JP5619457B2 - キャパシタ型蓄電池、キャパシタ型蓄電池用蓄電層及び車両用蓄電システム - Google Patents
キャパシタ型蓄電池、キャパシタ型蓄電池用蓄電層及び車両用蓄電システム Download PDFInfo
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Description
なお、ハイブリッド車両においては、エンジンが動力源として出力不足の場合には、蓄電装置に蓄電された電力で駆動される電動機によってエンジンの出力不足を補ったり(加速パワーアシスト機能)、さらに、車両の減速時においては、上記発電機の回生エネルギーを回生電力として回収し、回生電力を蓄電装置に蓄電する(回生エネルギー回収機能)ことも行われる。
また、車両走行に必要な電圧、エネルギー密度を供給するために、数個〜数十個の直列した電池単位をさらに数十個直並列させて総電池数が数百個の電池群にして適合を図れている。
また、有機電解液や電解質などに低分子有機性物質を用いたリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタは、有機電解液や電解質の耐電圧上限に近い化学ポテンシャルで定格電圧が規定されているが、電極巻回に伴う電極間の圧力や使用温度、負荷電流の条件によっては分解反応が起こり、電池の膨張、発煙、発火を引き起こすため、十分な安全率を加味した限られた充電状態で利用されるよう、個々の電池や電池単位間の電圧、それらの電圧バランス、温度などの監視が必要であり、そのような安全動作を継続的に行わせられるように蓄電装置以外に温調や過充電/過放電防止の附帯装置が、蓄電システムに含まれる。
しかしながら、特許文献1におけるキャパシタ型蓄電池の単位体積当たりのエネルギー容量は、電圧印加条件における充電でなされるものであり、電流印加条件での充電・放電において耐電圧と高エネルギー密度を両立できないのが現状である。
また、キャパシタ型蓄電池は、充電時間が短く、寿命が長く、かつ高出力電圧を実現できるものであるが、車両用蓄電システムに搭載するにあたっては、その単位体積あたりのエネルギー容量を大きくする必要があるのが現状である。
また、他の本発明の課題は、当該キャパシタ型蓄電池を利用し、小型で軽量な車両用蓄電システムを提供することである。
請求項1に係る発明は、
複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子が互いに接触して形成してなる第1粒子層と、
前記第1粒子層の一方の面上に第1絶縁膜と、
前記第1粒子層の他方の面上に第2絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上で長尺方向に延在する第1導電路と、
前記第2絶縁膜上で長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路 と、を有し、
前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であり、
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜のうち少なくとも一方が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であり、
前記第1粒子層が2層からなり、該2層の第1粒子層の間に導電膜又は半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である第1基材を有するキャパシタ型蓄電池。
前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜の比誘電率が異なる請求項1に記載のキャパシタ型蓄電池。
複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子が互いに接触して形成してなる第1粒子層と、第1絶縁膜と、を積層する第1積層膜と、
前記第1積層膜の第1絶縁膜上で該第1積層膜の長尺方向に延在する第1導電路と、
前記第1積層膜の第1絶縁膜上で該第1積層膜の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を有し、
前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であり、
前記第1絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であり、
更に、前記第1粒子層の外面上に、第1導電膜又は第1半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である第1基材を備えるキャパシタ型蓄電池。
更に、前記第1導電路及び前記第2導電路の外面上に連続して設けられた第2絶縁膜と、該第2絶縁膜の外面上に複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子が互いに接触して形成してなる第2粒子層と、を有し、
前記複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であり、
前記第2絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜である請求項3に記載のキャパシタ型蓄電池。
更に、前記第2粒子層の外面上に、第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材を備える請求項3又は請求項4に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第1導電粒子が、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一つの元素、前記群より選択される少なくとも二種の元素で構成される合金若しくは共析物、又は前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族から14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物を含む請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第2導電粒子が、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一つの元素、前記群より選択される少なくとも二種の元素で構成される合金若しくは共析物、又は前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族から14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物を含む請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第1半導体粒子が、ニッケルナイトライド、アナターゼ構造のチタン酸化物、酸化錫混入の酸化インジウム、酸化錫、ジルコニウム酸化物、ガリウムナイトライド、アルミニウムナイトライド、シリコン、及びカーボンからなる群より選択される少なくとも一種の化合物を含有する請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第2半導体粒子が、ニッケルナイトライド、アナターゼ構造のチタン酸化物、酸化錫混入の酸化インジウム、酸化錫、ジルコニウム酸化物、ガリウムナイトライド、アルミニウムナイトライド、シリコン、及びカーボンからなる群より選択される少なくとも一種の化合物を含有する請求項4〜請求項8のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
常温で不純物準位から50%以上の励起電子が発生するよう、前記化合物にn型またはp型の遷移金属、希土類金属又は非磁性金属をドープしてなる請求項8又は請求項9に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の周囲が、誘電体で充填されてなる請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子の周囲が、誘電体で充填されてなる請求項4〜請求項11のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第1絶縁膜の同一面上に、複数列の前記第1導電路及び前記第2導電路を備える請求項3〜請求項12のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記複数列の第1導電路に接続する第1端子と、
前記複数列の第2導電路に接続する第2端子と、
を備え、
前記第1端子及び前記第2端子は、前記第1導電路及び前記第2導電路から離れるに従って幅が狭くなる部分を有しており、この部分において、前記第1導電路と同一方向に延伸する2辺は、互いになす角度が30°以下である請求項13に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第2基材の表面粗さRz(μm)が、1≦Rz≦10である請求項5〜請求項14のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
複数個の導電粒子又は半導体粒子が互いに接触して形成してなる粒子層を有し、前記複数個の導電粒子又は半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満である、キャパシタ型蓄電池用基板と、
前記キャパシタ型蓄電池用基板の少なくとも一方の面上に設けた絶縁膜と、
を有し、
前記絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であり、
前記粒子層が2層以上からなり、該2層の粒子層の間に導電膜又は半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である基材を有するキャパシタ型蓄電池用蓄電層。
第1導電膜又は第1半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である第1基材と、前記第1基材の少なくとも一方の面に複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子を含む第1粒子層と、を有する第1積層型基材と、
前記第1積層型基材の一方の面に第1絶縁膜と、
前記第1積層型基材の他方の面に第2絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上で該第1積層型基材の長尺方向に延在する第1導電路と、
前記第2絶縁膜上で該第1積層型基材の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を備え、
前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又はこれら粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であり、
