JPH1197311A - 電気二重層コンデンサ、電極及びその製造方法 - Google Patents
電気二重層コンデンサ、電極及びその製造方法Info
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- JPH1197311A JPH1197311A JP9256977A JP25697797A JPH1197311A JP H1197311 A JPH1197311 A JP H1197311A JP 9256977 A JP9256977 A JP 9256977A JP 25697797 A JP25697797 A JP 25697797A JP H1197311 A JPH1197311 A JP H1197311A
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- layer capacitor
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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
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極の体積容量を増大させ、特に、エネルギ
のストック用に好適な電気二重層コンデンサ及び電極を
提供する。 【解決手段】 PVDC(ポリ塩化ビニリデン)樹脂炭
化物からなる電気二重層コンデンサ用電極2に、硝酸に
浸漬して酸性基を導入する。酸性基添加量は、0.94
〜1.85meq/gが好ましい。硫酸に浸漬し、加熱
処理してもよい。
のストック用に好適な電気二重層コンデンサ及び電極を
提供する。 【解決手段】 PVDC(ポリ塩化ビニリデン)樹脂炭
化物からなる電気二重層コンデンサ用電極2に、硝酸に
浸漬して酸性基を導入する。酸性基添加量は、0.94
〜1.85meq/gが好ましい。硫酸に浸漬し、加熱
処理してもよい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気二重層コンデ
ンサ、電極及びその製造方法に関する。
ンサ、電極及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電気二重層コンデンサは、活性炭の粉末
に電解液をしみこませ、活性炭と電解液の界面にできる
電気二重層の静電容量を利用したコンデンサである。耐
電圧、最高使用温度は、電解液の分解電圧・温度に依存
しており、定格電圧は数Vと低いが、ファラッドオーダ
の静電容量が容易に得られることから、電池の代わりに
半導体メモリ(D−RAM)のバックアップ用等の低電
流密度の用途に多く用いられるようになっており、最近
では、もっと電流密度の高い用途、例えば車載鉛蓄電池
の代わり、にも使用することが研究されている。
に電解液をしみこませ、活性炭と電解液の界面にできる
電気二重層の静電容量を利用したコンデンサである。耐
電圧、最高使用温度は、電解液の分解電圧・温度に依存
しており、定格電圧は数Vと低いが、ファラッドオーダ
の静電容量が容易に得られることから、電池の代わりに
半導体メモリ(D−RAM)のバックアップ用等の低電
流密度の用途に多く用いられるようになっており、最近
では、もっと電流密度の高い用途、例えば車載鉛蓄電池
の代わり、にも使用することが研究されている。
【0003】従来、電気二重層コンデンサ用電極とし
て、活性炭にバインダを混入させ焼結したものや焼結後
に腑活処理(酸化による不純物除去処理)したものを用
いていた。しかし、これらの電極を使用すると、次のよ
うな問題点が生じていた。 a)活性炭はマクロポアが多く細孔体積比率が高いた
め、密度が低い。 b)比表面積は大きいが細孔径の分布が広いため、電気
二重層コンデンサ用電極として働く実効的な細孔は少な
い。 c)焼結を促進する目的で比較的高温で焼結するため、
電気二重層コンデンサ用電極として働く実効的な細孔は
少ない。 d)低温(850℃以下)で焼結すると、グラファイト
化が進まないため、粒子間焼結強度がなく、そして、抵
抗値が高い。
て、活性炭にバインダを混入させ焼結したものや焼結後
に腑活処理(酸化による不純物除去処理)したものを用
いていた。しかし、これらの電極を使用すると、次のよ
うな問題点が生じていた。 a)活性炭はマクロポアが多く細孔体積比率が高いた
め、密度が低い。 b)比表面積は大きいが細孔径の分布が広いため、電気
二重層コンデンサ用電極として働く実効的な細孔は少な
い。 c)焼結を促進する目的で比較的高温で焼結するため、
電気二重層コンデンサ用電極として働く実効的な細孔は
少ない。 d)低温(850℃以下)で焼結すると、グラファイト
