電気二重層キャパシタ
【課題】電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、かつ、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも向上させることが可能な、新規かつ改良された電気二重層キャパシタを提供する。
【解決手段】電気二重層キャパシタは、多孔質金属を含む複数の電極と、複数の電極の間に配置される電解質と、を備える。
【解決手段】電気二重層キャパシタは、多孔質金属を含む複数の電極と、複数の電極の間に配置される電解質と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを貯蔵する技術として、特許文献１に記載の電気二重層キャパシタや二次電池が知られている。電気二重層キャパシタは、寿命、安全性、出力密度が二次電池よりも格段に優れている。しかし、電気二重層キャパシタは、二次電池に比べてエネルギ密度が低いという問題がある。ところで、電気二重層キャパシタのエネルギ密度は、以下の式（１）で示される。
【０００３】
【数１】
ここで、Ｃは静電容量であり、Ｖは電気二重層キャパシタの印加電圧である。
【０００４】
そこで、電気二重層キャパシタのエネルギ密度を改善するために、電気二重層キャパシタの静電容量や印加電圧を向上させる技術が提案されている。
【０００５】
電気二重層キャパシタの静電容量を向上させる技術としては、電気二重層キャパシタの電極を構成する活性炭の比表面積を増大させる技術が知られている。現在知られている活性炭は、比表面積が１０００〜２０００ｍ２／ｇとなっている。
【０００６】
一方、電気二重層キャパシタの印加電圧を向上させる技術としては、電気二重層キャパシタの原理を利用したリチウムイオンキャパシタが知られている。リチウムイオンキャパシタは、ハイブリッドキャパシタとも称される。リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタを構成する電極のうち、一方の電極がリチウムイオン電池の負極材料である黒鉛で構成され、黒鉛内にリチウムイオンが挿入されたものである。リチウムイオンキャパシタは、一般的な電気二重層キャパシタ、即ち両極が活性炭で構成されるものよりも印加電圧が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０４６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、活性炭の比表面積を向上させる技術では、活性炭の比表面積が増大するに従って、活性炭のかさ密度が小さくなるという問題があった。活性炭の比重は２程度と小さいので、かさ密度の低下が顕著であった。このため、この技術では、活性炭の比表面積を大きくしても、単位体積あたりの表面積、即ち単位体積あたりの静電容量が満足な値にならないという問題があった。一方、リチウムイオンキャパシタには、エネルギ密度がなお満足できる値にならず、電気二重層キャパシタの長所である寿命や出力密度が犠牲になるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、かつ、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも向上させることが可能な、新規かつ改良された電気二重層キャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、多孔質金属を含む複数の電極と、前記複数の電極の間に配置される電解質と、を備えることを特徴とする、電気二重層キャパシタが提供される。この電気二重層キャパシタによれば、電極を活性炭よりも比重が大きい多孔質金属で構成しているので、従来よりも単位体積あたりの静電容量を大きくすることができる。
【００１１】
ここで、多孔質金属は２０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有するようにしてもよい。これにより、従来よりも単位体積あたりの静電容量を向上させることができる。
【００１２】
また、多孔質金属を構成する金属の比重は４以上であってもよい。この場合、多孔質金属を構成する金属の比重は、従来の活性炭の比重（２程度）よりも２倍以上大きいので、電気二重層キャパシタ１０は、単位体積あたりの静電容量を従来よりも大きく向上させることができる。
【００１３】
また、多孔質金属は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、第１の金属よりも溶解度が大きい第２の金属とを含む合金を、酸またはアルカリ性溶液で処理することで生成されるようにしてもよい。この場合、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００１４】
また、第１の金属は、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むようにしてもよい。この場合、第１の金属は、酸またはアルカリ性溶液によって合金から容易に除去される。したがって、電気二重層キャパシタ１０は、この点でも、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００１５】
また、多孔質金属は、金属化合物を還元処理することで生成されるようにしてもよい。この場合、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタ１０は、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００１６】
また、金属化合物は、酸素及び窒素の無機アニオン、及び有機アニオンのうち少なくとも一方を含むようにしてもよい。この場合、金属化合物は、還元処理によりアニオンが容易に除去される。したがって、電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００１７】
また、多孔質金属は、遷移金属を含むようにしてもよい。この場合、多孔質金属は、比重の高い遷移金属を含む（例えば銅やニッケルであれば活性炭の４倍程度となる）ので、従来よりも単位体積あたりの静電容量を大きく向上させることができる。
【００１８】
本発明の他の観点によれば、多孔質金属を含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極が提供される。この電極によれば、従来よりも単位体積あたりの静電容量が大きく、かつ、寿命、安全性、出力密度が二次電池よりも格段に優れた電気二重層キャパシタを製造することができる。
【００１９】
本発明の他の観点によれば、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、前記第１の金属よりも前記酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第２の金属とを含む合金を、前記酸またはアルカリ性溶液で処理するステップを含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法が提供される。この観点によれば、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００２０】