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜のうち、前記第1粒子層が設けられている側の前記第1積層型基材の面に設けられる絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であるキャパシタ型蓄電池。
第1導電膜又は第1半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である第1基材、複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子を含む第1粒子層、及び第1絶縁膜、をこの順に積層した第1積層膜と、
前記第1積層膜の第1絶縁膜上で前記第1積層膜の長尺方向に延在する第1導電路と、
前記第1積層膜の第1絶縁膜上で前記第1積層膜の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を備え、
前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又はこれら粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であり、
前記第1絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であるキャパシタ型蓄電池。
更に、前記第1導電路及び前記第2導電路の外面上に連続した第2絶縁膜が設けられ、
前記第2絶縁膜の外面上に、複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子を含む第2粒子層と、第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材と、をこの順に備え、
前記第2導電粒子若しくは前記第2半導体粒子又はこれら粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第2導電粒子若しくは前記第2半導体粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、前記第2導電粒子若しくは前記第2半導体粒子又は前記粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であり、
前記第2絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜である請求項18に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の最大幅が、100nm未満である請求項17〜請求項19のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第2導電粒子若しくは前記第2半導体粒子又は前記粒子集合体の最大幅が、100nm未満である請求項19に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第1基材と前記第1粒子層を構成する第1導電粒子又は第1半導体粒子とが、異なる材質である請求項17〜請求項21のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第2基材と第2粒子層を構成する第2導電粒子又は第2半導体粒子とが、異なる材質である請求項19〜請求項22のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第2基材の表面粗さRz(μm)が、1≦Rz≦10である請求項19〜請求項23のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第1導電膜及び第1導電粒子が、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一つの元素、前記群より選択される少なくとも二種の元素で構成される合金若しくは共析物、又は前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族〜14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物、を含有する請求項17〜請求項24のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第2導電膜及び第2導電粒子が、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一つの元素、前記群より選択される少なくとも二種の元素で構成される合金若しくは共析物、又は前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族〜14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物、を含有する請求項19〜請求項25のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第1半導体膜及び第1半導体粒子が、ニッケルナイトライド、アナターゼ構造のチタン酸化物、酸化錫混入の酸化インジウム、酸化錫、ジルコニウム酸化物、ガリウムナイトライド、アルミニウムナイトライド、シリコン及びカーボンからなる群より選択される少なくとも一種の化合物を含有する請求項17〜請求項26のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第2半導体膜及び第2半導体粒子が、ニッケルナイトライド、アナターゼ構造のチタン酸化物、酸化錫混入の酸化インジウム、酸化錫、ジルコニウム酸化物、ガリウムナイトライド、アルミニウムナイトライド、シリコン及びカーボンからなる群より選択される少なくとも一種の化合物を含有する請求項19〜請求項27のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
常温で不純物準位から50%以上の励起電子が発生するよう、前記化合物にn型又はp型の遷移金属、希土類金属又は非磁性金属をドープしてなる請求項27又は請求項28に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記第1絶縁膜の同一面上に、複数列の前記第1導電路及び前記第2導電路を備える請求項18〜29のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
前記複数列の第1導電路に接続する第1端子と、
前記複数列の第2導電路に接続する第2端子と、
を備え、
前記第1端子及び前記第2端子は、前記第1導電路及び前記第2導電路から離れるに従って幅が狭くなる部分を有しており、この部分において、前記第1導電路と同一方向に延伸する2辺は、互いになす角度が30°以下である請求項30に記載のキャパシタ型蓄電池。
第1導電膜又は第1半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が、1≦Rz≦10である第1基材の少なくとも一方の面上に、複数個の導電性又は半導性の第1粒子が存在し、前記第1粒子又は第1粒子が複数個集合した第1粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1粒子又は前記第1粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であるキャパシタ型蓄電池用基板と、
前記キャパシタ型蓄電池用基板の少なくとも一方の面上に絶縁膜と、
を有し、
前記第1粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、
前記絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であるキャパシタ型蓄電池用蓄電層。
電力を発生する発電機と、
負荷に供給する電源線に接続され、前記発電機が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を前記負荷に供給する蓄電装置であって、請求項1〜32のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池からなる蓄電装置と、
を備える車両用蓄電システム。
前記電源線に接続され、前記蓄電装置と共に前記負荷に電力を供給する補助発電装置をさらに備える請求項33に記載の車両用蓄電システム。
前記補助発電装置が、燃料電池、空気・亜鉛電池、空気・リチウム電池、空気・鉄電池、空気・アルミニウム電池から選択される少なくとも一つからなる請求項34に記載の車両用蓄電システム。
また、本発明によれば、当該キャパシタ型蓄電池を利用し、小型で軽量な車両用蓄電システムを提供することができる。
以下、本発明のキャパシタ型蓄電池として、第1発明のキャパシタ型蓄電池について説明した後、第2発明のキャパシタ型蓄電池について説明する。
まず、第1発明のキャパシタ型蓄電池について説明する。
第1発明の第一の形態のキャパシタ型蓄電池は、
複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子が互いに接触して形成してなる第1粒子層と、前記第1粒子層の一方の面上に第1絶縁膜と、前記第1粒子層の他方の面上に第2絶縁膜と、前記第1絶縁膜上で長尺方向に延在する第1導電路と、前記第2絶縁膜上で長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を有し、
前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であり、
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜のうち少なくとも一方が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜である。
複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子が互いに接触して形成してなる第1粒子層と、第1絶縁膜と、を積層する第1積層膜と、前記第1積層膜の第1絶縁膜上で該第1積層膜の長尺方向に延在する第1導電路と、前記第1積層膜の第1絶縁膜上で該第1積層膜の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を有し、
前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であり、
前記第1絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜である。
そこで、更なる鋭意検討を重ねた結果、蓄電粒子層を構成する導電粒子又は半導体粒子は、平面面積による粒度分布において平面面積の小さい側から累積85%のまでの粒子を用い、このときの粒子の最大幅が100nm未満であれば、実質的に量子効果を発現する材料として有効であることが明らかとなった。
