JP2634658B2 - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタInfo
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- JP2634658B2 JP2634658B2 JP1005555A JP555589A JP2634658B2 JP 2634658 B2 JP2634658 B2 JP 2634658B2 JP 1005555 A JP1005555 A JP 1005555A JP 555589 A JP555589 A JP 555589A JP 2634658 B2 JP2634658 B2 JP 2634658B2
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- layer capacitor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、小型かつ薄型で静電容量の大きい電気二重
層キャパシタに関し、詳しくは、その電気二重層キャパ
シタに使用する分極性電極の改良技術に関する。
層キャパシタに関し、詳しくは、その電気二重層キャパ
シタに使用する分極性電極の改良技術に関する。
＜従来の技術＞ 近年、マイクロコンピュータなどの電子機器に超LSI
が用いられるようになってきており、それに伴い、既存
電池ほど大容量ではないが、既存電池よりも使用温度範
囲が広く、しかも、メンテナンスフリーの観点から交換
の必要のないような電源の需要が高まっており、また、
ICのメモリ部分（RAM）等の電源断に対するバックアッ
プ用電源の需要も高まっており、これらに応えるものと
して電気二重層キャパシタが研究開発され、製品化され
ている。
が用いられるようになってきており、それに伴い、既存
電池ほど大容量ではないが、既存電池よりも使用温度範
囲が広く、しかも、メンテナンスフリーの観点から交換
の必要のないような電源の需要が高まっており、また、
ICのメモリ部分（RAM）等の電源断に対するバックアッ
プ用電源の需要も高まっており、これらに応えるものと
して電気二重層キャパシタが研究開発され、製品化され
ている。
第３図は、電気二重層キャパシタの基本的構成を示す
構成図であり、活性炭層11とその片面に形成された集電
層12とから成る分極性電極13の一対を、イオン透過性の
セパレータ14を挟んで対向させ、セパレータ14に電解液
を含浸して電気二重層キャパシタが構成されている。
構成図であり、活性炭層11とその片面に形成された集電
層12とから成る分極性電極13の一対を、イオン透過性の
セパレータ14を挟んで対向させ、セパレータ14に電解液
を含浸して電気二重層キャパシタが構成されている。
この構成により、活性炭層11（固相）とセパレータ14
内の電解液（液相）とが接触する界面では、電解液中の
イオンの吸脱着反応が起こり、きわめて短い距離を隔て
て、活性炭層11側には正の電荷が、一方、電解液側には
負の電荷がそれぞれ出現し、これら正負の電荷が互いに
対向して並ぶことにより電気二重層が生成されるように
なっている。
内の電解液（液相）とが接触する界面では、電解液中の
イオンの吸脱着反応が起こり、きわめて短い距離を隔て
て、活性炭層11側には正の電荷が、一方、電解液側には
負の電荷がそれぞれ出現し、これら正負の電荷が互いに
対向して並ぶことにより電気二重層が生成されるように
なっている。
このような性質をもつ電気二重層キャパシタの２つの
集電層12間に直流電圧を印加すると、正極側の電気二重
層ａにおいては、活性炭層11側で正の電荷が、電解液側
で負の電荷がそれぞれ増加し、一方、負極側の電気二重
層ｂにおいては、活性炭層11側で負の電荷が、電解液側
で正の電荷がそれぞれ増加し、２つの電気二重層a,bに
多量の電荷が蓄積される。
集電層12間に直流電圧を印加すると、正極側の電気二重
層ａにおいては、活性炭層11側で正の電荷が、電解液側
で負の電荷がそれぞれ増加し、一方、負極側の電気二重
層ｂにおいては、活性炭層11側で負の電荷が、電解液側
で正の電荷がそれぞれ増加し、２つの電気二重層a,bに
多量の電荷が蓄積される。
その静電容量Ｃと、蓄積電荷量Ｑは、 Ｃ＝∫ε／（４πδ）dS Ｑ＝∫ε／（４πδ）dS×（２φ１−φ０） で表される。上式において、εは電解液の誘電率、δは
電極表面からイオン中心までの距離を電気二重層の厚さ
に相当する。Ｓは電極界面の表面積、φ１は印加した外
部電界、φ０は無負荷時の電位である。
電極表面からイオン中心までの距離を電気二重層の厚さ
に相当する。Ｓは電極界面の表面積、φ１は印加した外
部電界、φ０は無負荷時の電位である。
上式のように、静電容量Ｃは、比表面積に比例して増
加する。
加する。
