DE3832276C2 - Material für eine polarisierbare Elektrode - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kohlematerial für
polarisierbare Elektroden, die in elektrischen
Doppelschichtkondensatoren und wiederaufladbaren Batterien
sowie als Gegenelektroden von elektrochromen Displays etc.
verwendet werden.
Die elektrischen Doppelschichtkondensatoren bestehen aus
einem Paar von polarisierbaren Elektroden, die sich über
einen isolierenden Separator gegenüberstehen, wobei die
polarisierbaren Elektroden und der Separator mit einem
Elektrolyten imprägniert sind. Als Material für derartige
polarisierbare Elektroden werden im allgemeinen pulveri
sierte Aktivkohle und aktivierte Kohlefasern verwendet. Als
Elektrolyte werden wäßrige Schwefelsäurelösungssysteme sowie
nicht wäßrige Elektrolyte, wie eine Propylencarbonatlösung
von Tetraethylammoniumperchlorat etc. verwendet.
Als wiederaufladbare Batterien mit polarisierbaren
Elektroden wurden solche mit einer Struktur entwickelt, bei
der eine der polarisierbaren Elektroden der elektrischen
Doppelschichtkondensatoren durch Lithium ersetzt ist, wobei
pulverisierte Aktivkohle als andere polarisierbare Elektrode
verwendet und ein organischer Elektrolyt als Elektrolyt eine
gesetzt wird.
Für elektrochrome Displays wurde eine Struktur entwickelt,
in welcher Wolframoxid, Eisenpentacyanocarbonylferrat etc.
in der Displayelektrode verwendet werden, wobei
Graphitpulver, Aktivkohlefasern etc. in der Gegenelektrode
eingesetzt werden.
Alle polarisierbaren Elektroden, die in derartigen
elektrischen Doppelschichtkondensatoren, wiederaufladbaren
Batterien und elektrochromen Displays verwendet werden,
machen Gebrauch von einer elektrischen Doppelschicht, die an
der Grenzfläche zu der Elektrodenoberfläche und dem
Elektrolyten gebildet wird.
Durch Verwendung von Aktivkohle oder Aktivkohlefasern mit
einer großen spezifischen Oberfläche als Material für die
polarisierbaren Elektroden ist es möglich, den Elektroden
eine höhere Energiedichte zu verleihen und sie mit geringer
Größe herzustellen.
Die spezifische Oberfläche dieser Aktivkohlen und Aktivkohle
fasern beträgt im allgemeinen 1000 bis 2500 m2/g.
In der Angew. Chem., 76 742-751 (1694), wurde die Oxidation graphitischen
Kohlenstoffs unter Bildung von sauren Oberflächenoxiden (und -hydroxiden bei
Anwesenheit von Wasser) an den Rändern der Kohlenstoffschichten beschrie
ben. In der Elektrokhimiya, 15, 308-314 (1979), vgl. Seite 259-264 der eng.
Übersetzung, wurde das elektrochemische Verhalten verschiedener Kohlenstoff
materialien in Abhängigkeit von Stromdichten und dem pH-Wert beschrieben.
Die Leistungsfähigkeit der elektrischen Doppelschichten
verändert sich mit der Art und Konzentration der Ionen und
dem Lösungsmittel in dem Elektrolyten, wobei jedoch der
gefundene Wert- der Differentialkapazität in Hg in einer
1,0 N-wäßrigen NaF-Lösung ungefähr 24 µF/cm2 (nach
Graham) beträgt. Wendet man diesen Wert auf den Fall von
polarisierbaren Elektroden aus Aktivkohle oder Aktivkohle
fasern mit der vorstehend angegebenen spezifischen Ober
fläche an, dann beträgt das Leistungsvermögen (Kapazität)
der elektrischen Doppelschicht, berechnet aus der spezi
fischen Oberfläche, 240 bis 480 F/g, was ein extrem hoher
Wert ist. Tatsächlich wird jedoch nur eine Kapazität der
elektrischen Doppelschicht von ungefähr der Hälfte bis
ungefähr ein Viertel des vorstehenden Wertes erzielt. Dies
bedeutet mit anderen Worten, daß nur ein Teil der gesamten
Oberfläche dieser Aktivkohle und Aktivkohlefasern wirksam
ausgenutzt wird.
