JPH07201676A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気二重層キャパシタの大容量化及び内部抵
抗の低減化を図ることを目的とする。 【構成】 対とされた分極性電極に電解液を含浸し、セ
パレータを介して電気二重層キャパシタを構成する。こ
の分極性電極のうちの少なくとも一方を、粉末状または
繊維状のカーボンを重合液中に懸濁させて、重合時にそ
のカーボンを取り込み電解重合法により得られた導電性
高分子膜そのものによって作成したものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気二重層キャパシタに
関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように電気二重層キャパシタは、
一対の分極性電極と、各分極性電極の集電電極と、両分
極性電極間に介在する多孔性のセパレータとによって主
として構成されている。各分極性電極には電解液が含浸
されている。

【０００３】従来では分極性電極として、活性炭または
繊維状活性炭によって構成するのを普通としているが、
これによると放電容量が小さく、そのため実際の使用に
おいて長時間にわたる放電を維持することができない欠
点がある。また内部抵抗が大きいため、大電流が取り出
せない欠点がある。

【０００４】これを解決するために、本発明者らは電解
重合法により製作した導電性高分子膜を電気二重層キャ
パシタの分極性電極とする構成をさきに提案した（特願
平４−３００２３７号）。これによると従来の分極性電
極を使用した場合よりも容量も大きく、かつ内部抵抗も
小さくなる利点があるが、必ずしも満足できるものでは
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電解重合法
により得られる導電性高分子膜を分極性電極として使用
する電気二重層キャパシタにおいて、更に高速充放電お
よび大容量化を図ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、対とされた分
極性電極に電解液を含浸し、セパレータを介して構成さ
れる電気二重層キャパシタにおいて、この分極性電極の
うちの少なくとも一方を、粉末状または繊維状のカーボ
ンを重合液中に懸濁させて重合時にそのカーボンを取り
込み電解重合法により得られた導電性高分子膜そのもの
によって構成したことを特徴とする。

【０００７】

【作用】粉末状または繊維状のカーボンを重合液中に懸
濁させることにより、重合時にカーボンを取り込んだ導
電性高分子膜によれば、導電性が向上し、高速充放電が
可能となり、また容量が増大する。ここに使用する導電
性高分子は次のようにして作成する。すなわちモノマー
を溶解させ、かつモノマーの電解酸化反応が起きる電位
においても酸化されず安定な有機溶媒もしくは水に、モ
ノマーとドーパントを溶解させ、この溶液中にカーボン
を懸濁させてこれを電解重合する。この電解重合により
導電性高分子膜が、重合電極（陽極）上に生成される。

【０００８】なおこの電解重合に使用する重合電極とし
ては、使用電位において安定であれば任意の導体が使用
できる。たとえば金、銀、銅、白金、ステンレス、チタ
ン、ニッケル、鉛、錫、アルミニウム、タングステンな
どの金属、もしくはこれらの合金、あるいはグラファイ
ト（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、フェノール系
など）が使用できる。また任意の物体にメッキなどによ
り導電性を付与したものであってもよい。

【０００９】ここで用いるモノマーとして、ピロール、
アニリン、チオフェン、フラン、セレノフェン、イソチ
アナフテン、フェニレンスルフィド、フェニレンオキシ
ド、アズレン、もしくはこれらの誘導体、あるいはこれ
らを複数組み合わせた（共重合体）ものも使用できる。

【００１０】またドーパントとしては、一般に使用され
ているスルホン酸塩イオン、過塩素酸イオン、６フッ化
リン酸イオン、４フッ化リン酸イオン、４フッ化ホウ酸
イオン、６フッ化ヒ素イオン、６フッ化アンチモン酸イ
オン、４塩化アルミン酸イオン、ハロゲンイオン、リン
酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン等が利用できる。ま
たこの他多価アニオン、臨界ミセル濃度以上の界面活性
剤も利用可能である。

【００１１】懸濁させるカーボンとしては、粉末状また
は繊維状のものでもよいが、重合液液中に沈降するよう
なものは好ましくない。ただし沈降するようなものであ
るときは、溶液を攪拌などにより沈降を防止するように
すればよい。

【００１２】前記のように電解重合時に、重合電極の表
面に生成した導電性高分子膜をそのまま分極性電極とす
るか、あるいはその重合電極から剥離した導電性高分子
膜を分極性電極として使用する。電気二重層キャパシタ
の対をなす両分極性電極として、ともに導電性高分子膜
を用いてもよいし、また一方のみを利用してもよい。そ
の場合他方の分極性電極は、表面積の大きな導電性物質
（例えば粉末状又は繊維状の活性炭）を使用するとよ
い。

【００１３】分極性電極およびセパレータに含浸させる
電解液としては、水もしくは有機溶媒（カーボネート
類、アルコール類、ニトリル類、アミド類、エーテル類
などの単独または混合物）に電解質を溶解したものが利
用できる。