このような電気二重層キャパシタにおいて、従来、分
極性電極13を構成する活性炭層11としては、（ａ） 粉
末状の通常の活性炭を適当なバインダと混合し、プレス
成型または圧延ロールによって成型したもの、あるい
は、（ｂ） フェノール系，レーヨン系,PAN（ポリアク
リロニトリル）系，ピッチ系等の原料繊維を炭化賦活し
た活性炭素繊維（ACF）からなるフェルトやペーパーが
使用されている。
極性電極13を構成する活性炭層11としては、（ａ） 粉
末状の通常の活性炭を適当なバインダと混合し、プレス
成型または圧延ロールによって成型したもの、あるい
は、（ｂ） フェノール系，レーヨン系,PAN（ポリアク
リロニトリル）系，ピッチ系等の原料繊維を炭化賦活し
た活性炭素繊維（ACF）からなるフェルトやペーパーが
使用されている。
なお、賦活とは、例えば、原料のCnがH2Oと反応し、
下記化学式 Cn＋H2O→Cn-1＋H2↑＋CO↑ に示すように、H2Oにより順次浸食されて多孔質化して
いくことであり、その賦活反応の進行に伴って原料の表
面に多数の細孔が発生し、さらにそれらの細孔は成長し
て細孔径が増加していく。
下記化学式 Cn＋H2O→Cn-1＋H2↑＋CO↑ に示すように、H2Oにより順次浸食されて多孔質化して
いくことであり、その賦活反応の進行に伴って原料の表
面に多数の細孔が発生し、さらにそれらの細孔は成長し
て細孔径が増加していく。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、今日、電子機器、特に半導体メモリの
特性向上には著しいものがあり、電気二重層キャパシタ
として、従来よりも充放電特性（特に急速充電性）に優
れたものの開発が要望されるとともに、機器の軽薄小化
に伴って一層の小型化，薄型化が要求されている。
特性向上には著しいものがあり、電気二重層キャパシタ
として、従来よりも充放電特性（特に急速充電性）に優
れたものの開発が要望されるとともに、機器の軽薄小化
に伴って一層の小型化，薄型化が要求されている。
電気二重層に蓄積される電荷量は吸着担体の比表面積
（単位重量当たりの表面積）に比例して増加することが
知られているが、通常の活性炭では、BET法で測定した
比表面積が最大1500m2/g程度であり、また、活性炭素繊
維では、賦活処理によって2000〜3000m2/gの高い比表面
積のものを得ることができるが、そこまで賦活処理を施
すと繊維強度が著しく低下し、加工時の機械的衝撃に耐
えられなくなったり、その多孔質化の進行のしすぎのた
めに活性炭素繊維自体の電気抵抗が増大して充放電特性
が悪化するといった問題を生じ、このような高い比表面
積の活性炭素繊維は電気二重層キャパシタに適用できな
い。
（単位重量当たりの表面積）に比例して増加することが
知られているが、通常の活性炭では、BET法で測定した
比表面積が最大1500m2/g程度であり、また、活性炭素繊
維では、賦活処理によって2000〜3000m2/gの高い比表面
積のものを得ることができるが、そこまで賦活処理を施
すと繊維強度が著しく低下し、加工時の機械的衝撃に耐
えられなくなったり、その多孔質化の進行のしすぎのた
めに活性炭素繊維自体の電気抵抗が増大して充放電特性
が悪化するといった問題を生じ、このような高い比表面
積の活性炭素繊維は電気二重層キャパシタに適用できな
い。
ところで、電気二重層の厚さは約10Åであり、この厚
さの電気二重層が１の細孔の内表面に形成されるために
は、細孔直径が少なくとも20Å以上であることが必要で
あるが、通常の活性炭，活性炭素繊維では、全細孔のう
ち、細孔直径が20Å以下であるミクロポアの占める割合
が高いために、電気二重層が形成されるに足る細孔の割
合が低くて大きな静電容量を得にくい欠点があった（特
開昭59−172230号公報の第５図参照）。
さの電気二重層が１の細孔の内表面に形成されるために
は、細孔直径が少なくとも20Å以上であることが必要で
あるが、通常の活性炭，活性炭素繊維では、全細孔のう
ち、細孔直径が20Å以下であるミクロポアの占める割合
が高いために、電気二重層が形成されるに足る細孔の割
合が低くて大きな静電容量を得にくい欠点があった（特
開昭59−172230号公報の第５図参照）。
しかも、低温（−25℃程度）では電解液の粘度が増大
して伝導度が減少するために、ミクロポアでは、より一
層電気二重層が形成されにくい欠点があった。
して伝導度が減少するために、ミクロポアでは、より一
層電気二重層が形成されにくい欠点があった。
さらに、活性炭素繊維では、空隙率が高くて嵩密度が
低くなり、充填効率が低いため、比表面積の大きな分極
性電極材料を単位容積中により高密度に充填して小型化
する上で不適当である。
低くなり、充填効率が低いため、比表面積の大きな分極
