JP3433444B2 - 電気二重層キャパシタ用電極材料及びその製造方法、並びに、電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタ用電極材料及びその製造方法、並びに、電気二重層キャパシタInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層キャパ
シタの電極材料に関する。
シタの電極材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】電極材料と電解液との間に形成される電
気二重層を利用するキャパシタは古くから知られていた
が、電極材料として広大な表面積を有する活性炭が用い
られるようになって飛躍的な容量拡大が可能となり、通
信、情報機器用途を中心に実用に供されるようになっ
た。ここで更なるキャパシタンスの拡大を目的に、様々
な提案がなされている。松田、石川等は電極材料である
活性炭に低温プラズマ処理を施すことにより、１．１倍
程度のキャパシタンスの拡大が可能であることを報告し
ている（表面技術、Vol.47,No.6,498,1996、及び１９９
５年第９２回表面技術協会講演会要旨集P271）。この方
法は、パルス電源を用い１０ｋＷ、マイクロ秒オーダー
の高電力のパルスを間欠的に与えることで活性炭表面の
酸素量を増大させ、その結果無処理活性炭に比較して高
キャパシタンスを得ることができるものである。なお、
この際、技術的に容易で、かつ、量産可能な条件である
と考えられる、１００Ｗの連続電源を用いて処理する
と、表面の酸素含量は増加するものの、キャパシタンス
は無処理活性炭に比較してむしろ低下すると云う結果が
得られている。
気二重層を利用するキャパシタは古くから知られていた
が、電極材料として広大な表面積を有する活性炭が用い
られるようになって飛躍的な容量拡大が可能となり、通
信、情報機器用途を中心に実用に供されるようになっ
た。ここで更なるキャパシタンスの拡大を目的に、様々
な提案がなされている。松田、石川等は電極材料である
活性炭に低温プラズマ処理を施すことにより、１．１倍
程度のキャパシタンスの拡大が可能であることを報告し
ている（表面技術、Vol.47,No.6,498,1996、及び１９９
５年第９２回表面技術協会講演会要旨集P271）。この方
法は、パルス電源を用い１０ｋＷ、マイクロ秒オーダー
の高電力のパルスを間欠的に与えることで活性炭表面の
酸素量を増大させ、その結果無処理活性炭に比較して高
キャパシタンスを得ることができるものである。なお、
この際、技術的に容易で、かつ、量産可能な条件である
と考えられる、１００Ｗの連続電源を用いて処理する
と、表面の酸素含量は増加するものの、キャパシタンス
は無処理活性炭に比較してむしろ低下すると云う結果が
得られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の電気
二重層キャパシタ用電極材料の製造方法の上記問題点を
解決する、すなわち、量産可能な条件で効果的なキャパ
シタンス拡大が可能な電気二重層キャパシタ用電極材料
の製造方法を提供することを目的とする。
二重層キャパシタ用電極材料の製造方法の上記問題点を
解決する、すなわち、量産可能な条件で効果的なキャパ
シタンス拡大が可能な電気二重層キャパシタ用電極材料
の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の電気二重層キャ
パシタ用電極材料の製造方法は上記課題を解決するため
請求項１に記載の通り、活性炭を、５％以上１５％以下
の酸素を含むアルゴン雰囲気下で、印加電力１０Ｗ以上
６０Ｗ未満で、処理時間６０秒以上１２０秒以下のプラ
ズマ連続放電処理を行う構成を有する。
パシタ用電極材料の製造方法は上記課題を解決するため
請求項１に記載の通り、活性炭を、５％以上１５％以下
の酸素を含むアルゴン雰囲気下で、印加電力１０Ｗ以上
６０Ｗ未満で、処理時間６０秒以上１２０秒以下のプラ
ズマ連続放電処理を行う構成を有する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明においては、酸素濃度が１
％未満あるいは２０％以上であると充分な効果が得られ
ない。なお、望ましくは５％以上１５％以下である。ま
た、印加電圧は５Ｗ以上１００Ｗ未満であることが必要
であり、５Ｗ未満であると本発明の効果が得られない。
一方、１００Ｗ以上は処理条件がきつすぎるため、燃焼
に近い反応が生じ、キャパシタンス拡大のための表面官
能基形成の制御が困難になると考えられる。なお１０Ｗ
以上６０Ｗ以下が最適範囲である。処理時間に関して
は、１０秒以上３００秒未満であることが必要である。
１０秒未満あるいは３００秒以上では本発明の効果が得
