JPH06104142A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタInfo
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- JPH06104142A JPH06104142A JP4300238A JP30023892A JPH06104142A JP H06104142 A JPH06104142 A JP H06104142A JP 4300238 A JP4300238 A JP 4300238A JP 30023892 A JP30023892 A JP 30023892A JP H06104142 A JPH06104142 A JP H06104142A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive polymer
- electrode
- double layer
- electric double
- layer capacitor
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- Pending
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-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 電気二重層キャパシタの大容量化及び高速充
放電を可能とすることを目的とする。 【構成】 導電性高分子を電解重合によって得るのに使
用した重合電極２の表面に生成された導電性高分子の膜
３をそのまま分極性電極とする。この分極性電極に電解
液を含浸させ、セパレータ５を介在させて電気二重層キ
ャパシタを構成する。この導電性高分子の膜を、多価の
アニオンをドーパントとして電解重合時に架橋によりマ
イクロポーラス状とする。
放電を可能とすることを目的とする。 【構成】 導電性高分子を電解重合によって得るのに使
用した重合電極２の表面に生成された導電性高分子の膜
３をそのまま分極性電極とする。この分極性電極に電解
液を含浸させ、セパレータ５を介在させて電気二重層キ
ャパシタを構成する。この導電性高分子の膜を、多価の
アニオンをドーパントとして電解重合時に架橋によりマ
イクロポーラス状とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気二重層キャパシタに
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように電気二重層キャパシタは、
一対の分極性電極と、各分極性電極の集電電極と、両分
極性電極間に介在する多孔性のセパレータとによって主
として構成されている。各分極性電極には電解液が含浸
されている。
一対の分極性電極と、各分極性電極の集電電極と、両分
極性電極間に介在する多孔性のセパレータとによって主
として構成されている。各分極性電極には電解液が含浸
されている。
【０００３】従来では分極性電極として、活性炭または
繊維状活性炭によって構成するのを普通としているが、
これによると放電容量が小さく、そのため実際の使用に
おいて長時間にわたる放電を維持することができない欠
点がある。また分電極性電極と集電電極との接触抵抗が
大きいので、大電流の取り出しが困難となる欠点があ
る。
繊維状活性炭によって構成するのを普通としているが、
これによると放電容量が小さく、そのため実際の使用に
おいて長時間にわたる放電を維持することができない欠
点がある。また分電極性電極と集電電極との接触抵抗が
大きいので、大電流の取り出しが困難となる欠点があ
る。
【０００４】分極性電極として導電性高分子を使用する
ことも考えられているが、これから分電極性電極を得る
ためには、導電性高分子を電解重合法または化学重合法
によって生成し、これを洗浄、濾過、乾燥の工程を経由
して粉末状とし、その粉末をペースト状にして分電極性
電極とする必要がある。そのためその製作に要する工程
が極めて複雑となる。
ことも考えられているが、これから分電極性電極を得る
ためには、導電性高分子を電解重合法または化学重合法
によって生成し、これを洗浄、濾過、乾燥の工程を経由
して粉末状とし、その粉末をペースト状にして分電極性
電極とする必要がある。そのためその製作に要する工程
が極めて複雑となる。
【０００５】これを解決するために、導電性高分子を電
解重合によって得るのに使用した重合電極の表面に生成
された導電性高分子の膜そのものによって分極性電極を
構成することが、本発明者によって別途提案された。こ
れによれば、従来の分極性電極を使用した場合よりも、
放電容量が大きく、かつ内部抵抗も小さくなる効果が得
られるが、この構成によると、導電性高分子の膜内部が
有効に利用されていない。すなわちアニオンが導電性高
分子の膜内部に取り込まれにくく、また出にくいため、