本発明の他の観点によれば、金属化合物を還元処理するステップを含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法が提供される。この観点によれば、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、電気二重層キャパシタの電極を活性炭よりも比重が大きい多孔質金属で構成しているので、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、従来よりも単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタと従来の電気二重層キャパシタとを対比して説明する側面図である。
【図２】同実施形態にかかる多孔質金属の構成を示す断面図である。
【図３】実施例１のＳＥＭ写真である。
【図４】実施例２のＳＥＭ写真である。
【図５】比表面積と、比較例２対する静電容量との対応関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
［従来の電気二重層キャパシタが有する問題］
上記のとおり、活性炭の比表面積を向上させる技術では、単位体積あたりの静電容量について、満足な値が得られないという問題があった。本発明者は、この問題点を精査することで、本発明を完成させた。そこで、この問題について詳細に説明する。
【００２４】
活性炭は、上述したように、比表面積の増大に伴ってかさ密度が低下する。一方、活性炭は、比表面積がある一定の大きさ以上になると、静電容量が頭打ちになる。これらの理由により、活性炭の比表面積を向上させる技術では、比表面積を大きくしても、単位体積あたりの静電容量が満足な値にならなかった。
【００２５】
静電容量が頭打ちになる理由としては、以下のものが考えられる。即ち、活性炭への細孔の形成は、アルカリ賦活処理によってなされるが、この処理は、比表面積の制御というマクロ的な制御しか行なうことができず、細孔の大きさを制御することができなかった。特にアルカリ賦活処理による比表面積の増大は、ミクロ孔を増やすことでなされている。
【００２６】
より詳細に述べると、活性炭には、直径が２ｎｍ未満のミクロ孔、直径が２ｎｍ以上５０ｎｍ未満のメソ孔、及び直径が５０ｎｍ以上のマクロ孔が混在している。これらの細孔のうち、ミクロ孔は、直径が小さいので、電解質イオンによってはミクロ孔の内部に侵入できない場合がある。また、マクロ孔に吸着可能な電解質イオンの数は、マクロ孔の体積に比べて小さい。細孔のうち、電解質イオンが吸着可能な部位はその表面だけであり、中空部分には電解質イオンは吸着されないからである。したがって、静電容量が頭打ちになる理由としては、ミクロ孔及びマクロ孔が静電容量の発現に有効に機能しないということが考えられる。また、溶媒和した電解質イオンの大きさは１〜２ｎｍで、ミクロ孔とほぼ同等以下の大きさのため、ミクロ孔には効率的に電解質イオンが吸着できていないことが予想される。したがって、以上の考察によれば、電解質イオンを吸着させる細孔としては、電解質イオンの大きさにもよるが、メソ孔が最も好ましいと思われる。
【００２７】
また、活性炭の比表面積を向上させる技術では、アルカリ賦活処理の後にアルカリ分を活性炭から除去する必要があった。しかし、この工程は複雑で高コストとなっていたので、アルカリ賦活処理による活性炭は工業的には使いづらい材料であった。このような問題点から、従来では、水蒸気賦活処理によって活性炭に細孔を形成することも行われていた。この方法はアルカリ賦活処理よりも低コストであるが、この方法により生成された活性炭は、アルカリ賦活処理による活性炭よりも静電容量が低いという問題があった。
【００２８】
これに対し、本実施形態に係る電気二重層キャパシタは、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、かつ、単位体積あたりのエネルギ密度を従来よりも向上させることができる。また、本実施形態に係る電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００２９】
［本実施形態に係る電気二重層キャパシタの構成］
次に、本実施形態に係る電気二重層キャパシタの構成について説明する。図１（ａ）に示すように、従来の電気二重層キャパシタ１００は、活性炭で構成されるカソード電極（正極）１０１と、同じく活性炭で構成されるアノード電極（負極）１０２と、これらの電極の間に配置される電解質１０３とを備える。これに対し、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１０は、図１（ｂ）に示すように、多孔質金属２０で構成されるカソード電極１１と、同じく多孔質金属２０で構成されるアノード電極１２と、これらの電極の間に配置される電解質１３とを備える。このように、電気二重層キャパシタ１０は、アノード電極１１及びカソード電極１２が共に多孔質金属２０で構成されることが特徴の一つである。なお、これらの電極のうち、いずれか一方が活性炭で構成されてもよい。
【００３０】
多孔質金属２０は、図２に示すように、細孔２２が多数形成されている。多孔質金属２０は、金属で構成され、好ましくは比重（即ち、多孔性金属２０の真比重）が４以上の金属で構成され、より好ましくは、遷移金属（例えば、周期表で第３族元素から第１１族元素までの間に存在する元素）で構成される。これにより、単位体積あたりの静電容量が増加する。例えば、炭素の比重が２程度なので、真比重が４の多孔性金属２０と、炭素とを同一質量の電極とした場合、金属電極は炭素電極の１／２程度の体積となるので、同一体積（即ち単位体積）あたりの静電容量は、金属電極の方が大きくなるといえる。なお、銅の比重は８．９３、ニッケルの比重は８．５６なので、いずれも上記の条件をみたしている。なお、本発明の多孔質金属等の真比重はセイシン企業製オートトゥルーデンサーＭＡＴ−７０００（自動湿式真比重測定装置）によって測定される。
【００３１】
多孔質金属２０の表面（即ち、細孔２２の表面を含む多孔質金属２０の全面）は、各種の防護膜で覆われることが好ましい。この防護膜は、多孔質金属２０が電解液に直接接触することを防止するためのものである。多孔質金属２０が電解液に直接接触することを防止する理由は、多孔質金属２０が電解液に直接接触すると、高い印加電圧を加えた場合に多孔質金属２０が電解液に溶出しやすくなるからである。またより高い印加電圧を加えられるという事は（１）式で示したエネルギ密度を高められる結果になる。特に電圧Ｖは２乗できくので有効である。防護膜を構成する物質は、上記目的を達成し、かつ、多孔質金属２０への電解質イオンの吸着を妨げないものであれば制限されない。防護膜は、例えば、酸化膜、金属膜、炭素膜、有機物の膜、無機物の膜等で構成される。防護膜の厚さは、薄いほうが好ましい。具体的な厚さは、防護膜の材料にもよるが、２０ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは５ｎｍ以下が望ましい。
【００３２】
