(57)【要約】      （修正有）【課題】エコカーなどの車両または太陽電池や風力発電等の多くの大容量用途に最適な蓄電器または鉛蓄電池。【解決手段】１）多孔質併せカーボンの電極からなる正極１および負極２の間に、アルミナ系セラミックスの多孔質絶縁セパレータ３を設けた電気二重層キャパシタの蓄電器。２）電極には円筒状に設けた多孔質併せカーボンに、イオン化の大きい金属元素などを設け、正極および負極の間にはアルミナ系セラミックスの多孔質の絶縁セパレータを設けた非対称キャパシタの蓄電器。３）電極に設ける多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボン、またはラジカル絶縁膜を設けた多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンに、アモルファスシリコン膜の誘電体を設けたコンデンサーの蓄電器。４）網状に設けた炭素繊維を芯に設けた鉛および二酸化鉛の電極板に、多孔質併せカーボンの被いを設け、アルミナ系セラミックスの多孔質の絶縁セパレータを設けた鉛蓄電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層キャパシタにおいて、多孔質併せカーボンの電極からなる正極１および負極２の間には、電解液の通路の溝４を設けた多孔質の絶縁セパレータ３を設けた活性炭素の蓄電器または蓄電池。
【請求項２】
非対称キャパシタにおいて、電極には円筒状に設けた多孔質併せカーボンに金属元素などを設け、正極および負極の間には電解液等の通路の溝を設けた多孔質の絶縁セパレータを設けた活性炭素の蓄電器または蓄電池。
【請求項３】
コンデンサーの電極に設ける多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンに、アモルファスシリコン膜の誘電体を設けた活性炭素の蓄電器または蓄電池。
【請求項４】
ラジカル酸化膜またはラジカル窒化膜の絶縁膜を設けた多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンに、アモルファスシリコン膜の誘電体を設けた活性炭素の蓄電器または蓄電池。
【請求項５】
鉛蓄電池において、網状に設けた炭素繊維を芯に設けた電極板に多孔質併せカーボンで被いを設け、電解質には電解液等の通路の溝を設けた多孔質の絶縁セパレータを設けた活性炭素の蓄電器または蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】  エコカーなどの車両または太陽電池や風力発電等の多くの用途に設ける、蓄電器または蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  電気エネルギーを貯蔵するデバイスとして、充放電を急速に行うことができ、小さな電流での長時間放電が可能である電気二重層キャパシタがある。電気二重層キャパシタは、パーソナルコンピュータやメモリーバックアップなどに用いられ、二次電池の長寿命化のための電源として広く使われている。キャパシタを電気エネルギー貯蔵として用いるときの大きな特徴は、充電を急速に行えることであり、繰り返えしの充放電の使用に適しているのである。
エネルギー密度をより二次電池に近づけるために、電気二重層キャパシタに電気化学反応を、正負電極のそれぞれで生じさせる非対称キャパシタである。
セラミック・コンデンサーには単板型、高い誘電率のセラミックスを積み重ねた積層型、セラミックスの結晶体そのものの構造を利用したＢＬ型の半導体コンデンサーなどがある。
化学反応による電気発生方法はイオン化を利用した二次電池（蓄電池）がある。この電池には鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、ニカド二次電池、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池などがあり、現在ではリチウムイオン系の二次電池が主流であり、エネルギー密度が高く、大きい電流密度が可能である。
【発明が解決しようとする課題点】