性電極材料を単位容積中により高密度に充填して小型化
する上で不適当である。
このように、通常の活性炭や活性炭素繊維を分極性電
極材料として用いても、今日の機器の軽薄短小化に対応
することは期待できないのが実情である。
極材料として用いても、今日の機器の軽薄短小化に対応
することは期待できないのが実情である。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、大きな静電容量を有するとともに充放電特性に優
れ、しかも、小型で薄型の電気二重層キャパシタを提供
することを目的とする。
って、大きな静電容量を有するとともに充放電特性に優
れ、しかも、小型で薄型の電気二重層キャパシタを提供
することを目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、このような目的を達成するために、電解液
を含浸させたイオン透過性のセパレータを挟んで、集電
層と活性炭層とから成る分極性電極の一対を対向させた
電気二重層キャパシタにおいて、前記活性炭層を、メソ
カーボンマイクロビーズを賦活処理した光学的異方性多
孔質炭素微小球体を素材とした成型体で構成する。
を含浸させたイオン透過性のセパレータを挟んで、集電
層と活性炭層とから成る分極性電極の一対を対向させた
電気二重層キャパシタにおいて、前記活性炭層を、メソ
カーボンマイクロビーズを賦活処理した光学的異方性多
孔質炭素微小球体を素材とした成型体で構成する。
前記分極性電極を構成する活性炭層としては、メソカ
ーボンマイクロビーズを賦活処理した光学的異方性多孔
質炭素微小球体をそのまま成型したもので構成してもよ
いが、賦活処理して得た光学的異方性多孔質炭素微小球
体に黒鉛化処理等を施し、炭素以外の元素である不純成
分を脱離させたものを成型したもので構成した方がより
充放電特性（急速充電性）に優れているので好ましい。
ーボンマイクロビーズを賦活処理した光学的異方性多孔
質炭素微小球体をそのまま成型したもので構成してもよ
いが、賦活処理して得た光学的異方性多孔質炭素微小球
体に黒鉛化処理等を施し、炭素以外の元素である不純成
分を脱離させたものを成型したもので構成した方がより
充放電特性（急速充電性）に優れているので好ましい。
近年、ピッチを原料とするニュードルコークス，炭素
繊維の開発に際し、石油系および石炭系のピッチを加熱
していく過程において、ピッチ中に炭素六員環網面が平
行に積層した球晶が発現することが見出されている。こ
の球晶は、マトリックスピッチとは異なる相を形成して
おり、アンチソルベント法，遠心分離法等により単離さ
れている。単離された球晶は、メソカーボンマイクロビ
ーズと呼ばれており、直径が１〜80μｍの微小球体で、
光学的異方性の多孔質組織を有している。
繊維の開発に際し、石油系および石炭系のピッチを加熱
していく過程において、ピッチ中に炭素六員環網面が平
行に積層した球晶が発現することが見出されている。こ
の球晶は、マトリックスピッチとは異なる相を形成して
おり、アンチソルベント法，遠心分離法等により単離さ
れている。単離された球晶は、メソカーボンマイクロビ
ーズと呼ばれており、直径が１〜80μｍの微小球体で、
光学的異方性の多孔質組織を有している。
そして、鋭意研究の結果、上記メソカーボンマイクロ
ビーズを賦活処理した場合には、以下に詳述するよう
に、通常の活性炭や活性炭素繊維に比べて全く新しい形
状および特性を有する活性炭すなわち光学的異方性多孔
質炭素微小球体が得られることが判明した。
ビーズを賦活処理した場合には、以下に詳述するよう
に、通常の活性炭や活性炭素繊維に比べて全く新しい形
状および特性を有する活性炭すなわち光学的異方性多孔
質炭素微小球体が得られることが判明した。
上記賦活処理は、メソカーボンマイクロビーズをその
まま賦活しても良く、また、表面に適当な賦活助剤を付
与した後に賦活するようにしても良い。
まま賦活しても良く、また、表面に適当な賦活助剤を付
与した後に賦活するようにしても良い。
賦活助剤としては、KOH,NaOH,CsOH,ZnCl2,H3PO4,K2SO
4,K2Sなどを挙げることができ、これらのうちの少なく
とも一種を使用すれば良い。賦活助剤の付与量は、メソ
カーボンマイクロビーズの１〜10重量倍とするのが好ま
しい。
4,K2Sなどを挙げることができ、これらのうちの少なく
とも一種を使用すれば良い。賦活助剤の付与量は、メソ
カーボンマイクロビーズの１〜10重量倍とするのが好ま
しい。
このような賦活助剤は、メソカーボンマイクロビーズ
中の炭素の酸化を促進するものと推測される。すなわ
ち、賦活助剤がメソカーボンマイクロビーズを構成して
いる炭素六環網面の炭素原子と反応して、これを一酸化
炭素または二酸化炭素に変え、系外に排出すると推測さ
れる。
