JPH0656827B2 - 分極性電極およびその製造方法 - Google Patents
分極性電極およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH0656827B2 JPH0656827B2 JP60258030A JP25803085A JPH0656827B2 JP H0656827 B2 JPH0656827 B2 JP H0656827B2 JP 60258030 A JP60258030 A JP 60258030A JP 25803085 A JP25803085 A JP 25803085A JP H0656827 B2 JPH0656827 B2 JP H0656827B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- activated carbon
- polarizable electrode
- concentration
- carbon fiber
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気二重層キャパシタ、電池などに用いる分
極性電極のための炭素繊維、炭素粉末およびその製造法
に関するものである。
極性電極のための炭素繊維、炭素粉末およびその製造法
に関するものである。
従来の技術 炭素材料、特に活性炭繊維、活性炭粉末を分極性電極と
して用いる電気二重層キャパシタなどのエネルギ貯蔵装
置は既に知られている。このようなエネルギ貯蔵装置に
おいては、炭素材料から成る分極性電極の表面で、正ま
たは負イオンの吸脱着による電気二重層の形成反応が主
に起きており、この部分での荷電の蓄積が一方の電極反
応となる。
して用いる電気二重層キャパシタなどのエネルギ貯蔵装
置は既に知られている。このようなエネルギ貯蔵装置に
おいては、炭素材料から成る分極性電極の表面で、正ま
たは負イオンの吸脱着による電気二重層の形成反応が主
に起きており、この部分での荷電の蓄積が一方の電極反
応となる。
現在までに開発されているこの種のエネルギ貯蔵装置の
代表的な構成例を第４図，第５図に示す。すなわち、第
４図に示すものは、活性炭繊維布より成る分極性電極１
０，１１と、この上のアルミニウム集電極１２，１３、
セパレータ１４、蓋１５、ケース１６、ガスケット１７
から成るコイル型のキャパシタであり、分極性電極１
０，１１、セパレータ１４には電解液が含浸されてい
る。また第５図に示すものは、正極２０が、第２図と同
じ活性炭布を分極性電極とし、アルミニウム集電層21を
有し、負極は、リチウムをドーピングシタSn−Ｐｂ合金
２２を用いたもので、セパレータ２３、ケース２４、蓋
２５、ガスケット２６により構成される。電解液にはリ
チウム塩を電解質としたものを用いている。
代表的な構成例を第４図，第５図に示す。すなわち、第
４図に示すものは、活性炭繊維布より成る分極性電極１
０，１１と、この上のアルミニウム集電極１２，１３、
セパレータ１４、蓋１５、ケース１６、ガスケット１７
から成るコイル型のキャパシタであり、分極性電極１
０，１１、セパレータ１４には電解液が含浸されてい
る。また第５図に示すものは、正極２０が、第２図と同
じ活性炭布を分極性電極とし、アルミニウム集電層21を
有し、負極は、リチウムをドーピングシタSn−Ｐｂ合金
２２を用いたもので、セパレータ２３、ケース２４、蓋
２５、ガスケット２６により構成される。電解液にはリ
チウム塩を電解質としたものを用いている。
活性炭繊維を用いるものの他に、活性炭粉末もしくは、
これとバインダとの混合物を用いて上記と同じコイン型
に構成したものや、捲回型のものも知られており、いず
れの場合も炭素材料の比表面積が容量値を支配する。
これとバインダとの混合物を用いて上記と同じコイン型
に構成したものや、捲回型のものも知られており、いず
れの場合も炭素材料の比表面積が容量値を支配する。
発明が解決しようとする問題点 上記のような炭素電極上に形成される電気二重蓄積容量
Ｃは次式で表わされる。
Ｃは次式で表わされる。
ここでｓは炭素材料の比表面積、ｌは電気二重層の厚
さ、εは電解液の誘電率である。この式から比表面積が
大きな炭素材料、すなわち活性炭のような材料を電極に
用いることにより大容量のエネルギ貯蔵装置が得られる
ことがわかる。エネルギ貯蔵装置の特性を支配する因子
