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電気化学キャパシタの最新技術動向
−電気二重層キャパシタからレドックスキャパシタまで−


 電気化学キャパシタは大容量・ハイパワーの電気エネルギー貯蔵デバイスとして、ここ約10年の間に飛躍的に発展し、情報通信端末などの電子機器におけるメモリバックアップ電源やバッテリ代替電源をはじめ、自動車のスターターやアクチュエータ駆動電源、無停電補償電源、ハイブリッド電気自動車用電源、自然エネルギーの平準化・貯蔵用電源などに、そのニーズは拡大の一途を辿っています。現在、電気化学キャパシタの高性能・高機能化、用途・利用システムの開発がメーカー、大学、研究機関などにおいて精力的に展開されています。
 本調査レポートは、用途拡大が著しい電気化学キャパシタについて以下の点に重点を置いてまとめました。

  ○ 電気化学キャパシタの構造、動作原理、機能特性などについて解説!
  ○ 電極材料・電解液材料などに関する最新の研究開発動向について詳述!
  ○ 実例を挙げて各社製品・開発品の動向を紹介!
  ○ 用途・利用システムを多数紹介!
  ○ 過去5年間の国内公開特許を整理して収録!

    □体裁 A4版 264頁
    □価格 本体68,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2006年2月

章 目 次

 総括
 第1章 電気化学キャパシタとは
 第2章 電気二重層キャパシタ
 第3章 電気二重層キャパシタの電極材料
 第4章 電気二重層キャパシタの電解液
 第5章 電気二重層キャパシタのその他の構成材料
 第6章 電気二重層キャパシタの製品・開発品の最新動向
 第7章 レドックスキャパシタ
 第8章 レドックスキャパシタの電極材料
 第9章 レドックスキャパシタの電解液
 第10章 電気化学キャパシタの基本的電子回路
 第11章 電気化学キャパシタの用途・利用システム
 第12章 電気化学キャパシタの生産数量・生産金額と市場
 第13章 (資料)国内公開特許に見る電気化学キャパシタ


詳 細 目 次

 
総括 1

第1章 電気化学キャパシタとは
6
1.1 電気化学キャパシタの歴史 6
 1.1.1 ライデンびん 6
 1.1.2 キャパシタへの利用 6
 1.1.3 電気二重層理論 7
 1.1.4 日本のメーカー 7
1.2 電気化学キャパシタの種類 7
 1.2.1 電気二重層キャパシタ 8
 1.2.2 レドックスキャパシタ 8
 1.2.3 特性の比較  8
1.3 電気化学キャパシタと二次電池・電解コンデンサなどとのちがい  9
 1.3.1 キャパシタの種類 9
 1.3.2 電気二重層キャパシタと二次電池・電解キャパシタとの比較  9
1.4 電気化学キャパシタの用途 9
1.5 電気化学キャパシタの将来 11
 1.5.1 電気二重層キャパシタの将来 11
 1.5.2 レドックスキャパシタの将来 12
引用文献 12

第2章 電気二重層キャパシタ
13
2.1 電気二重層とは 13
 2.1.1 定義 13
 2.1.2 電気二重層の構造モデル 14
 2.1.3 キャパシタ的挙動 16
2.2 電気二重層キャパシタの基本構造 17
 2.2.1 基本構造概念 17
 2.2.2 基本セル構造 18
 2.2.3 コイン型キャパシタ 18
 2.2.4 中型キャパシタ 18
 2.2.5 大型キャパシタ 19
2.3 電気二重層キャパシタの動作原理と特性 20
 2.3.1 静電容量と電荷量 20
 2.3.2 容量算出・測定方法 20
 2.3.3 動作原理 21
 2.3.4 充電特性・放電特性 22
2.4 電気二重層キャパシタの特徴 23
 2.4.1 概説 23
 2.4.2 充放電挙動 24
 2.4.3 エネルギー密度 25
 2.4.4 各種小電力源との比較 27
2.5 電気二重層キャパシタの構成材料 28
 2.5.1 電極材料 28
 2.5.2 電解液 28
 2.5.3 その他の構成材料 29
2.6 電気二重層キャパシタの実際と課題 29
 2.6.1 製造工程 29
 2.6.2 用途の拡大 30
 2.6.3 今後の課題 31
引用文献 32