Wie vorstehend erwähnt, tritt dann, wenn herkömmliche
Aktivkohle oder Aktivkohlefasern als Material für polari
sierbare Elektroden verwendet werden, das Problem auf, daß
der Ausnutzungsgrad der gesamten Oberfläche dieser
Materialien sehr schlecht ist. Folglich kann nicht die hohe
Kapazität der elektrischen Doppelschicht erhalten werden,
wie sie aufgrund der spezifischen Oberfläche erwartet wird.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein
Material für polarisierbare Elektroden zu schaffen, das
eine hohe Kapazität der elektrischen Doppelschicht pro
Einheitsoberfläche bedingt.
Diese Aufgabe wird durch das Material für eine
polarisierbare Elektrode nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
Durch die Erfindung wird demgemäß ein Material für eine
polarisierbare Elektrode zur Verfügung gestellt aus einem
porösen Kohlematerial, erhalten mit Aktivkohle, Aktivkohle
fasern, Kohlefasern oder pulverförmigem Kohlenstoff als Roh
material, wobei die Gesamtmenge der Säuregruppen des porösen
Kohlematerials 0,45 µÄq/cm2 oder mehr, bezogen auf die spezifische
Oberfläche, welche 610 bis 2500 m2/g beträgt, erhalten nach der
BET-Aufzeichnungsmethode, und auf die Methode zur Messung der Gesamtmenge an sauren
Gruppen mit einer wäßrigen N/10 NaOH-Lösung, beträgt.
Als Material für die polarisierbare Elektrode gemäß vorlie
gender Erfindung kann man Aktivkohle, Aktivkohlefasern,
Kohlefasern sowie pulverförmigen Kohlenstoff verwenden.
Aktivkohle im Sinne der Erfindung ist ein Material, das
erzeugt wird durch Verkohlen von natürlichen Pflanzen (wie
Sägemehl, Kokosnußschalen), aromatischen polyzyklischen
Kondensaten, erhalten aus Kohle etc., oder synthetischen
Harzen (beispielsweise Phenolharz) und Aktivieren der erhaltenen
Carbide nach der üblichen Methode.
Als Aktivkohlefasern im Sinne der Erfindung kommen
diejenigen in Frage, die durch Verkohlen von Pech, erhalten
aus Kohle oder Erdöl, oder Fasern der Phenolreihe, Acryl
reihe, der aromatischen Polyamidreihe, der Zellulosereihe
etc. und Aktivieren der erhaltenen Carbide nach herkömmli
chen Methoden erzeugt worden sind.
Bezüglich der spezifischen Oberfläche dieser Aktivkohle und
Aktivkohlefasern gibt es keine besonderen Begrenzungen, eine
spezifische Oberfläche von 2000 m2/g oder weniger wird
jedoch aus den nachfolgend beschriebenen Gründen bevorzugt.
Als Kohlefasern kommen diejenigen in Frage, die durch Ver
kohlen von Pech, erhalten aus Kohle oder Erdöl, oder von
Fasern der Phenolreihe, Acrylreihe, der aromatischen Poly
amidreihe, der Zellulosereihe etc. hergestellt worden sind.
In Frage kommen ferner Materialien, die unter Einsatz dieser
Kohlefasern und Aktivkohlefasern hergestellt worden sind,
wie versponnenes Garn, aus Einzelfäden bestehende Seile,
Vliesstoffe, gewebte Waren, gewirkte Waren, Kohlefaser
aggregate, erhalten durch Kombination aus derartigen
Materialien, pulverförmige Kohlematerialien, die durch
Pulverisierung dieser Materialien erhalten werden etc.
Als pulverförmiger Kohlenstoff kommt ein solcher in Frage,
der erhalten wird durch Verkohlen von natürlichen Pflan
zen, wie Sägemehl und Kokosnußschalen, aromatischen
polyzyklischen Kondensaten, beispielsweise Kohle, oder
Pulvern von synthetischen Harzen, wie Phenolharzen.
