JPH10335189A - 電気二重層コンデンサー - Google Patents
電気二重層コンデンサーInfo
- Publication number
- JPH10335189A JPH10335189A JP9147980A JP14798097A JPH10335189A JP H10335189 A JPH10335189 A JP H10335189A JP 9147980 A JP9147980 A JP 9147980A JP 14798097 A JP14798097 A JP 14798097A JP H10335189 A JPH10335189 A JP H10335189A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electric double
- activated carbon
- layer capacitor
- activation
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 48
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 76
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 42
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 abstract description 5
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 abstract description 5
- -1 or borron Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 9
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 7
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 7
- 235000021552 granulated sugar Nutrition 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UHFFFAOYSA-N Rohrzucker Natural products OCC1OC(CO)(OC2OC(CO)C(O)C(O)C2O)C(O)C1O CZMRCDWAGMRECN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 229960004903 invert sugar Drugs 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002627 tracheal intubation Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- 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
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
補助電源として使用可能な大容量の電気二重層コンデン
サーを提供する。 【解決手段】 糖類に、シリコン、アルミニウム、鉄、
ニッケル、カルシウム、マグネシウム、またはボロンを
主成分とする金属微粉末若しくは金属化合物又はこれら
を組み合わせた添加物を添加して混合し、混合物を低温
で加熱して脱水、部分分解させ、次に600〜800℃
で加熱分解し、生成した炭化物に対して水酸化カリウム
を添加し700〜1000℃で賦活することによって調
製した活性炭を電極材料に使用して電気二重層コンデン
サーを製造する。
Description
に使用した大容量の電気二重層コンデンサーに関するも
のである。
コンデンサーあるいはタンタルコンデンサーと比較して
数百倍から数千倍の電気量を充電したり、放電したりす
ることのできるコンデンサーである。また、急速充放電
が可能であり、数万回に及ぶ充放電サイクルにおいても
容量低下が少ないという特徴を有する。他方、そのコン
デンサー容量は、代表的な二次電池であるニッケルカド
ミウム電池の電気量の1/30と小さく、電子機器の駆
動用電源さらには自動車の補助電源としては容量不足で
ある。
量を左右するのは、電極材料である。電極材料には、電
子伝導性と大きな比表面積を併せ持つ材料が使用される
が、現状では活性炭が最も適した材料である。活性炭
は、サブミクロ孔(0.8nm以下の直径を有する細
孔)、ミクロ孔(0.8〜2nmの直径を有する細
孔)、メソ孔(2〜50nmの直径を有する細孔)、マ
クロ孔(50nm以上の直径を有する細孔)が様々な割
合で連結した多孔質炭素材料である。
量は、ミクロ孔の多寡に依存し、細孔の100%がミク
ロ孔である活性炭ができれば、コンデンサー容量はニッ
ケルカドミウム電池の電気量に近接すると考えられる。
しかし現在の活性炭の量産技術では、特定の細孔のみを
形成させることは極めて困難であり、出発原料を変えた
り、賦活条件を変える手法で、ミクロ孔の割合を支配的
にする事が検討されている。
ノール樹脂を出発原料としてこれを加熱分解し炭化物と
した後、水蒸気賦活あるいは薬品賦活をする方法で調製
され、その形状が粒状もしくは繊維状であり、これら活
性炭を電極材料に使用してコンデンサー容量を改善した
電気二重層コンデンサーが開発されている。
脂から調製した活性炭を電極材料に使用した電気二重層
