JPS60263421A - 電気二重層キヤパシタ - Google Patents

電気二重層キヤパシタ

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JPS60263421A
JPS60263421A JP59121154A JP12115484A JPS60263421A JP S60263421 A JPS60263421 A JP S60263421A JP 59121154 A JP59121154 A JP 59121154A JP 12115484 A JP12115484 A JP 12115484A JP S60263421 A JPS60263421 A JP S60263421A
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electric double
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昭彦 吉田
敦 西野
棚橋 一郎
康弘 竹内
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は活性炭を分極に用いる電気二重層キャパシタに
関するものである。
従来例の構成とその問題点 従来、活性炭もしくは活性炭繊維を分極性電極として用
いた電気二重層キャパシタとしては二種類存在する。第
1のものは、第1図に示す構造を有するもので、アルミ
ニウム集電ネット1の上に活性炭粉末とPTFEとの混
合物2より成る層をコーティングし、セパレータ3を介
して巻回し、ケース4内に入れて、ゴムキャップ6によ
り封止し、ハウジングするものであり、6,7は正極負
極リードである。第2の構成のものは、本発明者らの考
案したものであり、一対の活性炭繊維布10とこの活性
炭繊維布10片面に存在するアルミニウム集電層11、
セパレータ12、ケース13゜゛ 14、ガスケットリ
ング15とから基本的に構成される。ケース13.14
はアルミニウム集電層11とそれぞれ接しており、正極
および負極を兼ねている。
ところで、これら2つの構成の電気二重層キャパシタは
、以下に述べるように、正負極間に印加可能表型圧が制
限される。すなわち、負極側にカソーディックに印加可
能な電圧は、電解液の分解電圧が支配的になり、KOH
のような水溶液を用いり場合、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系の有機電
解液を用いた場合、それぞれ−1・oV、−2,5Vに
なる。
一方、正極側にアノ−ディックに印加可能な電圧は、集
電に用いる金属層、金属ケースなどのアノード溶解反応
や、陽極酸化膜生成反応に起因する電流が系の耐圧を支
配することになる。
第3図は種との金属の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系の液中におけるアノ
ード分極曲線である。アルミニウムo、3V、F−タン
3.ov、ステンLS1.(5US304)2.OVで
あり、この電圧以上にアノ−ディック電圧を印加すると
、可逆的な充放電が不可能になり、キャパシタとして機
能しなく々る。
5ノ1.・ さらに、チタン極をアノ−ディックに分極すると、3、
OVに達するまでに高抵抗なT i02またσ102・
nH2Oが形成され、系のインピーダンスが高くなった
り漏れ電流が大きくなったりし、このために容量成分が
電極から取出されにくくなる。これらのことから、現在
までに得られた最適の系は負極集電にステンレス板また
はアルミニウムを、正極集電にアルミニウムを用いたも
のであり、系全体として2.OVの使用電圧が得られて
いる。
現在2v以上の使用電圧が要求される目的のためには、
以上のよう々単セルキャパシタを複数個直列に組合わせ
て用いており、この時容量値は反比例して小さくなるた
め、高耐圧大容量を得るためには寸法の大きなキャパシ
タになってしまう。
また、ボタン型電池代替の用途として単セルで、3■の
耐圧を有するキャパシタも要求されており、当該キャパ
シタの耐圧向上は工業的に非常に大きな価値を有する。
発明の目的 本発明は従来の電気二重層キャパシタの耐圧、6 ペー
ジ 使用電圧を向上させることを目的とし、小型大容量高耐
圧キャパシタを得ることを目的とする。
発明の構成 この目的を達成するために本発明は、集電体と分極性電
極との間に、ルテニウム、イリジウム。
オスミウム、ロジウム、パラジウム、白金などの白金族
元素の酸化物層を設けたものである。
この構成によれば、アルミニウム、チタン、ステンレス
などの比較的低いアノード分極電圧によって陽極溶解、
陽極酸化膜の生成による反応電流の流れる金属が白金族
の元素の酸化物層に覆われるだめに、上記アルミニウム
のような金属が直接電解液と接触しない構造になる。さ
らに白金族元素の酸化物は次に示すように金属導電体刑
みの導電性を示す。
酸化ルテニウム: 4X10 Ω・cmJMヒイリジウ
ム=5×10−50噛5 酸化オスミウム:6X10−”Ω・cm、酸化ロジウム
 :(10−4Ω・a酸化白金:6X1074 これらの金属酸化物は、実施例の項で述べるよ1うに、
アノード分極による反応電流がアルミニウ7、。
ム、チタンなどの金属に比べ非常に小さい。
このように、金属並みの導電性を有し、かつ陽極分解電
圧の高い白金族元素の酸化物層を分極性電極の集電体と
して用いることにより、使用耐電圧の高い電気二重層キ
ャパシタが得られる。
実施例の説明 具体的な実施例を説明する前に本発明で用いる白金族元
素の酸化物の代表例として酸化ルテニウムをあげてその
性質を金属チタンを比較しながら説明する。
第4図は酸化ルテニウム、金属チタンの電圧−電流曲線