として、この他に炭素材料の表面化学構造がある。
さ、εは電解液の誘電率である。この式から比表面積が
大きな炭素材料、すなわち活性炭のような材料を電極に
用いることにより大容量のエネルギ貯蔵装置が得られる
ことがわかる。エネルギ貯蔵装置の特性を支配する因子
として、この他に炭素材料の表面化学構造がある。
活性炭の表面は以下に示すように炭素６員環の重合体に
−ＣＯＯＨ，−ＯＨ，＞Ｃ＝Ｏなどの官能基が存在す
る。
−ＣＯＯＨ，−ＯＨ，＞Ｃ＝Ｏなどの官能基が存在す
る。
そして活性炭表面に純粋な電気二重層を形成するために
は、これらの極性官能基ができるだけ少ない方が好まし
く、これらを分極性電極として用いた電気二重層キャパ
シタの容量が大きくなる。さらに−ＣＯＯＨ，−ＯＨな
どの酸性官能基と電解液とが反応して陽イオン置換や、
脱炭酸反応が起きるため、その反応電流に起因してキャ
パシタの直流漏れ電流も大きくなり、自己放電の増大に
つながる。
は、これらの極性官能基ができるだけ少ない方が好まし
く、これらを分極性電極として用いた電気二重層キャパ
シタの容量が大きくなる。さらに−ＣＯＯＨ，−ＯＨな
どの酸性官能基と電解液とが反応して陽イオン置換や、
脱炭酸反応が起きるため、その反応電流に起因してキャ
パシタの直流漏れ電流も大きくなり、自己放電の増大に
つながる。
問題点を解決するための手段 本発明は、表面の−ＣＯＯＨや−ＯＨのような酸性官能
基の濃度が１．０ミリ当量／ｇ以下の炭素繊維、または
炭素粉末により分極性電極を構成するものである。
基の濃度が１．０ミリ当量／ｇ以下の炭素繊維、または
炭素粉末により分極性電極を構成するものである。
作用 本発明では、酸性官能基濃度が低い炭素材料を分極性電
極として用いるため、得られるエネルギ貯蔵装置の直流
漏れ電流が低く、自己放電も最少におさえられる。ま
た、電気二重層形成が官能基の存在により妨げられるこ
とも少なくなり、同一の比表面積の炭素材料を用いた
時、得られる容量は大きくなる。
極として用いるため、得られるエネルギ貯蔵装置の直流
漏れ電流が低く、自己放電も最少におさえられる。ま
た、電気二重層形成が官能基の存在により妨げられるこ
とも少なくなり、同一の比表面積の炭素材料を用いた
時、得られる容量は大きくなる。
第１図は、第４図の構成のキャパシタにおいて、用いる
活性炭繊維の表面酸性官能基濃度と直流漏れ電流との関
係を示すものである。ここで直流漏れ電流は２．８Ｖ６
０分値であり、電極の直径は５mm、活性炭電極は坪量１
００ｇ／m2のフェノール樹脂系ノボラック活性炭繊維布
を用いた。また活性炭の表面酸性基濃度の測定は、次の
方法によった。すなわち、５００mgの活性炭繊維布を
０．２Ｎ NaOH水溶液３０mlの中に浸漬し、一昼夜室温
で振とうする。遠心分離により分離した上澄液１０mlを
０．２ＮＨＣｌで滴定し、NaOHの濃度を測定することに
より活性炭に吸着されたＮａのグラム当量数を知る。こ
のグラム当量数が活性炭表面の−ＣＯＯＨ，−ＯＨ基の
当量に相当し、これを１ｇ活性炭当たりの官能基当量に
換算する。
活性炭繊維の表面酸性官能基濃度と直流漏れ電流との関
係を示すものである。ここで直流漏れ電流は２．８Ｖ６
０分値であり、電極の直径は５mm、活性炭電極は坪量１
００ｇ／m2のフェノール樹脂系ノボラック活性炭繊維布
を用いた。また活性炭の表面酸性基濃度の測定は、次の
方法によった。すなわち、５００mgの活性炭繊維布を
０．２Ｎ NaOH水溶液３０mlの中に浸漬し、一昼夜室温
で振とうする。遠心分離により分離した上澄液１０mlを
０．２ＮＨＣｌで滴定し、NaOHの濃度を測定することに
より活性炭に吸着されたＮａのグラム当量数を知る。こ
のグラム当量数が活性炭表面の−ＣＯＯＨ，−ＯＨ基の
当量に相当し、これを１ｇ活性炭当たりの官能基当量に
換算する。
第１図のように、−ＣＯＯＨ，−ＯＨ基の量の少ない活
性炭ほどキャパシタの直流漏れ電流が低くなる。これは
既述のように、これらの官能基と電解液との反応電流に
起因するものと考えられ、官能基濃度が低いほど好まし
い。その値は１．０ミリ当量／ｇ以下、さらに好ましく
は０．２ミリ当量／ｇ以下である。
性炭ほどキャパシタの直流漏れ電流が低くなる。これは
既述のように、これらの官能基と電解液との反応電流に
起因するものと考えられ、官能基濃度が低いほど好まし
い。その値は１．０ミリ当量／ｇ以下、さらに好ましく