細孔２２の大きさ（例えば直径）は、多孔質金属２０に吸着する電解質イオンの大きさ（例えば直径）によって最適値が異なるが、少なくとも１〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１〜５０ｎｍ、さらに好ましくは１〜２０ｎｍである。なお、ここでの直径は、例えば、各細孔２２を球体とみなしたときの直径であり、公知の手法、例えばガス吸着法により測定される。また、各範囲の下限値は、２ｎｍであることがより好ましい。細孔２２の大きさが２ｎｍ以上である場合には、細孔２２の大きさが２ｎｍ未満である場合よりも、電解質イオンが細孔２２内に侵入しやすくなるからである。なお、細孔２２の範囲には、マクロ孔の直径の範囲も含まれるが、この場合であっても、多孔質金属２０の真比重が活性炭よりも大きいので、単位体積あたりの静電容量は従来よりも大きくなる。また、電解液の保持という観点からも好ましい。なお、細孔２２の大きさは、例えば直径の平均値、即ち各細孔２２の直径を算術平均した値で表される。
【００３３】
多孔質金属２０の比表面積は出来る限り大きいほうが好ましいが、比表面積の増大に伴って多孔質金属２０のかさ密度が低下するので、電気二重層キャパシタ１０の単位体積あたりの静電容量が従来のものよりも低下しないように調整されることが好ましい。具体的には、多孔質金属２０の比表面積は２０ｍ２／ｇ以上が好ましく、５０ｍ２／ｇ以上がより好ましい。比表面積の上限値は、特に制限されないが、例えば２００〜３００ｍ２／ｇ程度であってもよい。上限値が２００〜３００ｍ２／ｇであることにより、重量あたりの静電容量増大という効果が得られる。
【００３４】
［多孔質金属の製造方法］
次に、多孔質金属２０の製造方法について説明する。多孔質金属２０は、例えば以下に列挙する２つの製造方法のうち、いずれかの製造方法によって製造される。
【００３５】
［合金を酸またはアルカリ性溶液で処理する方法］
第１の製造方法は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、第１の金属よりも酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第２の金属とを含む合金を、酸またはアルカリ性溶液で処理するという製造方法である。なお、できる限り第１の金属を除去して多孔質にしたいが、処理後に第１の金属がすべて除去されずに一部残存していても構わない。
【００３６】
第１の金属は、例えば、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む。第２の金属は、多孔質金属２０を構成する金属である。遷移金属は、酸またはアルカリ性溶液にほとんど不溶なので、特に好ましい。この製造方法によれば、酸またはアルカリ性溶液に第１の金属が溶出するので、合金のうち、第１の金属が占有していた部分が細孔２２となる。したがって、この製造方法によれば、第１の金属の結晶子の大きさによって、細孔２２の大きさも変わる。即ち、この製造方法によれば、細孔２２の大きさを制御することができるので、電解質イオンの大きさに応じた細孔２２を形成することができる。
【００３７】
ここで、第１の金属と第２の金属とからなる合金の平均粒径は、１００μｍ以下が好ましく、より好ましくは５０μｍであり、さらに好ましくは２０μｍである。ここで、平均粒径は、例えば、各金属粒子を球体とみなしたときの直径を算術平均した値である。平均粒径の測定は、例えば、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡Ｓ−４８００（日立ハイテク社製）により行われる。
【００３８】
［金属化合物を還元する方法］
第２の製造方法は、金属化合物を還元させることで、金属化合物内のアニオンを除去させる製造方法である。金属化合物は、多孔質金属２０を構成する金属と、アニオンとの化合物である。アニオンは、酸素及び窒素等の無機アニオンや、カルボン酸イオンやメトロキサイドイオン等の有機アニオンが挙げられる。還元は、例えば、金属化合物を水素または一酸化炭素等の還元ガスで処理する事により行われる。これにより、金属化合物のうち、アニオンが占有していた部分が細孔２２となる。したがって、この製造方法によれば、アニオンの大きさによって、細孔２２の大きさも変わる。即ち、この製造方法によれば、細孔２２の大きさを制御することができるので、電解質イオンの大きさに応じた細孔２２を形成することができる。
【実施例】
【００３９】
次に、本実施形態の実施例を説明する。
［実施例１］
平均粒径１０μｍのＣｕ−Ａｌ合金（モル比は５０：５０）を１Ｎ水酸化カリウム水溶液に加えることで、Ｃｕ−Ａｌ合金からアルミニウムを除去した。なお、銅の水酸化カリウム水溶液に対する溶解度は、アルミニウムの水酸化カリウムに対する溶解度よりも小さい。言い換えれば、銅は水酸化カリウム水溶液に不溶であるが、アルミニウムは水酸化カリウム水溶液に可溶である。これにより、多孔質金属２０として、多孔質銅が生成された。生成された多孔質銅は、水洗、真空乾燥された。多孔質銅の比表面積を島津製作所製比表面積測定装置ＡＳＡＰ２０２０で測定したところ、２１ｍ２／ｇを示し、孔径分布は３〜２０ｎｍを示し、メソ孔とミクロ孔の比率はメソ孔が９５％を示した。図３に、多孔質銅を日本電子製ＳＥＭ（ＪＳＭ−６０６０）により撮影した写真、即ちＳＥＭ写真を図３に示す。
【００４０】
また、得られた多孔質銅にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を多孔質銅の質量に対して５質量％加えて乳鉢で混合したのち、錠剤プレス機で成形してペレットを得た。これをアルミニウムメッシュで挟んだものを作用極と対極として用い、参照極にはＡｇ極、電解液には１Ｍ−ＴＥＡ−ＢＦ４／ＰＣ（テトラエチルアンモニウム-テトラフルオロボレート/プロピレンカーボネート）を用いてセルを構成した。このセルをＡｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ社製ＰＡＲＳＴＡＴ２２７３を用い、掃印速度 ２０ｍｖ／ｓで−１．２５から１．２５Ｖの範囲で掃印して体積当たりの電極の静電容量を算出した。
【００４１】
［実施例２］
オレイン酸銅を水素気流下、５００℃で５時間処理することで、多孔質銅を得た。評価は、実施例１と同様に行われた。多孔質銅の比表面積は１６０ｍ２／ｇとなった。ＳＥＭ写真を図４に示す。
【００４２】
［実施例３］
平均粒径８μｍのＮｉ−Ａｌ合金（モル比は５０：５０）を用いたこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。なお、ニッケルの水酸化カリウム水溶液に対する溶解度は、アルミニウムの水酸化カリウムに対する溶解度よりも小さい。これにより得られた多孔質ニッケルの比表面積は８０ｍ２／ｇとなった。
【００４３】
［実施例４］
平均粒径１２μｍのＣｏ−Ａｌ合金（モル比は５０：５０）を用いたこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。なお、コバルトの水酸化カリウム水溶液に対する溶解度は、アルミニウムの水酸化カリウムに対する溶解度よりも小さい。これにより得られた多孔質コバルトの比表面積は６０ｍ２／ｇとなった。
【００４４】
［実施例５］
組成（モル比）が９０：１０〜５０：５０の範囲でそれぞれ異なる平均粒径１０μｍのＮｉ−Ａｌ合金を複数用意し、各合金について、実施例１と同様の処理を行った。
【００４５】
［比較例１］