である。酸化ルテニウムは金属チタン表面上に次の実施
例に示す方法で形成された試料を用いた結果である。い
ずれの試料についても電解液としてはテトラエチルアン
モニウムバークロレートをプロピレンカーボネートに溶
解したものを用いた。
染 この図から、金属チタンは、液中での第1回目のア
ノード電圧スイープ時には破線で示すように大きな電流
が流れ、チタンの酸化膜、もしくはその水酸化物が形成
されていることがわかる。
2回目以降のスイープ(第4図の実線)では、このよう
彦大きなアノード電流は認められない。このことは、1
回目のスイープで生成したチタン酸膜が抵抗が高く、た
とえ以後のアノード電流が低く、分解電圧が高くても、
分極性電極に対する集電能が劣化してゆき、結果として
キャパシタの内部抵抗、インピーダンスが高くなり、良
好な集電体が得られない。これに対し、金属チタン表面
に酸化ルテニウム層を形成した電極のアノード電圧スイ
ープ時には初期から電流が低く、分解電圧も3■と高い
値を示すことから、酸化ルテニウムが電気化学的に長期
に安定な集電極として機能するととが期待される。
このような酸化ルテニウム層の形成法としては、塩化ル
テニウムの熱分解が一般的であるが、熱分解後の生成物
中に塩素イオンが残留し、これがキャパシタ特性、特に
漏れ電流に悪影響をおよぼす場合もあることから、以下
の実施例で示す種々の方法を用いることも効果的である
9八。
次に本発明の具体的な実施例について第5図a〜qに従
って述べる。
(実施例−1) 第5図aのような円板状チタンよりなる上蓋16の内側
面17もしくは両面に、第5図すのような熱分解性ルテ
ニウム塩の水溶液18(以下に述べるA、B、C,D法
で調整したもの)を浸し、これを400℃の雰囲気で熱
分解し、チタンの上蓋16表面に第5図Cのように酸化
ルテニウム層19を形成する。
この時、第5図fのようにチタンの上蓋16表面を予め
ブラスト法により粗面化しておくと、その粗面化面2o
に生成した酸化ルテニウム層19とチタンの上蓋16と
の接触強度はより強くなる。
次に、フェノール樹脂系繊維を炭化賦活して得られた活
性炭繊維布(目付100g r/772” )を直径1
2祁の円型に打抜いて活性炭繊維電極21とし、先の酸
化ルテニウム層19に接するように置く。これを正極と
し、第5図d、eに示すようにセパレータ22を介して
対向する分極性電極23(活性炭繊10 ぺ−7 雄電極21と同じ活性炭繊維電極)を配置し、ステンレ
ス製負極ケース24、絶縁性ガスケットリング26を組
合せてプレスで圧接がしめ、ボタン型構成のキャパシタ
を得る。電解液は過塩素酸テトラエチルアンモニウムヲ
フロピレンヵーホネートに溶解したものを用いた。
次に4種の熱分解性塩の作製法について述べる。
(A)塩化ルテニウムのmoJle//1!−の水溶液
をそのま1用いる方法。
■)塩化ルテニウム1grを濃硝酸100CC中に溶解
し、適宜水を追加しながら当該液を1時間煮沸処理する
方法。
(q 塩化ルテニウム1grを10OCCの水に溶解し
、塩化ルテニウムの2倍モルの硝酸銀水溶液を添加し、
塩素イオンを塩化銀として沈澱させる。
沈澱物を除去した液を熱分解性母液として用いる方法。
0 炭酸ルテニウムのmo 11 e/17J<溶液を
用いて熱分解する方法。
以上の実施例の結果について従来のチタンヶ−11 \
−7 スを用いたキャパシタ、アルミニウム集電極とステンレ
スケースを用いたキャパシタの特性と比較して第1表に
示す。
(実施例−2) 3 Cノ〃X 3 tanの大きさのアルミニウム製ま
だはチタン製エクスパンドメタルを実施例−1で使用し
たB液に浸漬し、引上げ後400℃で30分熱分解して
Tl上に酸化ルテニウム層を形成する。
とのネットの片面に活性炭粉末、PTFE、ポリヒニル
ピロリドンより成る混合物ペーストを塗布し、セパレー
タを介して巻回し、第1図に示すキャパシタを形成する
。第2表は従来例どともに、本発明実施例の寿命特性を
示すものである。
(70℃ 3v印加) 第 2 表 13 ”= ′ 発明の効果 以」二のように本発明によれば、金属並みの高導電性を
有しかつ陽極に分極した時電解液と反応して溶解や皮膜
生成を起こしにくい酸化ルテニウムのような白金族元素
の酸化物で集電極をコートするなどの方法を用いて集電
極と分極性電極の間に介在させる結果、高温下での使用
耐電圧が高く信頼性の高いキャパシタを得ることができ
る。
従来のTi、AIなどの金属を用いた電極構成のキャパ
シタでは、高々2V(有機電解液を用いた時)の使用配
電圧しか達成されなく、さらに高耐圧なキャパシタのた
めには複数セルを積層せねばならなかったが、本発明に
よれば高耐圧、高容量で小型キャパシタが可能になり、
その工業的価値は非常に大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電気二重層キャパシタの構成を一部切欠
いて示す斜視図、第2図は従来の電気二重層キャパシタ
の他の構成例を示す断面図、第3図は各種金属の陽分極
曲線を示す電圧−電流関係図、第4図は金属チタンと酸
化ルテニウムの陽分極曲線を示す図、第6図は本発明の
一実施例による電気二重層キャパシタの製造工程を示す
=r程図である。 16・・・・・・上蓋、18 ・・熱分解性ルテニウム
塩の水溶液、19・・・・・・酸化ルテニウム層、2o
・・・・・・粗面化面、21・・・・活性炭繊維電極、
22・・・・セパレータ、23・・・・・・分極性電極
、24・・・・・負極ケース、26・・・・絶縁性ガス
ケットリンク。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 第3図 ↑ ヘ ヘ ( c34( 区 ゝ 〜 ヘ ヘ ) 第 (++I

