、超音波式ホモジナイザーにて1分間分散処理を施して、流動性を有するペーストを得た。このペーストを更に真空吸引鐘とロータリーポンプを用いて脱泡した。   After mixing 0.8 g of the above conductive polyaniline powder with 0.1 g of conductive carbon black (Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), this was added to 4 g of the 2.5 wt% polyacrylic acid aqueous solution, and a spatula was added. After kneading well, dispersion treatment was performed for 1 minute with an ultrasonic homogenizer to obtain a paste having fluidity. This paste was further defoamed using a vacuum suction bell and a rotary pump.

卓上型自動塗工装置(テスター産業社製)を用い、マイクロメーター付きドクターブレード式アプリケータによって、塗布速度10mm/秒にて、上記脱泡ペーストを電気二重層キャパシタ用エッチングアルミニウム箔(宝泉社製 30CB)上に塗布した。ついで、室温で45分間放置した後、温度100℃のホットプレート上で乾燥した。この後、真空プレス機(北川精機社製 KVHC)を用いて、15cm角のステンレス板に挟んで、温度140℃、圧力1.49MPaで5分間プレスして、複合体シートを得た。   Etching aluminum foil for electric double layer capacitor (Hosen) using a tabletop automatic coating device (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) using a doctor blade type applicator with a micrometer at a coating speed of 10 mm / sec. 30 CB). Subsequently, after leaving at room temperature for 45 minutes, it dried on the hotplate with a temperature of 100 degreeC. Thereafter, using a vacuum press machine (KVHC manufactured by Kitagawa Seiki Co., Ltd.), it was sandwiched between 15 cm square stainless steel plates and pressed at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 1.49 MPa for 5 minutes to obtain a composite sheet.

この複合体シートにおいて、ポリアクリル酸、導電性ポリアニリン粉末および導電性カーボンブラックからなる正極活物質の空隙率は55%であった。なお、空隙率は、前述の〔式1〕により算出した。このとき、用いた材料の真密度は、ポリアニリンが1.2、アセチレンブラック(デンカブラック)が2.0、ポリアクリル酸が1.18であり、これらの値を用いて材料全体の平均密度を求めた。   In this composite sheet, the porosity of the positive electrode active material composed of polyacrylic acid, conductive polyaniline powder, and conductive carbon black was 55%. The porosity was calculated by the above-mentioned [Formula 1]. At this time, the true density of the material used was 1.2 for polyaniline, 2.0 for acetylene black (Denka black), and 1.18 for polyacrylic acid. Using these values, the average density of the entire material was determined. Asked.

つぎに、上記複合体シートを直径15.95mmの打ち抜き刃が据え付けられた打ち抜き治具にて円盤状に打ち抜いて正極シートとし、負極として金属リチウム(本城金属社製 コイン型金属リチウム)を用い、セパレータとして不織布(宝泉社製、空隙率68%:TF40−50)を用い。これらを非水電解液二次電池実験用のステンレス製HSセル(宝泉社製)に組み付けた。上記正極シートとセパレータは、HSセルへの組み付けの前に真空乾燥機にて100℃で5時間、真空乾燥した。電解液には1モル/dm3 濃度のテトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4 )のエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート溶液(キシダ化学社製)を用いた。なお、組立ては、露点が−100℃のグローブボックス中、超高純度アルゴンガス雰囲気下で行った。 Next, the composite sheet is punched into a disk shape with a punching jig having a punching blade with a diameter of 15.95 mm to form a positive electrode sheet, and metal lithium (coin-type metal lithium manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) is used as the negative electrode. A non-woven fabric (manufactured by Hosen Co., Ltd., porosity 68%: TF40-50) is used as a separator. These were assembled into a stainless steel HS cell (manufactured by Hosen Co., Ltd.) for non-aqueous electrolyte secondary battery experiments. The positive electrode sheet and the separator were vacuum-dried at 100 ° C. for 5 hours in a vacuum dryer before being assembled to the HS cell. As the electrolytic solution, an ethylene carbonate / dimethyl carbonate solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) of lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) having a concentration of 1 mol / dm 3 was used. The assembly was performed in a glove box having a dew point of −100 ° C. in an ultrahigh purity argon gas atmosphere.