は０．２ミリ当量／ｇ以下である。
第２図は酸性官能基濃度とキャパシタの容量、第３図は
官能基濃度とキャパシタのインピーダンス（１ＫHzでの
値）との関係を示すが、いずれも官能基濃度が低い方が
優れた特性のキャパシタが得られる。
官能基濃度とキャパシタのインピーダンス（１ＫHzでの
値）との関係を示すが、いずれも官能基濃度が低い方が
優れた特性のキャパシタが得られる。
このように酸性官能基濃度の低い活性炭を得る方法は種
々考えられ、その具体的内容については以下の実施例で
述べる。
々考えられ、その具体的内容については以下の実施例で
述べる。
実施例 実施例１ 目付１００ｇ／m2のフェノール樹脂系活性炭繊維布（比
表面積２０００m2／ｇ）を、窒素気流２／分中５００
℃，８００℃または１０００℃で１時間熱処理する。得
られた熱処理活性炭繊維布の片面にプラズマ容射法によ
りアルミニウム層（厚さ３００μｍ）を形成し、これを
直径５mmの円形に打抜き電極とする。一対の円形電極と
セパレータを用いて第４図のようなキャパシタを構成す
る。電解液はプロピレンカーボネートにテトラエチルア
ンモニウムパークロレートを溶解したものを用いた。
表面積２０００m2／ｇ）を、窒素気流２／分中５００
℃，８００℃または１０００℃で１時間熱処理する。得
られた熱処理活性炭繊維布の片面にプラズマ容射法によ
りアルミニウム層（厚さ３００μｍ）を形成し、これを
直径５mmの円形に打抜き電極とする。一対の円形電極と
セパレータを用いて第４図のようなキャパシタを構成す
る。電解液はプロピレンカーボネートにテトラエチルア
ンモニウムパークロレートを溶解したものを用いた。
実施例２ 目付１００ｇ／m2のフェノール樹脂系活性炭繊維布を、
１Ｎ塩酸ヒドラジン水溶液中に浸漬し、１時間煮沸す
る。水洗乾燥後、実施例１と同じ構成のキャパシタを組
立てる。
１Ｎ塩酸ヒドラジン水溶液中に浸漬し、１時間煮沸す
る。水洗乾燥後、実施例１と同じ構成のキャパシタを組
立てる。
実施例３ 目付１００ｇ／m2のフェノール樹脂系活性炭繊維布を、
室温下２／分の水素ガス気流中に１０分間さらす。得
られた活性炭布を実施例１と同じ構成のキャヤパシタに
組立てる。
室温下２／分の水素ガス気流中に１０分間さらす。得
られた活性炭布を実施例１と同じ構成のキャヤパシタに
組立てる。
第１表に実施例１，２，３で得られたキャパシタの諸特
性を示す。なお容量は１ｍＡ放電時の値、漏れ電流は
２．８Ｖ６０分値、インピーダンスは１ＫHzでの値であ
る。
性を示す。なお容量は１ｍＡ放電時の値、漏れ電流は
２．８Ｖ６０分値、インピーダンスは１ＫHzでの値であ
る。
実施例４ 比表面積５００m2／ｇの炭素繊維を実施例１と同じく５
００℃，８００℃または１０００℃で処理し、片面にプ
ラズマ容射によりアルミニウム層（厚さ３００μｍ）を
形成し、これを直径の５mmの円形に打抜く。これの正極
に用い、負極にリチウムをドーピングしたSn−Pb合金を
用いて第５図に示す構成のエネルギ貯蔵装置を組立て
る。
００℃，８００℃または１０００℃で処理し、片面にプ
ラズマ容射によりアルミニウム層（厚さ３００μｍ）を
形成し、これを直径の５mmの円形に打抜く。これの正極
に用い、負極にリチウムをドーピングしたSn−Pb合金を
用いて第５図に示す構成のエネルギ貯蔵装置を組立て
る。
第２表に実施例４で得られたエネルギ貯蔵装置の特性を
示す。
示す。
本発明で用いる炭素繊維，炭素粉末は、既述の２つの型
のいずれにおいても炭素の表面の電気二重層形成が電極
反応の律速になっているため、その比表面積が大きいこ
とが望ましく、実用的に５００m2／ｇ以上であることが
好ましい。この点から、高比表面積でなおかつ強度を有
する材料としては、フェノール系ノボラック樹脂、ＰＡ
Ｎ、セルロース，ピッチが適当である。
のいずれにおいても炭素の表面の電気二重層形成が電極
反応の律速になっているため、その比表面積が大きいこ
とが望ましく、実用的に５００m2／ｇ以上であることが
好ましい。この点から、高比表面積でなおかつ強度を有
する材料としては、フェノール系ノボラック樹脂、ＰＡ
Ｎ、セルロース，ピッチが適当である。
また活性炭の還元方法として実施例では塩酸ヒドラジン
溶液，水素ガスを用いる方法を示したが、この他にも塩
酸NaBH4，LiAlH4などの化学還元剤を用いる方法、ＯＣ
や炭化水素などの還元性ガスと接触させる方法がある。
