本发明专利技术的目的在于提供频率响应速度高、且能够高速地充放电的电容器。该电容器的特征为具备包含碳材料的极化电极和电解液、并且使用40质量％的硫酸作为上述电解液时的频率响应速度为0.7Hz以上，作为上述碳材料，使用多孔质碳，该多孔质碳具备细孔和构成该细孔的外廓的碳质壁，上述细孔为开气孔且形成气孔部分连续的结构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电容器
本专利技术涉及一种电容器，尤其涉及使用多孔质碳作为电极材料的电气双层电容 器。
技术介绍
作为储存电能的装置，包括利用电极的化学反应储存电能的二次电池、和利用电 极物理吸附电解质离子来储存电能的电容器。由此，电容器为离子分子储存电荷的构成，因 此由充放电所致的劣化少，显示出优异的循环特性。因此，被用于各种电气设备等。 在此，伴随着近年来电气设备的发展，存在使电容器高容量化的需求，作出许多有 关高容量化的提案（例如参照下述专利文献1)。 但是，为了实现电容器的特性的进一步提高和多用途化，仅凭借高容量化是不充 分的。另外，在有关电容器的论文中记载有显示相位角与频率的关系的波德图（bode plot) (参照下述非专利文献1、2)，但事实上该文献中并未充分地考察电容器的电化学特性。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2010-114356号公报 非专利文献 非专利文献 I :Electrochimica Acta55 (2010) 2817-2823 非专利文献 2 :Electrochemistry78 No. 11(2010)929-933
技术实现思路
专利技术所要解决的课题 为此，本专利技术人等进行了深入地研究，结果发现：为了实现电容器的特性的进一步 提高和多用途化，需要实现频率响应速度的提高。但是，以往并未作出有关电容器的频率响 应速度的提案。此外，在上述非专利文献1、2中，虽然作出对电容成分的解析，但是并未作 出有关电容器的频率响应速度的解析。为此，本专利技术人由非专利文献1、2中记载的波德图 读取时，该电容器的频率响应速度为〇. 05?0. 35Hz左右。但是，这样的值存在以下问题： 频率响应速度极低，无法高速地充放电。 为此，本专利技术的目的在于提供频率响应速度高、且能够高速地充放电的电容器。 用于解决课题的手段 为了达成上述目的，本专利技术的电容器的特征在于，其具备包含碳材料的极化电极 和电解液，并且使用40质量％的硫酸作为上述电解液时的频率响应速度为0. 7Hz以上。 在频率响应速度为0. 7Hz以上时，离子在碳材料的表面上迅速地吸附和脱附，因 此在放电时可以快速地提取电流，另一方面在充电时可以快速地完成充电。因此，能够高速 地充放电。 另外，虽然存在使用40质量％的硫酸作为电解液的情况，但是基于该记载，并不 是将本专利技术的电解液限定成硫酸。即，使用40质量％的硫酸作为电解液的情况的原因在 于：由于频率响应速度因电解液的种类而有所不同，因而有必要明确使用何种电解液。该记 载并未意图将电解液的种类限定成硫酸。 作为上述碳材料，期望使用多孔质碳，该多孔质碳具有细孔和构成该细孔的外廓 的碳质壁，上述细孔为开气孔且形成气孔部分连续的结构。 如上述构成所示，只要细孔为开气孔且形成气孔部分连续结构（从碳质壁的形状 的方面表述时，只要碳质壁呈三维结构），则电解液向碳材料内的扩散顺利地进行，因此离 子的吸附和脱附会迅速地进行。 另外，在本说明书中，有时将直径为2nm以上的细孔称作中孔（mesoporous)，且有 时将直径小于2nm的细孔称作微孔。 此外，上述细孔表示形成三维网状结构的细孔，例如表示以酸溶液溶出铸型的痕 迹所产生的基本反应出了铸型材料的大小的细孔（中孔），并不包含由该细孔的壁面向碳 壁内产生的细孔（微孔）。进而，除了特别指明的情况以外，本说明书中的细孔不包含微孔。 上述细孔的直径优选为2nm以上且150nm以下。 这是由于：在细孔径小于2nm时，电解液向碳材料内的扩散无法顺利地进行，另一 方面，在细孔径超过150nm时，无法保持碳质壁的形状。 上述细孔的容量优选为0? 2ml/g以上。 这是由于：在细孔的容量小于0. 2ml/g时，难以确保比表面积。另外，细孔的容量 优选为3. Oml/g以下。这是由于：需要使碳质壁保持三维网状结构。 