JP2003257794A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
電気二重層キャパシタInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液漏れによる劣化故障が起こらず、イオン伝
導度の低下が少ない薄型に構成可能な電気二重層キャパ
シタを提供すること。 【解決手段】 水に可溶で、酸性物質又は塩基性物質に
対してゲル状を呈する高分子化合物と水系電解液からな
るゲル状固体電解質を使用した電気二重層キャパシタに
よって上記課題を達成することができる。
導度の低下が少ない薄型に構成可能な電気二重層キャパ
シタを提供すること。 【解決手段】 水に可溶で、酸性物質又は塩基性物質に
対してゲル状を呈する高分子化合物と水系電解液からな
るゲル状固体電解質を使用した電気二重層キャパシタに
よって上記課題を達成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気二重層キャパシ
タに関する。さらに詳しくは、水に可溶で、酸性物質又
は塩基性物質に対してゲル状を呈する高分子化合物と水
系電解液からなるゲル状固体電解質を使用する電気二重
層キャパシタに関する。
タに関する。さらに詳しくは、水に可溶で、酸性物質又
は塩基性物質に対してゲル状を呈する高分子化合物と水
系電解液からなるゲル状固体電解質を使用する電気二重
層キャパシタに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、様々な機器のバックアップ電源と
して電気二重層キャパシタが広く用いられるようになっ
てきた。例えば、現在用いられているコンピュータに
は、メモリのバックアップ用として、電気二重層キャパ
シタが利用されている。このキャパシタは、小型・大容
量であるばかりでなく、繰返し寿命が長いという特徴を
有しており、アルミニウム箔を使用した電解コンデンサ
に代表される電極間に誘電体を有する場合に比べ、体積
あたりの容量が３００〜１０００倍高いので、バックア
ップ電源のみならず蓄電などの用途も適用対象となり、
大容量化が望まれている。かかる用途に供する大容量の
キャパシタにおいては、使用電圧が高く、また内部抵抗
が低く、結果として大電流を供給できることが望まし
い。
して電気二重層キャパシタが広く用いられるようになっ
てきた。例えば、現在用いられているコンピュータに
は、メモリのバックアップ用として、電気二重層キャパ
シタが利用されている。このキャパシタは、小型・大容
量であるばかりでなく、繰返し寿命が長いという特徴を
有しており、アルミニウム箔を使用した電解コンデンサ
に代表される電極間に誘電体を有する場合に比べ、体積
あたりの容量が３００〜１０００倍高いので、バックア
ップ電源のみならず蓄電などの用途も適用対象となり、
大容量化が望まれている。かかる用途に供する大容量の
キャパシタにおいては、使用電圧が高く、また内部抵抗
が低く、結果として大電流を供給できることが望まし
い。
【０００３】電気二重層キャパシタは、分極性電極に電
解質中のアニオン又はカチオンをそれぞれ正極又は負極
表面に物理吸着させて電気を蓄えるという原理で作動す
るため、電極の表面積が大きいことが要求される。そこ
で、現在では、比表面積が１０００〜３０００（ｍ２／
ｇ）の活性炭がこの電気二重層キャパシタの電極として
多く利用されている。電気二重層キャパシタは、一対の
分極性電極の間に電解質が存在し、この一対の分極性電
極をセパレータによって隔離した構造を有している。
解質中のアニオン又はカチオンをそれぞれ正極又は負極
表面に物理吸着させて電気を蓄えるという原理で作動す
るため、電極の表面積が大きいことが要求される。そこ
で、現在では、比表面積が１０００〜３０００（ｍ２／
ｇ）の活性炭がこの電気二重層キャパシタの電極として
多く利用されている。電気二重層キャパシタは、一対の
分極性電極の間に電解質が存在し、この一対の分極性電
極をセパレータによって隔離した構造を有している。
【０００４】電気二重層キャパシタの電解液としては、
水系電解液及び有機系電解液が知られている。水系の電
解液としては主に希硫酸が用いられており、希硫酸は電
気伝導度が大きく、瞬間的な放電量が多くパワー密度に
優れる反面、分解電圧が１．２Ｖと低い。一方、有機系
電解液において、分解電圧は、水系の電解液に比べ高い
が（２．５〜３Ｖ）、電気伝導度が小さい。このよう
に、水系電解液と有機系電解液とは相反する性質を持っ
ている。
水系電解液及び有機系電解液が知られている。水系の電
解液としては主に希硫酸が用いられており、希硫酸は電
気伝導度が大きく、瞬間的な放電量が多くパワー密度に
優れる反面、分解電圧が１．２Ｖと低い。一方、有機系
電解液において、分解電圧は、水系の電解液に比べ高い
が（２．５〜３Ｖ）、電気伝導度が小さい。このよう
に、水系電解液と有機系電解液とは相反する性質を持っ
ている。
【０００５】以上のように電気二重層コンデンサは液状
の電解液を含むため、液漏れによる劣化故障が起こりや
