JPH0845792A - 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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- JPH0845792A JPH0845792A JP6201458A JP20145894A JPH0845792A JP H0845792 A JPH0845792 A JP H0845792A JP 6201458 A JP6201458 A JP 6201458A JP 20145894 A JP20145894 A JP 20145894A JP H0845792 A JPH0845792 A JP H0845792A
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- Japan
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- electric double
- double layer
- layer capacitor
- maleic anhydride
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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
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- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】耐電圧が高く、セルの単位体積当たりのエネル
ギー密度が高い電気二重層コンデンサを提供する。 【構成】電気二重層コンデンサの電解液の溶媒が無水マ
レイン酸及び/又はその誘導体を含有する。好ましく
は、この電解液の溶媒が、無水マレイン酸及び/又はそ
の誘導体と鎖状カーボネイト及び/又は環状カーボネイ
トとの混合溶媒からなる。
ギー密度が高い電気二重層コンデンサを提供する。 【構成】電気二重層コンデンサの電解液の溶媒が無水マ
レイン酸及び/又はその誘導体を含有する。好ましく
は、この電解液の溶媒が、無水マレイン酸及び/又はそ
の誘導体と鎖状カーボネイト及び/又は環状カーボネイ
トとの混合溶媒からなる。
Description
【0001】
【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、耐電圧が高く、信頼性が高い電気二重層コ
ンデンサに関する。
関し、特に、耐電圧が高く、信頼性が高い電気二重層コ
ンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気二重層コンデンサに用いられ
る電解液として、過塩素酸塩、六フッ化リン酸、四フッ
化ホウ酸又はトリフルオロメタンスルホン酸のテトラア
ルキルアンモニウム塩、アンモニウム塩又はアルカリ金
属塩などの電解質を、プロピレンカーボネイト、γ−ブ
チロラクトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド
などの有機溶媒に溶解させたものが知られている(特開
昭48−50255号、特開昭49−68254号、特
開昭59−232409号等)。
る電解液として、過塩素酸塩、六フッ化リン酸、四フッ
化ホウ酸又はトリフルオロメタンスルホン酸のテトラア
ルキルアンモニウム塩、アンモニウム塩又はアルカリ金
属塩などの電解質を、プロピレンカーボネイト、γ−ブ
チロラクトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド
などの有機溶媒に溶解させたものが知られている(特開
昭48−50255号、特開昭49−68254号、特
開昭59−232409号等)。
【0003】
【発明の解決しようとする課題】コンデンサに蓄積され
る静電エネルギーは、コンデンサの容量をCとし電圧を
Vとすると(1/2)CV2 で表されることから、同じ
容量であればコンデンサの耐電圧が高いほど、セルの単
位体積当たりに蓄積できる電気エネルギーすなわちエネ
ルギー密度が大きくなる。しかしながら、前述の様な電
解液を使用した従来の電気二重層コンデンサにおいて
は、一般に単位セルの耐電圧は2.5V前後であり、セ
ルの単位体積当たりのエネルギー密度を大きくできなか
った。すなわち、従来の電気二重層コンデンサに2.7
5V以上の電圧を印加すると、電解液の溶媒の分解が起
きてコンデンサの容量が低下したり、ガスが発生して外
装ケースが膨張することにより内部抵抗が増大したり、
さらには電解液がセルから漏れ出すこともあり、特に高
温下で電気二重層コンデンサを使用する際にこのような