第3章 電気二重層キャパシタの電極材料
33
3.1 電極材料に要求される機能と物性 33
 3.1.1 表面積 33
 3.1.2 細孔径分布 33
 3.1.3 見かけ密度 33
 3.1.4 表面結晶構造 34
 3.1.5 表面酸素(官能基)濃度 34
 3.1.6 電子伝導度 34
3.2 活性炭 34
 3.2.1 活性炭原料の種類 35
 3.2.2 賦活(activation)方法 35
  (1) 水蒸気賦活 35
  (2) 薬品賦活 35
  (3) カリウム賦活 36
 3.2.3 分極性電極の製法 36
  (1) 混練圧延法 36
  (2) コーティング法 37
  (3) 加圧成形法 37
  (4) 炭素アエロゲル法 37
 3.2.4 活性炭電極の特性評価 37
  (1) 使用された活性炭電極 37
  (2) 比抵抗 38
  (3) 活性炭電極の物性とキャパシタ特性 39
  (4) 活性炭電極の容量密度 39
  (5) 電極表面としての有効性 40
 3.2.5 フェノール樹脂系活性炭 41
 3.2.6 ポリ塩化ビニリデン活性炭 41
 3.2.7 非多孔性炭素 42
3.3 炭素繊維 43
 3.3.1 炭素繊維 43
 3.3.2 活性炭素繊維 43
 3.3.3 フェノール樹脂系繊維「カイノール」を原料とする活性炭素繊維「クラクティブ」 43
 3.3.4 フェノール系活性炭素繊維電極 44
 3.3.5 フェノール樹脂系繊維「ノボロイド(カイノール)」を用いた活性炭素繊維電極 46
 3.3.6 電気化学的酸化還元処理をしたフェノール系活性炭素繊維電極 48
 3.3.7 膨張化活性炭素繊維電極 50
 3.3.8 新規フェノール樹脂系活性炭素繊維電極 52
 3.3.9 気相成長炭素繊維を添加した活性炭電極 54
 3.3.10 表面官能基を修飾した活性炭素繊維電極 56
3.4 カーボンナノマテリアル 57
 3.4.1 全般 57
 3.4.2 先進エネルギーデバイス用ナノカーボンプロジェクト 58
 3.4.3 ナノ繊維で活性炭粒子を保持した電極(旭硝子) 59
 3.4.4 カーボンナノチューブ 60
  (1) ブロックタイプカーボンナノチューブ電極 60
  (2) 正・負カーボンナノチューブ電極 62
  (3) Niuらのカーボンナノチューブ電極 62
  (4) Panらのカーボンナノチューブ・キャパシタ 64
引用文献 64

第4章 電気二重層キャパシタの電解液
66
4.1 電解液に要求される機能と物性 66
4.2 水溶液系電解液 67
4.3 非水溶液系電解液 68
 4.3.1 概説 68
 4.3.2 電解液の検討 例1(松下電器産業) 69
 4.3.3 電解液の検討 例2(旭硝子) 71
4.4 イオン性液体系電解液 74
 4.4.1 概説 74
 4.4.2 電解液の検討 例1(三菱化学) 74
 4.4.3 電解液の検討 例2(日清紡績) 76
引用文献 79

第5章 電気二重層キャパシタのその他の構成材料
81
5.1 概要 81
5.2 セパレータ 81
5.3 集電極 82
5.4 ケース(ハウジング) 83
5.5 パッキング(封口材料) 84
5.6 安全弁 84
引用文献 84

第6章 電気二重層キャパシタの製品・開発品の最新動向
86
6.1 松下グループ(松下電器産業、松下電子部品、松下電工など) 86
6.2バナソニックエレクトロニックデバイス 87
6.3 NECグループ(NECトーキン、NECトーキンセラミクスなど) 87
6.4 エルナー 88
6.5 日本ケミコン 91
6.6 明電舎 93
6.7 日本電子 94
6.8アドバンストキャパシタ・テクノロジーズ 94
6.9 パワーシステム 94
6.10 旭硝子 96
6.11 日産ディーゼル工業 96
6.12 本田技研工業 97
6.13 FDK 98
6.14 日清紡-日本無線 98
6.15 指月電機製作所 99
引用文献 100

