(57)【要約】【課題】交流電源の瞬時停電時や電圧低下時においても、安定して交流電力を供給することができ、しかも鉛蓄電池のように寿命の長い無停電電源装置を提供する。【解決手段】導電性ポリマー型蓄電デバイス１と、交流電源および導電性ポリマー型蓄電デバイス１に接続され、交流電力を大容量負荷３もしくは小容量負荷４に供給するとともに上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１の充電および放電を行う大容量無停電電源部２とを備え、上記大容量無停電電源部２により交流電源からの交流電力を大容量負荷３に供給し、交流電源の電圧低下時もしくは停電時には上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１を放電させることにより交流電力の供給を維持するようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の電圧低下時もしくは停電時においても負荷への交流電力の供給が維持されるよう設定された無停電電源装置であって、
導電性ポリマー型蓄電デバイスと、交流電源および導電性ポリマー型蓄電デバイスに接続され、交流電力を負荷に供給するとともに上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの充電および放電を行う無停電電源部とを備え、上記無停電電源部により交流電源からの交流電力を負荷に供給し、交流電源の電圧低下時もしくは停電時には上記導電性ポリマー型蓄電デバイスを放電させることにより負荷に交流電力を供給するようになっていることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの少なくとも一方の電極が、導電性ポリマーと、電極内に固定されたアニオン性材料とを有するものである請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項３】
上記アニオン性材料が、ポリマーアニオンである請求項２記載の無停電電源装置。
【請求項４】
上記ポリマーアニオンが、ポリカルボン酸である請求項３記載の無停電電源装置。
【請求項５】
上記導電性ポリマーがポリアニリンである請求項１〜４のいずれか一項に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源の電圧低下時もしくは停電時においても負荷への交流電力の供給が維持されるよう設定された無停電電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）は、交流電源の電圧低下時や停電時に、無瞬断でバックアップ電源に切り替えることにより、安定した交流電力を負荷に供給するものである。
【０００３】
このようなバックアップ電源となる蓄電媒体としては、従来、鉛蓄電池が主として使用されている。鉛蓄電池を用いた場合、蓄電池の容量でバックアップ時間が決まるため、蓄電池セルを直列または並列に複数個接続して構成した容量の大きい蓄電池を用いることにより、交流電源の電圧低下時や停電時に、長時間のバックアップが可能である。しかしながら、無停電電源装置に蓄電池を用いた場合には、交流電源の停電時や電圧低下時等に頻繁なバックアップを行うことから、蓄電池の充放電が繰り返し行われ、蓄電池の寿命が短くなる。
【０００４】
また、蓄電媒体として電気二重層キャパシタを用いることも提案されている。電気二重層キャパシタは、短時間で大きな放電電流を流すことができる。また、交流電源の瞬時停電時や瞬時電圧低下時に頻繁に充放電を繰り返し行っても、電気二重層キャパシタの寿命に問題はない。しかし、無停電電源装置に電気二重層キャパシタを用いた場合には、電気二重層キャパシタの蓄電容量が蓄電池と比較して非常に小さく、数秒程度のバックアップ、すなわちごく短時間のバックアップしかできないという問題がある。また、蓄電池に比べて高価である。このため、コンピュータのように長時間のバックアップを必要とするような負荷には、電気二重層キャパシタを用いた無停電電源装置は現実的ではない。
【０００５】
そこで、上記課題を解決するために、電気二重層キャパシタと、その短いバックアップ特性を補うための蓄電池とを組み合わせた無停電電源装置が提案されている（特許文献１を参照）。この無停電電源装置は、図４に示すように、電気二重層キャパシタ１０と、鉛蓄電池等の蓄電池１１とを備え、交流電源と上記電気二重層キャパシタ１０に接続され、第１交流電力を大容量負荷１４に供給するとともに上記電気二重層キャパシタ１０の充電および放電を行う大容量無停電電源部１２を有している。また、この大容量無停電電源部１２の出力側と上記蓄電池１１に接続され、第２交流電力を小容量負荷１５に供給するとともに上記蓄電池１１の充填および放電を行う小容量無停電電源部１３を有している。