溶液，水素ガスを用いる方法を示したが、この他にも塩
酸NaBH4，LiAlH4などの化学還元剤を用いる方法、ＯＣ
や炭化水素などの還元性ガスと接触させる方法がある。
また、炭素粉末についても炭素繊維と同様な作用効果が
得られた。
得られた。
発明の効果 以上のように、本発明によれば、直流漏れ電流、インピ
ーダンスが低く、大容量の電気二重層キャパシタなどの
エネルギ貯蔵装置を与える分極性電極を得ることができ
る。
ーダンスが低く、大容量の電気二重層キャパシタなどの
エネルギ貯蔵装置を与える分極性電極を得ることができ
る。
第１図は活性炭繊維中の酸性官能濃度とキャパシタの漏
れ電流との関係を示す図、第２図は活性炭繊維中の酸性
官能基濃度とキャパシタの容量との関係を示す図、第３
図は活性炭繊維中の酸性官能基濃度とキャパシタのイン
ピーダンスとの関係を示す図、第４図はキャパシタの構
成例を示す縦断面図、第５図は活性炭繊維と非分極性電
極とから構成されるエネルギ貯蔵装置の構成例を示す縦
断面図である。
れ電流との関係を示す図、第２図は活性炭繊維中の酸性
官能基濃度とキャパシタの容量との関係を示す図、第３
図は活性炭繊維中の酸性官能基濃度とキャパシタのイン
ピーダンスとの関係を示す図、第４図はキャパシタの構
成例を示す縦断面図、第５図は活性炭繊維と非分極性電
極とから構成されるエネルギ貯蔵装置の構成例を示す縦
断面図である。
Claims (4)
- 【請求項１】表面の酸性官能基の濃度が１．０ミリ当量
／ｇ以下の炭素繊維または炭素粉末より成る分極性電
極。 - 【請求項２】前記炭素繊維、炭素粉末が比表面積500m2
／ｇ以上の活性炭素である特許請求の範囲第１項記載の
分極性電極。 - 【請求項３】前記表面酸性官能基の濃度が０．２ミリ当
量／ｇ以下である特許請求の範囲第１項記載の分極性電
極。 - 【請求項４】炭素繊維または炭素粉末を還元することに
より、その表面酸性官能基の濃度を１．０ミリ当量／ｇ
以下にすることを特徴とする分極性電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60258030A JPH0656827B2 (ja) | 1985-11-18 | 1985-11-18 | 分極性電極およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60258030A JPH0656827B2 (ja) | 1985-11-18 | 1985-11-18 | 分極性電極およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62117313A JPS62117313A (ja) | 1987-05-28 |
| JPH0656827B2 true JPH0656827B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=17314557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60258030A Expired - Lifetime JPH0656827B2 (ja) | 1985-11-18 | 1985-11-18 | 分極性電極およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656827B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088410A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-04-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電気二重層キャパシタ |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3012240B2 (ja) * | 1987-09-25 | 2000-02-21 | 東洋紡績株式会社 | 分極性電極材の製造方法 |
| JPH05101980A (ja) * | 1991-10-08 | 1993-04-23 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 電気二重層コンデンサの製造方法 |