コンデンサーは、未だコンデンサー容量の不足が指摘さ
れており、電子機器の駆動用電源さらには電気自動車の
補助電源に供試するには十分な性能を具備しているとは
言えない状況にある。
ー容量の大きな活性炭を調製し、その活性炭を使用する
ことで電子機器の駆動用電源さらには電気自動車の補助
電源として使用可能な大容量の電気二重層コンデンサー
を提供することを目的とする。
微粉末若しくは金属化合物又はこれらを組み合わせた添
加物を添加して混合し、混合物を低温で加熱して脱水、
部分分解させ、次に600〜800℃で加熱分解し、生
成した炭化物に対して水酸化カリウムを添加し700〜
1000℃で賦活することによって調製した活性炭を電
極材料に使用して電気二重層コンデンサーを構成するこ
とにより上記課題を解決している。
が見出されているが、これらを加熱すると多量のH2 O
とCO2 の発生を伴いながら液状化が起こり、最終的に
は炭化物まで分解する。加熱時に多くの状態変化を経由
することによって、これらの炭化物は極めて活性な表面
性状を有するものとなるため、賦活が進み易く、活性炭
用炭素材として好適である。
合物又はこれらを組み合わせた添加物を添加し均一に分
散するように混合する。糖類としては、不純物が少なく
その含有量が安定しており、さらに添加物の種類および
量について制御の容易さまたは簡便さから澱粉、転化糖
や分蜜糖が適当である。添加物を糖類と混合した後、混
合物を高温に加熱して炭化物にすると、添加物中の金属
は炭化物の黒鉛化を促進する触媒として作用するが、賦
活剤の共存下においてはそれら金属が賦活促進剤として
働き、ミクロ孔の増大に有効な作用を示すため大容量の
電気二重層コンデンサー用活性炭として適した物性が得
られるものと考えられる。
Ni、Ca、Mg、またはBの元素を主成分とする金属
微粉末若しくは金属化合物があり、中でもFe、Caが
最適である。これらの金属は炭化物に対し非常に活性
で、炭化物中に拡散した時には多数の格子欠陥の発生を
伴う。この格子欠陥はエネルギーが大きく非常に活性で
あるため、賦活でミクロ孔の形成に大きな効果を示す。
その賦活促進作用は以下のように推論される。
炭化物と反応しSiC、Al4 C3、Fe3 C、もしく
はNi3 Cの生成と分解を繰り返すが、分解によって生
成した炭素表面が格子欠陥を有し、非常に活性であるた
め賦活剤が反応し易く、賦活の進行がミクロ孔の割合を
増加させるよう作用する。
内に進入し易いインターカレート物質であり、金属がイ
ンターカレートする際に炭素結晶を押し広げるため炭化
物内部に圧縮歪みを生じる。その圧縮歪みは炭化物全体
を均一に黒鉛化する作用をするが、ガラス状から黒鉛化
への変化の過程で炭素表面にC−C結合が切断したラジ
カルな部分が多く発生し、その微小部分で賦活が進行す
るため、ミクロ孔の形成が促進される。この時の活性炭
は、X線回折図形で26°付近に非常にブロードなピー
クを示す構造となる。
一の元素であり、Bが炭化物内で拡散する時に炭化物内
部で膨張、圧縮を繰り返し多くの内部歪みを生じ、その
内部歪みが黒鉛化を促進する作用をする。ところが賦活
時においてはBの拡散で生じる格子欠陥が賦活され易い
ため、ミクロ孔の形成が促進される。
鉛化触媒として作用するマイナス要因よりも、炭化物表
面の活性化、C−C結合の切断により生成される活性な
微小部分あるいは金属原子の拡散で生じた格子欠陥が賦
活されやすいことによっておこるミクロ孔の増大の効果
の方が大きく、この方法により調製した活性炭を使用す
ることによって電気二重層コンデンサーのコンデンサー
容量の大容量化を計るることが可能となる。
物の中から一種類を選択すれば目的とする効果が得られ
るが、組み合わせ使用しても同様の効果が得られる。た
だしいずれの添加物でも添加量が多くなると黒鉛化とい
うマイナス要因が強く現出するので、糖類に対して金属
元素換算で0.7重量%以下になるように添加物の添加
量を制御することが好ましい。このように低い添加率で
は、その含有量に相応した容量損失はほとんど生じな
い。
がある。金属微粉末を使用する場合は、Si、Al、F
e、Ni、またはBを主成分とする金属微粉末に限定し
た方が良い。CaおよびMgを成分とする金属微粉末は
非常に活性であるため、微粉末の製造が非常に難しいだ
けでなく、糖類との混合時に発熱する危険性を伴うの
で、安全上慎重な配慮が必要である。
性の金属化合物が最適である。水溶性の金属化合物は、
結晶粒が比較的柔らかく細粒化しやすいため、炭化物と
の均一な混合分散が行われ目的の効果が得られ易い。さ
らに賦活後の活性炭にこれら金属化合物が残留した場合
には、活性炭を熱湯で煮沸洗浄する時に賦活剤のKOH
と共に溶解、除去が可能である。
酸化物、炭酸塩、あるいは硫酸塩が挙げられ、これらの
中から水に対する溶解度の高いものを選択する。ただし
例えばSiでは炭酸塩、硫酸塩は知られておらず、唯一
塩化物が知られているが、SiCl4 は大気中の水分で
加水分解し白煙を発生する。このような大気に不安定な
化合物は、取扱いに労力を必要とし、結果として目的の
効果を導き難い。またSiには水酸化物が存在するが、
水に対する溶解度が極めて小さい。そのような場合、他
の選択肢としては、金属炭化物の様に共有結合の化合物
を用いることも可能である。例えばSiはSiC、Al
はAl4 C3 、FeはFe3 C、NiはNi3 C、Bは
B4 Cを添加すれば目的の効果が得られる。ただしC
a、Mgについては、CaC2 、MgC2 およびMg2
C3 が知られているが、水分との反応でアセチレンを発
生し爆発を誘発する可能性があるため使用には適さな
い。
脱水と部分分解を行うことによって、次の加熱分解工程
