(57)【要約】本発明は、電気工学の分野に関し、そして電気エネルギーを蓄積する装置を開発するために使用できる。本発明の電気二重層を有する電解コンデンサーは、長寿命で、高い比エネルギーと仕事率を有する、作動可能な装置を製作できる。前記電気二重層を有する電解コンデンサーは、ゲル化剤を有する溶融電解質（５）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層を有するコンデンサーであって、少なくとも１つが分極性である電極（１，２）、セパレーター（３）及び溶融電解質（５）を含み、補強材（６）が前記溶融電解質（５）の構造中に導入されることを特徴とする、前記コンデンサー。
【請求項２】
補強材（６）として、電解質（５）中に導入された不活性で微細な分散物質が使用されることを特徴とする、請求項１記載の電気二重層を有するコンデンサー。
【請求項３】
アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、ホウ素、ケイ素、ジルコニウム、イットリウム、又はベリリウム、の酸化物、混合酸化物、又は窒化物、又はこれらの混合物、に基づく微細で分散した物質が補強材（６）として使用されることを特徴とする、請求項１又は２記載の電気二重層を有するコンデンサー。
【請求項４】
溶融電解質（５）が、周期表の主要な亜族の第１族、第２族、又は第３族の元素のハロゲン化物又はこれらの混合物を含むことを特徴とする、請求項１〜３いずれかに記載の電気二重層を有するコンデンサー。
【請求項５】
第２電極（２）が、非分極性に作製され、そして溶融電解質の環境下において電気化学的方法で可逆的に酸化及び還元できる物質を活物質（４）として含むことを特徴とする、請求項１〜４いずれかに記載の電気二重層を有するコンデンサー。
【請求項６】
非分極性電極（２）が、周期表の第１族、第２族、又は第３族の金属又はこれらの混合物、又はこれら金属と炭素、ケイ素、ホウ素、又はその他の金属との合金を活物質（４）として含むことを特徴とする、請求項５記載の電気二重層を有するコンデンサー。
【請求項７】
非分極性電極（２）が、鉄族、バナジウム族、クロム族、又は銅族からの金属の硫化物又は酸化物、又はこれらの混合物を活物質（４）として含むことを特徴とする、請求項５記載の電気二重層を有するコンデンサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、電気工学の分野に関し、そして電気エネルギーを蓄積する装置を製造するために使用できる。また本発明は、一定の又は補償再充電の方式で作動する場合の非常用電源の装置において利用できる。また本発明は、例えば、風力発電又は太陽熱発電において周期的に作動するエネルギー源を採用する場合に、一定の電源を確保するために利用できる。また本発明は、輸送機関において、復熱式ブレーキのエネルギーを蓄積する装置において利用できる。また本発明は、電気を輸送するトラクションバッテリーとして利用できる。
【０００２】
【発明の背景】
電気二重層（ｄｏｕｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）を有する公知のコンデンサー又は公知の電解コンデンサーの活動原理は、第一種類の導体と第二種類の導体の境界（電極‐電解質）において生じる電気二重層に蓄積されたエネルギーの利用に基づく。
【０００３】
一般的に、このようなコンデンサーの電極は高い比表面積を有する炭素材料から造られる。コンデンサーの入力（Ｐｏｗｅｒ ｃａｐａｃｉｔｙ）は、採用される電解質に特有の電気二重層の分解電位とキャパシタンスによって制限される。水性電解質の場合、分解電位は１．２３ボルトである。
電気二重層を有し、２つの電極と水性電解質を含むコンデンサーが知られている（ＲＵ２０５４７２３Ｃｌ，Ｈ０１Ｇ９／００，１９９６）。
【０００４】
電解質として有機溶媒を使用すると、コンデンサーの作動電圧を３〜４ボルト上昇できる。
電気二重層を有し、２つの電極と有機電解質を含有するコンデンサーが知られている（米国３７００９７５Ａ，Ｈ０１Ｇ９／００，１９７２）。
しかしながら、電気二重層及び有機電解質を有するコンデンサーの仕事率の増大は、前記有機電解質の導電率が低いために阻害される。
【０００５】
前記問題を解決するために提案された類似のコンデンサーは、電気二重層を有し、そして分極性電極、セパレーター及び溶融電解質を含む（米国５６２１６０７Ａ，Ｈ０１Ｇ９／０４，１９９３）。
公知のコンデンサーにおいて、溶融塩化物及び溶融臭化物が電解質として使用される。
【０００６】
例えば、リチウムとカリウムの塩化物から成る４００〜５００℃の共融混合物中において、９００〜１２００ｍ２／ｇの比表面積を有する活性炭から造られる電極のキャパシタンスは、約５００Ｆ／ｇであり、そして１５００〜２０００ｍ２／ｇの比表面積を有する活性炭から造られる電極のキャパシタンスは約６００Ｆ／ｇである。この電解質の導電率は４００℃で１．７オーム／ｃｍである。溶融塩化アルミニウム及び溶融塩化マグネシウムの分解電位は２．５Ｖを超過し、アルカリ金属塩化物の分解電位は３．５Ｖを超過し、アルカリ金属フッ化物の分解電位は５Ｖを超過する。
【０００７】
溶融塩を使用すると、本体の構造材料及び導電体等に対する溶融塩の腐食攻撃性が増大する一連の問題が生じ、これらの問題を解決する必要性が生じる。
これらの問題は極めて深刻であるため、溶融電解質を有し、そして基準に合致した能力と寿命を有するコンデンサーを開発することは重要である。
【０００８】
【発明の要約】
電気二重層を有するコンデンサーに関して解決されるべき問題は、高い比エネルギーと仕事率を有すると共に高能力と長寿命を有する効率的な装置を製造することである。