すい。また、正負極の短絡を防ぎ、かつ電解液を保持す
るためのセパレータが不可欠で、そのため薄型のコンデ
ンサの作製が困難であった。一方、ゲル状固体電解質
は、有機系電解液に使用される電解質と似た性質を持っ
ているが、ポリマーが含まれているため電気伝導度に関
しては、有機系電解液にやや劣る。しかし、ゲル状固体
電解質を使用するとセパレータが不要となり、キャパシ
タを構成するときに、構造的に優位になる利点がある。
の電解液を含むため、液漏れによる劣化故障が起こりや
すい。また、正負極の短絡を防ぎ、かつ電解液を保持す
るためのセパレータが不可欠で、そのため薄型のコンデ
ンサの作製が困難であった。一方、ゲル状固体電解質
は、有機系電解液に使用される電解質と似た性質を持っ
ているが、ポリマーが含まれているため電気伝導度に関
しては、有機系電解液にやや劣る。しかし、ゲル状固体
電解質を使用するとセパレータが不要となり、キャパシ
タを構成するときに、構造的に優位になる利点がある。
【０００６】ゲル状固体電解質において、高分子固体電
解質を構成する代表的な高分子マトリックスとして、ポ
リエチレンオキサイドがある。しかし、ポリエチレンオ
キサイドは室温では結晶化によるイオン伝導度の低下が
著しく、電気二重層キャパシタへの適用は不可能であっ
た。この問題を解決するものとして、（１）特開平２−
１０５８５５号公報にポリエチレンオキサイドとポリプ
ロピレンオキサイドのブロック共重合体を用いる方法が
提案されている。
解質を構成する代表的な高分子マトリックスとして、ポ
リエチレンオキサイドがある。しかし、ポリエチレンオ
キサイドは室温では結晶化によるイオン伝導度の低下が
著しく、電気二重層キャパシタへの適用は不可能であっ
た。この問題を解決するものとして、（１）特開平２−
１０５８５５号公報にポリエチレンオキサイドとポリプ
ロピレンオキサイドのブロック共重合体を用いる方法が
提案されている。
【０００７】また、水が介在する水系電解質として、
（２）ブリティッシュ・ポリマー・ジャーナル（Ｂｒ．
Ｐｏｌｙｍ．Ｊ．）、第３１９巻（１９７５年）（英）
第１３７頁に、ポリエチレンオキサイドと無機アルカリ
金属塩との複合物がイオン伝導性を示すことが記載され
ている。また、高分子固体電解質を電気二重層コンデン
サに適用した例として、（３）特開平６−３０２４７２
号公報に、高分子固体電解質と分極性電極である活性炭
粒子とを５０対５０の割合で混合したもの１組を、間に
高分子固体電解質を介して対向させて得られる全固体型
電気二重層コンデンサが示されている。
（２）ブリティッシュ・ポリマー・ジャーナル（Ｂｒ．
Ｐｏｌｙｍ．Ｊ．）、第３１９巻（１９７５年）（英）
第１３７頁に、ポリエチレンオキサイドと無機アルカリ
金属塩との複合物がイオン伝導性を示すことが記載され
ている。また、高分子固体電解質を電気二重層コンデン
サに適用した例として、（３）特開平６−３０２４７２
号公報に、高分子固体電解質と分極性電極である活性炭
粒子とを５０対５０の割合で混合したもの１組を、間に
高分子固体電解質を介して対向させて得られる全固体型
電気二重層コンデンサが示されている。
【０００８】一方、オリゴオキシエチレンを側鎖に導入
した櫛型高分子が、イオン伝導性を担っているオキシエ
チレン鎖の熱運動性を高め、イオン伝導性が改良される
ことが多数報告されている。例えば、（４）ジャーナル
・オブ・フィジカル・ケミストリイ（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃ
ｈｅｍ．）、第８９巻（１９８４年）（米）第９８７頁
に、ポリメタクリル酸の側鎖にオリゴオキシエチレンを
付加したものにアルカリ金属塩を複合化した例が記載さ
れている。
した櫛型高分子が、イオン伝導性を担っているオキシエ
チレン鎖の熱運動性を高め、イオン伝導性が改良される
ことが多数報告されている。例えば、（４）ジャーナル
・オブ・フィジカル・ケミストリイ（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃ
ｈｅｍ．）、第８９巻（１９８４年）（米）第９８７頁
に、ポリメタクリル酸の側鎖にオリゴオキシエチレンを
付加したものにアルカリ金属塩を複合化した例が記載さ
れている。
【０００９】また、（５）ジャーナル・オブ・アメリカ
ン・ケミカル・ソサエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．）、第１０６巻（１９８４年）（米）第６８５４頁
に、オリゴオキシエチレン側鎖を有するポリホスファゼ
ンにアルカリ金属塩を複合化した例が記載されており、
（６）米国特許第４３５７４０１号には、ヘテロ原子を
含有する架橋ポリマーとイオン化可能な塩からなる高分
子固体電解質は、低結晶性でガラス転移点が低く、イオ
ン伝導度を改善することが報告されている。
ン・ケミカル・ソサエティ（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．）、第１０６巻（１９８４年）（米）第６８５４頁
