JPH0795504B2 - 電気二重層コンデンサ - Google Patents
電気二重層コンデンサInfo
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- JPH0795504B2 JPH0795504B2 JP1319894A JP31989489A JPH0795504B2 JP H0795504 B2 JPH0795504 B2 JP H0795504B2 JP 1319894 A JP1319894 A JP 1319894A JP 31989489 A JP31989489 A JP 31989489A JP H0795504 B2 JPH0795504 B2 JP H0795504B2
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- double layer
- electric double
- layer capacitor
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- 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
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
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に関し、特に電気二重
層コンデンサ用電極材料に関するものである。
層コンデンサ用電極材料に関するものである。
（従来の技術） 電気二重層コンデンサの基本素子８（以下基本素子と称
す）は、第２図に示すように、粉末活性炭１と集電体２
を単位分極性電極とし、一対の分極性電極の間に電解質
溶液を含浸し、電子絶縁性でかつイオン透過性の多孔性
セパレータ３で電子的短絡を防止した構造になってい
る。４は絶縁性ガスケットである。電気二重層コンデン
サは、基本素子の使用最高電圧が電解質溶液の電気分解
電圧以下であるため、使用電圧に応じて一枚以上積層し
た構造となっている。ところで、電気二重層コンデンサ
は小型で大容量のコンデンサとして、マイコン、メモリ
等のバックアップや瞬時に大電流を供給できる補助電源
などに広く用いられており、マイコン等を組み込んだ装
置やシステムの小型・軽量化にともない、そこに用いら
れる電気二重層コンデンサも小型のものが強く望まれて
いる。この電気二重層コンデンサの小型化を実現するた
めには、単位体積あたりの電気二重層容量を増加させる
ことが非常に重要となっている。この単位体積あたりの
電気二重層容量は活性炭の比表面積と充填密度との積で
あらわされることから、従来は、比表面積が大きく充填
密度の高い活性炭が求められてきた。
す）は、第２図に示すように、粉末活性炭１と集電体２
を単位分極性電極とし、一対の分極性電極の間に電解質
溶液を含浸し、電子絶縁性でかつイオン透過性の多孔性
セパレータ３で電子的短絡を防止した構造になってい
る。４は絶縁性ガスケットである。電気二重層コンデン
サは、基本素子の使用最高電圧が電解質溶液の電気分解
電圧以下であるため、使用電圧に応じて一枚以上積層し
た構造となっている。ところで、電気二重層コンデンサ
は小型で大容量のコンデンサとして、マイコン、メモリ
等のバックアップや瞬時に大電流を供給できる補助電源
などに広く用いられており、マイコン等を組み込んだ装
置やシステムの小型・軽量化にともない、そこに用いら
れる電気二重層コンデンサも小型のものが強く望まれて
いる。この電気二重層コンデンサの小型化を実現するた
めには、単位体積あたりの電気二重層容量を増加させる
ことが非常に重要となっている。この単位体積あたりの
電気二重層容量は活性炭の比表面積と充填密度との積で
あらわされることから、従来は、比表面積が大きく充填
密度の高い活性炭が求められてきた。
近年、本発明者らの研究・調査により、電気二重層コン
デンサの静電容量は活性炭の酸素含有量と相関があり、
酸素含有量の大きい活性炭ほど静電容量が大きくなると
いうことを見出した。従来、電気二重層コンデンサに用
いられてきた活性炭の酸素含有量は15％未満であり、15
％以上の酸素を含む活性炭が用いられた例はない。
デンサの静電容量は活性炭の酸素含有量と相関があり、
酸素含有量の大きい活性炭ほど静電容量が大きくなると
いうことを見出した。従来、電気二重層コンデンサに用
いられてきた活性炭の酸素含有量は15％未満であり、15
％以上の酸素を含む活性炭が用いられた例はない。
（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の粉末活性炭は、活性炭中の酸素含有量が
少ないために単位体積あたりの電気二重層容量が小さい
という欠点を有する。
少ないために単位体積あたりの電気二重層容量が小さい
という欠点を有する。
本発明の目的は、集電体と酸素含有量が20重量％以上35
重量％未満であるような粉末活性炭を電気二重層コンデ