目的とする技術的成果は、少なくとも１つが分極性である電極、セパレーター、及び溶融電解質を含む、電気二重層を有するコンデンサーにおいて、補強材（ｓｔｉｆｆｅｎｅｒ）が前記溶融電解質の構造中に導入されることを特徴とする、本発明のコンデンサーを製造することによって達成される。
【０００９】
本発明は、補強材として、不活性で微細な分散物質が使用されることを特徴とする。
前記分散物質は、どのような形態の粒子を有する粉末（繊維を含む）であってもよい。
本発明は、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、ホウ素、ケイ素、ジルコニウム、イットリウム、又はベリリウム、の酸化物、混合酸化物、又は窒化物、又はこれらの混合物、に基づく、微細で分散した物質が、補強材として使用されることを特徴とする。
【００１０】
溶融塩、例えば、周期表の主要な亜族の第１族及び第２族の元素のハロゲン化物を電解質として使用すると、コンデンサーの比キャパシタンスを著しく増大させる。なぜならば、電極と電解質（溶融物）との境界の電気二重層のキャパシタンスは、水性電解質中において、特に有機電解質中において、比キャパシタンスを大幅に超過するからである。
【００１１】
また、本発明は、第２電極が、非分極性に作製され、そして溶融電解質の環境下において電気化学的方法で可逆的に酸化及び還元できる物質を活物質として含むことを特徴とする。
その結果、コンデンサーの比エネルギーが増大する。
【００１２】
周期表の第１族、第２族、又は第３族の金属又はこれらの混合物、又はこれら金属と炭素、ケイ素、ホウ素、又はその他の金属との合金を活物質として使用できる。
前記金属及び合金は、コンデンサーの充電を通じて生成可能である。
これらの金属及び合金は陰極として使用される。
【００１３】
前記非分極性電極は、鉄族、バナジウム族、クロム族、又は銅族からの金属の硫化物又は酸化物、又はこれらの混合物を活物質として含有し、これらは陽極の固形活物質として使用される。
【００１４】
補強材を電解質の組成中に導入すると、電気二重層（エレメント）を有するコンデンサーを形成でき、このコンデンサーにおいて、溶融電解質は、毛管力を犠牲にして、前記電極の活物質及び補強材中で固定され、そしてコンデンサーの本体細部と接触しない。このようなエレメントにおいて、補強された電解質は同時にセパレーターとして作用する。
その結果、先ず、構造材料の腐食が回避され、そして次に、電気二重層を有する本体のないエレメントのコンデンサーを形成できる。
【００１５】
この溶融電解質は種々の量の補強材を含有可能であり、従って、剛性の度合を変更できる。
補強材の量が少ない場合には、電解質の導電率及びコンデンサーのキャパシタンスが増大し、補強材の量が多い場合には、コンデンサーの機械的安定性が向上する。
電気二重層を有する本発明のコンデンサーの本質を、以下の記述及び実施例並びにコンデンサーの構造を概略的に示す図１に基づいて説明する。
【００１６】
【電気二重層を有するコンデンサーの好ましい態様】
電気二重層を有するコンデンサーは、少なくとも１つが分極性である電極１及び２、セパレーター３、電極活物質４、溶融電解質５、前記溶融電解質中に導入された補強材６、及び導体７を含む。
【００１７】
補強材、電極活物質などとして種々の物質を使用して、本発明の構成物の試験を実施した。
溶融電解質の環境下で安定した高い比表面積を有する導電性物質を、分極性電極の材料として使用することが有利である（活性炭、炭化物、窒化物、酸化物、金属類）。
得られた結果を下記の実施例に示す。
【００１８】
実施例１
９００〜１２００ｍ２／ｇ（２０〜３０質量％）の比表面積を有する活性炭粉末に電解質を添加して、直径２２ｍｍで１．２ｍｍ幅のディスクの形状に形成することにより、コンデンサーの複数の電極を作製する。電解質はリチウムとカリウムの塩化物から成る共融混合物（５９モル％ＬｉＣｌ）を含み、その融解温度は３５２℃である。アルミン酸マグネシウム（４０質量％）の粉末を補強材として前記電解質中に導入する。セパレーター（即ち、同じ組成の硬化した電解質）を１ｍｍ幅の圧縮プレートの形状に形成する。直径２４ｍｍで幅０．３ｍｍの黒鉛円盤が電気接点として機能する。
【００１９】
実施例２
実施例１と対照的に、複数の電極は１５００〜２０００ｍ２／ｇの比表面積を有する活性炭粉末から造られる。
【００２０】
実施例３
実施例１と対照的に、一つの電極は電解質を添加された二硫化鉄（ＦｅＳ２）の粉末から０．５ｍｍ幅のプレート形状に造られる。
【００２１】
実施例４
実施例１と対照的に、一つの電極はリチウム‐アルミニウム合金（２〜４質量％のリチウム）の粉末から０．５ｍｍ幅のプレート形状に造られる。
【００２２】
上述の実施例に従って、４００℃におけるコンデンサーの特性を表１に示す。
【表１】
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【００２３】
【産業上の利用可能性】
電気二重層を有する本発明のコンデンサーに基づいて、必要な電圧を得ることが望まれるできるだけ多くのエレメントが単一の本体に組み込まれた双極性構造のバッテリーを製造できる。それぞれのエレメント毎の本体を必要としないため、バッテリーの構造が極めて簡単になり、その重量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
コンデンサーの構造を示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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