【０００３】  現在、主流であるリチウムイオン系の二次電池は高価であり、数時間の充電が必要である。したがって価格を抑え、短時間充電の蓄電池（二次電池）やエネルギー貯蔵および密度の効率向上のキャパシタ、または静電容量の大きいコンデンサーの開発である。
電気二重層キャパシタの特徴である高い出力密度および急速充電の特性を生かした、電気エネルギー貯蔵の向上の電気二重層キャパシタと、キャパシタのエネルギー密度をより二次電池に近づけるために、電気化学反応を正負の電極に生じさせる非対称キャパシタであり、誘電体にアモルファスシリコンなどの絶縁膜を設けたコンデンサーの蓄電器である。鉛蓄電池とキャパシタを併用した蓄電池を開発するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  電気二重層および非対称キャパシタとコンデンサーの蓄電器、または鉛蓄電池の電極に設ける多孔質併せカーボンには、表面に２ｎｍ以下のミクロ孔が露出している１０μｍ程度の径を持った活性カーボンファイバー（ＡＣＦ）の繊維状活性炭および２ｎｍ以下のミクロ孔や２〜５０ｎｍのメソ孔を持った鋳型炭素化法の活性炭を併せて設けるのである。また、繊維状活性炭（ＡＣＦ）をクロス（織布）、ミルド（チョップド）、フエルト（マット）、などの形態に設けた繊維状活性炭と鋳型炭素化法の活性炭と併せ、電極に設けるのである。
コンデンサーの電極に設ける多孔質カーボンは、繊維状活性炭（活性カーボンファイバー：ＡＣＦ）または鋳型炭素化法の活性炭である。
【０００５】  非対称キャパシタにはイオン化利用の金属元素などを用いるのであり、多孔質併せカーボンを円筒状に設け、この円筒状に化学反応による電気発生の金属元素などを設けるのである。
電気二重層または非対称キャパシタの正極および負極の間には、細孔を持つアルミナ系セラミックスなどの多孔質の絶縁セパレータを設けるのである。多孔質の絶縁セパレータには平行流または直交流の溝を設けるのである。溝は電解液等の通路となるのであり、電解液には希硫酸を用い、減極剤には過酸化水素水を用いるのである。
【０００６】  コンデンサーの誘電体にはアモルファスシリコン膜を設けるのである。また、電極に設ける多孔質併せカーボンまたは多孔質カーボンにはラジカル酸化膜またはラジカル窒化膜の絶縁膜を要する場合と不要の場合がある。
受けるのである。
【０００７】  鉛蓄電池の電極板の芯には網状に設けた炭素繊維を設けるのであり、負極の鉛電極板および正極の二酸化鉛の電極板には多孔質併せカーボンの被いを設けるのである。電解質には細孔を持つアルミナ系セラミックスなどの多孔質の絶縁セパレータを設けるのである。この多孔質の絶縁セパレータには平行流または直交流の溝を設けるのである。溝は電解液等の通路となるのであり、電解液には希硫酸を用い、減極剤には過酸化水素水を用いるのである。
【作用】
【０００８】  電気二重層キャパシタの電極に設けた多孔質併せカーボンは充電により大量のイオンが吸着され、電気を貯蔵するのであり、消滅することにより放電となる。多孔質の絶縁セパレータ３の溝４は、電解液の通路となり、多孔質併せカーボンに容易に電解液が充満して電解質イオンが電極表面に物理的に効率よく吸着および脱着するのであり、大量の電気エネルギー貯蔵である。
【０００９】  非対称キャパシタの多孔質併せカーボンおよび多孔質の絶縁セパレータの溝の作用は（０００８）の記述と同じであり省略する。
円筒状の多孔質併せカーボンにはイオン化利用の金属元素などを設け、キャパシタのエネルギー密度をより二次電池に近づけるために、電気化学反応を電極で生じさせるのである。電解質イオンが電極表面に物理的に吸着および脱着と、電気化学反応の併用であり、円筒状の多孔質併せカーボンおよび金属元素などに添加の気相成長系炭素繊維（ＶＧＣＦ）により電気抵抗を下げ、充放電サイクルの向上である。
【００１０】  コンデンサーの電極に設ける多孔質併せカーボンまたは多孔質カーボンに、誘電体のアモルファスシリコン膜を設けて静電容量を得るのであり、電極の多孔質併せカーボンまたは多孔質カーボンでも物理的にイオンの吸着により電気エネルギーの貯蔵をするのである。
また、多孔質併せカーボンまたは多孔質カーボンに、ラジカル酸化膜やラジカル窒化膜の絶縁膜を設けた絶縁耐力の強化であり、多孔質のカーボンによる電気エネルギーの貯蔵である。
