JP6442681B2 - Manufacturing method of electric double layer capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、分極性電極に活性炭を用いた電気二重層キャパシタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electric double layer capacitor using activated carbon as a polarizable electrode.
電解液が導体に接すると、電解液と導体の界面にプラス電荷の層とマイナス電荷の層とからなる電気二重層が形成される。この現象を利用して電気エネルギーを蓄えるものが電気二重層キャパシタである。 When the electrolytic solution contacts the conductor, an electric double layer composed of a positively charged layer and a negatively charged layer is formed at the interface between the electrolytic solution and the conductor. An electric double layer capacitor stores electric energy by utilizing this phenomenon.
この電気二重層キャパシタは、急速充電が可能であるとともに、従前の二次電池と比較して充放電を繰返しても劣化することが殆どないという優れた特性を有する一方で、リチウム電池等の二次電池と比較して蓄えられるエネルギー容量が小さいという欠点を有している。 This electric double layer capacitor is capable of rapid charging and has an excellent characteristic that it hardly deteriorates even after repeated charging and discharging as compared with a conventional secondary battery. There is a drawback that the energy capacity stored is smaller than that of the secondary battery.
これに対し、近年、表面積の大きい活性炭を分極性電極として利用し、電極と電解液との接触面積を大きくすることにより、静電容量の大容量化を図った特許文献１に示す電気二重層キャパシタ及びその製造方法が公知となっている。 On the other hand, in recent years, the electric double layer shown in Patent Document 1 that uses activated carbon having a large surface area as a polarizable electrode and increases the contact area between the electrode and the electrolyte to increase the capacitance. Capacitors and their manufacturing methods are known.
しかし、上記文献の電気二重層キャパシタは、分極性電極がシート状の繊維物質を炭化処理及び賦活処理することによって手作業で製造されているため、製造される電気二重層キャパシタの静電容量の大きさが安定しないという課題があった。 However, in the electric double layer capacitor of the above document, the polarizable electrode is manufactured manually by carbonizing and activating the sheet-like fiber material. There was a problem that the size was not stable.
本発明は、一対の集電極と、該一対の集電極間に配置された分極性電極と、一対の分極性電極同士を絶縁させるセパレータと、分極性電極が浸漬されるように前記一対の集電極間に介在された電解液とを含む電気二重層キャパシタの製造方法において、所望の静電容量に調整可能な電気二重層キャパシタの製造方法を提供することを課題としている。 The present invention includes a pair of collector electrodes, a polarizable electrode disposed between the pair of collector electrodes, a separator that insulates the pair of polarizable electrodes, and the pair of collector electrodes so that the polarizable electrodes are immersed therein. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electric double layer capacitor that can be adjusted to a desired capacitance, in a method for manufacturing an electric double layer capacitor including an electrolyte interposed between electrodes.
上記課題を解決するために本発明は、第１に、一対の集電極６と、該一対の集電極６間に配置された分極性電極８と、一対の分極性電極８同士を絶縁させるセパレータ７と、分極性電極８が浸漬されるように前記一対の集電極６間に介在された電解液１２とを含む電気二重層キャパシタの製造方法であって、シート状の繊維物質を、炭化処理した後に賦活処理してシート状活性炭８ａを製造する活性炭製造工程と、該シート状活性炭８ａを１枚又は複数枚重ねて用いて分極性電極８を形成することにより製造される電気二重層キャパシタが予め定めた所定の静電容量となるように調整する調整工程と、一対の集電極６、上記調整工程によって静電容量が調整されたシート状活性炭８ａによって構成された一対の分極性電極８、セパレータ７及び電解液１２をパッケージ化して電気二重層キャパシタを組立てる組立工程とを有し、前記調整工程では、分極性電極８に用いるシート状活性炭８ａの枚数を調整することにより、製造される電気二重層キャパシタの上記静電容量を調整し、前記調整工程では、複数あるシート状活性炭８ａをシャッフルしたものから選択して積層することにより、前記分極性電極８を作成することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention firstly provides a pair of collector electrodes 6, a polarizable electrode 8 disposed between the pair of collector electrodes 6, and a separator that insulates the pair of polarizable electrodes 8 from each other. 7 and an electrolytic solution 12 interposed between the pair of collector electrodes 6 so that the polarizable electrode 8 is immersed, wherein the sheet-like fiber material is carbonized. An activated carbon production process for producing a sheet-like activated carbon 8a by activation treatment, and an electric double layer capacitor produced by forming the polarizable electrode 8 using one or more sheets of the sheet-like activated carbon 8a. A pair of polarizable electrodes 8 constituted by an adjustment process for adjusting to a predetermined capacitance, a pair of collector electrodes 6, and a sheet-like activated carbon 8a having a capacitance adjusted by the adjustment process; Separator 7 The electrolyte solution 12 and package possess the assembly process for assembling the electric double layer capacitor, wherein in the adjustment step, by adjusting the number of sheet-like activated carbon 8a used for the polarizable electrode 8, the electric double layer capacitor to be manufactured In the adjusting step, the polarizable electrode 8 is prepared by selecting and laminating a plurality of sheet-like activated carbons 8a that are shuffled .
第２に、前記調整工程では、各分極性電極（８）のシート状活性炭の積層枚数を３０枚以内にするとともに、各分極性電極（８）のシート状活性炭の積層厚さを積層枚数によって１５ｍｍ以下の範囲に調整することにより、電気二重層キャパシタの充電時間を３０分以内に抑えることを特徴としている。 Second, in the adjusting step, the number of sheet-like activated carbons stacked on each polarizable electrode (8) is set to 30 or less, and the thickness of the sheet-like activated carbon on each polarizable electrode (8) is determined by the number of stacked sheets. By adjusting to a range of 15 mm or less, the charging time of the electric double layer capacitor is suppressed within 30 minutes .
第３に、前記組立工程では、組立状態で、シート状活性炭８ａ同士、或いはシート状活性炭８ａと集電極６とを密着させる側に押圧力を作用させるようにして、パッケージング及び組立を行うことを特徴としている。 Third, in the assembly step, packaging and assembly are performed in such an assembly state that a pressing force is applied to the side where the sheet-like activated carbon 8a or the sheet-like activated carbon 8a and the collector electrode 6 are brought into close contact with each other. It is characterized by.
第４に、上記押圧力を、２０ｋＰａ以上に設定したことを特徴としている。 Fourth, the pressing force is set to 20 kPa or more.
第５に、前記組立工程によって組立てた電気二重層キャパシタである組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認する確認工程を備え、該確認工程の結果、前記組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致していない場合には、再度、調整工程を実行することを特徴としている。 Fifth, the method includes a confirmation step of confirming whether or not the capacitance of the assembly capacitor that is the electric double layer capacitor assembled by the assembly step matches or substantially matches the predetermined capacitance. As a result of the confirmation step, when the capacitance of the assembly capacitor matches or does not substantially match the predetermined capacitance, the adjustment step is executed again.