Vorstehend wurde auf das erfindungsgemäße Material für die
polarisierbare Elektrode Bezug genommen, es ist darauf
hinzuweisen, daß alle verkohlten Materialien und ihre
aktivierten Produkte als Materialien eingesetzt werden
können, und zwar unabhängig von ihrer Form.
Die Gesamtmenge der erfindungsgemäß angegebenen Säuregruppen
bedeutet die Mengen der Hydroxylgruppen (-OH) und/oder
Carboxylgruppen (-COOH), die an der Oberfläche der
vorstehend erwähnten Kohlematerialien vorliegen.
Durch die Verwendung der porösen Kohlematerialien, bei denen
die Gesamtmenge an Säuregruppen 0,45 µÄq/m2 oder
darüber und vorzugsweise 0,5 bis 4,0 µÄq/m2, bezogen
auf die spezifische Oberfläche, beträgt, als Material für eine
polarisierbare Elektrode kann der Ausnutzungsgrad der Oberfläche
gesteigert werden, wobei eine große Kapazität der
elektrischen Doppelschicht pro Oberflächeneinheit erzielt
wird.
Werden andererseits poröse Kohlematerialien verwendet, in
denen die Gesamtmenge an sauren Gruppen, bezogen auf die
spezifische Oberfläche, weniger als 0,45 µÄq/m2 beträgt,
d. h., daß die Menge der auf der Oberfläche vorliegenden
Säuregruppen gering ist, dann ist der Ausnutzungsgrad der
Oberfläche so gering, daß eine große Kapazität der elektri
schen Doppelschicht, wie sie aufgrund der spezifischen
Oberfläche erwartet wird, nicht erzielt wird.
Wie vorstehend erwähnt, ist es bei Verwendung von porösen
Kohlematerialien mit einer erhöhten Menge an sauren Gruppen
an der Oberfläche als Material für polarisierbare Elektroden
möglich, den Ausnutzungsgrad der Oberfläche zu steigern und
eine hohe Kapazität der elektrischen Doppelschicht zu
erzielen.
Poröse Kohlematerialien mit einer erheblichen Menge an
sauren Gruppen an der Oberfläche werden durch eine trockene
Oxidationsbehandlung der vorstehend erwähnten verschiedenen
Kohlematerialien erhalten. Beispielsweise wird die
Behandlung in der Weise durchgeführt, daß eine Ausbeute,
bezogen auf das Gewicht von 40% oder mehr unter einer
Sauerstoffatmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck von 1,3 Pa
oder darüber erzielt wird. Wird die Ausbeute,
bezogen auf das Gewicht, auf weniger als 40% herabgesetzt,
dann hat ein Ätzen der Oberfläche eine Zunahme des Kontakt
widerstands zur Folge, so daß die Ausbeute, bezogen auf das
Gewicht, nicht bevorzugt wird. Vorzugsweise beträgt die
Behandlungstemperatur gewöhnlich 300°C oder darüber. Bei
einer Behandlungstemperatur von weniger als 300°C wird die
Reaktivität der zu behandelnden Kohlematerialien
herabgesetzt, so daß die Oxidationswirkung nicht erzielt
wird. Wird die Oxidationsbehandlung in nasser Form durch
geführt, dann treten viele Probleme deshalb auf, da Ein
lagerungsverbindungen gebildet und giftige Gase zum Zeit
punkt der Behandlung freigesetzt werden, so daß eine der
artige Behandlung vermieden werden sollte. Die trockene
Oxidationsbehandlung kann in der Einstufenform oder bei
verschiedenen Temperaturen in der Zweistufenform durchge
führt werden. Ferner kann diese Behandlung durch Erzeugung
von Plasma anstelle eines Erhitzens oder durch eine Kombi
nation aus Plasma und Erhitzen durchgeführt werden.
