JPS6314860B2 - - Google Patents
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- JPS6314860B2 JPS6314860B2 JP58200301A JP20030183A JPS6314860B2 JP S6314860 B2 JPS6314860 B2 JP S6314860B2 JP 58200301 A JP58200301 A JP 58200301A JP 20030183 A JP20030183 A JP 20030183A JP S6314860 B2 JPS6314860 B2 JP S6314860B2
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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
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は小型大容量の湿式タイプの電気二重層
キヤパシタに関するものである。 従来例の構成とその問題点 従来、この種の電気二重層キヤパシタは第１図
に示すように、分極性電極体１に導電性電極２を
形成し、これをセパレータ３を介して積層し電解
液を注入することにより構成されている。 また、第２図に示すように分極性電極１とし
て、活性炭粉末に、黒鉛，カーボンブラツク，ポ
リ４弗化エチレン，ポリビニルピロリドン等を加
えてできたペーストを使用し、導電性電極２とし
て、金属の薄板，ネツトまたはパンチングメタル
を使用し、この表面に分極性電極材料を成形プレ
スするか、またはゴム状のものを圧延ローラにか
け分極性電極体と導電性電極を形成している。そ
して、セパレータ３を介して一対の導電性電極を
有する分極性電極体を巻取り、電解液を注入した
ものである。 第１図に示した構成の具体例を第３図に示す。
分極性電極体１として活性炭繊維布を用い、また
導電性電極２としてアルミニウム，チタン等の金
属層，または導電性樹脂層を形成した構成を有す
る。これらをセパレータ３を介して重ね合わせ、
電解液を注入した後ガスケツト４で正，負極を絶
縁した状態でコイン型ケース５で封口ケーシング
する。ここで、金属の導電性電極は、プラズマ溶
射法，アーク溶射法により、また導電性樹脂層は
主にカーボンを導電性粒子とした導電性樹脂をス
クリーン印刷法やスプレイ法，デイツプ法のいず
れかにより形成されている。導電性樹脂を用いた
場合は、金属層を用いた場合より、内部インピー
ダンスが大きくなり、強放電の用途には適さない
キヤパシタとなる。 次に、従来の構成法では問題となるキヤパシタ
の耐電圧について述べる。耐電圧は使用する導電
性電極および電解液に大きく依存する。そこで(1)
水系電解液，(2)非水系電解液を用いた場合の耐電
圧について述べる。 (1) 水系電解液を用いた場合 水系電解液は、非水系電解液に比べ２桁導電率
が高く強放電に適したキヤパシタが得られる。し
かしながら、酸または塩基の水溶液では電解質の
種類に関係せず分解電圧がほとんど一定の値約
1.7Vを示す。例えば1N.25℃で、H2SO4；1.67V，
HaOH；1.69Vとなる。すなわち、この電圧でア
ノードで酸素，カソードで水素の発生が始まる。
しかし、１気圧におけるこの反応の理論的な酸
素，水素の両電極の可逆電位差は約1.23Vで1.7V
の値はこれよりはるかに大きく分極している。実
際には、1.7V付近の分解電圧に近づくにつれ残
余電流がしだいに大きくなり、1.23V以下にキヤ
パシタの印加電圧を制御しないと、漏えい電流が
大きくなり、信頼性を始めとするキヤパシタ特性
が著しく低下する。このように水系電解液を用い
るかぎり、1.23V以上の耐電圧を有し、しかも信
頼性の高いキヤパシタを得ることは不可能であ
る。 (2) 非水系電解液を用いた場合 プロピレンカーボネート，γ―ブチロラクト
ン，Ｎ―Ｎ―ジメチルホルムアミド，アセトニト
リル等の溶媒に、過塩素酸リチウム，過塩素酸テ
トラエチルアンモニウム等の溶質を溶解させた有
