Поляризованный электрод и электрический двухслойный конденсатор

Поляризованный электрод и электрический двухслойный конденсатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.

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·см²) 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

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 м²/г и меньше 1900 м²/г.

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 м²/г и меньше 1900 м²/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.

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/см³) 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.

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 м²/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;

фиг.3 - график зависимости между удельной поверхностью и степенью снижения сопротивления смешанного активированного углерода, используемого в поляризованном электроде, где горизонтальная ось обозначает удельную поверхность (м²/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.

Удельная поверхность расширяющегося углерода предпочтительно не превышает 2000 м²/г и более предпочтительно - не выше чем 1500 м²/г и не меньше чем 300 м²/г. Расширяющийся углерод с удельной поверхностью, не превышающей 2000 м²/г, эффективно обеспечивает снижение внутреннего сопротивления и увеличение емкости поляризованного электрода 12. Расширяющийся углерод с удельной поверхностью не больше чем 1500 м²/г и не меньше чем 300 м²/г может уменьшить количество раствора электролита, используемого в цилиндрическом электрическом двухслойном конденсаторе 1.

Удельная поверхность нерасширяющегося углерода специальным образом не ограничивается, однако предпочтительно используется нерасширяющийся углерод с удельной поверхностью от около 1200 до 2500 м²/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.

Удельная поверхность смешанного углерода, полученного в процессе такого смешения расширяющегося углерода и нерасширяющегося углерода, составляет не меньше чем 900 м²/г и меньше чем 1900 м²/г, более предпочтительно - не меньше чем 1200 м²/г и меньше чем 1900 м²/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 цили