この絶縁膜を構成する上記所定の材料は、電気伝導性を担うようなアルカリ金属や強い分子内極性を与えるような官能基を持つ材料ではなく、絶縁破壊強度が高い材料である。
また、絶縁膜の厚みは、絶縁破壊強度に比例するため、例えば、100Vから500Vの高い電圧まで満充電に至る間、数10から数100Aの電流が印加されることを考慮すると、十分な耐圧性を実現するためには10μm以上が必要である一方で、静電容量に対しては指数関数的に影響するため30μm以下とする必要がある。
このため、高い静電容量(蓄電量)を維持しつつ、高い耐圧性が実現できる。
その結果、耐電圧と高エネルギー密度との両立が図られ、車両駆動に必要な静電容量(蓄電量)と500Vまでの耐電圧(単セル当たり500Vまでの耐圧性)を持たせたキャパシタ型蓄電池が実現できる。
図1は、第1発明の第1の実施形態に係るキャパシタ型蓄電池の一例を示す短尺方向(幅方向)での断面図である。
第1発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池は、複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子が互いに接触して形成してなる第1粒子層40の一方の面に第1絶縁膜20を積層し、他方の面に第2絶縁膜22を積層する。第1絶縁膜20上には、第1粒子層40の長尺方向(図1では紙面の手前から奥に向かう方向)に延在する第1導電路30が設けられ、第2絶縁膜22上には、第1粒子層40の長尺方向に延在し、第1導電路30と平行に第2導電路32が設けられる。図1では、第1粒子層40は1層として示しているが、第1粒子層40が2層で構成され、該2層の第1粒子層40の間に、第1導電膜又は第1半導体膜からなる第1基材(図示せず)を備えていてもよい。
第1粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満である。
第1粒子層40は、複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子(「第1粒子」と総称する)が互いに接触して形成している。第1粒子の最大幅は100nm未満であり、80nm未満であることが更に好ましい。
第1導電粒子は、導電性を示すものであれば特に限定されないが、例えば、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含むことが好ましく、単一元素で構成されていても、2種以上の元素が含まれていてもよい。2種以上の元素が含まれている場合には、合金若しくは共析物であってもよい。更に前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族から14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物であってもよい。なお、合金には固溶限界以下の固溶体も含まれる。また、単独でも導電性を有するFe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCの場合は単一の元素により形成されていても何ら問題ない。
また、第1導電膜としてSi含有物を用いる場合、SiにB、Al、Pなどに代表される、周期律表の3族から15族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を固溶限界以下にまで固溶させ導電性を付与したものを用いることができる。
第1粒子層40の厚み(2層以上で構成される場合は総厚)は、20nm以上10000nm以下であることが好ましく、電荷量の確保の観点及び軽量化の観点から0.1μm〜5μm以下であることが好ましい。
第1絶縁膜20及び第2絶縁膜22としては、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成される。
これらの中も、耐圧性向上の点から、無アルカリガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリプロピレンが好ましい。
また、第1絶縁膜20と記第2絶縁膜22は、比誘電率が異なることがTE成分やTM成分の発生の観点から好ましい。
第1導電路30及び第2導電路32の組成としては、前記第1導電粒子で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。第1導電路30と第1導電路32は同じ材質で形成してもよいし、異なる材質で形成されていてもよい。
第1基材の設置は任意であるが、設置してもよい。例えば、前記第1粒子層40が2層から構成されて、その2層の間に第1基材(図示せず)を有していてもよい。
第1基材は、第1導電膜又は第1半導体膜からなり、導電物質、半導体物質のいずれで構成されていてもよい。
第1半導体膜の組成としては、前記第1半導体粒子で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第1粒子は、キャリア密度が高く、表面プラズモンを発生しやすく、また、粒子を形成しやすい材料で構成されることが好ましい。
第1基材の表面の凹凸状態を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定する。この粗さ曲線からJIS B0601−1994に従い、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定して求めた。
第1発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池の製造方法は、上記構成のキャパシタ型蓄電池を形成し得る方法であれば特に限定されるものではない。以下に製造方法の一例について説明する。
図示しないが、蓄電池の長尺方向の一方の端部では第1導電路30及び第2導電路32が露出している。この露出している部分に、第1導電路30及び第2導電路32に電圧を与えるための第1端子及び第2端子がそれぞれ接続している。第1端子及び第2端子に所定の電位差を与えると、第1粒子層40と、第1導電路30及び第2導電路32との間に広がった電磁界すなわちフォトンとの間で、フォトン−表面プラズモンのエネルギー交換が行われ、大きな容量で蓄電される。以下の実施形態においても同様である。
図2は、第1発明の第2の実施形態に係るキャパシタ型蓄電池の一例を示す短尺方向(幅方向)での断面図である。
第1発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池は、複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子(「第1粒子」と称する)が互いに接触して形成してなる第1粒子層40の上に第1絶縁膜20を積層する第1積層膜50を有する。第1積層膜50の第1絶縁膜20上には、第1積層膜50の長尺方向(図2では紙面の手前から奥に向かう方向)に延在する第1導電路30と、第1導電路30に平行する第2導電路32とが設けられる。更に図2では、第1粒子層40の外側表面には基材シート60が設けられているが、基材シート60の設置は任意である。また、第1粒子層40の外面上、或いは第1粒子層40と基材シート60の間には、第1導電膜又は第1半導体膜からなる第1基材(図示せず)を設けてもよい。
更に、図2に示すように、第1導電路30及び第2導電路32の外面上に、第2絶縁膜22が連続して設けられていてもよいが、第2絶縁膜22の設置は任意である。
第1発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1粒子層40は、前記第1発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1粒子層で説明したものをそれぞれ適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第1発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1絶縁膜20及び第2絶縁膜22は、前記第1発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1絶縁膜20及び第2絶縁膜22で説明したものをそれぞれ適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
また、第1絶縁膜20と第2絶縁膜22は、比誘電率が異なることがTE成分やTM成分の発生の観点から好ましい場合もある。
第1発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1導電路30及び第2導電路32は、前記第1発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1導電路及び第2導電路で説明したものをそれぞれ適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第1基材の設置は任意であり、設けなくともよい。
第1基材(図示せず)は、第1導電膜又は第1半導体膜からなり、導電物質、半導体物質のいずれで構成されていてもよい。
第1発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1基材は、前記第1発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1基材で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
基材シート60の設置は任意であり、設けなくともよいが、図2に示すキャパシタ型蓄電池では、基材シート60の上に前記第1粒子層40を積層する。基材シート60の組成としては、前記第1粒子層40を積層できるものであれば、導電性、半導電性、及び絶縁性のいずれであってもよい。
絶縁性であれば、本キャパシタ型蓄電池を巻いて使用する場合に。基材シートは導電性のある第1基材と第1導電路及び第2導電路の間を絶縁する役割を果たせる。
導電性のシートとしては、前記第1導電膜で説明したものと適用することができ、半導電性のシートとしては、前記第1半導体膜で説明したものと適用することができ、絶縁性のシートとしては、前記第1絶縁膜で説明したものを適用することができる。好適に用いられる材料についても同様である。
基材シート60の厚みは、1μm〜25μmが好ましい。
第1発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池の製造方法は、上記構成のキャパシタ型蓄電池を形成し得る方法であれば特に限定されるものではない。以下に製造方法の一例について説明する。
なお、第1導電膜又は第1半導体膜からなる第1基材を用いる場合には、第1基材の形成と、第1粒子層40の形成は、一連の同一プロセスによって行われるのが一般的であるが、各々異なる条件、異なる手法を用いて、それぞれを別個に形成してもよい。また、市販の金属箔や半導体膜を第1基材として用い、その上にスパッタ、蒸着、めっき、イオンプレーティング、CVD、溶射などの手法で第1粒子層40を形成してもよい。
図3は、第1発明の第3の実施形態に係るキャパシタ型蓄電池の一例を示す短尺方向(幅方向)での断面図である。
