JPH05258996A - 電気二重層コンデンサー用電極 - Google Patents
電気二重層コンデンサー用電極Info
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- JPH05258996A JPH05258996A JP4050849A JP5084992A JPH05258996A JP H05258996 A JPH05258996 A JP H05258996A JP 4050849 A JP4050849 A JP 4050849A JP 5084992 A JP5084992 A JP 5084992A JP H05258996 A JPH05258996 A JP H05258996A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 賦活度を変える以外の方法で活性炭の高表面
積化を図り体積当たりのキャパシタ静電容量が大きい電
極を得るところにある。 【構成】 ピッチを原料として溶融紡糸し、熱処理して
得た炭素質繊維をアルカリ金属水酸化物の水溶液で賦活
し、水または酸類を使って脱灰した後、粉砕して最大
０．２ｍｍ以下の実質的な粉とし、該粉を成形して得る
ことを特徴とする電気二重層コンデンサー用電極。
積化を図り体積当たりのキャパシタ静電容量が大きい電
極を得るところにある。 【構成】 ピッチを原料として溶融紡糸し、熱処理して
得た炭素質繊維をアルカリ金属水酸化物の水溶液で賦活
し、水または酸類を使って脱灰した後、粉砕して最大
０．２ｍｍ以下の実質的な粉とし、該粉を成形して得る
ことを特徴とする電気二重層コンデンサー用電極。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気二重層コンデンサ
ー用電極に係わるものである。電気二重層コンデンサー
は、電気二重層キャパシターとも呼ばれ、近年、バック
アップ電源、補助電源等として注目を浴びている。特
に、活性炭素繊維や活性炭を分極性電極とした電気二重
層キャパシターは、性能が優れるため、エレクトロニク
ス分野の発展と共に、需要も急成長している、と言われ
ている。また、最近では、従来のメモリーバックアップ
電源等の小型品に加え、モーター等の補助電源に使われ
る様な大容量の製品の開発も行われている。
ー用電極に係わるものである。電気二重層コンデンサー
は、電気二重層キャパシターとも呼ばれ、近年、バック
アップ電源、補助電源等として注目を浴びている。特
に、活性炭素繊維や活性炭を分極性電極とした電気二重
層キャパシターは、性能が優れるため、エレクトロニク
ス分野の発展と共に、需要も急成長している、と言われ
ている。また、最近では、従来のメモリーバックアップ
電源等の小型品に加え、モーター等の補助電源に使われ
る様な大容量の製品の開発も行われている。
【０００２】
【従来の技術】電気二重層キャパシターの原理は古くか
ら知られていたが、実用的に使われ始めたのは、比較的
最近である。これは、分極性電極に高比表面積を持つ活
性炭を使用し始めたことと関係すると考えられる。電気
二重層キャパシターの静電容量は、電気二重層が形成さ
れる分極性電極の表面積、単位面積当たりの電気二重層
容量や電極の抵抗等によって、主に支配される。実用面
では、単位体積当たりの静電容量を高くしてキャパシタ
ー体積を小さくするために、電極自体の密度を大きくす
ることも重要である。
ら知られていたが、実用的に使われ始めたのは、比較的
最近である。これは、分極性電極に高比表面積を持つ活
性炭を使用し始めたことと関係すると考えられる。電気
二重層キャパシターの静電容量は、電気二重層が形成さ
れる分極性電極の表面積、単位面積当たりの電気二重層
容量や電極の抵抗等によって、主に支配される。実用面
では、単位体積当たりの静電容量を高くしてキャパシタ
ー体積を小さくするために、電極自体の密度を大きくす
ることも重要である。
【０００３】すなわち、電気二重層キャパシターの開発
の主なポイントは、電極に使う活性炭の性能と電極の製
造方法にある。しかしながら、一般には、活性炭の性能
向上を目的に高表面積化のための賦活を進めると、細孔
の増加で活性炭の密度が小さくなり、単位体積当たりの
静電容量が逆に小さくなる。又、静電容量を支配する活
性炭性能も十分には解明されていないため、特に、大容
量キャパシターに実用的に用い得る活性炭は、まだ無い
と言っても過言ではない。
の主なポイントは、電極に使う活性炭の性能と電極の製
造方法にある。しかしながら、一般には、活性炭の性能