中の炭素の酸化を促進するものと推測される。すなわ
ち、賦活助剤がメソカーボンマイクロビーズを構成して
いる炭素六環網面の炭素原子と反応して、これを一酸化
炭素または二酸化炭素に変え、系外に排出すると推測さ
れる。
賦活の程度は賦活助剤の付与量にほぼ比例するので、
その付与量を調整することによって光学的異方性多孔質
炭素微小球体の比表面積を調整することが可能である。
その付与量を調整することによって光学的異方性多孔質
炭素微小球体の比表面積を調整することが可能である。
なお、KOHのような常温で固体の賦活助剤を使用する
場合には水溶液の形態で使用するが、H3PO4のような常
温で液体の賦活助剤を使用する場合には、水溶液とする
必要は特にない。
場合には水溶液の形態で使用するが、H3PO4のような常
温で液体の賦活助剤を使用する場合には、水溶液とする
必要は特にない。
また、メソカーボンマイクロビーズの表面に対する賦
活助剤の濡れ性を改善するために、表面活性剤として、
アセトン，メチルアルコール，エチルアルコール等を併
用しても良い。表面活性剤の使用料は、通常、メソカー
ボンマイクロビーズと賦活助剤または賦活助剤を含む溶
液との合計重量の５〜50重量％程度にすることが好まし
い。
活助剤の濡れ性を改善するために、表面活性剤として、
アセトン，メチルアルコール，エチルアルコール等を併
用しても良い。表面活性剤の使用料は、通常、メソカー
ボンマイクロビーズと賦活助剤または賦活助剤を含む溶
液との合計重量の５〜50重量％程度にすることが好まし
い。
賦活処理は、賦活助剤を付与したまたは付与しないメ
ソカーボンマイクロビーズを400〜1200℃に昇温するこ
とにより行う。
ソカーボンマイクロビーズを400〜1200℃に昇温するこ
とにより行う。
昇温速度および加熱保持時間については特に限定され
ないが、通常、上記の温度範囲に到達した後、直ちに冷
却するかまたは上記温度範囲で最大限３時間程度保持す
る。
ないが、通常、上記の温度範囲に到達した後、直ちに冷
却するかまたは上記温度範囲で最大限３時間程度保持す
る。
賦活時の雰囲気は、窒素，アルゴン，等の不活性雰囲
気であっても、水蒸気，一酸化炭素，酸素等が存在する
酸化性雰囲気であってもよいが、不活性雰囲気による場
合には収率がより高くなる。
気であっても、水蒸気，一酸化炭素，酸素等が存在する
酸化性雰囲気であってもよいが、不活性雰囲気による場
合には収率がより高くなる。
不活性雰囲気中で賦活を行う場合には、賦活助剤を使
用して、通常、400〜1200℃程度の温度まで300〜600℃
／時間程度の昇温速度で加熱し、同温度での保持時間を
30〜60分程度とすることが好ましい。
用して、通常、400〜1200℃程度の温度まで300〜600℃
／時間程度の昇温速度で加熱し、同温度での保持時間を
30〜60分程度とすることが好ましい。
酸化性雰囲気中で賦活を行う場合には、通常は賦活助
剤は不要であるが、併用しても差し支えない。賦活助剤
を使用しない場合には、通常、600〜900℃程度の温度ま
で、また、賦活助剤を使用する場合には、通常、400〜9
00℃程度の温度まで、それぞれ300〜600℃／時間程度の
昇温速度で加熱し、同温度での保持時間を２〜３時間程
度とすることが好ましい。なお、賦活助剤を使用する場
合には、突沸を生じることがあるので注意を要する。
剤は不要であるが、併用しても差し支えない。賦活助剤
を使用しない場合には、通常、600〜900℃程度の温度ま
で、また、賦活助剤を使用する場合には、通常、400〜9
00℃程度の温度まで、それぞれ300〜600℃／時間程度の
昇温速度で加熱し、同温度での保持時間を２〜３時間程
度とすることが好ましい。なお、賦活助剤を使用する場
合には、突沸を生じることがあるので注意を要する。
また、賦活助剤ごとに最適賦活温度があり、例えば、
KOH,K2SO4およびK2Sそれぞれの場合には800〜1000℃程
度、NaOHおよびCsOHそれぞれの場合には600℃程度、ZnC
l2の場合には450℃程度である。
KOH,K2SO4およびK2Sそれぞれの場合には800〜1000℃程
度、NaOHおよびCsOHそれぞれの場合には600℃程度、ZnC
l2の場合には450℃程度である。
賦活処理を終えたメソカーボンマイクロビーズは、室
温まで冷却された後、未反応の賦活助剤および賦活助剤
反応物が水洗によって除去され、その後に乾燥されて光
学的異方性多孔質炭素微小球体となる。
温まで冷却された後、未反応の賦活助剤および賦活助剤
反応物が水洗によって除去され、その後に乾燥されて光
学的異方性多孔質炭素微小球体となる。
なお、賦活助剤と炭素との反応は非常に激しく進行す
るので、メソカーボンマイクロビーズに代えて通常の炭
素繊維を使用し、上記と同様の賦活を行うと、その形状
は原形をとどめないほど変化しかつ強度も著しく低下す