に、オリゴオキシエチレン側鎖を有するポリホスファゼ
ンにアルカリ金属塩を複合化した例が記載されており、
（６）米国特許第４３５７４０１号には、ヘテロ原子を
含有する架橋ポリマーとイオン化可能な塩からなる高分
子固体電解質は、低結晶性でガラス転移点が低く、イオ
ン伝導度を改善することが報告されている。
【００１０】さらに、（７）特開平４−２５３７７１号
公報には、ポリホスファゼン系高分子化合物を電池や電
気二重層コンデンサのイオン伝導性物質として用いられ
ることが開示されている。そして、このような高分子化
合物を主成分とする固体イオン伝導性物質は、無機系イ
オン伝導性物質に比較して出力電圧が高く、種々の形状
に加工でき、封止も簡単であるというメリットがある。
公報には、ポリホスファゼン系高分子化合物を電池や電
気二重層コンデンサのイオン伝導性物質として用いられ
ることが開示されている。そして、このような高分子化
合物を主成分とする固体イオン伝導性物質は、無機系イ
オン伝導性物質に比較して出力電圧が高く、種々の形状
に加工でき、封止も簡単であるというメリットがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（１）
に示された方法は、ポリエチレンオキサイドとポリプロ
ピレンオキサイドのブロック共重合体を光照射によって
架橋させるため、光架橋に用いられる感光性基を導入し
なければならない。そのため、プロセスが非常に複雑な
上、残存した感光性基が固体電解質の特性を劣化させる
恐れがある。また、（２）に示された方法は、その室温
でのイオン伝導度が１０−７Ｓ／ｃｍと低い問題があ
る。そして、（３）に示された方法では、分極性電極で
ある活性炭粒子は高分子固体電解質と混合される。その
ため、活性炭粒子同士の接触抵抗が高く、その結果コン
デンサの内部抵抗も高くなるという欠点がある。さら
に、活性炭粒子の中には他の活性炭粒子と接触していな
いものが存在し、そのような活性炭粒子は電気二重層容
量に寄与しないという問題もある。
に示された方法は、ポリエチレンオキサイドとポリプロ
ピレンオキサイドのブロック共重合体を光照射によって
架橋させるため、光架橋に用いられる感光性基を導入し
なければならない。そのため、プロセスが非常に複雑な
上、残存した感光性基が固体電解質の特性を劣化させる
恐れがある。また、（２）に示された方法は、その室温
でのイオン伝導度が１０−７Ｓ／ｃｍと低い問題があ
る。そして、（３）に示された方法では、分極性電極で
ある活性炭粒子は高分子固体電解質と混合される。その
ため、活性炭粒子同士の接触抵抗が高く、その結果コン
デンサの内部抵抗も高くなるという欠点がある。さら
に、活性炭粒子の中には他の活性炭粒子と接触していな
いものが存在し、そのような活性炭粒子は電気二重層容
量に寄与しないという問題もある。
【００１２】さらに、（４）、（５）及び（６）に示さ
れた方法においては、イオン伝導度が１０−５Ｓ／ｃｍ
程度とまだ不十分である。そして、（７）に示された方
法は、高分子固体電解質のイオン伝導度が１０−４〜１
０−６Ｓ／ｃｍと充分ではなく、取り出し電流が小さい
という問題がある。このように、一般的に検討されてい
る高分子固体電解質のイオン伝導度は、室温における値
で１０−４〜１０−５Ｓ／ｃｍ位まで改善されたもの
の、液体系イオン伝導性物質に比較するとなお二桁以上
低いレベルであるのが現状である。
れた方法においては、イオン伝導度が１０−５Ｓ／ｃｍ
程度とまだ不十分である。そして、（７）に示された方
法は、高分子固体電解質のイオン伝導度が１０−４〜１
０−６Ｓ／ｃｍと充分ではなく、取り出し電流が小さい
という問題がある。このように、一般的に検討されてい
る高分子固体電解質のイオン伝導度は、室温における値
で１０−４〜１０−５Ｓ／ｃｍ位まで改善されたもの
の、液体系イオン伝導性物質に比較するとなお二桁以上
低いレベルであるのが現状である。
【００１３】また、０℃以下の低温になると、一層極端
にイオン伝導性が低下する。更に、これらの固体電解質
を電気二重層コンデンサ等に組み込む場合や、これらの
固体電解質を薄膜にして電池に組み込む場合、電極との
複合化や接触性確保等の加工技術が難しく製造法でも問
題があることが指摘されている。
にイオン伝導性が低下する。更に、これらの固体電解質
を電気二重層コンデンサ等に組み込む場合や、これらの
固体電解質を薄膜にして電池に組み込む場合、電極との
複合化や接触性確保等の加工技術が難しく製造法でも問
題があることが指摘されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上述の問題点に鑑み、液漏れによる劣化故障が
起こらず、イオン伝導度の低下が少なく、微量金属に由
来するリーク電流が小さく、しかも薄型に構成可能な電
気二重層キャパシタを提供することにある。
目的は、上述の問題点に鑑み、液漏れによる劣化故障が
起こらず、イオン伝導度の低下が少なく、微量金属に由
来するリーク電流が小さく、しかも薄型に構成可能な電
