JPH04142017A

JPH04142017A - 電気二重層電池

Info

Publication number: JPH04142017A
Application number: JP2264775A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Yamamoto; 重雄山本
Original assignee: Osaka Titanium Co Ltd
Current assignee: Osaka Titanium Co Ltd
Priority date: 1990-10-02
Filing date: 1990-10-02
Publication date: 1992-05-15

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、絶縁層を介してカーボン電極な相対峙させる
形式の電気二重層コンデンサーの改良に関する。

（従来の技術）一般に、電気を蓄えるものとして、電池とキャパシター
が知られている。そのうち電池は、多少電荷の復元をな
すことが可能であるが、元来一方向性の化学変化による
作用なので、例えば第４図に示すように、その蓄電能力
は有限である。

他方、キャパシターは、電気的時定数を整えることを元
来目的としており、例えば第５図に見るように、極めて
短時間に充・放電を完了し、且つこれを繰り返すものと
して知られている。

この両者の特性を兼ね備えているものが電気二重層コン
デンサーで、例えば米国特註第３５３６９６３号公報に
記載されている。

なお、我が国では、シリコン単結晶・多結晶・非結晶（
アモルファス）のＰ−Ｎ接合ウェーハを太陽電池と称し
ているところ、これは前述した本来的な電池ではなく、
ソーラーセル、或いはソーラーボルタイックセルといっ
た所謂起電体であり、電圧を発生する能力はあるものの
、そこに生じた電荷を蓄えておく能力は存しないもので
ある。

さて、前記電気二重層コンデンサーは、第６図及び第７
図に示すように、一対の電極取り出しターミナル１，１
間に、絶縁膜２を挟んでカーボン電極３，３を充填して
構成されるものであり、この絶縁膜２によって、カーボ
ン電極３，３が二重に区分されて二重層に形成されてい
る。第６図において、４，４はゴム、５，５は端子であ
る。

このような電気二重層コンデンサーには、電離性のよい
（抵抗の低い）酸、例えば硫酸や、アルカリ、例えばア
ンモニウム塩のプロピレングリコール液等の電解液が用
いられ、当該電解液をカーボン電極に浸透させることに
より一極を構成し、また、絶縁膜としては、マイラーの
ような小粒イオンのみが通過可能な薄膜を用いている。

そして、画電極に外部から電圧をかけると、電解液に稀
硫酸を用いたものは、第８図に示すような化学変化を生
じる。すなわち、Ｈ２Ｏ”　Ｈ２ＳＯ４→Ｈ“＋Ｈ２０＋Ｈ８０４′−と
なつて水素イオンが生じ、この水素イオンの一部が中央
の膜を通り抜けてマイナス側（図の左側）へ移動する。

つまり、大容量コンデンサーと、化学変化による＋−イ
オンの発生・移動による電圧発生とが共存するので、こ
れを電気二重層と相称している。

（発明が解決しようとする課題）この種の電気二重層コンデンサーにおいては、前述のよ
うに電極にカーボンを用いている。これは、カーボンが
、■比重が軽い、■導電性がよい、■化学的に犯されに
くい、■酸化されにくい、■細かい球形を作りやすい等
、多くの利点を有しているからであるが、このようなカ
ーボン電極を用いた従来の電気二重層コンデンサーは、
ペースト状の炭素（カーボンペースト）で電極を構成し
ているので、大きな容量が得られないという欠点を有し
ている。つまり、従来の電気二重層コンデンサーは所謂
キャパシターであって、蓄電体ではない。更に、キャパ
シターの生命である電圧の立ち上りが悪く、且つ誘電率
も悪いのて、実際上は使用に供することが困難であり、
ましてやこれから高いパワーを採ることは不可能であっ
た。