平均粒径１０μｍの銅粉末にＰＴＦＥを銅粉末の総質量に対して５質量％加えて乳鉢で混合したのち、錠剤プレス機で成形してペレットを得た。これをアルミニウムメッシュで挟んだものを作用極と対極として用い、参照極にはＡｇ極、電解液には１Ｍ−ＴＥＡ−ＢＦ４／ＰＣを用いてセルを構成した。このセルをＡｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ社製ＰＡＲＳＴＡＴ２２７３を用い、掃印速度 ２０ｍｖ／ｓで−１．２５から１．２５Ｖの範囲で掃印して体積当たりの電極の静電容量を算出した。
【００４６】
［比較例２］
炭化物をアルカリ賦活処理することで、比表面積１７００ｍ２／ｇを製造した。評価は実施例１と同様にして行われた。
【００４７】
［評価］
比較例１では、静電容量が殆ど観測されなかったが、実施例１〜４では、静電容量が観測された。そこで、各実施例の電極密度（かさ密度）及び単位体積あたりの静電容量を、比較例２の電極密度及び単位体積あたりの静電容量で正規化した値を表１に示す。ここで、電極密度は電極材料重量を電極体積で除するによって測定された。また、図５に、実施例５の評価、即ち、比表面積と、比較例２対する静電容量との対応関係を示した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１に示されるように、実施例１〜４に係る多孔質金属は、電極の高密度化及び多孔質化を図ることができ、結果として、単位体積あたりの静電容量を向上させることができる。即ち、多孔質金属は、単位体積あたりのエネルギ密度を従来よりも向上させることができる。また、図５によれば、比表面積が２０ｍ２／ｇ以上の時に、従来の活性炭よりも単位体積あたりの静電容量が向上する。
【００５０】
以上により、本実施形態によれば、電気二重層キャパシタ１０の各電極を、活性炭よりも比重の大きい多孔質金属２０で構成しているので、寿命、安全性、出力密度が二次電池よりも格段に優れているという長所を維持しつつ、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも大きくすることができる。
【００５１】
さらに、多孔質金属２０は２０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有するので、電気二重層キャパシタ１０は、単位体積あたりの静電容量を従来よりも大きくすることができる。
【００５２】
さらに、多孔質金属２０を構成する金属の比重は４以上であり、従来の活性炭の比重（２程度）よりも大きいので、電気二重層キャパシタ１０は、単位体積あたりの静電容量を従来よりも大きく向上させることができる。
【００５３】
さらに、多孔質金属２０は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、第１の金属よりも溶解度が大きい第２の金属とを含む合金を、酸またはアルカリ性溶液で処理することで生成される。したがって、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタ１０は、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００５４】
さらに、第１の金属は、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むので、酸またはアルカリ性溶液によって合金から容易に除去される。したがって、電気二重層キャパシタ１０は、この点でも、従来よりも簡単な工程で製造される。
さらに、多孔質金属２０は、金属化合物を還元処理することで生成される。したがって、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタ１０は、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００５５】
さらに、金属化合物は、酸素及び窒素等の無機アニオンや、あるいは有機アニオンのうち少なくとも一方を含むので、還元処理によりアニオンが容易に除去される。したがって、電気二重層キャパシタ１０は、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００５６】
さらに、多孔質金属２０は、比重の高い遷移金属を含む（例えば銅やニッケルであれば活性炭の４倍程度となる）ので、従来よりも単位体積あたりの静電容量を大きく向上させることができる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 電気二重層キャパシタ
１１ カソード電極
１２ アノード電極
２０ 多孔質金属
２２ 細孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを貯蔵する技術として、特許文献１に記載の電気二重層キャパシタや二次電池が知られている。電気二重層キャパシタは、寿命、安全性、出力密度が二次電池よりも格段に優れている。しかし、電気二重層キャパシタは、二次電池に比べてエネルギ密度が低いという問題がある。ところで、電気二重層キャパシタのエネルギ密度は、以下の式（１）で示される。
【０００３】
【数１】
ここで、Ｃは静電容量であり、Ｖは電気二重層キャパシタの印加電圧である。
【０００４】
そこで、電気二重層キャパシタのエネルギ密度を改善するために、電気二重層キャパシタの静電容量や印加電圧を向上させる技術が提案されている。
【０００５】
電気二重層キャパシタの静電容量を向上させる技術としては、電気二重層キャパシタの電極を構成する活性炭の比表面積を増大させる技術が知られている。現在知られている活性炭は、比表面積が１０００〜２０００ｍ２／ｇとなっている。
【０００６】
一方、電気二重層キャパシタの印加電圧を向上させる技術としては、電気二重層キャパシタの原理を利用したリチウムイオンキャパシタが知られている。リチウムイオンキャパシタは、ハイブリッドキャパシタとも称される。リチウムイオンキャパシタは、電気二重層キャパシタを構成する電極のうち、一方の電極がリチウムイオン電池の負極材料である黒鉛で構成され、黒鉛内にリチウムイオンが挿入されたものである。リチウムイオンキャパシタは、一般的な電気二重層キャパシタ、即ち両極が活性炭で構成されるものよりも印加電圧が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０４６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、活性炭の比表面積を向上させる技術では、活性炭の比表面積が増大するに従って、活性炭のかさ密度が小さくなるという問題があった。活性炭の比重は２程度と小さいので、かさ密度の低下が顕著であった。このため、この技術では、活性炭の比表面積を大きくしても、単位体積あたりの表面積、即ち単位体積あたりの静電容量が満足な値にならないという問題があった。一方、リチウムイオンキャパシタには、エネルギ密度がなお満足できる値にならず、電気二重層キャパシタの長所である寿命や出力密度が犠牲になるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、かつ、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも向上させることが可能な、新規かつ改良された電気二重層キャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、多孔質金属を含む複数の電極と、前記複数の電極の間に配置される電解質と、を備えることを特徴とする、電気二重層キャパシタが提供される。この電気二重層キャパシタによれば、電極を活性炭よりも比重が大きい多孔質金属で構成しているので、従来よりも単位体積あたりの静電容量を大きくすることができる。