る。これに対して、メソカーボンマイクロビーズの場合
には、賦活後においても、その球形の形状は維持されて
おり、強度の著しい低下は認められない。
るので、メソカーボンマイクロビーズに代えて通常の炭
素繊維を使用し、上記と同様の賦活を行うと、その形状
は原形をとどめないほど変化しかつ強度も著しく低下す
る。これに対して、メソカーボンマイクロビーズの場合
には、賦活後においても、その球形の形状は維持されて
おり、強度の著しい低下は認められない。
光学的異方性多孔質炭素微小球体は、原料であるメソ
カーボンマイクロビーズとほぼ同一の寸法（90％以上の
ものが80μｍ以下）および形状（球形）を有しており、
光学的に異方性であり、そのBET法で測定した比表面積
は、450〜5000m2/gの範囲内にあり、全細孔容積は0.5〜
3.0ml/gである。
カーボンマイクロビーズとほぼ同一の寸法（90％以上の
ものが80μｍ以下）および形状（球形）を有しており、
光学的に異方性であり、そのBET法で測定した比表面積
は、450〜5000m2/gの範囲内にあり、全細孔容積は0.5〜
3.0ml/gである。
以上のようにして得られた光学的異方性多孔質炭素微
小球体を適当なバインダを用いてプレス成型等により高
密度高比表面積の活性炭層の成型体を作製し、この成型
活性炭層の片面に集電層を形成したものを分極性電極と
して電気二重層キャパシタを作製する。
小球体を適当なバインダを用いてプレス成型等により高
密度高比表面積の活性炭層の成型体を作製し、この成型
活性炭層の片面に集電層を形成したものを分極性電極と
して電気二重層キャパシタを作製する。
なお、前述したように、得られた光学的異方性多孔質
炭素微小球体を不活性雰囲気下で2500℃以上に昇温して
黒鉛化処理することにより炭素以外の不純成分を離脱
し、これを素材とした成型体で構成した活性炭層を用い
て分極性電極とする場合には、静電容量をより大きくで
きるとともに充放電特性をより優れたものにできる。
炭素微小球体を不活性雰囲気下で2500℃以上に昇温して
黒鉛化処理することにより炭素以外の不純成分を離脱
し、これを素材とした成型体で構成した活性炭層を用い
て分極性電極とする場合には、静電容量をより大きくで
きるとともに充放電特性をより優れたものにできる。
本発明でいう光学的異方性多孔質炭素微小球体は、上
記黒鉛化処理をしたものを含む。
記黒鉛化処理をしたものを含む。
＜作用＞ 光学的異方性多孔質炭素微小球体は、例えば、BET法
で比表面積が最大5000m2/g、細孔容積が最大3.0ml/gで
あり、通常の活性炭や活性炭素繊維に比べて格段に大き
な比表面積，細孔容積を有しているため、この光学的異
方性多孔質炭素微小球体を成型した活性炭層による分極
性電極を用いた電気二重層キャパシタは、単位重量当た
りのエネルギー密度がきわめて高いものとなる。
で比表面積が最大5000m2/g、細孔容積が最大3.0ml/gで
あり、通常の活性炭や活性炭素繊維に比べて格段に大き
な比表面積，細孔容積を有しているため、この光学的異
方性多孔質炭素微小球体を成型した活性炭層による分極
性電極を用いた電気二重層キャパシタは、単位重量当た
りのエネルギー密度がきわめて高いものとなる。
また、光学的異方性多孔質炭素微小球体の平均細孔直
径は20Åであり、しかも、賦活処理が進み比表面積が増
大するほど細孔直径も拡大していく傾向がある（後述す
る実施例の表を参照）。
径は20Åであり、しかも、賦活処理が進み比表面積が増
大するほど細孔直径も拡大していく傾向がある（後述す
る実施例の表を参照）。
したがって、電解液の粘度が増大して伝導度が減少す
る低温状態においても、常温状態と同等の高エネルギー
密度を有する電気二重層キャパシタとなる。
る低温状態においても、常温状態と同等の高エネルギー
密度を有する電気二重層キャパシタとなる。
さらに、光学的異方性多孔質炭素微小球体の原料であ
るメソカーボンマイクロビーズは、直径が１〜80μｍの
微小球体であり、賦活後もその形態が保たれて球状とな
っているので、充填効率が非常に高く空隙がほとんどな
いために、単位容積当たりのエネルギー密度が高い電気
二重層キャパシタとなる。
るメソカーボンマイクロビーズは、直径が１〜80μｍの
微小球体であり、賦活後もその形態が保たれて球状とな
っているので、充填効率が非常に高く空隙がほとんどな
いために、単位容積当たりのエネルギー密度が高い電気
二重層キャパシタとなる。
そして、分極性電極を構成する活性炭層は、光学的異
方性多孔質炭素微小球体を素材として高密度で成型した
ものであるから電気抵抗が低く、しかも、細孔直径が大
きいことから電気二重層キャパシタの内部抵抗も低く抑
えられ、優れた充放電特性を発揮できる。
方性多孔質炭素微小球体を素材として高密度で成型した