気二重層キャパシタを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意検討し、本発明に至った。すなわち、
本発明は、水に可溶で、酸性物質又は塩基性物質に対し
てゲル状を呈する高分子化合物と水系電解液からなるゲ
ル状固体電解質を使用することを特徴とする電気二重層
キャパシタである。
を達成すべく鋭意検討し、本発明に至った。すなわち、
本発明は、水に可溶で、酸性物質又は塩基性物質に対し
てゲル状を呈する高分子化合物と水系電解液からなるゲ
ル状固体電解質を使用することを特徴とする電気二重層
キャパシタである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明に使用される高分子化合物
は、水に可溶で、酸性物質又は塩基性物質に対してゲル
状を呈する必要がある。酸性物質及び塩基性物質は限定
されるものではないが、酸性物質としては、例えば、硫
酸、塩酸、硝酸、過塩素酸などを例示することができ
る。また、塩基性物質としては、例えば、水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カ
ルシウムなどの金属水酸化物などを挙げることができ
る。
は、水に可溶で、酸性物質又は塩基性物質に対してゲル
状を呈する必要がある。酸性物質及び塩基性物質は限定
されるものではないが、酸性物質としては、例えば、硫
酸、塩酸、硝酸、過塩素酸などを例示することができ
る。また、塩基性物質としては、例えば、水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カ
ルシウムなどの金属水酸化物などを挙げることができ
る。
【００１７】本発明に使用される高分子化合物として
は、ゲル状を呈するポリアクリル酸、ポリメタアクリル
酸、アクリル酸―メタアクリル酸ブロック共重合体、ア
クリル酸―酢酸ビニル共重合体又はこれらの混合物など
が挙げられる。本発明の電気二重層キャパシタに用いら
れる固体電解質はゲル状を呈していることが重要であ
り、ゲル状であることにより、活性炭等に含まれる微量
の金属に由来するリーク電流を低減させることが出来
る。これらの高分子化合物はそのままで使用してもよい
が、通常は０．１〜５０％水溶液で使用される。高分子
化合物のなかでも、ポリアクリル酸が経済性、操作性お
よびゲル化したときのイオン伝導度の点で好ましい。ポ
リアクリル酸としては、一般に市販されているものを使
用すればよく、必要に応じて、変性剤を添加したものを
使用してもよい。
は、ゲル状を呈するポリアクリル酸、ポリメタアクリル
酸、アクリル酸―メタアクリル酸ブロック共重合体、ア
クリル酸―酢酸ビニル共重合体又はこれらの混合物など
が挙げられる。本発明の電気二重層キャパシタに用いら
れる固体電解質はゲル状を呈していることが重要であ
り、ゲル状であることにより、活性炭等に含まれる微量
の金属に由来するリーク電流を低減させることが出来
る。これらの高分子化合物はそのままで使用してもよい
が、通常は０．１〜５０％水溶液で使用される。高分子
化合物のなかでも、ポリアクリル酸が経済性、操作性お
よびゲル化したときのイオン伝導度の点で好ましい。ポ
リアクリル酸としては、一般に市販されているものを使
用すればよく、必要に応じて、変性剤を添加したものを
使用してもよい。
【００１８】ポリアクリル酸の分子量としては、特に限
定されるものではないが、通常数平均分子量として、１
０００から１００００００の範囲のものが好ましく使用
され、粘度及び耐久性を考慮して、５０００から２００
０００、より好ましくは、１００００から１５００００
の範囲のものが使用される。
定されるものではないが、通常数平均分子量として、１
０００から１００００００の範囲のものが好ましく使用
され、粘度及び耐久性を考慮して、５０００から２００
０００、より好ましくは、１００００から１５００００
の範囲のものが使用される。
【００１９】ポリアクリル酸の変性剤としては、メタア
クリル酸、酢酸ビニル、スチレン、ジビニルベンゼンな
どを挙げることができる。変性剤の使用量は特に制限さ
れるものではないが、通常、主材となるポリアクリル酸
に対して、０．１〜２０モル％、操作性、経済性を考慮
して、０．２〜１５モル％、より好ましくは、０．３〜
１３モル％で使用される。
クリル酸、酢酸ビニル、スチレン、ジビニルベンゼンな
どを挙げることができる。変性剤の使用量は特に制限さ
れるものではないが、通常、主材となるポリアクリル酸
に対して、０．１〜２０モル％、操作性、経済性を考慮
して、０．２〜１５モル％、より好ましくは、０．３〜
１３モル％で使用される。
【００２０】本発明における高分子固体電解質は水系の
電解液を使用した電気二重層キャパシタに適用される
が、水系の電解液としては、上述した酸性物質又は塩基
性物質の水溶液が使用される。酸性物質としては、溶解
度、安定性の点で硫酸を使用するのが好ましい。酸性物
質は通常水溶液で使用され、その濃度としては、０．０
１〜１５モル／リットル（Ｍ／Ｌ）の範囲であり、操作
