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電気二重層キャパシタの高エネルギー密度化技術

[コードNo.08STA029]

■体裁/ B5判上製本 191ページ
■発行/ 2008年 9月 29日 S&T出版(株)
■定価/ 60,500円(税込価格)

★EDLCの最先端情報からリチウムイオンキャパシタまで詳述
★電極、電解液、セパレータ等の材料開発から高エネルギー密度化キャパシタの安全性、応用技術を解説

執筆者

森本剛 森本技術士事務所
松澤豊 日清紡績(株)
今城靖雄日清紡績(株)
松井啓真(株)指月電機製作所
安東信雄富士重工業(株)
光來要三九州大学
金龍中 信州大学
遠藤守信信州大学
森下隆広東洋炭素(株)
白石壮志群馬大学
前野聖二ケッチェンブラックインターナショナル(株)
山川雅裕日本ゼオン(株)
西野敦 西野技術士事務所
千葉一美日本カーリット(株)
清家英雄三洋化成工業(株)
成瀬新二デュポン帝人アドバンスドペーパー(株)
矢部久博(株)指月電機製作所
上村正 (株)明電舎

目次

1章 キャパシタの技術動向
1 大型EDLCの材料
1.1電解液
1.2セパレータ
1.3活性炭電極
1.4新規炭素系電極
2 大型EDLCの構造
3 大型EDLCのエネルギー密度と出力密度
4 ハイブリッドキャパシタ
4.1LiCの原理と特徴
2章 電気二重層キャパシタの高エネルギー密度化への展開
1 電気二重層キャパシタの構成要素と原理
2 電気二重層キャパシタと二次電池の比較
3 電気二重層キャパシタの特徴
4 電気二重層キャパシタのエネルギー密度増大のためのアプローチ
4.1 静電容量増大のアプローチ
4.1.1窒素含有炭素材料による擬似容量キャパシタ
4.1.2ナノカーボン材料を用いた電気二重層キャパシタ
4.1.3金属酸化物を利用したレドックスキャパシタ
4.1.4正極へのアニオンのインターカレーションを利用したハイブリッドキャパシタ
4.2 電圧増大のアプローチ
4.2.1イオン液体を電解液に用いたキャパシタ
4.2.2Liを利用したリチウムイオンキャパシタ
4.3 構成要素の質量減少のアプローチ
3章 高エネルギー密度化した電気二重層キャパシタの寿命・信頼性と
    安全性について
1 安全性と信頼性
2 電気二重層キャパシタの機能と市場・用途
2.1 電気二重層キャパシタの期待される機能
2.2 電気二重層キャパシタの市場・用途
3 電気二重層キャパシタの寿命と信頼性
3.1 電気二重層キャパシタの構造と基本特性
3.2 電気二重層キャパシタの劣化と寿命
3.2.1電気二重層キャパシタの劣化
3.2.2電気二重層キャパシタの寿命
3.3 加速寿命試験
3.4 劣化モード
3.5 電気二重層キャパシタの信頼性
3.5.1セルの信頼性
3.5.2モジュールの信頼性
4 電気二重層キャパシタの安全性
4.1 高温過電圧フローティング試験
4.2 過電圧充電試験
4.3 短絡試験
4.4 加熱試験・釘刺し試験
4.5 安全性試験のまとめ
4章 リチウムイオンキャパシタの技術動向
1 LICの動作原理
2 プレドープ技術
3 LICの特長
3.1 セル設計技術
3.1.1プレドープ深度
3.1.2電極の目付量
3.1.3正極活物質と負極活物質の重量比率
4 LICセルの特性
4.1 出力特性
4.2 信頼性評価
4.3 安全性評価
5 今後の展開
5章 材料設計による電気二重層キャパシタの高エネルギー密度化と
    特性向上
1節電気二重層キャパシタ電極用活性炭の製法と特性向上
1 電気二重層活性炭電極の製造方法ならびにその構造と特性向上
2体積当たりの高静電容量化
 aNaOH賦活炭素
 b電極の膨張抑制
 c電極炭素材調製法
3 電位窓拡大
2節電気二重層キャパシタ用ナノカーボン材料電極の開発
1 はじめに
2 キャパシタ用電極材料の要求条件
3 従来カーボン材料での動向と研究成果
3.1活性化反応
3.2従来カーボンを用いたキャパシタ特性報告
4 新規ナノカーボン材料の研究成果
4.1ナノチューブ単独
4.2CNT複合体
4.3その他
5 今後の展望
3節電気二重層キャパシタ電極へ向けたメソポーラスカーボンの細孔制御技術
1 カーボン被覆プロセスを用いた、メソ孔制御多孔質炭素の製造方法
1.1セラミックス基質へのカーボン被覆プロセス
1.2メソ孔制御多孔質炭素の製造
2 メソ孔制御カーボンと電気二重層キャパシタ容量との関係
4節電気二重層キャパシタ電極への異種元素ドーピングによる高エネルギー密度化
1 はじめに
2窒素含有炭素の容量発現機構考え方
 ・窒素官能基の酸化還元反応による擬似容量の寄与
 ・電極内部に発現する空間電荷層容量の改善
 ・細孔壁の濡れ性の改善