第1発明の第3の実施形態のキャパシタ型蓄電池は、第1発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池において、更に、第1導電路30及び第2導電路32の外面上に、第2絶縁膜22を連続して設け、そして更に第2絶縁膜22の外面上に、数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子(「第2粒子」と称する)が互いに接触して形成してなる第2粒子層42を設ける。この複数個の第2粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満である。更に図3では、第2粒子層42の外側表面には基材シート60が設けられているが、基材シート60の設置は任意である。また、第2粒子層42と基材シート60の間には、第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材(図示せず)を設けてもよいが、第2基材の設置は任意である。
なお、図3では、第2絶縁膜22及び第2基材12は平板状のものとして示しているが、このような形状に限定されず、図2の第2絶縁膜22のように導電路30及び第2導電路32による凹凸に沿って設けられていてもよい。
第2粒子層42は、前記第1粒子層40で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材(図示せず)は、前記第1基材で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第1発明の第3の実施形態のキャパシタ型蓄電池の製造方法は、上記構成のキャパシタ型蓄電池を形成し得る方法であれば特に限定されるものではない。以下に製造方法の一例について説明する。
なお、第1導電膜又は第1半導体膜からなる第1基材を用いる場合には、第1基材の形成と、第1粒子層40の形成は、一連の同一プロセスによって行われるのが一般的であるが、各々異なる条件、異なる手法を用いて、それぞれを別個に形成してもよい。また、市販の金属箔や半導体膜を第1基材として用い、その上にスパッタ、蒸着、めっき、イオンプレーティング、CVD、溶射などの手法で第1粒子層40を形成してもよい。
なお、第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材を用いる場合には、第2基材の形成と、第2粒子層42の形成は、一連の同一プロセスによって行われるのが一般的であるが、各々異なる条件、異なる手法を用いて、それぞれを別個に形成してもよい。また、市販の金属箔や半導体膜を第1基材として用い、その上にスパッタ、蒸着、めっき、イオンプレーティング、CVD、溶射などの手法で第2粒子層42を形成してもよい。
図4は、第1発明の第4の実施形態に係るキャパシタ型蓄電池の一例を示す短尺方向(幅方向)での断面図である。
図4に示すキャパシタ型蓄電池は、第1絶縁膜20の同一面上に、第1導電路30及び第2導電路32を複数交互に設けた点、更に図示しないが複数の第1導電路30が同一の第1端子に接続しており、複数の第2導電路32が同一の第2端子に接続している点を除いて、第1発明の第3の実施形態にかかる蓄電池と同様である。
なお、図4では、第1発明の第3の実施形態のキャパシタ型蓄電池の構成で、第1導電路30及び第2導電路32を複数交互に設けたものを示したが、図1の第1発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池の構成や、図2の第1発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池の構成で、第1導電路30及び第2導電路32を複数交互に設けたものであってもよい。
図1〜図4に示したキャパシタ型蓄電池はシート状であるが、このシートを長尺方向においてロール状に巻いて使用してもよい。
上述の第1粒子層40、つまり、複数個の導電粒子又は半導体粒子が互いに接触して形成してなる粒子層であり、前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であるものは、キャパシタ型蓄電池用基板として有益である。
(1)第1粒子層の単層
(2)第1粒子層と第2粒子層の複層
(3)第1粒子層、第1基材、第2粒子層をこの順で積層する積層体
(4)第1粒子層、第1基材、第2粒子層、第3粒子層、をこの順で積層する積層体
(5)第1粒子層、第2粒子層、第1基材、第3粒子層、第4粒子層、をこの順で積層する積層体
前記キャパシタ型蓄電池用基板の少なくとも一方の面上に絶縁膜を有する積層体は、キャパシタ型蓄電池用蓄電層として有益である。絶縁膜は単層でも2層を積層して用いてもよい。そして、この絶縁膜を、上記所定の材料で構成すると共に、厚み10μm以上30μm以下の膜とする。
(1)前記キャパシタ型蓄電池用基板と第1絶縁膜の積層体
(2)第1絶縁膜、キャパシタ型蓄電池用基板、第2絶縁膜をこの順で積層する積層体
(3)第1絶縁膜、第2絶縁膜、キャパシタ型蓄電池用基板、第3絶縁膜をこの順で積層する積層体
(4)第1絶縁膜、第2絶縁膜、キャパシタ型蓄電池用基板、第3絶縁膜、第4絶縁膜をこの順で積層する積層体
次に、第2発明のキャパシタ型蓄電池について説明する。
第1導電膜又は第1半導体膜からなる第1基材、及び前記第1基材の少なくとも一方の面に複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子を含む第1粒子層を有する第1積層型基材と、前記第1積層型基材の一方の面に第1絶縁膜と、前記第1積層型基材の他方の面に第2絶縁膜と、前記第1絶縁膜上で前記第1積層型基材の長尺方向に延在する第1導電路と、前記第2絶縁膜上で前記第1積層型基材の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を備え、
前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又はこれら粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であり、
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜のうち、前記第1粒子層が設けられている側の前記第1積層型基材の面に設けられる絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜である。
第1導電膜又は第1半導体膜からなる第1基材、複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子を含む第1粒子層、及び第1絶縁膜、をこの順に積層した第1積層膜と、前記第1積層膜の第1絶縁膜上で該第1積層膜の長尺方向に延在する第1導電路と、前記第1積層膜の第1絶縁膜上で該第1積層膜の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を備え、
前記第1導電粒子若しくは第1半導体粒子又はこれら粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であり、
前記第1絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜である。
一方で、粗密波は、粒子の周囲を形成する境界によって、粒子の外へ伝搬が阻害される。
この絶縁膜を構成する上記所定の材料は、電気伝導性を担うようなアルカリ金属や強い分子内極性を与えるような官能基を持つ材料ではなく、絶縁破壊強度が高い材料である。
また、絶縁膜の厚みは、絶縁破壊強度に比例するため、例えば、100Vから500Vの高い電圧まで満充電に至る間、数10から数100Aの電流が印加されることを考慮すると、十分な耐圧性を実現するためには10μm以上が必要である一方で、静電容量に対しては指数関数的に影響するため30μm以下とする必要がある。
このため、高い静電容量(蓄電量)を維持しつつ、高い耐圧性が実現できる。
その結果、耐電圧と高エネルギー密度との両立が図られ、車両駆動に必要な静電容量(蓄電量)と500Vまでの耐電圧(単セル当たり500Vまでの耐圧性)を持たせたキャパシタ型蓄電池が実現できる。
図5は、第2発明の第1の実施形態に係るキャパシタ型蓄電池の一例を示す短尺方向(幅方向)での断面図である。
第2発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池は、第1導電膜又は第1半導体膜からなる第1基材10の少なくとも一方の面に複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子(「第1粒子」と総称する)を含む第1粒子層40を有する第1積層型基材を有する。図5では、第1絶縁膜20及び第2絶縁膜22が接する第1基材10の両表面において、第1粒子層40が存在する図を示している。
第1粒子又は第1粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅は10μm以下である。第1粒子又は粒子集合体の間には隙間又は絶縁物が介在し、粒子間又は粒子集合体間の距離は30nm以上3000nm以下である。
第1基材10は、第1導電膜又は第1半導体膜からなり、導電物質、半導体物質のいずれで構成されていてもよい。
また、第1導電膜としてSi含有物を用いる場合、SiにB、Al、Pなどに代表される、周期律表の3族から15族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を固溶限界以下にまで固溶させ導電性を付与したものを用いることができる。
第1基材10の表面の凹凸状態を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定する。この粗さ曲線からJIS B0601−1994に従い、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定して求めた。
第1粒子層40は、複数個の第1導電粒子又は複数個の第1半導体粒子(「第1粒子」と総称する)を含む。
第1粒子層40に含まれる第1粒子は、複数個が集合した粒子集合体(「第1粒子集合体」と称する)となっていてもよい。前記第1粒子又は第1粒子集合体の最大幅は10μm以下であり、前述の通り、量子効果を発揮させる観点からは、100nm以下であることがより好ましく、80nm以下であることが更に好ましい。
なお、上述の通り、第1粒子又は第1粒子集合体の間の距離が、30nm以上3000nm以下であるため、第2発明ではこの部分に隙間又は絶縁物が存在していることを意味する。
第1半導体粒子の組成としては、前記第1半導体膜で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第1粒子は、キャリア密度が高く、表面プラズモンを発生しやすく、また、粒子を形成しやすい材料で構成されることが好ましい。
第1絶縁膜20及び第2絶縁膜22としては、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成される。
