大容量キャパシタ技術と材料�V

―ユビキタス対応の超小型要素技術と次世代大型要素技術―

Technologies and Materials for Advanced EDLC

［コードNo.2006T509］

■監修／	西野敦（西野技術士事務所） 直井勝彦（東京農工大学大学院）
■体裁／	Ｂ５判　２９５ページ
■発行／	２００６年　７月　(株)シーエムシー出版
■定価／	６８,２５０円（税込価格）

★	前書2冊大好評につき、最新動向を網羅した待望の第3弾刊行！
★	高エネルギー密度・高出力化を目指した各社の材料開発・応用展開、大学等の研究者による次世代を志向した研究開発を掲載！
★	気になる海外の動向も各国の代表研究者が詳述！

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刊行にあたって
2006年初夏、ここに来てキャパシタが益々熱くなってきている。環境性と経済性が両立できるエネルギーデバイスとして注目をあつめているキャパシタが新たな展開をみせている。これまで、エネルギー密度的には今一つであった従来型の活性炭EDLCは、どんどん進化している。最近提案されている次世代大容量キャパシタは、その作動電圧が、2.7Vから3〜4V級へ向上、エネルギー密度も10Wh/kgから20Wh/kg超へと、大幅な向上をみせている。市場もこれに伴って従来の枠にとどまらず、密かに拡大の一途を辿っている。 　その背景には、ナノテク電極材料の大幅な進化、正負極非対称型の電極構成、リチウムイオン電池で開発された要素技術の導入、イオン液体などの新規電解液の開発などが挙げられる。それらのR＆Dの現状ついては、本書の各章に詳細に述べられているので参照していただきたいが、その技術的なレベルは日夜向上している。 　近年の大容量キャパシタはその蓄電機構が、より電池に近いもの（ファラデー反応を利用した）も多く見られる。新型のキャパシタは、「キャパシタ」なのか「電池」なのか、その定義はますます曖昧になってきており、従来の概念では明確に区別することは難しい。それらのキャパシタは「シュードキャパシタ」などと呼ばれている。しかし、キャパシタと称する以上は、（1）パワー密度が高い、（2）サイクル寿命が長い、（3）安全性が高いなどの3つの特徴を犠牲にすることなく、大容量化が果たされていかなければならない。これらをクリアーするのは容易なことではないが、今後の新型大容量キャパシタの課題である。大容量化に伴って、量産化、低コスト化が進めば益々その市場は広がるものと予想され、今後、期待される。
2006年7月3日　　東京農工大学大学院　直井勝彦