【００１４】電解質としては、プロトン、アルカリ金属
イオン、４級アンモニウムイオン、４級ホスホニウムイ
オンなどの単独あるいは複数のカチオンと、スルホン酸
イオン、過塩素酸イオン、６フッ化ヒ素イオン、ハロゲ
ンイオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオンの単
独あるいは複数のアニオンを組み合せたものがよい。

【００１５】セパレータは両分極性電極の電気的な短絡
を防ぎ、電気化学的に安定でイオン透過性が大きく、あ
る程度の機械強度を備えた、絶縁性の多孔体であればよ
い。具体的には、不織布あるいは多孔性のポリプロピレ
ンフィルム、ポリエチレンフィルムなどが利用できる。

【００１６】

【実施例】図１に本発明の実施例による電気二重層キャ
パシタの構成を示す。１，２は正極および負極として対
をなす分極性電極、３は両分極性電極１，２間に介在す
るセパレータ、４はキャップ、５は缶、６はパッキンで
ある。缶５内に電解液が含浸されてある分極性電極１，
２およびセパレータ３が収納されてある。缶５とキャッ
プ４はパッキン６により絶縁されている。パッキン６は
電解液の洩れ防止を兼ねている。

【００１７】両分極性電極１，２のうちの少なくとも一
方は本発明による導電性高分子膜により構成されてい
る。一方が導電性高分子膜である場合、他方は活性炭の
層を利用するとよい。

【００１８】図２は図１に示す構成の電気二重層キャパ
シタ７を単位ユニットとし、その複数を結合して構成し
た電気二重層キャパシタ８を示す。図中９は各分極性電
極のリード電極、１０は外装ケース、１１は絶縁ケース
である。このように単位ユニットの複数を積層して構成
すると、耐電圧が上昇するようになって都合がよい。

【００１９】次に本発明の具体的な実験例について説明
する。第１の実験例は導電性高分子膜の拡散係数に関す
るものである。この種キャパシタの高速充放電の可能性
は、拡散係数を測定することにより評価できる。

【００２０】第１の実験例 ０．１（モル／リットル）
のピロールを含む０．１（モル／リットル）の１，３，
６−ナフタレントリスルホン酸ナトリウム水溶液に、こ
の溶液１ミリリットル当たり０．０３ｇのカーボン粉末
を加えた溶液から、定電位電解重合法（８００ｍＶｖｓ
ＳＳＣＥ）により金電極上にポリピロール膜を作成した
（重合電荷量２クーロン／平方センチメートル）。この
膜を塩化ナトリウム水溶液に移し、交流インピーダンス
法により拡散係数を求めた。その結果、１０^−２〜１０
^−３（ｃｍ^２ｓ^−１）の拡散係数が得られた。

【００２１】比較のために第１の比較例として、カーボ
ン粉末を加えない以外は第１の実験例と全く同じように
導電性高分子膜を作成し、同様の方法で拡散係数を求め
た。その結果、１０^−３〜１０^−５（ｃｍ^２ｓ^−１）の
拡散係数が得られた。これから第１の実験例による場合
の方が、第１の比較例のものよりも大きな拡散係数が得
られることが判明する。

【００２２】次に第２の実験例について説明する。この
実験例はキャパシタとしての評価のためのものである。

【００２３】第２の実験例 第１の実験例にしたがって
作成したポリピロール膜を、直径１３ｍｍの円形に打ち
抜き、これを正極とし、また負極には１０００平方メー
トル／グラムの繊維状活性炭（直径１３ｍｍ）を、セパ
レータとしてポリプロピレン多孔膜をそれぞれ使用し
た。そして電解液として、０．１（モル／リットル）の
塩化ナトリウム水溶液を用いて、図１に示すような電気
二重層キャパシタを構成した。これを１．０ボルトで充
電し、そのあと０．１ミリアンペアで０．４ボルトまで
定電流放電させた。得られたキャパシタの容量は８Ｆ、
内部抵抗は０．６オームであった。

【００２４】比較のために第２の比較例として、カーボ
ン粉末を加えない以外は第２の実験例と全く同じように
電気二重層キャパシタを構成し、第２の実験例と同様の
方法で実験した。得られたキャパシタの容量は７Ｆ、内
部抵抗は１．３オームであった。これからしても第２の
実験例による場合の方が、第２の比較例のものよりも、
容量が大きく、内部抵抗が小さいキャパシタが得られる
ことが判明する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、カ
ーボンを懸濁させた溶液から、電解重合法により作成し
た導電性高分子膜を分極性電極とするようにしたので、
既提案の電気二重層キャパシタよりも大容量、高速充放
電することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 分極性電極 ２ 分極性電極 ３ セパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯沼 武彦 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対とされた分極性電極に電解液を含浸
   し、セパレータを介して構成される電気二重層キャパシ
   タにおいて、前記分極性電極のうちの少なくとも一方
   を、粉末状または繊維状のカーボンを重合液中に懸濁さ
   せて重合時に前記カーボンを取り込み電解重合法により
   得られた導電性高分子膜そのものによって構成してなる
   電気二重層キャパシタ。