JPH03203311A

JPH03203311A - 電気二重層キヤパシタ

Info

Publication number: JPH03203311A
Application number: JP89342489A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Otake; 大竹　芳信; Keiji Sakai; 啓二堺; Takeshi Maeda; 武士前田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1989-12-29
Publication date: 1991-09-05
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JP2987162B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、小形で静電容量の大きい電気二重層キャパシ
タに関し、特に、たとえば自動車用のバッテリなどとし
て用いることができる大形５大容量の電気二重層キャパ
シタに関する。

従来の技術近年、電気二重層キャパシタが研究開発され、製品化さ
れている。特に電気自動車の電源および一般の商用電力
の貯蔵への適用について、電気重層キャパシタを応用す
ることが考えられてきている。そのため、従来にも増し
て、静電容量の大きな電気二重層キャパシタを開発する
ことが必要となってきている。

電気二重層キャパシタの静電容量は、分極性電極の表面
積に依存しているので、比表面積の大きな活性炭を分極
性電極として用いている。この活性炭の比表面積の上限
は２５００　ｍ　２．’　ｇ程度であり、したがって静
電容量を増大するには、分極性電極に用いる活性炭の量
を増加しなければならない。ところが活性炭の充填量を
増すために、電極の厚みを増すと、電極内において電荷
移動時間が多くかかり、急速充電性に劣ったものとなる
。

発明が解決すｌ＼き課題本発明の目的は、静電容量を大きくすることができ、し
かも急速充電性が優れた電気二重層キャパシタを提供す
ることである。

課題を解決するための手段本発明は、活性炭層と、その活性炭層の少なくとも一方
表面に固定した板状導電体とを有する複数の組立体と、隣接する組立体の間に介在するイオン透過性の電気絶縁
性グ）セパレータと２組立体とセパレータとを浸漬する電解液と、複数の組立
体とセパレータとを、その積層方向に押圧する押圧手段
とを含むことを特徴とする電気二重層キャパシタである
。

、ｌｔた本発明は、組立体とセパレータと電解液とを、
可撓性収納袋に収納し、この袋を複数個、前記積層方向
に配置して、前記押圧手段によって押圧することを特徴
とする。

また本発明は、押圧手段は、可撓性押圧袋と、この押圧
袋内に流体を圧送する流体源とを含むことを特徴とする
。

作　　用本発明に従えば、複数の各組立体は、たとえばカーボン
クロスまたは金属などの材料がら成る板状導電体０少な
くとも一方表面に活性炭層を固定して構成し、隣接する
組立体の間に電気絶縁性セパレータを介在する。組立体
とセパレータとを電解液に浸漬して、電気二重層キャパ
シタを構成する。本発明ではさらに、組立体とセパレー
タとその積層方向に押圧手段によって押圧する。したが
って活性炭層の嵩密度を向上することができる。

これによって小形でしかも表面積が大きい活性炭層を形
成することができ、そのため静電容量を増大することが
できる。したがって活性炭層をむやみに増すことなく、
上述のように静電容量を増大することができる。それゆ
え活性炭層における電荷移動時間が長くなることはなく
、急速充電性が向上する。

さらに本発明に従えば、組立体とセパレータと電解液と
は、可撓性収納袋に収納されており、このような収納袋
が積層方向に複数個配置されて前記押圧手段によって押
圧されるようにしたので、前述のように、嵩密度を向上
することができるのは勿論、複数の可撓性収納袋のうち
の１つまたは複数を個別的に交換することが可能であり
、これによって保守が容易である。

さらに本発明に従えば、押圧手段は、流体源からの流体
、たとえば圧縮空気または液体を、可撓性押圧袋に供給
して圧送し、これによって押圧する。構成が簡単である
とともに、押圧力を均一に活性炭層に作用させることが
可能である。

実施日第１１２！は本発明の一実施例グ）断面図である。合成
樹脂などから戒る剛性のテース１５内には、複数Ｃ）＄
気二重層キャパシタのユニット５０が配置されており、
これらのユニット５０は、押圧手段５１の可撓性押圧袋
５２によって、摺動可能な剛性の押圧板５３を介して積
層方向（すなわち厚み方向、第１図の左方）に押圧され
る。押圧手段５１の押圧袋５２は、たとえば弾力性を有
するゴムなどの材料から成り、この押圧袋５２内には、
流体源である圧縮空気供給源５４から切換え弁５５を介
して管路５６から圧縮空気が供給される６第２図は電気
二重層キャパシタユニット５０の断面図であり、第３図
はその収納袋５７を除去した状態を示す斜視図である。

