(57)【要約】【課題】酸化ルテニウム電極と（硫酸などの）多塩基酸を含む水性電解質とを含む電気化学セルを有するキャパシタを提供する。【解決手段】より具体的には、電極が各々、酸化ルテニウムと（アルミナ、シリカなどの）無機酸化物粒子とを組み合わせて形成した酸化金属膜でコーティングされた基板を含む。理論によって制限することを意図するわけではないが、無機酸化物粒子は、水性電解質内の（プロトン生成などの）プロトン移動を促進して、水和無機酸化物錯体を形成する（例えば［Ａｌ（Ｈ2Ｏ）63+］から［Ａｌ2（Ｈ2Ｏ）8（ＯＨ2）］4+を形成する）ことができると考えられる。従って、無機酸化物は、水を吸収するとともにプロトン及び分子結合した水酸基架橋に可逆的に開裂するための触媒の機能を果たす。電解質内の（硫酸イオン及び硫酸水素イオンなどの）アニオンは、生成されたアクア錯体の配位圏内に拘束されていないので、これらのアニオンは電位範囲にわたる追加の静電容量を得るために必要なこれらの錯体の縮合を妨げない。この結果、イオン電荷は分離した状態を保ち、この化学過程により擬似容量を発生させることができる。これにより、結果として電極の電荷密度及び静電容量の増大をもたらすことができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セルを備えた電気化学キャパシタであって、前記セルが、
各々が、酸化ルテニウム及び無機酸化物粒子を含む酸化金属膜でコーティングされた基板を備えた第１及び第２の電極と、
前記第１及び第２の電極間に配置された、多塩基酸を含む水性電解質と、
を含むことを特徴とする電気化学キャパシタ。
【請求項２】
前記金属基板がチタンを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項３】
前記酸化ルテニウムが水和される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項４】
前記酸化ルテニウムの前記無機酸化物粒子に対するモル比が約１：１〜約６０：１である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項５】
前記酸化ルテニウムの前記無機酸化物粒子に対するモル比が約２：１〜約１０：１である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項６】
前記無機酸化物粒子が、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化銅、ゼオライト、粘土、これらの複合体、又はこれらの混合物を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項７】
前記無機酸化物粒子がアルミナを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項８】
前記無機酸化物粒子が、約１ナノメートル〜約５マイクロメートルの平均サイズを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項９】
前記無機酸化物粒子が、約１０ナノメートル〜約５００ナノメートルの平均サイズを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項１０】
前記多塩基酸が硫酸を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項１１】
前記水性電解質が硝酸をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項１２】
前記セルが透過性セパレータをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項１３】
前記キャパシタが複数の電気化学セルを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項１４】
酸化ルテニウム及びアルミナ含有粒子を含む酸化金属膜でコーティングされた金属基板を備える、
ことを特徴とする導電性電極。
【請求項１５】
前記金属基板がチタンを含む、
ことを特徴とする請求項１４に記載の電極。
【請求項１６】
前記酸化ルテニウムが水和される、
ことを特徴とする請求項１４に記載の電極。
【請求項１７】
前記酸化ルテニウムの前記無機酸化物粒子に対するモル比が約１：１〜約６０：１である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の電極。