これらの中も、耐圧性向上の点から、無アルカリガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリプロピレンが好ましい。
第1導電路30及び第2導電路32の組成としては、前記第1導電膜で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。第1導電路30と第2導電路32は同じ材質で形成してもよいし、異なる材質で形成されていてもよい。
第2発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池の製造方法は、上記構成のキャパシタ型蓄電池を形成し得る方法であれば特に限定されるものではない。以下に製造方法の一例について説明する。
この第1導電膜又は半導体膜の上に、マグネトロンスパッタ、DCスパッタ、RFスパッタ、イオンビームスパッタ、蒸着、イオンプレーティング、CVD、溶射などの手法により、上記サイズの第1粒子(第1粒子層40)を付与する。なおこのスパッタ法の種類は粒子種によって任意に変更可能である。或いは、電解めっきや無電解メッキなどの手法により、第1導電膜又は半導体膜の上に、上記サイズの第1粒子(第1粒子層40)を析出させる。
第1粒子又は粒子集合体の最大幅を10μm以下に調整し且つその第1粒子又は粒子集合体の間の距離を30nm以上3000nm以下とするのは、スパッタ法の場合は製膜条件の最適化を行うこと、電解メッキ法では印加電流条件の最適化により行うことができる。
なお、第1導電膜又は第1半導体膜の上に第2絶縁膜22を形成する前に、第1粒子(第1粒子層40)を形成してもよい。
図示しないが、蓄電池の長尺方向の一方の端部では第1導電路30及び第2導電路32が露出している。この露出している部分に、第1導電路30及び第2導電路32に電圧を与えるための第1端子及び第2端子がそれぞれ接続している。第1端子及び第2端子に所定の電位差を与えると、第1基材10と、第1導電路30及び第2導電路32との間に広がった電磁界すなわちフォトンとの間で、フォトン−表面プラズモンのエネルギー交換が行われ、大きな容量で蓄電される。以下の実施形態においても同様である。
図6は、第2発明の第2の実施形態に係るキャパシタ型蓄電池の一例を示す短尺方向(幅方向)での断面図である。
第2発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池は、第1導電膜又は第1半導体膜からなる基材10の上に、複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子(「第1粒子」と称する)を含む第1粒子層40と、第1絶縁膜20とをこの順に積層した第1積層膜50を有する。第1積層膜50上には、第1積層膜50の長尺方向(図6では紙面の手前から奥に向かう方向)に延在する第1導電路30と、第1導電路30に平行する第2導電路32とが設けられる。
第1粒子又は第1粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅は10μm以下である。第1粒子又は粒子集合体の間には隙間又は絶縁物が介在し、粒子間又は粒子集合体間の距離は30nm以上3000nm以下である。
更に図6においては、第1基材10の外側表面には基材シート60が設けられる。
第1基材10は、第1導電膜又は第1半導体膜からなり、導電物質、半導体物質のいずれで構成されていてもよい。
第2発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1基材10は、前記第2発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1基材10で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第2発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1粒子層40は、前記第2発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1粒子層40で説明したものをそれぞれ適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第2発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1絶縁膜20は、前記第2発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1絶縁膜20で説明したものをそれぞれ適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第2発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1導電路30及び第2導電路32は、前記第2発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池における第1導電路及び第2導電路で説明したものをそれぞれ適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
図6に示すキャパシタ型蓄電池では、基材シート60の上に前記第1導電膜又は第1半導体膜を積層する。基材シート60の適用は任意であり、基材シート60を設けなくともよい。
基材シート60を適用する場合の組成としては、前記第1導電膜又は第1半導体膜を積層できるものであれば、導電性、半導電性、及び絶縁性のいずれであってもよい。絶縁性であれば、本キャパシタ型蓄電池を巻いて使用する場合には、基材シート60は導電性のある第1基材10と第1導電路30及び第2導電路32の間を絶縁する役割を果たせる。
導電性のシートとしては、前記第1導電膜で説明したものと適用することができ、半導電性のシートとしては、前記第1半導体膜で説明したものと適用することができ、絶縁性のシートとしては、前記第1絶縁膜で説明したものを適用することができる。好適に用いられる材料についても同様である。
基材シート60の厚みは、1μm〜30μmが好ましい。
第2発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池の製造方法は、上記構成のキャパシタ型蓄電池を形成し得る方法であれば特に限定されるものではない。以下に製造方法の一例について説明する。
この第1導電膜又は第1半導体膜の上に、マグネトロンスパッタDCスパッタ、RFスパッタ、イオンビームスパッタ、蒸着、イオンプレーティング、CVD、溶射などの手法により、上記サイズの第1粒子(第1粒子層40)を付与する。或いは、電解めっきや無電解メッキなどの手法などの手法により、第1導電膜又は半導体膜の上に、上記サイズの第1粒子(第1粒子層40)を析出させる。
図7は、第2発明の第3の実施形態に係るキャパシタ型蓄電池の一例を示す短尺方向(幅方向)での断面図である。
第2発明の第3の実施形態のキャパシタ型蓄電池は、第2発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池において、更に、第1導電路30及び第2導電路32の外面上に、第2絶縁膜22が連続して設けられ、第2絶縁膜22の外面上に、複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子(「第2粒子」と総称する)を含む第2粒子層42と、第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材12と、をこの順に設けられる。更に図7においては、第2基材12の外側表面には基材シート60が設けられる。基材シート60の設置は任意である。
第2絶縁膜22は、前記第1絶縁膜で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料や形状についても同様である。
なお、図7では、第2絶縁膜22及び第2基材12は平板状のものとして示しているが、このような形状に限定されず、第1導電路30及び第2導電路32による凹凸に沿って設けられていてもよい。
第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材12は、前記第1基材10で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
第2粒子層42は、前記第1粒子層40で説明したものを適用することができ、好適に用いられる材料についても同様である。
なお、第1粒子層40と第1基材10は材料が異なることによりフェルミレベルを変えることでショットキー接合を形成することでエネルギーの熱緩和を防ぐという観点から、第2粒子層42を構成する第2粒子と前記第2基材12とは異なる材質で構成されていることが好ましい。第2粒子層42を構成する第2粒子と第2基材12の具体的な組み合わせは、前述の、第1粒子層40を構成する第1粒子と第1基材10の組み合わせと同様である。
第2発明の第3の実施形態のキャパシタ型蓄電池の製造方法は、上記構成のキャパシタ型蓄電池を形成し得る方法であれば特に限定されるものではない。以下に製造方法の一例について説明する。
この第1導電膜又は半導体膜の上に、マグネトロンスパッタ、DCスパッタ、RFスパッタ、イオンビームスパッタ、蒸着、イオンプレーティング、CVD、溶射などの手法により、上記サイズの第1粒子(第1粒子層40)を付与する。或いは、電界めっきや無電解メッキなどの手法により、第1導電膜又は半導体膜の上に、上記サイズの第1粒子(第1粒子層40)を析出させる。
この第2導電膜又は第2半導体膜12の上に、マグネトロンスパッタ、DCスパッタ、RFスパッタ、イオンビームスパッタ、蒸着、イオンプレーティング、CVD、溶射などの手法により、上記サイズの第2粒子(第2粒子層42)を付与する。或いは、電界めっきや無電解メッキなどの手法により、第2導電膜又は第2半導体膜12の上に、上記サイズの第2粒子(第2粒子層42)を析出させる。
図8は、第2発明の第4の実施形態に係るキャパシタ型蓄電池の一例を示す短尺方向(幅方向)での断面図である。
図8に示すキャパシタ型蓄電池は、第1絶縁膜20の同一面上に、第1導電路30及び第2導電路32を複数交互に設けた点、更に図示しないが複数の第1導電路30が同一の第1端子に接続しており、複数の第2導電路32が同一の第2端子に接続している点を除いて、第2発明の第3の実施形態にかかる蓄電池と同様である。
なお、図8では、第2発明の第3の実施形態のキャパシタ型蓄電池の構成で、第1導電路30及び第2導電路32を複数交互に設けたものを示したが、図5の第2発明の第1の実施形態のキャパシタ型蓄電池の構成や、図6の第2発明の第2の実施形態のキャパシタ型蓄電池の構成で、第1導電路30及び第2導電路32を複数交互に設けたものであってもよい。
図5〜図8に示したキャパシタ型蓄電池はシート状であるが、このシートを長尺方向においてロール状に巻いて使用してもよい。
