高分子ヒドロゲル電解質を用いた電気二重層キャパシタの構築と特性評価

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15750171
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 野原 愼士 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (40326278)
• Keywords: 電気二重層キャパシタ / 高分子ヒドロゲル電解質 / 架橋型ポリアクリル酸カリウム / 高吸水性高分子 / 活性炭素電極 / 擬似容量 / 自己放電

Research Abstract

架橋型ポリアクリル酸カリウム(PAAK)にKOH水溶液を吸収させて作製した高分子ヒドロゲル電解質を活性炭素電極およびスルホン化ポリプロピレン不織布に含浸し、電気二重キャパシタを構築し、電解質としてKOH水溶液を用いた場合と種々の電気化学特性を比較検討した結果、本年度得られた知見を総括すると次の通りである。
1)サイクリックボルタンメトリーの結果、高分子ヒドロゲル電解質を用いた場合でも、KOH水溶液を用いた場合と同様にキャパシタ特有の可逆的な充放電反応が進行することがわかり、良好な電極/電解質界面が構築できたことが示唆された。また、KOH水溶液の場合に比べて高い容量を有することも明らかとなった。
2)充放電試験の結果からも、高分子ヒドロゲル電解質を用いた場合の方がより高い放電容量を示した。このことは、高分子ヒドロゲル電解質を用いた場合に主として正極/電解質界面で発現する擬似容量に帰属できることが示唆された。
3)高分子ヒドロゲル電解質を用いることにより充放電サイクル特性が改善できた。これはPAAKの高い保水力により、KOH水溶液のドライアウトが抑制されたためと考えられる。
4)高分子ヒドロゲル電解質を用いた場合でも、KOH水溶液を用いた場合とほぼ同等の優れた高率放電特性と温度特性を示し、高分子ヒドロゲル電解質は高率放電下や広い温度範囲でも使用可能であることが明らかとなった。
5)高分子ヒドロゲル電解質を用いることにより、開回路状態での電圧降下および充電状態でのリーク電流が著しく抑制された。活性炭素中に含まれる不純物の金属が電解質に溶出、拡散することによる電極間でのシャトル反応が抑制されたことと、電極間の微小短絡が抑制されたことが原因として考えられる。