JPS62292612A - 電気二重層コンデンサ用板状活性炭の製造法 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気二重層コンデンサの分極性電極として用
いられる活性炭の製造法に係り、特に粘結炭を原料とす
る板状活性炭の製造法に関する。

〔従来の技術〕

近年、機器の小型化、電子化の進展に伴いマイクロコン
ピュータ−やＩＣメモリが随所に用いられるようになっ
てきた。その一方において停電時におけるマイクロコン
ピュータ−の誤動作やメモリのデータ消失などの問題に
対処するためバックアップ電源を如何に確保するかが重
要な要素となっている。このバックアップ電源として、
今日、小型で大容量が得られる電気二重層コンデンサが
重要な役割を担っている。

この電気二重層コンデンサの性能を大きく左右するのは
分極性電極の素材性能であり、電気化学的に不活性で比
表面積の大きい活性炭が通常使用されている。このコン
デンサにおいても技術革新の波が押し寄せ、一層の小型
化、大容量化の方向で技術的な改良が日々加えられてい
る。なかでも分極性電極材としての活性炭の性能向上は
重要な課題となっている。

この活性炭の性能を評価する重要な尺度は、単位体積当
りに蓄積できる静電容量であるが、この静電容量を向上
させるには活性炭の比表面積を増大させるほか単位体積
当りの活性炭密度（見掛密度）を増大させることが有効
であるとされている。

現在用いられている活性炭は粉末状活性炭と活性炭素繊
維に大別され、いずれも比表面積は１０００ｍ”７ｇを
超えている。粉末状活性炭を用いる場合は一般に電解質
としての希硫酸を混合し、ペースト状にしてコンデンサ
に組み込んでいる。その充填密度は高々０．５ｇ／ａｍ
”程度である。一方活性炭素繊維を用いる場合には活性
炭素繊維の不織布に電解質を含浸させて使用している。

この充填密度は粉末状活性炭の場合よりさらに低いもの
となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

性能向上のためには、上記したような活性炭の単位比表
面積を増大するか、充填密度の向上が重要と考えられて
いるものの、技術的にはすでに限界に達し、それ以上の
向上が望めない状況にある。

その一方においてハンドリング性をも要求されており、
その点、活性炭素繊維は良好であるが粉末状活性炭は活
性炭素繊維よりも充填密度が高いが、ペースト状での取
扱いとなるためハンドリング性に欠ける嫌いがある。

このような状況にありながらも、電気二重層コンデンサ
用の活性炭としては、今後増々、ハンドリング性が優れ
、しかも比表面積および見掛密度の高いものが望まれて
いる。

本発明者は、上記背景を踏まえ、高性能の電気二重層コ
ンデンサ用活性炭としての条件を備えた板状活性炭の製
造法について実験研究を重ねた結果、従来よりはるかに
優れた板状活性炭の製造法を見出し、ここに提供するも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に至った電気二重層コンデンサ用板状活性炭の製
造法は、微粉砕された粘結性を有する石炭を、平板状の
空間を形成する耐熱性型枠に、充填密度が０．７０　ｇ
　／ｃｓ’以上となるように調整して装入し、その石炭
の固化温度以上で乾留焼成後、焼成炭を７５０〜８５０
℃の温度で水蒸気により賦活処理を施し、比表面積が６
００ｍ”／ｇ以上になるように調整することを特徴とす
る。

更に詳しく説明すると、石炭を原料とする活性炭の製造
は古くから行なわれ、現在も多くの゛分野で使用されて
おり、特に目新しいものではないが、電気二重層コンデ
ンサ用に使用できるような板状の活性炭はない。板状の
活性炭をつくるために、本発明ではまず石炭として加熱
過程における発泡膨張性のある粘結炭例えば、国内炭で
は赤平炭や三池炭のような高膨張性の石炭を用い、均質
性を確保するための微粉砕した後に型枠に充填して石炭
の固化温度以上で乾留焼成し、板状の焼成炭とする。微
粉砕は板状活性炭の気孔構造の均一化保持のため、０．
５　ｔｍ以下とすることが望ましい。また、焼成温度は
、具体的には、石炭の固化温度が石炭種によって異なり
、４００〜５００℃にあり、水蒸気賦活温度が７５０〜
８５０℃でもあるので石炭の固化温度以上で７５０〜８
５０℃以下が望しい。ここで重要な点は型枠として平板
状の空間を有する耐熱性型枠を用いることと、石炭の充
填密度を０．７０ｇ／ｃ＋＋’以上とすることである。