前記第1基材10の少なくとも一方の面上に、複数個の導電性又は半導性の第1粒子が存在し、前記第1粒子又は第1粒子が複数個集合した第1粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1粒子又は前記第1粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であるものは、キャパシタ型蓄電池用基板として有益である。
前記キャパシタ型蓄電池用基板の少なくとも一方の面上に絶縁膜を有する積層体は、キャパシタ型蓄電池用蓄電層として有益である。このとき、第1基材10上の複数個の第1粒子又は第1粒子集合体の間には、隙間又は絶縁物が存在する。そして、この絶縁膜を上記所定の材料で構成すると共に、厚み10μm以上30μm以下の膜とする。
(1)前記キャパシタ型蓄電池用基板と第1絶縁膜の積層体。
(2)第1絶縁膜、キャパシタ型蓄電池用基板、第2絶縁膜をこの順で積層する積層体。
(3)第1絶縁膜、第2絶縁膜、キャパシタ型蓄電池用基板、第3絶縁膜をこの順で積層する積層体。
(4)第1絶縁膜、第2絶縁膜、キャパシタ型蓄電池用基板、第3絶縁膜、第4絶縁膜をこの順で積層する積層体。
以下、本発明の車両用蓄電システムについて説明する。
図9は、本発明の車両用蓄電システムが備えられた電動車両を示す概略構成図である。
本発明の車両用蓄電システムが備えられた電動車両は、例えば、図9に示すように、蓄電装置111を持つ電源装置110と、駆動モータ120と、車両駆動装置130と、を備えている。
電源装置110は、蓄電装置111とコンバータ112を、インバータ121と配線110Aでそれぞれ並列接続して備えている。また、電源装置110には、蓄電装置111及びコンバータ112に配線110Aで電圧計113が接続されており、電圧計113の検知により制御部115で電源装置110内の総電圧をモニタリングするようにしている。
なお、蓄電装置111は、これを構成する蓄電池に配線(不図示)を介して電圧、充電・放電状態を検知するモニタ114が接続されおり、モニタ114の検知により制御部115で蓄電装置111の電圧、充電・放電状態をモニタリングするようにしている。
車両駆動装置130は、例えば、回転軸120Aに連結される駆動伝達部131(ギア)と、駆動伝達部131に連結される駆動軸132と、駆動軸の端部に連結される車輪133と、で構成されている。
このため、負荷(例えば、エンジンや電子部品:図9示す電動車両では駆動モータ120が相当)を動作させるのに必要な電圧供給が、リチウムイオン電池や電気二重層キャパシタなどよりも少ない電池個数で可能となる。
このため、本発明の車両用蓄電システムにおいては、従来の蓄電システムの如く二次電池と蓄電池(キャパシタ)の併用が不要となると共に、個々の電池電圧監視装置は不要若しくは極端に少なくて済み、その分だけシステム体格や重量が簡素化できる。
このため、本発明の車両用蓄電システムにおいては、蓄電装置111に対する過充電/過放電防止の電圧監視回路が不要となる。
このため、本発明の車両用蓄電システムにおいては、蓄電装置111を構成する各蓄電池監視のための附帯回路が不要となる。
これにより、本発明の車両用蓄電システムを搭載した車両は、例えば、燃費向上、回生電力回収機能向上、加速パワーアシスト機能向上等が実現できる。
そして、この補助発電装置としての燃料電池116は、例えば、蓄電装置111から供給(放電)される電力が負荷(駆動モータ120)の消費電力よりも少ない場合に、蓄電装置111と共に負荷(駆動モータ120)に電力を供給する。
また、本発明の車両用蓄電システムは、駆動源(負荷)且つ発電機として機能する駆動モータ120とは、別途、発電機(駆動源に連結される発電機:例えばオルタネータ)を備えてもよく、この場合には、補助発電装置としての燃料電池116は、例えば、当該発電機(例えばオルタネータ)から発電する電力が負荷の消費する電力よりも少ない場合に、蓄電装置111と共に負荷(駆動モータ120)に電力を供給する。
補助発電装置としては、燃料電池116以外に、例えば、空気・亜鉛電池、空気・リチウム電池、空気・鉄電池、空気・アルミニウム電池等を適用してもよい。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔(第1基材に相当)上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す:第1基材の表面の全面で互いに接触して存在する複数個の第1導電粒子に相当)を、マグネトロンスパッタリングによって膜形成速度を調整し成膜した。
次に、成膜したAgSn微粒子に対して、電子顕微鏡AFMによる観察から、得られた平面画像を用い、画像上の各粒子の最大径を測り、分布曲線を作成して大きい側から累積15%を除いた。その結果、粒子の最大幅が99nmであった。粒子間隔についても電子顕微鏡AFMから、AgSn微粒子がお互いくっつき合って成膜されていた。これを蓄電粒子層(第1粒子層に相当)とした。
次に、長さ2mの銅条2本(第1及び第2導電路に相当)を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが10μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜(第1絶縁膜に相当)を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極(端子)を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。
次に、成膜したAgSn微粒子に対して、電子顕微鏡AFMによる観察から、得られた平面画像を用い、画像上の各粒子の最大径を測り、分布曲線を作成して大きい側から累積15%を除いた。その結果、粒子の最大幅が99nmであった。粒子間隔についても電子顕微鏡AFMから、AgSn微粒子がお互いくっつき合って成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極(端子)を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔(第1基材に相当)上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、AgSn微粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が180nm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均300nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層(第1粒子層に相当)とした。
次に、長さ2mの銅条2本(第1及び第2導電路に相当)を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜(第1絶縁膜に相当)を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、AgSn微粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が180nm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均3000nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒10μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、AgSn微粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が180nm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均3000nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、電解メッキ法を用い銅粒子を析出させて成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、銅粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が10μm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均3000nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒15μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、AgSn微粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が180nm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均300nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。
次に、成膜したAgSn微粒子に対して、電子顕微鏡AFMによる観察から、得られた平面画像を用い、画像上の各粒子の最大径を測り、分布曲線を作成して大きい側から累積15%を除いた。その結果、粒子の最大幅が99nmであった。粒子間隔についても電子顕微鏡AFMから、AgSn微粒子がお互いくっつき合って成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが2.2μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極(端子)を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。
次に、成膜したAgSn微粒子に対して、電子顕微鏡AFMによる観察から、得られた平面画像を用い、画像上の各粒子の最大径を測り、分布曲線を作成して大きい側から累積15%を除いた。その結果、粒子の最大幅が99nmであった。粒粒子間隔についても電子顕微鏡AFMから AgSn微粒子がお互いくっつき合って成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが35μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極(端子)を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。
次に、成膜したAgSn微粒子に対して、電子顕微鏡AFMによる観察から、得られた平面画像を用い、画像上の各粒子の最大径を測り、分布曲線を作成して大きい側から累積15%を除いた。その結果、粒子の最大幅が118nmであった。粒子間隔についても電子顕微鏡AFMから、AgSn微粒子がお互いくっつき合って成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極(端子)を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。