劣化現象が顕著に現れるという問題があり、エネルギー
密度を高めることができなかった。
る静電エネルギーは、コンデンサの容量をCとし電圧を
Vとすると(1/2)CV2 で表されることから、同じ
容量であればコンデンサの耐電圧が高いほど、セルの単
位体積当たりに蓄積できる電気エネルギーすなわちエネ
ルギー密度が大きくなる。しかしながら、前述の様な電
解液を使用した従来の電気二重層コンデンサにおいて
は、一般に単位セルの耐電圧は2.5V前後であり、セ
ルの単位体積当たりのエネルギー密度を大きくできなか
った。すなわち、従来の電気二重層コンデンサに2.7
5V以上の電圧を印加すると、電解液の溶媒の分解が起
きてコンデンサの容量が低下したり、ガスが発生して外
装ケースが膨張することにより内部抵抗が増大したり、
さらには電解液がセルから漏れ出すこともあり、特に高
温下で電気二重層コンデンサを使用する際にこのような
劣化現象が顕著に現れるという問題があり、エネルギー
密度を高めることができなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決するためになされたものであり、本発明の電気二重
層コンデンサは、電解液に浸された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利用する電気二重層
コンデンサにおいて、電解液の溶媒が無水マレイン酸及
び/又はその誘導体を含有することを特徴としている。
解決するためになされたものであり、本発明の電気二重
層コンデンサは、電解液に浸された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利用する電気二重層
コンデンサにおいて、電解液の溶媒が無水マレイン酸及
び/又はその誘導体を含有することを特徴としている。
【0005】本発明者らは、前述の溶媒の分解現象を抑
制するための対策を種々鋭意検討した結果、電解液の溶
媒成分に無水マレイン酸及び/又はその誘導体を含有せ
しめることによって電解液の分解を効果的に抑制できる
ことを見いだした。すなわち、本発明では、上述の溶媒
を使用することによって、電気二重層コンデンサの耐電
圧を顕著に増大させることができ、セルの単位体積当た
りのエネルギー密度が飛躍的に増加した電気二重層コン
デンサを提供できるようになった。
制するための対策を種々鋭意検討した結果、電解液の溶
媒成分に無水マレイン酸及び/又はその誘導体を含有せ
しめることによって電解液の分解を効果的に抑制できる
ことを見いだした。すなわち、本発明では、上述の溶媒
を使用することによって、電気二重層コンデンサの耐電
圧を顕著に増大させることができ、セルの単位体積当た
りのエネルギー密度が飛躍的に増加した電気二重層コン
デンサを提供できるようになった。
【0006】本発明において使用する無水マレイン酸の
誘導体としては、無水マレイン酸の2及び/又は3の位
置の炭素にメチル基、エチル基等のアルキル基や、メト
キシ基、エトキシ基、ハロゲン等が置換した無水マレイ
ン酸が挙げられる。これらの中で、融点が低く酸化と還
元に対して安定なものとして、マレイン酸骨格の2の位
置の炭素にメチル基、又はエチル基が結合しているメチ
ルマレイン酸、又はエチルマレイン酸が特に好ましく用
いられる。
誘導体としては、無水マレイン酸の2及び/又は3の位
置の炭素にメチル基、エチル基等のアルキル基や、メト
キシ基、エトキシ基、ハロゲン等が置換した無水マレイ
ン酸が挙げられる。これらの中で、融点が低く酸化と還
元に対して安定なものとして、マレイン酸骨格の2の位
置の炭素にメチル基、又はエチル基が結合しているメチ
ルマレイン酸、又はエチルマレイン酸が特に好ましく用
いられる。
【0007】さらに、上述の溶媒として、無水マレイン
酸及び/又はその誘導体と鎖状カーボネイト及び/又は
環状カーボネイトとの混合溶媒を用いることが好まし
い。好ましい鎖状カーボネイトとしては、ジメチルカー
ボネイトとジエチルカーボネイトが挙げられる。好まし
い環状カーボネイトとしては、エチレンカーボネイトと
プロピレンカーボネイトが挙げられる。
酸及び/又はその誘導体と鎖状カーボネイト及び/又は
環状カーボネイトとの混合溶媒を用いることが好まし
い。好ましい鎖状カーボネイトとしては、ジメチルカー
ボネイトとジエチルカーボネイトが挙げられる。好まし
い環状カーボネイトとしては、エチレンカーボネイトと
プロピレンカーボネイトが挙げられる。
【0008】本発明に用いられる電解液の溶媒成分のう
ち、無水マレイン酸とその誘導体とを合わせた含有率は
5〜90容量%であることが好ましく、さらに好ましい
含有率は10〜80容量%である。
ち、無水マレイン酸とその誘導体とを合わせた含有率は