執筆者一覧
西野敦	西野技術士事務所 所長 技術士
直井勝彦	東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 教授
荻原信宏	東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 助手
前野徹郎	クラレケミカル(株) 開発室 室長
宮原道寿	(株)クレハ 総合研究所 電材研究室 室長 技術士（化学）
猪飼慶三	新日本石油(株) 研究開発本部 開発部 炭素利用プロジェクトグループ グループマネージャー
清家英雄	三洋化成工業(株) 開発研究本部 エネルギーデバイス材料研究部 ユニットチーフ
千葉一美	日本カーリット(株) R＆Dセンター 研究員
森英和	日本ゼオン(株) 総合開発センター インキュベーションセンター 主席研究員
山川雅裕	日本ゼオン(株) 総合開発センター インキュベーションセンター 主席研究員
和田徹也	電気化学工業(株) 有機・高分子部門事業企画 課長
三浦和也	(株)ゼロム 開発本部 技術部 執行役員 技術部長
絹田精鎮	(株)オプトニクス精密 代表取締役
澁谷治男	プライミクス(株) 乳化分散技術研究所 執行役員
神保敏一	エルナー(株) 技術開発部 DLCグループ グループリーダー
青木良康	昭栄エレクトロニクス(株) 開発センター センター長
松井啓真	(株)指月電機製作所 開発本部 FARADCAP技術部 部長
竹重秀文	(株)指月電機製作所 開発本部 FARADCAP技術部
内秀則	日本ケミコン(株) 基礎研究センター 取締役 基礎研究センター長
吉澤久美	日本ケミコン(株) 基礎研究センター 先端技術戦略部 主管
黒木伸郎	ニチコン(株) 長野工場 電気二重層技術部 統括部長
岸和人	(株)リコー 研究開発本部 先端技術研究所 環境技術研究室 主幹研究員
植田喜延	(株)明電舎 社会システム事業本部 電力・施設事業部 電力ソリューション営業技術部 ソリューション技術課 主任
小池哲夫	日野自動車(株) HV開発部 主査
Jin-Woo,Hur	Vina Technology Co., Ltd. Researcher
白石壮志	群馬大学大学院 工学研究科 ナノ材料システム工学専攻 助手
立花和宏	山形大学 工学部 物質化学工学科 助教授
江頭港	山口大学 大学院理工学研究科 助教授
森田昌行	山口大学 大学院理工学研究科 教授
野原愼士	大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 講師
井上博史	大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 教授
岩倉千秋	大阪府立大学 名誉教授
杉本渉	信州大学 繊維学部 精密素材工学科 助手
坂井伸行	(独)物質・材料研究機構（現在：東京大学 生産技術研究所 助手）
佐々木高義	(独)物質・材料研究機構 ナノスケール物質センター センター長
張鐘賢	東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 PD.
五十嵐吉幸	東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 助手
John R.Miller	JME,Incorporated President
Chi-Chang Hu	National Chung Cheng University,Department of Chemical Engineering Professor
Andrew F. Burke	Research faculty in the Institute of Transportation Studies, University of California-Davis