高速充電が困難となり、また容量の増大化を期待するこ
とができない。
解重合によって得るのに使用した重合電極の表面に生成
された導電性高分子の膜そのものによって分極性電極を
構成することが、本発明者によって別途提案された。こ
れによれば、従来の分極性電極を使用した場合よりも、
放電容量が大きく、かつ内部抵抗も小さくなる効果が得
られるが、この構成によると、導電性高分子の膜内部が
有効に利用されていない。すなわちアニオンが導電性高
分子の膜内部に取り込まれにくく、また出にくいため、
高速充電が困難となり、また容量の増大化を期待するこ
とができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、導電性高分
子を電解重合によって得るのに使用した重合電極の表面
に生成された導電性高分子の膜そのものによって分極性
電極を構成する電気二重層キャパシタにおいて、高速充
電を可能とし、および大容量化を図ることを目的とす
る。
子を電解重合によって得るのに使用した重合電極の表面
に生成された導電性高分子の膜そのものによって分極性
電極を構成する電気二重層キャパシタにおいて、高速充
電を可能とし、および大容量化を図ることを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電性高分子
を電解重合法により得られた導電性高分子膜そのものを
もって分極性電極とし、これを一方または両方の分極性
電極として、電気二重層キャパシタとする場合に、導電
性高分子の膜を、多価のアニオンをドーパントとして電
解重合時に架橋によりマイクロポーラス状としたことを
特徴とする。
を電解重合法により得られた導電性高分子膜そのものを
もって分極性電極とし、これを一方または両方の分極性
電極として、電気二重層キャパシタとする場合に、導電
性高分子の膜を、多価のアニオンをドーパントとして電
解重合時に架橋によりマイクロポーラス状としたことを
特徴とする。
【０００８】
【作用】多価のアニオンをドーパントとして電解重合し
た導電性高分子の膜は、静電的な架橋を備えた構造とな
っている。またこれは脱ドープ状態にすることによりマ
イクロポーラス状となる。このポーラス部分にアニオン
がドープ、脱ドープするためその出入りが円滑に行なわ
れるようになり、その結果高速充電が可能となるととも
に、容量が増大するようになる。
た導電性高分子の膜は、静電的な架橋を備えた構造とな
っている。またこれは脱ドープ状態にすることによりマ
イクロポーラス状となる。このポーラス部分にアニオン
がドープ、脱ドープするためその出入りが円滑に行なわ
れるようになり、その結果高速充電が可能となるととも
に、容量が増大するようになる。
【０００９】マイクロポーラスを有する導電性高分子を
電解重合により作成するには次のようにすればよい。す
なわちモノマーを溶解させ、かつモノマーの電解酸化反
応が起こる電位においても酸化されず、安定な有機溶剤
もしくは水に、モノマーと支持電解質（多価アニオン）
をドーパントとして溶解させ、これを電解重合すればよ
い。この電解重合時に架橋によりマイクロポーラス状と
された導電性高分子の膜が、その重合電極（陽極）の表
面に生成される。
電解重合により作成するには次のようにすればよい。す
なわちモノマーを溶解させ、かつモノマーの電解酸化反
応が起こる電位においても酸化されず、安定な有機溶剤
もしくは水に、モノマーと支持電解質（多価アニオン）
をドーパントとして溶解させ、これを電解重合すればよ
い。この電解重合時に架橋によりマイクロポーラス状と
された導電性高分子の膜が、その重合電極（陽極）の表
面に生成される。
【００１０】ここで用いるモノマーは、ピロール、アニ
リン、チオフェン、フラン、セレノフェン、イソチアナ
フテン、フェニレンスルフィド、フェニレンオキシド、
アズレン、フェニレンビニレン、チオフェニビニレン、
フリレンビニレンもしくはこれらの誘導体、あるいはこ
れらを複数組み合わせたものが利用できる。
リン、チオフェン、フラン、セレノフェン、イソチアナ
フテン、フェニレンスルフィド、フェニレンオキシド、
アズレン、フェニレンビニレン、チオフェニビニレン、
フリレンビニレンもしくはこれらの誘導体、あるいはこ
れらを複数組み合わせたものが利用できる。
【００１１】また多価アニオンは、複数のアニオンサイ
トを持つ単環炭化水素、縮合多環炭化水素、非環状炭化
水素の誘導体があり、アニオンサイトとしては、スルホ
ン酸イオン、過塩素酸イオン、６フッ化リン酸イオン、
４フッ化リン酸イオン、４フッ化ホウ酸イオン、６フッ
化ヒ素イオン、ハロゲンイオン、リン酸イオン、硫酸イ
オン、硝酸イオンが、単環炭化水素としては、ベンゼ
ン、シクロヘキサンなどが、縮合多環炭化水素として
は、ナフタレン、アントラセン、ナフタセン、フェナレ
ンなどが、非環状炭化水素としては、炭素が５以上のペ
ンタン、ヘキサン、ペンテンなどが、それぞれ利用でき