られない。このようにこれら酸素濃度、印加電圧、処理
時間での条件を満足すると、連続処理でも、キャパシタ
ンス拡大に適した活性炭の表面官能基の生成制御ができ
る。
％未満あるいは２０％以上であると充分な効果が得られ
ない。なお、望ましくは５％以上１５％以下である。ま
た、印加電圧は５Ｗ以上１００Ｗ未満であることが必要
であり、５Ｗ未満であると本発明の効果が得られない。
一方、１００Ｗ以上は処理条件がきつすぎるため、燃焼
に近い反応が生じ、キャパシタンス拡大のための表面官
能基形成の制御が困難になると考えられる。なお１０Ｗ
以上６０Ｗ以下が最適範囲である。処理時間に関して
は、１０秒以上３００秒未満であることが必要である。
１０秒未満あるいは３００秒以上では本発明の効果が得
られない。このようにこれら酸素濃度、印加電圧、処理
時間での条件を満足すると、連続処理でも、キャパシタ
ンス拡大に適した活性炭の表面官能基の生成制御ができ
る。
【０００６】本発明のおいて、活性炭としては通常用い
られているものすべてを用いることができる。すなわ
ち、粉状炭、粒状炭、ビーズ炭、破砕炭等である。ま
た、これら通常の活性炭以外に活性炭素繊維を用いるこ
とも可能である。これら活性炭素繊維としてはポリアク
リロニトリル系、レーヨン系、ピッチ系等原料を問わず
に用いることができるが、高比表面積のものが入手でき
る点でピッチ系活性炭素繊維が望ましい。なお、活性炭
素繊維を用いた場合、活性炭素繊維自体が電気的ネット
ワークを形成するため、電極自体の電気抵抗を低下させ
ることが可能となり好ましい。この効果は、活性炭素繊
維を不活性ガス雰囲気下で６００℃超でかつ黒鉛化温度
以下で熱処理してより低い電気抵抗のものとすることに
よって、高めることができる。
られているものすべてを用いることができる。すなわ
ち、粉状炭、粒状炭、ビーズ炭、破砕炭等である。ま
た、これら通常の活性炭以外に活性炭素繊維を用いるこ
とも可能である。これら活性炭素繊維としてはポリアク
リロニトリル系、レーヨン系、ピッチ系等原料を問わず
に用いることができるが、高比表面積のものが入手でき
る点でピッチ系活性炭素繊維が望ましい。なお、活性炭
素繊維を用いた場合、活性炭素繊維自体が電気的ネット
ワークを形成するため、電極自体の電気抵抗を低下させ
ることが可能となり好ましい。この効果は、活性炭素繊
維を不活性ガス雰囲気下で６００℃超でかつ黒鉛化温度
以下で熱処理してより低い電気抵抗のものとすることに
よって、高めることができる。
【０００７】これら活性炭及び活性炭素繊維（本発明で
は、両者を含めて「活性炭」と云う）を電極材として用
いる際に、障害となるイオン等が含まれていることがあ
る。その場合には予め塩酸等で酸洗浄を行う。
は、両者を含めて「活性炭」と云う）を電極材として用
いる際に、障害となるイオン等が含まれていることがあ
る。その場合には予め塩酸等で酸洗浄を行う。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
（プラズマ処理）活性炭としては、表１に示す活性炭素
繊維（フェルト、以下「ＡＣＦ」とも云う）を用いた。
繊維（フェルト、以下「ＡＣＦ」とも云う）を用いた。
【０００９】
【表１】
【００１０】プラズマ処理装置としてはサムコ製Ｍｏｄ
ｅｌ ＢＰ−１を用いた。上記の活性炭を反応器内電極
間にセットし、アルゴンと酸素ガスとの混合ガスを５０
ｍｌ／分で流し、真空ポンプを用いて反応器内の圧力が
０．５Ｔｏｒｒになるまで減圧し、その後圧力を０．５
Ｔｏｒｒに保ちながら、アルゴン及び酸素の混合比（体
積比）を所定の比に変化させ表２に示す連続処理条件で
プラズマ処理を施した。
ｅｌ ＢＰ−１を用いた。上記の活性炭を反応器内電極
間にセットし、アルゴンと酸素ガスとの混合ガスを５０
ｍｌ／分で流し、真空ポンプを用いて反応器内の圧力が
０．５Ｔｏｒｒになるまで減圧し、その後圧力を０．５
Ｔｏｒｒに保ちながら、アルゴン及び酸素の混合比（体
積比）を所定の比に変化させ表２に示す連続処理条件で
プラズマ処理を施した。
【００１１】（サイクリックボルタンメトリー評価）キ
ャパシタンスはサイクリックボルタンメトリー測定の結
果より求めた。サイクリックボルタンメトリー測定は北
斗電工製ＨＺ−３０００、三極式セルを使用して行っ
た。電解液には０．５Ｍ−Ｈ2ＳＯ4水溶液を、対極には
白金板、参照電極にはＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用いた。作
用極には１ｃｍ2の大きさに調整したＡＣＦ（乾燥重量
を測定してある）を陽分極点の電圧が０．６Ｖ、陰分極
点の電圧が−０．２Ｖの範囲で行い、掃引速度毎秒２５
ｍＶ、スキャン速度０．２５秒でサイクリックボルタン
メトリー測定を行い、得られたサイクリックボルタンメ
