ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОД И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВУХСЛОЙНЫЙ КОНДЕНСАТОР
POLARISED ELECTRODE AND ELECTRIC TWO-LAYER CAPACITOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к поляризованному электроду и электрическому двухслойному конденсатору, использующему такой электрод.
Уровень техники
Электрический двухслойный конденсатор с поляризованными электродами, содержащими активированный паром углерод, широко известен. В таком электрическом двухслойном конденсаторе частицы активированного паром углерода имеют низкую электропроводность, поэтому заданная электропроводность обеспечивается добавлением к поляризованным электродам 2-20 мас.% проводящего наполнителя (проводящей добавки). Кроме того, улучшалась емкость такого электрического двухслойного конденсатора, однако, в последнее время усовершенствования емкости достигли своих пределов. В этой связи был предложен электрический двухслойный конденсатор, использующий в поляризованном электроде вместо углерода, активированного паром, углерод, активизированный щелочью (см., например, публикацию японской патентной заявки №2004-47613). Активированный щелочью углерод графитизированного углеродного материала имеет вследствие своей низкой пористости и графитовой структуры превосходную по сравнению с активированным паром углеродом проводимость, поэтому количество проводящего наполнителя (проводящей добавки), добавляемого к поляризованному электроду, может быть снижено. По сравнению с активированным паромом углеродом активированный щелочью углерод вследствие остроты кривой распределения пор и малого объема пор обладает большей способностью к ионной адсорбции, что обеспечивает возможность увеличения плотности емкости поляризованного электрода.
2
Однако поляризованный электрод, использующий активированный щелочью углерод, обладает большой способностью к адсорбции ионов, поэтому во время разряда градиент концентрации ионов в теле электрода невелик, вследствие чего увеличивается диффузное сопротивление. Кроме того, из-за расширения активированного щелочью углерода в процессе заряда тело электрода расширяется. В результате существует возможность того, что зазоры между частицами активированного углерода в теле электрода ограничиваются и препятствуют диффузии ионов в теле электрода, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления. Поэтому, хотя активированный щелочью углерод имеет более высокую проводимость, чем проводимость углерода, активированного паром, сопротивление диффузии ионов возрастает и, соответственно, увеличивается внутреннее сопротивление. То есть внутреннее удельное сопротивление (Ом·см) на единицу площади поверхности поляризованного электрода, использующего углерод, активированный щелочью, увеличивается по сравнению с поляризованным электродом того же самого размера, использующего углерод, активированный паром.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание поляризованного электрода, пригодного для изготовления электрического двухслойного конденсатора с небольшим внутренним сопротивлением при сохранении превосходной емкости, а также электрического двухслойного конденсатора.
Раскрытие изобретения
2
2
Настоящее изобретение, решающее вышеописанные задачи, относится к поляризованному электроду, содержащему смешанный активированный углерод, состоящий из, по меньшей мере, двух видов активированного углерода, при этом удельная поверхность смешанного активированного углерода не меньше чем 900 м/г и меньше 1900 м/г.
2
2
В этом поляризованном электроде содержится смешанный активированный углерод, состоящий из, по меньшей мере, двух видов активированного углерода с различающимися величинами удельной поверхности, при этом удельная поверхность смешанного активированного углерода не меньше чем 900 м/г и меньше 1900 м/г с тем, чтобы степень снижения сопротивления быстро увеличивалась по сравнению с обычной степенью снижения сопротивления. В результате в соответствии с данным поляризованным электродом становится возможным изготовление электрического двухслойного конденсатора с небольшим внутренним сопротивлением при поддержании превосходной емкости.
Предпочтительно, чтобы в этом поляризованном электроде смешанный активированный углерод содержал расширяющийся активированный углерод и нерасширяющийся активированный углерод. Упоминаемый в настоящем изобретении «расширяющийся активированный углерод» обозначает активированный углерод, расширяющийся при приложении напряжения к поляризованному электроду в растворе электролита, и, с другой стороны, «нерасширяющийся активированный углерод» обозначает активированный углерод, который по существу не расширяется или обладает способностью к расширению более низкой, чем расширяющийся активированный углерода. Подробно метод определения расширяющегося активированного углерода и нерасширяющегося активированного углерода будет описан далее.
Предлагаемый поляризованный электрод делает возможным изготовление электрического двухслойного конденсатора с более надежно реализуемыми превосходными емкостными характеристиками и низким внутренним сопротивлением.
Предпочтительно, чтобы в этом поляризованном электроде доля расширяющегося активированного углерода в общем количестве смешанного активированного углерода составляла более 0 мас.%, но не больше чем 85 мас.%, а доля нерасширяющегося активированного углерода - не меньше 15 мас.% и меньше 100 мас.%.
Электрический двухслойный конденсатор, использующий поляризованный электрод, содержащий в качестве активированного углерода только расширяющийся активированный углерод (графитированный активированный щелочью углерод), имеет большую емкость по сравнению с электрическим двухслойным конденсатором, содержащим только нерасширяющийся активированный углерод (активированный паром углерод). Поэтому в общем случае ожидается, что внутреннее сопротивление электрического двухслойного конденсатора, содержащего активированный паром углерод и графитизированный активированный щелочью углерод, будет выше, чем внутреннее сопротивление электрического двухслойного конденсатора, содержащего только активированный паром углерод.
Однако, вопреки этому ожиданию, предлагаемый поляризованный электрод, благодаря содержанию расширяющегося активированного углерода и нерасширяющегося активированного углерода в указанных количественных диапазонах, делает возможным изготовление электрического двухслойного конденсатора, внутреннее сопротивление которого ниже, чем внутреннее сопротивление электрического двухслойного конденсатора с поляризованным электродом, содержащим только нерасширяющийся активированный углерод (активированный паром углерод).
В случае обычного поляризованного электрода при использовании электрического двухслойного конденсатора в низкотемпературных окружающих условиях вязкость раствора электролита возрастает, а подвижность ионов падает. То есть, если такой электрический двухслойный конденсатор с обычными поляризованными электродами используется в условиях низких температур, его внутреннее сопротивление вследствие сочетания вышеописанных причин возрастает. С другой стороны, при использовании поляризованного электрода согласно настоящему изобретению в условиях низких температур посредством применения смешанного активированного углерода может быть изготовлен электрический двухслойный конденсатор, способный поддерживать более высокую емкость и иметь меньшее внутреннее сопротивление, чем электрод, содержащий только расширяющийся активированный углерод (графитизированный активированный щелочью углерод).
В соответствии с настоящим изобретением посредством использования в поляризованном электроде смешанного активированного углерода может быть изготовлен электрический двухслойный конденсатор, имеющий большую емкость, чем в случае использования только нерасширяющегося активированного углерода (углерода, активированного паром).
Посредством использования смешанного активированного углерода количество дорогостоящего графитизированного активированного щелочью углерода в поляризованном электроде согласно настоящему изобретению может быть уменьшено по сравнению с количеством, используемым в электроде, содержащем только расширяющийся активированный углерод (графитизированный активированный щелочью углерод), тем самым может быть снижена его стоимость.
3
Поляризованный электрод согласно настоящему изобретению содержит расширяющийся активированный углерод, который обладает превосходными проводящими свойствами (графитизированный активированный щелочью углерод), вследствие чего используемое количество добавляемого к поляризованному электроду проводящего наполнителя может быть уменьшено, а плотность емкости (Ф/см) в расчете на объем электрода может быть обеспечена выше, чем в поляризованном электроде, содержащем только нерасширяющийся активированный углерод (активированный паром углерод).
Предпочтительно, чтобы в этом поляризованном электроде величина отношения D1/D2 размера частиц нерасширяющегося активированного углерода (D1) к размеру частиц расширяющегося активированного углерода (D2) составляла от 0,3 до 1,0.
В целях реализации вышеописанных превосходных емкостных характеристик и низкого внутреннего сопротивления, предлагаемых данным поляризованным электродом, возможно изготовление электрического двухслойного конденсатора, при этом формуемость поляризованного электрода может быть улучшена.
2
Предпочтительно, чтобы в таком поляризованном электроде расширяющийся активированный углерод являлся графитизированным активированным углеродом, и более предпочтительно, чтобы графитизированный активированный углерод являлся активированным углеродом, полученным активацией щелочью графитированного углеродного материала, полученного термообработкой мезофазного пека. Еще более предпочтительно, чтобы активированный углерод, полученный активацией щелочью графитированного углеродного материала, полученного термообработкой мезофазного пека, имел удельную поверхность не более 1500 м/г.