ものであるから電気抵抗が低く、しかも、細孔直径が大
きいことから電気二重層キャパシタの内部抵抗も低く抑
えられ、優れた充放電特性を発揮できる。
特に、光学的異方性多孔質炭素微小球体から炭素以外
の不純成分を脱離した活性炭層を有する分極性電極で
は、多孔質炭素微小球体自体の内部構造が黒鉛類似構造
となっているため、さらに電気抵抗が低くなり、充放電
特性がきわめて優れたものとなる。
の不純成分を脱離した活性炭層を有する分極性電極で
は、多孔質炭素微小球体自体の内部構造が黒鉛類似構造
となっているため、さらに電気抵抗が低くなり、充放電
特性がきわめて優れたものとなる。
＜実施例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図は、本発明に係る実施例のコイン型電気二重層
キャパシタの断面図である。
キャパシタの断面図である。
この図において、1,1は活性炭層であり、この活性炭
層1,1それぞれの片面に集電層２が形成されて分極性電
極３が構成されている。
層1,1それぞれの片面に集電層２が形成されて分極性電
極３が構成されている。
分極性電極3,3が１モルの（C2H5）4NClO4−プロピレ
ンカーボンネート溶液を有機電解液として含浸させたイ
オン透過性のセパレータ４を挟んで対向され、分極性電
極２それぞれには、ステンレススチール製のケース5,6
がスポット溶接されるとともに、両ケース5,6間にガス
ケットリング７が介在されて正極，負極を絶縁した状態
で封口ケーシングされ、電気二重層キャパシタＡが構成
されている。
ンカーボンネート溶液を有機電解液として含浸させたイ
オン透過性のセパレータ４を挟んで対向され、分極性電
極２それぞれには、ステンレススチール製のケース5,6
がスポット溶接されるとともに、両ケース5,6間にガス
ケットリング７が介在されて正極，負極を絶縁した状態
で封口ケーシングされ、電気二重層キャパシタＡが構成
されている。
活性炭層１は、次のようにして作製したものが用いら
れる。
れる。
すなわち、メソカーボンマイクロビーズを賦活処理し
て得られた、細孔容積が2.75ml/g、BET法で測定された
比表面積が4450m2/gである光学的異方性多孔質炭素微小
球体の100重量部に対して、バインダとしてコールター
ルピッチを30重量部加え、それをプレス成型した後、27
00℃で黒鉛化処理を施し、光学的異方性多孔質炭素微小
球体を素材とした成型体を得る。
て得られた、細孔容積が2.75ml/g、BET法で測定された
比表面積が4450m2/gである光学的異方性多孔質炭素微小
球体の100重量部に対して、バインダとしてコールター
ルピッチを30重量部加え、それをプレス成型した後、27
00℃で黒鉛化処理を施し、光学的異方性多孔質炭素微小
球体を素材とした成型体を得る。
分極性電極３は、上述のようにして得られた活性炭層
１の片面にカーボンを導電性粒子とする導電性ペイント
層を塗布して集電層２を形成することにより得られる。
１の片面にカーボンを導電性粒子とする導電性ペイント
層を塗布して集電層２を形成することにより得られる。
一方、上記のもの（実施例１とする）とは別に、実施
例２ないし７として、順に、比表面積が450m2/g、1254m
2/g、2004m2/g、3100m2/g、4100m2/g、4890m2/gの光学
的異方性多孔質炭素微小球体を用いて分極性電極を作製
した。
例２ないし７として、順に、比表面積が450m2/g、1254m
2/g、2004m2/g、3100m2/g、4100m2/g、4890m2/gの光学
的異方性多孔質炭素微小球体を用いて分極性電極を作製
した。
一方、比較例として、次のものを用いた。
比較例１ 実施例１の光学的異方性多孔質炭素微小球体に代え
て、活性炭素繊維（比表面積2050m2/g、細孔容積1.1ml/
g:株式会社アドール製）を用いて分極性電極を作製し
た。
て、活性炭素繊維（比表面積2050m2/g、細孔容積1.1ml/
g:株式会社アドール製）を用いて分極性電極を作製し
た。
比較例２ 実施例１の光学的異方性多孔質炭素微小球体に代え
て、市販の粉末状活性炭（比表面積1450m2/g、細孔容積
0.67ml/g）を用いて分極性電極を作製した。
て、市販の粉末状活性炭（比表面積1450m2/g、細孔容積
0.67ml/g）を用いて分極性電極を作製した。
これらの分極性電極を用いた電気二重層キャパシタＡ
の静電容量を測定するために、第２図の回路図に示す構
成のものにおいて、電気二重層セル電圧に相当する所定
の定電圧（1.5〜2.8V）で充電を行い、定電流放電によ
って得られた放電曲線からキャパシタ容量を算出したと
ころ、次表に示す結果を得た。第２図において、８は直
流電源、９は直流電流計、10は可変抵抗器である。