機電解液は水系の電解液より導電率は低いが耐電
圧が高くなることが広く知られている。ここで耐
電圧は、アノードでは、電解液の酸化分解，アノ
ード電極の溶解で規制される一方、カソードでは
電解液，またはカソード電極の還元分解により規
制される。 アノード側の導電性電極にステンレススチール
やアルミニウムを用いた場合、アノード分極する
と不動体化せず溶解し、この溶解による電流が流
れ始める電位は、上記有機溶媒を用いた電解質中
での活性炭電極のアノード酸化あるいは電解質の
分解電位よりも低いため、ステンレススチールま
たはアルミニウムを集電体とした場合には陽極電
位がこれらの溶解電位で制限され、分極性電極と
電解液で決定される電気化学的に安定な電位領域
を有効に使用することができない。 さらにカソード側導電性電極としてチタンを使
用した場合、チタン中の酸化チタンが次式のよう
な反応によりチタンブロンズとなる。 TiO2＋H+＋ｅ→HTiO2 この反応によりカソード分極で電流が流れ始
め、キヤパシタの漏れ電流となる。このように本
キヤパシタは使用する電解液と導電性電極によ
り、耐電圧が大きく左右されることがわかる。さ
らに現在、電気二重層キヤパシタはメモリ素子の
バツクアツプ電源として使用されており、多くの
メモリは5.5V作動するため、水系電解液を使用
した場合、７〜８層もの単セルを積層，非水電解
液を使用した場合でも３層単セルを直列につなが
なければ耐電圧が得られない。したがつて直列に
積層した場合の合成容量は、水系電解液の場合で
単セルの1/7〜1/8にも低下，非水系電解液の場合
でも単セルの1/3にも低下してしまい、いかに高
耐圧のキヤパシタを得ることが有利であるかがわ
かる。以上記載したように従来の導電性電極構成
では、最高の使用耐圧を単セル当たり、2.3V以
上に上げることが困難である。 発明の目的 本発明は、従来の電気二重層キヤパシタの導電
性電極構成を改良することにより、高耐圧の電気
二重層キヤパシタを得ることを目的とするもので
ある。 発明の構成 この目的を達成するために本発明は、アノード
側分極性電極体の片面にチタンからなる導電性電
極を形成するとともに、カソード側分極性電極体
の片面にアルミニウムから導電性電極を形成し、
この導電性電極を形成したアノード側およびカソ
ード側分極性電極体をセパレータを介して相対向
させ電解液を注入して構成したものである。 実施例の説明 具体的実施例を述べる前に電気二重層キヤパシ
タの耐電圧について説明する。 理想的な、キヤパシタの耐圧は、キヤパシタを
アノード分極，カソード分極した時の分極性電
極，導電性電極の分解電位が電解液の分解電位よ
りも大きく、分解電流が、電解液の酸化，還元に
よる分解により規制されるものである。したがつ
て、第４図に示すｉ―Ｅ曲線のように、分極性電
極，導電性電極の分解電位６が電解液の分解電位
７より大きければ良いことになる。 また、このキヤパシタの構成材料のアノード分
極，カソード分極を行つた場合の電流，電位曲線
（ｉ―Ｅ曲線）は、通常の３極法により、対向極
に銀，照合電極にカーボンを用いた実験により求
めた。 （実施例 １） 分極性電極に比表面積が2000m2／ｇの活性炭繊
維を用い、アノード側分極性電極体８の片面にプ
ラズマ溶射法によりチタンの導電性電極９を形成
し、カソード側分極性電極体１０の片面にプラズ
マ溶射法によりアルミニウムの導電性電極１１を
形成し、電子的な短絡を防止するためポリプロピ
レン製のセパレータ１２を介して重ね合わせ、過
塩素酸テトラエチルアンモニウムをプロピレンカ
ーボネートに溶解させた溶液を電解液Ａとして注
入した後、第５図に示すようなコイン型のケース
５に封入してケーシングする。ここで、本実施例
の分極性電極，導電性電極の電気化学的挙動を調
べた。用いた電解液はいずれもＡである。 第６図に３極法によるカーボンのｉ―Ｅ曲線を
示す。アノード，カソード分極により流れる電流
１３，１４は電解液の分解に起因するものと考え
られ、中間領域での電流１５は、電気二重層への
充電電流である。 また、第７図に同様なチタンのｉ―Ｅ曲線を、
第８図にアルミニウムのｉ―Ｅ曲線を示す。第７
図よりチタンはカソード分極でチタンブロンズを