ンサの分極性電極として用いることにより、小型で大容
量の電気二重層コンデンサを提供することにある。
重量％未満であるような粉末活性炭を電気二重層コンデ
ンサの分極性電極として用いることにより、小型で大容
量の電気二重層コンデンサを提供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、粉末活性炭と電
解質溶液との混合物を分極性電極とする電気二重層コン
デンサにおいて、粉末活性炭の酸素含有量を20重量％以
上35重量％未満にしたものである。
解質溶液との混合物を分極性電極とする電気二重層コン
デンサにおいて、粉末活性炭の酸素含有量を20重量％以
上35重量％未満にしたものである。
（実施例） 次に、実施例により本発明について説明する。
酸素含有量が30重量％以上35重量％未満の粉末活性炭
を、第２図の基本素子８における粉末活性炭１とし電気
二重層コンデンサを製造した。酸素含有量の分析は、sc
hutze分解法で結合酸素を一酸化炭素に分解し非分散型
赤外分光法により一酸化炭素を検出することで酸素量を
もとめる酸素分析装置を使用した。
を、第２図の基本素子８における粉末活性炭１とし電気
二重層コンデンサを製造した。酸素含有量の分析は、sc
hutze分解法で結合酸素を一酸化炭素に分解し非分散型
赤外分光法により一酸化炭素を検出することで酸素量を
もとめる酸素分析装置を使用した。
酸素含有量が20重量％以上30重量％未満の粉末活性炭
を、第２図の基本素子８における粉末活性炭の１とし電
気二重層コンデンサを製造した。酸素含有量の分析は、
前記と同様の分析装置を使用した。
を、第２図の基本素子８における粉末活性炭の１とし電
気二重層コンデンサを製造した。酸素含有量の分析は、
前記と同様の分析装置を使用した。
酸素含有量が35重量％以上の粉末活性炭を、第２図の基
本素子８における粉末活性炭の１とし電気二重層コンデ
ンサを製造した。酸素含有量の分析は、前記と同様の分
析装置を使用した。
本素子８における粉末活性炭の１とし電気二重層コンデ
ンサを製造した。酸素含有量の分析は、前記と同様の分
析装置を使用した。
上述した実施例の電気二重層コンデンサは、以下のとお
りである。第２図において、集電体２として膜厚200μ
ｍで直径8.2mmの未加硫の導電性ブチルゴムを用いた。
また、絶縁性ガスケット４として膜厚500μｍ、直径8.2
mmで同心円上に3.8mmの孔を開けた未加硫のブチルゴム
を用いた。多孔性セパレータ３にはポリエチレン製の膜
厚100μｍで直径6.0mmのものを使用した。集電体２と絶
縁性ガスケット４を圧着し形成された凹部に、各実施例
で得られた粉末活性炭１と電解質溶液とを混合したペー
ストを充填することにより単位分極性電極を得た。電解
質溶液には、40重量％の硫酸水溶液を用いた。この単位
分極性電極の一対をペーストが相対する方向で多孔性セ
パレータ３を介して圧着し、7kg/cm2の圧力を加えた状
態で120℃の温度に３時間放置することで、集電体２と
絶縁性ガスケット４および絶縁性ガスケット４間を加硫
接着し、電気二重層コンデンサの基本素子８を得た。こ
の基本素子８を６枚積層し第３図に示すように金属ケー
ス５と絶縁ケース６でかしめ封口して、電極７で外部に
端子を取り出すことにより動作電圧5Vの電気二重層コン
デンサを製造した。
りである。第２図において、集電体２として膜厚200μ
ｍで直径8.2mmの未加硫の導電性ブチルゴムを用いた。
また、絶縁性ガスケット４として膜厚500μｍ、直径8.2
mmで同心円上に3.8mmの孔を開けた未加硫のブチルゴム
を用いた。多孔性セパレータ３にはポリエチレン製の膜
厚100μｍで直径6.0mmのものを使用した。集電体２と絶
縁性ガスケット４を圧着し形成された凹部に、各実施例
で得られた粉末活性炭１と電解質溶液とを混合したペー
ストを充填することにより単位分極性電極を得た。電解
質溶液には、40重量％の硫酸水溶液を用いた。この単位
分極性電極の一対をペーストが相対する方向で多孔性セ
パレータ３を介して圧着し、7kg/cm2の圧力を加えた状
態で120℃の温度に３時間放置することで、集電体２と
絶縁性ガスケット４および絶縁性ガスケット４間を加硫
接着し、電気二重層コンデンサの基本素子８を得た。こ
の基本素子８を６枚積層し第３図に示すように金属ケー
ス５と絶縁ケース６でかしめ封口して、電極７で外部に
端子を取り出すことにより動作電圧5Vの電気二重層コン
デンサを製造した。
実施例で製造した電気二重層コンデンサについて、コン
デンサ特性である静電容量と等価直列抵抗を測定した。
静電容量の測定は、コンデンサに直列に1kΩの抵抗を挿
入し、5Vの定電圧を印加した時の時定数より算出した。
また、等価直列抵抗は、電気二重層コンデンサに1kHz・
10mAの定電流を流し、電気二重層コンデンサの両端の電
圧を測定することにより求めた。
デンサ特性である静電容量と等価直列抵抗を測定した。
静電容量の測定は、コンデンサに直列に1kΩの抵抗を挿
入し、5Vの定電圧を印加した時の時定数より算出した。