平板状の空間を有する型枠に充填された粒子状の石炭は
自らの発泡膨張により強固な粒子間接着を達成するとと
もに型枠寸法に限定された平板状の焼成炭となり、製品
寸法が一定化する。そして石炭の充填密度を０．７０ｇ
／３”以上にすることにより、緻密な焼成炭とすること
ができ、最終の板状活性炭の見掛密度を太き（すること
が可能となる。

上記工程は、工業的には中枠に原料を所定密度に充填す
る工程と上枠を乗せて焼成する工程に分けられ、そのう
ち、原料を所定の密度に充填する方法として、例えば微
粉原料を秤量後生枠に装入するか、スラリー状にして秤
量後生枠に装入して、ロールプレス、振動圧密、スタン
プ圧密等の手段により固める方法をとることができ、ま
た上枠の乗せ方としてスチールベルト、スチールキャタ
ピラ等の使用が考えられる。いずれにしても基本的には
原料を型枠内で焼成することにあるので、工業的には種
々の方法、組み合せを採ることができる。なお、乾留焼
成温度を固化温度以上とすることは、石炭粒子の接着を
十分にし、焼成炭を次の賦活性工程まで破損しないよう
ハンドリングに耐える強度を確保するためである。

次いで板状の焼成炭を７５０〜８５０℃の温度で水蒸気
賦活処理を施し、比表面積が６００ｍ”／ｇ以上になる
ように調製する。すなわち、水蒸気賦活処理前の焼成炭
の比表面積は１０ｍ”／ｇ以下の僅かなものであるため
、比表面積をある程度まで拡大する必要がある。しかし
、本発明で得られる板状活性炭は０．１ｇ／ｃｒｘ”以
上の高い見掛密度を有するため従来の活性炭並みの単位
体積当りの静電容量を確保するには少くとも６００ｍ”
／ｇ以上の比表面積があれば十分である。なお、水蒸気
賦活温度を７５０〜８５０℃と限定するのは賦活時の板
状活性炭の亀裂生成や変形を防止し、製品の欠陥率を低
減することと、品質の安定性を確保するためである。水
蒸気量と賦活時間は、石炭種と賦活温度によって異なっ
た値をとるため、−概には定めることができないが、比
表面積が６００ｍ２／ｇ以上となるように条件を選べば
よい。

〔作　用〕

本発明で得られる板状活性炭は、見掛密度が高く、電気
二重層コンデンサ用の特性として重要な単位体積当りの
静電容量を大巾に向上し、かつ板状であることからハン
ドリングも容易である。従って本発明はコンデンサの小
型、大容量化に極めて有効に貢献できる。

〔実施例〕

以下、実施例について説明する。

（例　１） 重液により比重分離して得られた第１表に示す石炭を全
量０．２５　ｍ以下に粉砕し、第１図に示すような内径
が３０ｍで厚みがｌ　ａｍの空間を有するステンレス類
の型枠に装入して、加熱速度２°Ｃ／分で石炭の固化温
度より高い６５０℃まで昇温後、１０分間保持して焼成
炭を得た。

第１表 ここで型枠について説明すると、型枠１は下枠２の上に
中枠３を置き、中枠３に有する円形の穴３ａ、・・・を
粉砕石炭Ａの受は皿としてその上に上枠４を乗せるよう
にしたもので、全体が締付ボルト５．・・・で締結され
るようになっている。この型枠１は実験や少量生産には
向いているが、多量生産には不向きである。そこで工業
的に多量生産する場合には通常第２図にみられるような
装置が用いられる。

装置１１は原料Ａの装入と乾留焼成とを連続して行うよ
うにしたもので、スチール中枠１３を移動ラインとして
加熱炉１６に向かわせ、その途中に原料Ａを装入するホ
ッパ１７、次いで原料Ａを圧下するロールプレス１８を
それぞれ配置し、中枠１３の下側でホッパ１７の上流か
ら加熱炉１６を経由して循環するスチールベルト１２を
下枠とし、中枠１３の上側でロールプレス１８の下流か
ら加熱炉１６を経由して循環するスチールベルト１４を
上枠としたものである。この装置では中枠１３とスチー
ルベルトの下枠１２とで形成される枠内にホッパ１７内
の原料Ａを秤量的に充填した後、続いてロールプレス１
８により圧下し、スチールベルトの上枠１３を連続的に
被せた後、加熱炉１６で乾留焼成する。