の静電容量を測定するために、第２図の回路図に示す構
成のものにおいて、電気二重層セル電圧に相当する所定
の定電圧（1.5〜2.8V）で充電を行い、定電流放電によ
って得られた放電曲線からキャパシタ容量を算出したと
ころ、次表に示す結果を得た。第２図において、８は直
流電源、９は直流電流計、10は可変抵抗器である。
この表から明らかなように、光学的異方性多孔質炭素
微小球体を素材とした成型体で分極性電極を構成した場
合には、充分に大きな静電容量が得られる。
微小球体を素材とした成型体で分極性電極を構成した場
合には、充分に大きな静電容量が得られる。
また、平均細孔直径が20Å以上であり、低温下でも良
好に電気二重層が形成されることが明らかである。
好に電気二重層が形成されることが明らかである。
また、分極性電極の強度が充分に強く、組み立て等の
取り扱いが容易である。
取り扱いが容易である。
なお、いずれの分極性電極２も、その直径が20mm、厚
さが0.6mmであり、そのうち集電層１の厚さは0.3mmであ
り、また、電気二重層キャパシタＡのサイズは、直径が
30mm、厚さが5mmであり、きわめて小型で薄いものであ
った。
さが0.6mmであり、そのうち集電層１の厚さは0.3mmであ
り、また、電気二重層キャパシタＡのサイズは、直径が
30mm、厚さが5mmであり、きわめて小型で薄いものであ
った。
なお、集電層２としては、アルミニウム，ニッケル等
の金属の溶射によって形成してもよいし、分極性電極の
片面に金属ネットを付設して形成してもよい。
の金属の溶射によって形成してもよいし、分極性電極の
片面に金属ネットを付設して形成してもよい。
＜発明の効果＞ 本発明の電気二重層キャパシタによれば、分極性電極
を構成する活性炭層を、メソカーボンマイクロビーズを
賦活処理した光学的異方性多孔質炭素微小球体を素材と
した成型体で構成するから、嵩密度の低下が無くて充填
効率を高くできるとともに、比表面積および細孔容積の
いずれをも充分大きくでき、単位重量当たりの静電容量
を大にでき、従来と同様の静電容量を得る場合であれ
ば、小型化および薄型化できるようになり、大きな静電
容量を有するとともに充放電特性に優れ、しかも、小型
で薄型の電気二重層キャパシタを提供できるようになっ
た。
を構成する活性炭層を、メソカーボンマイクロビーズを
賦活処理した光学的異方性多孔質炭素微小球体を素材と
した成型体で構成するから、嵩密度の低下が無くて充填
効率を高くできるとともに、比表面積および細孔容積の
いずれをも充分大きくでき、単位重量当たりの静電容量
を大にでき、従来と同様の静電容量を得る場合であれ
ば、小型化および薄型化できるようになり、大きな静電
容量を有するとともに充放電特性に優れ、しかも、小型
で薄型の電気二重層キャパシタを提供できるようになっ
た。
また、メソカーボンマイクロビーズを賦活処理した光
学的異方性多孔質炭素微小球体から、黒鉛化処理等によ
って炭素以外の元素である不純成分を脱離し、それを素
材とした成型体で分極性電極を構成した場合には、内部
抵抗を減少できるために、より一層充放電特性にすぐれ
た電気二重層キャパシタを得ることができる。
学的異方性多孔質炭素微小球体から、黒鉛化処理等によ
って炭素以外の元素である不純成分を脱離し、それを素
材とした成型体で分極性電極を構成した場合には、内部
抵抗を減少できるために、より一層充放電特性にすぐれ
た電気二重層キャパシタを得ることができる。
第１図は本発明の実施例に係る電気二重層キャパシタの
概略構成を示す断面図、第２図は静電容量測定用の充放
電回路図、第３図は一般的な電気二重層キャパシタの基
本的構成図である。 Ａ……電気二重層キャパシタ、１……活性炭層 ２……集電層、３……分極性電極、４……セパレータ
概略構成を示す断面図、第２図は静電容量測定用の充放
電回路図、第３図は一般的な電気二重層キャパシタの基
本的構成図である。 Ａ……電気二重層キャパシタ、１……活性炭層 ２……集電層、３……分極性電極、４……セパレータ
Claims (1)
- 【請求項１】電解液を含浸させたイオン透過性のセパレ
ータを挟んで、集電層と活性炭層とから成る分極性電極
の一対を対向させた電気二重層キャパシタにおいて、前
記活性炭層を、メソカーボンマイクロビーズを賦活処理
した光学的異方性多孔質炭素微小球体を素材とした成型
体で構成してあることを特徴とする電気二重層キャパシ
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1005555A JP2634658B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 電気二重層キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1005555A JP2634658B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 電気二重層キャパシタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02185008A JPH02185008A (ja) | 1990-07-19 |
