(57)【要約】【課題】本発明は自律回復型発電装置の電池又は電気二重層型キャパシタに急速充電及び通常充電に効率及び生産性高く安価な蓄電材とその製造方法を提供する。【解決手段】蓄電材モデルとして、本来多孔質の備長炭を粉砕分別により多孔質カーボン粒子に、又は炭焼き改良炉の高温条件下に原木材、竹、原木材の皮、植物繊維性工業廃棄物などを長時間高温処理を施し多孔質残渣を粉砕分別し得られた単分散性ミクロン又はナノカーボン粒子に急速充電する蓄電材である。残の多分散性微細粒子にイオン放出微細粒子を添加し通常充電用蓄電材とする。イオン放出微細粒子は多孔質カーボン粒子の細孔内及び周辺のイオン移動及び蓄留を促進し充電はスムーズに進行する。イオン放出物質として微弱放射レベルホルムシス程度の希土類鉱石のモナズ石、燐酸イットリウム鉱物、バストネサイト鉱物の他、ラジウム鉱石及びバトガシュタイン鉱石、その他トルマリン鉱石、麦飯石、アルミナセラミックスの微細粒子である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトリックストーン（電気石）を電池及び電気二重層型キャパシタの充電エネルギーに利用することにより自己充電を可能とする自律回復型発電装置において前記電池及び／又は電気二重層型キャパシタに利用する無数の微細孔を有し、比較的単分散性又は多分散性粒子であることを特徴とする多孔質カーボン粒子蓄電材。
【請求項２】
該電池及び／又は電気二重層型キャパシタに利用する比較的単分散性ナノサイズ及び／又は単分散性ミクロンサイズ微細粒子で無数の微細孔を有しそれぞれ小電気容量の急速充電用を特徴とする請求項１に記載の多孔質カーボン粒子蓄電材。
【請求項３】
該電池及び／又は電気二重層型キャパシタに利用する無数の孔を有する比較的多分散性の前記多孔質カーボン粒子にイオン放出微細粒子を添加し大電気容量の通常充電向けを特徴とする前記請求項１に記載の多孔質カーボン粒子蓄電材。
【請求項４】
前記イオン放出微細粒子が希土類鉱石、例えば、モズナ石、燐酸イットリウム鉱物、バストネサイト鉱石の他に、ラジウム鉱石、バトガシュタイン鉱石などのホルミシスレベルの微弱放射線を発するイオン放出物質の微細粒子、その他にトルマリン鉱石、麦飯石、アルミナセラミックスのイオン放出物質の微細粒子であり、前記多孔質カーボンの細孔内及び周辺において充電エネルギーイオンの移動及び蓄留を促進することを特徴とする前記請求項３に記載の多孔質カーボン粒子蓄電材。
【請求項５】
比較的高温長時間条件下で炭焼き型の炉又は類似改良型の炉で好ましくは硬質原木材、例えば、うばめ樫原木などの樫材、他に竹材などを高温処理し、その残渣を粉砕により微細化及び分別し前記微細粒子を該電池及び／又は電気二重層型キャパシタに利用するとともに、残る中間サイズ粒子及び粗大粒子を粉砕及び分別工程にフィードバックし、前記粉砕及び分別工程を繰り返し行うことを特徴とする前記請求項１、２及び３に記載の多孔質カーボン粒子蓄電材の製造方法。
【請求項６】
比較的高温長時間条件下で炭焼き型の炉又は類似改良型の炉で、一般原木材の他に原料の一部又は全部に原木材や植物類の外皮、繊維性工業廃棄物を含め高温処理し、その残渣を粉砕により微細化及び分別し前記微細粒子を該電池及び／又は電気二重層型キャパシタに利用するとともに、残る中間サイズ粒子及び粗大粒子を粉砕及び分別工程にフィードバックし、前記粉砕及び分別工程を繰り返し行うと同時に工業廃棄物処理も行うことを特徴とする前記請求項１、２及び３に記載の多孔質カーボン粒子蓄電材の製造方法。
【請求項７】