この電気二重層キャパシタユニット５０は、以下のもの
がら構成される。複数〈この実施例では４）の組立体１
１ａ〜１１ｄと、それらの組立体１１ａ〜１１　ｄとの
間に介在する電気絶縁性のセパレータ１２ａ、１２ｂ、
１２ｃと、これらの組立体１１ａ〜ｌｌｄ間に介在する
導電性接続部材１３ａ、１３ｂと、組立体１１ａ〜１１
ｄとセパレータ１２ａ　〜１２Ｃとを浸漬する電解液１
４である。さらにこれらの各構成要素を収納する電気絶
縁性材料、たとえば合成樹脂などから成る可撓性の収納
袋５７゜接続部材１３ａ、１３ｂにそれぞれ接続する複
数・（この実施例では合計４）の端子片４０ａ、４０ｂ
。

これらの端子片４０ａ、４０ｂを共通に接続する端子部
材４１ａ、４１ｂ。以下の説明では、参照符の添え字ａ
〜ｆを省略して数字だけで総括的に示すことがある。

接続部材１３ａ、１３ｂ間には、電気絶縁性の蓋体４２
が設けられており、こうして収納袋５７内の電解液１４
が漏洩することが防がれる。電解液１４は、組立体１１
およびセパレータ１２を浸漬する。収納袋５７は、組立
体１１、セパレータ１２、接続部材１３、端子片４０お
よび端子部材４１を収納する。端子部材４１ａ、４１ｂ
には接続端子４２ａ、４２ｂを接続し、収納袋５７の外
部に突出する。端子片４０、端子部材４１および接続端
子４２は、アルミニウムまたは銅などの材料かｔ、成り
、相互に溶接なとされて、電気的に接続する。

第４図は、組立体１１ａを構成する活性炭層１８の斜視
図である。活性炭層１８は、繊維状活性炭を不織布、す
なわちフェルト状に構成し、これによってｔｆ！の比表
面積を大きくすることができ、したがって静電容量が大
きい電気二重層キャパシタを実現することができる。活
性炭の種類としては、粒状活性炭および粉末活性炭や活
性炭素繊維が適用される。粒状活性炭および粉末活性炭
の材料としては、石油系、石炭系、椰子殻系等が使用さ
れる。活性炭素繊維としては、レーヨン系、ポリアクリ
ルニトリル（ＰＡＮ）系、フェノール樹脂系、石炭ピッ
チ系、石油ピッチ系などいずれでもよい。この活性炭層
１８はまた、成型品として構成してもよく、この場合、
粉末活性炭、粒状活性炭を粉末状にしたもの、もしくは
１〜５　ｍ　ｍに切断した繊維状活性炭素を適当なバイ
ンダと混合し、プレスまたは圧延ロールによって成型し
た構成としてもよい。また抄紙方法によ−）て成型した
構成であってもよく、またはカルボキシメチルセルロー
スと活性炭層とを混練した後、焼結して成型した構成と
してもよい。

この活性炭層１８は、静電容量を大きくするために、比
表面積は１５００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。

このような活性炭層１８は、第５図（１）に示す板状導
電体１９と圧接して固定する。この導電体１９は、活性
炭層１８が上述のように圧接固定した本体２０と、その
本体２０から外方（第５図（１）の上方）に突出した接
続用突片２１とを有する。この導電体１９は、電気伝導
度が５〜６Ω−１・ｃｍ−’以上の低抵抗であることが
好ましい。

このような導電体１つとしては、カーボンクロスすなわ
ち東し株式会社製、平折りロス６３４３などが好適し、
その他の金属たとえば銅などの材料であってもよい。こ
のようにして構成する組立体１１ａと組立体ｌｉｄとは
、同様な構成を有している。また活性炭素繊維不織布も
しくは活性炭、活性炭素繊維成型品が５〜６Ω刊・ｃｍ
−’以上の電気伝導度を有する堝身には、それ自身が導
電体として使用できる。