Nachfolgend werden die Methoden zur Messung der Gesamtmenge
an sauren Gruppen, der spezifischen Oberfläche und der Kapa
zität der elektrischen Doppelschicht, die erfindungsgemäß
verwendet wird, erläutert, wobei teilweise auf die Fig. 1
Bezug genommen wird.
Die Fig. 1 ist eine Zeichnung welche eine Zelle zur Messung
der Kapazität der elektrischen Doppelschicht des verwendeten Materials
gemäß vorliegender Erfindung für eine polarisierbare
Elektrode erläutert.
Nachdem ein Material für die Elektrode mit Wasser gewaschen
und getrocknet worden ist, wird ungefähr 1 g des Materials
in Vakuum bei einer Temperatur von 120°C während 12 Stunden
getrocknet, gewogen und in 60 ml einer N/10-wäßrigen
NaOH-Lösung eingetaucht und bei einer Temperatur von 25°C
während 10 Stunden darin geschüttelt. Diese Lösung wird
durch ein Glasfilter filtriert und 25 ml des Filtrats werden
genau ausgewogen und mit einer N/10 HCl-Standardlösung
rücktitriert. Phenolphthalein wird als Indikator zum Zeit
punkt der Titration verwendet. Ein Blindtest wird ebenfalls
in ähnlicher Weise durchgeführt, wobei die Gesamtmenge der
sauren Gruppen pro Gewicht des Materials aus der folgenden
Gleichung erhalten wird:
worin D (ml) ein Wert ist, der erhalten wird durch Abziehen
des Titers der N/10 HCl-Standardlösung bei dem Blindtest von
demjenigen des tatsächlichen Tests, K die Normalität der
N/10 HCl-Standardlösung ist und W (g) das Gewicht des Ma
terials für die Elektrode darstellt.
Ungefähr 0,1 g eines Materials für die Elektrode wird im
Vakuum bei einer Temperatur von 120°C während 12 Stunden
getrocknet und gewogen. Die Menge an Stickstoffgas, das sich
auf der Siedetemperatur (-195,8°C) von flüssigem Stickstoff
befindet und an dem Material adsorbiert ist, wurde zu ver
schiedenen Zeitpunkten gemessen, während der relative Druck
allmählich über einen Bereich von 0,0 bis 0,2 erhöht wurde,
wobei die Oberfläche (m2/g) pro Gewicht nach der BET-
Aufzeichnungsmethode erhalten wurde.
Unter Einsatz der nach 1. und 2. ermittelten Werte wurde die
Gesamtmenge der Säuregruppen pro Oberfläche (µÄq/m2) be
rechnet.
Die Messung wurde unter Verwendung einer 4 N-wäßrigen
H2SO4-Lösung als Elektrolyt und einer
Propylencarbonat/Ethylenglykoldimethylether-Mischlösung,
die 1 M Lithiumperchlorat in gelöster Form enthält,
sowie einer Zelle, wie sie in Fig. 1 dargestellt wird, ge
messen. In Fig. 1 bedeutet 1 einen stromsammelnden Kohlen
stoffkunststoffilm, 2 ein Material für eine polarisierbare
Elektrode, 3 einen Separator aus einem mikroporösen Olefin
film und 4 einen isolierenden Abstandshalter aus einem Poly
ethylenharz. Unter Verwendung des wäßrigen Lösungssystems
und des organischen Elektrolytsystems wurde eine konstante
Stromladung und -entladung bei Stromdichten von 15 mA/g bzw.
7,5 mA/g pro Gewicht des Materials für die Elektrode in der
Zelle durchgeführt. Die elektrostatische Gleichstromkapazi
tät der Zelle wurde aus den Entladungskurven unter
Verwendung der folgenden Gleichung erhalten und der
erhaltene Wert wurde als Leistungsvermögen der elektrischen
Doppelschicht verwendet.
