JPH10321482A - 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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JPH10321482A
JPH10321482A JP9147091A JP14709197A JPH10321482A JP H10321482 A JPH10321482 A JP H10321482A JP 9147091 A JP9147091 A JP 9147091A JP 14709197 A JP14709197 A JP 14709197A JP H10321482 A JPH10321482 A JP H10321482A
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double layer
layer capacitor
electric double
electrode
electrodes
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JP9147091A
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Naoto Ikeda
直人 池田
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Casio Computer Co Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気二重層コンデンサのエネルギー密度をよ
り一層大きくする。 【解決手段】 分極性電極１２、１３の電極として、カ
ーボンナノチューブと呼ばれるチューブ状炭素繊維を用
いる。この場合、チューブ状炭素繊の外径は１〜５００
ｎｍ程度であるので、チューブ状炭素繊群の単位体積当
たりの表面積を分極性電極の電極として活性炭粒子を用
いる場合よりもより一層大きくすることができ、ひいて
はエネルギー密度をより一層大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は電気二重層コンデ
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の電気二重層コンデンサの一
例の断面図を示したものである。この電気二重層コンデ
ンサでは、イオン透過性及び非電子伝導性を有する多孔
質のセパレータ１の両側に多数の活性炭粒子（電極）と
電解質溶液とからなる分極性電極２、３が設けられ、そ
の両側に非イオン透過性及び電子伝導性を有する集電電
極４、５が設けられ、セパレータ１の両面の各周囲と集
電電極４、５との間に絶縁ゴム等からなる枠状のガスケ
ット６、７が設けられた構造となっている。この場合、
分極性電極２、３の電極として活性炭粒子を用いている
のは、粒子径が１０〜５０μｍ程度とかなり小さいの
で、活性炭粒子群の単位体積当たりの表面積を大きくす
ることができ、ひいてはエネルギー密度を大きくするこ
とができるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような電気二重層コンデンサでは、活性炭粒子径が
１０〜５０μｍ程度とかなり小さいとはいっても、活性
炭粒子群の単位体積当たりの表面積に限界があるので、
エネルギー密度にも限界があるという問題があった。こ
の発明の課題は、分極性電極の電極の単位体積当たりの
表面積をより一層大きくすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、分極性電極
の電極として多数の微小な導電性チューブを用いたもの
である。請求項４記載の発明は、導電性チューブとして
外径１〜５００ｎｍ程度のチューブ状炭素繊維を用いた
ものである。
【０００５】この発明によれば、分極性電極の電極とし
て微小な導電性チューブを用いているので、導電性チュ
ーブ群の単位体積当たりの表面積を分極性電極の電極と
して活性炭粒子を用いる場合よりもより一層大きくする
ことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１（Ａ）はこの発明の第１実施
形態における電気二重層コンデンサの断面図を示し、図
１（Ｂ）はその模式的拡大断面図を示したものである。
この電気二重層コンデンサでは、セパレータ１１の両側
に分極性電極１２、１３が設けられ、その両側に集電電
極１４、１５が設けられ、セパレータ１１の両面の各周
囲と集電電極１４、１５との間に枠状のガスケット１
６、１７が設けられた構造となっている。このうち分極
性電極１２、１３は、多数の微小なチューブ状炭素繊維
（導電性チューブ）１８と電解質溶液１９とからなって
いる。この場合、チューブ状炭素繊維１８は、カーボン
ナノチューブと呼ばれるものからなっている。なお、セ