Предпочтительно, чтобы в таком поляризованном электроде нерасширяющийся активированный углерод являлся неграфитизированным активированным углеродом, и предпочтительно, чтобы неграфитизированный активированный углерод являлся активированным углем, полученным из кокосовой скорлупы, активированным углеродом на основе фенольных смол или активированным углеродом на основе изотропного пека.
Электрический двухслойный конденсатор согласно настоящему изобретению, решающий поставленные задачи, имеет вышеописанный поляризованный электрод.
Согласно настоящему изобретению могут быть обеспечены поляризованный электрод, с помощью которого возможно изготовление электрического двухслойного конденсатора с малым внутренним сопротивлением при сохранении превосходной емкости, а также электрический двухслойный конденсатор.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - сечение вдоль центральной оси цилиндрического электрического двухслойного конденсатора;
фиг.2(а) - перспективное изображение намотки электрода, составляющего представленный на фиг.1 цилиндрический электрический двухслойный конденсатор, и фиг.2(b) - сечение по линии А-А на фиг.2(а) вдоль;
2
фиг.3 - график зависимости между удельной поверхностью и степенью снижения сопротивления смешанного активированного углерода, используемого в поляризованном электроде, где горизонтальная ось обозначает удельную поверхность (м/г) смешанного активированного углерода, а вертикальная ось соответствует степени снижения сопротивления (%);
фиг.4 - график зависимости между содержанием расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный активированный углерод) и начальной емкостью и фактическим начальным внутренним сопротивлением, где горизонтальная ось указывает содержание (мас.%) расширяющегося углерода, левая вертикальная ось указывает емкость (Φ), а правая вертикальная ось отображает фактическое внутреннее сопротивление (мОм);
фиг.5 - график зависимости между содержанием расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный активированный углерод) и емкостью после проведения ускоренного испытания на долговечность и фактическим внутренним сопротивлением после проведения ускоренного испытания на долговечность; горизонтальная ось указывает содержание (мас.%) расширяющегося углерода, левая вертикальная ось указывает емкость (Φ), а правая вертикальная ось отображает фактическое внутреннее сопротивление (мОм);
фиг.6 - график зависимости между содержанием расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный активированный углерод) и начальной емкостью и начальным фактическим внутренним сопротивлением; горизонтальная ось указывает содержание (мас.%) расширяющегося углерода, левая вертикальная ось указывает емкость (Φ), а правая вертикальная ось указывает фактическое внутреннее сопротивление (мОм);
фиг.7 - график зависимости между изменением емкости после проведения ускоренного испытания на долговечность от начальной емкости и изменением фактического внутреннего сопротивления после проведения ускоренного испытания на долговечность от начального фактического внутреннего сопротивления; горизонтальная ось указывает содержание (мас.%) расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный активированный углерод), левая вертикальная ось указывает изменение емкости (%), а правая вертикальная ось указывает изменение фактического внутреннего сопротивления (%);
фиг.8 - график зависимости между температурой, емкостью и фактическим внутренним сопротивлением цилиндрического электрического двухслойного конденсатора; горизонтальная ось указывает температуру (°С), левая вертикальная ось указывает емкость (Φ), а правая вертикальная ось указывает фактическое внутреннее сопротивление (мОм);
фиг.9 - график зависимости между размером частиц расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный активированный углерод), начальной емкостью и начальным фактическим внутренним сопротивлением; горизонтальная ось указывает размер частиц (мкм) расширяющегося углерода, левая вертикальная ось указывает емкость (Φ), а правая вертикальная ось указывает фактическое внутреннее сопротивление (мОм); и
фиг.10 - частичное сечение электрического двухслойного конденсатора дискового типа, иллюстрирующее электрический двухслойный конденсатор другого варианта выполнения.
Наилучший вариант осуществления изобретения
Далее представлен вариант осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи. Фиг.1 представляет сечение вдоль центральной оси цилиндрического электрического двухслойного конденсатора, фиг.2(а) - перспективное изображение намотки электрода цилиндрического электрического двухслойного конденсатора, представленного на фиг.1, и фиг.2(b) - сечение по линии А-А на фиг.2(а).
Как показано на фиг.1, цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 в основном включает в себя цилиндрический герметичный контейнер 2, размещенные в воздухонепроницаемом контейнере 2 совместно с раствором электролита (не показан) токоприемники 4 и 5 и электродную намотку 3.
Герметичный контейнер 2 включает имеющий дно цилиндрический корпус 15 и крышку 16, которая закрывает открытую сторону этого цилиндрического корпуса 15. В дне цилиндрического корпуса 15 проделано отверстие 2а, в которое вставлена втулка 27 описанного ниже токоприемника 5, и сформован отрицательный вывод 28, выполненный так, чтобы кольцеобразно окружать отверстие 2а.
Крышка 16 по существу включает крышку 17 цилиндрического корпуса, по существу цилиндрический промежуточный элемент 19 из изоляционной смолы и по существу цилиндрический положительный вывод 22.
Корпус крышки 17 приварен к открытому концу цилиндрического корпуса 15, и смонтированные на корпусе крышки 17 промежуточный элемент 19 и положительный вывод 22 подогнаны к внутренней стороне крышки и друг к другу непроницаемым для жидкостей образом.
В качестве материала для этого герметичного контейнера 2, в частности, для цилиндрического корпуса 15 предпочтительно используется материал, изменение объема которого при заряде или разряде не превышает 1%, например, такой металл, как Al, Ti, Fe, Cr, Ni, Mn, Ca, Zr и др., или сплав, содержащий, по меньшей мере, один из этих металлов.
В качестве электролита для электролитического раствора может использоваться какой-либо из известных, например, тетраалкиламмонийная соль или аминная соль хлорной кислоты, гексафторфосфорная кислота, тетрафторборная кислота, трифторалкилсульфоновая кислота или тетрафторалкилсульфоновая кислота.
Токоприемник 4 изготовлен из алюминия и включает дисковый элемент 25 и втулку 24, выступающую от центра этого дискового элемента 25. На дисковом элементе 25 сформован выпуклый выступ 26, направленный в сторону намотки электрода 3. Этот выпуклый выступ 26 приварен и электрически связан с соединительным проводником 13 положительного электрода 6 (см. фиг.2(а)) описанной ниже намотки электрода 3. Втулка 24 вставлена во внутреннюю часть положительного вывода 22, то есть в центральное отверстие 24а, и электрически связана с положительным выводом 22 посредством сварки с положительным выводом 22.
Подобно токоприемнику 4 токоприемник 5 изготовлен из алюминия и включает дисковый элемент 29 и втулку 27, выступающую от центра дисковой части 29. На дисковом элементе 29 сформован выпуклый выступ 30, направленный в сторону намотки электрода 3. Этот выпуклый выступ 30 приварен и электрически связан с соединительным проводником 14 отрицательного электрода 7 (см. фиг.2(а)) описанной ниже намотки электрода 3. Как указано выше, втулка 27 вставлена в отверстие 2а, проделанное в дне цилиндрического корпуса 15, и электрически соединена с отрицательным выводом 28 посредством сварки с дном цилиндрического корпуса 15. В этом токоприемнике 5 проделано отверстие для впрыска раствора электролита 31 таким образом, чтобы оно проходило сквозь втулку 27 и дисковый элемент 29 и обеспечивало сообщение между внутренней и внешней частями герметичного контейнера 2, при этом для обеспечения герметичности инжекционное отверстие 31 закрыто установленной резиновой заглушкой 32.
Как показано на фиг.2(а), намотка электрода 3 включает имеющие форму лент положительный электрод 6, отрицательный электрод 7 и разделители 8 и 9. В этом варианте разделитель 8, положительный электрод 6, разделитель 9 и отрицательный электрод 7 уложены слоями в данном порядке, и эта слоистая структура намотана вокруг сделанного из алюминия намоточного сердечника 10 при размещении разделителя 8 с внутренней стороны. Разделитель 9 имеет большую длину, чем отрицательный электрод 7, и разделитель 9, проходящий от конца намотки отрицательного электрода 7, перекрывает отрицательный электрод 7 по наиболее удаленной периферии. При этом на фиг.2(а) часть разделителя 9 обрезана и его контур обозначен пунктирной линией из чередующихся длинного и двух коротких штрихов. Предпочтительно, чтобы намотка электрода 3 размещалась в цилиндрическом корпусе 15 без зазоров с его внутренней поверхностью.
