JPH01204409A - 電気二重層コンデンサ - Google Patents

電気二重層コンデンサ

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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、電気二重層コンデンサ、特に、分極性電極に
活性炭を用いた電気二重層コンデンサに関する。
［従来の技術］ 一般に、電気二重層コンデンサは、分極性電極と電解液
との界面に形成される電気二重層を有しており、その電
気二重層において蓄電するようになっている。また、分
極性電極には、主に活性炭が使用されている。活性炭は
、植物系原料（木材。
木粉、木炭、ヤシ殻、リグニン、パルプ廃液など）、鉱
物系原料（石炭、コークス、ピッチなど）あるいは合成
樹脂（フェノール、ポリアクリロニトリル、セルロース
、塩化ビニールなど）を炭化、賦活して製造されている
。
［発明が解決しようとする課題］ 前記従来の電気二重層コンデンサでは、活性炭の表面に
は一般に、カルボキシル基、カルボニル基やフェノール
性水酸基などの酸素官能基が存在する。これらの官能基
が多く存在すると、分極性電極の電解液に対する親和性
が向上して、電極と電解液との界面が増大し、静電容量
が増加・安定する。
しかしながら、これらの官能基は電極に電位がかかると
分解するために、多量に存在する場合にはコンデンサの
電圧保持特性を劣化させてしまう。
このため、酸素官能基を増加させることによって静電容
量を増すことは、電気二重層コンデンサの総合的な特性
を考えた場合には採用し得ない。
本発明の目的は、活性炭の表面利用率が向上しテ静ｆＪ
Ａ容量が大きくなるとともに安定し、しかも電圧保持特
性に優れた電気二重層コンデンサを得ることにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明に係る電気二重層コンデンサは、分極性電極と電
解液との界面に形成された電気二重層を利用した電気二
重層コンデンサである。そして、前記分極性電極は、窒
素含有量が７ｗｔ％以下であるポリアクリロニトリル系
の活性炭である。
［作用コ 本発明に係る電気二重層コンデンサでは、分極性電極に
、窒素含有量が７ｗｔ％以下であるポリアクリロニトリ
ル系の活性炭を使用している。
ポリアクリロニトリル系の活性炭は、窒素官能基を有し
ている。窒素官能基は、酸素官能基に比べると双極子能
率が大きいので、ポリアクリロニトリル系の活性炭を分
極性電極として用いると電解液との親和性が向上し、静
電容量が増加、安定する。
一方、窒素官能基でも電位がかかると分解するため、窒
素官能基が多すぎると電気二重層コンデンサの電圧保持
特性は劣化する。本発明に係る電気二重層コンデンサで
は、窒素含有量が７　ｗ　ｔ％以下であるポリアクリロ
ニトリル系の活性炭を使用していることから、窒素官能
基の量は適切となり、優れた電圧保持特性をも発揮する
ことができる。
［実施例］ この発明の一実施例を示す第１図において、電気二重層
コンデンサ１の円板状の各索子２は、６個が同心に積み
重ねられた状態で、カップ状のケース３内に収納されて
いる。
各素子２は、第２図に示すように、中心部に配置された
１対の分極性電極４と、その中間部を分離するセパレー
タ５と、円環状のガスケット６と、ガスケット６の上下
に熱接希された１対の集電体７とを有している。
前記分極性電極４は、ガスケット６内に配置され、セパ
レータ５によって分離されている。セパレータ５は、ポ
リオレフィン系の微孔性フィルムや不織布よりなり、周
縁部が皿状に形成されている。この皿状部分によって一
方の分極性電極４を包み、分極性電極４同士が周囲で短
絡するのを防止するようになっている。セパレータ５お
よび分極性電極４には、通常５０　ｗ　ｔ　９（ｉ硫酸
水溶液などの電解液が含浸されている。
上述のように構成された素子２は、第１図に示すように
重ねられ、周囲から絶縁性の熱収縮チューブ１０により
一体化させられた後、加圧状態でケース３内に収納され
る。なお、１１．１２はそれぞれ突片部を端子として引
き起こした金属板であり、絶縁板１３を介して組合わさ
れている。金属板１１には、最上部に配置された素子２
の上端面が当接し電気的に接続されている。金属板１２
は、ケース３に当接しており、ケース３を介して最下部
に配置された素子２に電気的に接続されている。
次に、前記素子２内に収納された分極性電極４について
説明する。分極性電極４は、窒素含有量が７ｗｔ％以下
であるポリアクリロニトリル系の活性炭から形成されて
いる。材料として使用されるポリアクリロニトリルは、
約２６　ｗ　ｔ％金含有ていた窒素を炭化・賦活過程で
ＮＨ，、ＨＣＮ。
Ｎ２として脱離させるが、それら窒素のうち１５ｗｔ％
程度は次のような官能基として残される。
窒素官能基は酸素官能基に比べると双極子能率が大きい
ので、分極性電極としてポリアクリロニトリルを原料と
した活性炭を用いると、植物系、鉱物系およびフェノー
ルやセルロースなどの合成樹脂を原料とした活性炭を用
いた場合に比べて、電解液との親和性が向上し、静電容
量が増加、安定槽することが期待できる。すなわち、活
性炭中の窒素含有量が多くなると、静電容量は増加する
傾向にある。しかしながら、窒素官能基は電位がかかる
と分解するため、窒素官能基が多すぎると電気二重層コ
ンデンサの電圧保持特性は劣化する。
このため、本発明では、活性炭の窒素含有量を７ｗｔ％