性、安全性、電気二重層キャパシタの安定性を考慮して
０．０５〜９Ｍ／Ｌが好ましく、０．１〜８Ｍ／Ｌがさ
らに好ましい。
電解液を使用した電気二重層キャパシタに適用される
が、水系の電解液としては、上述した酸性物質又は塩基
性物質の水溶液が使用される。酸性物質としては、溶解
度、安定性の点で硫酸を使用するのが好ましい。酸性物
質は通常水溶液で使用され、その濃度としては、０．０
１〜１５モル／リットル（Ｍ／Ｌ）の範囲であり、操作
性、安全性、電気二重層キャパシタの安定性を考慮して
０．０５〜９Ｍ／Ｌが好ましく、０．１〜８Ｍ／Ｌがさ
らに好ましい。
【００２１】水系の電解液として塩基性物質を使用する
場合は、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムを使用す
るのがイオン伝導度などの観点から好ましい。塩基性物
質は水溶液として使用され、その濃度としては、通常
０．０１〜１０Ｍ／Ｌの範囲、操作性、安全性を考慮し
て、０．１〜９Ｍ／Ｌが好ましく、０．５〜８Ｍ／Ｌが
さらに好ましい。
場合は、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムを使用す
るのがイオン伝導度などの観点から好ましい。塩基性物
質は水溶液として使用され、その濃度としては、通常
０．０１〜１０Ｍ／Ｌの範囲、操作性、安全性を考慮し
て、０．１〜９Ｍ／Ｌが好ましく、０．５〜８Ｍ／Ｌが
さらに好ましい。
【００２２】本発明において使用する高分子化合物は、
酸性物質又は塩基性物質に対してゲル状を呈するが、こ
のようなゲル状固体電解質は、先述の電解液に高分子化
合物を溶解して形成される。該高分子化合物は、高分子
固体電解質としてゲル状を示す限り使用量に制限はない
が、通常０．０１重量％〜９０重量％で実施される。安
定性を考慮して、０．１〜８０重量％が好ましく、０．
５〜７０重量％がさらに好ましい。このようにして得ら
れたゲル状固体電解質は、電気二重層キャパシタに使用
される。
酸性物質又は塩基性物質に対してゲル状を呈するが、こ
のようなゲル状固体電解質は、先述の電解液に高分子化
合物を溶解して形成される。該高分子化合物は、高分子
固体電解質としてゲル状を示す限り使用量に制限はない
が、通常０．０１重量％〜９０重量％で実施される。安
定性を考慮して、０．１〜８０重量％が好ましく、０．
５〜７０重量％がさらに好ましい。このようにして得ら
れたゲル状固体電解質は、電気二重層キャパシタに使用
される。
【００２３】電気二重層キャパシタで使用する分極性電
極の素材としては、静電容量の点で活性炭を使用するの
が好ましい。活性炭の原料となる炭素材としては、特に
制限されるものではないが、石炭、石炭ピッチ、石油ピ
ッチ、フェノールなどの熱硬化性樹脂、椰子ガラなどを
例示することができる。
極の素材としては、静電容量の点で活性炭を使用するの
が好ましい。活性炭の原料となる炭素材としては、特に
制限されるものではないが、石炭、石炭ピッチ、石油ピ
ッチ、フェノールなどの熱硬化性樹脂、椰子ガラなどを
例示することができる。
【００２４】このような炭素材は賦活されて活性炭とな
るが、賦活する方法も特に制限されるものではない。例
えば、水蒸気、二酸化炭素などの酸性ガス、水酸化カリ
ウム、水酸化カリウム、塩化カルシウム、塩化亜鉛など
の薬品賦活など公知の賦活方法を採用することができ
る。活性炭は、粉末、粒状、繊維状などで使用される。
これらの活性炭は、不職布、フェルト状布または紙状で
分極性電極として使用することもできるし、通常使用さ
れる導電性物質、バインダー物質などと混合し、シート
化して分極性電極として使用することも可能である。活
性炭の比表面積としては１０００ｍ２／ｇ〜４０００ｍ
２／ｇが好ましい。
るが、賦活する方法も特に制限されるものではない。例
えば、水蒸気、二酸化炭素などの酸性ガス、水酸化カリ
ウム、水酸化カリウム、塩化カルシウム、塩化亜鉛など
の薬品賦活など公知の賦活方法を採用することができ
る。活性炭は、粉末、粒状、繊維状などで使用される。
これらの活性炭は、不職布、フェルト状布または紙状で
分極性電極として使用することもできるし、通常使用さ
れる導電性物質、バインダー物質などと混合し、シート
化して分極性電極として使用することも可能である。活
性炭の比表面積としては１０００ｍ２／ｇ〜４０００ｍ
２／ｇが好ましい。
【００２５】電気二重層キャパシタは次のようにして作
製される。例えば、集電極と一体化した分極性電極を対
向して配置し、その間にゲル電解質を固定化する機能を
有するスペーサを挟み、ゲル電解質を充填する。図１は
このようにして組み立てられた電気二重層キャパシタの
概略図である。図１において、１及び２は集電極、３及
び４は分極性電極、５はゲル状固体電解質、６は極間を
保持するための非導電性のスペーサーを兼用する構造枠
で、上下の集電極１、２に接着され、内部の高分子固体
電解質５を封止している。上下１、２の集電極の両端部
の端子電極７に接続してあるリード端子８を介して外部
回路に接続される。９は支持体である。