向上を目的に高表面積化のための賦活を進めると、細孔
の増加で活性炭の密度が小さくなり、単位体積当たりの
静電容量が逆に小さくなる。又、静電容量を支配する活
性炭性能も十分には解明されていないため、特に、大容
量キャパシターに実用的に用い得る活性炭は、まだ無い
と言っても過言ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】大容量キャパシターに
使用する活性炭を作るには、既存の方法で、賦活を過度
に進めて高比表面積にしても、密度が低下するため、単
位体積当たりの静電容量が低下して難しい。そこで、本
発明の目的は、賦活度を変える以外の方法で活性炭の高
表面積化を図り体積当たりのキャパシタ静電容量が大き
い電極を得るところにある。
使用する活性炭を作るには、既存の方法で、賦活を過度
に進めて高比表面積にしても、密度が低下するため、単
位体積当たりの静電容量が低下して難しい。そこで、本
発明の目的は、賦活度を変える以外の方法で活性炭の高
表面積化を図り体積当たりのキャパシタ静電容量が大き
い電極を得るところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、大容量電
気二重層キャパシターの静電容量と分極性電極に使う活
性炭性能の関係を基礎的に調べた結果、特定の物質を賦
活して高比表面積の活性炭で電極を作ると、静電容量を
大幅に向上させることができることを見出し、本発明を
完成するに至った。
気二重層キャパシターの静電容量と分極性電極に使う活
性炭性能の関係を基礎的に調べた結果、特定の物質を賦
活して高比表面積の活性炭で電極を作ると、静電容量を
大幅に向上させることができることを見出し、本発明を
完成するに至った。
【０００６】すなわち、本発明の要旨は、ピッチを原料
として溶融紡糸し、熱処理して得た炭素質繊維をアルカ
リ金属水酸化物の水溶液で賦活し、水または酸類を使っ
て脱灰した後、粉砕して実質的に最大０．２ｍｍ以下の
粉とし、該粉を成形して得ることを特徴とする電気二重
層コンデンサー用電極に存する。本発明において、ピッ
チを原料に溶融紡糸し、熱処理して得た炭素質繊維を使
用するのは、繊維状物質を賦活すると繊維直径が小さい
ために、ＫＯＨ，ＮａＯＨ等のアルカリ金属水酸化物の
水溶液で賦活した際に、賦活が繊維中心部まで行われや
すいためである。
として溶融紡糸し、熱処理して得た炭素質繊維をアルカ
リ金属水酸化物の水溶液で賦活し、水または酸類を使っ
て脱灰した後、粉砕して実質的に最大０．２ｍｍ以下の
粉とし、該粉を成形して得ることを特徴とする電気二重
層コンデンサー用電極に存する。本発明において、ピッ
チを原料に溶融紡糸し、熱処理して得た炭素質繊維を使
用するのは、繊維状物質を賦活すると繊維直径が小さい
ために、ＫＯＨ，ＮａＯＨ等のアルカリ金属水酸化物の
水溶液で賦活した際に、賦活が繊維中心部まで行われや
すいためである。
【０００７】炭素質繊維は、光学的異方性相を５０％以
上含むピッチを原料に溶融紡糸し、熱処理して得た炭素
質繊維が好ましい。光学的異方性相の小さいピッチを原
料に溶融紡糸して得た炭素質繊維を賦活した場合は、そ
の細孔分布が適切でないためか、静電容量が小さくなる
場合がある。賦活の条件は、用いる炭素繊維の直径等に
より異なるため、一概には言えないが例えばＫＯＨを用
いた場合には温度４００〜８００℃好ましくは５５０〜
８００℃である。賦活剤の使用量は重量比で２〜５倍量
が好ましい。また、炭素質繊維の平均直径は、光学顕微
鏡により繊維２０本の直径を測定した時の算術平均値で
あるが、特に１０μｍ以上２００μｍ以下、より好まし
くは５０μｍ以下、最も好ましくは３０μｍ以下がよ
い。この範囲が好ましい理由は、１０μｍ以下では賦活
反応が過度になるためと推測され、一方、直径が大きい
と、賦活が繊維全般にわたって均質には起こっていない
ためと考えられる。
上含むピッチを原料に溶融紡糸し、熱処理して得た炭素
質繊維が好ましい。光学的異方性相の小さいピッチを原
料に溶融紡糸して得た炭素質繊維を賦活した場合は、そ
の細孔分布が適切でないためか、静電容量が小さくなる
場合がある。賦活の条件は、用いる炭素繊維の直径等に
より異なるため、一概には言えないが例えばＫＯＨを用
いた場合には温度４００〜８００℃好ましくは５５０〜
８００℃である。賦活剤の使用量は重量比で２〜５倍量
が好ましい。また、炭素質繊維の平均直径は、光学顕微
鏡により繊維２０本の直径を測定した時の算術平均値で
あるが、特に１０μｍ以上２００μｍ以下、より好まし