る。
トを持つ単環炭化水素、縮合多環炭化水素、非環状炭化
水素の誘導体があり、アニオンサイトとしては、スルホ
ン酸イオン、過塩素酸イオン、６フッ化リン酸イオン、
４フッ化リン酸イオン、４フッ化ホウ酸イオン、６フッ
化ヒ素イオン、ハロゲンイオン、リン酸イオン、硫酸イ
オン、硝酸イオンが、単環炭化水素としては、ベンゼ
ン、シクロヘキサンなどが、縮合多環炭化水素として
は、ナフタレン、アントラセン、ナフタセン、フェナレ
ンなどが、非環状炭化水素としては、炭素が５以上のペ
ンタン、ヘキサン、ペンテンなどが、それぞれ利用でき
る。
【００１２】前記のように電解重合の際に用いた陽極
と、この陽極の表面に生成された導電性高分子の膜とを
もってそのまま分極性電極とするか、またはその陽極の
表面から剥離した導電性高分子の膜を分極性電極とし、
これに電解液を含浸させ、セパレータを介して電極二重
層キャパシタを構成する。
と、この陽極の表面に生成された導電性高分子の膜とを
もってそのまま分極性電極とするか、またはその陽極の
表面から剥離した導電性高分子の膜を分極性電極とし、
これに電解液を含浸させ、セパレータを介して電極二重
層キャパシタを構成する。
【００１３】この場合電気二重層キャパシタの対をなす
両分極性電極を、ともに前記のようにして得たものを利
用してもよいし、また一方のみを前記のようにして得た
ものを利用してもよい。その場合他方の分極性電極は、
活性炭（粉末状又は繊維状）などの表面積の大きいもの
を使用するとよい。
両分極性電極を、ともに前記のようにして得たものを利
用してもよいし、また一方のみを前記のようにして得た
ものを利用してもよい。その場合他方の分極性電極は、
活性炭（粉末状又は繊維状）などの表面積の大きいもの
を使用するとよい。
【００１４】分極性電極に含浸させる電解液としては、
水もしくは有機溶媒（カーボネート類、アルコール類、
ニトリル類、アミド類、エーテル類などの単独又は混合
物）に電解質を溶解したものが利用できる。
水もしくは有機溶媒（カーボネート類、アルコール類、
ニトリル類、アミド類、エーテル類などの単独又は混合
物）に電解質を溶解したものが利用できる。
【００１５】この場合の電解質としては、電解重合時に
用いたものよりも小さな分子であればよい。具体的には
プロトン、アルカリ金属イオン、４級アンモニウムイオ
ン、４級ホスホニウムイオンなどの単独または複数と、
スルホン酸イオン、過塩素酸イオン、６フッ化リン酸イ
オン、４フッ化ホウ酸イオン、６フッ化ヒ素イオン、ハ
ロゲンイオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン
の単独もしくは複数を組み合わせたものがよい。セパレ
ータはポリプロピレン多孔膜が利用できる。
用いたものよりも小さな分子であればよい。具体的には
プロトン、アルカリ金属イオン、４級アンモニウムイオ
ン、４級ホスホニウムイオンなどの単独または複数と、
スルホン酸イオン、過塩素酸イオン、６フッ化リン酸イ
オン、４フッ化ホウ酸イオン、６フッ化ヒ素イオン、ハ
ロゲンイオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン
の単独もしくは複数を組み合わせたものがよい。セパレ
ータはポリプロピレン多孔膜が利用できる。
【００１６】
【実施例】図１に本発明の実施例による電気二重層キャ
パシタの構成を示す。１は本発明による分極性電極で、
導電性高分子の電解重合時に使用した重合電極２と、そ
の際重合電極２の表面に生成された導電性高分子の膜３
によって構成されている。４は前記した分極性電極１と
対をなす他の分極性電極で、これは前記分極性電極と同
じものか、または活性炭の層からなるものが使用され
る。両分極性電極１、４間にセパレータ５が介在する。
パシタの構成を示す。１は本発明による分極性電極で、
導電性高分子の電解重合時に使用した重合電極２と、そ
の際重合電極２の表面に生成された導電性高分子の膜３
によって構成されている。４は前記した分極性電極１と
対をなす他の分極性電極で、これは前記分極性電極と同
じものか、または活性炭の層からなるものが使用され
る。両分極性電極１、４間にセパレータ５が介在する。
【００１７】６はキャップ、７は缶、８はパッキンであ
る。缶７内に電解液が含浸されてある両分極性電極１、
４およびセパレータ５が収納される。缶７とキャップ６
はパッキン８により絶縁されている。このパッキン８は
電解液の洩れ防止をも兼ねている。
る。缶７内に電解液が含浸されてある両分極性電極１、
４およびセパレータ５が収納される。缶７とキャップ６
はパッキン８により絶縁されている。このパッキン８は
電解液の洩れ防止をも兼ねている。
【００１８】図２は図１に示す構成の電気二重層キャパ
シタ９を単位ユニットとし、その複数を結合して構成し
た電気二重層キャパシタ１０を示す。図中１１は各分極
性電極のリード電極、１２は外装ケース、１３は絶縁ケ
