JPH11354389A - 電気化学キャパシタ - Google Patents
電気化学キャパシタInfo
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- JPH11354389A JPH11354389A JP10154864A JP15486498A JPH11354389A JP H11354389 A JPH11354389 A JP H11354389A JP 10154864 A JP10154864 A JP 10154864A JP 15486498 A JP15486498 A JP 15486498A JP H11354389 A JPH11354389 A JP H11354389A
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- activated carbon
- electrochemical capacitor
- capacity
- electrodes
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- 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
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストで容量すなわちエネルギー密度の大
きな電気化学キャパシタを提供する。 【解決手段】 一対の活性炭電極６，７と、これらの一
対の活性炭電極６，７の間に介在して電子的に絶縁する
イオン透過性多孔質セパレータ５と、活性炭電極６，７
とセパレータ５に含ませた電解質溶液とを有する電気化
学キャパシタであって、活性炭電極６，７がルテニウム
化合物とバナジウム化合物を含む。
きな電気化学キャパシタを提供する。 【解決手段】 一対の活性炭電極６，７と、これらの一
対の活性炭電極６，７の間に介在して電子的に絶縁する
イオン透過性多孔質セパレータ５と、活性炭電極６，７
とセパレータ５に含ませた電解質溶液とを有する電気化
学キャパシタであって、活性炭電極６，７がルテニウム
化合物とバナジウム化合物を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学キャパシ
タに関する。
タに関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】固体と液体とが接触する界
面では、極めて短い距離を隔てて正、負の電荷が対向し
て配列し、電気二重層が形成される。この電気二重層に
直流電界を印加すると電気容量が蓄積される。この電気
容量を利用して電力の充電と放電を行う、電気二重層キ
ャパシタが知られている（例えば、特開平９−１２９５
０９号公報参照）。この電気二重層キャパシタは、容量
の小さな電池のようなエネルギー・デバイスとして、Ｉ
Ｃのメモリーバックアップ用を始め、種々の家電製品に
使われ始めている。また、最近では容量の大きな電気二
重層キャパシタが開発され、低コストで高出力が得られ
るパワーキャパシタとして、ハイブリッド車両（ＨＥ
Ｖ）への応用が進められている。
面では、極めて短い距離を隔てて正、負の電荷が対向し
て配列し、電気二重層が形成される。この電気二重層に
直流電界を印加すると電気容量が蓄積される。この電気
容量を利用して電力の充電と放電を行う、電気二重層キ
ャパシタが知られている（例えば、特開平９−１２９５
０９号公報参照）。この電気二重層キャパシタは、容量
の小さな電池のようなエネルギー・デバイスとして、Ｉ
Ｃのメモリーバックアップ用を始め、種々の家電製品に
使われ始めている。また、最近では容量の大きな電気二
重層キャパシタが開発され、低コストで高出力が得られ
るパワーキャパシタとして、ハイブリッド車両（ＨＥ
Ｖ）への応用が進められている。
【０００３】しかし、活性炭の表面積を利用する電気二
重層キャパシタは、ハイブリッド車両へ応用するには単
位重量および単位体積当たりの容量が小さいという問題
がある。電気二重層キャパシタの単位重量および単位体
積当たりの容量は、電池のエネルギー密度（Wh/kg、Wh/
l）に相当するから、電気二重層キャパシタはエネルギ
ー密度が小さいことになる。
重層キャパシタは、ハイブリッド車両へ応用するには単
位重量および単位体積当たりの容量が小さいという問題
がある。電気二重層キャパシタの単位重量および単位体