| JP2634658B2 true JP2634658B2 (ja) | 1997-07-30 |
Family
ID=11614444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1005555A Expired - Fee Related JP2634658B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 電気二重層キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2634658B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001056924A1 (fr) * | 2000-01-31 | 2001-08-09 | Kawasaki Steel Corporation | Procede permettant de preparer un materiau carbone poreux, materiau carbone et condensateur electrique a deux couches comprenant ce materiau |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10084910B4 (de) | 1999-08-10 | 2009-06-10 | Honda Giken Kogyo K.K. | Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle für eine Elektrode eines elektrischen Doppelschichtkondensators |
| JP4527821B2 (ja) * | 1999-09-13 | 2010-08-18 | 日本碍子株式会社 | 電気化学キャパシタ |
| JP2001302226A (ja) * | 2000-04-19 | 2001-10-31 | Kawasaki Steel Corp | 多孔質炭素材料の製造方法、多孔質炭素材料およびこれを用いた電気二重層キャパシタ |
| JP2001302225A (ja) * | 2000-04-19 | 2001-10-31 | Kawasaki Steel Corp | 多孔質炭素材料の製造方法、多孔質炭素材料およびこれを用いた電気二重層キャパシタ |
| US9773622B2 (en) * | 2015-08-26 | 2017-09-26 | Nanotek Instruments, Inc. | Porous particles of interconnected 3D graphene as a supercapacitor electrode active material and production process |
-
1989
- 1989-01-12 JP JP1005555A patent/JP2634658B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001056924A1 (fr) * | 2000-01-31 | 2001-08-09 | Kawasaki Steel Corporation | Procede permettant de preparer un materiau carbone poreux, materiau carbone et condensateur electrique a deux couches comprenant ce materiau |
| KR100785158B1 (ko) * | 2000-01-31 | 2007-12-11 | 제이에프이 케미칼 가부시키가이샤 | 다공질탄소재료의 제조방법, 다공질탄소재료 및 이를사용한 전기2중층 캐패시터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02185008A (ja) | 1990-07-19 |
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|---|---|---|---|
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