| JP2017088443A (ja) * | 2015-11-09 | 2017-05-25 | 住友電気工業株式会社 | 多孔質炭素材料、その製造方法、それを用いた電極及びキャパシタ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60189162A (ja) * | 1984-03-07 | 1985-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分極性電極の製造法 |
-
1985
- 1985-11-18 JP JP60258030A patent/JPH0656827B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60189162A (ja) * | 1984-03-07 | 1985-09-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分極性電極の製造法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088410A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-04-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電気二重層キャパシタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62117313A (ja) | 1987-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0112923B1 (en) | Double electric layer capacitor | |
| US10121607B2 (en) | Ceramic separator for ultracapacitors | |
| JP2005129924A (ja) | 電気二重層コンデンサ用金属製集電体およびそれを用いた分極性電極並びに電気二重層コンデンサ | |
| US6830594B2 (en) | Process for producing an electric double layer capacitor and positive electrode for an electric double layer capacitor | |
| JPH0656827B2 (ja) | 分極性電極およびその製造方法 | |
| WO2020080521A1 (ja) | キャパシタ及びキャパシタ用電極 | |
| JP3721642B2 (ja) | 大容量電気二重層コンデンサの製造方法 | |
| CN112655061A (zh) | 电容器及电容器用电极 | |
| JP2000124081A (ja) | 電気二重層キャパシタ | |
| JPH0770448B2 (ja) | 分極性電極の製造法 | |
| JPH0213925B2 (ja) | ||
| JPH09270370A (ja) | 電気二重層コンデンサ及びその製造方法 | |
| JP2003243260A (ja) | 電気二重層キャパシタ | |
| JP2005347517A (ja) | 電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製造方法 | |
| JP2723578B2 (ja) | 有機電解質電池 | |
| JP3824354B2 (ja) | 電気二重層キャパシタの製造方法 | |
| JPH0974052A (ja) | 分極性電極の製造方法 | |
| JP2003297695A (ja) | 電気二重層キャパシタ | |
| JP2920073B2 (ja) | 有機電解質電池 | |
| JPS6197910A (ja) | 電気二重層キヤパシタおよびその製造法 | |
| JPH0372614A (ja) | 有機半導体を用いた湿式コンデンサーの製造方法 | |
| JPH081879B2 (ja) | 分極性電極の製造法 | |
| CN106876161A (zh) | 一种钛酸锂基锂离子电容器 | |
| JPH0331070Y2 (ja) | ||
| JPS61214417A (ja) | エネルギ−貯蔵装置 |