生成するので、カソード分極した場合、この反応
による電流が流れる。第８図よりアルミニウムは
アノード分極で溶解するため、アノード分極で大
きな耐圧を期待できないことがわかる。 実施例１では、アノード導電性電極にチタンを
カソード導電性電極にアルミニウムを使用してい
るため、約2.9の耐圧が得られる。 分極性電極を直径15mmの円にした時のキヤパシ
タ諸特性を第１表に示す。従来のものに比べ耐圧
が2.3Vから2.9Vと向上する。
キヤパシタに関するものである。 従来例の構成とその問題点 従来、この種の電気二重層キヤパシタは第１図
に示すように、分極性電極体１に導電性電極２を
形成し、これをセパレータ３を介して積層し電解
液を注入することにより構成されている。 また、第２図に示すように分極性電極１とし
て、活性炭粉末に、黒鉛，カーボンブラツク，ポ
リ４弗化エチレン，ポリビニルピロリドン等を加
えてできたペーストを使用し、導電性電極２とし
て、金属の薄板，ネツトまたはパンチングメタル
を使用し、この表面に分極性電極材料を成形プレ
スするか、またはゴム状のものを圧延ローラにか
け分極性電極体と導電性電極を形成している。そ
して、セパレータ３を介して一対の導電性電極を
有する分極性電極体を巻取り、電解液を注入した
ものである。 第１図に示した構成の具体例を第３図に示す。
分極性電極体１として活性炭繊維布を用い、また
導電性電極２としてアルミニウム，チタン等の金
属層，または導電性樹脂層を形成した構成を有す
る。これらをセパレータ３を介して重ね合わせ、
電解液を注入した後ガスケツト４で正，負極を絶
縁した状態でコイン型ケース５で封口ケーシング
する。ここで、金属の導電性電極は、プラズマ溶
射法，アーク溶射法により、また導電性樹脂層は
主にカーボンを導電性粒子とした導電性樹脂をス
クリーン印刷法やスプレイ法，デイツプ法のいず
れかにより形成されている。導電性樹脂を用いた
場合は、金属層を用いた場合より、内部インピー
ダンスが大きくなり、強放電の用途には適さない
キヤパシタとなる。 次に、従来の構成法では問題となるキヤパシタ
の耐電圧について述べる。耐電圧は使用する導電
性電極および電解液に大きく依存する。そこで(1)
水系電解液，(2)非水系電解液を用いた場合の耐電
圧について述べる。 (1) 水系電解液を用いた場合 水系電解液は、非水系電解液に比べ２桁導電率
が高く強放電に適したキヤパシタが得られる。し
かしながら、酸または塩基の水溶液では電解質の
種類に関係せず分解電圧がほとんど一定の値約
1.7Vを示す。例えば1N.25℃で、H2SO4；1.67V，
HaOH；1.69Vとなる。すなわち、この電圧でア
ノードで酸素，カソードで水素の発生が始まる。
しかし、１気圧におけるこの反応の理論的な酸
素，水素の両電極の可逆電位差は約1.23Vで1.7V
の値はこれよりはるかに大きく分極している。実
際には、1.7V付近の分解電圧に近づくにつれ残
余電流がしだいに大きくなり、1.23V以下にキヤ
パシタの印加電圧を制御しないと、漏えい電流が
大きくなり、信頼性を始めとするキヤパシタ特性
が著しく低下する。このように水系電解液を用い
るかぎり、1.23V以上の耐電圧を有し、しかも信
頼性の高いキヤパシタを得ることは不可能であ
る。 (2) 非水系電解液を用いた場合 プロピレンカーボネート，γ―ブチロラクト
ン，Ｎ―Ｎ―ジメチルホルムアミド，アセトニト
リル等の溶媒に、過塩素酸リチウム，過塩素酸テ
トラエチルアンモニウム等の溶質を溶解させた有
機電解液は水系の電解液より導電率は低いが耐電
圧が高くなることが広く知られている。ここで耐
電圧は、アノードでは、電解液の酸化分解，アノ
ード電極の溶解で規制される一方、カソードでは
電解液，またはカソード電極の還元分解により規
制される。 アノード側の導電性電極にステンレススチール
やアルミニウムを用いた場合、アノード分極する
と不動体化せず溶解し、この溶解による電流が流
れ始める電位は、上記有機溶媒を用いた電解質中
での活性炭電極のアノード酸化あるいは電解質の
分解電位よりも低いため、ステンレススチールま
たはアルミニウムを集電体とした場合には陽極電