積当たりの容量は、電池のエネルギー密度（Wh/kg、Wh/
l）に相当するから、電気二重層キャパシタはエネルギ
ー密度が小さいことになる。
【０００４】このような電気二重層キャパシタの容量不
足を改善するために、活性炭の代わりにＲｕＯ2・ｘＨ2
０などを用い、高速の酸化還元反応により充放電を行う
酸化還元キャパシタの開発が進められている（例えば、
Electrochemical Capacitors,F.M.Delnick et al. Edit
ors, Electrochemical Society PV 96-25, p.208, the
Electrochemical Society Proceedings Series, Pennin
gton, Nj (1997).参照）。この酸化還元キャパシタは、
従来の電気二重層キャパシタに比べて容量は大きいが、
現在開発されているＲuやＩrなどの材料は高価であり、
それだけでキャパシタを構成しようとするとコストが高
くなるという問題がある。また、ＲuやＩrを大量に消費
すると資源不足になる心配がある。
足を改善するために、活性炭の代わりにＲｕＯ2・ｘＨ2
０などを用い、高速の酸化還元反応により充放電を行う
酸化還元キャパシタの開発が進められている（例えば、
Electrochemical Capacitors,F.M.Delnick et al. Edit
ors, Electrochemical Society PV 96-25, p.208, the
Electrochemical Society Proceedings Series, Pennin
gton, Nj (1997).参照）。この酸化還元キャパシタは、
従来の電気二重層キャパシタに比べて容量は大きいが、
現在開発されているＲuやＩrなどの材料は高価であり、
それだけでキャパシタを構成しようとするとコストが高
くなるという問題がある。また、ＲuやＩrを大量に消費
すると資源不足になる心配がある。
【０００５】本発明の目的は、低コストで容量すなわち
エネルギー密度の大きな電気化学キャパシタを提供する
ことにある。
エネルギー密度の大きな電気化学キャパシタを提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、一対の活性炭電極と、これらの一対の活性
炭電極の間に介在して電子的に絶縁するイオン透過性多
孔質セパレータと、活性炭電極とセパレータに含ませた
電解質溶液とを有する電気化学キャパシタであって、活
性炭電極がルテニウム化合物とバナジウム化合物を含む
ことにより、上記目的を達成する。なお、ルテニウム化
合物とバナジウム化合物は、三塩化ルテニウムとバナジ
ン酸塩を溶解させた水溶液から活性炭に吸着させた後、
４７０度Ｃより低い温度で熱処理することにより生成さ
れるのが望ましい。
に本発明は、一対の活性炭電極と、これらの一対の活性
炭電極の間に介在して電子的に絶縁するイオン透過性多
孔質セパレータと、活性炭電極とセパレータに含ませた
電解質溶液とを有する電気化学キャパシタであって、活
性炭電極がルテニウム化合物とバナジウム化合物を含む
ことにより、上記目的を達成する。なお、ルテニウム化
合物とバナジウム化合物は、三塩化ルテニウムとバナジ
ン酸塩を溶解させた水溶液から活性炭に吸着させた後、
４７０度Ｃより低い温度で熱処理することにより生成さ
れるのが望ましい。
【０００７】
【発明の効果】本発明によれば、活性炭の表面の電気二
重層の容量に加え、活性炭に付着した少量のルテニウム
化合物とバナジウム化合物の両者の存在によって発現す
る大きな容量成分が加わるので、高容量で且つ低コスト
の電気化学キャパシタを得ることができる。
重層の容量に加え、活性炭に付着した少量のルテニウム
化合物とバナジウム化合物の両者の存在によって発現す
る大きな容量成分が加わるので、高容量で且つ低コスト
の電気化学キャパシタを得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は一実施の形態の評価セルの
断面図である。電気化学キャパシタの評価セル１は、正
極集電体２と負極集電体３と絶縁性ゴムシート４の間の
空間を、イオン透過性多孔質膜セパレータ５で仕切り、
その両側に正極活性炭微粒子６と負極活性炭微粒子７を
充填して形成したものである。なお、多孔質膜セパレー
タ５は、正極活性炭微粒子６と負極活性炭微粒子７との
間を電子的に絶縁し、イオンの透過を許容するもので、
ニトロセルロースのメンブランフィルターなどを用いる