以上は装置についての説明であるが、実施例では、第１
図にみられるような型枠を用いて、石炭の充填密度を０
．６５．０．７０．０．７５．０．８０ｇ／ｃｍｆｆの
４通りに設定し、焼成炭を作製した。

次いで各焼成炭を８００℃の温度でスチール賦活処理に
供したが、賦活時間については比表面積を変更するため
、適宜調整した。このようにして得られた板状活性炭の
寸法は直径２５ｍ、厚み０、８　ｔｉであり、見掛密度
と静電容量は第２表に示す通りである。なお、活性炭の
比表面積測定１まＢＥＴ法に従った。

上記例から、比表面積が同一範囲に賦活処理された活性
炭について比較すると、石炭の充填密度が低いと活性炭
の見掛密度が低く、静電容量も低くなることが判る。ま
た、比表面積を増大すると、見掛密度は低下するものの
、静電容量は向上していく傾向が認められる。しかし、
石炭の充填密度が０．６５ｇ／ｃｍ３の場合、比表面積
を７３０〜７７０ｍ２／ｇ、ないし８３０〜８７０ｍ２
／ｇに増大すると、板状活性炭は極めて脆くなり、ハン
ドリング時に崩れやすくなるため製品としての価値が半
減した。

一方、市販のヤシガラ活性炭（比表面積１１５８ｍ”／
ｇ）を０．０７５　ｍｍ以下に粉砕し、静電容量を測定
して１０．２　Ｆ　／ｃｍ”が得られた。これと第２表
の結果とを比較してみたところ、石炭の充填密度が　０
．７０ｇ／ｃｍ’以上で比表面積が６００ｇ／ｇ以上の
範囲のものが市販品以上の静電容量を満足することが確
認された。特に本発明によって石炭の充填密度０．８０
　ｇ　／ｃｍ’で比表面積８３０〜８７０ｍ２／ｇに調
整された′活性炭は市販品より約１．６倍も高い静電容
量を示し、大容量の電気二重層コンデンサの素材になり
得ることが確認された。

（例　２） 例１において、石炭の充填密度０．７５　ｇ　／ｃｍ’
で得られた焼成炭を水蒸気賦活処理するに際し、比表面
積が８３０〜８７０ｍ”／ｇとなるように賦活温度を変
え、そのときの賦活時間及び製品外観を調べた。その結
果、第３表に示す通り賦活温度が高いほど賦活時間は短
縮されるものの、賦活温度が８５０℃を超えると、板状
活性炭に亀裂が生じ製品としての価値を損うことが判明
した。これは賦活過程における活性炭の収縮応力による
ものと考えられ、急激な水蒸気賦活反応を起す高い賦活
温度は望しくないと云える。しかし、７００℃のように
低い賦活温度では亀裂生成はないものの賦活に長時間を
要し、本発明で目安とした１０時間以内では目標とする
比表面積に達する活性炭は得られず、工業的にも経済的
でないと判断された。

第３表 すなわち、本発明で、賦活時間が短く、かつ製品欠陥の
少ない板状活性炭を得るには賦活温度として７５０〜８
５０℃が適正と判断された。

〔発明の効果〕

以上の実施例からも判るように、本発明は、コンデンサ
の小型化、大容量に大きく貢献するものであり、それよ
り得られる活性炭は石炭を原料として高見掛密度の活性
炭であり、石炭の充填密度と水蒸気賦活条件を適宜選ぶ
ことにより極めて優れた電気二重層コンデンサの分極性
電極材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は粉砕石炭を充填する型枠の断面図、第２図は粉
砕石炭の充填と乾留焼成を連続して行う装置の概略図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）微粉砕された粘結性を有する石炭を、平板状の空
   間を形成する耐熱性型枠に、充填密度が０．７０ｇ／ｃ
   ｍ＾３以上となるように調整して装入し、その石炭の固
   化温度以上で乾留焼成後、焼成炭を７５０〜８５０℃の
   温度で水蒸気により賦活処理を施し、比表面積が６００
   ｍ＾２／ｇ以上になるように調整することを特徴とする
   電気二重層コンデンサ用板状活性炭の製造方法。