В качестве разделителей 8 и 9 могут использоваться листы из известных изоляционных материалов, например, листы, приготовленные из пористой смешанной бумаги или нетканого материала, полученного посредством прокатки в тонкий лист олефиновых полимеров (полиэтилена, полипропилена), целлюлозы, полиэстера, полиамида и др.
Положительный электрод 6 и отрицательный электрод 7 главным образом состоят из имеющей форму ленты накапливающей электричество фольги 11, изготовленной из алюминиевой фольги, и пары поляризованных электродов 12, сформированных, как показано на фиг.2(b), по обеим сторонам накапливающей электричество фольги 11. Эти поляризованные электроды 12 соответствуют «электроду» в формуле изобретения.
Поляризованные электроды 12 по существу покрывают всю поверхность накапливающей электричество фольги 11, оставляя одну кромку вдоль продольного направления накапливающей электричество фольги 11, и кромка положительного электрода 6, которая не покрывается поляризованными электродами 12, образует соединительный проводник 13, приваренный к выпуклому выступу 26 (см. фиг.1), сформованному на дисковом элементе 25 токоприемника 4. В дополнение к этому, не покрытая поляризованным электродом 12 кромка отрицательного электрода 7 образует соединительный проводник 14, приваренный к выпуклому выступу 30 (см. фиг.1), сформованному на дисковом элементе 29 токоприемника 5.
Поляризованные электроды 12 содержат активированный углерод, проводящий наполнитель и описанное ниже связующее вещество.
Проводящий наполнитель улучшает токопроводящий путь поляризованных электродов 12, при этом в качестве такого проводящего наполнителя может использоваться, например, проводящий тонкодисперсный порошок углеродной сажи, ацетиленовая сажа, ламповая сажа, природный графит, искусственный графит, изотропный графит, мезофазный углерод, углеродное волокно на основе пека, выращенное из газовой фазы углеродное волокно, наноуглерод или углеродное волокно на основе полиакрилонитрила и т.д.
Связующее вещество улучшает токопроводящий путь поляризованных электродов 12, связывая друг с другом проводящий наполнитель и описанный ниже активированный углерод. В качестве такого связующего вещества может использоваться, например, фторсодержащий полимер, такой как политетрафторэтилен (PTFE), сополимер этилена и тетрафторэтилена, полимеризованный хлортрифторэтилен, полимеризованный винилиденфторид, сополимер тетрафторэтилена и фторалкилвинилового эфира и др.
Далее будет описан активированный углерод, который в этом варианте используется для поляризованных электродов 12. Этот активированный углерод состоит из активированного углерода, смешанного из, по меньшей мере, двух видов углерода с различными удельными поверхностями, и в дальнейшем именуется просто «смешанным углеродом». Смешанный углерод в этом варианте осуществления содержит расширяющийся активированный углерод (в дальнейшем именуемый «расширяющимся углеродом») и нерасширяющийся активированный углерод (в дальнейшем именуемый «нерасширяющимся углеродом»). При этом «расширяющийся углерод» согласно настоящему изобретению обозначает активированный углерод, который увеличивается в объеме при приложении напряжения к поляризованным электродам 12 в растворе электролита, и, с другой стороны, «нерасширяющийся активированный углерод» обозначает активированный углерод, который по существу не расширяется или обладает способностью к расширению более низкой, чем расширяющийся активированный углерод. Точным способом определения, является ли активированный углерод расширяющимся углеродом или нерасширяющимся углеродом, является следующее: если способность к расширению поляризованных электродов 12, состоящих из 80 мас.% активированного углерода, идентифицируемого в качестве расширяющегося углерода или нерасширяющегося углерода, 10 мас.% проводящего наполнителя и 10 мас.% связующего вещества, при приложении напряжения к поляризованным электродам 12 в растворе электролита достигает величины не менее 10%, такой активированный углерод может быть идентифицирован как «расширяющийся углерод». Если способность к расширению поляризованного электрода 12 составляет 0%, меньше 10% или, предпочтительно, не больше 5%, такой активированный углерод идентифицируется как «нерасширяющийся углерод».
В общем количестве смешанного углерода, содержащего такой расширяющийся углерод и такой нерасширяющийся углерод, предпочтительно, чтобы содержание расширяющегося углерода составляло более 0 мас.%, но не больше чем 85 мас.%, а содержание нерасширяющегося активированного углерода - не меньше 15 мас.% и меньше 100 мас.%. Более предпочтительное содержание расширяющегося углерода - не меньше 10 мас.% и не больше 67 мас.%, более предпочтительное содержание нерасширяющегося углерода - не меньше 33 мас.% и не больше 90 мас.%, еще более предпочтительное содержание расширяющегося углерода - не меньше 10 мас.% и не больше 60 мас.%, еще более предпочтительное содержание нерасширяющегося углерода - не меньше 40 мас.% и не больше 90 мас.%, и наиболее предпочтительное содержание расширяющегося углерода - не меньше 10 мас.% и не больше 50 мас.%, наиболее предпочтительное содержание нерасширяющегося углерода - не меньше 50 мас.% и не больше 90 мас.%. Кроме того, при выборе содержания расширяющегося углерода не меньше чем 10 мас.% обеспечивается увеличение объема поляризованных электродов 12 при заряде, в результате они приближаются к накапливающей электричество фольге 11. В итоге сопротивление контакта между поляризованными электродами 12 и накапливающей электричество фольгой 11 снижается более эффективно.
Предпочтительно, чтобы в этом поляризованном электроде величина отношения D1/D2 размера частиц нерасширяющегося активированного углерода (D1) к размеру частиц расширяющегося активированного углерода (D2) составляла от 0,3 до 1,0. В этой связи поляризованные электроды 12, содержащие расширяющийся углерод и нерасширяющийся углерод с таким соотношением размеров частиц, обладают превосходными формовочными свойствами.
2
2
2
2
2
2
Удельная поверхность расширяющегося углерода предпочтительно не превышает 2000 м/г и более предпочтительно - не выше чем 1500 м/г и не меньше чем 300 м/г. Расширяющийся углерод с удельной поверхностью, не превышающей 2000 м/г, эффективно обеспечивает снижение внутреннего сопротивления и увеличение емкости поляризованного электрода 12. Расширяющийся углерод с удельной поверхностью не больше чем 1500 м/г и не меньше чем 300 м/г может уменьшить количество раствора электролита, используемого в цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1.
2
Удельная поверхность нерасширяющегося углерода специальным образом не ограничивается, однако предпочтительно используется нерасширяющийся углерод с удельной поверхностью от около 1200 до 2500 м/г. Расширяющийся углерод и нерасширяющийся углерод могут быть продуктами, доступными на рынке.
Для смешения расширяющегося углерода и нерасширяющегося углерода могут использоваться сухой способ смешивания или влажный способ смешивания с применением смесителя или мешалки. Также может использоваться описанный ниже способ, при котором нерасширяющийся углерод подмешивается к водной суспензии на стадии промывки расширяющегося углерода. Как описанное далее, при нанесении замешанного материала на накапливающую электричество фольгу 11 (см. фиг.2(а)) для создания поляризованных электродов 12, также возможно использование способа, при котором в ходе приготовления этого замешанного материала смешиваются расширяющийся углерод и нерасширяющийся углерод.
2
2
2
2
Удельная поверхность смешанного углерода, полученного в процессе такого смешения расширяющегося углерода и нерасширяющегося углерода, составляет не меньше чем 900 м/г и меньше чем 1900 м/г, более предпочтительно - не меньше чем 1200 м/г и меньше чем 1900 м/г.
В качестве расширяющегося углерода в этом варианте осуществления воплощении используется графитизированный активированный углерод, а в качестве нерасширяющегося углерода используется неграфитизированный активированный углерод. В качестве графитизированного активированного углерода может использоваться графитизированный углерод, активированный щелочью, а в качестве неграфитизированного активированного углерода может использоваться неграфитизированный углерод, активированный паром, или неграфитизированный углерод, активированный щелочью.