第６に、前記確認工程では、上記予め定めた所定の静電容量を有するキャパシタである基準キャパシタを、上記組立てた電気二重層キャパシタと直列に電気的に接続した状態で電圧を印加し、基準キャパシタにかかる電圧と、組立キャパシタにかかる電圧とが一致するか否かによって、組立キャパシタが上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認することを特徴としている。 Sixth, in the confirmation step, a voltage is applied in a state in which a reference capacitor, which is a capacitor having a predetermined capacitance, is electrically connected in series with the assembled electric double layer capacitor, It is characterized in that whether or not the assembled capacitor matches or substantially matches the predetermined capacitance is determined based on whether or not the voltage applied to the capacitor matches the voltage applied to the assembled capacitor. .
上記構成によれば、シート状の繊維物質から得られるシート状活性炭を１枚又は複数枚重ねて形成される分極性電極は、シート状活性炭の積層枚数を調整することによって、電気二重層キャパシタの静電容量を所定の値に設定できる。 According to the said structure, the polarizable electrode formed by laminating | stacking the sheet-like activated carbon obtained from a sheet-like fiber substance by 1 sheet or several sheets adjusts the lamination | stacking number of sheet-like activated carbon, The capacitance can be set to a predetermined value.
また、分極性電極８に用いる複数のシート状活性炭８ａから、予め定めた複数枚のシート状活性炭８ａをランダムに選択することにより、製造される電気二重層キャパシタの上記静電容量を調整する物によれば、製造された複数の電気二重層キャパシタの静電容量のバラつきを抑制できる。 Moreover, the thing which adjusts the said electrostatic capacitance of the electric double layer capacitor manufactured by selecting a plurality of predetermined sheet-like activated carbon 8a at random from the some sheet-like activated carbon 8a used for the polarizable electrode 8 According to this, it is possible to suppress variations in the capacitance of the manufactured plurality of electric double layer capacitors.
また、前記組立工程では、組立状態で、シート状活性炭同士、或いはシート状活性炭と集電極とを密着させる側に押圧力を作用させるようにして、パッケージング及び組立を行い、上記押圧力を、２０ｋＰａ以上に設定したものによれば、活性炭同士が密着することで、内部抵抗が効率的に低減されて安定した電気二重層キャパシタを製造できる。 Further, in the assembly step, in the assembled state, packaging and assembly are performed by applying a pressing force to the side where the sheet-like activated carbons or the sheet-like activated carbon and the collecting electrode are brought into close contact with each other. According to what was set to 20 kPa or more, activated carbon closely_contact | adheres, internal resistance can be reduced efficiently and the stable electrical double layer capacitor can be manufactured.
また、前記調整工程では、各分極性電極８のシート状活性炭の積層厚さを積層枚数によって１５ｍｍ以下の範囲に調整するものによれば、シート状活性炭の積層枚数と充電完了にまでかかる時間との関係が効率的な範囲に収まるように構成される。 Further, in the adjustment step, according to the adjustment of the lamination thickness of the sheet-like activated carbon of each polarizable electrode 8 to the range of 15 mm or less depending on the number of laminations, the number of laminations of the sheet-like activated carbon and the time taken to complete charging It is configured so that the relationship is within an efficient range.
なお、前記組立工程によって組立てた電気二重層キャパシタである組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認する確認工程を備え、該確認工程の結果、前記組立キャパシタの静電容量が上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致していない場合には、再度、調整工程を実行するものによれば、静電容量をより安定して設定した値に近づけることができる。 And a confirmation step for confirming whether or not the capacitance of the assembly capacitor, which is an electric double layer capacitor assembled by the assembly step, matches or substantially matches the predetermined capacitance. As a result of the process, if the capacitance of the assembly capacitor does not match or substantially does not match the predetermined capacitance, the adjustment process is performed again. It can be brought close to the set value stably.
また、前記確認工程では、上記予め定めた所定の静電容量を有するキャパシタである基準キャパシタを、上記組立てた電気二重層キャパシタと直列に電気的に接続した状態で電圧を印加し、基準キャパシタにかかる電圧と、組立キャパシタにかかる電圧とが一致するか否かによって、組立キャパシタが上記予め定めた所定の静電容量と一致又は略一致しているか否かを確認するものによれば、静電容量の調整作業を容易に行うことができる。 In the confirmation step, a voltage is applied to the reference capacitor in a state where the reference capacitor, which is a capacitor having a predetermined capacitance, is electrically connected in series with the assembled electric double layer capacitor. According to what confirms whether or not the assembled capacitor matches or substantially matches the predetermined capacitance, depending on whether or not the voltage applied to the assembled capacitor matches the electrostatic capacitance. The capacity can be easily adjusted.
本願発明者らは、鋭意検討の結果、シート状の繊維物質から得られるシート状活性炭８ａを１又は複数枚重ねて形成される分極性電極８を用いた電気二重層キャパシタは、シート状活性炭８ａの面積及び積層枚数を調整することによって、電気二重層キャパシタの静電容量を調整できることを見出し、これを発明した。 As a result of intensive studies, the inventors of the present application have found that an electric double layer capacitor using a polarizable electrode 8 formed by stacking one or more sheet-like activated carbons 8a obtained from a sheet-like fiber material is a sheet-like activated carbon 8a. It was found that the capacitance of the electric double layer capacitor can be adjusted by adjusting the area and the number of laminated layers.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明により製造された電気二重層キャパシタをユニット化することにより形成されたキャパシタユニットの正面図である。キャパシタユニット１は、厚板状に形成された複数の電気二重層キャパシタ２と、該複数の電気二重層キャパシタ２を厚み方向に重ねた状態で、該重ね合わせ方向両端側から挟持する一対の挟持プレート３，３と、該挟持プレート３，３同士を連結する複数の連結ボルト４とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a front view of a capacitor unit formed by unitizing an electric double layer capacitor manufactured according to the present invention. The capacitor unit 1 includes a plurality of electric double layer capacitors 2 formed in a thick plate shape, and a pair of holding members that are sandwiched from both ends in the overlapping direction in a state where the plurality of electric double layer capacitors 2 are stacked in the thickness direction. Plates 3 and 3 and a plurality of connecting bolts 4 for connecting the holding plates 3 and 3 to each other are provided.
連結ボルト４は、挟持プレート３間において、電気二重層キャパシタ２を避けるようにして挟持プレート３の周端側に複数配置されている。各連結ボルト４は、一方の挟持プレート３から他方の挟持プレート３に挿通されており、該他方の挟持プレート３から突出した連結ボルト４の先端部に連結ナットをネジ係合されて締付けることにより、挟持プレート３間の電気二重層キャパシタ２が互いに押圧・密着された状態で、締付固定される。 A plurality of connecting bolts 4 are arranged between the clamping plates 3 on the peripheral end side of the clamping plate 3 so as to avoid the electric double layer capacitor 2. Each connecting bolt 4 is inserted from one holding plate 3 into the other holding plate 3, and a connecting nut is screwed to the tip of the connecting bolt 4 protruding from the other holding plate 3 and tightened. The electric double layer capacitor 2 between the clamping plates 3 is clamped and fixed in a state where the capacitors are pressed and adhered to each other.
この複数の電気二重層キャパシタ２は、後述するように隣接するもの同士が互いに直列接続されるとともに、両端側の電気二重層キャパシタ２を介して、電気の充放電が行われる。以下、電気二重層キャパシタ２の構成について説明する。 As will be described later, adjacent ones of the plurality of electric double layer capacitors 2 are connected in series with each other, and charging / discharging of electricity is performed via the electric double layer capacitors 2 on both ends. Hereinafter, the configuration of the electric double layer capacitor 2 will be described.