【請求項１８】
前記酸化ルテニウムの前記無機酸化物粒子に対するモル比が約２：１〜約１０：１である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の電極。
【請求項１９】
前記粒子が、約１ナノメートル〜約５マイクロメートルの平均サイズを有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の電極。
【請求項２０】
前記電極が、３５０ミリファラッド／平方センチメートル以上の比容量を有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の電極。
【請求項２１】
前記電極が、５００〜約１０００ミリファラッド／平方センチメートルの比容量を有する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の電極。
【請求項２２】
電気化学キャパシタの電極を形成する方法であって、
酸化ルテニウム前駆体及びアルミナ含有粒子を含む前駆体溶液で金属基板をコーティングするステップと、
前記コーティングされた基板をアニール処理して前記酸化ルテニウム前駆体を酸化させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記金属基板がチタンを含む、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記酸化ルテニウムの前記粒子に対するモル比が約１：１〜約６０：１である、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記粒子が、約１ナノメートル〜約５マイクロメートルの平均サイズを有する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
アニール処理が、約２００℃〜約５００℃の温度で行われる、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
アニール処理が、約２５０℃〜約４００℃の温度で行われる、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記粒子が、前記溶液の約０．０５重量％〜約１０重量％を構成する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記粒子が、前記溶液の約０．５重量％〜約１.５重量％を構成する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記酸化ルテニウム前駆体が、前記溶液の約０．５重量％〜約１０重量％を構成する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記酸化ルテニウム前駆体が、前記溶液の約３重量％〜約７重量％を構成する、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記酸化ルテニウム前駆体がルテニウム（III）塩を含む、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
前記酸化ルテニウム前駆体が硝酸ニトロシルルテニウム（III）を含む、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記前駆体溶液が硝酸をさらに含む、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電気化学キャパシタとは、イオン伝導性電解質相と電子伝導性電極材との境界面に電気エネルギーを蓄えるデバイスのことである。近年、酸化ルテニウム（ＲｎＯ2）が、その高静電容量及び低抵抗により、高エネルギー密度の電極のための優れた材料であることが分かってきた。酸化ルテニウムの優れた静電容量は、ルテニウムの１つの酸化状態から別の酸化状態へ容易に転化するという能力と、酸化ルテニウム水和物内の酸化物と水酸基部位との間のプロトンの移動度とに由来すると考えられる。より詳細には、ＲｎＯ2と電解質との境界面で発生する擬似容量は、ＲｎＯ2電極材の表面における容易なイオン種吸着の結果生じるものであると考えられる。しかしながら、このようなキャパシタでしばしば遭遇する１つの問題に、到達できる静電容量の最大値に関する限界がある。例えば、個々の露出したＯ原子に１つの水素イオンを吸着できるという仮定に基づいて、２００ｍＣ／ｃｍ2の電荷密度及び最大観測比容量３８０Ｆ／ｇを達成できると推定されてきた（Ｊｏｗ他に付与された米国特許第５，８７５，０９２号を参照）。にもかかわらず、さらに高い容量値を実現できる電気化学キャパシタに対するニーズが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第５，８７５，０９２号公報