Графитизированный активированный щелочью углерод получают активацией графитизированного углеродного материала щелочью.
В качестве графитизированного углеродного материала может использоваться, например, графитированный углеродный материал, получаемый термообработкой мезофазного пека, остатков от перегонки нефти или угля, кокса, хемосинтетической смолы, поливинилхлоридной (PVC) смолы и т.п. В качестве способа активирования щелочью может использоваться известный способ, включающий стадию щелочной обработки графитизированного углеродного материала гидроксидом щелочного металла и стадию промывки обработанного щелочью графитизированного углеродного материала, например, предпочтительно могут использоваться способы, описанные в публикациях японских патентных заявок №2002-15958, 2002-134369, Н09-275042, H01-139865, H10-121336 и др. В частности, активированный углерод, полученный активацией щелочью углеродного графитированного материала, полученного посредством термообработки мезофазного пека, является предпочтительным в качестве графитизированного активированного щелочью углерода.
Неграфитизированный активированный паром углерод получают путем активации паром неграфитизированного углеродного материала, а неграфитизированный активированный щелочью углерод получают путем активации щелочью неграфитизированного углеродного материала.
В качестве неграфитизированного углеродного материала может использоваться материал со структурой изотропного углерода, например, может использоваться целлюлоза в виде скорлупы кокосового ореха или древесины, углеродный материал, получаемый из термореактивной смолы, такой как фенольная смола, и такой углеродный материал, как изотропный пек. В качестве способа активации паром может использоваться известный способ, например, может способ, при котором неграфитизированный углеродный материал нагревают приблизительно при 850°С в присутствии пара. В качестве способа активации щелочью могут использоваться способы, описанные выше. В частности, активированный углерод скорлупы кокосового ореха, активированный углерод на основе фенольной смолы и активированный углерод на основе изотропного пека, получаемые активацией паром или активацией щелочью скорлупы кокосового ореха, фенольной смолы и углеродного материала изотропного пека, являются предпочтительными в качестве неграфитизированного активированного углерода.
Далее будет описана работа этого варианта осуществления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 с отсылкой в основном к фиг.1.
Заряд и разряд этого цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 осуществляется через положительный вывод 22 и отрицательный вывод 28. То есть при подключении заданного источника электропитания и нагрузки (не показаны) к положительному выводу 22 и отрицательному выводу 28 образуется электрическая цепь, проходящая через токоприемник 4 (втулка 24, дисковый элемент 25), положительный электрод 6, отрицательный электрод 7 и токоприемник 5 (втулка 27, дисковый элемент 29).
При заряде этого цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 ионы электролита проникают вглубь пор, содержащихся в поляризованном электроде 12 из нерасширяющегося углерода (неграфитизированный активированный углерод) и расширяющегося углерода (графитизированный активированный щелочью углерод) (см. фиг.2), при этом ионы адсорбируются на поверхности частиц активированного углерода. В результате поляризованный электрод 12 представляется двухслойным электрическим конденсатором, посредством чего цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 выполняет функцию сохранения электроэнергии. Затем при разряде ионы электролита десорбируются из пор активированного углерода.
В этом цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1 для поляризованного электрода 12 используется смешанный углерод, содержащий нерасширяющийся углерод (неграфитизированный активированный углерод) и расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод), при этом величина удельной поверхности этого смешанного активированного углерода находится в вышеописанном диапазоне, так что при заряде или разряде степень снижения сопротивления резко увеличивается по сравнению с обычной величиной этого показателя. В результате цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 обладает небольшим внутренним сопротивлением при превосходных емкостных характеристиках.
Согласно этому цилиндрическому электрическому двухслойному конденсатору 1 смешанный активированный углерод содержит расширяющийся углерод и нерасширяющийся углерод с тем, чтобы обеспечить превосходные емкостные характеристики и невысокое внутреннее сопротивление более надежным образом.
Кроме того, при заряде или разряде нерасширяющийся углерод (неграфитизированный активированный углерод) и расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод) содержится в этом цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1 в вышеуказанных количествах с тем, чтобы обеспечивать низкое внутреннее сопротивление при поддержании превосходной емкости. К тому же внутреннее сопротивление ниже, чем в обычном цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе, содержащем только активированный паром углерод.
Кроме того, при заряде этого цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1, вследствие увеличения объема содержащегося в поляризованном электроде 12 расширяющегося углерода (графитизированный активированный щелочью углерод), поляризованный электрод 12 и накапливающая электричество фольга 11 сближаются друг с другом. В результате сопротивление контакта между поляризованным электродом 12 и накапливающей электричество фольгой 11 в таком цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1 снижается, вследствие чего обеспечивается более низкое внутреннее сопротивление, чем в обычном цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе, содержащем только активированный паром углерод.
При использовании цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 в условиях низких температур может поддерживаться большая емкость и обеспечиваться меньшее внутреннее сопротивление, чем в случае обычного цилиндрического электрического двухслойного конденсатора, содержащего только графитизированный активированный щелочью углерод.
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 менее дорог, чем обычный цилиндрический электрический двухслойный конденсатор, содержащий только дорогостоящий графитизированный активированный щелочью углерод. В отличие от обычного цилиндрического электрического двухслойного конденсатора, содержащего только активированный паром углерод, нет необходимости использовать большое количество проводящего наполнителя для увеличения проводимости поляризованного электрода 12.
В цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1 положительный электрод 6, отрицательный электрод 7 и разделители 8 и 9 находятся в намотанном состоянии и ширина и длина положительного электрода 6 и отрицательного электрода 7 могут легко регулироваться, вследствие чего могут легко регулироваться рабочие характеристики цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1.
Посредством увеличения плотности намотки в цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1 положительного электрода 6, отрицательного электрода 7 и разделителей 8 и 9 поляризованные электроды 12 могут быть уплотнены. В результате в этом цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1 может быть улучшена степень набивки активированного углерода.
В цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1 поляризованный электрод 12 содержит расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод) с вышеописанной удельной поверхностью, вследствие чего более эффективно уменьшается внутреннее сопротивление, а емкость более эффективно увеличивается. Расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод) с указанной удельной поверхностью используется для поляризованного электрода 12 для того, чтобы могло быть уменьшено количество используемого в цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1 раствора электролита, что способствует снижению стоимости.
Настоящее изобретение не ограничивается вышеописанным воплощением и осуществляется в различных вариантах.
В вышеописанном воплощении разделители 8 и 9 используются каждый по одному, однако, количество разделителей может быть множественным.
В вышеописанном воплощении разделитель 8, положительный электрод 6, разделитель 9 и отрицательный электрод 7 уложены слоями в данном порядке и эта слоистая структура обмотана вокруг намоточного сердечника 10, формируя намотку электрода 3, однако, настоящее изобретение этим не ограничивается и также допускается, чтобы намотка электрода 3 образовывалась намоткой слоистой структуры, включающей третий, не показанный разделитель, уложенный снаружи отрицательного электрода 7 вокруг сердечника 10 намотки.
2
1
3
1
3
2
В вышеописанном воплощении описан цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1, однако, настоящее изобретение этим не ограничивается и может быть, например, электрическим двухслойным конденсатором 10 дискового типа. Фиг.10 представляет частичное сечение электрического двухслойного конденсатора дискового типа. Как показано на фиг.10, электрический двухслойный конденсатор 1а дискового типа включает корпус С, пару смонтированных в этом корпусе С поляризованных электродов 12а, прокладку 8а, зажатую между поляризованными электродами 12а, и залитый в корпус С раствор электролита (не показан). Корпус С состоит из алюминиевого корпуса С с отверстием С и изготовленной из алюминия плоской крышки С, покрывающей отверстие С, при этом внешний краевой участок плоской крышки С и внутренний краевой участок корпуса С герметизированы друг с другом герметизирующим материалом S. Поляризованные электроды 12а этого электрического двухслойного конденсатора 1а дискового типа сконструированы аналогично поляризованным электродам 12 цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 вышеупомянутого варианта выполнения.