化が進まないため、粒子間焼結強度がなく、そして、抵
抗値が高い。
【0004】これらの問題点を解決するため、PVDC
(ポリ塩化ビニリデン)樹脂の炭化物を使用することが
提案されている(特開平7−249551号公報参
照)。PVDC樹脂(あるいは塩化ビニリデン系共重合
体)炭化物を使用すると、他の活性炭と比較して長所を
有しており、その理由として、次のことによるといわれ
ている。PVDC樹脂は、2つの脱塩酸反応温度を有し
ている。第一点は180℃から250℃で自己分子鎖内
での脱塩酸反応であり、第二点は450℃から550℃
での分子鎖間の脱塩酸反応で、その際分子間結合が生じ
ている。第一点の温度範囲で加熱すると脱塩酸反応によ
り細孔が形成され、その細孔は、36Å以下のマイクロ
ポアとよばれるものであって、これが電気二重層コンデ
ンサ用電極として使用されると電解液との界面として有
効に働く。このため、電極としての腑活処理は不必要で
ある。また、第二点の温度範囲以上で加熱すると、脱塩
酸反応により有効マイクロポアを保持しつつ比較的低温
でも焼結を進行させることができる。このため、電気二
重層コンデンサ用電極には不要である大きな径のメソポ
アやマクロポアの発生を抑えることができる。このた
め、PVDC樹脂炭化物は、比表面積は活性炭に比べて
少ないが、焼結密度が活性炭に比べて大きくなり、体積
あたりの容量は大きくなる。
(ポリ塩化ビニリデン)樹脂の炭化物を使用することが
提案されている(特開平7−249551号公報参
照)。PVDC樹脂(あるいは塩化ビニリデン系共重合
体)炭化物を使用すると、他の活性炭と比較して長所を
有しており、その理由として、次のことによるといわれ
ている。PVDC樹脂は、2つの脱塩酸反応温度を有し
ている。第一点は180℃から250℃で自己分子鎖内
での脱塩酸反応であり、第二点は450℃から550℃
での分子鎖間の脱塩酸反応で、その際分子間結合が生じ
ている。第一点の温度範囲で加熱すると脱塩酸反応によ
り細孔が形成され、その細孔は、36Å以下のマイクロ
ポアとよばれるものであって、これが電気二重層コンデ
ンサ用電極として使用されると電解液との界面として有
効に働く。このため、電極としての腑活処理は不必要で
ある。また、第二点の温度範囲以上で加熱すると、脱塩
酸反応により有効マイクロポアを保持しつつ比較的低温
でも焼結を進行させることができる。このため、電気二
重層コンデンサ用電極には不要である大きな径のメソポ
アやマクロポアの発生を抑えることができる。このた
め、PVDC樹脂炭化物は、比表面積は活性炭に比べて
少ないが、焼結密度が活性炭に比べて大きくなり、体積
あたりの容量は大きくなる。
【0005】しかしながら、エネルギのストック用とし
て電気二重層コンデンサを用いる場合、もっと大きな容
量が必要であるが、PVDC樹脂炭化物を用いた電極で
は、不十分であった。また、活性炭粉末の表面酸素含有
量について、特開平3−180013号公報で検討され
ているが、酸素含有量と電極容量の相関は高くはなく、
必ずしも酸素含有量によって電極容量が変わるものでは
なく、電極を制御することは、困難であった。
て電気二重層コンデンサを用いる場合、もっと大きな容
量が必要であるが、PVDC樹脂炭化物を用いた電極で
は、不十分であった。また、活性炭粉末の表面酸素含有
量について、特開平3−180013号公報で検討され
ているが、酸素含有量と電極容量の相関は高くはなく、
必ずしも酸素含有量によって電極容量が変わるものでは
なく、電極を制御することは、困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、エネルギの
ストック用として用いても、もっと大きな容量を有する
電気二重層コンデンサ及び電極を提供するものである。
ストック用として用いても、もっと大きな容量を有する
電気二重層コンデンサ及び電極を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、PVDC樹脂
炭化物からなる電気二重層コンデンサ用電極において、
酸性基を有する電気二重層コンデンサ用電極である。
炭化物からなる電気二重層コンデンサ用電極において、
酸性基を有する電気二重層コンデンサ用電極である。
【0008】また、本発明は、酸性基導入量が、0.9
4〜1.85meq/gである電気二重層コンデンサ用
電極である。
4〜1.85meq/gである電気二重層コンデンサ用
電極である。
【0009】そして、本発明は、PVDC樹脂炭化物か
らなる電極を具備する電気二重層コンデンサにおいて、
前記電極は、酸性基を有する電気二重層コンデンサであ
る。
らなる電極を具備する電気二重層コンデンサにおいて、