また、等価直列抵抗は、電気二重層コンデンサに1kHz・
10mAの定電流を流し、電気二重層コンデンサの両端の電
圧を測定することにより求めた。
第１表に活性炭の酸素含有量と電気二重層コンデンサの
特性を示す。実施例との比較のため、従来電気二重層コ
ンデンサに用いられてきた５種類の粉末活性炭について
も実施例と同様の測定を行ったので、第１表に結果を示
す。また、第１図に酸素含有量と静電容量の関係および
酸素含有量と等価直列抵抗の関係を示す。
特性を示す。実施例との比較のため、従来電気二重層コ
ンデンサに用いられてきた５種類の粉末活性炭について
も実施例と同様の測定を行ったので、第１表に結果を示
す。また、第１図に酸素含有量と静電容量の関係および
酸素含有量と等価直列抵抗の関係を示す。
第１図から明らかなように、酸素含有量の多い粉末活性
炭を用いた基本素子よりなる電気二重層コンデンサの静
電容量は、酸素含有量の少ない粉末活性炭を用いた基本
素子よりなる電気二重層コンデンサに比べ静電容量が大
きく、また、酸素含有量が20重量％以上のものが静電容
量増加に非常に効果のあることがわかる。しかし、等価
直列抵抗は粉末活性炭の酸素含有量が増加するとともに
大きくなり、酸素含有量35重量％以上になると従来のも
のと比較して無視できないほど大きくなる。
炭を用いた基本素子よりなる電気二重層コンデンサの静
電容量は、酸素含有量の少ない粉末活性炭を用いた基本
素子よりなる電気二重層コンデンサに比べ静電容量が大
きく、また、酸素含有量が20重量％以上のものが静電容
量増加に非常に効果のあることがわかる。しかし、等価
直列抵抗は粉末活性炭の酸素含有量が増加するとともに
大きくなり、酸素含有量35重量％以上になると従来のも
のと比較して無視できないほど大きくなる。
本発明で得た酸素含有量の大きな粉末活性炭が電気二重
層コンデンサの高容量化に寄与する詳細な機構について
は不明である。しかし、これらの活性炭中の酸素は炭素
骨格内に取り込まれているのではなく表面官能基の状態
で存在しており、この酸素を含む表面官能基が電気二重
層容量の増加に寄与しているものと考えられる。また、
表面官能基による電気二重層容量の増加は粉末活性炭に
限らず繊維状、固体状等でも同様の効果が期待できるも
のと思われる。等価直列抵抗が酸素含有量増加とともに
増える原因は、粉末状活性炭の場合、表面官能基が増え
ることにより粉体同士の接触抵抗が増加するためと思わ
れる。
層コンデンサの高容量化に寄与する詳細な機構について
は不明である。しかし、これらの活性炭中の酸素は炭素
骨格内に取り込まれているのではなく表面官能基の状態
で存在しており、この酸素を含む表面官能基が電気二重
層容量の増加に寄与しているものと考えられる。また、
表面官能基による電気二重層容量の増加は粉末活性炭に
限らず繊維状、固体状等でも同様の効果が期待できるも
のと思われる。等価直列抵抗が酸素含有量増加とともに
増える原因は、粉末状活性炭の場合、表面官能基が増え
ることにより粉体同士の接触抵抗が増加するためと思わ
れる。
したがって、本発明の活性炭は、電気二重層コンデンサ
の電極材料として従来以上に適したものであり、電気二
重層容量を上げるのに有効であることがわかる。
の電極材料として従来以上に適したものであり、電気二
重層容量を上げるのに有効であることがわかる。
なお、酸素含有量にしたがって重量あたりの静電容量
（F/g）は、ほぼ線形に増加するため、酸素含有量の明
瞭な下限値を設定することはむずかしい。しかし、酸素
含有量が20重量％近辺を境に、明らかに、F/gの異なる
集団に分けることが可能である。ゆえに、酸素含有量の
下限値を20重量％とすることになんら問題はない。酸素
含有量が37重量％のものは静電容量が大きいものの、等
価直列抵抗も従来の２倍近く大きくなり、直線から大き
く離れていることがわかる。直線からのずれは、静電容
量に寄与しない電気化学的に不安定な表面官能基の増加
によるものと考えられ、このため、コンデンサの電極と
しては不適切であるといえる。したがって、余裕をみ
て、酸素含有量の上限値を35重量％とすることが適切な
設定であるものと考える。
（F/g）は、ほぼ線形に増加するため、酸素含有量の明
瞭な下限値を設定することはむずかしい。しかし、酸素
含有量が20重量％近辺を境に、明らかに、F/gの異なる
集団に分けることが可能である。ゆえに、酸素含有量の
下限値を20重量％とすることになんら問題はない。酸素
含有量が37重量％のものは静電容量が大きいものの、等
価直列抵抗も従来の２倍近く大きくなり、直線から大き
く離れていることがわかる。直線からのずれは、静電容
量に寄与しない電気化学的に不安定な表面官能基の増加
によるものと考えられ、このため、コンデンサの電極と
しては不適切であるといえる。したがって、余裕をみ
て、酸素含有量の上限値を35重量％とすることが適切な
設定であるものと考える。
（発明の効果） 以上説明したように本発明は、20重量％以上35重量％未
満の酸素量を含む活性炭を分極性電極に使用することに