第7章 レドックスキャパシタ
101
7.1 レドックスキャパシタとは 101
 7.1.1 ファラデー過程 101
 7.1.2 レドックス過程 101
7.2 レドックスキャパシタの基本構造 102
 7.2.1 コイン型 102
 7.2.2 シリンダー型 102
7.3 レドックスキャパシタの原理 102
 7.3.1 擬似容量 102
 7.3.2 ドーピング 103
 7.3.3 キャパシタ的挙動 103
7.4 レドックスキャパシタの特徴 104
7.5 レドックスキャパシタの構成材料 105
 7.5.1 電極材料 105
 7.5.2 電解液 108
 7.5.3 その他の構成材料 108
7.6 レドックスキャパシタの実際と課題 109
引用文献 109

第8章 レドックスキャパシタの電極材料
110
 8.1 電極材料に要求される機能と物性 110
 8.2 導電性金属酸化物 110
 8.2.1 酸化ルテニウム系 110
  (1)RuO2 110
  (2)RuO2/Ti 111
  (3)RuO2・xH2O 116
  (4)非晶質RuO2・xH2O 117
  (5) HδRuO2・xH2O 119
 8.2.2 酸化マンガン系 119 119
  (1) 非晶質MnO2・nH2O 119
  (2) MnO2フィルム 121
  (3) PPy(Polypyrrole)-MnO2 124
  (4) 化学合成MnO2 125
  (5) KMnO4/NaMnO4熱分解MnO 125
 8.2.3 酸化ニッケル系 126
  (1) NiO/Ni 126
 8.2.4 酸化タングステン系 129
  (1) WOx 129
 8.2.5 酸化コバルト系 129
  (1) 乾燥ゲルCoOx 129
  (2) CoOx 131
8.3 導電性高分子 132
 8.3.1 ポリアセチレン 132
  (1) 部分酸化された(CH)x 132
  (2) p-ドーピングされたポリアセチレン 133
 8.3.2 ポリピロール 134
  (1) 界面活性剤でドーピングされたポリピロールフィルム 134
  (2) 各種硫酸ナフタレンでドーピングされたポリピロールフィルム 135
 8.3.3 ポリアニリン 136
  (1) 硫黄化合物と結びついたポリアニリン(PANi) 136
  (2) 白金・タンタル箔へのポリアニリンのコーティング 137
 8.3.4 ポリチオフェン(誘導体) 138
  (1) ポリ-3-(4-フルオロフェニール)-チオフェン(PFPT)などポリチオフェン誘導体 139
  (2) ポリ(ジチエノ[3,4-b : 3’,4’-d]チオフェン)(PDTT)などポリチオフェン(誘導体) 142
  (3) ポリ(ジチエノチオフェン)類(PDTT) 142
  (4) ポリ(3-フェニールチオフェン)類 143
  (5) ポリ(3-メチルチオフェン)(PMeT)(その1) 146
  (6) ポリ(3-メチルチオフェン)(PMeT)(その2) 147
  (7) ポリ(3-メチルチオフェン)(PMeT)(その3) 147
 8.3.5 ポリアセン 147
  (1) ポリアセン(PAS)(キャパシタ用以前の研究)カネボウ 147
  (2) ポリアセン(PAS)(キャパシタ用の研究)カネボウ 148
8.4 インターカレート化合物 152
 8.4.1 リチウムインターカレート化合物 152
  (1) 活性炭/チタン酸リチウム(Li4Ti5O12) 152
  (2) 活性炭/Liイオン吸蔵・脱離炭素 153
 8.4.2 その他のインターカレート化合物 154
  (1) Ni(OH)2・活性炭コンポジット/活性炭 154
8.5 超微粒子 155
 8.5.1 RuO2/ガラス状カーボン 155
8.6 有機超分子オリゴマー 156
 8.6.1 1,5-ジアミノアントラキノン(DAAQ)の超分子オリゴマー (1) 157
 8.6.2 1,5-ジアミノアントラキノン(DAAQ)の超分子オリゴマー (2) 158
 8.6.3 サイクリックインドールトリマー(CIT) 159
8.7 有機/無機電気活性ナノコンポジット(ナノビーズ) 159
 8.7.1 導電性高分子/金属酸化物ナノコンポジット 159
  (1) ポリアニリン/酸化ルテニウム 159
 8.7.2 πスタック超分子/カーボンナノコンポジット 160
  (1) 1,5-ジアミノアントラキノン(DAAQ)/カーボン 160
 8.7.3 πスタック超分子/金属酸化物ナノコンポジット 160
  (1) πスタック超分子(-イミド添加剤)/酸化ルテニウム 160
  (2) 1,5-ジアミノアントラキノン(DAAQ)/酸化ルテニウム 160
引用文献 161