図２（Ａ）は、電極部の構成を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、電気二重層キャパシタの構成を示すモデル図である。電気二重層キャパシタ２は、平行な状態で対向する板状の一対の集電極６，６と、この２つの集電極６，６間のスペースを仕切る方形シート状のセパレータ７と、各集電極６とセパレータ７との間に充填状態で介挿された分極性電極８と、一対の集電極間６，６に介在するように各分極性電極８に含浸された電解液１２と、各種部材を収容する収容体９と、各集電極６，６に取付けられたプレート状の接続端子１１とから構成されている。 FIG. 2A is a perspective view showing the configuration of the electrode section, and FIG. 2B is a model diagram showing the configuration of the electric double layer capacitor. The electric double layer capacitor 2 includes a pair of plate-like collector electrodes 6, 6 that face each other in parallel, a rectangular sheet-like separator 7 that partitions the space between the two collector electrodes 6, 6, and each collector electrode 6. A polarizable electrode 8 interposed between the separator 7 and the separator 7; an electrolyte 12 impregnated in each polarizable electrode 8 so as to be interposed between the pair of collector electrodes 6; It is comprised from the accommodating body 9 to accommodate, and the plate-shaped connection terminal 11 attached to each collector electrode 6 and 6. FIG.
上記集電極６は、上下方向が長手方向となる方形板状に成形され、少なくとも分極性電極８と接する側の面（内面）を、導体によって構成する必要があるが、本例では全体が導体で構成されている。導体として用いる金属は、例えば、ニッケル、コバルト、鉄、銀、金又は白金であり、これらの組合せであってもよいが、本例では、この中でも、コスト面を考慮して、鉄を集電極６用の導体として用いている。なお、樹脂シートの表面に、導体層をコーティングすることにより集電極６を構成してもよく、具体的には、樹脂シートの表面に金属膜をメッキする。 The collector electrode 6 is formed in a rectangular plate shape whose vertical direction is the longitudinal direction, and at least the surface (inner surface) on the side in contact with the polarizable electrode 8 needs to be constituted by a conductor. It consists of The metal used as the conductor is, for example, nickel, cobalt, iron, silver, gold, or platinum, and may be a combination thereof. In this example, iron is a collector electrode in consideration of cost. It is used as a conductor for 6. In addition, you may comprise the collector electrode 6 by coating the surface of a resin sheet with a conductor layer, and specifically, a metal film is plated on the surface of a resin sheet.
上記電解液１２は、水系の電解液を用いる場合には、濃度が１０〜４０重量％の水酸化カリウム水溶液か、或いは濃度が１０〜３０重量％の水酸化ナトリウム水溶液か、炭酸カリウム水溶液等を用いる。ちなみに、強アルカリとなる電解液は、塩酸等によって容易に中和処理できるため、使用後も安全に廃棄することができ、環境負荷も少ない。なお、電解液として、有機系の電解液を用いても良い。 In the case of using an aqueous electrolyte, the electrolyte 12 is a potassium hydroxide aqueous solution having a concentration of 10 to 40% by weight, a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 10 to 30% by weight, or a potassium carbonate aqueous solution. Use. By the way, the electrolytic solution that becomes a strong alkali can be easily neutralized with hydrochloric acid or the like, so that it can be safely discarded after use, and the environmental load is small. Note that an organic electrolytic solution may be used as the electrolytic solution.
上記分極性電極８は、後述する活性炭製造工程によって製造されるシート状活性炭８ａを複数重ね合せることにより構成される。 The polarizable electrode 8 is constituted by stacking a plurality of sheet-like activated carbons 8a produced by an activated carbon production process described later.
上記セパレータ７は、一方の分極性電極８及び集電極６と、他方の分極性電極８及び集電極６との接触（特に集電極９，９間の接触）を防止する耐アルカリ性の絶縁シートであり、集電極６，６間のイオンの流通及び分極性電極８，８間のイオンの流通を妨げないように構成されている。具体的には、液体が含浸させた際に収縮し難い耐アルカリ性のろ紙や、耐水処理を施したセルロース繊維やポリビニルアルコール繊維からなるセパレータ７を用いる。 The separator 7 is an alkali-resistant insulating sheet that prevents contact between one polarizable electrode 8 and collector electrode 6 and the other polarizable electrode 8 and collector electrode 6 (particularly contact between collector electrodes 9 and 9). In other words, the flow of ions between the collector electrodes 6 and 6 and the flow of ions between the polarizable electrodes 8 and 8 are not hindered. Specifically, a separator 7 made of an alkali-resistant filter paper that does not easily shrink when impregnated with a liquid, or a cellulose fiber or polyvinyl alcohol fiber that has been subjected to water resistance treatment is used.
上記接続端子１１は、一対の集電極６，６の外面側に各別に設けられた方形板状部材であり、自身の長手方向が集電極６方向に向けられた状態で、該集電極６に設置されている。具体的には、接続端子１１が、導体（さらに具体的には金属）で構成され、図示する例では、集電極６と同一の金属である鉄によって構成されている。 The connection terminal 11 is a rectangular plate-like member separately provided on the outer surface side of the pair of collector electrodes 6, 6, and is connected to the collector electrode 6 in a state where its longitudinal direction is directed toward the collector electrode 6. is set up. Specifically, the connection terminal 11 is composed of a conductor (more specifically, metal), and in the illustrated example, is composed of iron which is the same metal as the collector electrode 6.
各接続端子１１の下半部は、集電極６の外面上部に密着している一方で、接続端子１１の上半部は、集電極６の上端よりも上方に延出されている。この接続端子１１を介して、図示する電気二重層キャパシタ１の充填及び放電を行う。これ加えて、一方の接続端子１１は、集電極６の幅方向一方寄りに配置されるとともに、他方の接続端子１１は、集電極６の幅方向他方寄りに配置されている。 The lower half of each connection terminal 11 is in close contact with the upper part of the outer surface of the collector electrode 6, while the upper half of the connection terminal 11 extends upward from the upper end of the collector electrode 6. The electric double layer capacitor 1 shown in the figure is charged and discharged through the connection terminal 11. In addition, one connection terminal 11 is disposed closer to one side in the width direction of the collector electrode 6, and the other connection terminal 11 is disposed closer to the other side in the width direction of the collector electrode 6.
上記収容体９は、フレキシブルに変形可能な耐アルカリ性（具体的には、ポリエチレン製）の収容袋である。この収容袋９は、扁平な筒状に成形され、収容袋９には、セパレータ７の全部と、一対の集電極６，６の全部と、電解液１２を含浸させた一対の分極性電極８，８の全部と、一対の接続端子１１，１１の一部とが、厚み方向を収容袋９と一致させた状態で、差込み収容され、開放された収容袋９の上端部または下端部が、対向面同士で熱圧着されて密閉される。 The container 9 is an alkali-resistant (specifically, polyethylene) container bag that can be flexibly deformed. The storage bag 9 is formed into a flat cylindrical shape. The storage bag 9 includes a separator 7, a pair of collector electrodes 6 and 6, and a pair of polarizable electrodes 8 impregnated with an electrolytic solution 12. , 8 and a part of the pair of connection terminals 11, 11 are inserted and accommodated in a state where the thickness direction coincides with the accommodation bag 9, and the upper end portion or the lower end portion of the opened accommodation bag 9 is The opposing surfaces are thermocompression bonded and sealed.