上述多孔质碳的比表面积优选为200m2/g以上。 在比表面积小于200m2/g时，存在难以形成三维网状结构的问题，气孔的形成量不 充分，会使电解液向碳材料内的扩散变差。另外，比表面积的上限优选为2500m2/g以下。在 比表面积超过2500m2/g时，会无法保持碳质壁的形状，存在无法充分形成细孔的可能性。 专利技术效果 根据本专利技术，发挥出如下的优异效果：可以提供频率响应速度高、且能够高速地充 放电的电容器。 【附图说明】 图1是表示本专利技术的制造工序的图，该图（a)为表示混合有聚酰胺酸树脂和氧化 镁的状态的说明图，该图（b)为表示对混合物进行热处理后的状态的说明图，该图（C)为表 示多孔质碳的说明图。 图2是单元Al所用的多孔质碳的TEM(透射电子显微镜）照片。 图3是表示单元Al?A4、Z中的频率与相位角的关系的图。 图4是表示单元A1、A2、A4中的复平面导纳图（Admittance Graph)的图表。 图5是表示单元Z中的复平面导纳图的图表。 【具体实施方式】 以下，对本专利技术的实施方式进行说明。 将作为电极活性物质的多孔质碳、导电助剂和粘合剂在溶剂（例如水）中混合，制 作成电极浆料后，将该电极浆料涂布于集电体，进一步进行干燥，由此制作评价用电极。接 着，将该评价用电极用于正电极材料，使用例如钼板作为对电极（负极），使用例如硫酸水 溶液作为电解液，可以制作电气双层电容器。 本专利技术的电极活性物质中使用的多孔质碳可以按照以下方式来制作。首先，将包 含有机质树脂的流动性材料和由碱土金属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、有机酸盐等碱土金 属化合物形成的铸型粒子进行湿式或干式混合，制作混合物。接着，在非氧化气氛或减压气 氛下，以例如500°C以上的温度使该混合物碳化。最后，进行洗涤处理，除去铸型粒子，由此 可以制作多孔质碳。如此制作的多孔质碳具有大小大致相同的多个细孔。 在此，通过改变铸型粒子的直径或有机质树脂的种类，可以改变细孔径、多孔质碳 的细孔分布及碳质壁的厚度。因此，通过适当选择铸型粒子的直径和有机质树脂的种类，可 以制作具有更均匀的细孔径且具有更大细孔容量的多孔质碳。 具体而言，作为上述有机质树脂，优选使用在单元结构中包含至少一个以上的氮 或氟原子的聚酰亚胺。该聚酰亚胺可以通过酸成分与二胺成分的缩聚而得到。但是，在该 情况下，需要使酸成分及二胺成分中的任意一方或两方包含一个以上的氮原子或氟原子。 具体而言，将作为聚酰亚胺的前体的聚酰胺酸成膜，将溶剂加热除去，由此得到聚 酰胺酸膜。接着，以200°c以上的温度将所得的聚酰胺酸膜进行热酰亚胺化，由此可以制造 聚酰亚胺。 作为上述二胺，可例示：2,2_双（4-氨基苯基）六氟丙烷〔2， 2-Bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane〕、2,2_ 双（三氟甲基）-联苯胺〔2,2，_Bis(tr ifluoromethyl) -benzidine〕、4,4' -二氨基八氟联苯、3, 3' -二氟 _4,4' -二氨基二苯基 甲焼、3,3' -二氣_4,4' -二氛基二苯基酿、3,3' -二（二氣甲基）_本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电容器，其特征在于，其具备包含碳材料的极化电极和电解液，并且使用40质量％的硫酸作为所述电解液时的频率响应速度为0.7Hz以上。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.08 JP 2012-1764951. 一种电容器，其特征在于，其具备包含碳材料的极化电极和电解液， 并且使用40质量％的硫酸作为所述电解液时的频率响应速度为0. 7Hz以上。2. 根据权利要求1所述的电容器，其中，使用多孔质碳作为所述碳材料，该多孔质碳具 备细孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：初代善夫，
申请(专利权)人：东洋炭素株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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