良質な多孔性の高い既製の備長炭、竹炭又は椰子殻活性炭などを粉砕により微細化及び分別し前記微細粒子を該電池及び／電気二重層型キャパシタに利用するとともに、残る中間サイズ粒子及び粗大粒子を粉砕及び分別工程にフィードバックし、前記粉砕及び分別工程を繰り返し行うことを特徴とする前記請求項１、２及び３に記載の多孔質カーボン粒子蓄電材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は自律回復型発電装置の充電に最適な蓄電材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】自律回復型発電装置は安定した電気の連続的出力を可能にする電池及び電気二重層型キャパシタのシステム構成であり（特許文献１、２）、さらにその関連構成（特許文献３、４）も提出されている。一方、上記構成に最適な蓄電材及びその製造方法が開示されていない。上記開示は地球環境の二酸化炭素排出削減に貢献すると期待されるものである。
【特許文献１】特開２００７−６０８８７号公報
【特許文献２】特開２００７−１８８８５１号公報
【特許文献３】特開２００７−６０８８６号公報
【特許文献４】実用新案登録第３１４５９６５号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】上記装置は所謂「バッテリー」のシステム構成である。従来のバッテリーは化学反応を伴う構成であり、上記装置は化学反応を経由しない構成である。したがって、最大の充電エネルギー密度を直接に収容できる蓄電材が要求される。
本発明者は自律回復型発電装置、所謂「バッテリー」又はそのキャパシタに対し小電気容量の急速充電向け及び大電気容量の通常充電向けの多孔質カーボン粒子蓄電材とその蓄電材の経済的で生産性の高い製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】本発明者は先に高電圧下で発生イオンを備長炭充填層に吸収させ、鋼材周囲に出力静電圧、例えば１８，０００乃至５０，０００Ｖを印加し発生静電圧イオンを蓄留した備長炭層を形成する方法及び工程を開発した（特許文献５、６、７，８，９）。
【特許文献５】特開平０７−３５４８９２号公報
【特許文献６】特開平０８−４５２８７号公報
【特許文献７】特開平１１−２２６８７５号公報
【特許文献８】実用新案登録第３０５１４４８号公報
【特許文献９】実用新案登録第３０５１４４９号公報本発明者は、さらに上記知見を発展させ、鋭意検討を重ね研究の結果、ここに「最適な蓄電材及びその製造方法」を提供するものである。
【０００５】カーボン粒子の生産性を考慮し、ナノサイズ及びミクロンサイズの単分散性粒子の製造は極めて高価についていることは周知の事実である。実際に良質な単分散性カーボン粒子は製造設備や工程にもより小量生産であり、大量生産段階ではない。これら全部が必ずしも多孔質カーボン粒子とは言えない。また一方、多孔質粒子の細孔にしては、粒子径に反比例して嵩密度は大きく、粒子径が大きい程、嵩密度は小さいことが理論的にも実験的にも証明されている（非特許文献１０）。
【非特許文献１０】Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ，４５，９７５（１９７２），Ｙ．Ｕｅｎｏ  ａｎｄ  Ｉ．Ｓａｎｏ．Ｄｒ．ｏｆ  Ｓｃｉ．ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｙ．Ｕｅｎｏ，Ｎａｇｏｙａ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（１９７３）．多孔質カーボン粒子出入口の細孔の断面はイオンの大きさに比較し、遥かに大きいのでイオンは細孔内部や周辺のイオン蓄留サイトに一時的に留まっている方が漂っているよりもポテンシャルが低く安定である。また一方、イオンは互いに反撥するため空隙がイオンに占有されることにはならない。上述の様に、粒子径に比例して粒子表面積の割合は小さいけれども、粒子内の細孔による表面積は極度に増加する。たとえ粒子数が少なくとも、粒子径が大きいカーボン粒子程イオン蓄留が多いと考察される。