第9章 レドックスキャパシタの電解液
164
9.1 電解液に要求される機能と物性 164
9.2 導電性金属酸化物キャパシタ用電解液 164
 9.2.1 水溶液系 164
 9.2.2 非水溶液系 165
9.3 導電性高分子キャパシタ用電解液 166
 9.3.1 水溶液系 166
 9.3.2 非水溶液系 166
9.4 リチウムインターカレート化合物キャパシタ用電解液 166
9.5 超微粉金属酸化物キャパシタ用電解液 166
 9.5.1 酸化リチウム(RuO2) / ガラス状カーボン(GC) 166
 9.5.2 カルシウム(Ca)添加RuO2 166
9.6 有機超分子オリゴマーキャパシタ用電解液 166
 9.6.1 1,5-ジアミノアントラキノン(DAAQ)超分子オリゴマー 166
 9.6.2 サイクリックインドールトリマー(CIT)超分子オリゴマー 166
9.7 有機/無機電気活性ナノコンポジットキャパシタ用電解液 166
 9.7.1 金属酸化物(RuO2・2H2O)/導電性高分子(ポリアニリン)ナノコンポジット 166
引用文献 167

第10章 電気化学キャパシタの基本的電子回路
169
10.1 充電回路 169
 10.1.1 定電流供給と並列モニタ 169
 10.1.2 充電特性 169
 10.1.3 充電回路 170
10.2 放電回路 171
 10.2.1 放電特性 171
 10.2.2 放電回路 172
  (1) バックアップ電源 172
  (2) 小型電池との併用電源 172
  (3) 急速充放電可能な簡易電源  173
10.3 充放電回路 173
 10.3.1 ハイブリッド自動車用充放電制御装置 173
 10.3.2 太陽電池との併用電源 174
 10.3.3 エレベータ用電源風力発電・太陽電池・普通電池制御システム 175
 10.3.4 携帯通信端末における電源回路 175
10.4 充放電回路に関する研究開発例 176
 10.4.1 電圧バランサ回路(東京都立大学) 176
 10.4.2 ハイパワー用電圧平準化回路(NECトーキン) 177
 10.4.3 充放電制御用基準電圧発生回路(玉川大学ほか) 179
 10.4.4 直並列切替回路(中部電力ほか) 180
 10.4.5 高調波抑制型インバータ回路(明電舎ほか) 182
 10.5 システムの信頼性・安全性 183
引用文献 184