【００１１】
ここで、多孔質金属は２０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有するようにしてもよい。これにより、従来よりも単位体積あたりの静電容量を向上させることができる。
【００１２】
また、多孔質金属を構成する金属の比重は４以上であってもよい。この場合、多孔質金属を構成する金属の比重は、従来の活性炭の比重（２程度）よりも２倍以上大きいので、電気二重層キャパシタ１０は、単位体積あたりの静電容量を従来よりも大きく向上させることができる。
【００１３】
また、多孔質金属は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、第１の金属よりも溶解度が大きい第２の金属とを含む合金を、酸またはアルカリ性溶液で処理することで生成されるようにしてもよい。この場合、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００１４】
また、第１の金属は、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むようにしてもよい。この場合、第１の金属は、酸またはアルカリ性溶液によって合金から容易に除去される。したがって、電気二重層キャパシタ１０は、この点でも、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００１５】
また、多孔質金属は、金属化合物を還元処理することで生成されるようにしてもよい。この場合、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタ１０は、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００１６】
また、金属化合物は、酸素及び窒素の無機アニオン、及び有機アニオンのうち少なくとも一方を含むようにしてもよい。この場合、金属化合物は、還元処理によりアニオンが容易に除去される。したがって、電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００１７】
また、多孔質金属は、遷移金属を含むようにしてもよい。この場合、多孔質金属は、比重の高い遷移金属を含む（例えば銅やニッケルであれば活性炭の４倍程度となる）ので、従来よりも単位体積あたりの静電容量を大きく向上させることができる。
【００１８】
本発明の他の観点によれば、多孔質金属を含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極が提供される。この電極によれば、従来よりも単位体積あたりの静電容量が大きく、かつ、寿命、安全性、出力密度が二次電池よりも格段に優れた電気二重層キャパシタを製造することができる。
【００１９】
本発明の他の観点によれば、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、前記第１の金属よりも前記酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第２の金属とを含む合金を、前記酸またはアルカリ性溶液で処理するステップを含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法が提供される。この観点によれば、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００２０】
本発明の他の観点によれば、金属化合物を還元処理するステップを含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法が提供される。この観点によれば、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、電気二重層キャパシタの電極を活性炭よりも比重が大きい多孔質金属で構成しているので、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、従来よりも単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタと従来の電気二重層キャパシタとを対比して説明する側面図である。
【図２】同実施形態にかかる多孔質金属の構成を示す断面図である。
【図３】実施例１のＳＥＭ写真である。
【図４】実施例２のＳＥＭ写真である。
【図５】比表面積と、比較例２対する静電容量との対応関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
［従来の電気二重層キャパシタが有する問題］
上記のとおり、活性炭の比表面積を向上させる技術では、単位体積あたりの静電容量について、満足な値が得られないという問題があった。本発明者は、この問題点を精査することで、本発明を完成させた。そこで、この問題について詳細に説明する。
【００２４】
活性炭は、上述したように、比表面積の増大に伴ってかさ密度が低下する。一方、活性炭は、比表面積がある一定の大きさ以上になると、静電容量が頭打ちになる。これらの理由により、活性炭の比表面積を向上させる技術では、比表面積を大きくしても、単位体積あたりの静電容量が満足な値にならなかった。
【００２５】
静電容量が頭打ちになる理由としては、以下のものが考えられる。即ち、活性炭への細孔の形成は、アルカリ賦活処理によってなされるが、この処理は、比表面積の制御というマクロ的な制御しか行なうことができず、細孔の大きさを制御することができなかった。特にアルカリ賦活処理による比表面積の増大は、ミクロ孔を増やすことでなされている。
【００２６】
より詳細に述べると、活性炭には、直径が２ｎｍ未満のミクロ孔、直径が２ｎｍ以上５０ｎｍ未満のメソ孔、及び直径が５０ｎｍ以上のマクロ孔が混在している。これらの細孔のうち、ミクロ孔は、直径が小さいので、電解質イオンによってはミクロ孔の内部に侵入できない場合がある。また、マクロ孔に吸着可能な電解質イオンの数は、マクロ孔の体積に比べて小さい。細孔のうち、電解質イオンが吸着可能な部位はその表面だけであり、中空部分には電解質イオンは吸着されないからである。したがって、静電容量が頭打ちになる理由としては、ミクロ孔及びマクロ孔が静電容量の発現に有効に機能しないということが考えられる。また、溶媒和した電解質イオンの大きさは１〜２ｎｍで、ミクロ孔とほぼ同等以下の大きさのため、ミクロ孔には効率的に電解質イオンが吸着できていないことが予想される。したがって、以上の考察によれば、電解質イオンを吸着させる細孔としては、電解質イオンの大きさにもよるが、メソ孔が最も好ましいと思われる。
【００２７】