製される。例えば、集電極と一体化した分極性電極を対
向して配置し、その間にゲル電解質を固定化する機能を
有するスペーサを挟み、ゲル電解質を充填する。図１は
このようにして組み立てられた電気二重層キャパシタの
概略図である。図１において、１及び２は集電極、３及
び４は分極性電極、５はゲル状固体電解質、６は極間を
保持するための非導電性のスペーサーを兼用する構造枠
で、上下の集電極１、２に接着され、内部の高分子固体
電解質５を封止している。上下１、２の集電極の両端部
の端子電極７に接続してあるリード端子８を介して外部
回路に接続される。９は支持体である。
【００２６】本発明の電気二重層キャパシタにおいて
は、図３に示されるように、電極材料などに含まれる微
量金属に由来するリーク電流が小さく、リーク電流をＹ
（Ａ）、時間をＸ（秒）とした場合、Ｙ＜６×１０
−１７Ｘ４−１０−１２Ｘ３＋６×１０−９Ｘ２−１０
−５Ｘ＋０．０１１９で表すことができる。ただし、０
＜Ｘ≦３０００。以下、実施例により本発明をさらに具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
は、図３に示されるように、電極材料などに含まれる微
量金属に由来するリーク電流が小さく、リーク電流をＹ
（Ａ）、時間をＸ（秒）とした場合、Ｙ＜６×１０
−１７Ｘ４−１０−１２Ｘ３＋６×１０−９Ｘ２−１０
−５Ｘ＋０．０１１９で表すことができる。ただし、０
＜Ｘ≦３０００。以下、実施例により本発明をさらに具
体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
【００２７】
【実施例】実施例１
分極性電極：ＢＥＴ法による測定で比表面積１８００ｍ
２／ｇのクラレケミカル製のフェノール樹脂系活性炭繊
維（ＣＨ７００−１８）を分極性電極として使用した。
２／ｇのクラレケミカル製のフェノール樹脂系活性炭繊
維（ＣＨ７００−１８）を分極性電極として使用した。
【００２８】高分子固体電解質：６Ｍ／Ｌの水酸化カリ
ウム水溶液１０ミリリットル（ｍＬ）にポリアクリル酸
カリウム（部分架橋型）（アルドリッチ製ｃｒｏｓｓ−
ｌｉｎｋｅｄ Ｐoｌｙ（Ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉ
ｄ）、ｐａｒｔｉａｌ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｓａｌｔ
カタログ番号：４３５３２−５）１ｇを加え、高分子
固体電解質を調製した。該高分子固体電解質はゲル状を
呈していた。
ウム水溶液１０ミリリットル（ｍＬ）にポリアクリル酸
カリウム（部分架橋型）（アルドリッチ製ｃｒｏｓｓ−
ｌｉｎｋｅｄ Ｐoｌｙ（Ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉ
ｄ）、ｐａｒｔｉａｌ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｓａｌｔ
カタログ番号：４３５３２−５）１ｇを加え、高分子
固体電解質を調製した。該高分子固体電解質はゲル状を
呈していた。
【００２９】電気二重層キャパシタ：前記活性炭シート
を１ｃｍ×１ｃｍに裁断して分極性電極とし、高分子固
体電解質を非伝導性の厚さ３ｍｍのスペーサ内に充填し
て、図１に示すような電気二重層キャパシタを作製し
た。
を１ｃｍ×１ｃｍに裁断して分極性電極とし、高分子固
体電解質を非伝導性の厚さ３ｍｍのスペーサ内に充填し
て、図１に示すような電気二重層キャパシタを作製し
た。
【００３０】評価：１ｍＡの低電流で０．８Ｖまで充
電、０．８Ｖ到達時点から放電を開始し、０．２Ｖまで
の放電カーブから静電容量を求めた。また、２枚の白金
黒付白金電極を１ｃｍの間隔で平行垂直に取り付けた円
筒型ガラス容器（容積約１０ｍＬ）に電解質を入れ、交
流インピーダンス法によりコンダクタンス（１／Ｒ）を
測定し、σ＝１／Ｒ（１／Ａ）により電気伝導率（σ：
Ｓｃｍ−１）を求めた。Ｒは抵抗（Ω）、１は電極間の
距離（ｃｍ）、Ａは電極間の電解質の断面積（ｃ
ｍ２）、１／Ａはセル定数（ｃｍ−１）である。なお、
用いた電気伝導率測定セルのセル定数（１／Ａ）は、比
伝導率が既知の０．１Ｍ ＫＣｌ溶液のコンダクタンス
を測定して求めた。結果を表１に示す。また、電流密度
１ｍＡ／ｃｍ２で０．８Ｖまで充電した後、セル電位を
０．８Ｖに保った場合の漏れ電流を測定し、結果を図３
に示した。
電、０．８Ｖ到達時点から放電を開始し、０．２Ｖまで
の放電カーブから静電容量を求めた。また、２枚の白金
黒付白金電極を１ｃｍの間隔で平行垂直に取り付けた円
筒型ガラス容器（容積約１０ｍＬ）に電解質を入れ、交
流インピーダンス法によりコンダクタンス（１／Ｒ）を
測定し、σ＝１／Ｒ（１／Ａ）により電気伝導率（σ：
Ｓｃｍ−１）を求めた。Ｒは抵抗（Ω）、１は電極間の
距離（ｃｍ）、Ａは電極間の電解質の断面積（ｃ
ｍ２）、１／Ａはセル定数（ｃｍ−１）である。なお、
用いた電気伝導率測定セルのセル定数（１／Ａ）は、比