前記電極は、酸性基を有する電気二重層コンデンサであ
る。
【0010】更に、本発明は、PVDC樹脂を180〜
600℃で炭化させ、得られた炭化物を成形した後、6
00〜950℃で焼結した焼結体に、酸性基を導入し、
電極とする電気二重層コンデンサ用電極の製造方法であ
る。
600℃で炭化させ、得られた炭化物を成形した後、6
00〜950℃で焼結した焼結体に、酸性基を導入し、
電極とする電気二重層コンデンサ用電極の製造方法であ
る。
【0011】また、本発明は、硝酸に浸漬して酸性基を
導入する電気二重層コンデンサ用電極の製造方法であ
る。
導入する電気二重層コンデンサ用電極の製造方法であ
る。
【0012】そして、本発明は、硫酸に浸漬した後、加
熱処理して酸性基を導入する電気二重層コンデンサ用電
極の製造方法である。
熱処理して酸性基を導入する電気二重層コンデンサ用電
極の製造方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の発明の実施の形態を説明
する。本発明の電気二重層コンデンサ、電極及びその製
造方法について、実施例を用いて説明する。
する。本発明の電気二重層コンデンサ、電極及びその製
造方法について、実施例を用いて説明する。
【0014】電気二重層コンデンサ用電極の製造方法の
実施例1及び比較例1を説明する。まず、焼結体を作製
する。PVDC樹脂を300℃で炭化したものを振動ミ
リング機で粉砕し、25mm□のカーボン製型につめて
20〜400kg/cm2の圧力で成形しながら温度が
850℃になるまで通電焼結し、1mm厚に研磨して焼
結体を作製した。次に、焼結体へ酸性基を導入する。焼
結体を硝酸に浸漬し、60分間煮沸した。このときの硝
酸の濃度は、1N、6N及び濃(conc)硝酸で行っ
た。イオン交換水を用いて煮沸洗浄を行い、洗浄液の導
電率が2μS/cm以下になるまで煮沸洗浄を繰り返
し、酸性基を導入した電極を得た。
実施例1及び比較例1を説明する。まず、焼結体を作製
する。PVDC樹脂を300℃で炭化したものを振動ミ
リング機で粉砕し、25mm□のカーボン製型につめて
20〜400kg/cm2の圧力で成形しながら温度が
850℃になるまで通電焼結し、1mm厚に研磨して焼
結体を作製した。次に、焼結体へ酸性基を導入する。焼
結体を硝酸に浸漬し、60分間煮沸した。このときの硝
酸の濃度は、1N、6N及び濃(conc)硝酸で行っ
た。イオン交換水を用いて煮沸洗浄を行い、洗浄液の導
電率が2μS/cm以下になるまで煮沸洗浄を繰り返
し、酸性基を導入した電極を得た。
【0015】次に、実施例2を説明する。まず、実施例
1と同様に焼結体を作製する。酸性基を導入するため
に、35wt%硫酸に浸漬し、10分間煮沸した後、大
気中で200℃、90分間の加熱を行った。イオン交換
水を用いて煮沸洗浄を行い、洗浄液の導電率が2μS/
cm以下になるまで沸騰洗浄を繰り返し、酸性基を導入
した電極を得た。
1と同様に焼結体を作製する。酸性基を導入するため
に、35wt%硫酸に浸漬し、10分間煮沸した後、大
気中で200℃、90分間の加熱を行った。イオン交換
水を用いて煮沸洗浄を行い、洗浄液の導電率が2μS/
cm以下になるまで沸騰洗浄を繰り返し、酸性基を導入
した電極を得た。
【0016】更に、実施例3を説明する。焼結温度を6
00〜950℃として焼結体を作製し、そして、実施例
2と同様に酸性基の導入処理を行って電極を得た。
00〜950℃として焼結体を作製し、そして、実施例
2と同様に酸性基の導入処理を行って電極を得た。
【0017】比較例2として、焼結体の作製を実施例1
と同様とし、得られた焼結体には酸性基を導入する処理
はしないで、電極を得た。
と同様とし、得られた焼結体には酸性基を導入する処理
はしないで、電極を得た。
【0018】実施例1〜3及び比較例1、2で得られた
電極の特性を調べた。まず、電極表面の酸性基の定量に
ついて説明する。規定量の0.1Nの水酸化ナトリウム
水溶液に電極を粉砕した電極粉1gを加え、室温で72
時間振動・撹拌した後、電極粉をろ別し、得られたろ液
を正確に20ml分取り、0.1Nの塩酸水溶液で滴定
して、水酸化ナトリウムの消費量を求め、これを電極1
gあたりの酸性基量とした。次に、電極体積容量の測定
について説明する。電極を1mmの厚さに研磨し、35
wt%硫酸に浸漬し、減圧含浸を24時間行い、200
μm厚のガラス不織繊維のセパレータ1を挾んで電極2
を対向させ、その外側にPt板を配して集電板3とし、
更にその外側からテフロンからなる固定板4で挾み込ん
で固定してセルを作製した(図1参照)。このセルを3
5wt%硫酸に浸漬して1.2vまで充電を行い、その
電圧を1時間保持する。次に、電極の極性を変えて1.