構成と内容
【第�T編　総論】
第1章	現在の動向
1	電気二重層キャパシタ（EDLC）の現状と参入企業（西野敦）
1.1	電気二重層キャパシタ（EDLC）の概要
1.2	EDLCの現状
1.3	大型〜コイン型EDLCの最新の世界動向
2	次世代EDLCとP-EDLCの研究動向(直井勝彦、荻原信宏）
2.1	はじめに
2.2	次世代大容量キャパシタ
2.2.1	次世代EDLC（ナノカーボン電極材料）
2.2.2	次世代P-EDLC（導電性ポリマー電極材料）
2.2.3	次世代P-EDLC（金属酸化物電極材料）
2.2.4	リチウムイオンキャパシタ（非対称型ハイブリッドキャパシタ）
2.2.5	イオン液体キャパシタ
2.3	おわりに
第2章	概要（開発の歴史、学会・セミナー活動、応用の歴史）
1	電気二重層キャパシタ（EDLC）の概要（西野敦）
1.1	EDLCの特性上の概要
1.2	EDLC開発の主な歴史
1.3	EDLC関連のセミナー、国際会議
1.4	EDLCのキャパシタの中での位置づけ
1.5	キャパシタの世界市場とEDLCの市場
1.6	EDLCのエネルギー貯蔵の中での位置づけ
1.7	EDLCの電池、コンデンサとの特徴比較
2	EDLC採用応用製品の歴史（西野敦）
2.1	電気二重層キャパシタの特性とその主な応用
【第�U編　EDLCの材料開発】
第1章	活性炭
1	EDLC電極用活性炭について（前野徹郎）
1.1	はじめに
1.2	EDLC用活性炭の製法について
1.3	主な製品の概要、特長
1.3.1	YPについて
1.3.2	RPについて
1.3.3	NKについて
1.3.4	NYについて
1.3.5	活性炭繊維　クラクティブCHについて
1.4	おわりに
2	EDLC用特殊活性炭A-BAC-PWの生産技術（宮原道寿）
2.1	はじめに
2.2	A-BAC-PWの物性
2.3	A-BAC-PWの製造方法
2.3.1	原料
2.3.2	前処理工程
2.3.3	賦活工程
2.3.4	後処理工程
2.4	おわりに
3	石油コークスを原料としたEDLC用活性炭（猪飼慶三）
3.1	はじめに
3.2	新日本石油のニードルコークス
3.3	ニードルコークスを原料としたEDLC用活性炭
3.4	EDLC電極としての初期特性
3.5	おわりに
第2章	電解液
1	非水系電気二重層キャパシタ用電解液（清家英雄）
1.1	非水系電気二重層キャパシタ用電解液
1.2	電解液に要求される性能
1.3	当社電解液「パワーエレック」の特徴
1.3.1	電位特性
1.3.2	電解質の溶媒に対する溶解性
1.3.3	アルカリを抑制する電解液
1.4	イオン液体の電気二重層キャパシタ用電解液への適用について
1.5	おわりに
2	スピロ型第四級アンモニウム塩を用いた電気二重層キャパシタ用電解液（千葉一美）
2.1	はじめに
2.2	電解液に求められる特性
2.3	スピロ型第四級アンモニウム
2.4	SBP電解液の特性
2.4.1	電導度
2.4.2	粘性率
2.5	SBP電解液を用いた電気二重層キャパシタの特性
2.5.1	静電容量
2.5.2	内部抵抗
2.5.3	レート特性
2.6	まとめ
第3章	電気二重層キャパシタ電極用バインダー（森英和、山川雅裕）
1	はじめに
2	塗布法への電極製造プロセスの転換
3	バインダーの種類と特徴
4	塗布工程と電気二重層キャパシタ電極用バインダーの関わり
4.1	スラリー安定性
4.2	スラリー作製のポイント
4.3	塗布特性
4.4	乾燥
4.5	プレス
4.6	スリッティング
4.7	捲回
4.8	注液前乾燥
4.9	注液
4.10	セル特性
4.10.1	サイクル寿命
4.10.2	静電容量
4.10.3	内部抵抗
5	電気二重層キャパシタの高性能化
6	おわりに
第4章	導電性改良剤（アセチレンブラック）（和田徹也）
1	はじめに
2	アセチレンブラックの特徴
3	粉体特性
4	電気伝導性
5	電気二重層キャパシタ用アセチレンブラック
6	おわりに
第5章	順送金型による、ケース、キャップの製造（三浦和也）
1	はじめに
2	基本セル構成と重要箇所
3	キャップのプレス加工
4	ケースのプレス加工
5	かしめによる漏液対策
6	まとめ
第6章	ガス透過安全弁（絹田精鎮）
1	ガス透過安全弁及びガス圧力壊裂安全弁
2	膜のガス透過性
2.1	高分子膜のガス透過性
2.2	高分子膜のガス透過機構
3	ガス透過膜を利用した弁
3.1	高分子膜を利用
3.2	金属箔透過膜の利用
3.3	壊裂型ガス安全弁
3.4	今後のガス透過型安全弁
第7章	キャパシタ材料と撹拌技術（澁谷治男）
1	はじめに
2	T.K.ハイビスディスパーミックス
2.1	基本構造
2.2	電極材塗料への応用
3	T.K.フィルミックス
3.1	基本構造