第11章 電気化学キャパシタの用途・利用システム
185
11.1 小型電気化学キャパシタ(1 F以下)の主な用途・利用システム 185
 11.1.1 携帯電話のメモリバックアップ用電源 185
 11.1.2 家電機器(冷蔵庫・エアコンなど)のメモリバックアップ用電源 185
 11.1.3 AV機器(テレビ・VTR・MDコンポなど)のメモリバックアップ用電源 186
 11.1.4 パソコン・電子手帳などのメモリバックアップ用電源 186
 11.1.5 固定電話・ファクシミリのメモリバックアップ用電源 186
 11.1.6 ソーラ時計のメモリバックアップ用電源 186
 11.1.7 その他、LSI、ULSI、RAMなど電源遮断時のメモリバックアップ用電源 186
11.2 中型電気化学キャパシタ(1〜10 F級)の主な用途・利用システム 187
 11.2.1 パソコン・電子手帳などの電圧低下時用電源 187
 11.2.2 携帯電話の電源モジュール 187
 11.2.3 テレビ・ファクシミリなどの瞬時停電用電源 187
 11.2.4 デジタルカメラ・ビデオカメラ用バッテリ代替電源 187
 11.2.5 自動車のスターター用電源 188
 11.2.6 ソーラ標識・街路灯用電源 188
 11.2.7 自発光式道路鋲用電源 188
 11.3 大型電気化学キャパシタ(10〜100 F級)の主な用途・利用システム 189
 11.3.1 自動車パワーウィンドウ用モータなどアクチュエータ駆動用電源 189
 11.3.2 複写機代替電源 189
 11.3.3 電動自転車の瞬時大電流供給用電源 190
 11.3.4 太陽電池と組合せるハイブリッド電源 190
 11.3.5 風力発電のロードレベリング用電源 191
 11.3.6 玩具用モータの電池代替電源 191
 11.3.7 自動車排ガス触媒加熱用補助電源 191
 11.4 超大型電気化学キャパシタ(1000 F級)の主な用途・利用システム 191
 11.4.1 ハイブリッド電気乗用車用電源 191
 11.4.2 ハイブリッド電気バス用電源 192
 11.4.3 ハイブリッド電気トラック用電源 192
 11.4.4 燃料電池自動車用補助電源 193
 11.4.5 電車制動時回生エネルギーの蓄電 194
 11.4.6 乗用車・バス・トラックなど自動車の制動時回生エネルギーの蓄電 194
 11.4.7 エレベータの回生電力貯蔵 194
 11.4.8 電動自転車の主電源 194
 11.4.9 瞬時電圧低下補償電源 194
 11.4.10 ピーク負荷平準化電源 195
 11.4.11 非常用電源 195
 11.4.12 電力貯蔵倉庫 195
引用文献 195

第12章 電気化学キャパシタの生産数量・生産金額と市場
197
12.1 電池の国内生産数量と生産金額 197
12.2 コンデンサの国内生産金額 199
12.3 コンデンサの世界生産金額予測 199
12.4 電気化学キャパシタの市場 200
引用文献 201

第13章 (資料)国内公開特許に見る電気化学キャパシタ
202
13.1 国内公開特許件数の総括と傾向 202
13.2 出願特許に見る技術課題と解決手段 203
 13.2.1 技術課題 203
 13.2.2 解決手段 204
13.3 各企業における出願技術分野の傾向とその技術課題および出願技術の内容 205
 13.3.1 NECトーキングループ(NECトーキン、NECトーキンセラミックスなど) 205
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 205
  (2) 出願技術の内容 206
 13.3.2 本田技研工業 209
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 209
  (2) 出願技術の内容 210
 13.3.3 日産ディーゼル工業 216
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 216
  (2) 出願技術の内容 216
 13.3.4 明電舎 221
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 221
  (2) 出願技術の内容 221
 13.3.5 松下電器産業 226
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 226
  (2) 出願技術の内容 226
 13.3.6 旭硝子 228
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 228
  (2) 出願技術の内容 229
 13.3.7 セントラル硝子 232
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 232
  (2) 出願技術の内容 232
 13.3.8 三洋電機 235
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 235
  (2) 出願技術の内容 235
 13.3.9 京セラ 238
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 238
  (2) 出願技術の内容 238
 13.3.10 TDK 242
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 242
  (2) 出願技術の内容 243
 13.3.11 日清紡績 246
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 246
  (2) 出願技術の内容 246
 13.3.12 日本碍子 249
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 249
  (2) 出願技術の内容 249
 13.3.13 栗田工業 253
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 253
  (2) 出願技術の内容 253
 13.3.14 日本ケミコン 255
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 255
  (2) 出願技術の内容 255
 13.3.15 三菱瓦斯化学 260
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 260
  (2) 出願技術の内容 260
 13.3.16 ブリヂストン 261
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 261
  (2) 出願技術の内容 261
 13.3.17 昭和電工 262
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 262
  (2) 出願技術の内容 262
 13.3.18 日本電子 263
  (1) 出願技術分野の傾向とその技術課題 263
  (2) 出願技術の内容 263
引用文献 264

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