パレータ１１は、両側の分極性電極１２、１３における
チューブ状炭素繊維１８同士が直接接触する虞がない場
合は、省略することができる。
【０００７】ここで、カーボンナノチューブと呼ばれる
チューブ状炭素繊維１８の形成方法について説明する。
例えば、１００〜５００Ｔｏｒｒ程度のＨｅやＡｒ等の
不活性ガスを封入したガラス容器内において、ガラス容
器内に配置された２本の炭素棒電極間に直流アーク放電
を生じさせることにより、負極の炭素棒電極の表面に炭
素堆積物を成長させ、この成長した炭素堆積物を掻き集
めると、チューブ状炭素繊維１８が得られる。このよう
にして得られたチューブ状炭素繊維１８の外径は１〜５
００ｎｍ程度であり、長さは０．０５〜５００μｍ程度
である。このチューブ状炭素繊維１８を組み込む方法と
しては、チューブ状炭素繊維１８と電解質溶液１９とを
混合してなるペーストをセパレータ１１や集電電極１
４、１５に塗布する方法がある。
【０００８】このように、分極性電極１２、１３の電極
として用いるチューブ状炭素繊維１８の外径は１〜５０
０ｎｍ程度であり、長さは０．０５〜５００μｍ程度で
あるので、チューブ状炭素繊維１８群の単位体積当たり
の表面積を分極性電極の電極として活性炭粒子を用いる
場合よりもより一層大きくすることができ、ひいてはエ
ネルギー密度をより一層大きくすることができる。この
場合、チューブ状炭素繊維１８群の単位体積当たりの表
面積をより大きくするには、チューブ状炭素繊維１８の
外径はなるべく小さい方が好ましく、例えば１〜１００
ｎｍ程度が好ましい。ところで、チューブ状炭素繊維１
８は文字通りチューブ状であるので、その外周面のみな
らずその内周面も、電極表面として機能可能である。一
方、チューブ状炭素繊維１８がつぶれたりすることを考
慮すると、チューブ状炭素繊維１８が長すぎるのはあま
り好ましくない。このため、チューブ状炭素繊維１８の
長さは例えば０．０５〜１０μｍ程度が好ましい。
【０００９】ここで、この電気二重層コンデンサの充電
状態の場合について図１（Ｂ）を参照して簡単に説明す
る。集電電極１４を負極とし、集電電極１５を正極とし
て充電を行うと、両電解質溶液１９、２２中のプラスイ
オンが負極側の分極性電極１２のチューブ状炭素繊維１
８の表面に吸着され、両電解質溶液１９、２２中のマイ
ナスイオンが正極側の分極性電極１３のチューブ状炭素
繊維１８の表面に吸着されることになる。
【００１０】次に、図２はこの発明の第２実施形態にお
ける電気二重層コンデンサの断面図を示したものであ
る。この電気二重層コンデンサは、上面に多数の微小な
導電性チューブと電解質溶液とからなる第１の分極性電
極１２が設けられた第１の集電電極１４と、セパレータ
１１と、下面に多数の微小な導電性チューブと電解質溶
液とからなる第２の分極性電極１４が設けられた第２の
集電電極１５とをこの順でその各間にガスケット１６、
１７を介在させて積層して、１個の電気二重層コンデン
サユニット２１を構成し、この電気二重層コンデンサユ
ニット２１を複数個（図２では４個）積層し、この複数
個積層したものを角筒状または円筒状の絶縁性樹脂から
なる絶縁筒体２２内に収納し、絶縁筒体２２をアルミニ
ウムやステンレス等からなる正極ケース２３と負極ケー
ス２４とで被うとともに、内側に位置する正極ケース２
３の側壁と外側に位置する負極ケース２４の側壁との間
に絶縁性樹脂からなるスペーサ２５を設けた構造となっ
ている。この場合、最下層の電気二重層コンデンサユニ
ット２１の第１の集電電極１４の下面は負極ケース２４
の下部内面に密接され、最上層の電気二重層コンデンサ
ユニット２１の第２の集電電極１５の上面は正極ケース
２３の上部内面に密接されている。したがって、この電
気二重層コンデンサでは、複数個の電気二重層コンデン
サユニット２１を直列に接続した構造となっている。
【００１１】ところで、集電電極１４、１５を厚さ３０
μｍ程度のアルミ箔によって形成し、セパレータ１１を
厚さ３０μｍ程度の樹脂フィルムによって形成し、分極
性電極１２の厚さを５μｍ程度とした場合、１個の電気
二重層コンデンサユニット２１の厚さを１００μｍ程度
とすることができる。そして、このような電気二重層コ
ンデンサユニット２１を例えば１０個積層して図２に示
すような電気二重層コンデンサを構成したとしても、そ
の厚さ（両ケース２２、２３の厚さを除く）を１ｍｍ程
度とかなり薄くすることができる。
【００１２】なお、図２では、複数個の電気二重層コン
デンサユニット２１を直列に接続した場合について説明
したが、例えば図３に示すこの発明の第３実施形態のよ
うに、並列に接続することもできる。この場合、電気二
重層コンデンサユニット２１は、平面方形状であって、
第１の集電電極１４の左端部が折り曲げられてセパレー
タ１１及びガスケット１６、１７の左端面に沿わされ、
第２の集電電極１５の右端部が折り曲げられてセパレー
タ１１及びガスケット１６、１７の右端面に沿わされた
