JP5924731B2 - 電気化学キャパシタ用電解質、電気化学キャパシタおよび電気機器 - Google Patents
電気化学キャパシタ用電解質、電気化学キャパシタおよび電気機器 Download PDFInfo
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Description
本発明の電気化学キャパシタについて説明する。電気化学キャパシタは、基本的な構成として、正極および負極を備え、正極と負極との間に電解液を含んでいる。なお、電気化学キャパシタは、電気二重層キャパシタと同義である。以下、電気化学キャパシタの各構成部材について説明する。
電気化学キャパシタ用電極は、一般的に、活物質、導電助剤およびバインダーを含む塗工液を乾燥することにより得られる。塗工液に含まれる各材料について説明する。
本発明に係る電気化学キャパシタ用電解質(以下、適宜「電解質」と略す)は、バクテリアセルロースおよびイオン液体を含むものである。パルプなどから得られる一般的なセルロースと異なり、バクテリアセルロースはイオン液体を含有させることが可能なホストポリマーとして機能する。この電解質はゲル状であり、強度が高いため、圧縮しても電解質が千切れるなどの破損が生じ難く、容易に薄膜化できる。また、ゲル状であるため、漏液し難く、また、イオン液体を含むため、燃え難い。さらに、正極と負極との短絡を防止するためのセパレーターが不要であり、バクテリアセルロースは安価で入手可能であるので、コスト面にも優れている。さらには、電極と電解質との間の界面における抵抗を減少させることができ、高い放電容量を発現させることができる。
である。なお、ヘテロ多糖の場合におけるセルロース以外の構成成分は、マンノース、フラクトース、ガラクトース、キシロース、アラビノース、ラムノース、グルクロン酸などの6炭糖、5炭糖および有機酸などである。
イオン液体におけるEMImBF4の含有率(%)=
イオン液体中のEMImBF4のモル数/イオン液体中のアニオンの総モル数×100
<電気化学キャパシタの形状>
本発明の電気化学キャパシタは、シート型、円筒型、コイン型、角型、その他任意の形状に形成することができ、基本構成は形状によらず同じであり、目的に応じて設計変更して実施することができる。
本発明の電気化学キャパシタはサイクル耐久性および出力特性に優れており、各種電気機器に電源または蓄電デバイスとして備えられる。このため、上記電気化学キャパシタを備える電気機器の性能も優れており、従来の電気機器に比較して優位性がある。
二極式ハーフセルに対して、作動電圧が0〜2.5V、電流密度が2.5〜100mAcm−2の条件にて定電流充放電試験を行った。
二極式セルに対して、開回路電圧にて、交流電位振幅10mV、交流周波数範囲50kHz〜10mHzの条件において、交流インピーダンスを測定した。X軸に実数のインピーダンス(Z’)、Y軸に虚数のインピーダンス(Z”)をとったNyquistプロット(Cole−Coleプロット)で結果を示す。
以下の手法により、本発明の電気化学キャパシタに係る二極式ハーフセルを作製した。二極式セルの材料としては、以下の材料を使用した。
電解質 :EMImBF4含有バクテリアセルロース
集電体 :エッチドアルミ箔
電解質の作製手順について説明する。グルコース溶液に酢酸菌を混合して、30℃の環境下で酢酸菌を培養した。グルコース溶液の組成比は以下の通りである。
グルコース水溶液:グルコース 2重量/体積%(w/v%)、Bactopeptone 0.5重量/体積%、酵母エキス 0.5重量/体積%、クエン酸 0.115重量/体積%、Na2HPO4 0.27重量/体積%
2日後、バクテリアセルロースが生産されており、バクテリアセルロースを1M NaOHに浸漬し、さらに95℃の湯浴中で3時間滅菌処理を行った。滅菌処理後の混合物を蒸留水で洗浄して、不純物を除去し、膜状のバクテリアセルロースを得た。なお、培養期間を2日から、3日または7日に変更して同様にバクテリアセルロースを得た。3種類のバクテリアセルロースを平板およびおもしによって圧縮処理をしながら、所定時間、大気開放下にて放置した。
電解質に代えて、セパレーターおよび電解液としてEMImBF4を使用した以外は、実施例1と同様にして2極式ハーフセルを作製した。すなわち、比較例1では、電解質を作製せず、シート電極を両側に配置し、シート電極間にセパレータを配置すると共に電解液を注入して電気化学キャパタである2極式ハーフセルを作製した。
本発明に係る電解質との比較のため、キトサンをホストポリマーとする電解質を作製した。まず、酢酸濃度が2重量%の酢酸水溶液100mlに、2gのキトサン粉末(FH80・甲陽ケミカル株式会社)を溶解させて、キトサン濃度が2重量%のキトサンの酢酸水溶液を得た。
図2は、実施例1および比較例1で作製した二極式ハーフセルの定電流充放電試験の結果を示すグラフである。同図に示すように、実施例1の二極式ハーフセルは、比較例1と比べて、より高い放電容量を示しており、イオン液体およびセパレータを備えた従来構成
に係る二極式セル以上の性能を裏付けている。
実施例1の電解質は100μmに薄膜化されたものであるため、実施例1の二極式ハーフセルは薄膜化されたものである。この二極式ハーフセルは、図1にて示したように、高い放電容量を示し、薄膜化された電解質が機能していることが明らかであるから、本発明における目的が達成されたといえる。上記電解質は、ゲル状、かつ、イオン液体を含有しているため難燃性であり、安全性に優れている点でも優れている。
図3(a)は実施例1および比較例1で作製した二極式ハーフセルの交流インピーダンス試験の結果を示すグラフである。図3(b)は、交流インピーダンス試験の初期の結果を示すグラフである。
Claims (4)
- バクテリアセルロースおよびイオン液体を含み、ゲル状であることを特徴とする電気化学キャパシタ用電解質。
- 上記イオン液体が、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレートであることを特徴とする請求項1に記載の電気化学キャパシタ用電解質。
- 請求項1または2に記載の電気化学キャパシタ用電解質を含むことを特徴とする電気化学キャパシタ。
- 請求項3に記載の電気化学キャパシタを備える電気機器。
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