【０００６】
上記無停電電源装置は、交流電源が瞬時停電したり瞬時電圧低下した場合に、上記大容量無停電電源部１２において電気二重層キャパシタ１０を放電させて大容量負荷１４と小容量無停電電源部１３に第１交流電力を供給するようになっている。そして、上記電気二重層キャパシタ１０の両端電圧が放電終了前の規定値以下になると、放電終了前信号を小容量無停電電源部１３に送出し、小容量無停電電源部１３において、上記放電終了前信号に基づき蓄電池１１を放電させて前記小容量負荷１５に前記第２交流電力を供給するようになっている。
【０００７】
また、同様に、電気二重層キャパシタと蓄電池とを組み合わせた各種の無停電電源装置が提案されている（特許文献２、３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−０１６９９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０１６９９６号公報
【特許文献３】特開２０１０−０１６９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これらの無停電電源装置は、２種類の蓄電デバイスを組み合わせているため、回路系が複雑になるとともに部品数も多くなり、組み立てやメンテナンスに手間を要するという問題がある。また、これら２種類の蓄電デバイスの切り替えがうまく作動しないというトラブルが発生するおそれもあり、長時間のバックアップに対する信頼性が充分に確保されているとはいえない。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、交流電源の瞬時停電時や電圧低下時においても、安定して交流電力を供給することができ、しかも鉛蓄電池のように寿命の長い無停電電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、交流電源の電圧低下時もしくは停電時においても負荷への交流電力の供給が維持されるよう設定された無停電電源装置であって、導電性ポリマー型蓄電デバイスと、交流電源および導電性ポリマー型蓄電デバイスに接続され、交流電力を負荷に供給するとともに上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの充電および放電を行う無停電電源部とを備え、上記無停電電源部により交流電源からの交流電力を負荷に供給し、交流電源の電圧低下時もしくは停電時には上記導電性ポリマー型蓄電デバイスを放電させることにより負荷に交流電力を供給するようになっている無停電電源装置をその要旨とする。
【００１２】
すなわち、本発明者らは、従来にない優れた無停電電源装置を開発するために鋭意研究を行った結果、導電性ポリマー型蓄電デバイスを無停電電源装置の蓄電池として用いると、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの高容量、高出力、高いサイクル特性が、無停電電源装置の瞬時停電時や瞬時電圧低下時において安定した交流電力供給を可能にし、従来のように２種類の蓄電デバイスを組み合わせる必要がなくなることを見出し、本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、無停電電源装置の蓄電池として、従来このような用途に全く用いられていなかった導電性ポリマー型蓄電デバイスを用いているため、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの高容量、高出力、高いサイクル特性によって、交流電源の瞬時停電時や瞬時電圧低下時において安定した交流電力供給を行うことができる。そして、この安定した交流電力供給は、導電性ポリマー型蓄電デバイスを単独で組み込むだけで達成されるため、従来のように、電気二重層キャパシタと鉛蓄電池等を組み合わせる必要がなく、回路系が簡単で、不具合を生じにくいものとなる。また、全体の部品数も少なくてすむため、装置の組み立てやメンテナンスが簡単であるという利点を有する。しかも、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスは、酸素の含有量が少なく、また熱や過充電、過放電によって導電性が低下することから、熱暴走しにくく安全性が高いという利点を有する。
【００１４】
なお、本発明において、特に、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの少なくとも一方の電極が、導電性ポリマーと、電極内に固定されたアニオン性材料とを有するものであると、導電性ポリマー型蓄電デバイスがロッキングチェア型の機構を有するものとなり、より優れたサイクル特性を発揮して好ましいものとなる。