構造となっている。４個の電気二重層コンデンサユニッ
ト２１の各間には絶縁性樹脂シートからなるスペーサ３
１が介在されている。４個の電気二重層コンデンサユニ
ット２１の第１の集電電極１４の左端折曲部及び最下層
の電気二重層コンデンサユニット２１の第１の集電電極
１４の下面にはほぼＬ字状の負極板３２が密接されてい
る。４個の電気二重層コンデンサユニット２１の第２の
集電電極１５の右端折曲部及び最上層の電気二重層コン
デンサユニット２１の第１２集電電極１５の上面には一
部をほぼＬ字状とされた正極板３３が密接されている。
負極板３２及び正極板３３の各先端部を除く部分と４個
の電気二重層コンデンサユニット２１の周囲にはモール
ド樹脂からなる絶縁部材３４が設けられ、その周囲には
アルミニウムやステンレス等からなる外装ケース３５が
設けられている。このように、この電気二重層コンデン
サでは、４個の電気二重層コンデンサユニット２１を並
列に接続した構造となっている。
【００１３】なお、図２及び図３では、電気二重層コン
デンサユニット２１を複数個積層した場合について説明
したが、これに限定されるものではない。例えば、図示
していないが、一の面に多数の微小な導電性チューブと
電解質溶液とからなる第１の分極性電極が設けられた長
尺な第１の集電電極と、長尺なセパレータと、他の面に
多数の微小な導電性チューブと電解質溶液とからなる第
２の分極性電極が設けられた長尺な第２の集電電極と、
絶縁性樹脂シートからなる長尺なスペーサとをこの順で
積層するとともに、この積層したものをロール状に巻い
てなる構造としてもよい。なお、この場合、電解質溶液
は、導電性チューブが付着された第１及び第２の集電電
極と、セパレータと、スペーサとをロール状に巻き、こ
の巻いたものを絶縁性ケース内に収納した後に、導電性
チューブに染み込ませるようにして組み込むようにして
もよい。
【００１４】また、上記説明では、一例として、チュー
ブ状炭素繊維と電解質溶液とを混合してなるペーストを
第１及び第２の集電電極１４、１５等に厚さ５μｍ程度
に塗布する場合について説明したが、これに限定される
ものではない。例えば、多数のチューブ状炭素繊維を集
電電極１４、１５の各対向面にそれぞれ１層であって互
いに密接されて配置するようにしてもよい。また、多数
のチューブ状炭素繊維を集電電極１４、１５の各対向面
にそれぞれ１層であってまばらに例えば１本おきに配置
するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、分極性電極の電極として微小な導電性チューブを用
いているので、導電性チューブ群の単位体積当たりの表
面積を分極性電極の電極として活性炭粒子を用いる場合
よりもより一層大きくすることができ、ひいてはエネル
ギー密度をより一層大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の第１実施形態における電気
二重層コンデンサの断面図、（Ｂ）はその模式的拡大断
面図。
【図２】この発明の第２実施形態における電気二重層コ
ンデンサの断面図。
【図３】この発明の第３実施形態における電気二重層コ
ンデンサの断面図。
【図４】従来の電気二重層コンデンサの断面図。
【符号の説明】
１１ セパレータ １２、１３ 分極性電極 １４、１５ 集電電極 １８ チューブ状炭素繊維 １９ 電解質溶液

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対向配置された一対の集電電極の各対向
    面側に、多数の微小な導電性チューブからなり互いに接
    触しないように配置された電極を備えた分極性電極をそ
    れぞれ配置してなる少なくとも１個の電気二重層コンデ
    ンサユニットからなることを特徴とする電気二重層コン
    デンサ。
  2. 【請求項２】 複数個の前記電気二重層コンデンサユニ
    ットを集電電極同士が接触するように積層し、複数個の
    前記電気二重層コンデンサユニットを直列に接続してな
    ることを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデン
    サ。
  3. 【請求項３】 複数個の前記電気二重層コンデンサユニ
    ットを絶縁スペーサを介して積層し、複数個の前記電気
    二重層コンデンサユニットを並列に接続してなることを
    特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサ。
  4. 【請求項４】 前記導電性チューブは外径１〜５００ｎ
    ｍ程度のチューブ状炭素繊維からなることを特徴とする
    請求項１〜３のいずれかに記載の電気二重層コンデン
    サ。
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