JPH0666228B2 - エネルギ−貯蔵装置 - Google Patents

エネルギ−貯蔵装置

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JPH0666228B2
JPH0666228B2 JP59121153A JP12115384A JPH0666228B2 JP H0666228 B2 JPH0666228 B2 JP H0666228B2 JP 59121153 A JP59121153 A JP 59121153A JP 12115384 A JP12115384 A JP 12115384A JP H0666228 B2 JPH0666228 B2 JP H0666228B2
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energy storage
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昭彦 吉田
西野  敦
一郎 棚橋
康弘 竹内
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一対の分極性電極と電解液とからなる電気二
重層キャパシタのようなエネルギー貯蔵装置に関するも
のである。
従来例の構成とその問題点 従来、一対の分極性電極と電解液とからなる電気二重層
キャパシタは、第1図に示す基本構成を有する。すなわ
ち、一対の分極性電極1,2と、この間に存在するセパ
レータ3と、それぞれの分極性電極1,2の集電層4,
5とから構成されるものであり、代表的な分極性電極と
しては、活性炭粉末,活性炭繊維などが用いられてい
る。
第2図は本発明者らが考案した電気二重層キャパシタの
具体例であり、活性炭繊維よりなる織布6、7と、この
活性炭繊維織布6,7の片面にプラズマ溶射法により形
成されたアルミニウム集電層8,9と、セパレータ10
と、正,負極を兼ねた金属ケース11,12と、絶縁ガ
スケット13からなる平板型キャパシタで、電解液とし
てプロピレンカーボネート,テトラエチルアンモニウム
パークロレートの混合液を用いている。
これらのキャパシタの使用耐電圧を考えると、以下に述
べるようにその最高使用電圧が決定される。
まず第2図に述べた一対の活性炭繊維を分極性電極に用
いたキャパシタでは、充電時正負極それぞれの表面に
(式1)で示されるテトラエチルアンモニウムパークロ
レートイオンの分極によるテトラエチルアンモニウムイ
オン(+)とパークロレートイオン(−)との電気二重
層が形成される。
(C2H5)4NClO4→(C2H5)4N++ClO4 -……(式1) この反応を起こすために印加できる電圧は、正極,負極
いずれも電解液の分解電圧により決められる。
実用上は、集電に使用している金属や、ケース材料金属
などの陽極溶解,皮膜形成,溶解反応の電流などがから
んでこの電圧よりさらに低い使用耐電圧になるが、当該
使用耐電圧を支配する最大因子は電解液の分解電圧であ
る。ところで、電解液のアノード,カソード反応による
分解反応は、電極材料の性質と大きく関係し、特に活性
炭を分極性電極として用いた時、その表面に存在する官
能基が、分極電圧を大きく左右する。従来、用いられて
いる活性炭電極は、正極,負極いずれにも同じ性質のも
のを用いているため、耐電圧が高々2〜2.5Vであっ
た。
発明の目的 本発明は、使用耐電圧の高いキャパシタなどのエネルギ
ー貯蔵装置を得ることを目的とし、さらに具体的には、
分極性電極として用いる活性炭の表面官能基を制御する
ことによって電解液の正,負極分解反応電圧をそれぞれ
よりアノーディックに、カソーディックにすることによ
り高耐圧キャパシタ,電池を得ることを目的とするもの
である。
発明の構成 この目的を達成するために本発明は、一対の分極性電極
と電解液とから基本的に構成され、かつ正極を高い酸化
電位を有するものとし、負極をより低い酸化電位を有す
るものとしたものである。
本発明によれば、正極により電位の高い分極性電極、例
えば酸性基を多く有する活性炭電極,負極に電位の低い
分極性電極、例えば中性,塩基性基を多く有する活性炭
電極を用いることにより、使用耐電圧の高いキャパシタ
などのエネルギー貯蔵装置が得られる。
実施例の説明 先の項で述べたように、同一の電解液を用いても、電解
液の分解電圧は活性炭分極性電極の性質によって異な
る。第3図は、活性炭表面の拡大模式図であるが、その
表面が、カーボン元素以外に、カルボキシル基40,フ
ェノール性水酸基41,カルボニル基42,キノン基4
3などの官能基が存在する。これらの官能基は、活性炭
を正負に分極した時、電解液の分解を促進したり阻止し
たりする。すなわち、カルボキシル基,フェノール性水
酸基はアノード分極した時電解液分解電圧を高くする機
能を有し、カソード分極した時、自らも還元されて電解
液の分解を促すため、分解電圧は正の値の方に近づき、
負の値で絶対値は小さくなる。この結果これらの官能基
をもつ活性炭を正極に用いることは有効だが負極に用い
ると不利である。一方、カルボニル基、キノン基など
は、カソード分極した時電解液の分解を阻止するように
作用し、アノード分極した時、自らも酸化され電解液の
酸化を促し、結果としてアノード分解電圧が低くなる。