また、従来の電気二重層コンデンサーは、その電極取り
出しターミナルに、銅、アルミニウム、スズ、チタン、
ニッケル、クロム、タングステン、コバルト、或いはこ
れらの合金を用いているが、前述のように、ペースト状
の炭素で電極を構成しているので、カーボン電極と電極
取り出しターミナルとの接触抵抗が大きく、したがって
電気二重層コンデンサーから大電流を発生せしめようと
する場合は、この部位において発熱する等、エネルギー
のロスを生じ、結局、従来のものでは大電流が得られな
い欠点も存している。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、この種の
電気二重層コンデンサーを改良して、キャパシターのみ
ならず、蓄電体としても用いることの可能な電気二重層
電池を提案するものである。

更に本発明は、カーボン電極と電極取り出しターミナル
との接触抵抗を可及的に小さくすることの可能な電気二
重層電池を提案するものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明は、一対の電極取り出しターミナルを設けた電池内にカーボ
ン電極を充填し、前記カーボン電極内に絶縁膜を設けて
、当該カーボン電極を前記電極取り出しターミナルに対
応させて二重に区分する形式の電気二重層電池であって
、前記カーボン電極を、直径１０μ以下の活性炭粉末を圧
着して固型化したものに電解液を浸透せしめて構成し、
更に、前記電極取り出しターミナルの前部又は一部を、
炭素又は炭素と第■族金属との複合体で構成した電気二
重層電池を第１の発明とし、更に、一対の電極取り出しターミナルを設けた電池内にカーボ
ン電極を充填し、前記カーボン電極内に絶縁膜を設けて
、当該カーボン電極を前記電極取り出しターミナルに対
応させて二重に区分する形式の電気二重層電池であって
、前記カーボン電極を、直径１０ル以下の活性炭粉末を圧
着して固型化したものに電解液を浸透せしめて構成し、
更に、前記カーボン電極に、炭素又は炭素と第■族金属
との複合体からなる電極棒を、前記電極取り出しターミ
ナルを挿通して取り付けた電気二重層電池を第２の発明
とするものである。

（作用・効果）本発明は、直径１０ＩＪ、以下の活性炭粉末を圧着して
固型化し、これに電解液を浸透せしめてカーボン電極を
構成したので、多孔質の活性炭があたかもコークスや軽
石のようになってこれが電極として形成され、したがっ
て、第１に、実質面積か大きく採れるので、これに伴い
コンデンサーの容量が電極面積に比例して増大する。細
かい活性炭の表面積は６００〜２０００ｍ２／ｇにもな
り、これはカーボンペースト状電極をもつ従来の電気二
重層コンデンサーの数十倍から数百倍にも増大し、更に
内部抵抗を百分の１以下に下げることが可能となる。

第２に、電極を固型化することにより、電気保持体自体
の大型化か可能となる。すなわち、従来のペースト状電
極の場合は、固型電極としての機能に必要なカーボンの
密度を確保するためには、およそ１０〜１００Ｋｇ／ｃ
ｍ２の荷重を電極に掛けなければならないため、大型化
、大電力化には問題かあったが、本発明によれば、これ
を解決することができる。

第３に、電極の固型化と相俟て、電極取り出しターミナ
ルの前部又は一部、或いは、電極取り出しターミナルを
挿通して取り付けた電極棒を、炭素又は炭素と第Ｉｖ族
金属との複合体からなるもので構成したのて、カーボン
電極と、電極取り出しターミナル又は電極棒との接触抵
抗を可及的に小さくすることが可能となる。これにより
、当該部位でのエネルギーロスを回避することができ、
大電流を得ることを可能とする。とりわけ、炭素と第■
族金属との複合体からなるもので電極取り出しターミナ
ルや電極棒を構成した場合は、外力に対する剛性のより
一層高い構造を得ることができる。

（実施例）第１図は、本発明を実施した電気二重層電池を示す図で
、従来の電気二重層コンデンサーと同様に、一対の電極
取り出しターミナル１，１間に、絶縁膜２を挟んでカー
ボン電極３．３を充填して構成されるものであり、この
絶縁膜２によって、カーボン電極３，３が二重に区分さ
れて二重層に形成されている。なお、４．４はゴムであ
る。