3 炭素化ポリアニリン
4 さいごに
5節導電性カーボンブラックの電気二重層キャパシタ電極への応用技術
1 導電性カーボンブラックとは?
1.1導電性カーボンブラックの構造
1.2導電性発現機構
1.3導電性カーボンブラックの種類とケッチェンブラックの構造・特徴
2 導電性カーボンブラックのパワーソース分野への応用
2.1電気二重層キャパシター分野
2.2その他のパワーソース分野 ―二次電池分野―
6節電気二重層キャパシタ用バインダーの高性能化
1 電気二重層キャパシタ電極の構成と製造方法
2 バインダーの機能と各種バインダーの特徴
3 塗布法バインダーに求められるもの
3.1結着性
3.2耐電解液性
3.3電気化学的安定性
3.4電極スラリー安定性
4 電気二重層キャパシタ電極の高性能化に向けて
7節電気二重層キャパシタ(EDLC)電極の組成、電極製法と乾燥方法
1 EDLCの電極材料
1.1 分極性材料
1.1.1EDLC用分極性材料の概要
1.1.2分極性材料の種類と賦活方法
1.1.3代表的なEDLC用活性炭の製法と展望
1.1.4代表的な活性炭製造メーカー
1.1.5活性炭原料の種類と製造方法とEDLCの適合性
1.1.6活性炭の基本特性
1.2 EDLC用分極性電極の代表的な製法
1.2.1分極性電極の製法の概要
1.2.2分極性材料の主要構成材料
 a 活性炭
 b 導電性改良材
 c 電解質、溶媒
 d バインダー
 e スラリー安定剤
 f セパレータ
1.2.3分極性電極の主な製法
1.2.3.1分極性電極の構成材料
1.2.3.2成形加工方法(主な製造工程図)
1.2.3.3乾燥方法
1.2.3.4安全対策(漏液、シール剤)
1.2.4今後の展望
8節電気二重層キャパシタ用非水電解液の高性能化
1 はじめに
2 非水系電解液に求められる特性
2.1電解質の構造と電解液電導度の関係
2.2電解質の溶媒への溶解性と電解液粘性率の関係
2.3電解質の種類と電気化学的安定性の関係
2.4使用できる電解質の種類
3 各環状型電解質の特性
3.1電解質種と電導度の関係
3.2電解質種と粘性率の関係
3.3電解質種と電気二重層キャパシタ特性の関係
4 スピロ型第四級アンモニウム塩(SBP-BF4)
5 従来の電解質との特性比較
5.1電導度−電解質濃度
5.2粘性率−温度
5.3内部抵抗−温度
5.4レート特性
6 溶媒種の効果
7 まとめ
9節高エネルギー密度化電気二重層キャパシタに向けた電解液の開発
1 イミダゾリウム塩の特徴
1.1酸化還元電位
1.2電解質の溶媒に対する溶解性
1.3キャパシタ評価結果
1.4アルカリを抑制する電解液
10節アラミドセパレータによる電気二重層キャパシタの耐電圧の向上
1 はじめに
2 アラミドセパレータの特徴
2.1アラミド
2.2アラミドセパレータ
3 電気二重層キャパシタ
3.1電気二重層キャパシタ
3.2キャパシタの構造
3.3キャパシタの特性
4 アラミドセパレータの電気二重層キャパシタへの応用例
4.1活性炭吸着水
4.2電極ユニットの乾燥
4.3耐電圧の評価
5 まとめ
6章 高エネルギー密度化電気二重層キャパシタの応用技術
1節車載向け電気二重層キャパシタ(EDLC)の技術動向
1 EDLC種類と製品化の歴史
1.1はじめに
1.2電気二重層キャパシタ(EDLC)種類とEDLC実用化の歴史
1.3EDLCの各サイズ別、応用機器、活性炭材料との歴史
2 EDLCの最近の応用展開
2.1概要(回生制動応用と産業用応用)
2.2EDLCの自動車への応用展開
2.3HEVの種類と電源構造
2.4フォークリフトへのEDLCの採用例
3 ガス透過安全弁
4 まとめ
2節電気二重層キャパシタ式瞬時電圧低下補償装置の開発
1 動作原理
2 開発装置の性能
2.1 仕様
2.2 特長
2.2.1長時間補償
2.2.2保守性向上
2.2.3高効率・低運転コスト
2.2.4環境負荷の低減
2.3 装置に取入れた技術
2.3.1大容量電気二重層キャパシタ
2.3.2常時商用給電方式
2.3.3並列補償方式
2.3.4静止形高速切換スイッチ
2.3.5電気二重層キャパシタ
2.3.6装置寸法
3 応用事例
3節EDLCの鉄道分野への応用
1 電気鉄道の特徴
1.1電圧降下対策
1.2回生失効対策
1.3電気鉄道用電力貯蔵装置に求められる性能
2 EDLCを用いた電力貯蔵装置
2.1直流高速度遮断器(HSCB)
2.2昇降圧チョッパ
2.3フィルタコンデンサ、フィルタリアクトル
2.4電気二重層キャパシタ(EDLC)
3 電力貯蔵装置の適用方法
4 EDLCを用いた電力貯蔵装置の鉄道への実用例



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