トリー曲線よりキャパシタンス（電極の比容量（Ｆ
ｇ-1））Ｃを数１により求めた。
ャパシタンスはサイクリックボルタンメトリー測定の結
果より求めた。サイクリックボルタンメトリー測定は北
斗電工製ＨＺ−３０００、三極式セルを使用して行っ
た。電解液には０．５Ｍ−Ｈ2ＳＯ4水溶液を、対極には
白金板、参照電極にはＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用いた。作
用極には１ｃｍ2の大きさに調整したＡＣＦ（乾燥重量
を測定してある）を陽分極点の電圧が０．６Ｖ、陰分極
点の電圧が−０．２Ｖの範囲で行い、掃引速度毎秒２５
ｍＶ、スキャン速度０．２５秒でサイクリックボルタン
メトリー測定を行い、得られたサイクリックボルタンメ
トリー曲線よりキャパシタンス（電極の比容量（Ｆ
ｇ-1））Ｃを数１により求めた。
【００１２】
【数１】Ｃ＝０．５（Ｑ1＋Ｑ2）（Ｖ2−Ｖ1）-1Ｍ-1
【００１３】式中Ｑ1は１サイクルにおける正電荷の電
気量の絶対値（Ｃ）、Ｑ2は１サイクルにおける負電荷
の電気量の絶対値、Ｖ1は電気掃引の陽分極電位
（Ｖ）、Ｖ2は電気掃引の陰分極電位（Ｖ）、及びＭは
電極としたＡＣＦの質量（ｇ）である。
気量の絶対値（Ｃ）、Ｑ2は１サイクルにおける負電荷
の電気量の絶対値、Ｖ1は電気掃引の陽分極電位
（Ｖ）、Ｖ2は電気掃引の陰分極電位（Ｖ）、及びＭは
電極としたＡＣＦの質量（ｇ）である。
【００１４】（表面官能基量の測定）ＡＣＦの表面解析
としてＢｏｅｈｅｍ法による滴定を行った。すなわち、
サンプルとなるＡＣＦを８０℃で一昼夜乾燥させ、１〜
２ｇを採取して正確に秤量し、それぞれ４種類の０．１
Ｎの塩基性水溶液（ナトリウムエトキシド、水酸化ナト
リウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸ナトリウム）各
５０ｍｌ中に一週間浸漬した。その後、ＡＣＦを濾過に
より取り除いた濾液５ｍｌを０．０２Ｎの塩酸水溶液で
中和滴定を行い、計３回繰り返し、その平均値を得た。
この平均値より、カルボキシル基、ラクトン基、フェノ
ール基、キノン基を含むその他の４種類の官能基の存在
量を得た。
としてＢｏｅｈｅｍ法による滴定を行った。すなわち、
サンプルとなるＡＣＦを８０℃で一昼夜乾燥させ、１〜
２ｇを採取して正確に秤量し、それぞれ４種類の０．１
Ｎの塩基性水溶液（ナトリウムエトキシド、水酸化ナト
リウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸ナトリウム）各
５０ｍｌ中に一週間浸漬した。その後、ＡＣＦを濾過に
より取り除いた濾液５ｍｌを０．０２Ｎの塩酸水溶液で
中和滴定を行い、計３回繰り返し、その平均値を得た。
この平均値より、カルボキシル基、ラクトン基、フェノ
ール基、キノン基を含むその他の４種類の官能基の存在
量を得た。
【００１５】すなわち、カルボキシル基がこれらすべて
の試薬と、ラクトン基がナトリウムエトキシド以外の試
薬と、フェノール基がナトリウムエトキシド及び水酸化
ナトリウム以外の試薬と反応し、また、キノン基やカル
ボニル基が炭酸ナトリウムと反応したと考え、それぞれ
の反応結果を差し引きして各官能基量を求めた。これら
電極の比容量（単位：Ｆ／ｇ）、表面官能基量の測定結
果（単位：ｍｅｑ／１００ｇ）を表２に示す。なお、比
較例１〜４は表１に示した４種のＡＣＦをプラズマ処理
を行わずにサンプルとしたものである。
の試薬と、ラクトン基がナトリウムエトキシド以外の試
薬と、フェノール基がナトリウムエトキシド及び水酸化
ナトリウム以外の試薬と反応し、また、キノン基やカル
ボニル基が炭酸ナトリウムと反応したと考え、それぞれ
の反応結果を差し引きして各官能基量を求めた。これら
電極の比容量（単位：Ｆ／ｇ）、表面官能基量の測定結
果（単位：ｍｅｑ／１００ｇ）を表２に示す。なお、比
較例１〜４は表１に示した４種のＡＣＦをプラズマ処理
を行わずにサンプルとしたものである。
【００１６】
【表２】
【００１７】表２より、本発明に係るＡＣＦはプラズマ
連続処理によるものでありながら、原料のＡＣＦより比
容量が大きくなって、その増大幅は最大で約１．６倍で
あることが判り、本発明の効果は明らかである。なお、
表２により全官能基量が４００ｍｅｑ／１００ｇを超え
るとキャパシタンスが減少する。３５０ｍｅｑ／１００
ｇから４００ｍｅｑ／１００ｇの間に最大値があると考
えられる。また、キノン基の量とキャパシタンスとは正
の相関があり、ラクトン基の量とキャパシタンスは負の
相関があるが、他の官能基とキャパシタンスとは相関が
見られない。
連続処理によるものでありながら、原料のＡＣＦより比
容量が大きくなって、その増大幅は最大で約１．６倍で