5〜90容量%であることが好ましく、さらに好ましい
含有率は10〜80容量%である。
【0009】本発明で開示したこの様な溶媒組成にする
ことで、使用可能な耐電圧を飛躍的に増加せしめること
ができ、コンデンサのエネルギー密度を大幅に高めるこ
とができる。
ことで、使用可能な耐電圧を飛躍的に増加せしめること
ができ、コンデンサのエネルギー密度を大幅に高めるこ
とができる。
【0010】本発明において使用する電解液の電解質
(溶質)としては、通常使用されているもの、例えばア
ルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、テトラア
ルキルアンモニウムイオン、テトラアルキルホスホニウ
ムイオンなどのカチオンと、四フッ化ホウ酸イオン、六
フッ化リン酸イオン、六フッ化砒酸イオン、過塩素酸イ
オンおよびトリフルオロメタンスルホン酸イオンから選
ばれたアニオンとを組み合わせてなる塩が好適に用いら
れる。これらの塩の中で、溶媒に対する溶解度、溶液の
電気伝導度、および電気化学的安定性の点で、テトラア
ルキルアンモニウムまたはテトラアルキルホスホニウム
の四フッ化ホウ酸塩、六フッ化リン酸塩、六フッ化砒酸
塩、過塩素酸塩またはトリフルオロメタンスルホン酸塩
は特に好適な電解質である。
(溶質)としては、通常使用されているもの、例えばア
ルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、テトラア
ルキルアンモニウムイオン、テトラアルキルホスホニウ
ムイオンなどのカチオンと、四フッ化ホウ酸イオン、六
フッ化リン酸イオン、六フッ化砒酸イオン、過塩素酸イ
オンおよびトリフルオロメタンスルホン酸イオンから選
ばれたアニオンとを組み合わせてなる塩が好適に用いら
れる。これらの塩の中で、溶媒に対する溶解度、溶液の
電気伝導度、および電気化学的安定性の点で、テトラア
ルキルアンモニウムまたはテトラアルキルホスホニウム
の四フッ化ホウ酸塩、六フッ化リン酸塩、六フッ化砒酸
塩、過塩素酸塩またはトリフルオロメタンスルホン酸塩
は特に好適な電解質である。
【0011】これらの溶質を前述の溶媒に0.1〜3.
0mol/リットル溶媒、好ましくは0.4〜2.0m
ol/リットル溶媒の濃度で溶解した電解液が好適に使
用される。
0mol/リットル溶媒、好ましくは0.4〜2.0m
ol/リットル溶媒の濃度で溶解した電解液が好適に使
用される。
【0012】本発明で用いる分極性電極の材質について
は特に限定されないが、電解液に対して電気化学的に不
活性でかつ比表面積の大きな活性炭粉末あるいは活性炭
繊維を使用するのが好ましい。特に、活性炭粉末にポリ
テトラフルオロエチレンなどの結着剤を添加し、ロール
成型してシート化し、さらに好ましくは一軸または二軸
方向に延伸処理を施した電極は単位体積当たりの容量、
強度及び長期信頼性に優れているので好適に使用され
る。
は特に限定されないが、電解液に対して電気化学的に不
活性でかつ比表面積の大きな活性炭粉末あるいは活性炭
繊維を使用するのが好ましい。特に、活性炭粉末にポリ
テトラフルオロエチレンなどの結着剤を添加し、ロール
成型してシート化し、さらに好ましくは一軸または二軸
方向に延伸処理を施した電極は単位体積当たりの容量、
強度及び長期信頼性に優れているので好適に使用され
る。
【0013】本発明で用いるセパレータとしては、電気
二重層コンデンサに通常用いられているセパレータ、た
とえば、ポリプロピレン繊維不織布やガラス繊維混抄不
織布よりなるセパレータが好適に使用される。
二重層コンデンサに通常用いられているセパレータ、た
とえば、ポリプロピレン繊維不織布やガラス繊維混抄不
織布よりなるセパレータが好適に使用される。
【0014】
【実施例】次に、本発明の実施例および比較例を図面に
基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例
によって限定されるものではない。
基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例
によって限定されるものではない。
【0015】本発明の実施例および比較例として、図1
に示すようなコイン型の電気二重層コンデンサの単位セ
ル(直径20mm、厚み2.0mm)を次のようにして
作成した。
に示すようなコイン型の電気二重層コンデンサの単位セ
ル(直径20mm、厚み2.0mm)を次のようにして
作成した。
【0016】まず、活性炭粉末(比表面積2000m2
/g)に10重量%のポリテトラフルオロエチレンを添
加して湿式混練し、ロール成型によってシート化した。
この様にして得られたシートを円盤形状に打ち抜いて分
極性電極1(直径15mm、厚さ0.7mm)とし、分