で調製される炭化物の基本的な結晶構造が構築され、炭
化物がより表面活性なものになる効果を与える。その加
熱温度は100〜200℃が好ましく、加熱時間は3〜
24hrで目的を達成できる。200℃より高い場合に
は膨張の程度が大きく、容器からの溢出により収率およ
び作業性を著しく低下させる。
化物の調製は、600〜800℃で行なわれる。温度が
600℃よりも低い場合、糖の分解が完全に行われない
ため、賦活の工程で残りの分解がおきるため、分解ガス
の一つであるCO2 が発生する。CO2 は炭化物の黒鉛
化を促進するため、目的とする賦活が行われない。ま
た、800℃より高い場合、添加物が炭化物の黒鉛化の
触媒として作用するため黒鉛化が起こり、賦活が進行し
難くなる。加熱時間は、部分分解物の重量減少が45〜
60%になるまでであるが、2〜5hrで目的の炭化物
が得られる。時間が短い場合には分解を途中で止めてし
まうことになり、温度が600℃より低い場合と同じ影
響を受ける。
に分けられる。水蒸気賦活は、サブミクロ孔の割合が大
きくなり本発明の目的に合致しない。有機電解液を用い
た電気二重層コンデンサーの場合、溶媒和したイオンサ
イズが大きいため、水蒸気賦活で形成されるサブミクロ
孔へイオンの侵入が不可能で、高いコンデンサー容量が
得られないからである。薬品賦活は、水蒸気賦活と反応
機構が異なり、細孔径は比較的大きくなる。薬品にはZ
nCl2 、NaOH、KOHなどが用いられる。特にK
OHは、炭化物との濡れ性が良好であるため賦活速度が
速く、それによって形成される細孔径も大きく、大きな
コンデンサー容量を示す。よって本発明ではKOHを用
いた薬品賦活を採用している。
〜1000℃の温度で加熱することにより行う。賦活温
度が700℃よりも低い場合、賦活の進行速度が非常に
遅く、細孔形成が緩慢である。これを相殺するために賦
活時間を延長するような措置を施しても、細孔径が大き
くなり過ぎてコンデンサー容量の向上につながらない。
1000℃よりも高い場合、賦活反応が激しく、KOH
の炭化物による還元で金属カリウムが大量に生成し、賦
活終了後に反応装置内に堆積した金属カリウムの処理に
多くの時間を必要とする。さらにマクロ孔、メソ孔の割
合が増加し、ミクロ孔の割合は逆に減少するため、コン
デンサーの容量の低下を招来する。
した後、ボールミルを用いて混合を行う。混合は、糖類
に添加物が良好に分散できればボールミルに限らず、ブ
レンダーなど他の手段でも構わない。
ティングした金属容器に入れ、大気中200℃で3〜2
4hr加熱することによって重量減少が35〜50%に
なるまで脱水と部分分解を行い、黒褐色の多孔質体とす
る。これを室温まで冷却した後、乳鉢で解砕して粒径を
1.7mm未満とする。粒径を1.7mm未満とすれ
ば、炭化物にした時の粒径は1000μm以下になる。
解砕手段は乳鉢に限らず、1.7mm未満にできればブ
レンダー、ハンマーミルなど他の手段を使用することも
可能である。細粒化は、解砕時間を制御することで防止
する。
45〜60%になるまで窒素気流中600〜800℃で
2〜5hr加熱することによって炭化物を得る。次に、
この炭化物とその4〜6倍量(重量比)のKOHをニッ
ケル坩堝に入れ、窒素気流中700〜1000℃で2〜
6hr加熱することによって賦活する。賦活反応の開始
とともにCO2 、H2 が発生し、続いて金属カリウムの
蒸気が発生する。賦活時の窒素流量は多い方が良く、そ
れによって反応生成ガスは完全に系外へ排出できるた
め、賦活反応速度の低下を回避できる。窒素流量は、炭
化物装填量を考慮して任意に変化させる必要がある。
坩堝に付着しているので、水を少量加えて剥離させた
後、ブフナーロートに流し入れ、そこに温水を繰り返し
注いで大部分のKOHを除去する。洗浄した活性炭をテ
フロン容器に入れ、給水して、3hr煮沸する。煮沸後
の活性炭は、再びブフナーロートで分離し、その後熱湯
をケーキ上の活性炭に繰り返し注ぐ方法で洗浄し、最後
に温風循環乾燥機で200℃、12hr以上乾燥して活
性炭を得る。
まで粉砕し、活性炭とテフロンを95:5の重量比で秤
量し、乳鉢を用いて混練した後、圧延ローラーでシート
状に成形し、100meshのステンレス製網に2t/
cm2 で圧着したものを電極とする。ただし、活性炭の
粉砕は、ボールミルに限定されず、74μm未満にする
ことができれば乳鉢やミキサーなどを用いることも可能
である。電極作製法は上記の他、アルミニウム、銅、ス
テンレスの金属箔上に活性炭と結着剤のスラリーを薄く
塗布した塗布電極でも構わない。
ターにLiClO4 を1mol溶解した液などが使用さ
れるが、電解液の組成は電気二重層コンデンサーの規格
に合わせて変えることが可能で、電解液の溶媒にはγブ
チロラクトンやエチレンカーボネイトなどの高誘電率溶
媒でかつ分解電圧が高い溶媒ならば、それらの単独ある
いは混合使用のいずれも適用可能である。また、電解質
塩に関しても上記の物質に限定されるものではなく、電
解液中でイオン解離した時に陽イオン、陰イオンのイオ
ン半径が小さく、さらに化学的に安定であれば良い。代
表例として(C 2 H5 )4 NBF4 などの第四級アンモ
ニウム塩や、(C2 H5 )4 PBF4 などの第四級ホス
ホニウム塩が挙げられる。
CaSO4 1.36gを秤量した後、ボールミルを用い
て混合した。この混合物をテフロンコーティングしたス
テンレス製バットに入れ、温風循環乾燥機中で200
℃、12hr加熱することで58gになるまで脱水、部
分分解を行う。冷却後、その部分分解物をめのう乳鉢で
1.7mm未満の粒径になるまで解砕した。
中685℃で2hr加熱し炭化をおこなった。この炭化