В электрическом двухслойном конденсаторе согласно изобретению электрод слоистой конструкции в форме куба или прямоугольного параллелепипеда, в котором положительный электрод и отрицательный электрод, включая поляризованные электроды и разделители, располагаются послойно, может быть применен в известном по своей конструкции электрическом двухслойном конденсаторе пакетного типа посредством размещения вместе с раствором электролита в данном корпусе, хотя такая конструкция на фигурах не представлена. В случае такого электрического двухслойного конденсатора пакетного типа, в котором конденсаторный блок формируется соединением множества электрических двухслойных конденсаторов пакетного типа, его коэффициент заполнения улучшается по сравнению с конденсаторным блоком, полученным соединением описанных выше цилиндрических электрических двухслойных конденсаторов 1.
ПРИМЕРЫ
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно, с демонстрацией примеров.
(Пример 1)
В этом примере был изготовлен показанный на фиг.1 цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 и проведено описанное ниже предварительное эксплуатационное испытание, а также ускоренное испытание на долговечность этого цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1.
<Изготовление намотки электрода>
2
-1
Прежде всего для приготовления расширяющегося углерода (графитизированного активированного щелочью углерода) графитированный углеродный материал, полученный термообработкой мезофазного пека, был подвергнут щелочной активации гидроксидом калия, а затем промыт. Используемый здесь способ активации щелочью является способом, раскрытым в японской патентной заявке №2002-134369. Удельная поверхность полученного графитизированного активированного щелочью углерода была 790 м/г, объем порового пространства (объем микропор) был 0,35 мл/г, общее количество приповерхностных функциональных групп составляло 0,7 мг-экв./г, количество К (калия) было 200 ч·млн и средний размер частиц составлял 10 мкм.
Удельная поверхность и объем порового пространства измерялись газовым адсорбционным способом с использованием азота после удаления воздуха из образцов активированного углерода каждого вида массой приблизительно 0,5 г вакуумированием в течение 6 часов при 300°С. При этом с помощью «метода t-графиков» (B.C.Lippens, J.H.de Boer, J. Catalysis, 4,319 (1965)) была получена величина объема микропоры, не превышающая в диаметре 2 нм.
Количество приповерхностных функциональных групп активированного углерода может быть количественно определено посредством использования общеизвестных методов (например, "Hyomen Vol.34, No.2 (1996)," and "Catal. 16, 179 (1966) и др.). Более подробно, количество приповерхностных функциональных групп может быть количественно определено путем помещения образцов активированного углерода каждого вида массой 2 г в 100 мл колбы Эрленмейера, добавления в колбы 50 мл децинормального (N) щелочного реагента (этилат натрия), фильтрования после 24-часового взбалтывания и титрования непрореагировавшего щелочного реагента децинормальной (N) соляной кислотой.
Количество К количественно определялось атомно-абсорбционной спектрометрией зольного раствора, полученного нагреванием на воздухе образцов активированного углерода каждого вида массой 20 г при 700°С в течение не менее 48 часов.
2
2
Затем приготавливался нерасширяющийся углерод (неграфитизированный активированный паром углерод). Этот неграфитизированный активированный паром углерод (YP17 производства KURARAY CHEMICAL CO., LTD.) имел среднюю величину частиц - 6 мкм, а его измеренная с помощью указанного способа удельная поверхность составляла 1680 м/г. Затем приготавливался смешанный углерод, содержащий 10 мас.% расширяющегося углерода (графитизированный активированный щелочью углерод) и 90 мас.% нерасширяющегося углерода (неграфитизированный активированный паром углерод YP17 производства KURARAY CHEMICAL CO., LTD. со средним размером частиц 6 мкм).Удельная поверхность этого смешанного углерода была измерена согласно указанному способу и ее величина составила 1591 м/г.
Затем были изготовлены поляризованные электроды 12 (см. фиг.2(а)) толщиной 140 мкм сворачиванием в рулон замешанного материала, содержащего 90 массовых частей приготовленного смешанного углерода, 5 массовых частей ацетиленовой сажи ("denka black" производства DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISYA) и 5 массовых частей политетрафторэтилена. После чего прикреплением при помощи проводящего клеящего вещества поляризованных электродов 12 к обеим сторонам накапливающей электричество фольги 11 (см. фиг.2а)), изготовленной из алюминиевой фольги, были получены положительный электрод 6 и отрицательный электрод 7 (см. фиг.2(b)). Также допускается, чтобы поляризованные электроды 12 формировались нанесением псевдоожиженного замешанного материала на накапливающую электричество фольгу 11 и отверждением (вулканизацией) этого замешанного изделия.
Далее изготовленные положительный электрод 6 и отрицательный электрод 7 и нетканый материал (разделители 8 и 9) из полимера на полиэфирной основе укладывались слоями, как показано на фиг.2(а), и эта слоистая структура наматывалась вокруг алюминиевого намоточного сердечника 10, посредством чего изготавливалась электродная намотка 3.
<Приготовление раствора электролита>
2
5
3
3
4
Для использования в качестве раствора электролита был приготовлен раствор пропиленкарбоната в тетрафторборате триэтилметиламмония [(СН)СНNВF] концентрацией 1,8 моль/л. Содержание влаги в этом растворе электролита было не более 30 ч./млн.
<Изготовление цилиндрического электрического двухслойного конденсатора>
Изготовленная электродная намотка 3 помещалась в алюминиевый цилиндрический герметичный контейнер 2 (диаметр 40 мм, высота 120 мм) и затем высушивалась под вакуумом при 160°С. После чего впрыском в этот герметичный контейнер 2 приготовленного раствора электролита изготавливался цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1, показанный на фиг.1.
<Предварительное эксплуатационное испытание цилиндрического электрического двухслойного конденсатора>
Было выполнено искусственное старение изготовленного цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 путем приложения к нему в течение 6 часов постоянного напряжения в 2,7 В, при поддержании с помощью термостатируемой ванны температуры цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1, равной 65°С. После этого при 25°С был осуществлен его разряд с постоянным током в 30 А с целью измерения начальной емкости и начального фактического внутреннего сопротивления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 согласно способу преобразования энергии. Эти результаты представлены в таблице 1. Среднее арифметическое внутреннего сопротивления, вычисленное по данным сопротивления используемого расширяющегося углерода и нерасширяющегося углерода (в дальнейшем именуемое просто «среднее арифметическое сопротивления»), и коэффициент уменьшения при переходе от этого среднего арифметического сопротивления к фактическому внутреннему сопротивлению (в дальнейшем именуемый просто «степень снижения сопротивления») представлены в таблице 1.
<Ускоренное испытание на долговечность цилиндрического электрического двухслойного конденсатора>
После проведения предварительного эксплуатационного испытания было проведено ускоренное испытание на долговечность путем приложения к цилиндрическому электрическому двухслойному конденсатору 1 в течение 1000 часов постоянного напряжения в 2,7 В при поддержании с помощью термостатируемой ванны температуры цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1, равной 65°С. После этого при 25°С был осуществлен разряд при постоянном токе в 30 А и согласно способу преобразования энергии измерены емкость и фактическое внутреннее сопротивление цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Отсюда были получены данные по изменению емкости после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальной емкостью и по изменению фактического внутреннего сопротивления после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальным фактическим внутренним сопротивлением. Эти результаты представлены в таблице 1. В таблице 1 данные, полученные после ускоренного испытания на долговечность, представлены как «рабочие показатели после испытания на долговечность».
(Примеры 2-5)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен, как показано в таблице 1, с изменением соотношения расширяющегося углерода и нерасширяющегося углерода в используемом для изготовления поляризованных электродов 12 смешанном углероде. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Данные по начальной емкости, начальному фактическому внутреннему сопротивлению, емкости после ускоренного испытания на долговечность, фактическому внутреннему сопротивлению после ускоренного испытания на долговечность, изменению емкости после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальной емкостью и изменению фактического внутреннего сопротивления после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальным фактическим внутренним сопротивлением цилиндрического двухслойного конденсатора 1 были получены тем же способом, что и в примере 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления представлены в таблице 1.
С цилиндрическим электрическим двухслойным конденсатором 1 по примеру 3 проводились следующие эксплуатационные испытания в условиях низких температур.
<Эксплуатационные испытания в условиях низких температур>
После выдержки в течение не менее 6 часов цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 при постоянной заданной температуре, устанавливаемой в температурном диапазоне от -40°С до 45°С, измерялись емкость и фактическое внутреннее сопротивление цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 при данной температуре. Результаты этих измерений представлены в таблице 2 и на фиг.8. На горизонтальной оси на фиг.8 отложены значения температуры (°С), левая вертикальная ось определяет емкость (Φ), а правая вертикальная ось определяет фактическое внутреннее сопротивление (мОм).