極性電極1とこれと同一の組成、形状を有する分極性電
極2とをポリプロピレン繊維不織布よりなるセパレータ
3を間に挟んでステンレス鋼製の缶5からなる外装容器
中に収納した。次に単位セル中に表1に示す種々の組成
の電解液を注入して分極性電極1、2およびセパレータ
3中にこの電解液を充分に含浸させた後、ポリプロピレ
ン製パッキング6を介してステンレス鋼製のキャップ4
および缶5の端部をかしめて封口し一体化した。なお、
電解質は1.0mol/リットル溶媒の濃度で使用し
た。
/g)に10重量%のポリテトラフルオロエチレンを添
加して湿式混練し、ロール成型によってシート化した。
この様にして得られたシートを円盤形状に打ち抜いて分
極性電極1(直径15mm、厚さ0.7mm)とし、分
極性電極1とこれと同一の組成、形状を有する分極性電
極2とをポリプロピレン繊維不織布よりなるセパレータ
3を間に挟んでステンレス鋼製の缶5からなる外装容器
中に収納した。次に単位セル中に表1に示す種々の組成
の電解液を注入して分極性電極1、2およびセパレータ
3中にこの電解液を充分に含浸させた後、ポリプロピレ
ン製パッキング6を介してステンレス鋼製のキャップ4
および缶5の端部をかしめて封口し一体化した。なお、
電解質は1.0mol/リットル溶媒の濃度で使用し
た。
【0017】
【表1】
【0018】次に、上述のようにして作成した電気二重
層コンデンサの単位セルを使用し、表1に示すような種
々の電解液を用いた各セルについて、3.5Vの電圧を
印加したときの初期容量(F0 )および初期内部抵抗を
測定した後、引き続いてこのセルに3.5Vを印加しな
がら70℃で1000時間貯蔵した後の容量および内部
抵抗を測定した。容量については、初期容量(F0 )か
らの容量劣化率(%)を算出した。内部抵抗は、交流二
端子法(周波数1KHz)によって25℃において測定
した。実施例1〜11および比較例1、2における測定
結果は表2に示した。
層コンデンサの単位セルを使用し、表1に示すような種
々の電解液を用いた各セルについて、3.5Vの電圧を
印加したときの初期容量(F0 )および初期内部抵抗を
測定した後、引き続いてこのセルに3.5Vを印加しな
がら70℃で1000時間貯蔵した後の容量および内部
抵抗を測定した。容量については、初期容量(F0 )か
らの容量劣化率(%)を算出した。内部抵抗は、交流二
端子法(周波数1KHz)によって25℃において測定
した。実施例1〜11および比較例1、2における測定
結果は表2に示した。
【0019】
【表2】
【0020】表1、2によれば、無水マレイン酸または
その誘導体を5〜70容量%含有する本発明の実施例1
〜11においては、3.5Vという電気二重層コンデン
サとしては非常に高い印加電圧においても、容量変化率
が小さく、また内部抵抗も小さく、優れた特性の電気二
重層コンデンサが得られている。特に、無水マレイン酸
またはその誘導体を30〜70容量%含有する本発明の
実施例1〜7においては、容量変化率が極めて小さく、
また内部抵抗も極めて小さく、非常に優れた特性の電気
二重層コンデンサが得られている。
その誘導体を5〜70容量%含有する本発明の実施例1
〜11においては、3.5Vという電気二重層コンデン
サとしては非常に高い印加電圧においても、容量変化率
が小さく、また内部抵抗も小さく、優れた特性の電気二
重層コンデンサが得られている。特に、無水マレイン酸
またはその誘導体を30〜70容量%含有する本発明の
実施例1〜7においては、容量変化率が極めて小さく、
また内部抵抗も極めて小さく、非常に優れた特性の電気
二重層コンデンサが得られている。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、耐圧が高く、従って、
エネルギー密度の高い電気二重層コンデンサが提供され
る。たとえば、同容積の従来の電気二重層コンデンサの
耐電圧を2.5Vとし、同じ電圧を加えたときの電気容
量が等しいと仮定すると、セルの単位体積当たりに蓄積
できる静電エネルギーが(1/2)CV2 に比例するの
で、耐電圧3.0Vの電気二重層コンデンサではエネル
ギー密度が従来の電気二重層コンデンサの1.44倍と
なり、耐電圧3.5Vの電気二重層コンデンサでは1.
96倍となる。
エネルギー密度の高い電気二重層コンデンサが提供され
る。たとえば、同容積の従来の電気二重層コンデンサの
耐電圧を2.5Vとし、同じ電圧を加えたときの電気容
量が等しいと仮定すると、セルの単位体積当たりに蓄積
できる静電エネルギーが(1/2)CV2 に比例するの
で、耐電圧3.0Vの電気二重層コンデンサではエネル
ギー密度が従来の電気二重層コンデンサの1.44倍と
なり、耐電圧3.5Vの電気二重層コンデンサでは1.