上述のように構成される電気二重層キャパシタは、特に、電解液として水系の電解液を用いた場合には、電気分解を避けるために電気二重層キャパシタにかかる電圧が１．２３Ｖ以下となるように設定されている。より高い電圧が必要な場合には、図１のように、複数の電気二重層キャパシタを直列接続してキャパシタユニット１にすることで高電圧の蓄電池として用いることができる。なお、電解液１２に非水系の電解液（有機系電解液）を使用した場合には、１個当たりの電気二重層キャパシタで２．５〜３Ｖ程度の電圧をかけることができるが、それ以上の電圧が必要な場合には、同様に複数の電気二重層キャパシタを直列接続してキャパシタユニットを構成する。 In the electric double layer capacitor configured as described above, in particular, when a water-based electrolyte is used as the electrolyte, the voltage applied to the electric double layer capacitor is 1.23 V or less in order to avoid electrolysis. Is set to When a higher voltage is required, it can be used as a high-voltage storage battery by connecting a plurality of electric double layer capacitors in series to form a capacitor unit 1 as shown in FIG. In addition, when a non-aqueous electrolyte solution (organic electrolyte solution) is used as the electrolyte solution 12, a voltage of about 2.5 to 3 V can be applied with one electric double layer capacitor, but more Similarly, a plurality of electric double layer capacitors are connected in series to form a capacitor unit.
このとき、上記構成の電気二重層キャパシタでは、繊維物質を炭化処理し、炭化処理された繊維状の炭をガス賦活等することによって、手作りでシート状活性炭８ａを製造しているため、該シート状活性炭８ａを積層した分極性電極８を用いた電気二重層キャパシタは静電容量にばらつきが生じやすく、各電気二重層キャパシタに設定する電圧が高すぎると、直列接続することによって一部の電気二重層キャパシタの分担電圧が想定よりも高くなって、電気分解を起こす場合があり得た。 At this time, in the electric double layer capacitor having the above structure, the sheet-like activated carbon 8a is manufactured by hand by carbonizing the fiber material and activating the carbonized fibrous charcoal. The electric double layer capacitor using the polarizable electrode 8 in which the laminated activated carbon 8a is laminated is likely to cause variations in capacitance. If the voltage set in each electric double layer capacitor is too high, a part of electric The shared voltage of the double layer capacitor may be higher than expected and electrolysis may occur.
そのため、直列接続された電気二重層キャパシタは、分担電圧を電解液が電気分解する分解電圧をよりも低く設定し、且つ、直列接続された電気二重層キャパシタが蓄える電力量を最大にするためには、各キャパシタにかかる分担電圧を等しくする必要がある。 Therefore, in order to maximize the amount of electric power stored in the series-connected electric double layer capacitors, the sharing voltage is set lower than the decomposition voltage at which the electrolytic solution is electrolyzed. Therefore, it is necessary to make the shared voltage applied to each capacitor equal.
これに対して、前記電気二重層キャパシタは、シート状活性炭８ａを積層させて構成される分極性電極８の表面積等によって静電容量が増減することを見出したため、シート状の活性炭を複数枚重ね合わせて形成される上記分極性電極は、活性炭の面積と積層枚数を調整することにより、静電容量を所望の値に調整できる。静電容量を均一にする電気二重層キャパシタの製造方法の詳細については、後述する。 In contrast, the electric double layer capacitor has been found to increase or decrease in capacitance depending on the surface area of the polarizable electrode 8 formed by laminating the sheet-like activated carbon 8a. The polarizable electrode formed together can adjust the capacitance to a desired value by adjusting the area of the activated carbon and the number of laminated layers. Details of the method of manufacturing the electric double layer capacitor that makes the capacitance uniform will be described later.
ちなみに、分極性電極を構成する活性炭の積層枚数を増やすことにより、静電容量が増える一方で、充電に必要な時間も長くなる。具体的には、１５ｃｍ×１３ｃｍのシート状活性炭の場合、積層枚数を３０枚以内に収めることによって、充電時間をおよそ３０分以内に抑えることができる。 Incidentally, by increasing the number of stacked activated carbons constituting the polarizable electrode, the capacitance is increased while the time required for charging is also increased. Specifically, in the case of a sheet-like activated carbon of 15 cm × 13 cm, the charging time can be suppressed to about 30 minutes by keeping the number of laminated layers within 30 sheets.
なお、該分極性電極は、シート状の活性炭が互いに密着するように所定以上の圧力（具体的には２０ｋＰａ以上）で押圧することにより、電気二重層キャパシタ内に発生する内部抵抗を抑制し、静電容量がより安定したキャパシタを製造することができる。 In addition, the polarizable electrode suppresses internal resistance generated in the electric double layer capacitor by pressing at a predetermined pressure or more (specifically, 20 kPa or more) so that the sheet-like activated carbon is in close contact with each other, A capacitor with a more stable capacitance can be manufactured.
次に、図３及び図４に基づいて電気二重層キャパシタからなるキャパシタユニットの製造工程について説明する。図３は、製造方法を示したフロー図であり、図４は、調整工程における測定用回路図を示した模式図である。図３に示すように、電気二重層キャパシタの製造方法は、活性炭製造工程、調整工程、組立工程、確認工程とを有している。 Next, a manufacturing process of a capacitor unit composed of an electric double layer capacitor will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing method, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a measurement circuit diagram in the adjustment step. As shown in FIG. 3, the method for manufacturing an electric double layer capacitor includes an activated carbon manufacturing process, an adjustment process, an assembly process, and a confirmation process.
前記活性炭製造工程は、シート状の繊維物質を炭化処理することにより製造される繊維状の炭を、ガス賦活又はアルカリ賦活することによってシート状活性炭８ａを製造する。 In the activated carbon production process, the sheet-like activated carbon 8a is produced by gas-activating or alkali-activating fiber-like charcoal produced by carbonizing a sheet-like fiber substance.
繊維物質としては、例えば、セルロール繊維や、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系繊維や、石炭タール若しくは石油ピッチからつくるピッチ系炭素繊維や、レーヨンやフェノール等からなる炭素繊維を用いることができる。そして、このなかでも、特に、織布若しくは不織布の木綿、或いは綿状の木綿を、セルロース繊維として、用いることがコスト的に好ましい。 As the fiber material, for example, cellulose fiber, polyacrylonitrile (PAN) fiber, pitch-based carbon fiber made from coal tar or petroleum pitch, carbon fiber made of rayon, phenol, or the like can be used. Of these, in particular, it is preferable in terms of cost to use woven or non-woven cotton or cotton-like cotton as cellulose fibers.