伝導率が既知の０．１Ｍ ＫＣｌ溶液のコンダクタンス
を測定して求めた。結果を表１に示す。また、電流密度
１ｍＡ／ｃｍ２で０．８Ｖまで充電した後、セル電位を
０．８Ｖに保った場合の漏れ電流を測定し、結果を図３
に示した。
【００３１】実施例２
実施例１において、表面積２３００ｃｍ２／ｇのクラレ
ケミカル製フェノール樹脂系活性炭繊維（ＣＨ７００−
２３）を分極性電極として使用した以外は実施例１と同
様に実施した。結果を表１に示す。
ケミカル製フェノール樹脂系活性炭繊維（ＣＨ７００−
２３）を分極性電極として使用した以外は実施例１と同
様に実施した。結果を表１に示す。
【００３２】実施例３
電解液として１０Ｍ／Ｌの水酸化カリウムを水に溶解し
た水酸化カリウム水溶液１０ｍＬを用いた以外は、実施
例２と同様に実施した。結果を表１に示す。
た水酸化カリウム水溶液１０ｍＬを用いた以外は、実施
例２と同様に実施した。結果を表１に示す。
【００３３】実施例４
実施例３の電気二重層キャパシタを用いて、０．８Ｖま
で充電した後、１分間隔で電圧を測定して、電圧保持性
を測定した。結果を図２に示す。
で充電した後、１分間隔で電圧を測定して、電圧保持性
を測定した。結果を図２に示す。
【００３４】実施例５
２Ｍ／Ｌの硫酸水溶液１０ｍＬにポリアクリル酸カリウ
ム（部分架橋型）（アルドリッチ製ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎ
ｋｅｄ Ｐoｌｙ（Ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ）、ｐａ
ｒｔｉａｌ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｓａｌｔ カタログ
番号：４３５３２−５）１ｇを加え、高分子固体電解質
を調製した。該高分子固体電解質はゲル状を呈してい
た。この電解液１０ｍＬを使用した以外は、実施例１と
同様に実施した。結果を表１に示す。
ム（部分架橋型）（アルドリッチ製ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎ
ｋｅｄ Ｐoｌｙ（Ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ）、ｐａ
ｒｔｉａｌ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｓａｌｔ カタログ
番号：４３５３２−５）１ｇを加え、高分子固体電解質
を調製した。該高分子固体電解質はゲル状を呈してい
た。この電解液１０ｍＬを使用した以外は、実施例１と
同様に実施した。結果を表１に示す。
【００３５】比較例１
電解液として、ゲル状を呈する高分子化合物を使用せ
ず、実施例３に使用した水酸化カリウム水溶液のみを使
用し、実施例２と同様に実施した。結果を表１及び図３
に示す。
ず、実施例３に使用した水酸化カリウム水溶液のみを使
用し、実施例２と同様に実施した。結果を表１及び図３
に示す。
【００３６】比較例２
電解液として、ゲル状を呈する高分子化合物を使用せ
ず、実施例１に使用した水酸化カリウム水溶液のみを使
用し、実施例４と同様に実施した。結果を図２に示す。
ず、実施例１に使用した水酸化カリウム水溶液のみを使
用し、実施例４と同様に実施した。結果を図２に示す。
【００３７】比較例３
電解液として、ゲル状を呈する高分子化合物を使用せ
ず、実施例５に使用した硫酸水溶液のみを使用し、実施
例５と同様に実施した。結果を表１に示す。
ず、実施例５に使用した硫酸水溶液のみを使用し、実施
例５と同様に実施した。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【発明の効果】本発明の電気二重層キャパシタは、ゲル
状固体電解質を使用しているので、液漏れによる劣化故
障が起こらない。しかも、本発明の電気二重層キャパシ
タにおいては、イオン伝導度の低下が少ないので、取り
出し電流が大きい。さらに、本発明の電気二重層キャパ
シタにおいてはセパレータが不要であるので、薄型の電
気二重層キャパシタを作製することができる。また、微
量金属に由来するリーク電流が小さいので電気二重層キ
ャパシタとして好適である。
状固体電解質を使用しているので、液漏れによる劣化故
障が起こらない。しかも、本発明の電気二重層キャパシ
タにおいては、イオン伝導度の低下が少ないので、取り
出し電流が大きい。さらに、本発明の電気二重層キャパ
シタにおいてはセパレータが不要であるので、薄型の電
気二重層キャパシタを作製することができる。また、微
量金属に由来するリーク電流が小さいので電気二重層キ
ャパシタとして好適である。
【００４０】
【図１】電気二重層キャパシタの一例を示す概略図であ
る。
る。
【図２】実施例４及び比較例２における電圧保持性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図３】実施例１及び比較例１におけるリーク電流と時
間との関係を示すグラフである。
間との関係を示すグラフである。
１ 集電極