すなわち正の値で絶対値は小さくなる。
以上のことから、キャパシタ,電池の系全体の使用耐電
圧を向上させるためには、正極には酸性官能基(カルボ
キシル基,フェノール性水酸基)を多く有する活性炭を
負極には中性もしくは塩基性官能基(カルボニル基、キ
ノン基)を多く有する活性炭を用いることが有効である
ことがわかる。
これらの官能基を有する活性炭を作るには次の2つの方
法が考えられる。すなわち、原材料の炭化,賦活の時、
その反応雰囲気を、酸化性または還元性雰囲気にする方
法と、一度、炭化,賦活された炭素材料や、活性炭材料
を、酸化性または還元性雰囲気で処理する方法である。
酸化性雰囲気としては、O,CO,HOなどの酸
化性ガス中で炭化、賦活,後処理する方法や、生成した
炭素,活性炭をHNOのような酸化性酸によっても処
理する方法である。
また還元性雰囲気としては、H,炭化水素,COなど
の還元性ガス中や、N,Arなどの不活性ガス中で炭
化,賦活,後処理する方法や、生成した炭素,活性炭を
HClのような還元性酸NaOH,KOHなどのアルカ
リによって処理する方法である。
第4図は、正極として適した炭素電極(第4a図)およ
び負極として適した炭素電極(第4図b)の一例を示す
表面拡大模式図である。
次に具体的な実施例について述べる。
(実施例−1) フェノール樹脂系繊維をN−HO系ガス中、高温で
炭化賦活して得られた活性炭繊維を正極として、同じ原
料繊維を炭化水素ガス中、高温で炭化賦活して得られた
活性炭繊維を負極として、テトラエチルアンモニウムパ
ークロレートの混合液を電解液としてキャパシタを構成
した。
(実施例−2) フェノール系活性炭繊維を1mole/のHNO中に1
0時間浸漬処理,水洗,乾燥した活性炭繊維を正極に、
同上活性炭繊維を0.5mole/のHCl中に5時間浸
漬処理,水洗,乾燥した活性炭繊維を負極に用いてキャ
パシタを構成した。なお電解液は実施例1と同様であ
る。
(実施例−3) フェノール系活性炭繊維をN−CO系ガス中、高温
で炭化賦活して得られた活性炭繊維を正極に、これを高
温下真空(10-2torr)中で処理したものを負極に
用いてキャパシタを構成した。なお電解液は実施例1と
同様である。
それぞれの電極は直径12mmに打ぬき、片面にアルミニ
ウムのプラズマ溶射膜が施してある。キャパシタ構成は
第2図に示したものであり、第1表に従来例とともにキ
ャパシタ特性を示す。
発明の効果 以上のように本発明によれば、カルボキシル基、フェノ
ール性水酸基などの酸性官能基を有する活性炭もしくは
炭素材料を正極に、カルボニル基、キノン基などの中性
官能基,塩基性官能基を有する活性炭もしくは炭素材料
を負極に用いることにより使用電圧の高いキャパシタな
どのエネルギー貯蔵装置を得ることができる。これらの
電極は、本文中に示すように種々の処理法,炭化・賦活
法により得られるものであり、得られた活性炭の組合せ
方により、高耐圧のエネルギー貯蔵装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一対の分極性電極からなるキャパシタの基本構
成図、第2図は第1図のキャパシタの具体的構成例を示
す断面図、第3図は活性炭表面の官能基を示す拡大模式
図、第4図は本発明の正極,負極に適したキャパシタ、
または電池用の活性炭材料の拡大模式図である。 1,2……分極性電極、6,7……活性炭繊維織布。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 棚橋 一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 竹内 康弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−146872(JP,A) 特公 昭56−28007(JP,B2) 特公 昭51−44742(JP,B2)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の分極性電極と電解液とから主として
    構成され、かつ正極分極性電極がカルボキシル基、フェ
    ノール性水酸基などの酸性官能基を有する活性炭もしく
    は炭素材料であり、負極分極性電極がカルボニル基、キ
    ノン基などの中性官能基、塩基性官能基を有する活性炭
    もしくは炭素材料であることを特徴とするエネルギー貯
    蔵装置。
  2. 【請求項2】活性炭もしくは炭素材料が、活性炭繊維,
    炭素繊維およびこれから構成される布,紙,フェルトで
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のエネ
    ルギー貯蔵装置。
  3. 【請求項3】活性炭繊維,炭素繊維が、フェノール樹脂
    系繊維,セルロース系,ポリアクリロニトリル系,ピッ
    チ系のいずれかひとつ以上からなることを特徴とする特
    許請求の範囲第2項記載のエネルギー貯蔵装置。
JP59121153A 1984-06-12 1984-06-12 エネルギ−貯蔵装置 Expired - Lifetime JPH0666228B2 (ja)

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