ことができる。この評価セル１の正極活性炭微粒子６と
負極活性炭微粒子７の体積サイズは、それぞれ直径１２
mmの円形で、厚さ１mmとする。
断面図である。電気化学キャパシタの評価セル１は、正
極集電体２と負極集電体３と絶縁性ゴムシート４の間の
空間を、イオン透過性多孔質膜セパレータ５で仕切り、
その両側に正極活性炭微粒子６と負極活性炭微粒子７を
充填して形成したものである。なお、多孔質膜セパレー
タ５は、正極活性炭微粒子６と負極活性炭微粒子７との
間を電子的に絶縁し、イオンの透過を許容するもので、
ニトロセルロースのメンブランフィルターなどを用いる
ことができる。この評価セル１の正極活性炭微粒子６と
負極活性炭微粒子７の体積サイズは、それぞれ直径１２
mmの円形で、厚さ１mmとする。
【０００９】正負両極の活性炭微粒子６，７は、ルテニ
ウム化合物とバナジウム化合物を含み、三塩化ルテニウ
ムとバナジン酸塩を溶解させた水溶液から活性炭に吸着
させた後、４７０度Ｃより低い温度で熱処理して生成す
る。
ウム化合物とバナジウム化合物を含み、三塩化ルテニウ
ムとバナジン酸塩を溶解させた水溶液から活性炭に吸着
させた後、４７０度Ｃより低い温度で熱処理して生成す
る。
【００１０】本発明は、三塩化ルテニウムとバナジン酸
塩の両化合物を活性炭の細孔内に均一により多く吸着さ
せるため、両化合物を溶解した水溶液に活性炭を分散
し、両化合物を活性炭に同時に吸着させることによって
活性炭の細孔内に両化合物を共存させ、その状態で熱処
理することによって容量に寄与できる成分を効率よく生
じさせる。本発明による活性炭電極の容量増加のメカニ
ズムはまだよく分からないが、三塩化ルテニウムとバナ
ジン酸塩のいずれか一方のみを活性炭に吸着させて熱処
理しても、活性炭のみの場合に比べて容量がほとんど増
加しないことからも、ルテニウム化合物とバナジウム化
合物の両方を活性炭に吸着させて熱処理することの容量
増加に対する有効性が支持される。なお、容量増加に寄
与する成分としては、アモルファスのＲuＯ2が考えられ
るが、バナジウム化合物の寄与や、活性炭自体の容量増
加メカニズムの寄与も否定しきれない。
塩の両化合物を活性炭の細孔内に均一により多く吸着さ
せるため、両化合物を溶解した水溶液に活性炭を分散
し、両化合物を活性炭に同時に吸着させることによって
活性炭の細孔内に両化合物を共存させ、その状態で熱処
理することによって容量に寄与できる成分を効率よく生
じさせる。本発明による活性炭電極の容量増加のメカニ
ズムはまだよく分からないが、三塩化ルテニウムとバナ
ジン酸塩のいずれか一方のみを活性炭に吸着させて熱処
理しても、活性炭のみの場合に比べて容量がほとんど増
加しないことからも、ルテニウム化合物とバナジウム化
合物の両方を活性炭に吸着させて熱処理することの容量
増加に対する有効性が支持される。なお、容量増加に寄
与する成分としては、アモルファスのＲuＯ2が考えられ
るが、バナジウム化合物の寄与や、活性炭自体の容量増
加メカニズムの寄与も否定しきれない。
【００１１】
【実施例】以下、図１に示す評価セルを用いた実施例を
説明する。 《実施例１》０.２５ｇの三塩化ルテニウムＲuＣl3・３
Ｈ2Ｏを２０mlの蒸留水に溶かして水溶液を作り、それ
と別個に０.２５gのメタバナジン酸アンモニウムＮＨ4
ＶＯ3を、超音波を照射しながら２０mlの蒸留水に溶か
して水溶液（薄い黄色）を作った。次に、両水溶液を混
合して全体を５０mlにし、蓋付きの瓶に入れて中にＢＥ
Ｔ比表面積が１５００m2/gの活性炭微粒子（Ｍ-１５と
略記する）を５g加えてよく振り混ぜた。活性炭はすぐ
に沈殿するので、しばらくの間時々振り混ぜて撹拌した
後、１昼夜放置した。上澄み液はほとんど無色透明に近
かった。活性炭をろ過して風乾後、１１０℃の乾燥器で
さらに乾燥した。さらに、電気炉に入れて活性炭の着火
温度４７０℃にならないように注意しながら、室温から
１時間程度で４３０℃まで昇温し、その温度に約４０分
間保った後、電気炉の加熱を止めて放冷した。
説明する。 《実施例１》０.２５ｇの三塩化ルテニウムＲuＣl3・３
Ｈ2Ｏを２０mlの蒸留水に溶かして水溶液を作り、それ
と別個に０.２５gのメタバナジン酸アンモニウムＮＨ4
ＶＯ3を、超音波を照射しながら２０mlの蒸留水に溶か
して水溶液（薄い黄色）を作った。次に、両水溶液を混
合して全体を５０mlにし、蓋付きの瓶に入れて中にＢＥ
Ｔ比表面積が１５００m2/gの活性炭微粒子（Ｍ-１５と