worin V 0,25 V (0,75 V-0,50 V) für das wäßrige Lösungs
system und 0,5 V (1,5 V-1,0 V) für das organische
Elektrolytsystem ist und Q die Elektrizitätsmenge (C) ist,
die durch einen Spannungsabfall von ΔV abgezogen wird. Das
Laden und Entladen wurde zwischen 0 V und 0,9 V im Falle des
wäßrigen Lösungssystems und zwischen 0 V und 1,8 V im Falle
des organischen Elektrolytsystems durchgeführt. Aus Einfach
heitsgründen wird angenommen, daß die für die Messung ver
wendete Zelle einer Schaltung aus zwei Kondensatoren mit der
gleichen Kapazität, die in Reihe geschaltet sind, äquivalent
ist, wobei die Kapazität pro Gewicht (F/g) des Materials für
die Elektrode berechnet wurde und die Kapazität der elektri
schen Doppelschicht pro Einheitsoberfläche des Materials für
die Elektrode aus dem nach 2. gefundenen Wert erhalten wurde.
Zur Ausbildung der elektrischen Doppelschicht an der
Oberfläche der Elektrode ist es zunächst erforderlich, daß
ein Lösungsmittel in dem Elektrolyt im Kontakt mit der
Oberfläche des Materials für die Elektrode steht. Dies be
deutet mit anderen Worten, daß die Benetzbarkeit der Ober
fläche des Materials durch das Lösungsmittel in dem Elektro
lyten gut sein sollte.
Kohle ist jedoch selbst ein hydrophobes Material und
schwierig mit polaren Lösungsmitteln, wie wäßrigen Lösungen,
zu benetzen. Andererseits werden auf der Oberfläche von
Aktivkohle und Aktivkohlefasern verschiedene funktionelle
Gruppen wie
etc. durch Aktivie
rungsbehandlung gebildet, so daß Aktivkohle und Aktivkohle
fasern durch saure Gruppen, hauptsächlich -OH- und
-COOH-Gruppen, eine Hydrophilizität verliehen wird. Die
Menge der sauren Gruppen an der Oberfläche von herkömm
licher Aktivkohle und Aktivkohlefasern ist jedoch so gering,
daß es unmöglich ist, die gesamte Oberfläche der Kohle und
der Kohlefasern mit dem Elektrolyten zu benetzen, wobei man
davon ausgehen kann, daß viele feine Poren nicht mit dem
Elektrolyten gefüllt sind. Folglich sinkt der Ausnutzungs
grad der Oberfläche, so daß es unmöglich ist, das hohe
Leistungsvermögen der elektrischen Doppelschicht zu erzie
len, das aufgrund des Wertes der spezifischen Oberfläche
erwartet wird.
Demgegenüber weist das erfindungsgemäße Material für eine
polarisierbare Elektrode eine erhöhte Menge an sauren
Gruppen an seiner Oberfläche im Vergleich mit herkömmli
cher Aktivkohle und Aktivkohlefasern auf. Die Folge ist, daß
die Benetzbarkeit an seiner Oberfläche durch den Elektroly
ten verbessert wird, so daß der Ausnutzungsgrad der Oberflä
che, d. h. das Leistungsvermögen der Doppelschicht pro Ober
flächeneinheit, merklich gesteigert werden kann. In diesem
Falle werden wäßrige Lösungen als optimale Elektrolyten an
gesehen, der gleiche Effekt kann jedoch auch mit organischen
Systemen erzielt werden, beispielsweise stark polaren
Lösungsmittelsystemen, wie Propylencarbonat, γ-Butyrolacton
etc.
Bezüglich der spezifischen Oberfläche des Kohlematerials
(vor der trockenen Oxidation), welches das Material für die
erfindungsgemäße polarisierbare Elektrode ist, gibt es
praktisch keine Einschränkungen. Es ist jedoch auch sogar im
Falle von Kohlefasern und Kohlematerialien, die keiner Akti
vierungsbehandlung unterzogen worden sind, möglich, eine
spezifische Oberfläche von ungefähr 1000 m2/g durch eine
trockene Oxidationsbehandlung zu erzielen. Auch dann, wenn
Kohlematerialien mit einer zu großen spezifischen Oberfläche
als Rohmaterialien verwendet werden, steigt der Kontaktwider
stand an und die Verteilung der funktionellen Gruppen an der
Oberfläche wird ungleichmäßig im Verlaufe des Ätzens an der
Oberfläche, so daß eine spezifische Oberfläche von
2000 m2/g oder weniger bevorzugt wird.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die Ge
samtmenge an sauren Gruppen und das Leistungsvermögen der
elektrischen Doppelschicht des Materials für die Elektrode
wurden nach den vorstehend beschriebenen Methoden gemessen.