【特許文献２】米国特許第５，３５８，８８９号公報
【特許文献３】米国特許第５，６００，５３５号公報
【特許文献４】米国特許第５，８７５，０９２号公報
【特許文献５】米国特許第５，９６３，４１７号公報
【特許文献６】米国特許第６，０２５，０２０号公報
【特許文献７】米国特許第６，１３３，１５９号公報
【特許文献８】米国特許第６，３８３，３６３号公報
【特許文献９】米国特許出願公開第２００３／０１０７８５２号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００７／０２７１７５１号
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｂｒｕａｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔ及びＴｅｌｌｅｒのＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ第６０巻、１９３８年、３０９ページ
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの実施形態によれば、電気化学セルを備えた電気化学キャパシタが開示される。セルは、第１及び第２の電極と、電極間に配置された多塩基酸を含む水性電解質とを備える。電極の各々は、酸化金属膜でコーティングされた基板を備える。酸化金属は酸化ルテニウム及び無機酸化物粒子を含む。
【０００５】
本発明の別の実施形態によれば、酸化ルテニウム及びアルミナ含有粒子を含む酸化金属膜でコーティングされた金属基板を備えた導電性電極が開示される。本発明のさらに別の実施形態によれば、電気化学キャパシタの電極を形成する方法が開示される。この方法は、酸化ルテニウム前駆体及びアルミナ含有粒子を含む前駆体溶液で金属基板をコーティングするステップを含む。コーティング基板をアニール処理して酸化ルテニウム前駆体を酸化させる。
【０００６】
本発明の他の特徴及び態様については、以下でさらに詳細に説明する。
【０００７】
当業者を対象とする本発明の最良の形態を含む本発明の完全な及び実施可能な開示について、本明細書の残りの部分において添付の図を参照しながらさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明によって形成されるキャパシタの１つの実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び図面における参照符号の反復使用は、本発明の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図するものである。
【００１０】
当業者であれば、本考察は例示的な実施形態について説明するものにすぎず、例示的な構成において具体化される本発明のより広い態様を限定することを意図するものではないことを理解すべきである。
【００１１】
大まかに言えば、本発明は、酸化ルテニウム電極と（硫酸などの）多塩基酸を含む水性電解質とを含む電気化学セルを有するキャパシタに関する。より具体的には、電極が各々、酸化ルテニウムと（アルミナ、シリカなどの）無機酸化物粒子とを組み合わせて形成した酸化金属膜でコーティングされた基板を含む。理論によって制限することを意図するわけではないが、無機酸化物粒子は、水性電解質内の（プロトン生成などの）プロトン移動を促進して、水和無機酸化物錯体を形成する（例えば［Ａｌ（Ｈ2Ｏ）63+］から［Ａｌ2（Ｈ2Ｏ）8（ＯＨ2）］4+を形成する）ことができると考えられる。従って、無機酸化物は、水を吸収するとともに、プロトン及び分子結合した水酸基架橋に可逆的に開裂するための触媒の機能を果たす。電解質内の（硫酸イオン及び硫酸水素イオンなどの）アニオンは、生成されたアクア錯体の配位圏内に拘束されていないので、これらのアニオンは電位範囲にわたる追加の静電容量を得るために必要なこれらの錯体の縮合を妨げない。この結果、イオン電荷は分離した状態を保ち、この化学過程により擬似容量を発生させることができる。これにより、結果として電極の電荷密度及び静電容量の増大をもたらすことができる。