3.2	分散原理
3.3	電極材塗料への応用
【第�V編　各社の開発動向】
第1章	超小型と小型
1	超小型コイン型の開発動向（西野敦）
1.1	コイン型の概要
1.2	コイン型EDLCの製品の歴史と展望
1.3	現状の課題と将来展望
1.3.1	活性炭
1.3.2	電解質、溶媒
1.3.3	バインダー
1.3.4	分極性電極の成形加工方法
1.3.5	ガスケット
1.3.6	シール剤
1.3.7	セパレーター
1.3.8	金属ケース
1.4	今後の展望
2	小形電気二重層キャパシタの用途と技術開発動向（神保敏一）
2.1	はじめに
2.2	DYNACAPの紹介とその用途
2.2.1	コイン形の用途
2.2.2	捲回形の用途
2.3	小形電気二重層キャパシタの技術開発動向
2.3.1	電極
2.3.2	電解液
2.3.3	その他
3	PAS（ポリアセン系有機半導体）キャパシタの技術動向（青木良康）
3.1	緒言
3.2	PASキャパシタの特徴
3.2.1	ポリアセン電極
3.2.2	コイン型PASキャパシタ
3.2.3	シリンダ型PASキャパシタ
3.3	今後の動向
3.3.1	高電圧化
第2章	大型
1	EDLCおよび応用製品の最近の技術動向（松井啓真、竹重秀文）
1.1	はじめに
1.2	EDLCの要素技術の動向
1.2.1	EDLCの分類
1.2.2	エネルギー・出力・正規化内部抵抗
1.3	EDLCの期待市場での動向
1.4	瞬低補償装置でのEDLC応用例
1.4.1	瞬低補償装置
1.4.2	瞬低補償装置へのEDLCへの要求性能
1.5	まとめと今後の課題
2	大容量キャパシタの現状と課題（内秀則、吉澤久美）
2.1	はじめに
2.2	大容量キャパシタ（DLCAPTM）
2.3	充放電における発熱
2.4	寿命性能と寿命加速因子
2.5	開発課題
3	大型電気二重層コンデンサの技術開発動向（黒木伸郎）
3.1	はじめに
3.2	EVer CAPの商品群
3.3	高性能化技術
3.3.1	電極技術
3.3.2	電解液技術
3.3.3	セパレータ
3.3.4	構造開発
3.4	積層形の開発
3.5	ユニット化技術
3.6	おわりに
【第�W編　EDLCの新しい応用開発】
第1章	業務用複写機、複合機（岸和人）
1	複写機と動向
2	補助給電システム構成
2.1	補助給電構成
2.2	キャパシタ補助電源
3	定着用補助給電システム
3.1	補助加熱による短時間昇温
3.2	印刷時の温度低下防止
3.3	複写機の省エネ化
4	製品への応用
5	まとめ
第2章	系統安定化用途としてのEDLC応用（植田喜延）
1	系統安定化の必要性
2	系統安定化用途としてのEDLCの特徴
3	系統安定化装置への適用例
3.1	装置仕様
3.2	制御動作
3.3	評価試験結果
第3章	商用車のハイブリッド用蓄電装置（小池哲夫）
1	はじめに
2	商用車について
2.1	商用車の課題
2.2	技術的な困難さ
3	ハイブリッド技術について
3.1	蓄電装置システムの設計方針の決定
3.2	蓄電装置のモジュール設計
4	蓄電装置の現状
4.1	蓄電装置の種類
4.2	ハイブリッド用蓄電装置のモジュール
5	ハイブリッド車に適した蓄電装置の開発
6	まとめ
【第�X編　擬似キャパシタ】
第1章	A Hybrid Capacitor with Asymmetric Electrodes and Organic Electrolyte（Jin-Woo,Hur）
1	Abstract
2	Introduction
3	Experimental
4	Results and Discussion
4.1	Test 1 to 5
4.2	Test 6 to 12
【第�Y編　次世代EDLCの展望と課題】
第1章	活性炭
1	活性炭の電気二重層容量特性と炭素ナノ構造（白石壮志）
1.1	はじめに
1.2	活性炭の電気二重層容量
1.3	活性炭の製造方法（賦活）
1.4	二重層容量と細孔構造
1.5	活性炭の結晶構造と表面官能基
1.6	寿命特性ならびに電解液依存性
1.7	おわりに
2	EDLC集電体としてのアルミニウムの不働態皮膜とその表面接触抵抗（立花和宏）
2.1	はじめに
2.2	有機電解液中におけるアルミニウムの不働態化
2.3	アルミニウム集電体と炭素材料との接触抵抗およびその界面設計
2.4	おわりに
3	EDLC用活性炭の現状と展望（西野敦）
3.1	概要
3.2	材料と賦活方法
3.3	代表的なEDLC用活性炭の代表的な製造方法と展望
3.4	代表的な活性炭製造メーカー
3.5	活性炭原料、製造方法、主な用途と展望
3.6	活性炭の基本特性
第2章	電解液
1	スピロ型第四級アンモニウム塩を用いた高電導度型電解液（千葉一美）
1.1	はじめに
1.2	電気二重層キャパシタ用電解液に用いられる溶媒