また、活性炭の比表面積を向上させる技術では、アルカリ賦活処理の後にアルカリ分を活性炭から除去する必要があった。しかし、この工程は複雑で高コストとなっていたので、アルカリ賦活処理による活性炭は工業的には使いづらい材料であった。このような問題点から、従来では、水蒸気賦活処理によって活性炭に細孔を形成することも行われていた。この方法はアルカリ賦活処理よりも低コストであるが、この方法により生成された活性炭は、アルカリ賦活処理による活性炭よりも静電容量が低いという問題があった。
【００２８】
これに対し、本実施形態に係る電気二重層キャパシタは、電気二重層キャパシタの長所を維持しつつ、かつ、単位体積あたりのエネルギ密度を従来よりも向上させることができる。また、本実施形態に係る電気二重層キャパシタは、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００２９】
［本実施形態に係る電気二重層キャパシタの構成］
次に、本実施形態に係る電気二重層キャパシタの構成について説明する。図１（ａ）に示すように、従来の電気二重層キャパシタ１００は、活性炭で構成されるカソード電極（正極）１０１と、同じく活性炭で構成されるアノード電極（負極）１０２と、これらの電極の間に配置される電解質１０３とを備える。これに対し、本実施形態に係る電気二重層キャパシタ１０は、図１（ｂ）に示すように、多孔質金属２０で構成されるカソード電極１１と、同じく多孔質金属２０で構成されるアノード電極１２と、これらの電極の間に配置される電解質１３とを備える。このように、電気二重層キャパシタ１０は、アノード電極１１及びカソード電極１２が共に多孔質金属２０で構成されることが特徴の一つである。なお、これらの電極のうち、いずれか一方が活性炭で構成されてもよい。
【００３０】
多孔質金属２０は、図２に示すように、細孔２２が多数形成されている。多孔質金属２０は、金属で構成され、好ましくは比重（即ち、多孔性金属２０の真比重）が４以上の金属で構成され、より好ましくは、遷移金属（例えば、周期表で第３族元素から第１１族元素までの間に存在する元素）で構成される。これにより、単位体積あたりの静電容量が増加する。例えば、炭素の比重が２程度なので、真比重が４の多孔性金属２０と、炭素とを同一質量の電極とした場合、金属電極は炭素電極の１／２程度の体積となるので、同一体積（即ち単位体積）あたりの静電容量は、金属電極の方が大きくなるといえる。なお、銅の比重は８．９３、ニッケルの比重は８．５６なので、いずれも上記の条件をみたしている。なお、本発明の多孔質金属等の真比重はセイシン企業製オートトゥルーデンサーＭＡＴ−７０００（自動湿式真比重測定装置）によって測定される。
【００３１】
多孔質金属２０の表面（即ち、細孔２２の表面を含む多孔質金属２０の全面）は、各種の防護膜で覆われることが好ましい。この防護膜は、多孔質金属２０が電解液に直接接触することを防止するためのものである。多孔質金属２０が電解液に直接接触することを防止する理由は、多孔質金属２０が電解液に直接接触すると、高い印加電圧を加えた場合に多孔質金属２０が電解液に溶出しやすくなるからである。またより高い印加電圧を加えられるという事は（１）式で示したエネルギ密度を高められる結果になる。特に電圧Ｖは２乗できくので有効である。防護膜を構成する物質は、上記目的を達成し、かつ、多孔質金属２０への電解質イオンの吸着を妨げないものであれば制限されない。防護膜は、例えば、酸化膜、金属膜、炭素膜、有機物の膜、無機物の膜等で構成される。防護膜の厚さは、薄いほうが好ましい。具体的な厚さは、防護膜の材料にもよるが、２０ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは５ｎｍ以下が望ましい。
【００３２】
細孔２２の大きさ（例えば直径）は、多孔質金属２０に吸着する電解質イオンの大きさ（例えば直径）によって最適値が異なるが、少なくとも１〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１〜５０ｎｍ、さらに好ましくは１〜２０ｎｍである。なお、ここでの直径は、例えば、各細孔２２を球体とみなしたときの直径であり、公知の手法、例えばガス吸着法により測定される。また、各範囲の下限値は、２ｎｍであることがより好ましい。細孔２２の大きさが２ｎｍ以上である場合には、細孔２２の大きさが２ｎｍ未満である場合よりも、電解質イオンが細孔２２内に侵入しやすくなるからである。なお、細孔２２の範囲には、マクロ孔の直径の範囲も含まれるが、この場合であっても、多孔質金属２０の真比重が活性炭よりも大きいので、単位体積あたりの静電容量は従来よりも大きくなる。また、電解液の保持という観点からも好ましい。なお、細孔２２の大きさは、例えば直径の平均値、即ち各細孔２２の直径を算術平均した値で表される。
【００３３】
多孔質金属２０の比表面積は出来る限り大きいほうが好ましいが、比表面積の増大に伴って多孔質金属２０のかさ密度が低下するので、電気二重層キャパシタ１０の単位体積あたりの静電容量が従来のものよりも低下しないように調整されることが好ましい。具体的には、多孔質金属２０の比表面積は２０ｍ２／ｇ以上が好ましく、５０ｍ２／ｇ以上がより好ましい。比表面積の上限値は、特に制限されないが、例えば２００〜３００ｍ２／ｇ程度であってもよい。上限値が２００〜３００ｍ２／ｇであることにより、重量あたりの静電容量増大という効果が得られる。
【００３４】
［多孔質金属の製造方法］
次に、多孔質金属２０の製造方法について説明する。多孔質金属２０は、例えば以下に列挙する２つの製造方法のうち、いずれかの製造方法によって製造される。
【００３５】
［合金を酸またはアルカリ性溶液で処理する方法］
第１の製造方法は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、第１の金属よりも酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第２の金属とを含む合金を、酸またはアルカリ性溶液で処理するという製造方法である。なお、できる限り第１の金属を除去して多孔質にしたいが、処理後に第１の金属がすべて除去されずに一部残存していても構わない。
【００３６】
第１の金属は、例えば、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む。第２の金属は、多孔質金属２０を構成する金属である。遷移金属は、酸またはアルカリ性溶液にほとんど不溶なので、特に好ましい。この製造方法によれば、酸またはアルカリ性溶液に第１の金属が溶出するので、合金のうち、第１の金属が占有していた部分が細孔２２となる。したがって、この製造方法によれば、第１の金属の結晶子の大きさによって、細孔２２の大きさも変わる。即ち、この製造方法によれば、細孔２２の大きさを制御することができるので、電解質イオンの大きさに応じた細孔２２を形成することができる。
【００３７】
ここで、第１の金属と第２の金属とからなる合金の平均粒径は、１００μｍ以下が好ましく、より好ましくは５０μｍであり、さらに好ましくは２０μｍである。ここで、平均粒径は、例えば、各金属粒子を球体とみなしたときの直径を算術平均した値である。平均粒径の測定は、例えば、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡Ｓ−４８００（日立ハイテク社製）により行われる。
【００３８】
［金属化合物を還元する方法］