組立体１１　？Ｊは、第５図（２）で示されるよらに、
２つの活性炭層３５．３６と板状導電体２３とを有し、
導電体２３は本体２４と接続用突片２５とを有し、本体
２４の両面に活性炭１１１３５．３６を圧接して固定し
、または導電性接着剤によって接着し、前述の組立体１
１ａの構成に類似せしめる。積層方向く第２図の左右方
向）に隣接する組立体１１ａ、ｌｌｂの導電体１９．２
３は、第５図（１）および第５１１３（２）にそれぞれ
示されるように線対称に構成し、組立体１　’１　ａの
構成は前述のように組立体１１ｄの構成と同一であり、
組立体１１Ｆ）の構成と組立体１１．　ｃの構成とは同
一である。このようにして導電体１９．２３の接続用突
片２１．２５は、組立体１１．ａ　〜ｌｌｄの積層方向
の順に、幅方向（第２図の紙面に垂直方向、第５図（１
）および第５図（２）の左右方向）に交互に外方に突出
している。このようにして、組立体１１ａ〜ｌｌｄを積
層した状態を第６図に示す。

セパレータ１２ａは、隣接する組立体１１ａ１１ｂのう
ち、一方の組立体１１ａの活性炭層１８と、他方の組立
体１１ｂの活性炭層３５との間に介在し、イオン透過性
である。このようなセパレータ１２ａとしては、ポリプ
ロピレン、ポリエチレンなどの材料から戒ってもよく、
電解液としての硫Ｍまたはプロピレンカーボネートなど
に溶解しない材料であることが必要である。残余のセパ
レータ１２ｂ、１２ｃ、１２ｄもまた、上述のセパレー
タ１２ａと同様な構成を有する。

接続部材１３は、たとえば導電性ゴムであってもよい。

この導電性ゴムは、弾力性を有するゴムに炭素または金
属などの導電性材料の粉末を混練することによって作成
され、その電気伝導度が５〜６Ω−１・ｃｍ−’以上と
する。ゴムは、予め加硫していてもよいけれども、加硫
していないゴム中に炭素繊維を詰めた後に、加硫して構
成してもよい、ｔ＃続部材１３は、上述のように弾力性
を有している。したがって接続用突片２１，２５に圧接
することによって、気密性を保持することができ、また
電解液１４が漏洩することを防ぐことができる。

接続部材１３ａは、下方に臨む第１凹所４３を有し、こ
こに接続用突片２１を嵌め込んで挟持する。この接続部
材１３ａには、上方に臨む第２四所４４を形成し、ここ
に端子片４０ａを嵌め込んで挟持する。こうして接続用
突片２１は、積層方向く第２図の左右方向）に、接続部
材１３ａを介して端子片４０ａに電気的に接続する。こ
のことはもう１つの組立体１１ｃ４：ｒＲしても同様で
ある。

したがって端子部材４１ａは、端子片４０ａおよび接続
部材１３ａを介して組立体１１ａ、ｌｌｃに、その接続
部材１３ａの零またはごくわずかな電圧降下で、しかも
各組立体１１ａ、ｌｌｃに、はぼ同一の電圧を印加する
ことができる。各組立体１１ａ、ｌｌｃにほぼ同一の電
圧を印加することによって、充電電荷を向上することが
できる。

接続部材１３　ａは、ケース５７の内壁の凹凸が形成さ
れた部分４８に当接して弾発的に圧縮し、液密する。こ
のことはもう１つの接続部材１３　ｂに関しても同様で
ある。接続部材１３ａ、１３ｂおよび蓋４２上には、エ
ポキシ系接着剤４９を設けて液密とする。各ユニット５
０の対応する接続端子４２ａ、４２ｂは、導線６４．６
５によって相互に接続する。

これらの組立体１１ａ〜ｌｌｄとセパレータ１２ａ〜１
２ｃと電解液１４とは、可撓性収納袋５７内に収納して
液密とする。この収納袋５７は、合成樹脂またはゴムな
どの材料から成り、電解液を漏洩することはなく、この
ような材料としては、たとえばポリエチレンなどがある
。

第７図は、本発明の他の実施例の断面図である。

この実施例では、押圧手段５８は、ケース１５の側壁５
９に形成したねじ孔６０に螺きするボルト６１を有する
。このボルト６１は、摺動可能な押圧板５３を、第７図
の左方に押圧する。このような押圧手段５８によっても
また、電気二重層キャパシタユニット５０を押圧するこ
とができる。

ころして押圧手段５１．５８を用いることによって、活
性炭層を押圧して嵩密度を向上し、これによって静電容
量グ）増大を図ることができる。また電気二重層キャパ
シタユニット５０は、可撓性収納袋５７に収納されてお
り、したがって各ユニット５０を１または複数、個別的
に交換することができ、メンテナンスが容易である。さ
らにまたこの押圧子Ｐ１５１．５８の押圧力を変化調整
することによって、長期間の使用によって静電容量が低
下してきたとき、活性炭を補充して、押圧することによ
って静電容量の低下を防ぐことができ、あるいはまたそ
の静電容量を増大することができる。