このように、繊維物質を炭化及び賦活して得られる繊維状のシート状活性炭８ａは、含浸性に優れているため、多量の電解液を含有させることが可能である。ちなみに、この繊維状活性炭はそのまま積層させて分極性電極８に用いることもでき、或いは、所定サイズに切断して、分極性電極８に用いることもできる。この場合、シート状に加工した際の厚さか面積によって静電容量が調整できる。 Thus, since the fibrous sheet-like activated carbon 8a obtained by carbonizing and activating a fiber substance is excellent in impregnation property, it is possible to contain a large amount of electrolyte. Incidentally, the fibrous activated carbon can be laminated as it is to be used for the polarizable electrode 8, or can be cut into a predetermined size and used for the polarizable electrode 8. In this case, the capacitance can be adjusted depending on the thickness or area when the sheet is processed.
前記調整工程では、図４に示されるようにガスバリアで覆われて所定の静電容量に設定された基準キャパシタＣ１を用意するとともに、静電容量を調整する対象となる製造キャパシタＣ２とを直列接続する。このとき、製造キャパシタＣ２は、基準キャパシタＣ１と同数（Ｎ枚）の活性炭を、上記のように所定以上の圧力で押圧した状態で積層させた分極性電極８を用いた。具体的に測定系の回路には、基準キャパシタＣ１の電圧を測定する電圧計Ｖ１と、製造キャパシタの電圧を測定する電圧計Ｖ２と、可変定電圧電源と、スイッチＳＷとを備えている。 In the adjustment step, as shown in FIG. 4, a reference capacitor C1 covered with a gas barrier and set to a predetermined capacitance is prepared, and a production capacitor C2 whose capacitance is to be adjusted is connected in series. To do. At this time, as the production capacitor C2, a polarizable electrode 8 was used in which the same number (N) of activated carbon as the reference capacitor C1 was laminated in a state where the activated carbon was pressed at a predetermined pressure or more as described above. Specifically, the circuit of the measurement system includes a voltmeter V1 that measures the voltage of the reference capacitor C1, a voltmeter V2 that measures the voltage of the manufacturing capacitor, a variable constant voltage power source, and a switch SW.
次に、図４の回路に使用する電圧の２倍の電圧を印加する。基準キャパシタＣ１及び製造キャパシタＣ２の分担電圧は、スイッチＳＷをＯＮ状態に切換えた後、十分時間が経過した後に各電圧計Ｖ１，Ｖ２の指示値を測定する。 Next, a voltage twice that used in the circuit of FIG. 4 is applied. As for the shared voltage of the reference capacitor C1 and the manufacturing capacitor C2, after the switch SW is switched to the ON state, after a sufficient time has elapsed, the indicated values of the voltmeters V1 and V2 are measured.
前記調整工程では、測定された分担電圧に基づいて、製造キャパシタＣ２の分極性電極８を構成するシート状の活性炭の積層枚数を調整する。具体的には、Ｖ１＞Ｖ２の場合には、Ｎ×（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１×Ｋ枚の活性炭を製造キャパシタＣ２から減らし、Ｖ１＜Ｖ２の場合には、Ｎ×（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ２×Ｋ枚の活性炭を製造キャパシタＣ２に追加し、Ｖ１＝Ｖ２の場合には、活性炭の枚数を変化させないようにする。上記において、Ｋはキャパシタ製造時に経験的に決定される補正係数である。 In the adjustment step, the number of laminated sheet-like activated carbons constituting the polarizable electrode 8 of the production capacitor C2 is adjusted based on the measured shared voltage. Specifically, when V1> V2, N × (V1−V2) / V1 × K activated carbons are reduced from the production capacitor C2, and when V1 <V2, N × (V2−V1) / V2 × K activated carbons are added to the production capacitor C2, and when V1 = V2, the number of activated carbons is not changed. In the above, K is a correction coefficient determined empirically at the time of manufacturing the capacitor.
前記組立工程は、上記の調整工程によって作成された分極性電極８を、一対の集電極６とセパレータ７との間に配置して収容体９内にパッケージ化することにより、所望の静電容量を有する電気二重層キャパシタ２を組立製造する。このとき、分極性電極８には、調整工程時と同様に２０ｋＰａ以上の圧力で互いが密着するように構成されている。 In the assembly process, the polarizable electrode 8 created by the adjustment process described above is disposed between the pair of collector electrodes 6 and the separator 7 and packaged in the container 9, thereby obtaining a desired capacitance. Is assembled and manufactured. At this time, the polarizable electrodes 8 are configured to be in close contact with each other at a pressure of 20 kPa or more as in the adjustment step.
前記確認工程では、再び製造キャパシタＣ２を図４のように直列接続して、使用する電圧の２倍の電圧を印加して、分担電圧が確認する。この際、いまだ分担電圧に大きな差異がでる場合には調整工程に戻り、所定内の分担電圧内に収まっていれば、所定の静電容量に調整された電気二重層キャパシタ２となる。 In the confirmation step, the production capacitor C2 is again connected in series as shown in FIG. 4 and a voltage twice as much as the voltage to be used is applied to confirm the shared voltage. At this time, if there is still a large difference in the shared voltage, the process returns to the adjustment step, and if it is within the predetermined shared voltage, the electric double layer capacitor 2 adjusted to a predetermined capacitance is obtained.
また、製造された静電容量の一定な複数の電気二重層キャパシタを図１のキャパシタユニット１を形成することにより、高電圧が出力可能であって且つ電気分解する心配のない高品質のキャパシタユニット１を効率的に製造することができる。 Further, by forming a plurality of electric double layer capacitors having a constant capacitance as the capacitor unit 1 of FIG. 1, a high-quality capacitor unit that can output a high voltage and does not have to worry about electrolysis. 1 can be produced efficiently.
次に、図５に基づいて、上述の調整工程で用いる等価回路について説明する。図５（Ａ）は、漏れ電流を考慮しない場合の等価回路であり、図５（Ｂ）は、漏れ電流を考慮した場合の等価回路である。 Next, an equivalent circuit used in the above adjustment process will be described with reference to FIG. FIG. 5A is an equivalent circuit when leakage current is not considered, and FIG. 5B is an equivalent circuit when leakage current is considered.
図５（Ａ）のように、直列に接続した電気二重層キャパシタに、漏れ電流がないという前提で電圧Ｖを印加して充電を行ったとすると、各キャパシタへの充電が完了した時点では電流が流れないため、コンデンサの静電容量のみによって分担電圧Ｖ１，Ｖ２が決定される。すなわち、印加電圧Ｖは、以下のように充電完了時に両電気二重層キャパシタの分担電圧の和となるため以下の関係が成り立つ。 As shown in FIG. 5A, if charging is performed by applying a voltage V to an electric double layer capacitor connected in series on the premise that there is no leakage current, the current is charged when charging to each capacitor is completed. Since they do not flow, the shared voltages V1 and V2 are determined only by the capacitance of the capacitor. That is, since the applied voltage V becomes the sum of the voltage shared by both electric double layer capacitors when charging is completed as follows, the following relationship is established.
つまり、上記の式から分担電圧の差が以下のようにあらわされる。
That is, the difference of the shared voltage is expressed as follows from the above formula.
以上より、ｋ＝１となるように静電容量を可変させると両キャパシタの静電容量が等しくなる。ここで、電気二重層の静電容量Ｃは、積層数Ｌに比例しているので、比例定数とすると、静電容量Ｃは積層枚数にほぼ比例して変化する。したがって、分担電圧は活性炭の積層数Ｌを変えることで調整することができる。 From the above, when the capacitance is varied so that k = 1, the capacitances of both capacitors become equal. Here, since the capacitance C of the electric double layer is proportional to the number L of layers, if the proportionality constant is used, the capacitance C changes in proportion to the number of layers. Therefore, the shared voltage can be adjusted by changing the number L of activated carbon layers.