第２の製造方法は、金属化合物を還元させることで、金属化合物内のアニオンを除去させる製造方法である。金属化合物は、多孔質金属２０を構成する金属と、アニオンとの化合物である。アニオンは、酸素及び窒素等の無機アニオンや、カルボン酸イオンやメトロキサイドイオン等の有機アニオンが挙げられる。還元は、例えば、金属化合物を水素または一酸化炭素等の還元ガスで処理する事により行われる。これにより、金属化合物のうち、アニオンが占有していた部分が細孔２２となる。したがって、この製造方法によれば、アニオンの大きさによって、細孔２２の大きさも変わる。即ち、この製造方法によれば、細孔２２の大きさを制御することができるので、電解質イオンの大きさに応じた細孔２２を形成することができる。
【実施例】
【００３９】
次に、本実施形態の実施例を説明する。
［実施例１］
平均粒径１０μｍのＣｕ−Ａｌ合金（モル比は５０：５０）を１Ｎ水酸化カリウム水溶液に加えることで、Ｃｕ−Ａｌ合金からアルミニウムを除去した。なお、銅の水酸化カリウム水溶液に対する溶解度は、アルミニウムの水酸化カリウムに対する溶解度よりも小さい。言い換えれば、銅は水酸化カリウム水溶液に不溶であるが、アルミニウムは水酸化カリウム水溶液に可溶である。これにより、多孔質金属２０として、多孔質銅が生成された。生成された多孔質銅は、水洗、真空乾燥された。多孔質銅の比表面積を島津製作所製比表面積測定装置ＡＳＡＰ２０２０で測定したところ、２１ｍ２／ｇを示し、孔径分布は３〜２０ｎｍを示し、メソ孔とミクロ孔の比率はメソ孔が９５％を示した。図３に、多孔質銅を日本電子製ＳＥＭ（ＪＳＭ−６０６０）により撮影した写真、即ちＳＥＭ写真を図３に示す。
【００４０】
また、得られた多孔質銅にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を多孔質銅の質量に対して５質量％加えて乳鉢で混合したのち、錠剤プレス機で成形してペレットを得た。これをアルミニウムメッシュで挟んだものを作用極と対極として用い、参照極にはＡｇ極、電解液には１Ｍ−ＴＥＡ−ＢＦ４／ＰＣ（テトラエチルアンモニウム-テトラフルオロボレート/プロピレンカーボネート）を用いてセルを構成した。このセルをＡｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ社製ＰＡＲＳＴＡＴ２２７３を用い、掃印速度 ２０ｍｖ／ｓで−１．２５から１．２５Ｖの範囲で掃印して体積当たりの電極の静電容量を算出した。
【００４１】
［実施例２］
オレイン酸銅を水素気流下、５００℃で５時間処理することで、多孔質銅を得た。評価は、実施例１と同様に行われた。多孔質銅の比表面積は１６０ｍ２／ｇとなった。ＳＥＭ写真を図４に示す。
【００４２】
［実施例３］
平均粒径８μｍのＮｉ−Ａｌ合金（モル比は５０：５０）を用いたこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。なお、ニッケルの水酸化カリウム水溶液に対する溶解度は、アルミニウムの水酸化カリウムに対する溶解度よりも小さい。これにより得られた多孔質ニッケルの比表面積は８０ｍ２／ｇとなった。
【００４３】
［実施例４］
平均粒径１２μｍのＣｏ−Ａｌ合金（モル比は５０：５０）を用いたこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。なお、コバルトの水酸化カリウム水溶液に対する溶解度は、アルミニウムの水酸化カリウムに対する溶解度よりも小さい。これにより得られた多孔質コバルトの比表面積は６０ｍ２／ｇとなった。
【００４４】
［実施例５］
組成（モル比）が９０：１０〜５０：５０の範囲でそれぞれ異なる平均粒径１０μｍのＮｉ−Ａｌ合金を複数用意し、各合金について、実施例１と同様の処理を行った。
【００４５】
［比較例１］
平均粒径１０μｍの銅粉末にＰＴＦＥを銅粉末の総質量に対して５質量％加えて乳鉢で混合したのち、錠剤プレス機で成形してペレットを得た。これをアルミニウムメッシュで挟んだものを作用極と対極として用い、参照極にはＡｇ極、電解液には１Ｍ−ＴＥＡ−ＢＦ４／ＰＣを用いてセルを構成した。このセルをＡｄｖａｎｃｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ社製ＰＡＲＳＴＡＴ２２７３を用い、掃印速度 ２０ｍｖ／ｓで−１．２５から１．２５Ｖの範囲で掃印して体積当たりの電極の静電容量を算出した。
【００４６】
［比較例２］
炭化物をアルカリ賦活処理することで、比表面積１７００ｍ２／ｇを製造した。評価は実施例１と同様にして行われた。
【００４７】
［評価］
比較例１では、静電容量が殆ど観測されなかったが、実施例１〜４では、静電容量が観測された。そこで、各実施例の電極密度（かさ密度）及び単位体積あたりの静電容量を、比較例２の電極密度及び単位体積あたりの静電容量で正規化した値を表１に示す。ここで、電極密度は電極材料重量を電極体積で除するによって測定された。また、図５に、実施例５の評価、即ち、比表面積と、比較例２対する静電容量との対応関係を示した。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１に示されるように、実施例１〜４に係る多孔質金属は、電極の高密度化及び多孔質化を図ることができ、結果として、単位体積あたりの静電容量を向上させることができる。即ち、多孔質金属は、単位体積あたりのエネルギ密度を従来よりも向上させることができる。また、図５によれば、比表面積が２０ｍ２／ｇ以上の時に、従来の活性炭よりも単位体積あたりの静電容量が向上する。
【００５０】
以上により、本実施形態によれば、電気二重層キャパシタ１０の各電極を、活性炭よりも比重の大きい多孔質金属２０で構成しているので、寿命、安全性、出力密度が二次電池よりも格段に優れているという長所を維持しつつ、単位体積あたりの静電容量、即ちエネルギ密度を従来よりも大きくすることができる。
【００５１】
さらに、多孔質金属２０は２０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有するので、電気二重層キャパシタ１０は、単位体積あたりの静電容量を従来よりも大きくすることができる。
【００５２】
さらに、多孔質金属２０を構成する金属の比重は４以上であり、従来の活性炭の比重（２程度）よりも大きいので、電気二重層キャパシタ１０は、単位体積あたりの静電容量を従来よりも大きく向上させることができる。
【００５３】
さらに、多孔質金属２０は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、第１の金属よりも溶解度が大きい第２の金属とを含む合金を、酸またはアルカリ性溶液で処理することで生成される。したがって、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタ１０は、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００５４】
さらに、第１の金属は、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むので、酸またはアルカリ性溶液によって合金から容易に除去される。したがって、電気二重層キャパシタ１０は、この点でも、従来よりも簡単な工程で製造される。