くは５０μｍ以下、最も好ましくは３０μｍ以下がよ
い。この範囲が好ましい理由は、１０μｍ以下では賦活
反応が過度になるためと推測され、一方、直径が大きい
と、賦活が繊維全般にわたって均質には起こっていない
ためと考えられる。
【０００８】比表面積は、窒素の液体窒素温度における
吸着量から算出しているが、電極密度が小さくならない
限り、大きい方が好ましい。即ち、３０００ｍ2/ｇ以上
の比表面積があると、より大きい静電容量が得られる。
賦活したものを脱灰するのは、アルカリ金属水酸化物の
反応後の生成物が活性炭中にあると、異物になり好まし
くないためである。さらに、賦活物を脱灰後、粉砕して
用いるのは、電極成形の際に０．２ｍｍを超えると繊維
の形状が残っていて高密度化しにくいためか、成形体の
密度が大きくならず、体積当たりのキャパシタ静電容量
が大きくならないためである。
吸着量から算出しているが、電極密度が小さくならない
限り、大きい方が好ましい。即ち、３０００ｍ2/ｇ以上
の比表面積があると、より大きい静電容量が得られる。
賦活したものを脱灰するのは、アルカリ金属水酸化物の
反応後の生成物が活性炭中にあると、異物になり好まし
くないためである。さらに、賦活物を脱灰後、粉砕して
用いるのは、電極成形の際に０．２ｍｍを超えると繊維
の形状が残っていて高密度化しにくいためか、成形体の
密度が大きくならず、体積当たりのキャパシタ静電容量
が大きくならないためである。
【０００９】炭素質物質を成形する方法は、通常知られ
ている方法を適用することが、可能である。すなわち、
ポリ四フッ化エチレンなどバインダーとして知られてい
る物質を１〜数％加えて良く混合した後、金型に入れ、
加圧成形したり、必要に応じては加圧成形時に熱を加え
ることも可能である。高温下で成形する時は、1000℃以
下の温度にするのが好ましい。1000℃を越えると、炭素
質物質が収縮し、細孔が閉塞して、比表面積が低下し、
静電容量が低下することが多いからである。但し、比表
面積が低下する温度は、賦活条件をはじめとする製造条
件によって多少異なるので、一概には決まらない。
ている方法を適用することが、可能である。すなわち、
ポリ四フッ化エチレンなどバインダーとして知られてい
る物質を１〜数％加えて良く混合した後、金型に入れ、
加圧成形したり、必要に応じては加圧成形時に熱を加え
ることも可能である。高温下で成形する時は、1000℃以
下の温度にするのが好ましい。1000℃を越えると、炭素
質物質が収縮し、細孔が閉塞して、比表面積が低下し、
静電容量が低下することが多いからである。但し、比表
面積が低下する温度は、賦活条件をはじめとする製造条
件によって多少異なるので、一概には決まらない。
【００１０】また、電極成形時に、導電性カーボンブラ
ックその他の導電性物質を添加し、電極の抵抗を低下さ
せても良い。これは、分極性電極の内部抵抗を低減させ
て電極の体積を有効に使用するためである。
ックその他の導電性物質を添加し、電極の抵抗を低下さ
せても良い。これは、分極性電極の内部抵抗を低減させ
て電極の体積を有効に使用するためである。
【００１１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来よ
り大きい静電容量をもつ電気二重層キャパシターを提供
することができる。その結果、用途を、モーターの補助
電源等の大きい放電電流が求められる分野にまで拡大す
ることができ、工業的利用上の価値は、非常に大きい。
り大きい静電容量をもつ電気二重層キャパシターを提供
することができる。その結果、用途を、モーターの補助
電源等の大きい放電電流が求められる分野にまで拡大す
ることができ、工業的利用上の価値は、非常に大きい。
【００１２】
【実施例】以下に、実施例を示し、更に本発明を詳細に
説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、下記実
施例により限定されるものではない。 実施例 １ 光学的異方性相約９０％のピッチを常法により、紡糸し
た後、熱処理して得た直径１２μｍの炭素質繊維１０ｇ
を１０〜２０ｍｍの長さに切断した後、５０ｇの水酸化
カリウムが溶けた水溶液に浸漬した。その後、繊維を乾
燥機内、１１５℃で乾燥した後、ラボスケールのロータ
リーキルンに入れて窒素雰囲気下、６５０℃に昇温し、
１時間保持した後、室温に冷却した。水洗を５回実施し
た後、乾燥機に入れて１１５℃で乾燥した。得られた炭
素質物質を２００μｍ以下に粉砕した。得られた粉体の
比表面積は、カルロエルバ社製の窒素吸着装置で測定