[Таблица 2]
Температура (°С)
Емкость (Φ)
Фактическое внутреннее сопротивление (мОм)
Пример 3
45
1494
2,30
25
1494
2,30
10
1464
2,52
0
1434
3,01
-10
1389
4,59
-30
1240
10,33
Сравнительный пример 2
45
2071
3,15
25
2050
3,50
10
1927
4,20
0
1804
5,25
-10
1333
10,50
-30
205
24,15
(Сравнительный пример 1
3
Поляризованный электрод 12 (формовочная плотность 0,64 г/см) толщиной 140 мкм был изготовлен сворачиванием в рулон замешанного материала, содержащего 84 массовых частей неграфитизированного активированного паром углерода (YP17 производства KURARAY CHEMICAL CO., LTD со средним размером частиц 6 мкм) в качестве нерасширяющегося углерода, 10 массовых частей ацетиленовой сажи ("denka black" производства DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISYA) и 6 массовых частей политетрафторэтилена. Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что использовались эти поляризованные электроды 12. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости, начальному фактическому внутреннему сопротивлению, емкости после ускоренного испытания на долговечность, фактическому внутреннему сопротивлению после ускоренного испытания на долговечность, изменению емкости после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальной емкостью и изменению фактического внутреннего сопротивления после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальным фактическим внутренним сопротивлением цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Результаты этих измерений представлены в таблице 1.
(Сравнительный пример 2)
3
Поляризованные электроды (формовочная плотность 0,86 г/см) толщиной 140 мкм были изготовлены сворачиванием в рулон замешанного материала, состоящего из 90 массовых частей графитизированного активированного щелочью углерода, полученного в примере 1 в качестве активированного щелочью углерода, 5 массовых частей ацетиленовой сажи ("denka black" производства DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISYA) и 5 массовых частей политетрафторэтилена. Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что использовались эти поляризованные электроды 12. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренные в соответствии с вышеупомянутым способом, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости, начальному фактическому внутреннему сопротивлению, емкости после ускоренного испытания на долговечность, фактическому внутреннему сопротивлению после ускоренного испытания на долговечность, изменению емкости после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальной емкостью и изменению фактического внутреннего сопротивления после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальным фактическим внутренним сопротивлением цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Затем было проведено такое же эксплуатационное испытание в условиях низких температур, как и в примере 3. Результаты этих измерений представлены в таблице 2 и на фиг.8.
(Сравнительный пример 3)
2
Графитированный углеродный материал, полученный термообработкой угольного кокса, был подвергнут щелочной активации гидроксидом калия, а затем промыт, посредством чего был приготовлен расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод) с удельной поверхностью 2500 м/г. Примененный способ активации щелочью является способом, раскрытым в публикации японской патентной заявки №S63-78513. Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен посредством приготовления смешанного углерода тем же способом, что и в примере 3, за исключением того, что вместо расширяющегося углерода, используемого в примере 3, использовался расширяющийся углерод, полученный в этом примере. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости, начальному фактическому внутреннему сопротивлению, емкости после ускоренного испытания на долговечность, фактическому внутреннему сопротивлению после ускоренного испытания на долговечность, изменению емкости после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальной емкостью и изменению фактического внутреннего сопротивления после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальным фактическим внутренним сопротивлением цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 6)
2
2
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с использованием показанных в таблице 1 количественных соотношений неграфитизированного активированного паром углерода (YP50F производства KURARAY CHEMICAL CO., LTD. со средним размером частиц 6 мкм и удельной поверхностью 1680 м/г), получаемого активацией паром карбонизированной кокосовой скорлупы и используемого в качестве нерасширяющегося углерода, и графитизированного активированного щелочью углерода (NK330 производства KURARAY CHEMICAL CO., LTD. со средним размером частиц 10 мкм и удельной поверхностью 790 м/г), получаемого активацией щелочью графитированного углеродного материала (Н/С=0,25), полученного термообработкой мезофазного пека из углесодержащей тяжелой нефти.
Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Примеры 7-10)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что количественные соотношения расширяющегося углерода и нерасширяющегося углерода в используемом в примере 6 смешанном углероде были изменены, как показано в таблице 1. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 11)
Расширяющийся углерод со средним размером частиц 6 мкм был получен измельчением графитизированного активированного щелочью углерода, используемого в примере 6 в качестве расширяющегося углерода, в течение 30 мин в планетарной шаровой мельницы на скорости 200 об./мин (планетарная шаровая мельница Р-6 производства Fritsch Japan Co., Ltd.). Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с теми же количественными соотношениями, что и в примере 7, с использованием расширяющегося углерода этого примера вместо расширяющегося углерода примера 7. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 12)
Расширяющийся углерод со средним размером частиц 2 мкм был получен измельчением графитизированного активированного щелочью углерода, используемого в примере 6 в качестве расширяющегося углерода, в течение 30 мин в планетарной шаровой мельницы на скорости 600 об./мин (планетарная шаровая мельница Р-6 производства Fritsch Japan Co., Ltd.). Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с теми же количественными соотношениями, что и в примере 7, с использованием расширяющегося углерода этого примера вместо расширяющегося углерода примера 7. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 13)
Расширяющийся углерод со средним размером частиц 2 мкм был получен измельчением графитизированного активированного щелочью углерода, используемого в примере 6 в качестве расширяющегося углерода, в течение 30 мин в планетарной шаровой мельнице при скорости 600 об./мин (планетарная шаровая мельница Р-6 производства Fritsch Japan Co., Ltd.). Затем измельчением неграфитизированного активированного паром углерода был получен нерасширяющийся углерод со средним размером частиц 2 мкм, используемый в примере 6 в качестве расширяющегося углерода тем же способом, что и описано выше. Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с теми же количественными соотношениями расширяющегося углерода и нерасширяющегося углерода, что и в примере 7. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 14)
Нерасширяющийся углерод со средним размером частиц 2 мкм, используемый в примере 6 в качестве нерасширяющегося углерода, был получен измельчением неграфитизированного активированного паром углерода в течение 30 мин в планетарной шаровой мельнице при скорости 600 об./мин (планетарная шаровая мельница Р-6 производства Fritsch Japan Co., Ltd.). Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с теми же количественными соотношениями, что и в примере 7, посредством использования расширяющегося углерода этого примера вместо расширяющегося углерода примера 7. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 4)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что использовался только неграфитизированный активированный паром углерод, использовавшийся в примере 6 в качестве нерасширяющегося углерода. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 5)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что использовался только графитизированный активированный щелочью углерод, использовавшийся в примере 6 в качестве расширяющегося углерода. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 6)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что использовался только графитизированный активированный щелочью углерод, использовавшийся в примере 11 в качестве расширяющегося углерода. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 7)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что использовался только графитизированный активированный щелочью углерод, использовавшийся в примере 12 в качестве расширяющегося углерода. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 8)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что использовался только неграфитизированный активированный паром углерод, использовавшийся в примере 13 в качестве нерасширяющегося углерода. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 9)
2
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что в качестве нерасширяющегося углерода использовался только неграфитизированный активированный паром углерод (средний размер частиц 6 мкм, удельная поверхность 2050 м/г), полученный посредством активации паром карбонизированной скорлупы кокосовых орехов. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 10)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что в качестве расширяющегося углерода, получаемого посредством активации щелочью графитированного углеродного материала (Н/С=0,40), полученного термообработкой мезофазного пека из углесодержащей тяжелой нефти, использовался только графитизированный активированный щелочью углерод (средний размер частиц 10 мкм, удельная поверхность 2100 м/г). Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 11)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с использованием показанных в таблице 1 количественных соотношений неграфитизированного активированного паром углерода из сравнительного примера 9, используемого в качестве нерасширяющегося углерода, и графитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 10, используемого в качестве расширяющегося углерода. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 12)
2
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что в качестве нерасширяющегося углерода использовался только неграфитизированный активированный щелочью углерод (средний размер частиц 13 мкм, удельная поверхность 2200 м/г), полученный посредством активации щелочью карбонизированной фенольной смолы. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 15)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с использованием показанных в таблице 1 количественных соотношений неграфитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 12, используемого в качестве нерасширяющегося углерода, и графитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 6, используемого в качестве расширяющегося углерода. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 13)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с использованием показанных в таблице 1 количественных соотношений неграфитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 12, используемого в качестве нерасширяющегося углерода, и графитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 10, используемого в качестве расширяющегося углерода. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Сравнительный пример 14)
2
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что в качестве нерасширяющегося углерода использовался только неграфитизированный активированный щелочью углерод (средний размер частиц 10 мкм, удельная поверхность 2060 м/г), полученный посредством активации щелочью углеродного материала, полученного термообработкой изотропного пека. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 16)
Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с использованием показанных в таблице 1 количественных соотношений неграфитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 14, используемого в качестве нерасширяющегося углерода, и графитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 6, используемого в качестве расширяющегося углерода. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 17)
Расширяющийся углерод со средним размером частиц 6 мкм был получен измельчением графитизированного активированного щелочью углерода, используемого в примере 6 в качестве расширяющегося углерода, в течение 30 мин в планетарной шаровой мельнице при скорости 200 об./мин (планетарная шаровая мельница Р-6 производства Fritsch Japan Co., Ltd.). Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с использованием указанных в таблице 1 количественных соотношений этого расширяющегося углерода и используемого в качестве нерасширяющегося углерода неграфитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 12. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Пример 18)
Расширяющийся углерод со средним размером частиц 6 мкм был получен измельчением графитизированного активированного щелочью углерода, используемого в примере 6 в качестве расширяющегося углерода, в течение 30 мин в планетарной шаровой мельнице при скорости 200 об./мин (планетарная шаровая мельница Р-6 производства Fritsch Japan Co., Ltd.). Цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 был изготовлен тем же способом, что и в примере 1, за исключением того, что смешанный углерод был приготовлен с использованием указанных в таблице 1 количественных соотношений этого расширяющегося углерода и используемого в качестве нерасширяющегося углерода неграфитизированного активированного щелочью углерода из сравнительного примера 14. Данные по удельной поверхности смешанного углерода, измеренной согласно вышеупомянутому способу, представлены в таблице 1. Затем тем же способом, что и в примере 1, были получены данные по начальной емкости и начальному фактическому внутреннему сопротивлению цилиндрического двухслойного конденсатора 1. Эти результаты представлены в таблице 1. Кроме того, в таблице 1 представлены полученные тем же способом, что и в примере 1, данные по среднему арифметическому сопротивления и степени снижения сопротивления.