さらに、多孔質金属２０は、金属化合物を還元処理することで生成される。したがって、従来のアルカリ賦活処理に必要だった複雑な後処理が不要になるので、電気二重層キャパシタ１０は、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００５５】
さらに、金属化合物は、酸素及び窒素等の無機アニオンや、あるいは有機アニオンのうち少なくとも一方を含むので、還元処理によりアニオンが容易に除去される。したがって、電気二重層キャパシタ１０は、従来よりも簡単な工程で製造される。
【００５６】
さらに、多孔質金属２０は、比重の高い遷移金属を含む（例えば銅やニッケルであれば活性炭の４倍程度となる）ので、従来よりも単位体積あたりの静電容量を大きく向上させることができる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 電気二重層キャパシタ
１１ カソード電極
１２ アノード電極
２０ 多孔質金属
２２ 細孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質金属を含む複数の電極と、前記複数の電極の間に配置される電解質と、を備えることを特徴とする、電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記多孔質金属は２０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有することを特徴とする、請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記多孔質金属を構成する金属の比重は４以上であることを特徴とする、請求項１または２記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記多孔質金属は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、前記第１の金属よりも前記酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第２の金属とを含む合金を、前記酸またはアルカリ性溶液で処理することで生成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記第１の金属は、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む、請求項４記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
前記多孔質金属は、金属化合物を還元処理することで生成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
前記金属化合物は、酸素及び窒素の無機アニオン、及び有機アニオンのうち少なくとも一方を含む、請求項６記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
前記多孔質金属は、遷移金属を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
多孔質金属を含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極。
【請求項１０】
酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、前記第１の金属よりも前記酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第２の金属とを含む合金を、前記酸またはアルカリ性溶液で処理するステップを含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法。
【請求項１１】
金属化合物を還元処理するステップを含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法。
【請求項１】
多孔質金属を含む複数の電極と、前記複数の電極の間に配置される電解質と、を備えることを特徴とする、電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記多孔質金属は２０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有することを特徴とする、請求項１記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
前記多孔質金属を構成する金属の比重は４以上であることを特徴とする、請求項１または２記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記多孔質金属は、酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、前記第１の金属よりも前記酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第２の金属とを含む合金を、前記酸またはアルカリ性溶液で処理することで生成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
前記第１の金属は、アルミニウム、鉛、スズ、及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含む、請求項４記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
前記多孔質金属は、金属化合物を還元処理することで生成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
前記金属化合物は、酸素及び窒素の無機アニオン、及び有機アニオンのうち少なくとも一方を含む、請求項６記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
前記多孔質金属は、遷移金属を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
多孔質金属を含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極。
【請求項１０】
酸またはアルカリ性溶液に可溶な第１の金属と、前記第１の金属よりも前記酸またはアルカリ性溶液に対する溶解度が小さい第２の金属とを含む合金を、前記酸またはアルカリ性溶液で処理するステップを含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法。
【請求項１１】
金属化合物を還元処理するステップを含むことを特徴とする、電気二重層キャパシタ用の電極の製造方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２２１９８１（Ｐ２０１２−２２１９８１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２６８３（Ｐ２０１１−８２６８３）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
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