そして、絶縁膜２は、前述のように、マイラーのような
小粒イオンのみが通過可能な薄膜を用い、電解液として
は稀硫酸を使用している。

カーボン電極３，３は、直径１０ｗ以下の直径を有する
球状活性炭粉末に圧力を掛けて（圧着して）固型化した
（固体とした）ものに電解液を浸透せしめて構成され、
実施例では、縦６０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ８ｍｍの多
孔質の活性炭電極となされている。

また、電極取り出しターミナル１．１は炭素又は炭素と
第■族金属との複合体からなるものて、この実施例では
全部が炭素と第■族金属との複合体で形成されている。

ここで、第■族金属としてはシリコン（Ｓｉ）、ゲルマ
ニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）等又はこれらの合金か
用いられる。

６は電極棒で、前記電極取り出しターミナル１．１同様
炭素又は炭素と第■族金属との複合体からなるもので、
この実施例ては全部が炭素と第■族金属との複合体で形
成されている。そして、この電極棒６は、前記電極取り
出しターミナルを挿通して、カーボン電極３，３に取り
付けられている。実施例では、カーボン電極３，３にね
し穴をあけ、他方、電極棒６の端部にねじ切りをなし、
この電極棒６をカーボン電極３に螺着して取り付けてい
る。電極棒６は、前述のように炭素のみて形成してよい
が、これに第■族金属を用いて複合体とした場合は、縦
方向のみならず、横方向からの圧力に対し一層の剛性を
付与することができる。

この実施例に示す本発明の電気二重層電池において、１
．５ｖの電圧を画電極に与えたとき、極めて大きな容量
（この例では４５００フアラツド）の電気が蓄えられた
ことを確認した。

更に、この実施例の構造の場合、第２図に示す電圧・時
間の特性か得られ、実際には６■、７００ｍＡの負荷を
４時間持続稼動せしめ得る電池を構成するに至った。

本発明は、直径１０ＪＬ以下の活性炭粉末を圧着して固
型化し、これに電解液を浸透せしめてカーボン電極を構
成したので、多孔質の活性炭があたかもコークスや軽石
のようになってこれが電極として形成され、したかって
、実質面積が大きく採れるので、これに伴いコンデンサ
ーの容量が電極面積に比例して増大し、細かい活性炭の
表面積は６００〜２０００ｍ２／ｇにもなり、これはカ
ーボンペースト状電極をもつ従来の電気二重層コンデン
サーの数十倍から数百倍にも増大し、更に内部抵抗を百
分の１以下に下げることが可能となる。

そして、電極を固型化することにより、電気保持体自体
の大型化が可能となる。すなわち、従来のペースト状電
極の場合は、固型電極としての機能に必要なカーボンの
密度を確保するためには、およそ１０〜１００Ｋｇ／ａ
ｍ２の荷重を電極に掛けなけれはならないため、大型化
、大電力化には問題があったが、本発明によれば、これ
を解決することかできるものである。

加えて、本発明は、電極の固型化と相俟て、電極取り出
しターミナルの前部又は一部、或いは、電極取り出しタ
ーミナルを挿通して取り付けた電極棒を、炭素又は炭素
と第１Ｖ族金属との複合体からなるもので構成したので
、カーボン電極と、電極取り出しターミナル又は電極棒
との接触抵抗を可及的に小さくすることが可能となる。

これにより、当該部位でのエネルギーロスを回避するこ
とかでき、大電流を得ることを可能とするものである。

前述のように、６ｖ、７００　ｍＡの負荷を４時間持続
稼動せしめ得る電池を構成する本発明は、今迄のマイコ
ンのバックアップ電源等に用いられた電気二重層コンデ
ンサーとはその趣か全く異なり、機械系の駆動電源等の
大電力用機器に用いることか可能となる。もっとも、本
発明の電気二重層電池の場合は、電圧を上げるために、
これをシリーズに接続するとその容量は減少する。例え
ば、電気二重層電池−組のもつ起電力か１．２Ｖ、内部
抵抗４００ｍΩ、容量４０００　Ｆとすると、出力６ｖ
、３Ａの電池を得るには５組シリーズに接続すれはよく
、この場合、容量は８００Ｆとなる。ところで、６■、
３Ａの電池を得る場合、第１次電池１個で構成するのは
難しいし、第２次電池で構成する場合も自動車バッテリ
ーのように大型で重いものとならざるを得ない。これを
軽量に済ませ得るものとして太陽電池セルがある。

