[发明专利]电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容器，尤其涉及使用多孔质碳作为电极材料的电气双层电容器。

背景技术

作为储存电能的装置，包括利用电极的化学反应储存电能的二次电池、和利用电极物理吸附电解质离子来储存电能的电容器。由此，电容器为离子分子储存电荷的构成，因此由充放电所致的劣化少，显示出优异的循环特性。因此，被用于各种电气设备等。

在此，伴随着近年来电气设备的发展，存在使电容器高容量化的需求，作出许多有关高容量化的提案(例如参照下述专利文献1)。

但是，为了实现电容器的特性的进一步提高和多用途化，仅凭借高容量化是不充分的。另外，在有关电容器的论文中记载有显示相位角与频率的关系的波德图(bode plot)(参照下述非专利文献1、2)，但事实上该文献中并未充分地考察电容器的电化学特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-114356号公报

非专利文献

非专利文献1：Electrochimica Acta55(2010)2817-2823

非专利文献2：Electrochemistry78 No.11(2010)929-933

发明内容

发明所要解决的课题

为此，本发明人等进行了深入地研究，结果发现：为了实现电容器的特性的进一步提高和多用途化，需要实现频率响应速度的提高。但是，以往并未作出有关电容器的频率响应速度的提案。此外，在上述非专利文献1、2中，虽然作出对电容成分的解析，但是并未作出有关电容器的频率响应速度的解析。为此，本发明人由非专利文献1、2中记载的波德图读取时，该电容器的频率响应速度为0.05～0.35Hz左右。但是，这样的值存在以下问题：频率响应速度极低，无法高速地充放电。

为此，本发明的目的在于提供频率响应速度高、且能够高速地充放电的电容器。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明的电容器的特征在于，其具备包含碳材料的极化电极和电解液，并且使用40质量％的硫酸作为上述电解液时的频率响应速度为0.7Hz以上。

在频率响应速度为0.7Hz以上时，离子在碳材料的表面上迅速地吸附和脱附，因此在放电时可以快速地提取电流，另一方面在充电时可以快速地完成充电。因此，能够高速地充放电。

另外，虽然存在使用40质量％的硫酸作为电解液的情况，但是基于该记载，并不是将本发明的电解液限定成硫酸。即，使用40质量％的硫酸作为电解液的情况的原因在于：由于频率响应速度因电解液的种类而有所不同，因而有必要明确使用何种电解液。该记载并未意图将电解液的种类限定成硫酸。

作为上述碳材料，期望使用多孔质碳，该多孔质碳具有细孔和构成该细孔的外廓的碳质壁，上述细孔为开气孔且形成气孔部分连续的结构。

如上述构成所示，只要细孔为开气孔且形成气孔部分连续结构(从碳质壁的形状的方面表述时，只要碳质壁呈三维结构)，则电解液向碳材料内的扩散顺利地进行，因此离子的吸附和脱附会迅速地进行。

另外，在本说明书中，有时将直径为2nm以上的细孔称作中孔(mesoporous)，且有时将直径小于2nm的细孔称作微孔。

此外，上述细孔表示形成三维网状结构的细孔，例如表示以酸溶液溶出铸型的痕迹所产生的基本反应出了铸型材料的大小的细孔(中孔)，并不包含由该细孔的壁面向碳壁内产生的细孔(微孔)。进而，除了特别指明的情况以外，本说明书中的细孔不包含微孔。

上述细孔的直径优选为2nm以上且150nm以下。

这是由于：在细孔径小于2nm时，电解液向碳材料内的扩散无法顺利地进行，另一方面，在细孔径超过150nm时，无法保持碳质壁的形状。

上述细孔的容量优选为0.2ml/g以上。

这是由于：在细孔的容量小于0.2ml/g时，难以确保比表面积。另外，细孔的容量优选为3.0ml/g以下。这是由于：需要使碳质壁保持三维网状结构。

上述多孔质碳的比表面积优选为200m²/g以上。

在比表面积小于200m²/g时，存在难以形成三维网状结构的问题，气孔的形成量不充分，会使电解液向碳材料内的扩散变差。另外，比表面积的上限优选为2500m²/g以下。在比表面积超过2500m²/g时，会无法保持碳质壁的形状，存在无法充分形成细孔的可能性。

发明效果