あることが判り、本発明の効果は明らかである。なお、
表２により全官能基量が４００ｍｅｑ／１００ｇを超え
るとキャパシタンスが減少する。３５０ｍｅｑ／１００
ｇから４００ｍｅｑ／１００ｇの間に最大値があると考
えられる。また、キノン基の量とキャパシタンスとは正
の相関があり、ラクトン基の量とキャパシタンスは負の
相関があるが、他の官能基とキャパシタンスとは相関が
見られない。
【００１８】
【発明の効果】本発明の電気二重層キャパシタ用電極材
料の製造方法によれば、量産可能な連続処理でも効果的
なキャパシタンス拡大効果が得られる。
料の製造方法によれば、量産可能な連続処理でも効果的
なキャパシタンス拡大効果が得られる。
Claims (3)
- 【請求項１】 活性炭を、５％以上１５％以下の酸素を
含むアルゴン雰囲気下で、印加電力１０Ｗ以上６０Ｗ未
満で、処理時間６０秒以上１２０秒以下のプラズマ連続
放電処理を行うことを特徴とする電気二重層キャパシタ
用電極材料の製造方法。 - 【請求項２】 活性炭を、５％以上１５％以下の酸素を
含むアルゴン雰囲気下で、印加電力１０Ｗ以上６０Ｗ未
満で、処理時間６０秒以上１２０秒以下のプラズマ連続
放電処理を行った活性炭を有することを特徴とする電気
二重層キャパシタ用電極材料。 - 【請求項３】 活性炭を、５％以上１５％以下の酸素を
含むアルゴン雰囲気下で、印加電力１０Ｗ以上６０Ｗ未
満で、処理時間６０秒以上１２０秒以下のプラズマ連続
放電処理を行った活性炭を電極材料として有することを
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 |
|---|---|---|---|
| JP15983897A JP3433444B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 電気二重層キャパシタ用電極材料及びその製造方法、並びに、電気二重層キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15983897A JP3433444B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 電気二重層キャパシタ用電極材料及びその製造方法、並びに、電気二重層キャパシタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118167A JPH118167A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3433444B2 true JP3433444B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=15702352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15983897A Expired - Fee Related JP3433444B2 (ja) | 1997-06-17 | 1997-06-17 | 電気二重層キャパシタ用電極材料及びその製造方法、並びに、電気二重層キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3433444B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3904755B2 (ja) * | 1998-09-29 | 2007-04-11 | 京セラ株式会社 | 活性炭及びそれを用いた電気二重層コンデンサ |
| US6522522B2 (en) * | 2000-02-01 | 2003-02-18 | Cabot Corporation | Capacitors and supercapacitors containing modified carbon products |
| JP4625950B2 (ja) * | 2005-02-18 | 2011-02-02 | 国立大学法人静岡大学 | 活性炭、その製造方法、及び電気二重層キャパシタ用分極性電極 |
-
1997
- 1997-06-17 JP JP15983897A patent/JP3433444B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH118167A (ja) | 1999-01-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030430 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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