【００１５】
ここで、上記「電極内に固定されたアニオン性材料」とは、このアニオン性材料が、他の電極形成材料とともに複合体として形成されて、その複合体内に固定された状態にあるものをいい、アニオン性材料が固定されて動かないことによって、対するカチオンが移動する性質を有するようになり、ひいては、これを用いた蓄電デバイスがロッキングチェア型の機構を有するようになることを意味する。
【００１６】
また、本発明において、上記アニオン性材料が、ポリマーアニオンであると、このポリマーアニオンが電極形成材料のバインダーとしても機能するため好ましく、なかでも、ポリマーアニオンがポリカルボン酸であると、蓄電デバイスの性能がさらに向上して、より好ましいものとなる。
【００１７】
そして、本発明において、上記導電性ポリマーがポリアニリンであると、ポリアニリンの電気化学的容量が大きく、蓄電デバイスの性能がより一層向上するため、とりわけ好ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の無停電電源装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例に用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイスの放電レート特性を示すグラフ図である。
【図３】上記導電性ポリマー型蓄電デバイスの充放電サイクル特性を示すグラフ図である。
【図４】従来の無停電電源装置の一例の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明の実施態様の一例を説明するものであり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００２０】
まず、本発明の無停電電源装置は、バックアップ用の蓄電デバイスとして、導電性ポリマー型蓄電デバイスを用いることを特徴とするものであり、例えば図１に示すように、導電性ポリマー型蓄電デバイス１と、交流電源（図示せず）および導電性ポリマー型蓄電デバイス１に接続される大容量無停電電源部２とを備えている。そして、上記大容量無停電電源部２は、交流電力を、大容量負荷３もしくは小容量負荷４に供給するとともに、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１の充電および放電を行うようになっている。
【００２１】
上記無停電電源装置によれば、通常、大容量無停電電源部２によって交流電源からの交流電力を大容量負荷３に供給し、交流電源の電圧低下時もしくは停電時には、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１を放電させることによって、無瞬断で上記大容量負荷３に交流電力を供給することができる。また、停電もしくは電圧低下が予め設定された所定時間を経過後も回復しない場合には、大容量負荷３から小容量負荷４への切り替えがなされ、長時間の交流電力の供給に対応することができる。
【００２２】
なお、上記動作の制御は、別途設けられる電気的もしくは電子的な制御手段（図示せず）によって行われるようになっている。また、上記の例では、負荷を、大容量負荷３と小容量負荷４に分けて切り替えることができるようになっているが、単一の負荷に対して電力供給を行うようになっているものであっても差し支えない。
【００２３】
上記無停電電源装置に用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイス１は、少なくとも正極の主な活物質が導電性ポリマーからなり、高容量、高出力、高いサイクル特性を備えるものである。
【００２４】
上記導電性ポリマーとは、ポリマー主鎖の酸化反応または還元反応によって生成し、または消失する電荷の変化を補償するために、イオン種がポリマーに挿入され、またはポリマーから離脱することによって、ポリマー自身の導電性が変化する特性を備えたポリマーをいい、このようなポリマーにおいて、イオン種がポリマーに挿入されて導電性が高い常態を「ドープ状態」といい、イオン種がポリマーから離脱して導電性が低い状態を「脱ドープ状態」という。導電性を有するポリマーが酸化反応または還元反応によって導電性を失い、絶縁性（すなわち脱ドープ状態）となっても、そのようなポリマーは、酸化還元反応によって、再度、可逆的に導電性を有することができることから、脱ドープ状態にある絶縁性のポリマーも、本発明においては、導電性ポリマーの範疇に含むものとする。
【００２５】
したがって、本発明において、好ましい導電性ポリマーの一つは、無機酸アニオン、脂肪族スルホン酸アニオン、芳香族スルホン酸アニオン、ポリマースルホン酸アニオンおよびポリビニル硫酸アニオンから選ばれる少なくとも一種のプロトン酸アニオンをドーパントとして有するポリマーである。また、本発明において好ましい導電性ポリマーの他の一つは、上記導電性ポリマーを脱ドープした脱ドープ状態のポリマーである。