(Определение начальных рабочих характеристик и рабочих характеристик после ускоренного испытания на долговечность цилиндрического электрического двухслойного конденсатора)
2
Фиг.3 представляет график зависимости между удельной поверхностью и степенью снижения сопротивления смешанного активированного углерода, используемого в поляризованном электроде, где горизонтальная ось отвечает удельной поверхности (м/г) смешанного активированного углерода, а вертикальная ось соответствует степени снижения сопротивления (%); фиг.4 представляет график зависимости между содержанием расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный углерод) и начальной емкостью и начальным фактическим внутренним сопротивлением, где горизонтальная ось указывает содержание (мас.%) расширяющегося углерода, левая вертикальная ось определяет емкость (Φ), а правая вертикальная ось определяет фактическое внутреннее сопротивление (мОм). Фиг.5 представляет график зависимости между содержанием расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный углерод) и емкостью после проведения ускоренного испытания на долговечность и фактическим внутренним сопротивлением после проведения ускоренного испытания на долговечность, где горизонтальная ось указывает содержание (мас.%) расширяющегося углерода, левая вертикальная ось указывает емкость (Φ), а правая вертикальная ось определяет фактическое внутреннее сопротивление (мОм). Фиг.6 представляет график зависимости между содержанием расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный углерод) и начальной емкостью и начальным фактическим внутренним сопротивлением, где горизонтальная ось указывает содержание (мас.%) расширяющегося углерода, левая вертикальная ось определяет емкость (Φ), а правая вертикальная ось определяет фактическое внутреннее сопротивление (мОм). Фиг.7 представляет график зависимости изменения емкости (%) после проведения ускоренного испытания на долговечность от начальной емкости и изменения фактического внутреннего сопротивления после проведения ускоренного испытания на долговечность от начального фактического внутреннего сопротивления, где горизонтальная ось указывает содержание (мас.%) расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный углерод), левая вертикальная ось указывает изменение емкости (%), а правая вертикальная ось определяет изменение фактического внутреннего сопротивления (%).
2
2
2
Как показано на фиг.3, в цилиндрических электрических двухслойных конденсаторах 1 из примера 7, примера 15, примера 16, сравнительного примера 3, сравнительного примера 11 и сравнительного примера 13, степень снижения сопротивления возрастает при уменьшении величины удельной поверхности смешанного углерода. Кривая изменения степени снижения сопротивления имеет форму перевернутой буквы S и формирует точку перегиба в положении, при котором удельная поверхность смешанного углерода составляет 1900 м/г. Таким образом оказалось, что при величине удельной поверхности смешанного углерода менее 1900 м/г степень снижения сопротивления поляризованного электрода 12 резко возрастала. Также оказалось, что даже при уменьшении величины удельной поверхности смешанного углерода ниже 1200 м/г большого увеличения степени снижения сопротивления ожидать не следовало.
2
На основании вышеописанных фактов было доказано, что поляризованный электрод 12, содержащий смешанный углерод, удельная поверхность которого была ниже 1900 м/г, представлял цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 с особенно низким фактическим внутренним сопротивлением.
Как показано на фиг.4, фиг.5 и фиг.6, в цилиндрических электрических двухслойных конденсаторах 1 (см. фиг.4 и фиг.5) примеров 1-5, сравнительного примера 1 и сравнительного примера 2 и в цилиндрических электрических двухслойных конденсаторах 1 (см. фиг.6) примеров 6-10, сравнительного примера 4 и сравнительного примера 5 начальная емкость и емкость после проведения ускоренного испытания на долговечность увеличиваются с увеличением содержания расширяющегося углерода. Предполагается, что причиной этого является то, что кривая распределения пор в расширяющемся углероде имеет более острый характер, чем в нерасширяющемся углероде, и небольшой величиной объема перового пространства.
Величины представленного на фиг.4 начального фактического внутреннего сопротивления, представленного на фиг.5 фактического внутреннего сопротивления после ускоренного испытания на долговечность и представленного на фиг.6 начального фактического внутреннего сопротивления снижаются при добавлении к нерасширяющемуся углероду расширяющегося углерода. Затем при достижении композиции с содержанием расширяющегося углерода приблизительно 33 мас.% (см. пример 3) фактическое внутреннее сопротивление возрастает.
Что касается фактического внутреннего сопротивления после ускоренного испытания на долговечность (см. фиг.5), величины фактического внутреннего сопротивления при содержании расширяющегося углерода, равном 0 мас.% (см. сравнительный пример 1), и фактического внутреннего сопротивления при содержании расширяющегося углерода приблизительно 67 мас.% (см. пример 5) равны друг другу.
Что касается изменений фактического внутреннего сопротивления после ускоренного испытания на долговечность по сравнению с начальным фактическим внутренним сопротивлением, то, как показано на фиг.7, в цилиндрических электрических двухслойных конденсаторах 1 из примеров 1-5, сравнительного примера 1 и сравнительного примера 2 величины изменения фактического внутреннего сопротивления при содержании графитизированного активированного щелочью углерода, равном 0 мас.% (см. сравнительный пример 1), и изменения фактического внутреннего сопротивления при содержании графитизированного активированного щелочью углерода приблизительно 85 мас.% равны друг другу.
Другими словами, как показано на фиг.4-фиг.7, фактическое внутреннее сопротивление цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 ниже, чем фактическое внутреннее сопротивление конденсатора, использующего лишь один активированный паром углерод (см. сравнительный пример 1), и конденсатора, использующего лишь один активированный щелочью углерод (см. сравнительный пример 2). Более подробно, при содержании графитизированного активированного щелочью углерода, не превышающем 85 мас.%, изменение фактического внутреннего сопротивления невелико, и при содержании графитизированного активированного щелочью углерода, не превышающем 67 мас.%, величина фактического внутреннего сопротивления после проведения ускоренного испытания на долговечность низка.