略記する）を５g加えてよく振り混ぜた。活性炭はすぐ
に沈殿するので、しばらくの間時々振り混ぜて撹拌した
後、１昼夜放置した。上澄み液はほとんど無色透明に近
かった。活性炭をろ過して風乾後、１１０℃の乾燥器で
さらに乾燥した。さらに、電気炉に入れて活性炭の着火
温度４７０℃にならないように注意しながら、室温から
１時間程度で４３０℃まで昇温し、その温度に約４０分
間保った後、電気炉の加熱を止めて放冷した。
【００１２】得られたサンプルを所定量、メノウ乳鉢に
入れて秤量し、そこへ５モル／リットルの硫酸を加えて
よくかき混ぜ、全体を適度によく湿らせた。この時の活
性炭微粒子は３４wt％であった。この粗いペースト状の
ものを、図１に示す評価セル１の正極部と負極部に同量
ずつ詰めて正極活性炭微粒子６および負極活性炭微粒子
７とする。
入れて秤量し、そこへ５モル／リットルの硫酸を加えて
よくかき混ぜ、全体を適度によく湿らせた。この時の活
性炭微粒子は３４wt％であった。この粗いペースト状の
ものを、図１に示す評価セル１の正極部と負極部に同量
ずつ詰めて正極活性炭微粒子６および負極活性炭微粒子
７とする。
【００１３】次に、評価セル１の上と下から適度に押し
つけて充放電試験を行った。充放電は、図２に示すよう
に０−０.７Vの間で行い、電流値を１０mAとした。評価
セル１の静電容量は放電電気量を放電区間電圧で除して
求め、活性炭単位重量当たりの容量として表１に示す。
つけて充放電試験を行った。充放電は、図２に示すよう
に０−０.７Vの間で行い、電流値を１０mAとした。評価
セル１の静電容量は放電電気量を放電区間電圧で除して
求め、活性炭単位重量当たりの容量として表１に示す。
【表１】
【００１４】《比較例１》次に、上記実施例１で使用し
た活性炭Ｍ-１５を、三塩化ルテニウムとメタバナジン
酸アンモニウムを吸着させずにそのまま用いて評価セル
を作り、上記実施例１と同様に容量を評価した。その結
果を比較例１として上記表１に示す。
た活性炭Ｍ-１５を、三塩化ルテニウムとメタバナジン
酸アンモニウムを吸着させずにそのまま用いて評価セル
を作り、上記実施例１と同様に容量を評価した。その結
果を比較例１として上記表１に示す。
【００１５】《比較例２》また、上記実施例１で使用し
た活性炭Ｍ-１５に三塩化ルテニウムのみを吸着させ、
評価セルを作って上記実施例１と同様に容量を評価し
た。その結果を比較例２として上記表１に示す。
た活性炭Ｍ-１５に三塩化ルテニウムのみを吸着させ、
評価セルを作って上記実施例１と同様に容量を評価し
た。その結果を比較例２として上記表１に示す。
【００１６】《比較例３》さらに、上記実施例１で使用
した活性炭Ｍ-１５にメタバナジン酸アンモニウムのみ
を吸着させ、評価セルを作って上記実施例１と同様に容
量を評価した。その結果を比較例３として上記表１に示
す。
した活性炭Ｍ-１５にメタバナジン酸アンモニウムのみ
を吸着させ、評価セルを作って上記実施例１と同様に容
量を評価した。その結果を比較例３として上記表１に示
す。
【００１７】《実施例２》上記実施例１の活性炭を比表
面積が２０００m2/gの活性炭微粒子（Ｍ-２０と略記す
る）とし、評価セルを作って上記実施例１と同様に容量
を評価した。その結果を実施例２として上記表１に示
す。
面積が２０００m2/gの活性炭微粒子（Ｍ-２０と略記す
る）とし、評価セルを作って上記実施例１と同様に容量
を評価した。その結果を実施例２として上記表１に示
す。
【００１８】《比較例４》上記実施例２で使用した活性
炭Ｍ-２０を、三塩化ルテニウムとメタバナジン酸アン
モニウムを吸着させずにそのまま用いて評価セルを作
り、上記実施例１と同様に容量を評価した。その結果を
比較例４として上記表１に示す。
炭Ｍ-２０を、三塩化ルテニウムとメタバナジン酸アン
モニウムを吸着させずにそのまま用いて評価セルを作
り、上記実施例１と同様に容量を評価した。その結果を
比較例４として上記表１に示す。
【００１９】表１から明らかなように、本発明の実施例
１、２はそれぞれ、比較例１〜３、４に対して静電容量
が明らかに大きくなっている。
１、２はそれぞれ、比較例１〜３、４に対して静電容量
が明らかに大きくなっている。
【図１】 一実施の形態の評価セルの断面図である。
【図２】 評価セルの充放電試験方法を示す図である。
１ 評価セル ２ 正極集電体 ３ 負極集電体 ４ 絶縁性ゴムシート ５ イオン透過性多孔質膜セパレータ ６ 正極活性炭微粒子 ７ 負極活性炭微粒子
Claims (2)