位がこれらの溶解電位で制限され、分極性電極と
電解液で決定される電気化学的に安定な電位領域
を有効に使用することができない。 さらにカソード側導電性電極としてチタンを使
用した場合、チタン中の酸化チタンが次式のよう
な反応によりチタンブロンズとなる。 TiO2＋H+＋ｅ→HTiO2 この反応によりカソード分極で電流が流れ始
め、キヤパシタの漏れ電流となる。このように本
キヤパシタは使用する電解液と導電性電極によ
り、耐電圧が大きく左右されることがわかる。さ
らに現在、電気二重層キヤパシタはメモリ素子の
バツクアツプ電源として使用されており、多くの
メモリは5.5V作動するため、水系電解液を使用
した場合、７〜８層もの単セルを積層，非水電解
液を使用した場合でも３層単セルを直列につなが
なければ耐電圧が得られない。したがつて直列に
積層した場合の合成容量は、水系電解液の場合で
単セルの1/7〜1/8にも低下，非水系電解液の場合
でも単セルの1/3にも低下してしまい、いかに高
耐圧のキヤパシタを得ることが有利であるかがわ
かる。以上記載したように従来の導電性電極構成
では、最高の使用耐圧を単セル当たり、2.3V以
上に上げることが困難である。 発明の目的 本発明は、従来の電気二重層キヤパシタの導電
性電極構成を改良することにより、高耐圧の電気
二重層キヤパシタを得ることを目的とするもので
ある。 発明の構成 この目的を達成するために本発明は、アノード
側分極性電極体の片面にチタンからなる導電性電
極を形成するとともに、カソード側分極性電極体
の片面にアルミニウムから導電性電極を形成し、
この導電性電極を形成したアノード側およびカソ
ード側分極性電極体をセパレータを介して相対向
させ電解液を注入して構成したものである。 実施例の説明 具体的実施例を述べる前に電気二重層キヤパシ
タの耐電圧について説明する。 理想的な、キヤパシタの耐圧は、キヤパシタを
アノード分極，カソード分極した時の分極性電
極，導電性電極の分解電位が電解液の分解電位よ
りも大きく、分解電流が、電解液の酸化，還元に
よる分解により規制されるものである。したがつ
て、第４図に示すｉ―Ｅ曲線のように、分極性電
極，導電性電極の分解電位６が電解液の分解電位
７より大きければ良いことになる。 また、このキヤパシタの構成材料のアノード分
極，カソード分極を行つた場合の電流，電位曲線
（ｉ―Ｅ曲線）は、通常の３極法により、対向極
に銀，照合電極にカーボンを用いた実験により求
めた。 （実施例 １） 分極性電極に比表面積が2000m2／ｇの活性炭繊
維を用い、アノード側分極性電極体８の片面にプ
ラズマ溶射法によりチタンの導電性電極９を形成
し、カソード側分極性電極体１０の片面にプラズ
マ溶射法によりアルミニウムの導電性電極１１を
形成し、電子的な短絡を防止するためポリプロピ
レン製のセパレータ１２を介して重ね合わせ、過
塩素酸テトラエチルアンモニウムをプロピレンカ
ーボネートに溶解させた溶液を電解液Ａとして注
入した後、第５図に示すようなコイン型のケース
５に封入してケーシングする。ここで、本実施例
の分極性電極，導電性電極の電気化学的挙動を調
べた。用いた電解液はいずれもＡである。 第６図に３極法によるカーボンのｉ―Ｅ曲線を
示す。アノード，カソード分極により流れる電流
１３，１４は電解液の分解に起因するものと考え
られ、中間領域での電流１５は、電気二重層への
充電電流である。 また、第７図に同様なチタンのｉ―Ｅ曲線を、
第８図にアルミニウムのｉ―Ｅ曲線を示す。第７
図よりチタンはカソード分極でチタンブロンズを
生成するので、カソード分極した場合、この反応
による電流が流れる。第８図よりアルミニウムは
アノード分極で溶解するため、アノード分極で大
きな耐圧を期待できないことがわかる。 実施例１では、アノード導電性電極にチタンを
カソード導電性電極にアルミニウムを使用してい
るため、約2.9の耐圧が得られる。 分極性電極を直径15mmの円にした時のキヤパシ
タ諸特性を第１表に示す。従来のものに比べ耐圧
が2.3Vから2.9Vと向上する。
【表】
（実施例 ２）
実施例１とまつたく同様な分極性電極と導電性
電極を用い、第２図に示した構造のキヤパシタを