【００１１】  鉛蓄電池の電極板の芯に網状に設けた炭素繊維を設け、鉛および二酸化鉛を設けるのである。網状に設けたＰＡＮ系炭素繊維は単層および多層またはブレードの形態に設けて用いるのである。ＰＡＮ系炭素繊維を設けることにより電気抵抗を下げるとともに、電極の強度を上げ、充放電サイクルの向上である。なお、電極板に設けた多孔質併せカーボンの被い、および溝を設けた多孔質の絶縁セパレータの作用は（０００８）の記述と同じであり省略する。
【実施例１】
【００１２】  請求項１についての説明。
多孔質併せカーボンの電極からなる正極１および負極２の間には、電解液の通路の溝４を設けた多孔質の絶縁セパレータ３を設けた構成の、電気二重層キャパシタの蓄電器。
多孔質併せカーボンには、繊維状活性炭（活性カーボンファイバー：ＡＣＦ）および鋳型炭素化法の活性炭を併せたカーボンを電極に設けるのである。正極１および負極２の間には、細孔を持つアルミナ系セラミックスなどの多孔質の絶縁セパレータ３を設けるのである。多孔質の絶縁セパレータ３には電解液の通路となる溝４を設けるのであり、溝４には平行流（並流または向流）または直交流などの溝４形がある。【００１３】  多孔質カーボンの細孔の分類には、マクロ孔（５０ｎｍ以上）・メソ孔（２〜５０ｎｍ）・ミクロ孔（２ｎｍ以下）・スーパーミクロ孔（０．７〜２ｎｍ）・ウルトラミクロ孔（０．７ｎｍ以下）に分けられている。電気二重層キャパシタの電極に設ける多孔質カーボンには、２ｎｍ以下のミクロ孔が表面に露出している繊維状活性炭（活性カーボンファイバー：ＡＣＦ）および鋳型炭素化法の活性炭を設けるのである。この鋳型炭素化法による活性炭は、ゼオライトを鋳型として細孔をカーボンに写し取ることによって同じ大きさの細孔を大量に持つ多孔質カーボンを作る方法である。２ｎｍ以下のミクロ孔を大量に持つ、３６００ｍ２／ｇにも達する表面積を持つ多孔質カーボンや２〜５０ｎｍのメソ孔に富んだ多孔質カーボンである。
正極１と負極２にはミクロ孔が表面に露出している繊維状活性炭（活性カーボンファイバー：ＡＣＦ）および鋳型炭素化法の活性炭を併せて設けるのである。表面に正負両イオンの吸着率が大きい併せ活性炭を、正極１および負極２の電極に設けるのである。【００１４】  多孔質の絶縁セパレータ３には、細孔を持つアルミナ系セラミックスを用いるのである。細孔を持つアルミナ系セラミックスの絶縁セパレータ３には、平行流（並流または向流）または直交流などの溝４形を設けるのである。この溝４形は電解液である希硫酸の通路となり、正極と負極の多孔質併せカーボンに容易に電解液が充満する溝４である。したがって、多孔質併せカーボンに電解液が充満し、正負両イオンが効率よく吸着するのである。よって大量の電気エネルギーを貯蔵する電気二重層キャパシタの蓄電器である。【００１５】  多孔質併せカーボンは、繊維状活性炭（活性カーボンファイバー：ＡＣＦ）および鋳型炭素化法の活性炭を併せたカーボンである。繊維状活性炭（ＡＣＦ）をクロス（織布）、ミルド（チョップド）、フエルト（マット）などの形態に設けて用いるのであり、鋳型炭素化法の活性炭と併せた構成の多孔質の併せカーボンである。
【実施例２】
【００１６】  請求項２についての説明。
電極には円筒状に設けた多孔質併せカーボンに金属元素などを設け、正極および負極の間には電解液の通路の溝を設けた多孔質の絶縁セパレータを設けた構成の非対称キャパシタの蓄電器。
多孔質併せカーボンには、繊維状活性炭（活性カーボンファイバー：ＡＣＦ）および鋳型炭素化法の活性炭を併せ、円筒状に設けるのである。この円筒状の併せカーボンに金属元素などを設けて電極に設けるのである。正極および負極の間には、細孔を持つアルミナ系セラミックスなどの多孔質の絶縁セパレータを設けるのであり、絶縁セパレータには平行流または直交流などの溝形が設けてあり、電解液などの通路となるのである。【００１７】  円筒状の多孔質併せカーボンは、繊維状活性炭をクロス（織布）、ミルド（チョップド）、フエルト（マット）などの形態に設けた活性カーボンファイバー（ＡＣＦ）および鋳型炭素化法の活性炭を併せ、円筒状に設けるのである。この円筒状に設けた多孔質併せカーボンに、金属元素などを設けるのである。設ける金属には鉛蓄電池の鉛と二酸化鉛またはボルタの電池の銅と亜鉛である。正極に設ける円筒状の多孔質併せカーボンには二酸化鉛または銅を設け、負極の円筒状の多孔質併せカーボンには鉛または亜鉛を設けるのである。【００１８】  多孔質の絶縁セパレータには、細孔を持つアルミナ系セラミックスなどの絶縁セパレータを設けるのである。絶縁セパレータには平行流または直交流などの溝形が設けてあり、電解液などの通路となるのである。正極および負極の間には溝を設けた多孔質の絶縁セパレータを設けるのであり、電解液には希硫酸を用い、減極剤には過酸化水素水を用いるのである。【００１９】  円筒状の多孔質併せカーボンの繊維状活性炭は、表面に２ｎｍ以下のミクロ孔が直接ファイバー表面に露出している。１０μｍ程度の径を持った活性カーボンファイバー（ＡＣＦ）および２ｎｍ以下のミクロ孔や２〜５０ｎｍのメソ孔に富んだ鋳型炭素化法の活性炭を併せ、円筒状に設けて金属元素などを設けた構成である。また、円筒状の径が大きくなると円筒状に設ける金属などに気相成長系炭素繊維（ＶＧＣＦ）を添加するのである。多孔質併せカーボンは、物理的にイオンの吸着および放出による電気エネルギーの貯蔵であり、円筒状に設けた金属は、イオン化利用の電気発生方法である。この電気エネルギーの貯蔵と化学反応による電気発生方法の併用である。
【実施例３】
【００２０】  請求項３についての説明。
電極に設ける多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンに、アモルファスシリコン膜の誘電体を設けたコンデンサーの蓄電器。
多孔質併せカーボンには、繊維状活性炭（ＡＣＦ）をクロス（織布）、フエルト（マット）などの形態の繊維状活性炭および鋳型炭素化法の活性炭を併せ、電極に設けるのである。
多孔質カーボンは、繊維状活性炭（活性カーボンファイバー：ＡＣＦ）のクロス（織布）などの形態に設けて用いるのである。また、ゼオライトを鋳型として細孔をカーボンに写し取る鋳型炭素化法の活性炭である。この多孔質併せカーボンおよび鋳型炭素化法の活性炭に、アモルファスシリコン膜の誘電体を設けるのであり、高純度のアモルファスシリコン膜の厚さは１μｍ程度である。【００２１】  厚さ１μｍ程度の高純度のアモルファスシリコン膜の誘電体による静電容量であり、電極の多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンのミクロ孔による電気イオンの吸着とにより大きな電気エネルギーを貯蔵するのである。
高純度のシリコンを含んだガスの製造は、アモルファスシリコン太陽電池の製造方法である。一般的な特徴としては、▲１▼製造に必要な温度が３００℃でよい。▲２▼アモルファスシリコン膜の厚さが１μｍ以下でよい。▲３▼ガス反応であるために大面積化が容易などである。
【実施例４】
【００２２】  請求項４についての説明。
ラジカル酸化膜またはラジカル窒化膜の絶縁膜を設けた多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンに、アモルファスシリコン膜の誘電体を設けたコンデンサーの蓄電器。
電極に設ける多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンにラジカル酸化膜またはラジカル窒化膜の絶縁膜を設け、誘電体となるアモルファスシリコン膜の絶縁耐力を強化した構成である。ラジカル酸化膜またはラジカル窒化膜の厚さは７ｎｍ程度であり、高純度のアモルファスシリコンの厚さは１μｍ程度である。【００２３】  厚さ７ｎｍ程度のラジカル酸化膜またはラジカル窒化膜の絶縁膜を設けた多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンに、厚さ１μｍ程度の高純度のアモルファスシリコン膜を設けた誘電体の絶縁耐力強化であり、チタン酸バリウムなどの添加物を設けても耐えうる、比誘電率の高い高純度のアモルファスシリコン膜である。誘電体の静電容量およびカーボンの電気イオンの吸着などにより大きな電気エネルギーを貯蔵するのである。
なお、ラジカル酸化絶縁膜またはラジカル窒化絶縁膜は、４００〜６００℃程度の温度で行われる絶縁膜であり、絶縁膜の厚さは７ｎｍ以下の薄膜化の可能性が確認されたマイクロ波励起高密度プラズマ装置による。
【実施例５】
【００２４】  請求項５についての説明。
電極板の芯に網状に設けた炭素繊維および多孔質併せカーボンを用いた被いを設け、電解質には電解液の通路の溝を設けた多孔質の絶縁セパレータを設けた構成の鉛蓄電池。
鉛蓄電池の電極板の芯には、網状に設けた炭素繊維を設けるのであり、網状に設けた炭素繊維に鉛および二酸化鉛を設けるのである。炭素繊維を芯に設けた鉛板は負極に設け、二酸化鉛板は正極に設けるのである。この負極の鉛板および正極の二酸化鉛板に多孔質併せカーボンの被いを設けるのである。【００２５】  電極板の芯に用いる炭素繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維（カーボンファイバー）を網状に設けるのである。ＰＡＮ系炭素繊維の径は７μｍ程度であり、単層および多層またはブレード（編み紐）の形態を網状に設けて芯に用いるのである。【００２６】  本出願に関係する特許出願。
１・特許出願（申請）番号  ２００９−２８３４０８号  多用途利用の蓄電器。【００２７】  本出願の参考文献。
１・カーボン  古くて新しい材料
著  者  稲垣道夫  発行所  株式会社工業調査会。
２・（日本発）ナノカーボン革命  技術立国ニッポンの逆襲がナノチューブで始まる
著  者  武末高裕  発行所  株式会社日本実業出版社。
３・世界をリードする半導体共同研究プロジェクト  −日本半導体産業復活のために−
編  者  垂井康夫  発行所  株式会社工業調査会。
４・（重点解説）最先端化学技術のエッセンス
編著者  先端化学技術研究会  発行所  株式会社工業調査会。
５・電気のことがわかる事典
編  者  ＨＯＭＥ  ＥＬＥＣＡ  発行所  株式会社西東社。
６・サイエンスシリーズ  太陽電池博士による  太陽電池もの知り博士になる本
著  者  桑野幸徳  発行所  株式会社パワー社。
７・世界大百科事典  鉛・二酸化鉛・銅・亜鉛・鉛蓄電池・コンデンサー・チタン酸バリウムなど  発行所  平凡社。
【発明の効果】
【００２８】  電気二重層キャパシタの電極に設けた多孔質併せカーボンは、充電により大量のイオンが吸着されるのであり、多孔質の絶縁セパレータ３に設けた溝４は、電解液等の通路となり、電極の多孔質併せカーボンに電解液が容易に充満するので多層や積層に設け、大量の電気エネルギーを貯蔵するのである。
【００２９】  非対称キャパシタの電極には、円筒状の多孔質併せカーボンを設け、イオン化の大きい金属元素などを設けるのである。また、円筒状の多孔質併せカーボンの径が大きくなると円筒状に設ける金属に気相成長系の炭素繊維を添加するのである。キャパシタをより二次電池に近づけ、電気化学反応の併用であり、多孔質併せカーボンおよび気相成長系炭素繊維による電気抵抗を下げ、充放電サイクルの向上である。
【００３０】  コンデンサーの電極に設ける多孔質併せカーボンおよび多孔質カーボンにアモルファスシリコンの誘電体を設け、誘電体の静電容量およびカーボンのイオン吸着による併用の電気エネルギー貯蔵である。また、カーボンにラジカル絶縁膜を設けた絶縁耐力強化の比誘電率の高い静電容量およびカーボンのイオン吸着による大量の電気エネルギーの貯蔵である。
【００３１】  鉛蓄電池の電極板の芯に網状に設けたＰＡＮ系炭素繊維に鉛および二酸化鉛を設けるのであり、ＰＡＮ系炭素繊維を単層および多層またはブレードに設けて用いるのである。ＰＡＮ系炭素繊維を用いることにより電気抵抗を下げ、電極の強度を上げ、充放電サイクルの向上であり、短時間充電が可能になるのである。また、多孔質併せカーボンを被いに設けてキャパシタの電気エネルギー貯蔵の併用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電気二重層キャパシタの参考斜視図。
【図２】  電気二重層キャパシタの参考断面図。
【符号の説明】        １    正極（多孔質併せカーボン）
２    負極（多孔質併せカーボン）
３    絶縁セパレータ
４    溝
【図１】
2011199231.tif 000003
【図２】
2011199231.tif 000004