ースである。このように単位ユニットの複数を積層して
構成すると、耐電圧が上昇するようになって都合がよ
い。
シタ９を単位ユニットとし、その複数を結合して構成し
た電気二重層キャパシタ１０を示す。図中１１は各分極
性電極のリード電極、１２は外装ケース、１３は絶縁ケ
ースである。このように単位ユニットの複数を積層して
構成すると、耐電圧が上昇するようになって都合がよ
い。
【００１９】次に本発明の実験例について説明する。第
１の実験例は導電性高分子の膜の拡散係数に関するもの
である。この種キャパシタが高速充放電を行なえるか否
かはその膜の拡散係数を測定することにより評価でき
る。第１の実験例では、０．１（モル／リットル）のピ
ロールを含む０．１（モル／リットル）の１，３，６−
ナフタレントリスルホン酸３ナトリウム水溶液から、定
電位電解重合法（８００ｍＶ ｖｓ ＳＳＣＥ）により
金電極上にポリピロールの膜を形成した（重合電荷量２
０００ミリクーロン／平方センチメートル）。この膜を
０．１（モル／リットル）の塩化ナトリウムの水溶液に
移し、交流インピーダンス法により拡散係数を求めた。
その結果１０−３〜１０−５（オーム／平方センチメー
トル）の拡散係数が得られた。なおこのときのサイクリ
ックボルタモグラムから、この膜はカチオン交換性も示
すことが確認されている。
１の実験例は導電性高分子の膜の拡散係数に関するもの
である。この種キャパシタが高速充放電を行なえるか否
かはその膜の拡散係数を測定することにより評価でき
る。第１の実験例では、０．１（モル／リットル）のピ
ロールを含む０．１（モル／リットル）の１，３，６−
ナフタレントリスルホン酸３ナトリウム水溶液から、定
電位電解重合法（８００ｍＶ ｖｓ ＳＳＣＥ）により
金電極上にポリピロールの膜を形成した（重合電荷量２
０００ミリクーロン／平方センチメートル）。この膜を
０．１（モル／リットル）の塩化ナトリウムの水溶液に
移し、交流インピーダンス法により拡散係数を求めた。
その結果１０−３〜１０−５（オーム／平方センチメー
トル）の拡散係数が得られた。なおこのときのサイクリ
ックボルタモグラムから、この膜はカチオン交換性も示
すことが確認されている。
【００２０】第１の実験例と比較するために、第１の比
較例として、第１の実験例の重合時の支持電解質（１，
３，６−ナフタレントリスルホン酸３ナトリウム）を、
０．１（モル／リットル）の塩化ナトリウムに変えた以
外は、第１の実験例と全く同様に導電性高分子の膜を形
成し、同様の方法により拡散係数を求めた。その結果１
０−９〜１０−１０（オーム／平方センチメートル）の
拡散係数が得られた。これから第１の実験例による場合
の方が、大きな拡散係数となることが判明する。
較例として、第１の実験例の重合時の支持電解質（１，
３，６−ナフタレントリスルホン酸３ナトリウム）を、
０．１（モル／リットル）の塩化ナトリウムに変えた以
外は、第１の実験例と全く同様に導電性高分子の膜を形
成し、同様の方法により拡散係数を求めた。その結果１
０−９〜１０−１０（オーム／平方センチメートル）の
拡散係数が得られた。これから第１の実験例による場合
の方が、大きな拡散係数となることが判明する。
【００２１】第２の実験例はキャパシタとしての評価の
ためのものである。上述の拡散係数を求めた場合と同様
に、ポリピロール膜を作成し、これを直径１３ｍｍの大
きさに打ち抜き、これを正極に、また負極は１０００
（平方メートル／ｇ）の表面積を有する繊維状活性炭
（直径１３ｍｍ）として、およびポリプロピレン多孔膜
をセパレータとし、０．１（モル／リットル）の塩化ナ
トリウムを電解質としてキャパシタを作成した。これを
１．０ボルトで充電後、０．１ミリアンペアで０．４ボ
ルトまで定電流放電した。その結果は容量７．０ファラ
ッド、内部抵抗は１．３オームであった。
ためのものである。上述の拡散係数を求めた場合と同様
に、ポリピロール膜を作成し、これを直径１３ｍｍの大
きさに打ち抜き、これを正極に、また負極は１０００
（平方メートル／ｇ）の表面積を有する繊維状活性炭
（直径１３ｍｍ）として、およびポリプロピレン多孔膜
をセパレータとし、０．１（モル／リットル）の塩化ナ
トリウムを電解質としてキャパシタを作成した。これを
１．０ボルトで充電後、０．１ミリアンペアで０．４ボ
ルトまで定電流放電した。その結果は容量７．０ファラ
ッド、内部抵抗は１．３オームであった。
【００２２】第２の実験例と比較するために、第２の比
較例として、第２の実験例における重合時の支持電解質
を、０．１（モル／リットル）の塩化ナトリウムに変え
た以外は、全く同様に実験した。その結果は容量３．０
ファラッド、内部抵抗は２．３オームであった。これか
らしても本発明による場合の方が容量は大きくなり、内
部抵抗も減少することが判明する。
較例として、第２の実験例における重合時の支持電解質
を、０．１（モル／リットル）の塩化ナトリウムに変え