次に、成膜したAgSn微粒子に対して、電子顕微鏡AFMによる観察から、得られた平面画像を用い、画像上の各粒子の最大径を測り、分布曲線を作成して大きい側から累積15%を除いた。その結果、子の最大幅が180nmであった。粒粒子間隔についても電子顕微鏡AFMから、AgSn微粒子がお互いくっつき合って成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極(端子)を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒1μm、厚み25μmのPETフィルム上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、AgSn微粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が180nm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均300nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、AgSn微粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が180nm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均4000nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、AgSn微粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が180nm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均300nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが2.2μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、電解メッキ法を用い銅粒子を析出させ成膜した。電子顕微鏡AFMによる観察から、銅粒子は、粒子又は粒子集合体の最大幅が13μm、粒子又は粒子集合体の間に間隔が存在し、その間隔(距離)が平均300nmで成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが30μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
Rz≒0.66μmに粗化された銅箔上に、銀スズ合金微粒子(以下AgSn微粒子と記す)を、マグネトロンスパッタリングによって成膜した。
次に、成膜したAgSn微粒子に対して、電子顕微鏡AFMによる観察から、得られた平面画像を用い、画像上の各粒子の最大径を測り、分布曲線を作成して大きい側から累積15%を除いた。その結果、粒子の最大幅が99nmであった。粒子間隔についても電子顕微鏡AFMから、AgSn微粒子がお互いくっつき合って成膜されていた。これを蓄電粒子層とした。
次に、長さ2mの銅条2本を1mm間隔で平行に絶縁基板に配置固定して、その上に溶融したポリプロピレンを、冷却後の厚さが5μmになるように薄く製膜して、ポリプロピレンからなる絶縁膜を形成し、これと一体化して銅条の端部に電極(端子)を作製した。
次に、銅箔上に形成した蓄電粒子層と絶縁膜と貼り合せて一体化して、キャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を作製した。
各例で作製したキャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を30個並列に接続してモジュール化し、そのキャパシタモジュールに対して、外部電源から直流100Aを500Vになるまで与えて充電した。その充電状態で10分保持させた後に、100Aで1Vまで放電させて、各々の電気容量計測値からエネルギー量[Wh]を算出した。
このモジュール化したキャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)を、蓄電装置として、図9に示す電気車両(車両用蓄電システム)と同じ構成の評価用蓄電システムに組み入れた時の総重量を計測し、蓄電システムに対するエネルギー密度[Wh/kg]を求めた。
なお、車両を搭載に必要な放電エネルギー密度は、本評価システムにおいて最低限20Wh/kg必要である。
なお、必要な充放電効率は、95%以上である。
これにより、本実施例で作製したキャパシタ型蓄電池(プラズモニックキャパシタ)は、静電容量が高く、長時間放置後も充放電効率の高いと共に、耐圧性に優れたキャパシタ型蓄電池であることがわかる。そして、これを利用すれば、小型で軽量な車両用蓄電システムが実現できることがわかる。
12 第2基材
20 第1絶縁膜
22 第2絶縁膜
30 第1導電路
32 第2導電路
40 第1粒子層
42 第2粒子層
50 第1積層膜
60 基材シート
110 電源装置
110A 配線
111 蓄電装置
111A〜111 蓄電電池
112 コンバータ
113 電圧計
114 モニタ
115 制御部
116A リレースイッチ
116 燃料電池
117 高圧補機
120 駆動モータ
120A 回転軸
121 インバータ
130 車両駆動装置
131 駆動伝達部
132 駆動軸
133 車輪
Claims (35)
- 複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子が互いに接触して形成してなる第1粒子層と、
前記第1粒子層の一方の面上に第1絶縁膜と、
前記第1粒子層の他方の面上に第2絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上で長尺方向に延在する第1導電路と、
前記第2絶縁膜上で長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路 と、を有し、
前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であり、
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜のうち少なくとも一方が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であり、
前記第1粒子層が2層からなり、該2層の第1粒子層の間に導電膜又は半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である第1基材を有するキャパシタ型蓄電池。 - 前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜の比誘電率が異なる請求項1に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子が互いに接触して形成してなる第1粒子層と、第1絶縁膜と、を積層する第1積層膜と、
前記第1積層膜の第1絶縁膜上で該第1積層膜の長尺方向に延在する第1導電路と、
前記第1積層膜の第1絶縁膜上で該第1積層膜の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を有し、
前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であり、
前記第1絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であり、
更に、前記第1粒子層の外面上に、第1導電膜又は第1半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である第1基材を備えるキャパシタ型蓄電池。 - 更に、前記第1導電路及び前記第2導電路の外面上に連続して設けられた第2絶縁膜と、該第2絶縁膜の外面上に複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子が互いに接触して形成してなる第2粒子層と、を有し、
前記複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満であり、
前記第2絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜である請求項3に記載のキャパシタ型蓄電池。 - 更に、前記第2粒子層の外面上に、第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材を備える請求項3又は請求項4に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第1導電粒子が、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一つの元素、前記群より選択される少なくとも二種の元素で構成される合金若しくは共析物、又は前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族から14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物を含む請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第2導電粒子が、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一つの元素、前記群より選択される少なくとも二種の元素で構成される合金若しくは共析物、又は前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族から14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物を含む請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第1半導体粒子が、ニッケルナイトライド、アナターゼ構造のチタン酸化物、酸化錫混入の酸化インジウム、酸化錫、ジルコニウム酸化物、ガリウムナイトライド、アルミニウムナイトライド、シリコン、及びカーボンからなる群より選択される少なくとも一種の化合物を含有する請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第2半導体粒子が、ニッケルナイトライド、アナターゼ構造のチタン酸化物、酸化錫混入の酸化インジウム、酸化錫、ジルコニウム酸化物、ガリウムナイトライド、アルミニウムナイトライド、シリコン、及びカーボンからなる群より選択される少なくとも一種の化合物を含有する請求項4〜請求項8のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 常温で不純物準位から50%以上の励起電子が発生するよう、前記化合物にn型またはp型の遷移金属、希土類金属又は非磁性金属をドープしてなる請求項8又は請求項9に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子の周囲が、誘電体で充填されてなる請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子の周囲が、誘電体で充填されてなる請求項4〜請求項11のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第1絶縁膜の同一面上に、複数列の前記第1導電路及び前記第2導電路を備える請求項3〜請求項12のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記複数列の第1導電路に接続する第1端子と、