本件発明の実験結果を述べる。第１図〜第６図の組立体
ｆｌａにおいて、導電体１９はカーボンクロスであって
、その本体２０の幅１６＝３．８ｃｍ、縦１５＝５ｃｍ
であり、接続用突片２１の幅１４−０．５ｃｍ、１４１
７＝２ｃｍである。この本体２０に、フェルト状に成型
したピッチ系活性炭素繊維Ａ−２５（株式会社アドール
製、商品名）〈目付量３００ｇ／ｍ２、比表面積２４０
０ｍ”ｇ＞を導電性接着剤で貼り付ける。この活性炭層
１８の輻ｅ　１＝２．５ｃｍ、＠１２＝４゜５ｃｍ、厚
み１１３＝０．２〜０．５ｃｍである。

組立体ｌｉｄは、組立体１１ａと同一であり、組立体１
１ｂ、ｌｌｃは、２つの活性炭層を有している点が違う
だけであり、他の構成は組立体１１ａと同様であるよう
な構成となっている。これらを接続部材１３ａ、１３ｂ
を介して端子片４０ａ。

４０ｂに接続し、これらの端子片４０ａ、４０ｂは、端
子部材４１ａ、４１ｂによって接続し、電解液として３
３％Ｈ２ＳＯ，を用いた。こうして作成した電気二重層
キャパシタの端子４２ａ、４２ｂ間に１．１５Ｖの電圧
を１０時間印加して充電した。その後、一定の放電電流
１１０ｍＡで放電したところ、第８図に示される放電曲
線が得られた。この放電曲線に基づき、過渡現象の理論
によって、本件電気二重層キャパシタの静電容量を計算
すると、８００Ｆとなる。こうして本発明によれば、大
きな静電容量を得ることができることを確認した。

発明の効果以上のように本発明によれば、押圧手段によって複数の
組立体とセパレータとをその積層方向に押圧するように
したので、活性炭層の嵩密度を向上することができ、し
たがって小形で静電容易の大きい電気二重層キャパシタ
を実現することができる。このことによって、活性炭の
厚みをむやみに増大する必要がなく、したがってその活
性炭層における電荷移動時間を短くすることができ、急
速充電性が優れた電気二重層キャパシタを実現すること
ができる。

また本発明によれば、複数の組立体とセパレータと電解
液とを、可撓性収納袋に収納し、この収納袋を複数個、
積層方向に配置して押圧手段によって押圧するようにし
たので、１または複数の収納袋を交換することが容易で
あり、そのため保守が容易となる。

さらに本発明によれば押圧手段は、流体源からの流体を
可撓性押圧袋に供給して圧送するように構成したので、
活性炭層をその積層方向、すなわち厚みの方向に均一な
押圧力で押圧することができる。部分的に高い圧力で活
性炭層が押圧されることはなく、またＩＩＩ成か簡単で
あるとい″ｌ特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図番よ電気二
重層キャパシタユニット５０の断面図、第３図はユニッ
ト５０の収納袋５７を除去した状態を示す斜視図、第４
図は活性炭層１８を示す斜視図、第５図は組立体１１ａ
、ｌｌｂを示す斜視図第６図は組立体１１ａ〜ｌｉｄを
積層した状態を示す斜視図、第７図は本発明の他の実施
例の断面図、第８図は本件発明者の実験結果を示す放電
曲線の図である。５０・・・電気二重層キャパシタユニット、５１５８・
・押圧手段、５２・・・可撓性押圧袋、５３・・・押圧
板、５４・・・圧縮空気供給源、５５・・・切換え弁、
５７・・・可撓性収納袋

Claims

【特許請求の範囲】

（１）活性炭層と、その活性炭層の少なくとも一方表面
に固定した板状導電体とを有する複数の組立体と、隣接する組立体の間に介在するイオン透過性の電気絶縁
性のセパレータと、組立体とセパレータとを浸漬する電解液と、複数の組立
体とセパレータとを、その積層方向に押圧する押圧手段
とを含むことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
（２）組立体とセパレータと電解液とを、可撓性収納袋
に収納し、この袋を複数個、前記積層方向に配置して、
前記押圧手段によって押圧することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の電気二重層キャパシタ。
（３）押圧手段は、可撓性押圧袋と、この押圧袋内に流
体を圧送する流体源とを含むことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の電気二重層キャパシタ。