Ein Kohlefasergewebe, das bei einer Temperatur von 850°C
verkohlt worden war, wurde einer Oxidationsbehandlung in
Luft bei einer Temperatur von 500°C zur Gewinnung des Ge
webes A unterzogen. Die Gesamtmenge der sauren Gruppen
pro Oberfläche des Gewebes A betrug 2,0 µÄq/m2 und das
Leistungsvermögen der elektrischen Doppelschicht pro Ober
fläche 26,7 µF/cm2, wenn der Elektrolyt eine 4 N-wäßrige
H2SO4-Lösung war, und 9,9 µF/cm2, wenn eine Lösung
von 1 M Lithiumperchlorat in Propylencarbonat/Ethylenglykol
dimethylether (70/30)-Mischung als organischer Elektrolyt
verwendet wurde.
Ein aktiviertes Kohlefasergewebe mit einer spezifischen
Oberfläche von 610 m2/g wurde einer Oxidationsbehandlung
in Luft bei einer Temperatur von 500°C zur Gewinnung des
Gewebes B unterzogen. Die Gesamtmenge der sauren Gruppen des
Gewebes B betrug 2,3 µÄq/m2 und das Leistungsvermögen
der elektrischen Doppelschicht 28,2 µF/cm2 im Falle des
gleichen wäßrigen Elektrolytsystems, das in Beispiel 1 ver
wendet wurde und 14,2 µF/cm2 im Falle der gleichen
organischen Elektrolytsystems, das in Beispiel 1 verwendet
wurde.
Ein Aktivkohlefasergewebe mit einer spezifischen Oberfläche
von 1000 m2/g wurde einer Oxidationsbehandlung in Luft bei
einer Temperatur von 500°C zur Gewinnung des Gewebes C unter
zogen. Die Gesamtmenge der sauren Gruppen des Gewebes C be
trug 2,4 µÄq/m2 und das Leistungsvermögen der elektri
schen Doppelschicht 23,8 µF/cm2 im Falle des gleichen
wäßrigen Elektrolytsystems, das in Beispiel 1 verwendet
wurde, und 11,5 µF/cm2 im Falle des gleichen organi
schen Elektrolytsystems, das in Beispiel 1 verwendet wurde.
Ein Aktivkohlefasergewebe mit einer spezifischen Oberfläche
von 1570 m2/g wurde einer Oxidationsbehandlung in Luft bei
einer Temperatur von 500°C zur Gewinnung des Gewebes D untere
zogen. Die Gesamtmenge der sauren Gruppen des Gewebes D
betrug 1,0 µÄq/m2 und das Leistungsvermögen der
elektrischen Doppelschicht 15,6 µF/cm2 im Falle des
gleichen wäßrigen Elektrolytsystems, das im Falle des Bei
spiels 1 verwendet wurde, 7,2 µF/cm2 im Falle des
gleichen organischen Elektrolytsystems, das zur Durchführung
des Beispiels 1 verwendet wurde.
Das Aktivkohlefasergewebe mit einer spezifischen Oberfläche
von 610 m2/g, das gemäß Beispiel 2 eingesetzt wurde, wurde
als Gewebe E eingesetzt und dieses Gewebe ohne Oxidations
behandlung untersucht. Die Gesamtmenge der sauren Gruppen
des Gewebes E betrug 0,02 µÄq/m2 und das Leistungsver
mögen der elektrischen Doppelschicht 5,0 µF/cm2 im
Falle des gleichen in Beispiel 1 verwendeten wäßrigen
Elektrolytsystems und 2,5 µF/cm2 im Falle des gleichen
in Beispiel 1 eingesetzten organischen Elektrolytsystems.