2vまで充電し、1時間保持した後、電極投影面積に対
する電流密度2mA/cm2で0.8vまでの充放電を
繰り返して、電極体積あたりの容量を測定した。なお、
未処理電極については、最初から0.8vで充放電を行
った。測定結果を表1に示す。
電極の特性を調べた。まず、電極表面の酸性基の定量に
ついて説明する。規定量の0.1Nの水酸化ナトリウム
水溶液に電極を粉砕した電極粉1gを加え、室温で72
時間振動・撹拌した後、電極粉をろ別し、得られたろ液
を正確に20ml分取り、0.1Nの塩酸水溶液で滴定
して、水酸化ナトリウムの消費量を求め、これを電極1
gあたりの酸性基量とした。次に、電極体積容量の測定
について説明する。電極を1mmの厚さに研磨し、35
wt%硫酸に浸漬し、減圧含浸を24時間行い、200
μm厚のガラス不織繊維のセパレータ1を挾んで電極2
を対向させ、その外側にPt板を配して集電板3とし、
更にその外側からテフロンからなる固定板4で挾み込ん
で固定してセルを作製した(図1参照)。このセルを3
5wt%硫酸に浸漬して1.2vまで充電を行い、その
電圧を1時間保持する。次に、電極の極性を変えて1.
2vまで充電し、1時間保持した後、電極投影面積に対
する電流密度2mA/cm2で0.8vまでの充放電を
繰り返して、電極体積あたりの容量を測定した。なお、
未処理電極については、最初から0.8vで充放電を行
った。測定結果を表1に示す。
【表1】
【0019】表1に示すように、表面酸性基量が0.9
4〜1.85meq/gの電極は、比較例2の未処理電
極に対しておよそ15〜50%の電極体積容量の増加が
みられた。これは、電気二重層コンデンサ用電極に導入
された酸性基は、電気化学的に可逆性の酸化還元反応を
起こすので、電極体積容量が増加する。なお、比較例1
の電極は、酸性基量が2.61meq/gと多く、抵抗
値が高くなりすぎて、電極体積容量の測定は不能であっ
た。
4〜1.85meq/gの電極は、比較例2の未処理電
極に対しておよそ15〜50%の電極体積容量の増加が
みられた。これは、電気二重層コンデンサ用電極に導入
された酸性基は、電気化学的に可逆性の酸化還元反応を
起こすので、電極体積容量が増加する。なお、比較例1
の電極は、酸性基量が2.61meq/gと多く、抵抗
値が高くなりすぎて、電極体積容量の測定は不能であっ
た。
【0020】実施例2及び3の200℃、90分の加熱
処理を行った電極は、酸性基導入量が、ほぼ同じ値
(0.94〜1.29meq/g)にそろった。これ
は、200℃で加熱処理を行った電極は、酸性基が導入
される場所が決まってしまい、それ以上は導入されない
ことを意味している。つまり、一般に活性炭でいわれて
いるのと同じで、プリズム面のエッジ炭素原子に酸性基
が選択的に反応しているために生じるものであり、この
導入量は、PVDC樹脂炭化物に特有の値である。通常
の活性炭は比表面積が大きいため、導入される酸性基量
が多くなる。
処理を行った電極は、酸性基導入量が、ほぼ同じ値
(0.94〜1.29meq/g)にそろった。これ
は、200℃で加熱処理を行った電極は、酸性基が導入
される場所が決まってしまい、それ以上は導入されない
ことを意味している。つまり、一般に活性炭でいわれて
いるのと同じで、プリズム面のエッジ炭素原子に酸性基
が選択的に反応しているために生じるものであり、この
導入量は、PVDC樹脂炭化物に特有の値である。通常
の活性炭は比表面積が大きいため、導入される酸性基量
が多くなる。
【0021】導入処理に硝酸を使用する場合、炭化物に
対する酸化作用は良く知られているように大きく、カル
ボキシル基やフェノール性水酸基が導入され、その際、
激しい発泡を伴うドラスティックな反応となり、新しい
エッジ炭素原子が現れて比較的穏やかな加熱処理以上の
量の酸性基が導入されてしまう。よって、硝酸処理等ド
ラスティックな反応の場合には、炭化物の基本骨格を壊
さないような条件にすることが望ましく、実施例1に示
すように、1〜6Nの範囲の濃度が最適であることがわ
かった。
対する酸化作用は良く知られているように大きく、カル
ボキシル基やフェノール性水酸基が導入され、その際、
激しい発泡を伴うドラスティックな反応となり、新しい
エッジ炭素原子が現れて比較的穏やかな加熱処理以上の
量の酸性基が導入されてしまう。よって、硝酸処理等ド
ラスティックな反応の場合には、炭化物の基本骨格を壊
さないような条件にすることが望ましく、実施例1に示
すように、1〜6Nの範囲の濃度が最適であることがわ
かった。
【0022】実施例3で得られた電極が示すように、P
VDC樹脂炭化物電極の酸性基導入量は、600〜90
0℃の焼結温度によって増減しないため、炭化物の基本
骨格を壊さずに酸性基を導入し、電極体積容量を向上さ
せることができる。
VDC樹脂炭化物電極の酸性基導入量は、600〜90
0℃の焼結温度によって増減しないため、炭化物の基本
骨格を壊さずに酸性基を導入し、電極体積容量を向上さ
せることができる。
【0023】酸性基は、例えばカルボキシル基(−CO
OH)、フェノール水酸基(−COH)等であり、これ
らの酸性基を導入するために硝酸や硫酸等を使用する。
そして、硫酸イオンのときは加熱処理が必要であり、ま
た、電極への酸性基導入量は、0.94〜1.85me
q/gが好ましく、その下限未満では導入することによ
る顕著な効果は見られず、また上限を超過すると電極の