すなわち、地球上、南北各緯度７５度内の太陽エネルギ
ーの平均は、１００ＯＷ（ＩＫＷ）／ｍ２であり、昨今
、ソーラーセル起電体の変換効率は単結晶ウェーハで１
８〜２０％１多結晶ウエーハで１５〜１８％、アモルフ
ァスウェーハて６〜９％となっている。

今、多結晶ウェーハで１５％のものを例にとってみると
、１５０１’ｆ／ｍ２となる。ソーラーセルを、１０ｃ
ｍｘ１０ｃｍのウェーハを１単位とすると、１単位あた
り１．５Ｗの電力か得られる。実測ては、この１０ｃｍ
Ｘ　１０ｃｍのウェーハからの発生電力は０．５ｖであ
るので、電流は最大３Ａのものが得られる。この１０ｃ
ｍ角のソーラーセルを例えは１２枚直列に並べると、６
■、３Ａという大きなエネルギーが生じる。このような
エネルギーに対応し、このエネルギーを保持する有機体
は、本発明に係る電気二重層電池が最適となる。しかも
この電池は、従来の蓄電池や乾電池と異なり、永久保持
型で、太陽の存在する間は使用できるものである。これ
を示したものが第３図で、図中、Ｖｍｉｎは最小稼動電
圧を表わすものである。

このように、本発明の電気二重層電池は、コンデンサー
の性質を有するとともに、限りなく１次・２次電池に近
い電気保存能力をもち、しかも永いサイクル寿命をもっ
た極めてクリーンな電気保持体である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した電気二重層電池を示す図、第
２図は本発明に係る電気二重層電池の電圧・時間の特性
図、第３図は太陽電池の永久繰り返し使用を示す電圧・
時間の関連図、第４図は第１次・第２次電池の電圧・時
間の関連図、第５図は一般キャパシターの電圧・時間の
関連図、第６図は従来の電気二重層コンデンサーを示す
図、第７図は同上の電気的構成図、第８図は同上の化学
変化を示す図である。特許出願人　大阪チタニウム製造株式会社代　理　人　
　弁理士　　森　　　　　正　　澄■ 第図第図１ｍｅ１・・・電極取り出しターミナル２・・・絶縁膜３・・・カーボン電極６・・・電極棒第図第図第６図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一対の電極取り出しターミナルを設けた電池内に
カーボン電極を充填し、前記カーボン電極内に絶縁膜を
設けて、当該カーボン電極を前記電極取り出しターミナ
ルに対応させて二重に区分する形式の電気二重層電池で
あって、前記カーボン電極を、直径１０μ以下の活性炭粉末を圧
着して固型化したものに電解液を浸透せしめて構成し、
更に、前記電極取り出しターミナルの前部又は一部を、
炭素又は炭素と第IV族金属との複合体で構成したことを
特徴とする電気二重層電池。
（２）一対の電極取り出しターミナルを設けた電池内に
カーボン電極を充填し、前記カーボン電極内に絶縁膜を
設けて、当該カーボン電極を前記電極取り出しターミナ
ルに対応させて二重に区分する形式の電気二重層電池で
あって、前記カーボン電極を、直径１０μ以下の活性炭粉末を圧
着して固型化したものに電解液を浸透せしめて構成し、
更に、前記カーボン電極に、炭素又は炭素と第IV族金属
との複合体からなる電極棒を、前記電極取り出しターミ
ナルを挿通して取り付けたことを特徴とする電気二重層
電池。