【００２６】
このような導電性ポリマーを構成するポリマーとしては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリアズレン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアセン等や、これらの種々の誘導体をあげることができる。そして、これらのなかでも、特に、単位重量当りの電気容量が大きいポリアニリンまたはポリピロール、そしてそれらの誘導体から選ばれる少なくとも一種のポリマーが好適である。
【００２７】
上記ポリアニリンとは、アニリンを電解重合させ、または化学酸化重合させて得られるポリマーをいい、ポリアニリンの誘導体とは、アニリンの誘導体を電解重合させ、または化学酸化重合させて得られるポリマーをいう。また、アニリンの誘導体としては、アニリンの４位以外の位置にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基等の置換基を少なくとも一つ有するものを例示することができる。好ましい具体例として、例えば、ｏ−メチルアニリン、ｏ−エチルアニリン、ｏ−フェニルアニリン、ｏ−メトキシアニリン、ｏ−エトキシアニリン等のｏ−置換アニリン、ｍ−メチルアニリン、ｍ−エチルアニリン、ｍ−メトキシアニリン、ｍ−エトキシアニリン、ｍ−フェニルアニリン等のｍ−置換アニリンをあげることができる。
【００２８】
ただし、４位に置換基を有するアニリン誘導体であっても、ｐ−フェニルアミノアニリンは、酸化重合によってポリアニリンを与えるため、例外的に、アニリン誘導体として好適に用いることができる。
【００２９】
また、上記ポリピロールとは、ピロールを化学酸化重合や電解酸化重合させることによって得られるポリマーをいい、ポリピロールの誘導体とは、ピロールの誘導体を化学酸化重合や電解酸化重合させて得られるポリマーをいう。ここに、ピロールの誘導体としては、ピロールの２位および５位以外の位置にアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基等の置換基を少なくとも一つ有するものを例示することができる。好ましい具体例として、例えば、３−メチルピロール、３−エチルピロール、３−エテニルピロール、３−メトキシピロール、３−エトキシピロール、３−フェニルピロール、３−フェノキシピロール、３−ｐ−トルイルピロール、３−ベンジルピロール、３−メトキシメチルピロール、３−ｐ−フルオロフェニルピロール、３，４−ジメチルピロール、３，４−ジエチルピロール、３，４−ジエテニルピロール、３，４−ジメトキシピロール、３，４−ジエトキシピロール、３，４−ジフェニルピロール、３，４−ジフェノキシピロール、３，４−ジ（ｐ−トルイル）ピロール、３，４−ジベンジルピロール、３，４−ジメトキシメチルピロール、３，４−ジ（ｐ−フルオロフェニル) ピロール等をあげることができる。
【００３０】
なお、以下、本発明において、特に断らない限り「アニリンまたはその誘導体」を単に「アニリン」といい、また、「ポリアニリンおよびその誘導体から選ばれる少なくとも一種」を単に「ポリアニリン」という。また、同様に、特に断らない限り「ピロールまたはその誘導体」を単に「ピロール」といい、また、「ポリピロールおよびその誘導体から選ばれる少なくとも一種」を単に「ポリピロール」という。したがって、導電性ポリマーを構成するポリマーがアニリン誘導体またはピロール誘導体から得られる場合であっても、それぞれ「導電性ポリアニリン」または「導電性ポリピロール」ということがある。
【００３１】
そして、上記導電性ポリマーをドープ状態で得るには、上記導電性ポリマーを形成しうるモノマーの化学酸化重合または電解酸化重合時に、ドーパントを共存させることが好適である。
【００３２】
また、本発明で用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイス１は、その少なくとも一方の電極、例えば正極が、上記導電性ポリマーと電極内に固定されたアニオン性材料とを有するものであることが好ましい。
【００３３】
上記アニオン性材料の具体例としては、ポリマーアニオンや分子量の比較的大きなアニオン化合物、電解液に溶解性の低いアニオン化合物等があげれら、なかでも、ポリマーアニオンは、電極形成材料のバインダーとしても機能するため、より好ましく用いられる。
【００３４】
このようなポリマーアニオンとしては、分子中にカルボキシル基を有する活物質化合物、特にポリカルボン酸もしくはその金属塩が好ましく用いられる。ポリカルボン酸の具体例としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニル安息香酸、ポリアリル安息香酸、ポリメタリル安息香酸、ポリマレイン酸、ポリフマル酸、ポリグルタミン酸およびポリアスパラギン酸、アルギン酸、カルボキシメチルセルロース、およびこれらポリマーの繰り返し単位の少なくとも二種を含む共重合体から選ばれる少なくとも一種である。なお、上記共重合体は、グラフト共重合体を含むものとする。
【００３５】
また、上記ポリカルボン酸の金属塩の具体例としては、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩から選ばれる少なくとも一種があげられ、アルカリ金属塩としては、リチウム塩やナトリウム塩が好ましく、アルカリ土類金属塩としては、マグネシウム塩やカルシウム塩が好ましい。
【００３６】
本発明に用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイス１の構成をより詳しく説明すると、例えば、電解質層と、これを挟んで対向して設けられる正極と負極とを備え、その少なくとも一方、すなわち、この例では正極に、上記導電性ポリマーとそのドーパントを含む固体を活物質とを有する正極シートを用いた構成になっている。
【００３７】
なお、上記正極と負極には、それぞれ集電体が設けられており、この集電体に、導電性ポリマー等の活物質を一体的に固定するようになっている。このような集電体としては、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属箔やメッシュが好適に用いられる。
【００３８】
上記正極に用いられる正極シートは、例えば、つぎのようにして得ることができる。すなわち、まず、前記ポリカルボン酸等のアニオン性材料を水に溶解させ、または分散させ、これに導電性ポリマー粉末と、必要に応じて、導電性カーボンブラックのような導電助剤を加え、これを充分に分散させて、溶液粘度（３０℃、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製、粘度弾性測定装置  ＨＡＡＫＥ  Ｒｈｅｏｓｔｒｅｓｓ６００粘度計にて測定）が０．０５〜５０Ｐａ・ｓ程度である高粘性のペーストを調製する。そして、これを集電体上に塗布した後、水を蒸発させることによって、集電体上に、上記導電性ポリマー粉末と前記アニオン性材料と（必要に応じて用いられる導電助剤と）からなる均一な正極活物質の層を有する複合体シートとして得ることができる。
【００３９】
上記導電助剤は、導電性に優れるとともに、電池の活物質間の電気抵抗を低減するために有効であり、さらに、電池の充放電時に印加する電位によって性状の変化しない導電性材料であることが望ましい。通常、上述したような導電性カーボンブラック、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等や、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の繊維状炭素材料が用いられる。
【００４０】
なお、上記アニオン性材料は、何ら理論によって制約されるものではないが、正極の製造において、バインダーとしての機能を有するとともに、正極の導電性ポリマーのドーパントとしても機能して、導電性ポリマー型蓄電デバイス１としての特性の向上にも関与しているものと考えられる。
【００４１】
上記アニオン性材料は、例えば、導電性ポリマー１００重量部に対して１〜１００重量部用いることが好ましく、より好ましくは２〜５０重量部、最も好ましくは５〜３０重量部の範囲で用いられる。導電性ポリマーに対する上記アニオン性材料の量が少なすぎると、重量出力密度に優れた蓄電デバイスを得ることができなくなるおそれがあり、他方、導電性ポリマーに対する上記アニオン性材料の量が多すぎると、正極活物質以外の成分重量が増大することによる正極の重量の増大によって、電池全体の重量を考慮したとき、高重量エネルギー密度の蓄電デバイスを得ることができなくなるおそれがある。
【００４２】
また、上記正極シートの正極活物質層は、多孔質層として形成されるが、その空隙率は３５〜８０％の範囲であることが望ましい。
【００４３】
なお、上記「空隙率」は、下記の〔式１〕により算出することができる。
〔式１〕
正極シートの正極活物質層の空隙率Ｐ（％）＝（（ＳＴ−Ｖ）／ＳＴ）×１００
【００４４】
ここで、Ｓは正極シートの面積（ｃｍ2 ）、Ｔは集電体の厚みを除いた正極シートの厚み（ｃｍ）、Ｖは集電体を除いた正極シートの体積（ｃｍ3 ）である。集電体を除いた正極シートの体積は、正極シートを構成する材料の重量割合とそれぞれの材料の真密度の値を用いて、正極シートを構成する材料全体の平均密度を算出しておき、正極シートを構成する材料の重量の総和をこの平均密度で除することによって求められる。
【００４５】
そして、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１に用いられる電解質層は、例えば、セパレータに電解液を含浸させてなるシートや、固体電解質からなるシートが好ましく用いられる。固体電解質からなるシートは、それ自体がセパレータを兼ねている。
【００４６】
このようにセパレータに含浸させるとともに、電極にも含浸させるための電解液を構成する電解質としては、例えば、卑金属イオンとこれに対する適宜のカウンターイオン、例えば、スルホン酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ヘキサフルオロヒ素イオン、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドイオン、ハロゲンイオン等を組み合わせてなるものが好ましく用いられる。
【００４７】
なお、上記「卑金属」とは、イオン化傾向が水素よりも大きく、空気中で（加熱すると、）容易に酸化される金属をいい、リチウム、ナトリウムやカリウムのようなアルカリ金属、マグネシウムやカルシウムのようなアルカリ土類金属、アルミニウム、亜鉛、鉛等がこれに属する。
【００４８】
したがって、このような電解質の具体例としては、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＮ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 、ＬｉＮ（ＳＯ2 Ｃ2 Ｆ5 ）2 ＬｉＣｌ、ＮａＣＦ3 ＳＯ3 、ＮａＣｌＯ4 、ＮａＢＦ4 、ＮａＰＦ6 、ＮａＡｓＦ6 、Ｃａ（ＣＦ3 ＳＯ3 ) 2 、Ｃａ（ＣｌＯ4 ）2 、Ｃａ（ＢＦ4 ）2 、Ｃａ（ＰＦ6 ）2 、Ｃａ（ＡｓＦ6 ）2 等をあげることができる。
【００４９】
そして、電解液を構成する溶媒としては、カーボネート類、ニトリル類、アミド類、エーテル類等の少なくとも一種の非水溶媒、すなわち、有機溶媒が用いられる。このような有機溶媒の具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、アセトニトリル、プロピオニトリル、Ｎ，Ｎ' −ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン等をあげることができる。
【００５０】
また、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１において、セパレータを用いる場合、セパレータは、これを挟んで対向して配設される正極と負極の間の電気的な短絡を防ぐことができ、さらに、電気化学的に安定であり、イオン透過性が大きく、ある程度の機械強度を有する絶縁性の多孔質シートであればよい。したがって、例えば、紙、不織布や、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド等の樹脂からなる多孔性のフィルムが好ましく用いられる。
【００５１】
さらに、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１において、負極には、卑金属や、また、酸化還元時に卑金属イオンを挿入、脱離し得る材料が好ましく用いられる。上記卑金属としては、金属リチウムや金属ナトリウム等のアルカリ金属類、金属マグネシウム、金属カルシウム等のアルカリ土類金属をあげることができ、また、上記卑金属イオンとしては、上記卑金属のイオンをあげることができる。また、上記卑金属イオンを挿入、脱離し得る材料としては、好ましくは、炭素材料が用いられるが、ケイ素やスズ等も用いることができる。
【００５２】
そして、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１の組立ては、これらの材料を用いて、例えばグローブボックス中、超高純度アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００５３】
このようにして得られる、本発明に用いられる導電性ポリマー型蓄電デバイス１は、電気二重層キャパシタのように、重量出力密度とサイクル特性に優れるだけでなく、従来の電気二重層キャパシタの重量エネルギー密度よりも非常に高い重量エネルギー密度を有している。したがって、無停電電源装置において、従来のように、電気二重層キャパシタと、それとは別の、小容量の鉛蓄電池等とを組み合わせる必要がなく、図１に示すように、単独で用いるだけで、優れた無停電電源装置を得ることができる。
【００５４】
なお、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１が、このように高容量を有する理由は、電解液量が少なくてすむカチオン移動型であるロッキングチェア型の蓄電デバイスと、出力特性が優れるアニオン移動型のリザーブ型の蓄電デバイスの、両方の優れた特性を兼ね備えていることによると考えられる。
【００５５】
そして、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１を用いた無停電電源装置は、回路系が簡単で、不具合を生じにくいものとなり、また、全体の部品数も少なくてすむため、装置の組み立てやメンテナンスが簡単であるという利点を有する。しかも、上記導電性ポリマー型蓄電デバイス１は、酸素の含有量が少なく、また熱や過充電、過放電によって導電性が低下することから、熱暴走しにくく安全性が高いという利点を有する。
【実施例】
【００５６】
つぎに、実施例について、比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００５７】
〔実施例１〕
（テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとする導電性ポリアニリン粉末の製造) 
イオン交換水１３８ｇを入れた３００ｍＬ容量のガラス製ビーカーに４２重量％濃度のテトラフルオロホウ酸水溶液（和光純薬工業社製  試薬特級）８４．０ｇ（０．４０２モル）を加え、磁気スターラーにて撹拌しながら、これにアニリン１０．０ｇ（０．１０７モル）を加えた。テトラフルオロホウ酸水溶液にアニリンを加えた当初、アニリンは、テトラフルオロホウ酸水溶液に油状の液滴として分散していたが、その後、数分以内に水に溶解して、均一で透明なアニリン水溶液となった。このようにして得られたアニリン水溶液を、低温恒温槽を用いて−４℃以下に冷却した。
【００５８】
つぎに、酸化剤として二酸化マンガン粉末( 和光純薬工業社製  試薬１級) １１．６３ｇ（０．１３４モル）を上記アニリン水溶液中に少量ずつ加えて、ビーカー内の混合物の温度が−１℃を超えないようにした。このようにして、アニリン水溶液に酸化剤を加えることによって、アニリン水溶液は直ちに黒緑色に変化した。その後、しばらく撹拌を続けると、黒緑色の固体が生成し始めた。
【００５９】
このようにして、８０分間かけて酸化剤を加えた後、生成した反応生成物を含む反応混合物を冷却しながら、さらに１００分間撹拌した。その後、ブフナーロートと吸引瓶を用いて、得られた固体をＮｏ．２濾紙にて吸引濾過して、粉末を得た。この粉末を約２モル／ｄｍ3 のテトラフルオロホウ酸水溶液中にて磁気スターラーを用いて撹拌、洗浄し、ついで、アセトンにて数回、撹拌、洗浄し、これを減圧濾過した。得られた粉末を室温で１０時間真空乾燥して、テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとする導電性ポリアニリン１２．５ｇを、鮮やかな緑色粉末として得た。
【００６０】
（導電性ポリアニリン粉末の電導度）
上記導電性ポリアニリン粉末１３０ｍｇを瑪瑙製乳鉢で粉砕した後、赤外スペクトル測定用ＫＢｒ錠剤成形器を用い，３００ＭＰａの圧力下に１０分間真空加圧成形して、厚み７２０μｍの導電性ポリアニリンのディスクを得た。このディスクの電導度（ファン・デル・ポー法による４端子法電導度測定にて測定）は１９．５Ｓ／ｃｍであった。
【００６１】
（導電性ポリアニリン粉末を含む正極シートの製造）
ポリアクリル酸（和光純薬工業社製  重量平均分子量１００万）０．１ｇをイオン交換水３．９ｇに加え、一夜、静置して、膨潤させた。この後、超音波式ホモジナイザーを用いて１分間処理して溶解させて、２．５重量％濃度の均一で粘稠なポリアクリル酸水溶液４ｇを得た。
【００６２】
上記導電性ポリアニリン粉末０．８ｇを導電性カーボンブラック（電気化学工業社製  デンカブラック）粉末０．１ｇと混合した後、これを前記２．５重量％濃度のポリアクリル酸水溶液４ｇに加え、スパチュラでよく練った後、超音波式ホモジナイザーにて１分間分散処理を施して、流動性を有するペーストを得た。このペーストを更に真空吸引鐘とロータリーポンプを用いて脱泡した。
【００６３】
卓上型自動塗工装置（テスター産業社製）を用い、マイクロメーター付きドクターブレード式アプリケータによって、塗布速度１０ｍｍ／秒にて、上記脱泡ペーストを電気二重層キャパシタ用エッチングアルミニウム箔（宝泉社製  ３０ＣＢ）上に塗布した。ついで、室温で４５分間放置した後、温度１００℃のホットプレート上で乾燥した。この後、真空プレス機（北川精機社製  ＫＶＨＣ）を用いて、１５ｃｍ角のステンレス板に挟んで、温度１４０℃、圧力１．４９ＭＰａで５分間プレスして、複合体シートを得た。
【００６４】
この複合体シートにおいて、ポリアクリル酸、導電性ポリアニリン粉末および導電性カーボンブラックからなる正極活物質の空隙率は５５％であった。なお、空隙率は、前述の〔式１〕により算出した。このとき、用いた材料の真密度は、ポリアニリンが１．２、アセチレンブラック（デンカブラック）が２．０、ポリアクリル酸が１．１８であり、これらの値を用いて材料全体の平均密度を求めた。
【００６５】
つぎに、上記複合体シートを直径１５．９５ｍｍの打ち抜き刃が据え付けられた打ち抜き治具にて円盤状に打ち抜いて正極シートとし、負極として金属リチウム（本城金属社製  コイン型金属リチウム）を用い、セパレータとして不織布（宝泉社製、空隙率６８％：ＴＦ４０−５０）を用い。これらを非水電解液二次電池実験用のステンレス製ＨＳセル（宝泉社製）に組み付けた。上記正極シートとセパレータは、ＨＳセルへの組み付けの前に真空乾燥機にて１００℃で５時間、真空乾燥した。電解液には１モル／ｄｍ3 濃度のテトラフルオロホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4 ）のエチレンカーボネート／ジメチルカーボネート溶液（キシダ化学社製）を用いた。なお、組立ては、露点が−１００℃のグローブボックス中、超高純度アルゴンガス雰囲気下で行った。
【００６６】
このようにして得られた導電性ポリマー型蓄電デバイスについて、充放電レートを０．２Ｃから１００Ｃまで変化させて、放電エネルギー密度を測定した。測定は、電池充放電装置 (北斗電工社製  ＳＤ８) を用い、定電流−定電圧充電／定電流放電モードにて行った。すなわち、充電終止電圧を３．８Ｖとし、定電流充電により電圧が３．８Ｖに到達した後は、３．８Ｖの定電圧充電を電流値が定電流充電時の電流値に対して２０％の値になるまで行い、この後、放電終止電圧２．０Ｖまで定電流放電を行った。
【００６７】
その結果を図２に示す。この特性値は、正極活物質、すなわち、テトラフルオロホウ酸アニオンをドーパントとして有する導電性ポリアニリンの正味重量当たりに換算している（以下の図３も同じ）。
【００６８】
図２からわかるように、この導電性ポリマー型蓄電デバイスは、電流値０．２Ｃから１００Ｃへと５００倍も変化させたにもかかわらず、エネルギー密度は３９９ｍＷｈ／ｇから１６４ｍＷｈ／ｇへと、約４１％に低下しているにとどまり、元々の容量が大きいため、１５０ｍＷｈ／ｇ以上の高エネルギー密度を維持している。
【００６９】
したがって、この導電性ポリマー型蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタのような高い重量出力密度と優れたサイクル特性を有し、そのうえ、電気二重層キャパシタよりもはるかに高い重量エネルギー密度を有することがわかる。
【００７０】
また、上記導電性ポリマー型蓄電デバイスを８．３Ｃという高い放電レートで５０００回まで放電したときの放電エネルギー密度を測定し、そのサイクル特性を調べた。測定は、電池充放電装置 (北斗電工社製  ＳＤ８) を用い、充電終止電圧を３．８Ｖとし、定電流充電により電圧が３．８Ｖに到達した後は、３．８Ｖの定電圧充電を電流値が定電流充電時の電流値に対して２０％の値になるまで行い、この後、放電終止電圧３．０Ｖまで定電流放電を行った。
【００７１】
その結果を図３に示す。この図からわかるように、この導電性ポリマー型蓄電デバイスは、サイクル数１０００回目でも、初期の重量エネルギー密度の８８％を維持している。そして、サイクル数５０００回目でも１００ｍＷｈ／ｇを維持しており、通常の蓄電デバイスに比べて、格段に優れたサイクル特性を有している。
【００７２】
上記特性を有する導電性ポリマー型蓄電デバイスを用い、図１に示す構成の無停電電源装置を作製した。そして、家庭用コンピュータの電源として用い、意図的に停電状態をつくり、無瞬断で電力供給が維持されるか否かのテストとして、１時間間隔で５分間の停電を１００回繰り返し行ったところ、全ての回において、電力供給が途切れることなく導電性ポリマー型蓄電デバイスの放電による電力供給が良好に行われた。また、１回の停電状態を５時間という長時間に設定して行った場合も、その間、問題を生じることなく電力供給が維持された。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、交流電源の電圧低下時や停電時においても負荷への交流電力の供給が維持される無停電電源装置として広く用いることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  導電性ポリマー型蓄電デバイス
２  大容量無停電電源部
３  大容量負荷
４  小容量負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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