物の平均粒径は500μmであった。この炭化物20g
とKOH100gをニッケル坩堝に入れ、ニッケル内挿
管で保護した石英反応管中に挿入し、窒素500ml/
minを流し、雰囲気を十分に置換した後、電気炉を昇
温し1000°Cで4hr加熱し、賦活を行った。
200mlの水でニッケル坩堝から剥離させ、ブフナー
ロート上に流し入れ、そこに200mlの温水を20回
注いで大部分のKOHを水洗除去し、ブフナーロート上
の活性炭をテフロン容器に移し替えた。次に、テフロン
容器に給水し、3hr煮沸洗浄した。煮沸洗浄後の活性
炭はブフナーロートで分離し、活性炭ケーキの上に20
0mlの温水を25回繰り返し注ぐ方法で洗浄し、温風
循環乾燥機で200℃、12hr乾燥した。活性炭中の
K濃度は1800ppm、Ca濃度は80ppmであっ
た。
し、活性炭とテフロンを95:5の重量比で混合した
後、圧延ローラーでシート状に成形し、ステンレス製網
に圧着し電極シートを作製した。この電極シートを10
mm×10mmに切り、プロピレンガーボネイト1リッ
ターにLiClO4 を1mol溶解させた液を電解液と
して使用し、ポリプロピレン製セパレータを介した2枚
の電極を電解液中に浸し電気二重層コンデンサーを作製
した。
1.0mA/cm2 、電圧範囲0〜2.75Vで定電流
充放電を行い、放電時において電気二重層コンデンサー
の電極シートに含まれる活性炭の単位重量あたりのコン
デンサー容量を測定した。
す。 〔実施例2〕グラニュー糖100gに対し添加物として
CaSO4 3.40gを混合した以外は、実施例1と同
様に操作した。コンデンサー容量の測定結果を表1に示
す。
添加物としてAl4 C3 0.53gを混合した以外は、
実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量の測定結
果を表1に示す。
添加物としてFeSO4 1.09gを混合した以外は、
実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量の測定結
果を表1に示す。
添加物としてNi微粉末(−43μm)0.4gを混合
した以外は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー
容量の測定結果を表1に示す。
添加物としてMgCl2 1.17gを混合した以外は、
実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量の測定結
果を表1に示す。
添加物としてH3 BO3 2.29gを混合した以外は、
実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量の測定結
果を表1に示す。
た以外は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー容
量の測定結果を表2に示す。
外は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量の
測定結果を表3に示す。
以外は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量
の測定結果を表3に示す。
以外は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量
の測定結果を表3に示す。
は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量の測
定結果を表1に示す。
た以外は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー容
量の測定結果を表2に示す。
した以外は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー
容量の測定結果を表2に示す。
外は、実施例1と同様に操作した。コンデンサー容量の
測定結果を表3に示す。
若しくは金属化合物又はこれらを組み合わせた添加物を
添加して混合した糖類から調製した活性炭を電気二重層
コンデンサーの電極材料に使用することによって、電子
機器の駆動用電源さらには電気自動車の補助電源として
使用可能な高容量の電気二重層コンデンサーを提供する
ことが可能となり、それによって環境汚染の防止に寄与
しうる。
ム、鉄、ニッケル、カルシウム、マグネシウム、または
ボロンであるものを使用すると、ミクロ孔形成の効果が
大きく電気二重層コンデンサーのコンデンサー容量が大
容量化する。
Claims (2)
- 【請求項1】 糖類に金属微粉末若しくは金属化合物又
はこれらを組み合わせた添加物を添加して混合し、混合
物を低温で加熱して脱水、部分分解させ、次に600〜
800℃で加熱分解し、生成した炭化物に対して水酸化
カリウムを添加し700〜1000℃で賦活することに
よって調製した活性炭を電極材料に使用してなる電気二
重層コンデンサー。 - 【請求項2】 添加物の主成分がシリコン、アルミニウ
ム、鉄、ニッケル、カルシウム、マグネシウム、または
ボロンであることを特徴とする請求項1記載の電気二重
層コンデンサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14798097A JP3960397B2 (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | 電気二重層コンデンサー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14798097A JP3960397B2 (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | 電気二重層コンデンサー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10335189A true JPH10335189A (ja) | 1998-12-18 |