- 【請求項１】一対の活性炭電極と、 前記一対の活性炭電極の間に介在して電子的に絶縁する
イオン透過性多孔質セパレータと、 前記活性炭電極と前記セパレータに含ませた電解質溶液
とを有する電気化学キャパシタであって、 前記活性炭電極がルテニウム化合物とバナジウム化合物
を含むことを特徴とする電気化学キャパシタ。 - 【請求項２】請求項１に記載の電気化学キャパシタにお
いて、 前記ルテニウム化合物と前記バナジウム化合物は、三塩
化ルテニウムとバナジン酸塩を溶解させた水溶液から活
性炭に吸着させた後、４７０度Ｃより低い温度で熱処理
することにより生成されることを特徴とする電気化学キ
ャパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10154864A JPH11354389A (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 電気化学キャパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10154864A JPH11354389A (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 電気化学キャパシタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354389A true JPH11354389A (ja) | 1999-12-24 |
Family
ID=15593596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10154864A Pending JPH11354389A (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 電気化学キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11354389A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001313237A (ja) * | 2000-04-25 | 2001-11-09 | Korea Advanced Inst Of Sci Technol | 薄膜型スーパーコンデンサ及びその製造方法並びにそれを利用したハイブリッド電池 |
| JP2003234248A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電極材料とその製造方法、およびこれを用いた電気化学蓄電デバイス |
| CN1300812C (zh) * | 2001-10-31 | 2007-02-14 | 中国科学院上海冶金研究所 | 一种高容量电化学电容器的制造方法 |
| US7514065B2 (en) | 2003-03-28 | 2009-04-07 | Wataru Sugimoto | Ruthenic acid nanosheet and production method thereof |
-
1998
- 1998-06-03 JP JP10154864A patent/JPH11354389A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001313237A (ja) * | 2000-04-25 | 2001-11-09 | Korea Advanced Inst Of Sci Technol | 薄膜型スーパーコンデンサ及びその製造方法並びにそれを利用したハイブリッド電池 |
| CN1300812C (zh) * | 2001-10-31 | 2007-02-14 | 中国科学院上海冶金研究所 | 一种高容量电化学电容器的制造方法 |
| JP2003234248A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電極材料とその製造方法、およびこれを用いた電気化学蓄電デバイス |
| US7514065B2 (en) | 2003-03-28 | 2009-04-07 | Wataru Sugimoto | Ruthenic acid nanosheet and production method thereof |
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