Das Aktivkohlefasergewebe mit einer spezifischen Oberfläche
von 1000 m2/g, das gemäß Beispiel 3 verwendet wurde, wurde
als Gewebe F verwendet und dieses Gewebe wurde ohne Sauer
stoffbehandlung untersucht. Die Gesamtmenge der sauren
Gruppen des Gewebes F betrug 0,24 µÄq/m2 und die
Leistungsfähigkeit der Doppelschicht 12,0 µF/cm2 im
Falle des gleichen wäßrigen Elektrolytsystems, das in
Beispiel 1 verwendet wurde, und 6,5 µF/cm2 im Falle des
gleichen organischen Elektrolytsystems, das im Falle des
Beispiels 1 verwendet wurde.
Das Aktivkohlefasergewebe mit einer spezifischen Oberfläche
von 1570 m2/g, das gemäß Beispiel 4 verwendet wurde, wurde
als Gewebe G verwendet und dieses Gewebe ohne Oxidationsbe
handlung untersucht. Die Gesamtmenge der sauren Gruppen des
Gewebes G betrug 0,17 µÄq/m2 und die Leistungsfähigkeit
der elektrischen Doppelschicht 11,1 µF/cm2 im Falle des
gleichen wäßrigen Elektrolytsystems, das in Beispiel 1
verwendet wurde, und 6,1 µF/cm2 im Falle des gleichen
organischen Elektrolytsystems, das im Falle des Beispiels 1
verwendet wurde.
Die vorstehend beschriebenen Ergebnisse sind in der Tabelle
1 zusammengefaßt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es unter Einsatz des
erfindungsgemäßen Materials für eine polarisierbare
Elektrode möglich, den Ausnutzungsgrad der Oberfläche zu
erhöhen und merklich die Leistungsfähigkeit der elektrischen
Doppelschicht pro Oberfläche zu steigern. Folglich ist es
durch Verwendung des Materials gemäß vorliegender Erfindung
für eine polarisierbare Elektrode zur Erzeugung von elektri
schen Doppelschichtkondensatoren und wiederaufladbaren Bat
terien möglich, die Energiedichte zu erhöhen. Auch kann durch
Verwendung dieses Materials zur Erzeugung einer
Gegenelektrode für elektrochrome Displays die Gegenelektrode
kleiner im Volumen und in geringerer Dicke als herkömmliche
Materialien erzeugt werden, was eine erhebliche praktische
Bedeutung hat.
Claims (7)
1. Material für eine polarisierbare Elektrode, umfassend ein poröses Kohlen
stoffmaterial, erhalten mit Aktivkohle, Aktivkohlefasern, Kohlefasern oder
pulverförmigem Kohlenstoff als Rohmaterial, wobei die Gesamtmenge der
sauren Gruppen des porösen Kohlenstoffmaterials 0,45 µÄq/m2 oder mehr beträgt,
bezogen auf die spezifische Oberfläche, welche nach der
BET-Aufzeichnungsmethode 610 bis 2500 m2/g beträgt und wobei die
Messung der Gesamtmenge an sauren Gruppen mit einer wäßrigen N/10
NaOH-Lösung erfolgte.
2. Material für eine polarisierbare Elektrode nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die saure Gruppe eine Hydroxylgruppe ist.
3. Material für eine polarisierbare Elektrode nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die saure Gruppe eine Carboxylgruppe ist
4. Material für eine polarisierbare Elektrode nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die sauren Gruppen Hydroxyl- und Carboxylgruppen
sind.
5. Material für eine polarisierbare Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge der sauren Gruppen 0,5 bis
4,0 µÄq/m2 beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Materials für eine polarisierbare Elektrode
nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
poröse Kohlenstoffmaterial einer trockenen Oxidationsbehandlung in einer
Sauerstoffatmosphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck von 1,3 Pa
oder darüber zur Einführung von sauren Gruppen in das poröse Kohlenstoff
material unterzogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidations
behandlung bei einer Temperatur von 300°C oder darüber durchgeführt
wird.
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