一方、日本古来の備長炭や竹炭が本来多孔質である、例えば、僅か備長炭１ｇが表面積３００ｍ２を有することに注目し、この特性を蓄電材に適用することを試みた。これは所謂「炭焼き工程」と「粉砕及び分別工程」からなる製造方法で、その開発に成功した。
【０００６】即ち、本発明者は備長炭粒子に静電高電圧をかける上述の方法をさらに発展させイオン放出微細粒子がイオン蓄留に多孔質カーボン粒子の細孔や突起などにイオンの移動と蓄留を平滑化する特性を具備しているとの知見を得た。本発明のイオン放出微細粒子とはイオンを放出する希土類鉱物、たとえばモズナ石、燐酸イットリウム鉱石、バストネサイト石などの他、ラジウム鉱石、バトガシュタイン鉱石などから発するホルムシスレベルの微弱放射線を発するイオン放出物質の微細粒子である。また、時としては種々の混合した天然崩壊元素含有鉱石を微細粒子状にしたものである。一部には、その他にトルマリン鉱石、麦飯石、アルミナセラミックスの微細粒子を多孔質カーボン粒子と混合する。当然イオン放出微細粒子は微細な程効果が増加されると考察される。
各イオンの大きさ、重さ及びそのエネルギーは限りなく極小であり、微弱なイオン放出であっても、所謂「イオンの交通整理」により、敏速に、間断なく連続的に充電を促進する特性がある。即ち、イオン放出微細粒子質のイオンにより多孔質カーボン粒子の細孔内や周辺の充電エネルギーイオンの移動及び蓄留を促進する働きがある。充電容量が大きい多分散性の多孔質カーボン粒子であっても、比較的スムーズな電気大容量の通常充電が容易になり、蓄電材の経済性及び生産性の方針に合致するものである。
【発明の効果】
【０００７】１．単分散性微細多孔質カーボン粒子により小電気容量の急速充電ができる。
２．多分散性多孔質カーボン粒子にイオン放出微細粒子により大電気容量の充電が可能。
３．備長炭や竹炭の本来の多孔性を高純度多孔質カーボン粒子の製造に利用できる。
４．多孔質カーボン粒子製造法の高い生産性と経済性により工業的にも製造も可能。
５．本発明の蓄電材は地球環境温暖化対策と同時に工業廃棄物処理にも貢献する。
６．本発明の蓄電材使用のバッテリーは太陽光パネル接続で電気自動車用に利用できる。
７．本発明の蓄電材使用のバッテリーの余剰電気を電力会社へ売却し設備償却できる。
８．本発明の蓄電材使用により従来の発電機の騒音や排気ガスの苦情処理を解決できる。
９．本発明の蓄電材使用により従来のバッテリーに比較し製品寿命が遥かに長くなる。
１０．本発明の蓄電材使用のキャパシタ単独で電気自動車に軽量型として使用できる。
１１．本発明の蓄電材使用のキャパシタ単独の電気自動車利用は世界経済を刺激する。
１２．本発明の蓄電材使用のキャパシタはパソコンを始め工業界に一大変革を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】元来持っている備長炭や竹炭の多孔性と細孔性を蓄電材に適用した。良質な既製品の備長炭を粉砕分別した単分散性ナノサイズ又はミクロンサイズの微細粒子を蓄電材とし、小電気容量の急速充電を可能にした。残りの多分散性の粉砕分別粒子をさらに粉砕及び分別工程にフィードバックし粉砕及び分別を繰り返し、多分散性微細粒子を多孔質カーボン粒子とし、もしくはさらに微量のイオン放出物質の微細粒子をこれにて混合し蓄電材とし、大電気容量の通常充電を可能にした。この段階で所要充電時間を明確に決定するにはイオン放出微細粒子サイズと多孔質カーボン粒子に対する添加割合などに支配され、現段階で豊富な詳細データが必要になる。しかし充電を継続すれば適当な充電所要時間で充電が完結された。
また一方、生産性の向上及び製品の改善を目指し、日本古来の炭焼き技術と設備を利用改善し、原木材のうばめ樫原木のほか、硬質原木、軟質原木、竹材などを微妙な高温管理を一昼夜にわたり長時間続行した。さらに、別の例では、原木材の一部又は全部に木材の外部や皮、植物性繊維をも利用し、工業廃棄物処理にも考慮し役立つものとした。
図１は蓄電材に係る工程図を示す。一般に、粉砕による粒度分布は粗大粒子径の方に分布の尾を引き、対数正規分布に従うものである。粉砕技術及び分別技術も日々月歩進化を遂げるので、その都度最新手法を適宜に採用し、微細粒子の粒度分布は改善される。図２は充電時間に対する相対充電効率を示す充電特性曲線図である。微細粒子の粒度により相対充電効率は顕著である。多分散性粒子の相対充電効率はイオン放出微細粒子の添加により改善されるので、生産性の高い比較的粒子径の大きい微細粒子であっても大電気容量充電で工業的に利用することができると考えられる。イオン放出微細粒子は微細であれば、さらに相対充電効率はそれに応じて改善される。
なお、イオン放出微細粒子粒度及び物質の種類によりイオン濃度が異なるので、定性的に傾向を述べるに留めた。詳細は次報に譲ることとする。
【実施例】
【０００９】以下、本発明を実施例により詳細に説明する。本発明は以下の開示例に限定されるものではない。本発明に基づく技術思想に係る実施可能な変形例の態様の全ては本願発明に含まれる。
【実施例１】多分散性カーボン粒子にイオン放出微細粒子を本来添加するものであるが、単分散性ミクロンサイズの多孔質カーボン粒子に添加しても充電時間は改良される。  ここで使用された希土類鉱物のモズナ石の吸収スペクトルを図３に示す。
本モズナ石は東南アジアで２５年以前に探索され、キルンで焼かれ有機物は燃焼し除去され、さらに付近の土壌の混和により放射強度も低減されたものである。オーストラリアのキャンベラでスペクトル解析されたものである。平均半減期は約１２年程度であるので、モズナ石の放射強度は１ｇ当り約０．９ｎＣｉと推定されるが、現物のモズナ石はさらに付近の土壌と混和しさらに強度が低減されたものである。したがって、ホルミシスのレベルを満たすものである。これを粉砕し直径約１μの微細粒子とし使用した。
【実施例２】バドガシュタイン鉱石はオーストリアの療養温泉のハイルシュトーレン坑道にある鉱石でバドガシュタイン鉱石といわれ、輸入されたものである。これはラジウム鉱石の一種である。イオン濃度は空気中１ｃｃ当り約８００個程度であった。
【実施例３】トルマリン鉱石はブラジルのトカンチン州鉱山から輸入されたもので平均粒度３μの純正トルマリン微粉ショール（黒）である。これも粉砕し直径約１μの微細粒子とし、イオン濃度は空気中１ｃｃ当り１００乃至１２０個程度であった。
【産業上の利用可能性】
【００１０】１．本発明の蓄電材は自律回復型発電装置の電池や電気二重層型キャパシタに対し最適なものである。
２．実際にバッテリーとして、キャパシタとしても太陽パネルとも接続でき、電気自動車などに利用できる。
３．多孔質カーボン粒子製造法の高い生産性と経済性により工業的に製造できる。
４．二酸化炭素削減対策と、同時に工業廃棄物処理適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】蓄電材に係る工程図
【図２】充電時間ｔに対する相対充電効率Ｅの充電特性曲線図
【図３】希土類鉱物モズナ石のスペクトル図
【符号の説明】
【００１２】１：原木、原木材皮、植物繊維性工業廃棄物、
２：空気
３：炭焼き炉又は類似改良型炉
４：粉砕及び分別工程
５：中間サイズ及び粗大サイズ粒子
６：単分散性微細粒子
７：小電気容量の急速充電用蓄電材
８：多分散性微細粒子
９：イオン放出微細粒子
１０：混和工程
１１：大電気容量の通常充電用蓄電材
Ａ：単分散性ナノサイズ
Ｂ：単分散性ミクロンサイズ
Ｃ：多分散性ミクロンサイズの同条件（イオン放出微細粒子添加あり）
Ｄ：多分散性ミクロンサイズの同条件（イオン放出微細粒子添加なし）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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