【００１２】
基板は、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、チタン、銅、銀、（ステンレスなどの）鋼、（導電性酸化物などの）これらの合金などの様々な異なる導電性材料のいずれをも含むことができる。チタン金属並びにその合金は、本発明における使用に特に適する。一般に、基板の幾何学的構造は、当業者の間で周知のようにコンテナ、カン、ホイル、シート、スクリーンなどの形のように様々であってもよい。基板の表面積は、約０．０５〜約５平方センチ、実施形態によっては約０．１〜約３平方センチ、及び実施形態によっては約０．５〜約２平方センチの範囲に及ぶことができる。
【００１３】
酸化金属膜に使用される酸化ルテニウムは、当業で公知のような様々な形のいずれかをとることができる。例えば、酸化ルテニウムは非結晶質又は結晶質の形態を有することができ、事実上無水性又は水和性であってもよい。例えば、１つの特定の実施形態では、ルテニウム酸化物は事実上結晶質である。電極の大部分を通じてファラデー反応を生じさせる能力を高めるために、それでもやはり多くの場合、酸化金属膜内の酸化ルテニウムは水和した形（すなわちＲｎＯ2ｘＨ2Ｏ、式中ｘは１、２、又は３のように０よりも大きい）であることが望ましい。様々な堆積技術を使用して、基板に酸化ルテニウムを付着させることができる。適当な技術として、例えば、反応性スパッタリング、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、パルスレーザ堆積法、低温化学気相成長法、物理気相成長法（ＰＶＤ）、電解メッキ、塗装、ゾルゲル堆積法などが挙げられる。その他の適当な技術は、Ｅｍｅｓｈ他に付与された米国特許第５，３５８，８８９号、Ｊｏｗ他に付与された米国特許第５，６００，５３５号、Ｊｏｗ他に付与された米国特許第５，８７５，０９２号、Ａｎｄｅｒｓｏｎ他に付与された米国特許第５，９６３，４１７号、Ｃｈｅｎ他に付与された米国特許第６，０２５，０２０号、Ｖａａｒｔｓｔｒａ他に付与された米国特許第６，１３３，１５９号、Ｊｏｗ他に付与された米国特許第６，３８３，３６３号並びにＣｈｅｎに付与された米国特許出願公開第２００３／０１０７８５２号及びＷｅｉｄｍａｎに付与された米国特許出願公開２００７／０２７１７５１号に記載されており、これらの特許の全てはあらゆる目的によるこれらへの参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【００１４】
選択した特定の堆積技術に係わらず、多くの場合、酸化され或いは別の方法で分解された酸化ルテニウム前駆体を使用して所望の酸化ルテニウムを生成することが望ましい。前駆体として、例えば、塩化ルテニウム（III）（ＲｕＣｌ3）又は硝酸ニトロシルルテニウム（III）などのルテニウム（III）塩を挙げることができ、後にこれらを加熱処理してＲｕＯ2を生成することができる。別の適当なルテニウム前駆体に、例えばＷｉｅｄｍａｎに付与された米国特許出願公開第２００７／０２７１７５１に記載されるような四酸化ルテニウムがあり、該特許はあらゆる目的によるこの特許への参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。１つの特定の実施形態では、酸化したルテニウム（III）塩を使用して酸化ルテニウム（IV）を生成することができる。前駆体は、（水などの）溶媒と、溶液のｐＨを約０．５〜約５．０の範囲内に、及び実施形態によっては約０．７〜約２．５の範囲内に調整する酸性化合物とを含む溶液内に存在することができる。この酸性化合物は、水性電解質に使用される（硫酸などの）あらゆる腐食性化合物から基板を保護するのに役立つ、基板上の（チタンの酸化物などの）自然酸化物の成長の促進にも役立つことができる。この目的に適した酸性化合物の例として、例えば、硝酸、亜硝酸などを挙げることができる。
【００１５】