以下に設定することにより、窒素含有量を適切な値に設
定している。
次に、より具体的に説明する。
実験例１ ポリアクリロニトリルを原料とし、空気中２００〜４０
０℃で熱処理して耐炎化を行なった。これを６００〜８
００℃で炭化し、さらに水蒸気と窒素の混合ガス中で賦
活した。得られた活性炭繊維を真空中１０００℃で熱処
理した後に、粉砕した。２００メツシユを通過した前記
活性炭粉末８ｏ７Ｉｉ量部を水に分散させ、クロロスル
ホン化ポリエチレンからなる人造ラテックス２０重量部
を加えて、十分に撹拌混合した。次に、混合溶液から水
分を除去し、凝集状態の混合物を得た。この混合物を解
砕し、造粒し、その造粒粉をプレス機などで加圧するこ
とによって混合成型体を得た。混合成型体は、直径４．
７ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円板状であり、成型圧０．５
〜１．５ｔｏｎで成型されたものである。得られた混合
成型体に硫酸水溶液（５０ｗｔ％）を含浸させ、分極性
電極とした。
そして、得られた分極性電極を、第１図、第２図に示す
電気二重層コンデンサ１に採用した。なお、この場合に
、セパレータ５は多孔性ポリプロピレン製であり、ガス
ケット６はゴム系のものを使用した。また、集電体７と
しては、カーボンブラック入りのポリエチレンフィルム
を使用した。
このようにして得られた電気二重層コンデンサの特性を
第１表に示す。
また、比較例として、活性炭繊維を真空中１０００℃で
熱処理する工程のみを除き、前述と同様の工程により得
た電気二重層コンデンサの特性も第１表に示す。さらに
、植物系である素灰を原料とした粉末活性炭、およびフ
ェノールを原料とした活性炭繊維を粉末化した粉末活性
炭を用いて、上述と同様にして製造した電気二重層コン
デンサの特性を、従来例として第１表に併せて示す。な
お、素灰系活性炭は、木材粉を６００〜８００℃で炭化
し、水蒸気と窒素との混合ガス中７００〜１０００℃で
賦活したものを用いた。また、フェノール系活性炭とし
ては、フェノール繊維を６００〜８００℃で炭化し、水
蒸気と窒素との混合ガス中７００〜１０００℃で賦活し
たものを用いた。
（以下余白） 第１表から、ポリ・アクリロニトリルを原料とした活性
炭を分極性電極として用いた電気二重層コンデ′ンサの
静電容量は、従来例に比べて１．２〜１．６倍増加して
おり、特性が改善されていることがわかる。また、第１
表から、活性炭の窒素含有量が７　ｗ　ｔ％以下になる
と電圧保持特性が向上することがわかる。一方、静電容
量は、窒素含有量が減少すると若干減少するが、特に問
題となる量ではない。すなわち、第１表の結果から、窒
素含有量が７ｗｔ％以下になるように処理したポリアク
リロニトリル系活性炭を分極性電極に用いることによっ
て、静電容量が増加・安定し、かつ電圧保持特性の優れ
た電気二重層コンデンサを得ることができるようになる
ことがわかる。
なお、第１表において、窒素含有量は、元素分析装置に
より測定した。また、電圧保持特性は、２５℃、５Ｖで
１５分間充電した後、無負荷２５℃の環境下で２４時間
放置したときの端子間電圧を測定することによって得た
。
実験例２ ポリアクリロニトリル系活性炭の窒素含有量は、賦活度
によって調整できる。すなわち、賦活が進行して比表面
積が増加すると、窒素官能基は減少する傾向にある。賦
活度によって窒素官能基の量を調整した活性炭を前記実
験例１と同様に分極性電極として用い、電気二重層コン
デンサを製造した。これらの特性を第２表に示す。
（シーＡ″Ｆ未白） この実験結果からも、窒素含有量が７ｗｔ％以下になる
ように処理したポリアクリロニトリル系活性炭を分極性
電極に用いれば、静電容量が増加・安定し、かつ電圧保
持特性の優れた積層電気二重層コンデンサを製造するこ
とが可能となる。
なお、第２表における電圧保持特性は、第１表における
電圧保持特性と同様の方法により得られた値である。
その他、活性炭中に窒素官能基を導入する方法としては
、原料をリン酸第ニアンモニウムのようなアンモニウム
塩の水溶液に含浸させた後乾燥して、炭化、賦活する方
法がある。しかし、この方法によって窒素官能基を導入
した場合には、電気−二重層コンデンサの電圧保持特性
は、ポリアクリロニトリルを原料とした活性炭を用いた
ものに比べて劣化するため、この方法は適切でないこと
がわかった。
［発明の効果コ 本発明に係る電気二重層コンデンサでは、分極性電極と
して窒素含有量が７ｗｔ％以下であるポリアクリロニト
リル系の活性炭を使用したので、電解液との親和性が向
上し、従来の電気二重層コンデンサに比べて静電容量が
増加するとともに安定し、しかも電圧保持特性の優れた
電気二重層コンデンサを得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る電気二重層コンデンサの縦断面
図である。第２図は、素子の縦断面図である。 １は電気二重層コンデンサ、２は素子、４は分極性電極
である。 特許出願人　株式会社村田製作所

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 分極性電極と電解液との界面に形成された電気二重層を
    利用した電気二重層コンデンサであって、前記分極性電
    極は、窒素含有量が７ｗｔ％以下であるポリアクリロニ
    トリル系の活性炭である、電気二重層コンデンサ。
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