JPH04294515A - エネルギー貯蔵素子 - Google Patents

エネルギー貯蔵素子

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JPH04294515A
JPH04294515A JP3059896A JP5989691A JPH04294515A JP H04294515 A JPH04294515 A JP H04294515A JP 3059896 A JP3059896 A JP 3059896A JP 5989691 A JP5989691 A JP 5989691A JP H04294515 A JPH04294515 A JP H04294515A
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JP
Japan
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energy storage
electrolyte
metal
storage element
activated carbon
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Application number
JP3059896A
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English (en)
Inventor
Kiyoaki Imoto
井元 清明
Ichiro Aoki
一郎 青木
Akihiko Yoshida
昭彦 吉田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は二次電池、電気二重層コ
ンデンサ等のエネルギー貯蔵素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、エネルギー貯蔵素子としては、以
下に説明する二次電池と電気二重層コンデンサが広く使
用される。それらの素子の特性を(表1)に示す。
【0003】
【表1】 (1)二次電池…可逆な電気化学反応を利用して電気エ
ネルギーを化学エネルギーに変換して貯蔵するものであ
る。代表的なものとして鉛二次電池、ニッケル−カドミ
ウム二次電池などがある。エネルギー密度が大きな反面
、特性の温度依存性が大きく、充放電サイクル寿命が短
い。
【0004】(2)電気二重層コンデンサ…電解液と電
極の界面に生じる電気二重層にエネルギーを物理的に蓄
えるものである。従来の電解コンデンサと異なり、Fオ
ーダーの大容量を得ることができる。エネルギー密度は
二次電池よりも小さいが、特性の温度依存性が小さく、
充放電サイクル寿命が長い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のエネルギー貯蔵素子には、それぞれ次のような特徴と
課題がある。
【0006】(1)二次電池…エネルギー密度が大きい
。特性の温度依存性が大きい。
【0007】充放電サイクル寿命が短い。入出力密度が
小さい。
【0008】(2)電気二重層コンデンサ…エネルギー
密度は二次電池よりも小さい。特性の温度依存性が小さ
い。
【0009】充放電サイクル寿命が長い。入出力密度が
大きい。
【0010】本発明は上記の課題を解決するものであり
、従来のエネルギー貯蔵素子の欠点を克服し、以下の特
性を備えた新しいエネルギー貯蔵素子を提供することを
目的とする。
【0011】(1)入出力密度が大きい。 (2)エネルギー密度が大きい。
【0012】(3)充放電サイクル寿命が長い。 (4)低温特性に優れている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、活性炭の表面の少なくとも一部に金属また
は金属酸化物のうち少なくとも一種以上をメカノケミカ
ルな方法により結合した物質よりなる電極と電解質とを
少なくとも有するものである。
【0014】
【作用】したがって本発明によれば、以下の現象に基づ
いて充放電を行うエネルギー貯蔵素子を得ることができ
る。
【0015】一対の電極を電解質を挟んで配置し、電位
をかけると電極ならびにその近傍では次の現象が起こる
【0016】(1−1)電極と電解質の界面に電気二重
層が生じ、帯電した電解質がこの中に移動し、エネルギ
ーが貯蔵される。
【0017】(1−2)電気二重層中に移動した電解質
が電極中の金属または金属酸化物に取り込まれ、さらに
エネルギーが貯蔵される(ここで言う電解質の金属また
は金属酸化物中への取り込みとは、従来の二次電池の電
気化学反応とは異なり、文字どおり電解質が金属,金属
酸化物中に取り込まれることであり、通常の電気化学反
応よりも反応速度が著しく速い。)。
【0018】最終的に電気二重層中と電極中の双方のエ
ネルギーが貯蔵される。また、この状態で電極間に負荷
を接続すると次の現象が生じる。
【0019】(2−1)電気二重層に貯蔵されたエネル
ギーが放出される。 (2−2)電極中の金属または金属酸化物に取り込まれ