このようにして得られた導電性ポリマー型蓄電デバイスについて、充放電レートを0.2Cから100Cまで変化させて、放電エネルギー密度を測定した。測定は、電池充放電装置 (北斗電工社製 SD8) を用い、定電流−定電圧充電/定電流放電モードにて行った。すなわち、充電終止電圧を3.8Vとし、定電流充電により電圧が3.8Vに到達した後は、3.8Vの定電圧充電を電流値が定電流充電時の電流値に対して20%の値になるまで行い、この後、放電終止電圧2.0Vまで定電流放電を行った。   With respect to the conductive polymer electricity storage device thus obtained, the charge / discharge rate was changed from 0.2 C to 100 C, and the discharge energy density was measured. The measurement was performed in a constant current-constant voltage charge / constant current discharge mode using a battery charging / discharging device (SD8 manufactured by Hokuto Denko). That is, when the charge end voltage is 3.8 V and the voltage reaches 3.8 V by constant current charging, the constant voltage charging of 3.8 V is 20% of the current value during constant current charging. After that, constant current discharge was performed up to a final discharge voltage of 2.0V.

その結果を図2に示す。この特性値は、正極活物質、すなわち、テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとして有する導電性ポリアニリンの正味重量当たりに換算している(以下の図3も同じ)。   The result is shown in FIG. This characteristic value is converted per net weight of the positive electrode active material, that is, conductive polyaniline having a tetrafluoroborate anion as a dopant (the same applies to FIG. 3 below).

図2からわかるように、この導電性ポリマー型蓄電デバイスは、電流値0.2Cから100Cへと500倍も変化させたにもかかわらず、エネルギー密度は399mWh/gから164mWh/gへと、約41%に低下しているにとどまり、元々の容量が大きいため、150mWh/g以上の高エネルギー密度を維持している。   As can be seen from FIG. 2, this conductive polymer type electricity storage device has an energy density of about 399 mWh / g to 164 mWh / g, even though the current value is changed 500 times from 0.2 C to 100 C. Since the original capacity is large, the high energy density of 150 mWh / g or more is maintained.

したがって、この導電性ポリマー型蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタのような高い重量出力密度と優れたサイクル特性を有し、そのうえ、電気二重層キャパシタよりもはるかに高い重量エネルギー密度を有することがわかる。   Therefore, it can be seen that this conductive polymer type electricity storage device has a high weight output density and excellent cycle characteristics like an electric double layer capacitor, and also has a much higher weight energy density than an electric double layer capacitor. .

また、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスを8.3Cという高い放電レートで5000回まで放電したときの放電エネルギー密度を測定し、そのサイクル特性を調べた。測定は、電池充放電装置 (北斗電工社製 SD8) を用い、充電終止電圧を3.8Vとし、定電流充電により電圧が3.8Vに到達した後は、3.8Vの定電圧充電を電流値が定電流充電時の電流値に対して20%の値になるまで行い、この後、放電終止電圧3.0Vまで定電流放電を行った。   Further, the discharge energy density was measured when the conductive polymer electricity storage device was discharged up to 5000 times at a high discharge rate of 8.3 C, and the cycle characteristics were examined. The measurement was performed using a battery charging / discharging device (SD8 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). The end-of-charge voltage was set to 3.8 V. After the voltage reached 3.8 V by constant current charging, the constant voltage charging of 3.8 V was applied to the current. This was performed until the value reached 20% of the current value at the time of constant current charge, and then constant current discharge was performed up to a discharge end voltage of 3.0V.