1.3	第四級アンモニウムBF4塩の各種溶媒への溶解性
1.4	SBP-BF4/DMC+PC電解液の特性と問題点
1.5	SBP-BF4/DMC+EC+PC電解液の特性
1.6	SBP-BF4/DMC+EC+PC電解液を用いた電気二重層キャパシタの特性
1.6.1	静電容量
1.6.2	内部抵抗
1.6.3	レート特性
1.7	まとめ
2	非水系プロトン伝導性ゲル電解質を用いたキャパシタ（江頭港、森田昌行）
2.1	はじめに
2.2	非水系プロトン伝導性ゲル電解質の設計指針
2.3	プロトン伝導性非水系ゲル電解質を用いた電気二重層キャパシタ
2.4	プロトン伝導性非水系ゲル電解質を用いたハイブリッドキャパシタ
2.5	おわりに
3	高分子ヒドロゲル電解質を用いる電気二重層キャパシタ（野原愼士、井上博史、岩倉千秋）
3.1	はじめに
3.2	アルカリ性高分子ヒドロゲル電解質
3.3	酸性高分子ヒドロゲル電解質
3.4	おわりに
【第�Z編　次世代P-EDLCの展望と課題】
第1章	金属酸化物を用いるP-EDLC
1	酸化ルテニウム系電極材料のナノ構造制御と電荷蓄積メカニズム（杉本渉）
2	酸化マンガンナノシート電極の電気化学キャパシタ特性（坂井伸行、佐々木高義）
2.1	はじめに
2.2	酸化マンガンナノシートの合成
2.3	酸化マンガンナノシートの導電性基板上への積層
2.4	酸化マンガンナノシートの電気化学キャパシタ特性
2.5	おわりに
3	電気泳動電着法により作製したRuO2電極（直井勝彦、張鐘賢、五十嵐吉幸）
3.1	はじめに
3.2	EPD法についての概説
3.3	EPD法によって作製したRuO2電極のキャパシタ特性
3.3.1	EPDパラメータと熱処理温度を変化させた時のRuO2電極のキャパシタ特性
3.3.2	PTFEバインダーを添加したRuO2電極のキャパシタ特性
3.4	おわりに
【第�[編　海外の動向】
第1章	North American Trends in the Electrochemical Capacitor Industry（John R.Miller）
1	Introduction
2	Government Sponsored Programs
3	Commercial Developments
3.1	Maxwell Technologies
3.2	Axion Power International
3.3	International Sales into North America
4	Professional Events and Organizations
4.1	Advanced Capacitor World Summit
4.2	KiloFarad International
4.3	International Seminar on Double-Layer Capacitors and Hybrid Energy Storage Devices
第2章	Research and Development Trend of Supercapacitors in Taiwan（Chi-Chang Hu）
1	Abstract
2	Introduction
3	R&D in industries
4	R&D in universities academic institutes
5	Summary
第3章	Vehicle Applications and Market Trends of Large Supercapacitors（Andrew F. Burke）
1	Introduction
2	Status of the technology for large supercapacitors-cells and modules
3	Potential applications and device/system requirements
3.1	Engine starting applications
3.2	Hybrid Vehicle Applications
4	Product developments and vehicle demonstrations
4.1	Product developments-engine starting
4.2	Demonstrations/small scale production-hybrid-electric vehicles
4.2.1	Transit buses
4.2.2	Passenger car
5	Projected market trends of supercapacitors in production vehicles

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