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)集電体と分極性電極との間に、ルチニウム。 イリジウム、オスミウム、ロジウム、白金などの白金族
    元素の酸化物層を設けたことを特徴とする電気二重層キ
    ャパシタ。 (2)集電体がアルミニウム、チタン、タンタル。 ジルコニウム、ニオブなどの弁金属、ステンレス。 高クロム含有ステンレス、チタン含有ステンレスのうち
    のいずれかを含むものから成り、ネット状。 板状、箔状、棒状の形状であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の電気二重層キ4< 、:シタ。 (3)分極性電極が活性炭粉末、活性炭粉末とノくイン
    ダ混合物、活性炭繊維、活性炭繊維で編まれた織布、不
    織布2紙、フェルトの中から選ばれたものであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電気二重層キャ
    ノ(シタ。 2ぺ−7 (4)白金族元素の酸化物層が集電体上に熱解性白金族
    元素塩の熱分解により形成されたものであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の電気二重層キャパシ
    タ。 (5)集電体の表面が電解エツチング、ゴシスティング
    々とにより粗面化されたものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の電気二重層キャパシタ。 (6)熱分解性白金族元素塩が塩化物、炭酸塩、硝酸塩
    、有機酸塩のいずれかであることを特徴とする特許請求
    の範囲第4項記載の電気二重層キャパシタ。 (力 熱分解性白金族元素の硝酸塩が塩化物の硝酸によ
    る煮沸処理によって得られたものであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第6項記載の電気二重層キャパシタ。 (8)熱分解性白金族元素の硝酸銀が塩化物を硝酸銀と
    反応させ、塩化銀を炉別させて得られたものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第6項記載の電気二重層キ
    ャパシタ。
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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011109045A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Eamex Co キャパシタ、キャパシタの製造方法、及び、キャパシタの使用方法
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JP2016146484A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 コリア・ジェイシーシー・カンパニー・リミテッド 電気二重層コンデンサの高電圧電極及びその製造方法

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JPS5967617A (ja) * 1982-10-08 1984-04-17 松下電器産業株式会社 電気二重層キヤパシタ

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