浸漬法、噴霧法、コーティング法などの様々な技術を使用して、基板に前駆体溶液を付着させることができる。付着すると、約６０℃〜約１３０℃、実施形態によっては約８０℃〜約１１０℃の温度などで任意にコーティングを加熱して溶媒を除去することができる。一般に、コーティングをアニール処理する温度は、膜の熱酸化及び所望の形態を実現するように制御される。例えば、約２００℃〜約５００℃の温度で、実施形態によっては約２５０℃〜約４００℃の温度で、及び実施形態によっては約３００℃〜約３５０℃の温度でアニール処理を行うことができる。アニール処理の時間は、約１〜約６０分の範囲、及び実施形態によっては約５〜約５０分の範囲に及ぶことができる。これらの状態では、前駆体が酸化してＲｎＯ2を生成するが、水和した性質を保持したままであると考えられ、当業で知られているような熱重量分析によってこれを確認することができる。
【００１６】
酸化ルテニウムの堆積前、堆積中、及び／又は堆積後に、無機酸化物粒子を酸化金属膜に混和することができる。１つの特定の実施形態では、前駆体をアニール処理する前に、無機酸化物粒子が前駆体溶液に混和される。必要に応じて、結果として得られる電極の電気的性質を制御するように、酸化ルテニウム前駆体の無機酸化物粒子に対するモル比を選択することができる。すなわち、無機酸化物粒子のモル含量が大きすぎると、電極は所望の導電性を得ることができない。一方、無機酸化物粒子のモル含量が小さすぎると、所望の静電容量の増加を達成することができない。従って、本発明の大部分の実施形態では、酸化ルテニウム前駆体の無機酸化物粒子に対するモル比は、約１：１〜約６０：１、実施形態によっては約１．５：１〜約２０：１、及び実施形態によっては約２：１〜約１０：１の範囲にある。前駆体溶液内の一定量の無機酸化物粒子は、約０．０５重量％〜約１０重量％、実施形態によっては約０．１重量％〜約５重量％、及び実施形態によっては約０．５重量％〜約１．５重量％の範囲に及ぶことができる。同様に、溶液内のルテニウム前駆体の量は、約０．５重量％〜約１０重量％、実施形態によっては約１．５重量％〜約８重量％、及び実施形態によっては約３重量％〜約７重量％の範囲に及ぶことができる。
【００１７】
一般に、本発明では様々な無機酸化物粒子のいずれを使用することもできる。このような粒子の例として、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化銅、ゼオライト、（スメクタイト粘土などの）粘土など、並びに（アルミナ被覆シリカ粒子などの）これらの複合体及び混合物が挙げられる。アルミナは、水性電解質から解離したプロトンの吸収に利用できる分子内の酸素原子の数が比較的多いという理由で本発明における使用に特に適する。理論によって制限することを意図するわけではないが、水性電解質内のアルミナ粒子（例えばＡｌ2Ｏ3＊ｎＨ2Ｏ、式中ｎは１、２、又は３のように０よりも大きい）は、縮合して水和錯体を形成する（例えば［Ａｌ（Ｈ2Ｏ）63+］から［Ａｌ2（Ｈ2Ｏ）8（ＯＨ2）］4+を形成する）ことができると考えられる。従って、アルミナは、水を吸収するとともに、可逆的にＡｌ2Ｏ3＊ｎＨ2Ｏに復帰できるプロトン及び分子結合した水酸基架橋に開裂するための触媒の機能を果たす。電解質内の（硫酸イオンなどの）アニオンは、生成されたアクア錯体の配位圏内に拘束されていないので、擬似容量を発生させる化学溶液過程を妨げない。
【００１８】
一般に、無機酸化物粒子は事実上結晶質であるが、通常、酸化金属膜の広い表面積を維持するように粒子のサイズ及び表面積を制御することができる。粒子は、例えば、約１ナノメートル〜約５マイクロメートルの平均粒径（例えば直径又は幅）を有し、実施形態によっては約５ナノメートル〜約１マイクロメートル、及び実施形態によっては約１０ナノメートル〜約５００ナノメートルの平均粒径を有することができる。同様に、粒子は、約５０平方メートル／グラム（ｍ2／ｇ）〜約７５０ｍ2／ｇの比表面積を有し、実施形態によっては約７５ｍ2／ｇ〜約５００ｍ2／ｇ、及び実施形態によっては約１００ｍ2／ｇ〜約３００ｍ2／ｇの比表面積を有することができる。吸着ガスとして窒素を用いた、Ｂｒｕａｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔ及びＴｅｌｌｅｒのＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ第６０巻、１９３８年、３０９ページの物理的ガス吸着（Ｂ．Ｅ．Ｔ．）法により、表面積を測定することができる。
【００１９】
水性電解質は、電極間に接続経路を提供する電気的活性材料であり、一般に（水溶液又は非水溶液などの）溶液のような液体、分散物、ゲルなどの形をとる。電解質は、２５℃の温度で測定した場合、センチメートルあたり約１０ミリシーメンス／（ｍＳ／ｃｍ）又はそれ以上の導電率を有し、実施形態によっては約３０ｍＳ／ｃｍ又はそれ以上、及び実施形態によっては約４０ｍＳ／ｃｍ〜約１００ｍＳ／ｃｍの導電率を有することができる。（Ｏａｋｔｏｎ  Ｃｏｎ  Ｓｅｒｉｅｓ  １１などの）任意の公知の導電率計を２５℃の温度で使用することにより、導電率の値を得ることができる。