ていた電解質が逆反応により電気二重層中に遊離する。 このときエネルギーが放出される。
【0020】(2−3)遊離した電解質は(2−1)で
不足した電解質を補い、再度(2−1)によるエネルギ
ーの放出が行われる。
【0021】これにより、本発明によるエネルギー貯蔵
素子は充放電初期において従来の電気二重層コンデンサ
と同じ特性を有するとともに従来の二次電池と同等のエ
ネルギー密度を有することが可能となる。
【0022】すなわち、本発明により次の特徴を備えた
新しいエネルギー貯蔵素子を実現することができる。
【0023】(1)入出力密度が大きい。 (2)エネルギー密度が大きい。
【0024】(3)充放電サイクル寿命が長い。 (4)低温特性に優れている。
【0025】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を用い
て説明する。
【0026】図1は本発明の一実施例のエネルギー貯蔵
素子の充放電機構を説明するものであり、図において1
は一対の電極を構成する活性炭、2は金属または金属酸
化物、3は電解質、4は電気二重層、5は金属または金
属酸化物2に取り込まれた電解質である。次に具体的実
施例について説明する。 (実施例1)ピッチ系の粉末よりなる活性炭(比表面積
:2000cm3/g,平均粒径:9μm)1の表面に
Pt等よりなる金属2をメカノケミカルな方法で結合し
た物質をメチルセルロースによりアルミニウムのフィル
ム上に固定し、図2に示すような一対の電極6とする。 この電極6を多孔質ガラス繊維紙等よりなるセパレータ
7を介して捲回し、電解質3としてテトラエチルアンモ
ニウム塩をプロピレンカーボネートに溶解した溶液1N
を含浸する。これをアルミニウムケース8と絶縁性ゴム
9でハウジングすることによりエネルギー貯蔵素子を得
る。10はリードである。
【0027】なお、活性炭1はピッチ系に限定されるも
のではなく、セパレータ7は多孔質ガラス繊維紙に限定
されるものではない。また、電解質3はテトラエチルア
ンモニウム塩をプロピレンカーボネートに溶解した溶液
1Nに限定されるものではない。また金属2としてPt
に代えてAu,Ag,Rh,Ru,Ti,Ir,Co,
Cu,Zn,またはFeを用いても同様の効果を得るこ
とができる。 (実施例2)PAN系の粉末よりなる活性炭(表面面積
:2000cm3/g,平均粒径:8μm)1の表面に
酸化ルテニウム等よりなる金属酸化物2をメカノケミカ
ルな方法で結合した物質をポリフッ化エチレン中に分解
し図3に示すような一対の電極11とする。この電極1
1をセパレータ12を介して対向して配置し、電解質3
として15%硫酸水溶液を含浸する。これを導電性樹脂
よりなる集電体13と絶縁性樹脂14によりハウジング
してエネルギー貯蔵素子を得る。
【0028】なお、本実施例においても活性炭1はPA
N系に限定されるものではなく、また、電解質3も15
%硫酸水溶液に限定されるものではない。また金属酸化
物2として酸化ルテニウムに代えて、Rh,Ti,Ir
,Co,Cu,Zn,NiまたはFeの酸化物を用いて
も同様の効果を得ることができる。 (実施例3)PAN系の活性炭1の繊維(比表面積:2
000cm3/g,平均粒径:7μm)の表面に酸化ル
テニウム等よりなる金属酸化物2をメカノケミカルな方
法で結合した物質を電極11とする。この電極11をセ
パレータ(ポリフッ化エチレン)12を介して配置し、
電解質3として15%硫酸溶液を含浸する。これを導電
性樹脂よりなる集電体13と絶縁性樹脂14とによりハ
ウジングすることにより図3に示すようなエネルギー貯
蔵素子を得る。
【0029】なお、活性炭1はPNA系に限定されるも
のではなく、また、電解質3は15%硫酸水溶液に限定
されるものではない。また金属酸化物2として酸化ルテ
ニウムに代えてRh,Ti,Ir,Co,Cu,Zn,
NiまたはFeの酸化物を用いても同様の効果を得るこ
とができる。 (実施例4)PAN系の粉末よりなる活性炭(比表面積
:2000cm3/g,平均粒径:8μm)1の表面に
酸化ルテニウム等よりなる金属酸化物2をメカノケミカ
ルな方法で結合した物質と導電性付与剤であるアセチレ
ンブラックとをカルボキシメチルセルロース7中に分散
して一対の電極6とする。この電極6を多孔質ガラス繊
維紙等よりなるセパレータ7を介して捲回し、電解質3
としてテトラエチルアンモニウム塩をプロピレンカーボ
ネートに溶解した溶液(1N)を含浸する。これをアル
ミニウムケース8と絶縁性ゴム9でハウジングすること
により図2に示すようなエネルギー貯蔵素子を得る。
【0030】なお、活性炭1はPAN系に限定されるも
のではなき、セパレータ7は多孔質ガラス繊維紙に限定
されるものではない。また、電解質3はテトラエチルア
ンモニウム塩をプロピレンカーボネートに溶解した溶液
(1N)に限定されるものではない。また金属酸化物2
として酸化ルテニウムに代えて、Rh,Ti,In,C
o,Cu,Zn,NiまたはFeの酸化物を用いても同