作成した。本実施例でのキヤパシタ特性を第２表
に示す。第２表からも本構造のキヤパシタは従来
のものより大きな耐圧を示すことがわかる。 用いた分極性電極は10cm×５cmの大きさのもの
である。
電極を用い、第２図に示した構造のキヤパシタを
作成した。本実施例でのキヤパシタ特性を第２表
に示す。第２表からも本構造のキヤパシタは従来
のものより大きな耐圧を示すことがわかる。 用いた分極性電極は10cm×５cmの大きさのもの
である。
【表】
（実施例 ３）
実施例１，２と同様な分極性電極と導電性電極
を用い、第３表に示す溶媒と電解質の組み合わせ
による電解液を使用した場合における耐電圧を測
定し、第３表の右欄に示した。第３表より、有機
電解液を用いたキヤパシタは2.8〜3.0Vの耐圧を
示すことがわかる。
を用い、第３表に示す溶媒と電解質の組み合わせ
による電解液を使用した場合における耐電圧を測
定し、第３表の右欄に示した。第３表より、有機
電解液を用いたキヤパシタは2.8〜3.0Vの耐圧を
示すことがわかる。
【表】
【表】
〓α：過塩素酸リチウム 〓
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アノード側分極性電極体の片面にチタンから
なる導電性電極を形成するとともに、カソード側
分極性電極体の片面にアルミニウムからなる導電
性電極を形成し、このアノード側およびカソード
側分極性電極体をセパレータを介して相対向させ
電解液を注入して構成した電気二重層キヤパシ
タ。 ２ 分極性電極体の片面に形成された導電性電極
が導電性ケースと接触することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の電気二重層キヤパシタ。 ３ 導電性電極がプラズマ溶射，アーク溶射等の
溶射法、または蒸着法のいずれかにより、分極性
電極体上に形成されたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の電気二重層キヤパシタ。 ４ 分極性電極体に、繊維布状，紙状，フエルト
状，あるいは多孔体状の活性炭を用いることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気二重層
キヤパシタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58200301A JPS6092605A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 電気二重層キヤパシタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58200301A JPS6092605A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 電気二重層キヤパシタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6092605A JPS6092605A (ja) | 1985-05-24 |
| JPS6314860B2 true JPS6314860B2 (ja) | 1988-04-01 |
Family
ID=16422035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58200301A Granted JPS6092605A (ja) | 1983-10-26 | 1983-10-26 | 電気二重層キヤパシタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6092605A (ja) |
-
1983
- 1983-10-26 JP JP58200301A patent/JPS6092605A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6092605A (ja) | 1985-05-24 |
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