【００２０】
一般に、（脱イオン水などの）水性溶媒が電解質に使用される。この溶媒は、電解質の約３０重量％〜約９０重量％、実施形態によっては約４０重量％〜約８０重量％、及び実施形態によっては約４５重量％〜約７０重量％を構成することができる。上述したように、水性電解質はまた、（２、３などの）２又はそれ以上のプロトン解離を行うことができる多塩基酸も含む。このようにして、酸化ルテニウム構造内に追加のプロトンを挿入してその電荷密度を高めることができる。使用できる適当な多塩基酸のいくつかの例として、例えば、硫化水素（二塩基酸）、硫酸（二塩基酸）、亜硫酸塩（二塩基酸）、リン酸（三塩基酸）、シュウ酸（二塩基酸）、炭酸（二塩基酸）、マロン酸（二塩基酸）などが挙げられる。例えば、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）は、１つのプロトンを供与して硫酸水素アニオン（ＨＳＯ4-）を生成し、第２のプロトンを提供して硫酸アニオン（ＳＯ42-）を生成する。理論によって制限することを意図するわけではないが、無機粒子の酸素原子がこの第２のプロトンの放出及び吸着を容易化し、このことが、結果として得られる酸化金属膜の電荷密度をさらに高めると考えられる。多塩基酸に加え、電解質は、硝酸、亜硝酸、塩酸、過塩素酸、ヨウ化水素酸、フッ化水素酸などの一塩基酸化合物を含むこともできる。時として、このような一塩基酸化合物は、（硝酸などの）前駆体溶液内に元々含まれていたものから酸化膜の形成中に生じることがある。
【００２１】
上記の構成要素に加え、どちらかの電極基板上に収集された電荷の短絡を阻止する非導電性で透過性のセパレータをキャパシタ内に使用することもできる。この目的に適した材料の例として、例えば、（ポリプロピレン、ポリエチレンなどの）多孔性ポリマー材料、（ガラス繊維マット、多孔性ガラスペーパーなどの）多孔性無機材料、イオン交換樹脂材料などが挙げられる。具体的な例として、（例えばＥ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｒｍｅｏｕｒｓ  ＆  Ｃｏ社から市販されているＮａｆｉｏｎ（登録商標）などの）イオン性ペルフルオロネーテッドスルホン酸ポリマー膜、スルホン酸フルオロカーボンポリマー膜、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）膜、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）膜が挙げられる。
【００２２】
一般に、キャパシタの電極及び水性電解質の物理的配列は、当業で周知のように様々であってもよい。図１を参照すると、例えば、第１の電極３０と第２の電極４０との間に配置された電解質２０を含む電気化学キャパシタ１０の１つの実施形態を示している。第１の電極３０は、酸化金属膜３４でコーティングされた（チタンなどの）基板３２を含む。同様に、第２の電極４０は、酸化金属膜４４でコーティングされた（チタンなどの）基板４２を含む。両方の膜３４及び４４は、上述したように酸化ルテニウムと無機酸化物粒子とを組み合わせて形成される。電極間にセパレータ５０を配置して電極間の直接の接触を防ぐが、電解質２０のイオン電流は流れるようにする。通常、電極は約１０マイクロメートル〜約１０００マイクロメートルの間隔で分離される。図１に示す実施形態は単一の電気化学セルを含む。しかしながら、本発明のキャパシタは２又はそれ以上のセルを含むことができることを理解されたい。１つのこのような実施形態では、例えば、キャパシタは当業で周知のように個々の電気化学セルのスタックを含むことができる。セルは同じものであってもよいし、或いは異なるものであってもよい。例えば、特定の実施形態では、セルが同じように構成され、各々が上述したような水性電解質及び酸化ルテニウム電極を含む。
【００２３】
