(57)【要約】第１の電気伝導層、チタン酸バリウムの第２の層、及び別の電気伝導層がその上に施されている不活性多孔性付形体を含むキャパシタ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電気伝導層、チタン酸バリウムの第２の層、及び別の電気伝導層が施された不活性多孔性付形体を含むキャパシタ。
【請求項２】
第１の電気伝導層、チタン酸バリウムの第２の層、及び別の電気伝導層が施された不活性多孔性付形体からなる請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項３】
不活性多孔性付形体のＢＥＴ表面積が、０．１〜２０ｍ2／ｇの範囲にある、請求項１又は請求項２に記載のキャパシタ。
【請求項４】
不活性多孔性付形体の細孔容積が、１０〜９０体積％の範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載のキャパシタ。
【請求項５】
電気伝導層を不活性多孔性付形体に接触させて施す工程、チタン酸バリウムの層をその頂部に施す工程、電気伝導層を後者の頂部に接触させて施す工程を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のキャパシタの製造方法。
【請求項６】
前記キャパシタを、電力工学において平滑化キャパシタ、電力貯蔵キャパシタ、又は位相キャパシタとして、及び、情報工学において結合キャパシタ、フィルターキャパシタ、又は超小型電力貯蔵キャパシタとして、使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の電気伝導層、チタン酸バリウムの第２の層、及び別の電気伝導層がその上に施されている、不活性多孔性付形体を含むキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタは、情報工学及び電力工学において、多くの役割を果たしている。近年、高エネルギー密度を有し、バッテリーの役割を果たすことができ、或いは短時間高負荷要求性能を満たすために使用できる、キャパシタの研究がなされてきた。
【０００３】
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ４５（２０００）、２４３８〜２４９８頁は、電気化学的又は二重層キャパシタを開示している。このデバイスは、スーパーキャパシタ又はウルトラキャパシタとしても知られ、直列に接続され、２つの電極の間に形成された電気二重層と電解質中のイオンとをそれぞれ有する２つのキャパシタ中に、電気エネルギー（電力）を貯蔵する。電荷分離されている間隔は、わずか数オングストローム（Å）である。電解質には、２５００ｍ2／ｇまでもの内部表面積を有する高度多孔性炭素が使用されている。次のキャパシタ式：
Ｃ＝Ｅ0・Ｅ・Ａ／ｄ
（但し、Ｃは、静電容量（キャパシタンス）、Ｅ0は、絶対誘電率、Ａは、キャパシタの面積、ｄは、電極間の距離である）
によって表されるように、１００ファラド／ｃｍ3までもの静電容量（キャパシタンス）は、大面積のＡと小間隔のｄとで可能になっている。
【０００４】
このような二重層キャパシタ（スーパーキャパシタ）は、現在３〜７Ｗｈ／ｋｇ又はＷｈ／リットルのエネルギー密度を達成しているが、これは通常のバッテリのエネルギー密度（リチウムイオンバッテリは、１５０〜２００Ｗｈ／ｋｇを達成している）よりも遙かに低い。これは、最大許容電圧負荷が、電解質の電気化学的安定性によって、約３．５Ｖに制限されているためである。
【０００５】
他方、高電圧で運用可能なある種のキャパシタが存在し、すなわちチタン酸バリウムによる誘電体を含むセラミックキャパシタである。
【０００６】
チタン酸バリウムによる誘電体を含み、チタン酸塩の２００Ｖ／０．１μｍ以下の高い絶縁破壊抵抗のために高い使用電圧で運用可能である、セラミックキャパシタが、先行技術から知られている。しかし、セラミックキャパシタは相対的に低い静電容量を有する。
【０００７】
【非特許文献１】Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ４５（２０００）、２４３８〜２４９８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した欠点を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、この目的が、第１の電気伝導層、チタン酸バリウムの第２の層、及び別の電気伝導層が施された不活性多孔性付形体を含む、新規且つ改良されたキャパシタによって達成されることを見いだした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のキャパシタは、以下のように製造することができる。
【００１１】
第１の工程において、不活性多孔性付形体に、第１の電気伝導層を設け、これを接触させることができる。チタン酸バリウムの第２の層を、第１の層の頂部に施し、最後に、別の電気伝導層を、このチタン酸塩の層の頂部に施し、これを接触させることができる。この方法で得られたキャパシタは、電気的な接点を除いては、密閉封止され、すなわちカプセル化されている。
【００１２】
好適な多孔性付形体は、一般に、触媒支持体材料であり、例えば金属酸化物に基づくもの、例えば酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化クロム、又はそれらの混合物、好ましくは酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、又はそれらの混合物、特に好ましくは酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、又はそれらの混合物に基づくもの、又はカーバイド（炭化物）、好ましくは炭化ケイ素に基づくものであり、そして０．１〜２０ｍ2／ｇ、好ましくは０．５〜１０ｍ2／ｇ、特に好ましくは１〜５ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積、１０〜９０体積％、好ましくは３０〜８５体積％、特に好ましくは５０〜８０体積％の範囲の細孔容積、及び、０．０１〜１００μｍ、好ましくは０．１〜３０μｍ、特に好ましくは１〜１０μｍの範囲の孔径を有するものである。
【００１３】
付形体は、どのような形状を有することもでき、例えば環状（リング）、ペレット状、星形、車輪状、蜂の巣状、好ましくは立方体形状、円筒状、長方形状、又は箱形で、一般にどんな大きさ（直径、長さ、辺の長さ）であってもよい。情報工学用途のキャパシタの場合には、例えば、大きさは一般に１〜１０ｍｍの範囲にある。電力工学分野では、より大きな寸法が必要である。
【００１４】
付形体に第１の電気伝導層を製造するためには、金属、例えば銅、ニッケル、クロム又はそれらの混合物を、いずれかの層厚で、一般に１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍ、特に好ましくは１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で、施すことができる。
【００１５】
付形体に電気伝導層を施すことは、あらゆる公知の技術、例えば蒸着、スパッタリング、又は無電解メッキ、好ましくは無電解メッキを使用して行うことができる。無電解メッキにおいて、付形体は、適切な、市販され入手可能なメッキ液で浸透又は含浸され、金属の析出のために１００℃より低い温度に加熱される。金属の析出の後に、液体、通常は水は、温度を上昇させて、所望により減圧下で、除去可能である。
【００１６】
例えば鉄又はニッケルの場合には、鉄カルボニル又はニッケルカルボニルの蒸気中で付形体を加熱することにより、第１の電気伝導層を生成することも可能である。鉄の場合には、付形体は約１５０〜２００℃の範囲、ニッケルの場合には５０〜１００℃の範囲の温度に加熱することができる。
【００１７】
好ましい実施の態様において、付形体は、不活性気体（例えば窒素又はアルゴン）雰囲気中で５０〜１００℃の高温に加熱して、均一な金属層を形成することができる。適した液体（上記参照）での含浸によって同様に、結晶核、例えば白金による核等を施すことも有利である。
【００１８】
最後に、第１の金属層を密着させることもできる。例えば、金属被覆付形体の表面上に金属箔をハンダ付けすることにより行うことも可能である（第１の電極の製造）。
【００１９】
誘電体は、次に、最初に製造した電極の頂部に施すことができる。アルコール中で１０ｎｍ未満の粒径を有する結晶チタン酸塩粒子の分散物を使用して、好適に行うことができる。ドイツ国特許出願番号１０２２１４９９．９（Ｏ．Ｚ．  ００５０／５３５３７）に記載されているように、アルコール性溶液中で水酸化バリウム又は水酸化ストロンチウムとチタンアルコキシドを反応させることにより、そのような分散物を製造することができる。
【００２０】
付形体は、５〜６０質量％、好ましくは１０〜４０質量％のチタン酸塩粒子を含むそのような分散物に浸透又は含浸することができ、次に温度を３０〜１００℃、好ましくは５０〜８０℃に上昇させることによりアルコールを除去し、所望により周囲の圧力を減圧して、第１の電極上にチタン粒子を析出することができる。
【００２１】
均一な高密度の誘電体の層を製造するために、付形体を７００〜１２００℃、好ましくは９００〜１１００℃の範囲の温度に、不活性気体雰囲気中で加熱して、チタン酸塩粒子がともに焼結して高密度フィルムを形成することが可能である。
【００２２】
層の厚みを増大するために、チタン酸塩分散物での含浸及び焼結は、数回繰り返すことができる。層厚は、一般に１０〜１０００ｎｍ、好ましくは２０〜５００ｎｍ、特に好ましくは１００〜３００ｎｍの範囲にある。
【００２３】
最後に、第２の電極層を、最初に行った方法と同様の方法で、施すことができる。
【００２４】
第２の電極層が施された後に、第１の密着の反対側に密着を設けて、それによってキャパシタを製造することができる。後者は、保護のために、及び絶縁目的のために密封封止する。
【００２５】
本発明のキャパシタは、電力工学における平滑化キャパシタ又は電力（エネルギー）貯蔵キャパシタ又位相キャパシタ、及び情報工学における結合キャパシタ、フィルターキャパシタ又は超小型電力貯蔵キャパシタとして、好適に使用される。
【実施例】
【００２６】
本発明のキャパシタを、以下に詳細に説明する。
【００２７】
２ｍ2／ｇの多孔性付形体の比表面積（ＢＥＴ表面積）、及び５０００の比誘電率で０．１μｍの厚みのチタン酸バリウム層（「Ｔｈｅ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｇｒａｉｎ  Ｓｉｚｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｂａｒｉｕｍ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  Ｃｅｒａｍｉｃ」、Ａ．Ｊ．  Ｂｅｌｌ及びＡ．Ｊ．Ｍｏｕｌｓｏｎ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ、Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、第３６号、１９８５年１０月、５７〜６５頁）を、冒頭に挙げたキャパシタ式によってキャパシタンス（静電容量）を算出すると約１ファラド／ｃｍ3となる。そのようなキャパシタを、２００Ｖの電圧で蓄電すれば、そのエネルギー密度は２００００Ｗｓ／ｃｍ3又は約５．５ｋＷｈ／リットルとなる。
【国際調査報告】
2005525700.tif 000002
2005525700.tif 000003
2005525700.tif 000004
2005525700.tif 000005
2005525700.tif 000006