Как описано выше, в качестве причины снижения фактического внутреннего сопротивления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 при добавлении расширяющегося углерода к нерасширяющемуся углероду, рассматривается то, что расширяющийся углерод имеет графитовую структуру.
Другой причиной снижения фактического внутреннего сопротивления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 полагают то, что расширяющийся углерод при абсорбции раствора электролита увеличивается в объеме, соответственно, уплотняется электродная намотка 3 и сопротивление контакта между накапливающей электричество фольгой 11 и поляризованным электродом 12 падает.
В качестве еще одной причины снижения фактического внутреннего сопротивления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 было найдено, что поляризованный электрод 12, содержащий активированный щелочью углерод, в частности, графитизированный расширяющийся углерод в качестве активированного щелочью углерода, улучшал чрезвычайно низкую смачиваемость раствором электролита. С другой стороны, оказалось, что смачиваемость раствором электролита поляризованного электрода, изготовленного из активированного паром углерода, была превосходна, а разница в фактическом внутреннем сопротивлении значительно влияла на смачиваемость активированного углерода органическим электролитным раствором.
Для информации: что касается результатов измерения краевого угла смачивания раствором электролита поверхности электрода, изготовленного согласно тому же самому способу изготовления, краевой угол поляризованного электрода 12 из сравнительного примера 1, не содержащего расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод), составлял 78 градусов, а краевой угол поляризованного электрода 12 из сравнительного примера 2, содержащего только расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод), равнялся 106 градусам.
Величины этих краевых углов измерялись через 10 минут после помещения капельки используемого в этом примере раствора электролита на поверхность электрода при 25°С и усреднялись по трем измерениям.
Как указано выше, краевой угол поляризованного электрода 12 из сравнительного примера 2 составляет больше 90 градусов, а краевой угол поляризованного электрода 12 из сравнительного примера 1 - меньше 90 градусов. Характерным является то, что настоящее изобретение реализуется с использованием синергического эффекта применения в теле электрода однородно смешанного активированного паром углерода и состоящего из частиц с высокой проводимостью однородно смешанного расширяющегося углерода (графитизированный активированный щелочью углерод), приводящего к улучшению диффузионной способности ионов.
Предполагается, что причина самой высокой величины фактического внутреннего сопротивления в сравнительном примере 2 (см. фиг.4) при содержании расширяющегося углерода (графитизированный активированный щелочью углерод), равном 100 мас.%, заключается в том, что диффузии ионов препятствует уменьшение величины зазоров между частицами в теле электрода при расширении расширяющегося углерода, а также малый объем порового пространства. В качестве еще одной причины снижения фактического внутреннего сопротивления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 рассматривается то, что расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод), в котором быстро возникает нехватка ионов из-за малого объема его порового пространства, снабжается ионами из нерасширяющегося углерода (неграфитизированный активированный паром углерод) с большим объемом порового пространства.
Кроме того, причиной низкого фактического внутреннего сопротивления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 настоящего воплощения после ускоренного испытания на долговечность полагают то, что расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод) вследствие абсорбции раствора электролита увеличивается в объеме и сдавливает электродную намотку 3 внутри герметичного контейнера 2, соответственно, сдерживается связанное с детериорацией возрастание фактического внутреннего сопротивления.
(Оценка рабочих характеристик цилиндрического электрического двухслойного конденсатора в условиях низких температур)
Фиг.8 представляет график зависимости между температурой и емкостью и фактическим внутренним сопротивлением цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1, где горизонтальная ось отражает температуру (°С), левая вертикальная ось указывает емкость (Ф), а правая вертикальная ось определяет фактическое внутреннее сопротивление (мОм).
Как показано на фиг.8, фактическое внутреннее сопротивление цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из сравнительного примера 2 значительно увеличивается с понижением температуры. С другой стороны, степень увеличения фактического внутреннего сопротивления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из примера 3 ниже, чем в сравнительном примере 2.
Емкость цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из Сравнительного примера 2 с понижением температуры значительно уменьшается. С другой стороны, емкость цилиндрического электрического двухслойного конденсатора в примере 3 существенным образом не изменяется.
Одним словом, цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 согласно настоящему варианту осуществления более стабилен в работе даже при эксплуатации в низкотемпературных условиях. Причиной этого полагают то, что расширяющийся углерод (графитизированный активированный щелочью углерод), имеющий небольшой объем порового пространства и легко подверженный недостатку ионов в условиях низких температур, снабжается ионами из нерасширяющегося углерода (неграфитизированный активированный паром углерод) с большим объемом порового пространства.
(Определение размера частиц расширяющегося углерода)
Фиг.9 представляет график зависимости между размером частиц расширяющегося углерода в используемом для поляризованного электрода активированном углероде (смешанный углерод) и начальной емкостью и начальным фактическим внутренним сопротивлением, где горизонтальная ось определяет размер частиц (мкм) расширяющегося углерода, левая вертикальная ось указывает емкость (Φ), а правая вертикальная ось определяет фактическое внутреннее сопротивление (мОм). На фиг.9 на горизонтальной оси в качестве размера частиц сравнительного примера 8 представлен размер частиц (мкм) нерасширяющегося углерода.
Как показано на фиг.9, в цилиндрических электрических двухслойных конденсаторах 1 из примера 7, примера 11 и примера 12 с уменьшением размера частиц расширяющегося углерода (графитизированный активированный щелочью углерод) фактическое внутреннее сопротивление снижается. Хотя фактическое внутреннее сопротивление оказывается сниженным, превосходные емкостные характеристики сохраняются. Сравнение цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из примера 7 и цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из примера 14 показывает, что размер частиц нерасширяющегося углерода (неграфитизированный активированный паром углерод) в примере 7 составляет 6 мкм, и напротив, размер частиц нерасширяющегося углерода (неграфитизированный активированный паром углерод) в примере 14 равняется 2 мкм (см. таблица 1). Как показано на фиг.9, величины фактического внутреннего сопротивления и емкости в примере 7 равны соответствующим величинам в примере 14.
На основании вышеприведенных фактов было доказано, что фактическое внутреннее сопротивление цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 может быть уменьшено при сохранении превосходной емкости путем уменьшения размера частиц расширяющегося углерода вне зависимости от размера частиц нерасширяющегося углерода.
С другой стороны, при использовании в сравнительном примере 6 для поляризованного электрода 12 только расширяющегося углерода из примера 11 фактическое внутреннее сопротивление оказывается намного выше, чем фактическое внутреннее сопротивление в примере 11, а при использовании в сравнительном примере 7 для поляризованного электрода 12 только расширяющегося углерода из примера 12 фактическое внутреннее сопротивление оказывается намного выше, чем фактическое внутреннее сопротивление в примере 12. Из сравнения цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из сравнительного примера 6 и цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из сравнительного примера 7, отличающихся от цилиндрических электрических двухслойных конденсаторов 1 из примера 7, примера 11 и примера 12, видно, что снижение фактического внутреннего сопротивления оказывается небольшим, несмотря на уменьшение размера частиц расширяющегося углерода. То же самое наблюдается также и в отношении емкости. При сравнении цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из примера 13 и цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 сравнительного примера 8, использующего только нерасширяющийся углерод из примера 13, видно, что цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 из примера 13 имеет более низкое фактическое внутреннее сопротивление, чем цилиндрический электрический двухслойный конденсатор 1 из сравнительного примера 8. Емкость цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из примера 13 составляет 1494 Φ, что равно емкости из примера 11 (см. таблицу 1) и больше, чем емкость (1220 Φ) цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 из сравнительного примера 8, хотя это на фигурах не представлено.
На основании вышеприведенных фактов было доказано, что посредством уменьшения размера частиц расширяющегося углерода и использования одновременно расширяющегося углерода и нерасширяющегося углерода, фактическое внутреннее сопротивление цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 может быть снижено при поддержании превосходной емкости.
(Определение удельной поверхности расширяющегося углерода)
Как видно из таблицы 1, причиной большой начальной емкости и малого начального фактического внутреннего сопротивления цилиндрического электрического двухслойного конденсатора 1 в примере 3 по сравнению с цилиндрическим электрическим двухслойным конденсатором 1 в сравнительном примере 3 рассматривается то, что удельная поверхность расширяющегося углерода (графитизированный активированный щелочью углерод) невелика.