キャパシタの特定の構成に係わらず、本発明の電気化学キャパシタは比較的高い静電容量を有し、これによりキャパシタを多岐にわたる用途で使用できるようになる。例えば、セルの個々の電極（１／２セル）の静電容量は、０．５モルのＨ2ＳＯ4溶液におけるサイクリックボルタンメトリにより、Ｈｇ／ＨｇＳＯ4参照電極と対照させて−０．５Ｖ〜０．５Ｖの走査電圧及び２５ｍＶ／ｓの走査速度で測定したときに、平方センチメートルあたり約３５０ミリファラッド（ｍＦ／ｃｍ2）又はそれ以上、及び実施形態によっては約４５０〜約１５００ｍＦ／ｃｍ2であることができる。このような高静電容量の電極は、（植込型除細動器、ペースメーカ、心臓除細動器、神経刺激装置、薬剤投与装置などの）医療機器、自動車用途、（ｓ  ＲＡＤＥＲシステムなどの）軍事用途、（ラジオ、テレビなどの）家庭用電化製品などの多岐にわたる用途での使用に適している。１つの実施形態では、例えば、（約５００ボルト〜約８５０ボルト、又は望ましくは約６００ボルト〜約８００ボルトなどの）治療用高電圧を患者に与えるように構成された植込型医療機器にキャパシタを使用することができる。この機器は、密封されるとともに生物学的に不活性なコンテナ又はハウジングを含むことができる。静脈を介して機器と患者の心臓との間に１又はそれ以上のリード線が電気的に結合される。心臓活動を検知し、及び／又は心臓に電圧を供給するために心臓電極が設けられる。（リードの先端部などの）リードの少なくとも一部を、心臓の心室及び心房の１又はそれ以上に近接又は接触して配置することができる。機器はまた、通常２又はそれ以上のキャパシタを含むキャパシタバンクも含み、これらのキャパシタは直列に接続されるとともに、機器の内部又は外部に存在してキャパシタバンクにエネルギーを供給するバッテリに結合される。
【００２４】
以下の実施例を参照することにより、本発明をさらに良く理解することができる。
【実施例１】
【００２５】
チタンシート（１．９２ｃｍ2の表面積）を、シュウ酸（１０重量％溶液）内で９０℃で６５分間洗浄し、その後脱イオン水ですすいで乾燥した。硝酸ニトロシルルテニウム（III）希硝酸溶液はＡｌｄｒｉｃｈ社から調達した（＃３７３５６７）。５０ミリリットルの溶液を１００ｍＬビーカー内に量り取り、残存容積が２０ミリリットルに近づくまで加熱した。冷却後、実際の残存容積は２１．６ミリリットルであった。この前駆体は、３．２〜３．６重量％のルテニウムを含有し、ｐＨは０．９±０．１であった。基板をホットプレート上で８０℃〜１２０℃に加熱し、２１マイクロリットルの脱水した溶液を基板上にピペットで加えた。乾燥した時点で、３２０℃で熱酸化させるために基板を加熱炉内に設置した（窒素雰囲気内で３２０℃に上昇するのに１時間、その後３２０℃で４５分間）。その後、基板を高温脱イオン水浴内に９５℃で３５分間入れ、あらゆる未酸化前駆体を除去した。水浴後のＲｕＯ2に２マイクロリットルの２モル硫酸を約１００℃の温度で１０〜２０分間直接加えた。乾燥後、このコーティングステップをさらに２回繰り返した。結果として得られた電極の静電容量を、０．５モル硫酸におけるサイクリックボルタンメトリ及び飽和硫酸カリウム溶液におけるＨｇ／ＨｇＳＯ4参照電極により計測した（参照電極に対する走査は−０．５Ｖ〜０．５Ｖであり、走査速度は２５ｍＶ／ｓであった）。容量値は、ハーフセル当たり０．４６６Ｆと測定された。
【実施例２】
【００２６】
前駆体溶液に０．００６５モルのモル濃度でアルミナを添加した以外、実施例１で説明したように電極を形成した。容量値は、ハーフセル当たり０．５４１Ｆと測定された。
【実施例３】
【００２７】
前駆体溶液に０．０４７モルのモル濃度でアルミナを添加した以外、実施例１で説明したように電極を形成した。静電容量値は、ハーフセル当たり０．５６４Ｆと測定された。
【実施例４】
【００２８】
前駆体溶液に０．１０モルのモル濃度でアルミナを添加した以外、実施例１で説明したように電極を形成した。静電容量値は、ハーフセル当たり０．６８５Ｆと測定された。
【実施例５】
【００２９】
前駆体溶液に０．１５モルのモル濃度でアルミナを添加した以外、実施例１で説明したように電極を形成した。静電容量値は、ハーフセル当たり０．８１３Ｆと測定された。
【００３０】
当業者であれば、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく本発明のこれらの及びその他の修正及び変更を実施することができる。また、全体又は一部分の両方において、様々な実施形態の態様を入れ替えることができることを理解すべきである。さらに、当業者であれば、上述の説明は例示を目的としたものにすぎず、以下に添付する特許請求の範囲にさらに記載するように本発明を限定することを意図するものではないことが理解できよう。
【図１】
2010141322.tif 000002