抵抗値が大きくなり、電極体積容量も減少する。
OH)、フェノール水酸基(−COH)等であり、これ
らの酸性基を導入するために硝酸や硫酸等を使用する。
そして、硫酸イオンのときは加熱処理が必要であり、ま
た、電極への酸性基導入量は、0.94〜1.85me
q/gが好ましく、その下限未満では導入することによ
る顕著な効果は見られず、また上限を超過すると電極の
抵抗値が大きくなり、電極体積容量も減少する。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、電極の体積容量を増大
することができ、特に、エネルギのストック用の電気二
重層コンデンサ及び電極として用いることができる。
することができ、特に、エネルギのストック用の電気二
重層コンデンサ及び電極として用いることができる。
【図1】本実施例の製造方法で作製した電極の特性の測
定方法の説明図。
定方法の説明図。
1 セパレータ 2 電極 3 集電板 4 固定板
Claims (6)
- 【請求項1】 PVDC樹脂炭化物からなる電気二重層
コンデンサ用電極において、酸性基を有することを特徴
とする電気二重層コンデンサ用電極。 - 【請求項2】 請求項1記載の電気二重層コンデンサ用
電極において、酸性基導入量が、0.94〜1.85m
eq/gであることを特徴とする電気二重層コンデンサ
用電極。 - 【請求項3】 PVDC樹脂炭化物からなる電極を具備
する電気二重層コンデンサにおいて、前記電極は、酸性
基を有することを特徴とする電気二重層コンデンサ。 - 【請求項4】 PVDC樹脂を180〜600℃で炭化
させ、得られた炭化物を成形した後、600〜950℃
で焼結した焼結体に、酸性基を導入し、電極とすること
を特徴とする電気二重層コンデンサ用電極の製造方法。 - 【請求項5】 請求項4記載の電気二重層コンデンサ用
電極の製造方法において、 硝酸に浸漬して酸性基を導入することを特徴とする電気
二重層コンデンサ用電極の製造方法。 - 【請求項6】 請求項4記載の電気二重層コンデンサ用
電極の製造方法において、 硫酸に浸漬した後、加熱処理して酸性基を導入すること
を特徴とする電気二重層コンデンサ用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9256977A JPH1197311A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 電気二重層コンデンサ、電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9256977A JPH1197311A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 電気二重層コンデンサ、電極及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1197311A true JPH1197311A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17300013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9256977A Pending JPH1197311A (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 電気二重層コンデンサ、電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1197311A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000169129A (ja) * | 1998-09-29 | 2000-06-20 | Kyocera Corp | 活性炭及びそれを用いた電気二重層コンデンサ |
US9827057B2 (en) | 2011-05-13 | 2017-11-28 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Estimation of a position and orientation of a frame used in controlling movement of a tool |
-
1997
- 1997-09-22 JP JP9256977A patent/JPH1197311A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000169129A (ja) * | 1998-09-29 | 2000-06-20 | Kyocera Corp | 活性炭及びそれを用いた電気二重層コンデンサ |
US9827057B2 (en) | 2011-05-13 | 2017-11-28 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Estimation of a position and orientation of a frame used in controlling movement of a tool |
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