た以外は、全く同様に実験した。その結果は容量３．０
ファラッド、内部抵抗は２．３オームであった。これか
らしても本発明による場合の方が容量は大きくなり、内
部抵抗も減少することが判明する。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導
電性高分子を電解重合法により得られた導電性高分子膜
をもって分極性電極とするにあたり、導電性高分子の膜
をマイクロポーラス状としたので、既提案の電気二重層
キャパシタよりも大容量とすることができるとともに、
高速充放電とすることができる効果を奏する。
電性高分子を電解重合法により得られた導電性高分子膜
をもって分極性電極とするにあたり、導電性高分子の膜
をマイクロポーラス状としたので、既提案の電気二重層
キャパシタよりも大容量とすることができるとともに、
高速充放電とすることができる効果を奏する。
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。
１ 導電性高分子を備えた分極性電極 ２ 重合電極 ３ 導電性高分子の膜 ４ 分極性電極１と対をなす他の分極性電極
Claims (1)
- 【請求項１】 対とされた分極性電極に電解液を含浸
し、セパレータを介して構成されてあって、前記分極性
電極のうちの少なくとも一方を、電解重合法により得ら
れた導電性高分子膜そのものによって構成してなる電気
二重層キャパシタにおいて、前記導電性高分子膜は、多
価のアニオンをドーパントとして電解重合時に架橋によ
りマイクロポーラス状とされてある電気二重層キャパシ
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4300238A JPH06104142A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 電気二重層キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4300238A JPH06104142A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 電気二重層キャパシタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104142A true JPH06104142A (ja) | 1994-04-15 |
Family
ID=17882379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4300238A Pending JPH06104142A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | 電気二重層キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06104142A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11512866A (ja) * | 1995-09-27 | 1999-11-02 | モトローラ・インコーポレイテッド | ハイブリッド・エネルギ蓄積システム |
| WO2005036573A1 (ja) * | 2003-10-09 | 2005-04-21 | Kaneka Corporation | 電極複合体および電解質、ならびにレドックスキャパシター |
| JP2006310384A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Japan Carlit Co Ltd:The | 多孔性電極の製造方法、多孔性電極、及び電気化学デバイス |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP4300238A patent/JPH06104142A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11512866A (ja) * | 1995-09-27 | 1999-11-02 | モトローラ・インコーポレイテッド | ハイブリッド・エネルギ蓄積システム |
| WO2005036573A1 (ja) * | 2003-10-09 | 2005-04-21 | Kaneka Corporation | 電極複合体および電解質、ならびにレドックスキャパシター |
| JP2006310384A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Japan Carlit Co Ltd:The | 多孔性電極の製造方法、多孔性電極、及び電気化学デバイス |
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