JP3960397B2 JP3960397B2 (ja) | 2007-08-15 |
Family
ID=15442458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14798097A Expired - Fee Related JP3960397B2 (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | 電気二重層コンデンサー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3960397B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000011688A1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-03-02 | Kanebo, Limited | Electrode material and method for producing the same |
WO2001013390A1 (fr) * | 1999-08-10 | 2001-02-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Procede de production de carbone active pour electrode de condensateur electrique double couche |
US6592838B1 (en) | 1999-10-21 | 2003-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Activated carbon for use in electric double layer capacitor and method of producing the same |
WO2004043859A3 (en) * | 2002-11-13 | 2004-10-21 | Showa Denko Kk | Active carbon, production method thereof and polarizable electrode |
WO2007145147A1 (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-21 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | 鉄含有炭素材料の製造方法 |
NO20191296A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-04-30 | Ipr Holding As | Method for producing activated carbon |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04231314A (ja) * | 1990-07-20 | 1992-08-20 | Ucar Carbon Technol Corp | 高表面積活性炭の製法 |
JPH04310209A (ja) * | 1991-01-23 | 1992-11-02 | Air Prod And Chem Inc | 炭素分子篩用の高酸素容量椰子殻炭とその製造方法および圧力変動吸着法による空気分離に適した炭素分子篩の製造方法 |
JPH05294607A (ja) * | 1992-04-14 | 1993-11-09 | Osaka Gas Co Ltd | 金属含有活性炭の製造方法 |
JPH07161587A (ja) * | 1993-12-07 | 1995-06-23 | Mitsubishi Chem Corp | 電気二重層コンデンサー用電極 |
JPH0967112A (ja) * | 1995-08-31 | 1997-03-11 | Kyocera Corp | 固体活性炭及びその製造方法 |
JPH09155187A (ja) * | 1995-12-12 | 1997-06-17 | Nippon Chem Ind Co Ltd | 酸性ガス吸着用活性炭およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-06-05 JP JP14798097A patent/JP3960397B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04231314A (ja) * | 1990-07-20 | 1992-08-20 | Ucar Carbon Technol Corp | 高表面積活性炭の製法 |
JPH04310209A (ja) * | 1991-01-23 | 1992-11-02 | Air Prod And Chem Inc | 炭素分子篩用の高酸素容量椰子殻炭とその製造方法および圧力変動吸着法による空気分離に適した炭素分子篩の製造方法 |
JPH05294607A (ja) * | 1992-04-14 | 1993-11-09 | Osaka Gas Co Ltd | 金属含有活性炭の製造方法 |