その結果を図3に示す。この図からわかるように、この導電性ポリマー型蓄電デバイスは、サイクル数1000回目でも、初期の重量エネルギー密度の88%を維持している。そして、サイクル数5000回目でも100mWh/gを維持しており、通常の蓄電デバイスに比べて、格段に優れたサイクル特性を有している。   The result is shown in FIG. As can be seen from this figure, this conductive polymer type electricity storage device maintains 88% of the initial weight energy density even at the 1000th cycle. And even if the number of cycles is 5000, 100 mWh / g is maintained, and the cycle characteristics are remarkably superior to those of ordinary power storage devices.

上記特性を有する導電性ポリマー型蓄電デバイスを用い、図1に示す構成の無停電電源装置を作製した。そして、家庭用コンピュータの電源として用い、意図的に停電状態をつくり、無瞬断で電力供給が維持されるか否かのテストとして、1時間間隔で5分間の停電を100回繰り返し行ったところ、全ての回において、電力供給が途切れることなく導電性ポリマー型蓄電デバイスの放電による電力供給が良好に行われた。また、1回の停電状態を5時間という長時間に設定して行った場合も、その間、問題を生じることなく電力供給が維持された。   An uninterruptible power supply having the configuration shown in FIG. 1 was produced using a conductive polymer power storage device having the above characteristics. And it was used as a power source for a home computer, intentionally created a power outage state, and tested as to whether or not the power supply could be maintained without interruption for 5 minutes of power outage for 5 minutes at 1 hour intervals. In all the times, the power supply by the discharge of the conductive polymer electricity storage device was satisfactorily performed without interruption of the power supply. Also, even when one power outage was set for a long time of 5 hours, the power supply was maintained without causing any problems during that time.

本発明は、交流電源の電圧低下時や停電時においても負荷への交流電力の供給が維持される無停電電源装置として広く用いることができる。   The present invention can be widely used as an uninterruptible power supply that maintains the supply of AC power to a load even when the voltage of the AC power supply drops or during a power failure.

1 導電性ポリマー型蓄電デバイス
2 大容量無停電電源部
3 大容量負荷
4 小容量負荷
1 Conductive polymer type electricity storage device 2 Large capacity uninterruptible power supply 3 Large capacity load 4 Small capacity load

Claims (5)

交流電源の電圧低下時もしくは停電時においても負荷への交流電力の供給が維持されるよう設定された無停電電源装置であって、
導電性ポリマー型蓄電デバイスと、交流電源および導電性ポリマー型蓄電デバイスに接続され、交流電力を負荷に供給するとともに上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの充電および放電を行う無停電電源部とを備え、上記無停電電源部により交流電源からの交流電力を負荷に供給し、交流電源の電圧低下時もしくは停電時には上記導電性ポリマー型蓄電デバイスを放電させることにより負荷に交流電力を供給するようになっていることを特徴とする無停電電源装置。
An uninterruptible power supply set to maintain the supply of AC power to the load even when the voltage of the AC power supply drops or a power failure occurs,
A conductive polymer type electricity storage device; and an uninterruptible power supply connected to the AC power source and the conductive polymer type electricity storage device to supply AC power to a load and charge and discharge the conductive polymer type electricity storage device; The uninterruptible power supply unit supplies AC power from the AC power source to the load, and when the voltage of the AC power source drops or a power failure occurs, the conductive polymer type electricity storage device is discharged to supply AC power to the load. An uninterruptible power supply.
上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの少なくとも一方の電極が、導電性ポリマーと、電極内に固定されたアニオン性材料とを有するものである請求項1記載の無停電電源装置。   The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein at least one electrode of the conductive polymer type electricity storage device includes a conductive polymer and an anionic material fixed in the electrode. 上記アニオン性材料が、ポリマーアニオンである請求項2記載の無停電電源装置。   The uninterruptible power supply according to claim 2, wherein the anionic material is a polymer anion. 上記ポリマーアニオンが、ポリカルボン酸である請求項3記載の無停電電源装置。   The uninterruptible power supply according to claim 3, wherein the polymer anion is polycarboxylic acid. 上記導電性ポリマーがポリアニリンである請求項1〜4のいずれか一項に記載の無停電電源装置。   The uninterruptible power supply according to any one of claims 1 to 4, wherein the conductive polymer is polyaniline.
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