前記複数列の第2導電路に接続する第2端子と、
を備え、
前記第1端子及び前記第2端子は、前記第1導電路及び前記第2導電路から離れるに従って幅が狭くなる部分を有しており、この部分において、前記第1導電路と同一方向に延伸する2辺は、互いになす角度が30°以下である請求項13に記載のキャパシタ型蓄電池。 - 前記第2基材の表面粗さRz(μm)が、1≦Rz≦10である請求項5〜請求項14のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 複数個の導電粒子又は半導体粒子が互いに接触して形成してなる粒子層を有し、前記複数個の導電粒子又は半導体粒子の最大幅であって、平面面積による粒度分布において平面面積の大きい側から累積15%を除いた小さい側から累積85%までの粒子の最大幅が100nm未満である、キャパシタ型蓄電池用基板と、
前記キャパシタ型蓄電池用基板の少なくとも一方の面上に設けた絶縁膜と、
を有し、
前記絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であり、
前記粒子層が2層以上からなり、該2層の粒子層の間に導電膜又は半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である基材を有するキャパシタ型蓄電池用蓄電層。 - 第1導電膜又は第1半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である第1基材と、前記第1基材の少なくとも一方の面に複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子を含む第1粒子層と、を有する第1積層型基材と、
前記第1積層型基材の一方の面に第1絶縁膜と、
前記第1積層型基材の他方の面に第2絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上で該第1積層型基材の長尺方向に延在する第1導電路と、
前記第2絶縁膜上で該第1積層型基材の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を備え、
前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又はこれら粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であり、
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜のうち、前記第1粒子層が設けられている側の前記第1積層型基材の面に設けられる絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であるキャパシタ型蓄電池。 - 第1導電膜又は第1半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が1≦Rz≦10である第1基材、複数個の第1導電粒子又は第1半導体粒子を含む第1粒子層、及び第1絶縁膜、をこの順に積層した第1積層膜と、
前記第1積層膜の第1絶縁膜上で前記第1積層膜の長尺方向に延在する第1導電路と、
前記第1積層膜の第1絶縁膜上で前記第1積層膜の長尺方向に延在し、前記第1導電路に平行に設けられた第2導電路と、を備え、
前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又はこれら粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であり、
前記第1絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であるキャパシタ型蓄電池。 - 更に、前記第1導電路及び前記第2導電路の外面上に連続した第2絶縁膜が設けられ、
前記第2絶縁膜の外面上に、複数個の第2導電粒子又は第2半導体粒子を含む第2粒子層と、第2導電膜又は第2半導体膜からなる第2基材と、をこの順に備え、
前記第2導電粒子若しくは前記第2半導体粒子又はこれら粒子が複数個集合した粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第2導電粒子若しくは前記第2半導体粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、前記第2導電粒子若しくは前記第2半導体粒子又は前記粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であり、
前記第2絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜である請求項18に記載のキャパシタ型蓄電池。 - 前記第1導電粒子若しくは前記第1半導体粒子又は前記粒子集合体の最大幅が、100nm未満である請求項17〜請求項19のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第2導電粒子若しくは前記第2半導体粒子又は前記粒子集合体の最大幅が、100nm未満である請求項19に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第1基材と前記第1粒子層を構成する第1導電粒子又は第1半導体粒子とが、異なる材質である請求項17〜請求項21のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第2基材と第2粒子層を構成する第2導電粒子又は第2半導体粒子とが、異なる材質である請求項19〜請求項22のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第2基材の表面粗さRz(μm)が、1≦Rz≦10である請求項19〜請求項23のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第1導電膜及び第1導電粒子が、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一つの元素、前記群より選択される少なくとも二種の元素で構成される合金若しくは共析物、又は前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族〜14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物、を含有する請求項17〜請求項24のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第2導電膜及び第2導電粒子が、Fe、Al、Co、Cr、Ni、Ag、Mg、Cu、Sn、Au、Pt、Pd、In、Ti、Ta及びCからなる群より選択される少なくとも一つの元素、前記群より選択される少なくとも二種の元素で構成される合金若しくは共析物、又は前記群より選択される少なくとも一つの元素を含み更に周期律表の3族〜14族からなる群より選択される少なくとも一つの元素を含んで構成される合金若しくは共析物、を含有する請求項19〜請求項25のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第1半導体膜及び第1半導体粒子が、ニッケルナイトライド、アナターゼ構造のチタン酸化物、酸化錫混入の酸化インジウム、酸化錫、ジルコニウム酸化物、ガリウムナイトライド、アルミニウムナイトライド、シリコン及びカーボンからなる群より選択される少なくとも一種の化合物を含有する請求項17〜請求項26のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第2半導体膜及び第2半導体粒子が、ニッケルナイトライド、アナターゼ構造のチタン酸化物、酸化錫混入の酸化インジウム、酸化錫、ジルコニウム酸化物、ガリウムナイトライド、アルミニウムナイトライド、シリコン及びカーボンからなる群より選択される少なくとも一種の化合物を含有する請求項19〜請求項27のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 常温で不純物準位から50%以上の励起電子が発生するよう、前記化合物にn型又はp型の遷移金属、希土類金属又は非磁性金属をドープしてなる請求項27又は請求項28に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記第1絶縁膜の同一面上に、複数列の前記第1導電路及び前記第2導電路を備える請求項18〜29のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池。
- 前記複数列の第1導電路に接続する第1端子と、
前記複数列の第2導電路に接続する第2端子と、
を備え、
前記第1端子及び前記第2端子は、前記第1導電路及び前記第2導電路から離れるに従って幅が狭くなる部分を有しており、この部分において、前記第1導電路と同一方向に延伸する2辺は、互いになす角度が30°以下である請求項30に記載のキャパシタ型蓄電池。 - 第1導電膜又は第1半導体膜からなり且つ表面粗さRz(μm)が、1≦Rz≦10である第1基材の少なくとも一方の面上に、複数個の導電性又は半導性の第1粒子が存在し、前記第1粒子又は第1粒子が複数個集合した第1粒子集合体の最大幅が10μm以下であり、前記第1粒子又は前記第1粒子集合体の間の距離が30nm以上3000nm以下であるキャパシタ型蓄電池用基板と、
前記キャパシタ型蓄電池用基板の少なくとも一方の面上に絶縁膜と、
を有し、
前記第1粒子又は前記粒子集合体の間に隙間又は絶縁物が存在し、
前記絶縁膜が、無アルカリガラス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタールから選択される少なくとも1種を含んで構成され、厚さ10μm以上30μm以下の膜であるキャパシタ型蓄電池用蓄電層。 - 電力を発生する発電機と、
負荷に供給する電源線に接続され、前記発電機が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を前記負荷に供給する蓄電装置であって、請求項1〜32のいずれか1項に記載のキャパシタ型蓄電池からなる蓄電装置と、
を備える車両用蓄電システム。 - 前記電源線に接続され、前記蓄電装置と共に前記負荷に電力を供給する補助発電装置をさらに備える請求項33に記載の車両用蓄電システム。
- 前記補助発電装置が、燃料電池、空気・亜鉛電池、空気・リチウム電池、空気・鉄電池、空気・アルミニウム電池から選択される少なくとも一つからなる請求項34に記載の車両用蓄電システム。
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