図５（Ｂ）に示すように、各電気二重層キャパシタの漏れ電流が大きい場合には、Ｒ１，Ｒ２の漏れ抵抗による電流が常に流れることになる。したがって、直列接続した電気二重層キャパシタの順番も定めて直列に並べ、分担電圧を測定した後、本発明の方法で活性体の積層枚数を調整することが適切である。 As shown in FIG. 5B, when the leakage current of each electric double layer capacitor is large, current due to the leakage resistance of R1 and R2 always flows. Therefore, it is appropriate to adjust the number of stacked active bodies by the method of the present invention after determining the order of the electric double layer capacitors connected in series and arranging them in series and measuring the shared voltage.
次に、図４乃至図６に基づき、上述の所定の静電容量に調整した電気二重層キャパシタの製造方法の実験について説明する。まず、１２ｃｍ×１５ｃｍのシート状の活性炭を２５層積層させたものを集電極とセパレータの間に配置して構成した電気二重層キャパシタを２つ（基準キャパシタ及び製造キャパシタ）用いて、静電容量を調整する実験を行った。Ｃ１を基準キャパシタ、Ｃ２を製造キャパシタとし、電解液には水系の電解液を使用した。 Next, based on FIG. 4 thru | or FIG. 6, the experiment of the manufacturing method of the electrical double layer capacitor adjusted to the above-mentioned predetermined electrostatic capacity is demonstrated. First, using two electric double layer capacitors (reference capacitor and manufacturing capacitor) constructed by laminating 25 layers of 12 cm × 15 cm sheet-like activated carbon between the collector electrode and the separator, the capacitance An experiment was conducted to adjust. C1 was a reference capacitor, C2 was a production capacitor, and an aqueous electrolyte was used as the electrolyte.
前記調整工程では、充電電圧は２Ｖで行い、充電電流が０．５Ａまで減少した時点での基準キャパシタと製造キャパシタの分担電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ測定した。測定された分担電圧の差の絶対値（ΔＶ）に応じて、製造キャパシタの分極性電極を構成するシート状の活性炭の枚数を増減させて静電容量の調整を行った（調整工程）。その後、調整後の製造キャパシタを再び測定回路に直列接続して、分担電圧の変化を測定した（確認工程）。上記工程によって、５つの製造キャパシタの静電容量の調整を行った。 In the adjustment step, the charging voltage was 2 V, and the shared voltages V1 and V2 of the reference capacitor and the manufacturing capacitor at the time when the charging current decreased to 0.5 A were measured. The capacitance was adjusted by increasing or decreasing the number of sheet-like activated carbons constituting the polarizable electrode of the production capacitor according to the absolute value (ΔV) of the difference of the measured shared voltage (adjustment process). Thereafter, the adjusted production capacitor was again connected in series to the measurement circuit, and the change in the shared voltage was measured (confirmation step). The capacitance of the five manufacturing capacitors was adjusted by the above process.
実験結果を図６に示す。実験結果より、基準キャパシタと同数の活性炭を用いた分極性電極を用いたにもかかわらず、計測された分担電圧の差（ΔＶ）は、５回の平均値でおよそ０．１０６Ｖとなった。これに対して、調整工程を介して積層枚数を調整することにより、確認工程で測定された分担電圧の差（ΔＶ）の平均値は、およそ０．０３４Ｖに減少した。 The experimental results are shown in FIG. From the experimental results, the measured shared voltage difference (ΔV) was about 0.106 V in five average values, even though polarizable electrodes using the same number of activated carbons as the reference capacitor were used. On the other hand, by adjusting the number of stacked layers through the adjustment process, the average value of the difference (ΔV) in the shared voltage measured in the confirmation process was reduced to approximately 0.034V.
上記結果により、測定工程によって計測された分担電圧の差に基づいて、活性炭の積層枚数を調整することによって、製造キャパシタＣ２の静電容量を所望の値（基準キャパシタの静電容量）に近づけることができる。 Based on the above result, the capacitance of the production capacitor C2 is brought close to a desired value (capacitance of the reference capacitor) by adjusting the number of stacked activated carbons based on the difference in the shared voltage measured in the measurement process. Can do.
次に、図７乃至図９に基づき、上述の活性炭の面積及び積層枚数と、静電容量との関係調べる実験について説明する。図７（Ａ）は、面積により比較した分極性電極のモデル図であり、図７（Ｂ）は、積層枚数により比較した分極性電極のモデル図である。図７（Ａ）に示されるように、シート状の活性炭の積層枚数を３枚とし、シート状活性炭の積層厚さを１．５ｍｍに統一して面積が１，４，９，１６，２５ｃｍ２となる分極性電極を５つ作成し、分極性電極の面積と静電容量（及び内部抵抗）との関係を調べた。また、同様に図７（Ｂ）に示されるように、活性炭の面積を２５ｃｍ２に統一し、活性炭の積層枚数を１０，２０，３０，４０枚とした分極性電極を作成し、分極性電極を構成する活性炭の積層枚数と静電容量（及び内部抵抗）との関係を調べた。 Next, based on FIG. 7 thru | or FIG. 9, the experiment which investigates the relationship between the area of the above-mentioned activated carbon, the number of lamination | stacking, and an electrostatic capacitance is demonstrated. FIG. 7A is a model diagram of polarizable electrodes compared by area, and FIG. 7B is a model diagram of polarizable electrodes compared by the number of stacked layers. As shown in FIG. 7 (A), the number of sheet-like activated carbon layers is three, the thickness of the sheet-like activated carbon is unified to 1.5 mm, and the area is 1, 4, 9, 16, 25 cm 2. Five polarizable electrodes were prepared, and the relationship between the polarizable electrode area and the capacitance (and internal resistance) was examined. Similarly, as shown in FIG. 7 (B), a polarizable electrode having an activated carbon area of 25 cm 2 and a stacked number of activated carbon layers of 10, 20, 30, 40 is prepared. The relationship between the number of stacked activated carbons and the capacitance (and internal resistance) was investigated.
実験結果を図８及び図９に示す。図８は、分極性電極の面積と、静電容量及び内部抵抗の関係を示した図である。上記結果により、活性炭の面積が増加すると、静電容量もほぼ比例するようにして増加した。その一方で、内部抵抗は面積の増加にともなって緩やかに減少した。さらに面積を大きくしてもこの傾向は成立すると考えられる。 The experimental results are shown in FIGS. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the area of the polarizable electrode, the capacitance, and the internal resistance. According to the above results, as the area of the activated carbon increased, the capacitance also increased in a substantially proportional manner. On the other hand, the internal resistance gradually decreased as the area increased. Even if the area is further increased, this tendency is considered to hold.
図９は、活性炭の積層枚数と、静電容量及び内部抵抗の関係を示した図である。上記家結果により、活性炭の積層枚数を増やすことによっても、静電容量はほぼ比例するようにして増加した。その一方で、内部抵抗は積層枚数の増加にともなって減少した。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the number of stacked activated carbons, the capacitance, and the internal resistance. From the above results, the capacitance increased in proportion to the increase in the number of stacked activated carbons. On the other hand, the internal resistance decreased as the number of stacked layers increased.
