JP4900295B2 - ファラデー容量型キャパシタ - Google Patents
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Description
前記正極に含有されている、フルオレン基を基本骨格とする導電性高分子は、導電性の電極材料に電解重合で析出させてなり、
前記負極に含有されている、6員環の中に窒素を1個以上含む複素環を基本骨格とする導電性高分子は、酸に溶解させた状態からpHを上昇させることにより析出させた析出型導電性高分子微粉末が導電性の電極材料と混合されていることを特徴とする。
また、負極材料に用いている6員環の中に窒素を1個以上含む複素環を基本骨格とする導電性高分子は、酸に溶解させた状態からpHを上昇させることにより析出させた析出型導電性高分子微粉末で析出させたものを用いている。このため、機械的な粉砕により得た導電性高分子粉末よりも極めて微細であり、導電性高分子微粉末と導電性の電極材料との接触面積が大きくなるため、負極の電気抵抗が小さくすることができる
実施例1では、以下の方法によりファラデー容量型キャパシタを作製した。
−電極の作製−
正極は以下のようにして作製した。すなわち、ビーカーにて、多層カーボンナノチューブ 90重量部をエタノール中で120分、超音波分散を行った。次に、 60%PTFE分散液を固形分として10重量部になるよう添加し、超音波と撹拌により十分に分散させた後、加熱して余分なエタノールを除去した。得られた混合物を乳鉢等でよく練り、シート状に成形した後、Al箔(50μm)上に140℃、10kg/cm2の条件でホット平面プレスを行った。膜厚として100〜300μmの電極を塗布面として2cm角に裁断し、無地部に金線を溶接してプレ電極とし、このプレ電極上でフルオレンの電解重合を行った。カーボンナノチューブを塗布したプレ電極への導電性高分子モノマーの電解重合は、例えば次のようにして行うことができる。すなわち、まず0.5MのTEABF4(テトラエチルアンモニウムテトラフルオロほう酸)/アセトニトリル溶液に飽和になるように添加したフルオレン溶液を用意する。そして、作用極室と対極室とがガラスフィルターで仕切られた2室セルを用意し、両室にそれぞれ0.5MのTEABF4/アセトニトリル溶液を入れておく。そして、上記プレ電極を上記フルオレン溶液に浸漬してから引き上げ、2室セルの作用極室にセットし、活性炭塗布電極を対極としてAg/Agイオン電極に対して+0.68Vにて定電位電解を5〜7分行う。このとき、約20〜10mAの電流が重合反応の結果として流れた。さらに上記フルオレン溶液への浸漬と上記定電位電解とを繰り返して合計10回行い、カーボンナノチューブ塗布電極へポリフルオレン(以下「PF」という)が析出したキャパシタ用正電極を作製した。こうして得られたキャパシタ用正電極の、ポリフルオレンと多層カーボンナノチューブ(以下「MWNT」という)の重量比率は1:1であった。
(実施例1)
ファラデー容量型キャパシタはビーカータイプのフラデッド型セルとし、次のようにして組み立てた。すなわち、上述のようにして作製した正極及び負極をセルロース系のセパレータを挟んで対向させてセル容器に入れる。このセルを真空で110℃ 6時間乾燥した後、N2置換したグローブボックスに移動し、電解液(0.5M TEABF4/AN)を満たして、15分間、真空でセル内の気泡を脱気した。
実施例2では、正極の組成は、電解重合によって作製したPFとMWNTの重量比率を0.5:1とし、負極の組成は、塩酸に溶解し、pH調整によって再析出させたポリ(2,5-ピリジン)(以下「PPY」という)とMWNTの重量比率を3:1とした。その他は実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
実施例3では、正極の組成は、電解重合によって作製したPFとMWNTの重量比率を3:1とし、負極の組成は、塩酸に溶解し、pH調整によって再析出させたPPYとMWNTの重量比率を0.5:1とした。その他は実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
実施例4では、正極の組成は、電解重合によって作製したPFとMWNTの重量比率を3:1とし、負極の組成は、塩酸に溶解し、pH調整によって再析出させたPPYとMWNTの重量比率を3:1とした。その他は実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
実施例5では、正極の組成は、電解重合によって作製したPFとMWNTの重量比率を0.5:1とし、負極の組成は、塩酸に溶解し、pH調整によって再析出させたPPYとMWNTの重量比率を0.5:1とした。その他は実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
比較例1では、正極の組成は、化学重合によって作製したPFを用いた。その他は実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
比較例2では、負極の組成は、PPYを塩酸に溶解し、煮沸によって再析出させたPPY粉末を用いた。その他は実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
比較例3では、負極の組成は、市販のPPY試薬をそのまま用いた。その他は実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
比較例4では、正極の組成は、市販のポリアニリンとMWNTの重量比率を1:1となるように機械的に混合したものを用いた。また、負極の組成は、市販のPPYをそのまま用いた。その他は実施例1と同様であり、詳細な説明を省略する。
<評 価>
こうして得られた実施例1〜5及び比較例1〜4のファラデー容量型キャパシタを、キクスイ製充放電装置(PFX20W-12)に接続し、定電流充電/定出力放電にて測定を行った。測定条件は、5CmAに相当する電流で3.2Vまで充電し、50〜4000W/kgに相当する出力で0.5Vまで放電させた。
Claims (7)
- フルオレン基を基本骨格とする導電性高分子を含有する正極と、6員環の中に窒素を1個以上含む複素環を基本骨格とする導電性高分子を含有する負極と、が電解液に接しているファラデー容量型キャパシタであって、
前記正極に含有されている、フルオレン基を基本骨格とする導電性高分子は、導電性の電極材料に電解重合で析出させてなり、
前記負極に含有されている、6員環の中に窒素を1個以上含む複素環を基本骨格とする導電性高分子は、酸に溶解させた状態からpHを上昇させることにより析出させた析出型導電性高分子微粉末が導電性の電極材料と混合されていることを特徴とするファラデー容量型キャパシタ。 - 正極及び/又は負極には、導電性の電極材料としてカーボンが用いられていることを特徴とする請求項1記載のファラデー容量型キャパシタ。
- 前記正極及び/又は負極に含有されている導電性の電極材料はカーボンナノチューブを含むことを特徴とする請求項1又は2記載のファラデー容量型キャパシタ。
- 正極の組成は導電性の電極材料1重量部に対して導電性高分子が0.5〜3重量部とされていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のファラデー容量型キャパシタ。
- 前記正極に含有されているフルオレン基を基本骨格とする導電性高分子は、ポリフルオレンであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のファラデー容量型キャパシタ。
- 負極は導電性の電極材料1重量部に対して導電性高分子が0.5〜3重量部とされていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のファラデー容量型キャパシタ。
- 前記負極に含有されている導電性高分子はポリ(2,5-ピリジン)であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のファラデー容量型キャパシタ。
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