様な効果を得ることができる。 (実施例5)ピッチ系の粉末よりなる活性炭(比表面積
:2000cm3/g,平均粒径:9μm)1の表面に
Au等よりなる金属2をメカノケミカルな方法で結合し
た物質をメチルセルロースによりアルミニウムのフィル
ム上に固定し、一対の電極6とする。この電極6を電解
質3としてテトラエチルアンモニウム塩をプロピレンカ
ーボネートに溶解した溶液(1N)を使用し、その中に
配置する。これをアルミニウムケース8と絶縁性ゴム9
でハウジングすることにより図2に示す第1の実施例よ
りセパレータ7を除いた構成のエネルギー貯蔵素子を得
る。
【0031】なお、活性炭1はピッチ系に限定されるも
のではなく、電解質3はテトラエチルアンモニウム塩を
プロピレンカーボネートに溶解した溶液(1N)に限定
されるものではない。また金属2としてAuに代えてA
g,Pt,Rh,Ru,Ti,Ir,Co,Cu,Zn
,NiまたはFeを用いても同様の効果を得ることがで
きる。
【0032】(表2)に前述の実施例と、比較例として
二次電池(比較例1)と電気二重層コンデンサ(比較例
2)とについて次の特性を測定した結果を示す。
【0033】(1)入出力密度           
   (2)エネルギー密度 (3)充放電サイクル寿命      (4)低温特性
【0034】
【表2】 まず、上記各実施例において活性炭の形状が粉末または
繊維以外の布,抄紙または繊維チョップであっても同様
の効果を得ることができる。
【0035】このように上記実施例によれば、エネルギ
ー密度,入出力密度,充放電サイクルおよび低温特性な
どの諸特性に優れたエネルギー貯蔵素子を得ることがで
きる。
【0036】
【発明の効果】本発明は、上記実施例より明らかなよう
に、活性炭の表面の少なくとも一部に金属または金属酸
化物のうち、少なくとも1種以上をメカノケミカルな方
法により結合した物質よりなる一対の電極と電解質と必
要によりセパレートとより構成しているために、電気二
重層と、二次電池の電気化学反応よりも著しく速い電解
質の電極中の金属または金属酸化物への取り込み反応を
利用してエネルギーを貯蔵する事ができ、これにより、
次の特徴を備えた新しいエネルギー貯蔵素子を実現する
ことができる。
【0037】(1)入出力密度が大きい。 (2)エネルギー密度が大きい。
【0038】(3)充放電サイクル寿命が長い。 (4)低温特性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるエネルギー貯蔵素子の充放電機構
の概念図
【図2】本発明によるエネルギー貯蔵素子の一実施例の
部分破断斜視図
【図3】本発明によるエネルギー貯蔵素子の他の実施例
の部分破断斜視図
【符号の説明】 1    活性炭 2    金属または金属酸化物 3    電解質 5    金属または金属酸化物に取り込まれた電解質
6,11  電極 7,12  セパレータ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  活性炭の表面の少なくとも一部に金属
    または金属酸化物のうち少なくとも一種以上をメカノケ
    ミカルな方法により結合した物質よりなる一対の電極と
    、電解質とを少なくとも有するエネルギー貯蔵素子。
  2. 【請求項2】  活性炭の表面の少なくとも一部に金属
    または金属酸化物のうち少なくとも一種以上をメカノケ
    ミカルな方法により結合した物質よりなる一対の電極と
    、セパレータと、電解質とを少なくとも有するエネルギ
    ー貯蔵素子。
  3. 【請求項3】  結合する金属が、Au,Ag,Pt,
    Ph,Ru,Ti,Ir,Co,Cu,Zu,Ni,F
    eのうち少なくとも一種であることを特徴とする請求項
    1または2記載のエネルギー貯蔵素子。
  4. 【請求項4】  結合する金属酸化物が、Rh,Ru,
    Ti,Ir,Co,Cu,Zn,Ni,Feの酸化物の
    うち少なくとも一種であることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載のエネルギー貯蔵素子。
  5. 【請求項5】  活性炭の形状が粉末,布,抄紙,繊維
    または繊維チョップであることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載のエネルギー貯蔵素子。
  6. 【請求項6】  電極中に導電性付与剤を含有すること
    を特徴とする請求項1または2記載のエネルギー貯蔵素
    子。
  7. 【請求項7】  活性炭の形状が粉末であって、その粒
    径が10μm以下であることを特徴とする請求項5記載
    のエネルギー貯蔵素子。
  8. 【請求項8】  活性炭の形状が繊維であって、その繊
    維径が10μm以下であることを特徴とする請求項5記
    載のエネルギー貯蔵素子。
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