し、Cranston-Inkley 法で計算した結果、３３７０ｍ2/
ｇであった。次に、この粉体を、上記ロータリーキルン
に再び入れて、窒素雰囲気下、９００℃に昇温した。得
たサンプル１ｇに”テフロン”０．０２ｇを加え、良く
混合した後、日本分光製油圧プレスで直径２ｍｍ、厚さ
１．５ｍｍになるように加圧成型して円盤状の電極を得
た。この方法で作成した２枚の電極の間に三菱化成
（株）製のポリエチレン製セパレーターを入れた後、集
電体に使う白金板２枚で全体を挟み込み、さらに、集電
体、ペレット、セパレーターが良く接触するように一番
外側から２枚の厚さ５ｍｍで４個のボルト孔を持つテフ
ロン板で挟み込んだ。こうして得たキャパシター電極部
を、ビーカー内にある３０重量％の硫酸中につけ、電極
に付着している空気泡を除いて、電気二重層キャパシタ
ーを作った。北斗電工製充放電装置と千野製作所製Ｘ−
Ｔレコーダーを使用して、室温下、約１６０ｍＡの定電
流充放電サイクルテストを１０回繰り返し、静電気容量
を測定した。放電カーブから常法にて求めた静電容量の
平均値は、５１．１Ｆであった。 実施例 ２ 実施例１において、ロータリーキルンで昇温し、１時間
保持する温度を８００℃とした以外は、実施例１と同様
にして実験をした。この結果、得られた粉体の比表面積
は、約３６００ｍ2/ｇとなり、これから作ったキャパシ
ターの静電容量は、５０．１Ｆであった。 実施例 ３ 実施例２において、炭素質繊維を浸漬する水溶液中に含
まれている水酸化カリウムの量を４０ｇにした以外は、
実施例１と同様にして実験をした結果、キャパシターの
静電容量は、５１．０Ｆであった。 実施例 ４ 実施例１、２において、ロータリーキルンで昇温し、１
時間保持する温度を５５０℃とした以外は、実施例１と
同様にして実験をした。この結果、得られたサンプルの
比表面積は、約２６５０ｍ2/ｇとなり、これから作った
キャパシターの静電容量は、２９．７Ｆであった。 実施例 ５ 実施例１において、炭素質繊維の平均直径を９μｍとし
た以外は、実施例１と同様にして実験をした結果、キャ
パシターの静電容量は１４．７Ｆであった。 実施例 ６ 実施例１において、炭素質繊維の平均直径を２０μｍと
した以外は、実施例１と同様にして実験をした結果、キ
ャパシターの静電容量は４８．７Ｆであった。
説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、下記実
施例により限定されるものではない。 実施例 １ 光学的異方性相約９０％のピッチを常法により、紡糸し
た後、熱処理して得た直径１２μｍの炭素質繊維１０ｇ
を１０〜２０ｍｍの長さに切断した後、５０ｇの水酸化
カリウムが溶けた水溶液に浸漬した。その後、繊維を乾
燥機内、１１５℃で乾燥した後、ラボスケールのロータ
リーキルンに入れて窒素雰囲気下、６５０℃に昇温し、
１時間保持した後、室温に冷却した。水洗を５回実施し
た後、乾燥機に入れて１１５℃で乾燥した。得られた炭
素質物質を２００μｍ以下に粉砕した。得られた粉体の
比表面積は、カルロエルバ社製の窒素吸着装置で測定
し、Cranston-Inkley 法で計算した結果、３３７０ｍ2/
ｇであった。次に、この粉体を、上記ロータリーキルン
に再び入れて、窒素雰囲気下、９００℃に昇温した。得
たサンプル１ｇに”テフロン”０．０２ｇを加え、良く
混合した後、日本分光製油圧プレスで直径２ｍｍ、厚さ
１．５ｍｍになるように加圧成型して円盤状の電極を得
た。この方法で作成した２枚の電極の間に三菱化成
（株）製のポリエチレン製セパレーターを入れた後、集
電体に使う白金板２枚で全体を挟み込み、さらに、集電
体、ペレット、セパレーターが良く接触するように一番
外側から２枚の厚さ５ｍｍで４個のボルト孔を持つテフ
ロン板で挟み込んだ。こうして得たキャパシター電極部
を、ビーカー内にある３０重量％の硫酸中につけ、電極
に付着している空気泡を除いて、電気二重層キャパシタ
ーを作った。北斗電工製充放電装置と千野製作所製Ｘ−
Ｔレコーダーを使用して、室温下、約１６０ｍＡの定電
流充放電サイクルテストを１０回繰り返し、静電気容量
を測定した。放電カーブから常法にて求めた静電容量の
平均値は、５１．１Ｆであった。 実施例 ２ 実施例１において、ロータリーキルンで昇温し、１時間
保持する温度を８００℃とした以外は、実施例１と同様
にして実験をした。この結果、得られた粉体の比表面積
は、約３６００ｍ2/ｇとなり、これから作ったキャパシ
ターの静電容量は、５０．１Ｆであった。 実施例 ３ 実施例２において、炭素質繊維を浸漬する水溶液中に含