96倍となる。
【0022】また、電気二重層コンデンサの単位セルを
直列に接続して耐電圧をかせぐ必要がある場合には、そ
の接続箇数を少なくでき、その結果、直列接続によって
生じる容量の低減割合を少なくできる効果も生じる。
直列に接続して耐電圧をかせぐ必要がある場合には、そ
の接続箇数を少なくでき、その結果、直列接続によって
生じる容量の低減割合を少なくできる効果も生じる。
【図1】本発明の実施例および比較例に使用する電気二
重層コンデンサの単位セルの部分断面図である。
重層コンデンサの単位セルの部分断面図である。
1、2…分極性電極 3…セパレータ 4…キャップ 5…缶 6…パッキング
フロントページの続き (72)発明者 平塚 和也 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 数原 学 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内
Claims (7)
- 【請求項1】電解液に浸された分極性電極と前記電解液
との界面に形成される電気二重層を利用する電気二重層
コンデンサにおいて、前記電解液の溶媒が無水マレイン
酸及び/又はその誘導体を含有することを特徴とする電
気二重層コンデンサ。 - 【請求項2】前記無水マレイン酸の誘導体が、無水マレ
イン酸の2及び/又は3の位置の炭素にアルキル基、メ
トキシ基、エトキシ基またはハロゲンが置換した無水マ
レイン酸である請求項1記載の電気二重層コンデンサ。 - 【請求項3】前記電解液の溶媒が、前記無水マレイン酸
及び/又はその誘導体と鎖状カーボネイト及び/又は環
状カーボネイトとの混合溶媒を含んでいる請求項1又は
2記載の電気二重層コンデンサ。 - 【請求項4】前記鎖状カーボネイトが、ジメチルカーボ
ネイト及び/又はジエチルカーボネイトである請求項3
記載の電気二重層コンデンサ。 - 【請求項5】前記環状カーボネイトが、エチレンカーボ
ネイト及び/又はプロピレンカーボネイトである請求項
3記載の電気二重層コンデンサ。 - 【請求項6】前記電解液の溶媒中の前記無水マレイン酸
とその誘導体とを合わせた含有率が5〜90容量%であ
る請求項1〜5のいずれか1つに記載の電気二重層コン
デンサ。 - 【請求項7】前記電解液の溶質が、テトラアルキルアン
モニウムイオン又はテトラアルキルホスホニウムイオン
よりなるカチオンと、四フッ化ホウ酸イオン、六フッ化
リン酸イオン、六フッ化砒酸イオン、過塩素酸イオン及
びトリフルオロメタンスルホン酸イオンからなる群より
選ばれたアニオンとを組み合わせたものである請求項1
〜6のいずれか1つに記載の電気二重層コンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6201458A JPH0845792A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | 電気二重層コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6201458A JPH0845792A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | 電気二重層コンデンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0845792A true JPH0845792A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16441432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6201458A Pending JPH0845792A (ja) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | 電気二重層コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0845792A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005022571A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | Japan Carlit Co., Ltd. | 電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタ |
| JP2009065062A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Stella Chemifa Corp | 電気二重層キャパシタ用電解液 |
| JP2019179612A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 三井化学株式会社 | 電池用非水電解液及びリチウム二次電池 |
| US10658127B2 (en) | 2016-05-20 | 2020-05-19 | Avx Corporation | Nonaqueous electrolyte for an ultracapacitor |
| US10840031B2 (en) | 2016-05-20 | 2020-11-17 | Avx Corporation | Ultracapacitor for use at high temperatures |
-
1994
- 1994-08-02 JP JP6201458A patent/JPH0845792A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005022571A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | Japan Carlit Co., Ltd. | 電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタ |
| JPWO2005022571A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2006-10-26 | 日本カーリット株式会社 | 電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタ |
| US7411777B2 (en) | 2003-08-29 | 2008-08-12 | Japan Carlit Co., Ltd. | Electrolytic solution for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor |
| JP2009065062A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Stella Chemifa Corp | 電気二重層キャパシタ用電解液 |
| US10658127B2 (en) | 2016-05-20 | 2020-05-19 | Avx Corporation | Nonaqueous electrolyte for an ultracapacitor |
| US10840031B2 (en) | 2016-05-20 | 2020-11-17 | Avx Corporation | Ultracapacitor for use at high temperatures |
| JP2019179612A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 三井化学株式会社 | 電池用非水電解液及びリチウム二次電池 |
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