より、小型で大容量の電気二重層コンデンサを得ること
ができる。
満の酸素量を含む活性炭を分極性電極に使用することに
より、小型で大容量の電気二重層コンデンサを得ること
ができる。
第１図は粉末活性炭の酸素含有量と電気二重層コンデン
サの静電容量の関係および本発明の粉末活性炭の酸素含
有量と電気二重層コンデンサの等価直列抵抗の関係を示
す図、第２図は本発明の粉末活性炭を使用した電気二重
層コンデンサの基本素子の断面図、第３図は本発明の基
本素子を６枚積層し金属ケースに収納した動作電圧5Vの
電気二重層コンデンサの断面図である。図において、 １……粉末活性炭、２……集電体、３……多孔性セパレ
ータ、４……絶縁性ガスケット、５……金属ケース、６
……絶縁ケース、7,7′……電極、８……基本素子
サの静電容量の関係および本発明の粉末活性炭の酸素含
有量と電気二重層コンデンサの等価直列抵抗の関係を示
す図、第２図は本発明の粉末活性炭を使用した電気二重
層コンデンサの基本素子の断面図、第３図は本発明の基
本素子を６枚積層し金属ケースに収納した動作電圧5Vの
電気二重層コンデンサの断面図である。図において、 １……粉末活性炭、２……集電体、３……多孔性セパレ
ータ、４……絶縁性ガスケット、５……金属ケース、６
……絶縁ケース、7,7′……電極、８……基本素子
Claims (1)
- 【請求項１】粉末活性炭と電解質溶液との混合物を分極
性電極とする電気二重層コンデンサにおいて、粉末活性
炭の酸素含有量を20重量％以上35重量％未満としたこと
を特徴とする電気二重層コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1319894A JPH0795504B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 電気二重層コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1319894A JPH0795504B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 電気二重層コンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03180013A JPH03180013A (ja) | 1991-08-06 |
| JPH0795504B2 true JPH0795504B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=18115419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1319894A Expired - Fee Related JPH0795504B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 電気二重層コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0795504B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3191941B2 (ja) * | 1995-04-27 | 2001-07-23 | 日本酸素株式会社 | 電気二重層キャパシタ用炭素材の製造方法並びに炭素電極および電気二重層キャパシタ |
| JPH10312937A (ja) * | 1997-05-13 | 1998-11-24 | Nippon Sanso Kk | 電気二重層キャパシタ用炭素材の製造方法並びに炭素電極および電気二重層キャパシタ |
| WO2001086674A1 (en) | 2000-05-09 | 2001-11-15 | Mitsubishi Chemical Corporation | Activated carbon for electric double layer capacitor |
| EP1959465B1 (en) * | 2007-02-16 | 2010-04-28 | SGL Carbon SE | Composite comprising carbonized biopolymers and carbon nanotubes |
-
1989
- 1989-12-08 JP JP1319894A patent/JPH0795504B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03180013A (ja) | 1991-08-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071011 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081011 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |