(57)【要約】【課題】外部電源によって充電されなくても電荷を蓄積可能であり、外部電源を利用することなく動作時間を延長可能な装置を作成する。【解決手段】電気二重層キャパシタは、密封された保護用ハウジングと、互いに電気的に絶縁された第１、第２電極とから成る。これらの電極の片方または両方はハウジングからも絶縁されている。セルの隙間と電極の隙間とは電解液で満たされている。第１電極の表面には、同位体Ｃ−１４を含む炭素含有物質が塗布されている。電気二重層キャパシタの製造方法は、炭素含有物質から成る表面層が塗布された第１、第２電極を準備するステップと、これらの電極を密封されたハウジングに配置して互いに電気的に絶縁するステップと、第１電極の表面上の炭素含有物質層に同位体Ｃ−１４を導入するステップとを含む。【選択図】図１
2019536256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された保護用のハウジングと、
前記ハウジングの中に置かれた互いに電気的に絶縁された電極対であって、片方または両方が前記ハウジングからも電気的に絶縁されており、同位体Ｃ−１４を含む、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、フラーレン、グラフェン、煤、グラファイト、またはそれらの混合物の配列の形態である第１（作用）電極と第２（補助）電極と、
セルの自由空間と前記電極対の隙間とを満たしている電解液と
を備え、
炭素（同位体Ｃ−１４を含む。）含有物質が前記第１電極の表面に塗布されていることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
前記第１電極の表面に塗布された炭素含有物質が、同位体Ｃ−１４を含む、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、フラーレン、グラフェン、煤、グラファイト、またはそれらの混合物の配列の形態であることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
セパレータが前記電極対の間に配置されて、対向する電極同士の機械的接触を防ぎ、陰極と陽極との間での電解質の混合を妨害することを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項４】
前記電極対が、シリコン、モリブデン、ニオブ、タングステン、ジルコニウム、もしくはこれらの基合金、または耐食鋼で作られていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項５】
放射性核種Ｈ−３、Ｎｉ−６３、Ｓｒ−９０、Ｋｇ−８５、Ａｔ−２４１、Ａｃ−２２７、Ｔｈ−２２９がＣＮＴの表面または内部に置かれていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項６】
塩ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＮＯ3、Ｎａ2ＳＯ4の酸性溶液Ｈ2ＳＯ4もしくはＨＮＯ3、またはアルカリ性溶液ＮａＯＨもしくはＫＯＨが電解液として使用されていることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項７】
電気二重層キャパシタを製造する方法であって、
炭素含有物質の表層を第１電極に塗布する工程を含む第１電極と第２電極とを準備するステップと、
前記第１電極と第２電極とを密封されたハウジングの中に設置して、前記第１電極と第２電極とを互いに電気的に絶縁するステップと、
前記ハウジングを電解質で満たすステップと
を備え、
前記炭素含有物質の層に同位体Ｃ−１４が導入されている
ことを特徴とする製造方法。
【請求項８】
前記第１電極の表面上の炭素含有物質の層が、同位体Ｃ−１４を含む、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、フラーレン、グラフェン、煤、グラファイト、またはそれらの混合物の配列として形成されることを特徴とする請求項７に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【請求項９】
請求項４に記載の電気二重層キャパシタを製造する方法であって、
前記第１電極の表面上の炭素含有物質の層は、自然界に存在するＣ−１２の同位体を含む、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、フラーレン、煤、グラファイト、またはそれらの混合物の配列として形成され、
前記炭素含有物質の層には、同位体Ｃ−１４を含む化合物が含浸される
ことを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
同位体Ｃ−１４を含む塩酸アニリンのアルコール溶液が、前記第１電極の表面上の炭素含有物質の配列へ化合物を含浸するのに使用されることを特徴とする請求項９に記載の電気二重層キャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気工学に関し、特に、マイクロエレクトロニクスおよび自律型電子装置用の電源として、エネルギーの蓄積用および貯蔵用に設計され、電気エネルギーの生成、蓄積および長期保存に利用可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力蓄積用として知られた装置（蓄電池）は、電気エネルギーを化学エネルギーに変換し（充電）、逆に化学エネルギーを電気エネルギーに変換する（放電）という二次電池の原理を利用して動作する。最も一般的な蓄電池は鉛蓄電池であり、ハウジングの内部に二酸化鉛から成る正極と海綿状鉛から成る負極とが設置されている。両電極間には電解液である硫酸が充填されている。放電過程では正極と負極との両方の活性質量が反応して硫酸鉛が形成され、充電過程では二重スルホン化と呼ばれる化学反応が生じる [非特許文献１、２参照]。電解液の濃度が最高値（硫酸では１．２８ｇ／ｃｍ3）に達すると充電が停止する。放電の終了時には濃度は１．０８−１．１０ｇ／ｃｍ3へ降下し、その後は再充電が必要である。
【０００３】
蓄電池は、構成の簡単さ、製造可能性、およびコストの低さにより、電気エネルギーの貯蔵装置としては最も一般的である。蓄電池はエネルギー密度が高く、充放電の繰り返しが容易である。蓄電池の欠点は次のとおりである。充電に外部電源が必要である。充電時間が長い。電力に制限がある。充放電サイクル数に限りがある。 原則として、蓄電池の寿命は１０年を超えていない。
【０００４】
蓄電装置としてはキャパシタも知られている［非特許文献３、４参照]。最も単純なキャパシタは、電流を通さない物質である誘電体の層によって分離された２枚の金属膜から成る。キャパシタの膜が電源に接続されると充電電流が流れ、金属膜に正負の電荷が蓄積される。キャパシタが充電されるとすぐに回路内の電流は０になる。キャパシタが電源から切断されると、蓄積された電荷が貯蔵される。キャパシタが抵抗に接続されるとキャパシタから放電電流が流れ、完全に放電される。この充放電サイクルは何度も繰り返すことができる。蓄電装置としてのキャパシタの利点は次のとおりである。構成が簡単である。充電時間が比較的短い。蓄電池と比べれば、容量が大きく、不具合が生じるまでの充放電サイクル数が多い。キャパシタの欠点は、充電に外部電源が必要なことである。
【０００５】
電気二重層キャパシタまたはイオノスタと呼ばれる蓄電装置が知られている［非特許文献５−８参照］。電気二重層キャパシタの基本構造には、導電物質から成る膜状電極が２枚含まれ、それらの間に有機物または無機物の電解質が配置されている。電気二重層キャパシタの電気的パラメータを向上させる目的で、膜状電極は更に多孔性物質（ほとんどの場合、活性炭）で覆われている。電気二重層キャパシタにはキャパシタと蓄電池との両方の動作原理が組み合わされている。
【０００６】
電気二重層キャパシタにはエネルギーが次の２種類のメカニズムによって蓄積される。
第１に、電極と電解質との間の境界で形成される電気二重層による。この電気二重層の容量は次式（１）で決まる。
【０００７】
【数１】
2019536256.tif 000003
ここで、εは二重層の媒質の比透磁率であり、ε0は真空の透過率であり、Ａは電極の比表面積であり、ｄは電気二重層の有効厚さである。
【０００８】
第２に、電極と電解質との間での可逆的化学反応が与える疑似容量による。この場合、電子の蓄積はファラデー過程、すなわち、酸化反応の結果、電子が抽出されて電極と電解質との間の界面を通過することによる。理論的には、擬似容量は次式（２）によって計算可能である。
【０００９】
【数２】
2019536256.tif 000004
ここで、ｎは酸化反応の結果、移動した電子数であり、Ｆはファラデー定数であり、Ｍは金属酸化物のモル質量であり、Ｖは作動電圧の範囲である。このようなハイブリッドキャパシタは、充放電サイクル中における特性の高い安定性を維持しながら、更に高い容量密度と電力とを実現可能である。
【００１０】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は電気二重層の容量と擬似容量との両方の特徴を有する。ＣＮＴの特性と製造方法、および電極の構成によっては、電気二重層キャパシタの比容量は３５０Ｆ／ｇに達しうる［非特許文献９参照］。電気二重層キャパシタの容量特性の向上を目的としてＣＮＴのいわゆる官能化が行われる。すなわち、ＣＮＴの構造への、原子、ラジカル、または官能基の導入を伴う特殊な処理が行われる。たとえば、ＣＯＯＨ基によるＣＮＴの官能化は、比容量を０．２５−９１．２５Ｆ／ｇ増加させる［非特許文献１０参照］。ＣＮＴを利用した電気二重層キャパシタの比容量のうち、現時点で実現された最も高い値は３９６Ｆ／Ｇである。しかし、技術の進歩の結果、この特性は絶えず増加しており、その値が５００Ｆ／Ｇに到達したという情報もある［特許文献１１参照］。
【００１１】
現在、市販の電気二重層キャパシタのほとんどでは電極が、炭素修飾の異なる材質（グラファイト、活性炭、カーボンナノチューブ、グラフェン、炭素複合材料等）から製造されている。これらの材質は、市販されている高価ではない物質であり、耐食性に優れている。特に、活性炭と比べてＣＮＴは導電性が高い。炭素を利用する電気二重層キャパシタはサイクルの安定性と寿命の長さとで特徴的である。電極の表面でも内部でも化学反応が起こらず、電気二重層によって電荷が蓄積されるからである。
【００１２】
ＣＮＴ型電気二重層キャパシタの利点は次のとおりである。
【００１３】
−キャパシタよりも比容量が高く、蓄電池よりも比出力が高い。
【００１４】
−寿命が長い。すなわち、充放電サイクル数に対する耐性が高い。静電容量を実質的に減少させることなく、最大で１０6サイクルまで耐えることができる。電気二重層キャパシタの主な欠点は、蓄電池と同様、充電用外部電源の必要性にある。
【００１５】
英国の物理学者ヘンリー・モズレーによって１９１３年に発明された、放射性同位体を用いた電気エネルギー源（ベータ・セル）が知られている。これは、絶縁された電極が内部に配置されたガラス製のレトルト（蒸留器）であり、その電極の中心にはラジウム塩が置かれていた。β崩壊で放出された電子は、ガラス球の銀層とラジウム塩を含む電極との間に電位差を生じさせた。モズレーの電池は、レトルト中の気体の絶縁破壊電圧を上限とする高電圧まで充電された。この上限は、レトルトの排気によって上げることができた。
【００１６】
α崩壊またはβ崩壊による放射線を用いて原子内のエネルギーから電気エネルギーを生成する装置が知られている［特許文献１参照］。この装置には、水または空気によって冷却される金属製の閉じたシェルが２個（エミッタおよびコレクタ）含まれている。これらの一方は他方の中に置かれており、これらの隙間は１０-5−１０-6ｍｍＨｇの真空である。  エミッタには放射性物質が塗布され、隙間とコレクタとに面した厚さ２５−１００μｍの金属層を形成している。エミッタとコレクタとの間には金属製の制御グリッドが設置されている。このグリッドは、５０ＨｚのＡＣ電力網から電力が供給される高電圧トランスの二次巻線と電気的に接続され、エミッタとコレクタとは、別の高電圧トランスの一次巻線と電気的に接続されている。この別の高電圧トランスの二次巻線は電力負荷に接続されている。この装置は、常に充電されているキャパシタのように動作し、その充電電流がエミッタからコレクタへの粒子流によって決まる。この装置には次の欠点がある。エミッタとコレクタとの隙間に真空を維持する必要がある。放射性崩壊で生成された粒子を完全に停止させるのに十分な振幅でグリッドの電圧を変調するのに外部電源が必要である。
【００１７】
典型例の特徴
電気二重層キャパシタの次の構造が知られている［非特許文献１２参照］。この構造では電極が、基本的なキャパシタにおいて膜の機能を果たすものであり、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）で作られている。典型例の作動電極は、電気アーク法により合成された粉末状のナノチューブを、穴のないグラファイトの基板上に均一に塗布することによって形成されている。濃度３５重量％の硫酸（密度１．２６ｇ／ｃｍ3）が電解液に使用された。ＣＮＴの特性を向上させる目的で、電解液を電位１．１Ｖに保って分極させることにより親水化させている。典型例は、仕事電位の範囲の広さ（１．４Ｖ以上）、約２０ｋＷ／ｋｇの比出力、および１Ｗｈ／ｋｇ以下の比エネルギーに特徴がある。典型例の主な欠点は、先に説明された装置と同様、電気二重層キャパシタの充電に外部電源が必要なことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】ロシア連邦特許第２１１３７３９号明細書
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】D.A. Khrustalev, “Accumulators,” Moskow, Izumrud, 2003
【非特許文献２】V.P. Kashtanov, V.V. Titov, A.F. Uskov, 他, “Lead Starter Storage Batteriers, Guidance,” Moskow, Voenizdat, 1983, 148 pp
【非特許文献３】J.C. Maxwell, “A Treatise on Electricity and Magnetism,” Dover, 1873, P.266, ISBN 0-486-60637-6
【非特許文献４】B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf, “Handbook on Physics for Engineers and Students of Higher Education Institutes,” Moskow, Nauka, 1968
【非特許文献５】B.E. Conway, “Electrochemical Supercapacitors,” Scientific Fundamentals and Technological Applications, N.Y., Kluwer Academic Plenum Publ., 1999
【非特許文献６】Appl. Phys. Lett., 2000, 77, p.2421
【非特許文献７】D.V. Pankratov, 他, “Flexible thin supercapacitor based on the composite from multi-walled carbon nanotubes and electroconductive polyaniline,” The Modern Problems in Science and Education, 2012, No.4
【非特許文献８】http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl8038579
【非特許文献９】Chongfu Zhou. “Carbon Nanotube Based Electrochemical Supercapacitors,” School of Polymer, Textile and Fiber Engineering, Georgia  Institute of Technology, 2006, P.18
【非特許文献１０】Christopher M. Anton, Matthew H. Ervin, “Carbon Nanotube Based Flexible Supercapacitors,” Army Research Laboratory, 2011, P.7
【非特許文献１１】http://rusnanonet.ru/news/37452/
【非特許文献１２】Yu. M. Wolfkovich, 他 “Carbon Nanotube Based Power Electrochemical Supercapacitors,” Electrochemical Power Engineering, 2008, Vol.  8, No. 2,  pp.106-110
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の技術的課題は、充電に外部電源を必要としない蓄電装置の創作にある。別の技術的課題は、充電に外部電源を使用することなく、蓄電装置の動作時間を延長することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
特許請求の範囲に記載された装置では上記の技術的課題が解決される。これは、β線を発する放射性同位体を含むカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）でキャパシタの電極の片方を構成することによる。このＣＮＴは、放射性同位体Ｃ−１４、または炭素の安定同位体と放射性同位体Ｃ−１４との混合物から成る。ＣＮＴへのＣ−１４の導入は、次の３つの方法のいずれかが用いられれば実現可能である。
【００２２】
ａ）ＣＮＴの合成段階において、Ｃ−１４を含む、液相、固相、または気相の炭素含有物質（例えば、揮発性有機化合物、メタン、ＣＯ、またはＣＯ2）が原料として直に利用される。
【００２３】
ｂ）天然の安定な炭素から生成されたＣＮＴに、同位体Ｃ−１４を含む化合物の溶液または揮発性気体が含浸される。
【００２４】
ｃ）同位体Ｃ−１４を含む、原子、ラジカル、または官能基をＣＮＴに導入するための電気化学的、熱的、放電、レーザー、磁気的、またはイオンビーム等を用いた処理によりＣＮＴの官能化が行われる。
【００２５】
β崩壊する他の放射性同位体、例えば、放射性核種Ｈ−３、Ｎｉ−６３、Ｓｒ−９０、Ｋｒ−８５、Ａｍ−２４１、Ａｓ−２２７、Ｔｈ−２２９がＣＮＴの表面に塗布されてもよい。これらは、電子の放出と電気二重層キャパシタの充電とを著しく容易にする。
【００２６】
この場合、外部電源ではなく、β線源の電子のエネルギーを充電に利用することによって、我々は自己充電式電気二重層キャパシタを具現化する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】自己充電式電気二重層キャパシタの構造
【図２】研究されたセルの構造（ａ）および外観（ｂ）
【図３】放射能が１．７４、６．０ｍＣｉに等しいＣ−１４を含む塩酸アニリンを有するセルの充電特性
【図４】放射能が１．７４ｍＣｉに等しいＣ−１４を含む塩酸アニリンを有するセルの放電特性
【図５】蒸留水で満たされた内部に置かれ、放射能が１．７４ｍＣｉに等しいＣ−１４を含む塩酸アニリンが含浸された基板の上にＣＮＴの配列を有するセルの充電特性（ａ）と放電特性（ｂ）
【図６】放射能が６．０ｍＣｉに等しいＣ−１４を含む塩酸アニリンと、０．１ＮのＨ2ＳＯ4である電解液とを有するセルの充電特性（ａ）と、定常状態における負荷１０ｋΩへの放電特性（ｂ）
【図７】放射能が６ｍＣｉに等しいＣ−１４を含む塩酸アニリンと、０．１ＮのＨ2ＳＯ4である電解液とを有するセルの充放電特性
【図８】放射能が６ｍＣｉに等しいＣ−１４を含む塩酸アニリンと、０．０１ＮのＮａＯＨである電解液とを有するセルの充電特性（ａ）と、定常状態における負荷１０ｋΩへの放電特性（ｂ）
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１には自己充電式電気二重層キャパシタの構造が示されている。この構造は金属基板（１）を含む。この基板上にはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の配列（２）が成長しており、その中には放射性同位元素Ｃ−１４（２）が含まれている。この基板はフッ素樹脂製のハウジング（３）の内部に置かれ、外部端子（５）を含む下側電極（４）との接触が維持されている。放射能を持つこの基板の上には、セパレータ（６）が配置されており、対向する電極間の機械的な接触を防ぎ、負極側と正極側との電解液の混合を妨げている。セルのハウジングは電解液（７）で満たされ、樹脂製の蓋（８）で閉じられている。この蓋の中には第２電極（９）が挿入されている。この蓋（８）がセルを密封している。
図２の（ａ、ｂ）には、研究された電気二重層キャパシタのセル模型の構造と外観とが示されている。このセルはフッ素樹脂製のハウジング３とステンレス鋼製の蓋２とから成る。ハウジングの内部には電極、コレクタ４が設置されており、フッ素樹脂製のワッシャー５によって蓋から絶縁されている。研究中の作動電極８は基板の形をしており、コーティング面をゴム環６に向け、それにフッ素樹脂製の中敷き７で押し付けられている。この基板の下側には、ねじの切られたバネ端子で端子付きの電線がつながれている。セルは、電極４の貫通穴を通して注入された電解液で満たされている。この実施形態の寸法では、基板の見かけの面積は０．５ｃｍ2であり、電解液が抜かれて乾燥したセルの静電容量は８２ｐＦである。
【００２９】
塩酸アニリン（同位体Ｃ−１４を含む）のアルコール溶液がナノチューブ上に何度も連続して塗布されることにより、ＣＮＴを含む基板が準備された。塗布された同位体の放射能は、試薬を含浸する前後で測定された基板の重量に基づいて、熱量測定法で得られた比放射能特性を用いて算定された。タイプの異なる２種類の基板について、この方法で測定された同位体Ｃ−１４の放射能は、１．７４、６ｍＣｉであった。さらに、基板からのβ線量の測定値は、０．８×１０5、２．２５×１０5／（分・ｃｍ2）に等しかった。
【００３０】
デジタル・ナノ電圧計ＳＣＨ−３１と、アナログ−デジタル・モジュールＡＤＡＭ４０１７＋に基づいて特別に用意された自動測定システムとを使用した電気二重層キャパシタ・セルの電気性能の研究（乾燥したセルと電解液で満たされたセルとに対する測定）が行われた。
【００３１】
本発明の実施形態は、以下の例で表される。
【００３２】
例１
厚さ約１０μｍのＣＮＴ配列の形をした被覆が片側に形成された基板に塩酸アニリンの溶液が含浸された。これにより、炭素原子の約半分が同位体Ｃ−１４であった。乾燥された後での基板の質量の増分から決定されたＣ−１４の放射能の総量は、第１基板では１．７４ｍＣｉ、第２基板では６．０ｍＣｉであった。基板は上記の構造のセルの中に置かれた。このセルの電圧が、同位体Ｃ−１４のβ崩壊による電荷として記録された。乾燥したセルの充電特性は、図３に示されている。
【００３３】
セルの充電は、負電荷である電子が放出される結果、ＣＮＴを含む基板が正電荷を獲得することで進む。セルは丸一日かけて充電され、その電圧が約４００ｍＶに達した後、負荷抵抗に放電する間、その電圧が記録された。セルの放電は、１０ｋΩ抵抗器では数分の１秒間行われ、４７ＭΩ抵抗器では数分間行われた。後者の場合、放電特性は図４のグラフで表される。
【００３４】
セルの放電初期（１０分間）では放電曲線が指数関数的な性質を持つ。その後は指数関数からのずれが顕著になり、定常状態では放電曲線が一定のレベルに安定化する。定常状態は、セルの充放電が等速度であることで決まり、特に充電については、基板上のβ線源の放射能で決まる。
【００３５】
上記の実験は、β崩壊に伴う電子による直接的な充電では乾燥したセルが低効率であることを示している。これらの電子のうちコレクタ電極に到達した部分しか、セルの充電過程に寄与しないからである。さらに、β崩壊による電子の一部が基板上のＣＮＴ配列に吸収され、基板の正電荷を打ち消すからである。
【００３６】
例２
放射能が１．７４ｍＣｉに等しいＣ−１４を含む基板を有するセルには、乾燥状態での充放電が実験された後、蒸留水が充填された。このセルの充放電特性が測定された。このセルの電圧と負荷抵抗１０ｋΩへの放電電流との変化が、図５に示されている。
【００３７】
水が充填されてからの約２０時間である初期では、純水のイオン伝導度が低いのでセルの充電効率が低い。この段階でのセルの電圧はほとんど、５０ｍＶを超えなかった。基板から塩酸アニリンの一部が水に溶解して、その中にイオンが追加された後は、続く１０−１２時間にわたってセルの電圧が徐々に上昇する。定常状態では、セルの電圧が一定値約３００ｍＶに近づいて安定化し、セルに水がある限り、このレベルに維持される。この段階ではセルの負荷、１０ｋΩの抵抗器に流れる電流は約１μＡ／ｃｍ2に安定化する（図５ｂ）。
【００３８】
上記の実験により、Ｃ−１４を含むＣＮＴ配列を有する電気二重層キャパシタでは、蒸留水が充填されたセルは水のない同様なセルよりも、効率が有意に高いことがわかる。
【００３９】
例３
例１に記載されたように、放射能６ｍＣｉのＣ−１４を含む塩酸アニリンが含浸されたＣＮＴ配列を備えた基板を有するセルは、蒸留水を充填された状態で充放電の実験が行われた後に乾燥させられ、その後、そのセルには電解液０．１ＮのＨ2ＳＯ4が充填された。
【００４０】
セルの電圧の経時的変化は、図６ａに示されているグラフで特徴付けられ、定常状態における負荷１０ｋΩへの放電電流の経時的変化は、図６ｂに示されている。
【００４１】
放電電流は、初期ではピーク４μＡ／ｃｍ2に達した後に１μＡ／ｃｍ2まで減少し、中間期では最大値が１．５μＡ／ｃｍ2に達する。さらに、グラフに示されている放電曲線の終了領域では放電電流がゼロまで減少する。これは、密封されていないセルから水が蒸発（または放射線分解）したことに関連する。
【００４２】
図７には、負荷抵抗１０ｋΩが使用されるときのセルの「充放電」動作が示されている。このグラフは次のことを示している。負荷抵抗１０ｋΩがセルに接続された瞬間では、放電電流（曲線２）が最大値４−９μＡ／ｃｍ2に達し、その後の数秒間に２μＡ／ｃｍ2まで減少する。負荷抵抗が分離されたとき、セルの電圧（曲線１）が内部の充電動作によって立ち上がり、２秒が経過するまでには５０−７０ｍＶに達し、５秒間のサイクルの完了時には９０−１００ｍＶにまで達する。
【００４３】
例４
放射能が６ｍＣｉに等しいＣ−１４を含む塩酸アニリンが含浸されたＣＮＴ配列を有する基板を備えたセルは、例２に記載されたように、電解液０．１ＮのＨ2ＳＯ4が充填されて充放電実験が行われた後、乾燥されてから電解液０．０１ＮのＮａＯＨで満たされた。
【００４４】
セルの電圧の経時的変化は、図８ａに示されているグラフで特徴付けられ、定常状態における負荷１０ｋΩへの放電電流の経時的変化は、図８ｂに示されている。
【００４５】
電解液０．０１ＮのＮａＯＨを含むセルでは、電解液０．１ＮのＨ2ＳＯ4を含むセルと同様、β崩壊のエネルギーによる電気二重層の自己充電が生じ、最大約３００ｍＶの定常レベルに達する。負荷１０ｋΩへの放電電流は、初期では最大１８μＡ／ｃｍ2まで増加し、その後、滑らかに減少し、定常値約４０μＡ／ｃｍ2に達する。
【００４６】
こうして、放射性同位体Ｃ−１４を含むＣＮＴ配列を有する基板状の電極を備えた電解セルを使用した実験では、自己充電式電気二重層キャパシタの動作が実証された。この装置は、如何なる外部電源もなしで充放電を繰り返す。
【００４７】
上記のデータから、特許請求の範囲に記載された発明が使用されるときには、以下の条件が満たされることがわかる。
【００４８】
−特許請求の範囲に記載の発明が実施される場合、その実施形態である電気二重層キャパシタの形をした装置は、外部電源による充電なしで電気エネルギーを蓄積して貯蔵する。
【００４９】
−特許請求の範囲に記載の発明による電気二重層キャパシタの充電方法は、半減期が５７００年である同位体Ｃ−１４のβ崩壊を使用する。装置の密封が確実な場合、セルの電極とハウジングとでは耐食性合金から成る材質の消費が最小限に抑えられ、電解液は消費されない。
【００５０】
−特許請求の範囲において独立請求項に記載されたような装置とその製造方法とについて、その請求項に記載され、または優先日前に知られていた設備と方法とを用いた実施形態の実現可能性が証明されている。
【００５１】
−特許請求の範囲に記載の発明を実施する装置は、出願人がすでに得ている技術的効果を確実に達成可能である。
【００５２】
本発明の利点は次のとおりである。
【００５３】
β崩壊のエネルギーを電気エネルギーに変換する効率が上昇する。これにより、類似技術と比較して出力電流、電力が明らかに増加する。
【００５４】
同位体Ｃ−１４が塗布された電気二重層キャパシタとして形成される電源の製造コストが低減する。同位体Ｃ−１４は、市場で入手可能な同位体のうち（放射能の単位あたりの）コストが最も安価なものの１つであり、装置の構造と製造工程とが簡単だからである。
【００５５】
提案された装置は、カーボンナノチューブの配列を含む被覆が塗布された電極を有する電気二重層キャパシタを使用する。これは、モバイル装置用電源の製造においてすでに利用可能な技術を用いて製造可能である。
【００５６】
したがって、特許請求の範囲に記載された発明は「産業上の利用可能性」の要件を満たす。
【００５７】
技術的効果を実現するための特徴
特徴１：β崩壊による放射線のエネルギーを電気エネルギーに変換するこの装置では電気二重層キャパシタが使用される。その作動電極は、カーボンナノチューブの配列を有する基板として形成されている。
【００５８】
特徴２：カーボンナノチューブの配列を有する基板に、同位体Ｃ−１４を含む化合物の溶液が含浸され、またはそのカーボンナノチューブが同位体Ｃ−１４を用いて製造される。
【００５９】
特徴３：カーボンナノチューブの配列を有する基板が電解液中に配置される。配列中の個々のナノチューブと電解液との間の界面には、β崩壊による充電中に発生した非対称な電位障壁である電気二重層が形成され、電荷の効果的なセパレータとしての役割と同時に、電気エネルギーの蓄積装置としての役割を果たす。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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