JPH07161587A (ja) * | 1993-12-07 | 1995-06-23 | Mitsubishi Chem Corp | 電気二重層コンデンサー用電極 |
JPH0967112A (ja) * | 1995-08-31 | 1997-03-11 | Kyocera Corp | 固体活性炭及びその製造方法 |
JPH09155187A (ja) * | 1995-12-12 | 1997-06-17 | Nippon Chem Ind Co Ltd | 酸性ガス吸着用活性炭およびその製造方法 |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000011688A1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-03-02 | Kanebo, Limited | Electrode material and method for producing the same |
WO2001013390A1 (fr) * | 1999-08-10 | 2001-02-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Procede de production de carbone active pour electrode de condensateur electrique double couche |
US7214646B1 (en) | 1999-08-10 | 2007-05-08 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing activated carbon for electrode of electric double-layer capacitor |
DE10084910B4 (de) * | 1999-08-10 | 2009-06-10 | Honda Giken Kogyo K.K. | Verfahren zur Herstellung von Aktivkohle für eine Elektrode eines elektrischen Doppelschichtkondensators |
US6592838B1 (en) | 1999-10-21 | 2003-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Activated carbon for use in electric double layer capacitor and method of producing the same |
WO2004043859A3 (en) * | 2002-11-13 | 2004-10-21 | Showa Denko Kk | Active carbon, production method thereof and polarizable electrode |
US7691782B2 (en) | 2002-11-13 | 2010-04-06 | Showa Denko K.K. | Active carbon, production method thereof and polarizable electrode |
US8273683B2 (en) | 2002-11-13 | 2012-09-25 | Showa Denko K.K. | Active carbon, production method thereof and polarizable electrode |
WO2007145147A1 (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-21 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | 鉄含有炭素材料の製造方法 |
JP2008021638A (ja) * | 2006-06-16 | 2008-01-31 | Osaka City | 鉄含有炭素材料の製造方法 |
NO20191296A1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-04-30 | Ipr Holding As | Method for producing activated carbon |
NO345821B1 (en) * | 2019-10-29 | 2021-08-23 | Ipr Holding As | Method for producing activated carbon |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3960397B2 (ja) | 2007-08-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108054366B (zh) | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
CN113135568B (zh) | 一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
KR20120039024A (ko) | 배터리 전극용 나노구조화 규소-탄소 복합재 | |
JPH08119614A (ja) | 活性炭、その製造方法及び電気二重層キャパシター用電極 | |
JP6101771B1 (ja) | ナトリウムイオン電池用正極活物質及びその製造方法 | |