次に、図１０乃至図１２に基づき、荷重による内部抵抗と静電容量の変化について調べる実験について説明する。図１０は、キャパシタユニットに任意の圧力をかける装置を示した図である。具体的には、一対のつまみ部を回転操作することにより上下動させることのできる押圧部と、上下動する押圧部の移動距離を測定するメジャーとを備え、載置面に載置されたキャパシタユニットをつまみ部の操作で上下動する押圧部によって押圧することによって任意の荷重を与えることができる。 Next, an experiment for examining changes in internal resistance and capacitance due to a load will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a view showing an apparatus for applying an arbitrary pressure to the capacitor unit. Specifically, the capacitor mounted on the mounting surface includes a pressing unit that can be moved up and down by rotating a pair of knobs, and a measure that measures a moving distance of the pressing unit that moves up and down. An arbitrary load can be applied by pressing the unit with a pressing portion that moves up and down by operation of the knob portion.
実験結果を図１１及び図１２に示す。図１１（Ａ）は、荷重と内部抵抗との関係を、活性炭の積層枚数で比較したグラフであり、図１１（Ｂ）は、荷重と内部抵抗との関係を、分極性電極の面積で比較したグラフである。上記結果より、活性炭の総数及び面積を変化させても荷重に対する内部抵抗の値に大きな違いはでなかった。また、活性炭の積層枚数や面積によらず、約５ｋｇ／２５ｃｍ２（２０ｋＰａ）以上の圧力を加えることによって、電気二重層キャパシタの内部抵抗の値が安定するものが多かった。 The experimental results are shown in FIGS. FIG. 11A is a graph comparing the relationship between the load and the internal resistance by the number of stacked activated carbons, and FIG. 11B compares the relationship between the load and the internal resistance by the area of the polarizable electrode. It is a graph. From the above results, even if the total number and area of the activated carbon were changed, the value of the internal resistance against the load was not significantly different. Moreover, the value of the internal resistance of the electric double layer capacitor is often stabilized by applying a pressure of about 5 kg / 25 cm 2 (20 kPa) or more, regardless of the number and area of the activated carbon layers.
図１２（Ａ）は、荷重と静電容量との関係を、活性炭の積層枚数で比較したグラフであり、図１２（Ｂ）は、荷重と静電容量との関係を、分極性電極の面積で比較したグラフである。上記結果より、活性炭の面積を変化させても荷重に対する静電容量の特性に変化は見られなかった。また、積層枚数を変化させた場合の荷重に対する静電容量は、約２０ｋＰａ以上の圧力を与えることにより、安定するものが多かった。 FIG. 12A is a graph comparing the relationship between the load and the capacitance in terms of the number of stacked activated carbons, and FIG. 12B shows the relationship between the load and the capacitance in terms of the area of the polarizable electrode. It is the graph compared by. From the above results, there was no change in the characteristics of the capacitance with respect to the load even when the area of the activated carbon was changed. In addition, the electrostatic capacity with respect to the load when the number of stacked layers is changed is often stabilized by applying a pressure of about 20 kPa or more.
次に、図１３乃至図１６に基づき、製造される電気二重層キャパシタの静電容量を安定させる他の製造方法について上述と異なる点について説明する。 Next, based on FIG. 13 to FIG. 16, a different point from the above will be described for another manufacturing method for stabilizing the capacitance of the manufactured electric double layer capacitor.
本願発明者らは、上述の所定の静電容量を得ることのできる電気二重層キャパシタの製造方法の他に、活性炭製造工程によって大量に作成されたシート状活性炭からランダムに選択することによってシャッフルして重ねられた分極性電極を作成し、これを用いた電気二重層キャパシタ（シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタ）を複数製造することによって、複数の電気二重層キャパシタ間の静電容量のバラつきを抑え、静電容量の大きさを安定させることができる製造方法を見出した。 In addition to the above-described method for producing an electric double layer capacitor capable of obtaining the predetermined capacitance, the inventors of the present application shuffled by randomly selecting from sheet-like activated carbon produced in large quantities by an activated carbon production process. By creating a plurality of electric double layer capacitors (electric double layer capacitors shuffled with sheet-like activated carbon) using this, the capacitance between the electric double layer capacitors can be reduced. The present inventors have found a manufacturing method that can suppress variation and stabilize the capacitance.
次に、図１３及び図１４に基づいて、上述の静電容量のバラつきを抑制した電気二重層キャパシタの製造方法の実験について説明する。図１３は、シート状活性炭をシャッフルする分極性電極の製造方法を示した図であり、図１４（Ａ）は、電気二重層キャパシタの充放電特性を測定する回路図であり、図１４（Ｂ）は、直列接続された電気二重層キャパシタの分担電圧を測定する回路図である。 Next, based on FIG.13 and FIG.14, the experiment of the manufacturing method of the electrical double layer capacitor which suppressed the above-mentioned variation of the electrostatic capacitance is demonstrated. FIG. 13 is a diagram showing a method for manufacturing a polarizable electrode that shuffles sheet-like activated carbon, and FIG. 14 (A) is a circuit diagram for measuring the charge / discharge characteristics of an electric double layer capacitor, and FIG. ) Is a circuit diagram for measuring a shared voltage of electric double layer capacitors connected in series.
前記活性炭製造工程では、シート状の繊維物質である木綿を炭化処理することにより製造される繊維状の炭を、ガス賦活又はアルカリ賦活することによって、４８０枚のシート状の木綿活性炭８ａを同条件で作成した。作成した４８０枚の木綿活性炭を半分に分け、分けた一方側の木綿活性炭の束の上から５枚づつ順番に分配することで、活性炭が２０枚重ねられた分極性電極となる束を１２グループ作成し（シャッフル有）、他方側の木綿活性炭の束の上から２０枚づつ分けることで分極性電極となる束を１２グループ作成した（シャッフルなし）。 In the activated carbon production process, 480 sheets of cotton activated carbon 8a are subjected to the same conditions by gas activation or alkali activation of fibrous carbon produced by carbonizing cotton which is a sheet-like fiber material. Created with. Divide the created 480 cotton activated carbon into halves, and distribute 5 groups in order from the top of the bundle of cotton activated carbon on one side, so that 12 groups of bundles that become polarizable electrodes with 20 activated carbons stacked Twelve groups of bundles to be polarizable electrodes were prepared (no shuffle) by separating 20 pieces from the top of the bundle of cotton activated carbon on the other side (with shuffle).
これにより、複数のシート状活性炭から、予め定めた複数枚（図示する例では２０枚）のシート状活性炭をシャッフルして作成した本願発明の電気二重層キャパシタと、シート状活性炭をシャッフルしないで製造した電気二重層キャパシタとが６個づつ製造される。 As a result, the electric double layer capacitor of the present invention produced by shuffling a plurality of predetermined sheet-like activated carbons (20 sheets in the illustrated example) from a plurality of sheet-like activated carbons, and manufacturing without shuffling the sheet-like activated carbons 6 electric double layer capacitors are manufactured.