まれている水酸化カリウムの量を４０ｇにした以外は、
実施例１と同様にして実験をした結果、キャパシターの
静電容量は、５１．０Ｆであった。 実施例 ４ 実施例１、２において、ロータリーキルンで昇温し、１
時間保持する温度を５５０℃とした以外は、実施例１と
同様にして実験をした。この結果、得られたサンプルの
比表面積は、約２６５０ｍ2/ｇとなり、これから作った
キャパシターの静電容量は、２９．７Ｆであった。 実施例 ５ 実施例１において、炭素質繊維の平均直径を９μｍとし
た以外は、実施例１と同様にして実験をした結果、キャ
パシターの静電容量は１４．７Ｆであった。 実施例 ６ 実施例１において、炭素質繊維の平均直径を２０μｍと
した以外は、実施例１と同様にして実験をした結果、キ
ャパシターの静電容量は４８．７Ｆであった。
Claims (1)
- 【請求項１】 ピッチを原料として溶融紡糸し、熱処理
して得た炭素質繊維をアルカリ金属水酸化物の水溶液で
賦活し、水または酸類を使って脱灰した後、粉砕して実
質的に最大０．２ｍｍ以下の粉とし、該粉を成形して得
ることを特徴とする電気二重層コンデンサー用電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4050849A JPH05258996A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 電気二重層コンデンサー用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4050849A JPH05258996A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 電気二重層コンデンサー用電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05258996A true JPH05258996A (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=12870173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4050849A Pending JPH05258996A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 電気二重層コンデンサー用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05258996A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002104816A (ja) * | 1999-11-16 | 2002-04-10 | Kuraray Co Ltd | 活性炭及びその製造方法 |
| US6589904B1 (en) | 1999-11-16 | 2003-07-08 | Kuraray Co., Ltd. | Activated carbon and method for producing it |
| US6592838B1 (en) | 1999-10-21 | 2003-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Activated carbon for use in electric double layer capacitor and method of producing the same |
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| US6785122B2 (en) | 2002-03-06 | 2004-08-31 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for preparing electrolytic solution, electrolytic solution and electric double-layer capacitor |
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-
1992
- 1992-03-09 JP JP4050849A patent/JPH05258996A/ja active Pending
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