WO2015061160A1 (en) | Process for making chemically activated carbon | |
US11634330B2 (en) | Carbonaceous material and method for producing same | |
CN113224279A (zh) | 一种提高首次库伦效率的氧化亚硅基复合负极材料及其制备方法 | |
US11588149B2 (en) | Immobilized selenium in a porous carbon with the presence of oxygen, a method of making, and uses of immobilized selenium in a rechargeable battery | |
He et al. | Producing hierarchical porous carbon monoliths from hydrometallurgical recycling of spent lead acid battery for application in lithium ion batteries | |
JP3885905B2 (ja) | 電気二重層コンデンサー | |
JP7174956B2 (ja) | キャパシタ用電極材料 | |
Tabuchi et al. | Effect of Carbon Nanospace on Charge–Discharge Properties of Si and SiO x Nanoparticles-Embedded Nanoporous Carbons | |
JPH10335189A (ja) | 電気二重層コンデンサー | |
US11870059B2 (en) | Immobilized selenium in a porous carbon with the presence of oxygen, a method of making, and uses of immobilized selenium in a rechargeable battery | |
JP2008247627A (ja) | 炭素材料の製造方法および炭素材料ならびに電気二重層キャパシタ | |
CN116435482A (zh) | 一种多孔硅基负极材料、其制备方法、负极极片及锂离子电池 | |
KR102520836B1 (ko) | 다공성 활성 탄소의 제작 방법, 계층적 다공성 활성 탄소 및 이를 사용한 슈퍼캐패시터 전극 | |
CN115513432A (zh) | 硅碳复合材料及其制备方法、负极片和锂二次电池 | |
JP2003183014A (ja) | 多孔質炭素材料、その製造方法および電気二重層キャパシタ | |
JP2000247621A (ja) | 活性炭及びその製造方法 | |
CN108751164B (zh) | 一串红花瓣基类石墨烯多孔碳纳米片及其制备方法和用途 | |
JP4096653B2 (ja) | 活性炭の製造方法、分極性電極及び電気二重層キャパシタ | |
JP2007153639A (ja) | 活性炭前駆体、活性炭およびその製造方法、並びに分極性電極および電気二重層キャパシタ | |
US12002948B2 (en) | Immobilized selenium in a porous carbon with the presence of oxygen, a method of making, and uses of immobilized selenium in a rechargeable battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040402 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060713 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060725 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060921 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061024 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061222 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070417 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070509 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100525 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110525 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110525 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120525 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130525 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140525 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |