(57)【要約】説明されていることは、電気２重層キャパシタのための電極であって、前記電極は、熱膨張黒鉛の基板と、それに付された活性炭布とを備える。電極は、増加した機械的強度と製造が容易であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気２重層キャパシタのための電極であって、前記電極は、平板基板と該平板基板に付けられた電極材料とを備え、前記基板は高分子カーボン含浸の熱膨張黒鉛製であり、その一方で、前記電極材料は活性炭布に相当することを特徴とする電極。
【請求項２】
請求項１に記載の電極であって、活性炭布が、前記キャパシタの電解質に対する耐性を有する接着剤を用いて基板に付されていることを特徴とする電極。
【請求項３】
請求項１又は２の何れか１項に記載の電極であって、活性炭布が前記基板の両側に付されていることを特徴とする電極。
【請求項４】
請求項１又は２の何れか１項に記載の電極であって、活性炭布が前記基板の片側に付されていることを特徴とする電極。
【請求項５】
請求項１又は２の何れか１項に記載の電極であって、セレシンが高分子カーボンとして使用されることを特徴とする電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ貯蔵電気キャパシタの設計に関する。これは、２つの媒体、電極と電解質との間の界面で電荷を蓄積することによってエネルギを貯蔵する。ゆえに、“電気２重層キャパシタ”（ＥＤＬＣ）、“スーパーキャパシタ”、“ハイブリッドキャパシタ”、“ハイパーキャパシタ”（日本）、“ウルトラキャパシタ”（ドイツ、アメリカ合衆国）、“電気化学キャパシタ”（フランス、カナダ）、“イオニスタ”（ロシアや他の独立国家共同体）と呼ばれている。
【０００２】
伝統的な電解キャパシタを超えるＥＤＬＣの主要な利点は、増加した特定のエネルギに存在する。そのようなタイプのキャパシタのいくつかは、１０ｋＪ／ｋｇを超える特定のエネルギを蓄積することが可能であり、約１〜１０ｋＷ／ｋｇの特定の力で負荷に放電する。
【０００３】
これには、広範な動作温度範囲はもちろん、可能な限り多数の“充放電”サイクルを繰り返すために、信頼性及び耐久性が追加されなければならない。
【０００４】
ＥＤＬＣの特性のこの独特な組み合わせは、電気輸送及び混成応用において、その利用の可能性及び実行可能性を、まず最初に、かなりの程度まで決定する。別の有望な分野は、不安定な特性を示す発電装置、例えば、風力駆動発電システム、太陽電池発電所、潮流発電所で、“補償装置”としてＥＤＬＣを使用することである。
【背景技術】
【０００５】
ＥＤＬＣは、使用される電極材料と電解質のタイプが様々である。電極材料は、以下の３種類のタイプのうちの何れであってもよい。：活性炭材料、金属酸化物、導電性ポリマー。電解質は水溶性であっても有機性であってもよい。
【０００６】
もっとも一般的に使用されているＥＤＬＣのタイプは、活性炭系電極を備えるキャパシタである。
【０００７】
活性（高多孔質(high-porous)）炭材料が、約１０Ｆ／ｃｍ３のオーダ及びそれを超えるオーダの静電容量密度に到達することを可能にすることはよく知られている（http://www.electrosad.ru/Electronics/SuperCon.htm）。
【０００８】
当該技術分野において知られているものは、活性炭粒子、分散炭素（黒鉛又は煤）、多孔質弾性誘電体及びポリマーバインダーの混成物で作られたＥＤＬＣ電極である（ＷＯ  ９４／０１８７９）。活性炭は、大きい（１〜１００μｍ）粒子及び小さい（０．０５〜１μｍ）粒子の混合物からなる。
【０００９】
小さい粒子は１０〜６０の質量パーセントを占める：多孔質弾性誘電体は、サイズが１〜５０μｍの多孔質プラスティック粒子又は直径０．３〜５０μｍで長さが０．１〜５ｍｍである多孔質誘電材料の繊維を表す。：ポリマーバインダーは、大抵は、ポリビニルアルコール、多糖類、弾性ゴム（天然ゴム）、フッ素樹脂によって表される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、そのような電極を備えるキャパシタは、多孔質弾性誘電体を用いるために、低容量且つ高抵抗である。また、そのような電極を備えるキャパシタは、比較的、機械的強度が低い。これらの短所は、ＲＦ特許番号２１７２０３７で設計された電極においてある程度まで除去された。その電極は、いわば、熱可塑性ポリマー粒子によって結合された活性炭のような吸着材からなる。熱可塑性ポリマー粒子は、活性炭粒子の間で均等に分散し、平均サイズが活性炭粒子の平均サイズの０．０８〜０．９倍である。
【００１１】
上記特許で設計された電極は、活性炭と、黒鉛粉によって作られたものであってもよいし、ポリマー粒子によって結合された煤によって作られたものであってもよい。：この場合、電極の全容積に渡って最も均等な分散を達成するため、黒鉛又は煤粒子の平均サイズは、活性炭粒子の平均サイズの０．０２〜１．４倍でなければならない。
【００１２】
ＲＦ特許番号２１７２０３７において提案された電極のもう１つの実施形態は、本発明に最も密接しているが、その実施形態においては、電極は付加的に、ポリマー粒子によって片側又は両側からその表面に付された活性炭布を含むことが可能である。その活性炭布の繊維の平均サイズは吸着材粒子の平均直径の０．２〜０．５倍である。しかしながら、前記電極の強度は不十分であり、その上、製造技術が複雑すぎる。活性炭布は、型に配置され、続いて、遊離した吸着剤とポリマーの均質な混合物が同じ型に入れられ、もしバイポーラ電極が作られる必要があれば、炭布は全ての最上部に配置され、その後、積み重ねたもの全体は押圧され、熱処理される。それから型は冷却され、完成した電極が取り出される。
【００１３】
本発明の目的は、電気抵抗及び静電容量の良いパラメータと、増加した機械的強度と、を併せ持つＥＤＬＣ電極を提供することである。
【００１４】
発明の別の目的は、製造が容易である電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの目的は本発明によって達成された。本発明の主題は、以下を備えるＥＤＬＣ電極である：
平板基板と該基板に付された活性炭布。ここで、前記基板は、高分子カーボン、又は、更に具体的にはセレシン(ceresine)を含浸し、熱膨張した黒鉛（ＴＥＧ）からなる。
【００１６】
上記布は、キャパシタに使用される電解質に対する耐性を有する接着剤を用いて基板に付されている。
【００１７】
活性炭布は、基板の片側から付されてもよいし、両側から付されてもよい。後者の場合、電極はバイポーラとなり、中間（電極の間）位置を占めることとなる。その一方で、前者の場合、電極はユニポーラとなり、それゆえ電極アセンブリの端の位置を占めることとなる。
【００１８】
本発明の主要な際立つ特徴は、“柔軟性のある黒鉛”とも呼ばれるＴＥＧ製の基板を使用している電極である。発明は、異なる商標のＴＥＧを使用してもよい。例えば、株式会社UCAR Carbon のGrafoil（登録商標） 、Garlock のGRAPH-LOCK、the Russian company Unikhimtek (Унихимтек)のGrafleks (Графлекс) である。
【００１９】
ＴＥＧは、伸縮性を有し、圧縮可能であり、弾力性を有し、化学的に不活性であり、耐火性を有し、耐熱性を有する材料である。その最も価値ある性質は、その特性が実質的に気温に依存しないという事実にある。ＴＥＧは、異方導電性及び異方熱伝導性を有する。それは、化学、石油化学、石油精製の産業で広範囲に使用され、また、自動車産業で、遮音材として、広範囲に使用される。そのうえ、ＴＥＧは、遮蔽材として、そして熱の除去目的で電子機器における商業用途を発見した。
【００２０】
弾力性、圧縮性のようなＴＥＧの特性により、ＴＥＧは、板状に製造され、構造材として使用されることが可能となる。これは、本発明にも当てはまり、本発明における場合、ＴＥＧは、電極用の基板として使用される。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
第１の実施の形態．ユニポーラ（端）電極の製作
真空キャビネットの内部において、Grafleks  ＴＥＧの基板が、セレシン中に１１０〜１４０℃で浸される。真空レベルを０．５〜０．８ｋｇ／ｃｍ２に設定する。それから、УВИС-АК-Т-040 (ТУ 1916-002-18070047-2007)型の活性炭布（ＡＣＣ）が、その輪郭において、水エマルジョン、БНК-302 (ТУ 38.103602-86)等級のラテックスで、幅２〜５ｍｍに渡って、処理される。その処理は、その布の繊維を共に接合するため、そして、その布を１．２５〜１．２８ｇ／ｃｍ２の密度で電解質に浸すために行われるものである。含浸後、その布は７〜８ｋｇ／ｃｍ２の特定の圧力を使用して板の間で絞られる。
【００２２】
前記ＡＣＣは、セレシンに含浸された前記黒鉛基板の片側に耐酸性シリコン接着剤を用いて付される。その接着剤は、ＡＣＣへ接触する領域はむき出しにして２〜４ｍｍ幅で薄く基板に塗布される。
【００２３】
第２の実施の形態．バイポーラ（中間）電極の製作
同一の製作技術が第２の実施の形態のために採用される。今回は、ＡＣＣを基板の両側に付す。
【００２４】
第３の実施の形態
（９０セルの）キャパシタが、第１の実施の形態及び第２の実施の形態で示したように製造された電極により組み立てられる。キャパシタ試験は以下の結果を生じた（表１）。
【００２５】
【表１】
2015525966.tif 000002
【国際調査報告】
2015525966.tif 000003
2015525966.tif 000004