製造された電気二重層キャパシタについて、図１４（Ａ）に示した測定回路を用いてそれぞれ充放電特性を測定し、電気二重層キャパシタ毎の個体差を比較実験するとともに、図１４（Ｂ）に示した測定回路を用いて製造された上記電気二重層キャパシタを直列接続した際の分担電圧を測定し、シート状活性炭をシャッフルしたものとしていないものとで比較した。 With respect to the manufactured electric double layer capacitor, charge / discharge characteristics were measured using the measurement circuit shown in FIG. 14A, and individual differences for each electric double layer capacitor were compared. The shared voltage when the electric double layer capacitors manufactured using the indicated measurement circuit were connected in series was measured, and compared with that in which the sheet-like activated carbon was not shuffled.
実験結果を図１５及び図１６に示す。図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタと、シャッフルなしの電気二重層キャパシタの充放電特性を示した図である。上記結果により、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタを製造することにより、複数個作成した電気二重層キャパシタの静電容量のバラつきが抑制されていることが確認できる。 The experimental results are shown in FIGS. FIGS. 15A and 15B are diagrams showing charge / discharge characteristics of an electric double layer capacitor shuffled with sheet-like activated carbon and an electric double layer capacitor without shuffle. From the above results, it can be confirmed that the variation in the capacitance of the plurality of electric double layer capacitors produced is suppressed by manufacturing the electric double layer capacitor shuffled with sheet-like activated carbon.
図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタと、シャッフルなし電気二重層キャパシタについて、複数の電気二重層キャパシタを直列接続した際の分担電圧を示した図である。上記結果より、シート状活性炭をシャッフルした電気二重層キャパシタを直列させたもの（図１５（Ａ））の方が、直列接続された各電気二重層キャパシタの充放電特性（分担電圧）が均一に保たれていることが確認できる。 FIGS. 16A and 16B are diagrams showing a shared voltage when a plurality of electric double layer capacitors are connected in series with respect to an electric double layer capacitor shuffled with sheet-like activated carbon and an electric double layer capacitor without shuffle. is there. From the above results, the electric double layer capacitors shuffled with sheet-like activated carbon in series (FIG. 15A) are more uniform in charge / discharge characteristics (shared voltage) of each electric double layer capacitor connected in series. It can be confirmed that it is maintained.
上記結果より、複数の電気二重層キャパシタを直列接続するにあたり、活性炭製造工程によって製造された多数のシート状活性炭をシャッフルすることで製造された電気二重層キャパシタを用いることによって、各電気二重層キャパシタの分担電圧をより均一にすることができる。 From the above results, in connecting a plurality of electric double layer capacitors in series, each electric double layer capacitor can be obtained by using an electric double layer capacitor manufactured by shuffling a large number of sheet-like activated carbons manufactured by the activated carbon manufacturing process. Can be made more uniform.
ちなみに、同条件で同時に製造された複数枚のシート状活性炭をシャッフルする場合に限らず、複数回に渡って製造された賦活条件が同一でないシート状活性炭を用いる場合であっても、シャッフルすることにより静電容量のバラつきを抑えることができる。 By the way, not only when shuffling a plurality of sheet-like activated carbons manufactured simultaneously under the same conditions, but also when using a sheet-like activated carbon whose activation conditions are manufactured multiple times are not the same. Thus, variation in capacitance can be suppressed.
本実施例では、所定の枚数のシート状活性炭を積層して分極性電極とする電気二重層キャパシタを構成する場合を示した。電気二重層キャパシタの静電容量は、各シート状活性炭の各シートの静電容量と積層したシート状活性炭の枚数（体積）で決定されることになる。したがって、綿屑、綿の塊、粉砕した木綿を活性炭として用いる場合には、分極性電極の体積でなく重量に着目して、シャッフル操作に相当する操作を行うことで、静電容量のバラつきを抑えることができる。 In the present embodiment, the case where an electric double layer capacitor in which a predetermined number of sheet-like activated carbons are laminated to form a polarizable electrode is shown. The electrostatic capacitance of the electric double layer capacitor is determined by the electrostatic capacity of each sheet-like activated carbon and the number (volume) of the laminated sheet-like activated carbon. Therefore, when using cotton dust, lump of cotton, and pulverized cotton as activated carbon, paying attention to the weight, not the volume of the polarizable electrode, and performing the operation corresponding to the shuffle operation, the capacitance variation Can be suppressed.
６ 集電極
７ セパレータ
８ａ シート状活性炭
８ 分極性電極
１２ 電解液
6 Current collector 7 Separator 8a Sheet activated carbon 8 Polarized electrode 12 Electrolyte
Claims (6)
シート状の繊維物質を、炭化処理した後に賦活処理してシート状活性炭（８ａ）を製造する活性炭製造工程と、
該シート状活性炭（８ａ）を１枚又は複数枚重ねて用いて分極性電極（８）を形成することにより製造される電気二重層キャパシタが予め定めた所定の静電容量となるように調整する調整工程と、
一対の集電極（６）、上記調整工程によって静電容量が調整されたシート状活性炭（８ａ）によって構成された一対の分極性電極（８）、セパレータ（７）及び電解液（１２）をパッケージ化して電気二重層キャパシタを組立てる組立工程とを有し、
前記調整工程では、分極性電極（８）に用いるシート状活性炭（８ａ）の枚数を調整することにより、製造される電気二重層キャパシタの上記静電容量を調整し、
前記調整工程では、複数あるシート状活性炭（８ａ）をシャッフルしたものから選択して積層することにより、前記分極性電極（８）を作成する
電気二重層キャパシタの製造方法。 A pair of collector electrodes (6), a polarizable electrode (8) disposed between the pair of collector electrodes (6), a separator (7) for insulating the pair of polarizable electrodes (8), and polarizability A method of manufacturing an electric double layer capacitor comprising an electrolyte solution (12) interposed between the pair of collector electrodes (6) so that the electrode (8) is immersed,
An activated carbon production process for producing a sheet-like activated carbon (8a) by carbonizing the sheet-like fiber material and then activating the sheet material;
The electric double layer capacitor manufactured by forming the polarizable electrode (8) using one or a plurality of the sheet-like activated carbon (8a) is adjusted so as to have a predetermined capacitance. Adjustment process;
A pair of collector electrodes (6), a pair of polarizable electrodes (8) composed of sheet-like activated carbon (8a) whose capacitance has been adjusted by the adjusting step, a separator (7) and an electrolyte solution (12) are packaged. turned into possess the assembly process of assembling the electric double layer capacitor,
In the adjustment step, the capacitance of the electric double layer capacitor to be manufactured is adjusted by adjusting the number of sheet-like activated carbon (8a) used for the polarizable electrode (8),
In the adjustment step, the polarizable electrode (8) is produced by selecting and laminating a plurality of sheet-like activated carbons (8a) shuffled . A method for manufacturing an electric double layer capacitor.
請求項１に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。 In the adjustment step, the number of laminated sheet-like activated carbons of each polarizable electrode (8) is within 30 sheets, and the lamination thickness of the sheet-like activated carbon of each polarizable electrode (8) is within a range of 15 mm or less depending on the number of laminated sheets. The method for producing an electric double layer capacitor according to claim 1, wherein the charging time of the electric double layer capacitor is suppressed to 30 minutes or less .
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