２ 集電極
３ 分極性電極
４ 分極性電極
５ ゲル状固体電解質
６ 構造枠
７ 端子電極
８ リード端子
９ 支持体
１０ 実施例４における電圧保持性
１１ 比較例２における電圧保持性
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 森田 昌行
山口県宇部市東小羽山町４−８−43
(72)発明者 岩崎 秀治
岡山県倉敷市酒津2045番地の１ 株式会社
クラレ内
Claims (4)
- 【請求項１】 水に可溶で、酸性物質又は塩基性物質に
対してゲル状を呈する高分子化合物と水系電解液からな
るゲル状固体電解質を使用することを特徴とする電気二
重層キャパシタ。 - 【請求項２】 該高分子化合物がポリアクリル酸である
請求項１記載の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項３】 該水系電解液が硫酸水溶液である請求項
１又は２記載の電気二重層キャパシタ。 - 【請求項４】 該水系電解液が水酸化カリウム水溶液又
は水酸化ナトリウム水溶液である請求項１〜３いずれか
に記載の電気二重層キャパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002253445A JP2003257794A (ja) | 2001-12-25 | 2002-08-30 | 電気二重層キャパシタ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001391082 | 2001-12-25 | ||
| JP2001-391082 | 2001-12-25 | ||
| JP2002253445A JP2003257794A (ja) | 2001-12-25 | 2002-08-30 | 電気二重層キャパシタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003257794A true JP2003257794A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28677045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002253445A Pending JP2003257794A (ja) | 2001-12-25 | 2002-08-30 | 電気二重層キャパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003257794A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005317902A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-11-10 | Kuraray Co Ltd | 電気二重層キャパシタ用電解質組成物及びそれを用いた電気二重層キャパシタ |
| KR20160149906A (ko) * | 2015-06-19 | 2016-12-28 | 경북대학교 산학협력단 | 수용액 공정이 가능한 유기-금속 착체 화합물을 이용한 전기 이중층 커패시터 |
-
2002
- 2002-08-30 JP JP2002253445A patent/JP2003257794A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005317902A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-11-10 | Kuraray Co Ltd | 電気二重層キャパシタ用電解質組成物及びそれを用いた電気二重層キャパシタ |
| KR20160149906A (ko) * | 2015-06-19 | 2016-12-28 | 경북대학교 산학협력단 | 수용액 공정이 가능한 유기-금속 착체 화합물을 이용한 전기 이중층 커패시터 |
| KR101721229B1 (ko) | 2015-06-19 | 2017-03-29 | 경북대학교 산학협력단 | 수용액 공정이 가능한 유기-금속 착체 화합물을 이용한 전기 이중층 커패시터 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070201 |
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Effective date: 20070206 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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Effective date: 20070405 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070515 |