JP2015050316A - Method of manufacturing carbon nanotube electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気二重層キャパシタに用いる、カーボンナノチューブ電極の製造方法のうち特にカーボンナノチューブを不織布に付着させる含浸方法に関するものである。 The present invention relates to an impregnation method for adhering carbon nanotubes to a nonwoven fabric among methods for producing carbon nanotube electrodes used for electric double layer capacitors.
本発明はカーボンナノチューブを編織物や不織布に結合させて、高性能なカーボンナノチューブ電極を容易に製造する方法に関するものである。従来の技術では、特許公開２０１０−８７３０２、電気二重層キャパシタ用電極及びその製造方法において説明されているようにカーボンナノチューブの集合体を形成することが主流であり、集合体の密度を上げて大きな容量を作ろうとしていた。
この結果、カーボンナノチューブが本来持つ大きな表面積を有効に利用することが出来ず、理論値よりも一桁小さい容量しか得られなかった。また、活性炭を用いたキャパシタにおいては、活性炭とバインダなどを混合しペースト状にして集電極上に塗布するという製造方法で、現在多量に生産されている。活性炭キャパシタは構造的な脆弱性や劣化が大きいことが問題である。また製造時に薬品を使用するため、作業の安全性に問題があり、製造作業に時間がかかり、さらに製造設備が複雑高価なものになるという問題があった。
The present invention relates to a method for easily producing a high-performance carbon nanotube electrode by bonding carbon nanotubes to a knitted fabric or a nonwoven fabric. In the prior art, as described in Japanese Patent Application Publication No. 2010-87302, an electrode for an electric double layer capacitor and a method for manufacturing the same, it is a mainstream to form an aggregate of carbon nanotubes. I was trying to make capacity.
As a result, the large surface area inherent to carbon nanotubes could not be used effectively, and a capacity that was an order of magnitude smaller than the theoretical value was obtained. In addition, capacitors using activated carbon are currently being produced in large quantities by a manufacturing method in which activated carbon and a binder are mixed and pasted into a paste. The problem with activated carbon capacitors is that they are structurally fragile and highly degraded. In addition, since chemicals are used during production, there are problems in work safety, production work takes time, and production equipment becomes complicated and expensive.
解決しようとする問題点は、カーボンナノチューブの表面積を最大限に利用できるようにして性能を高めること、製造時に危険な薬品類を使用せず高速かつ安全に作業できること、製造設備を簡単にすることである。
そのために、本発明では従来のカーボンナノチューブ電極の製造方法を完全に破棄し、全く新しい方法を考えだして確立したものである。
The problems to be solved are to improve the performance by making the most of the surface area of the carbon nanotubes, to be able to work quickly and safely without using dangerous chemicals during production, and to simplify the production equipment It is.
Therefore, in the present invention, the conventional carbon nanotube electrode manufacturing method is completely discarded, and a completely new method is conceived and established.
本発明は、上記の課題を解決するため長期間の研究開発を行い、不織布や織物にカーボンナノチューブを含浸し付着させることを主な特徴とし、優れた電極を得ることを発見したのでその成果を明確にするものである。
本発明の製造方法によると下記実用新案３１８２１７２号記載のカーボンナノチューブ電極を製造することが出来る。
「登録実用新案第３１８２１７２号 スペースリンク株式会社
考案の名称 ＣＮＴ・不織布合成体キャパシタ」
この実用新案では構造を明確にしたが、製造方法については記述しなかった。製造方法は法の定めにより推定されるので特にこの申請書により制限されるものではない。
カーボンナノチューブ電気二重層キャパシタの製造方法は図2に示すように、材料の純化を行う前処理工程、カーボンナノチューブの分散工程、カーボンナノチューブを不織布などに含浸する含浸工程、含浸した電極を電気二重層キャパシタに組み立てる組み立て工程の４工程から構成される。
ここでは、特に重要な含浸工程だけを取り上げて記述する。他の工程については別途、特許申請書に記述する。
The present invention performs long-term research and development in order to solve the above-mentioned problems, and is mainly characterized by impregnating and adhering carbon nanotubes to nonwoven fabrics and woven fabrics. It is to clarify.
According to the production method of the present invention, the carbon nanotube electrode described in the following utility model 3182172 can be produced.
"Registered Utility Model No. 3182172 Name of Space Link Co., Ltd. CNT / Nonwoven Fabric Composite Capacitor"
In this utility model, the structure was clarified, but the manufacturing method was not described. Since the manufacturing method is estimated by law, it is not particularly limited by this application.
As shown in FIG. 2, the carbon nanotube electric double layer capacitor manufacturing method includes a pretreatment process for purifying the material, a carbon nanotube dispersion process, an impregnation process for impregnating carbon nanotubes into a nonwoven fabric, and the impregnated electrode with an electric double layer. It consists of four steps of the assembly process to assemble to the capacitor.
Here, only the particularly important impregnation step is taken up and described. Other processes will be described separately in the patent application.
上記の目的を達成するために、本発明は次の構成からなる。
（１） 分散したカーボンナノチューブと水を含有する含浸液を投入した含浸槽中で、被含浸物として炭素繊維の不織布や織物を浸漬方式で含浸することを特徴とするカーボンナノチューブの含浸方法。
（２） 前記含浸工程の前工程として、被含浸物（炭素繊維の織物や不織布）をカチオン化する工程を含むことを特徴とする前記（１）記載の含浸方法。
（３）前記含浸工程において含浸液をマイクロ水泡ジェットで攪拌することを特徴とする前記（１）記載の含浸方法
（４）前記被含浸物が炭素繊維不織布であることを特徴とする前記（１）または（２）または（３）記載の含浸方法。
（５）前記含浸液に分散したカーボンナノチューブとグラフェンを混合することを特徴とする前記１）または（２）または（３）記載の含浸方法。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
(1) A carbon nanotube impregnation method comprising impregnating a carbon fiber non-woven fabric or woven fabric as an impregnated material in an impregnation tank into which an impregnation liquid containing dispersed carbon nanotubes and water is charged.
(2) The impregnation method according to the above (1), comprising a step of cationizing an object to be impregnated (carbon fiber woven fabric or non-woven fabric) as a pre-step of the impregnation step.
(3) The impregnation method according to (1), wherein the impregnation liquid is agitated with a micro water bubble jet in the impregnation step.
(4) The impregnation method according to (1), (2) or (3), wherein the material to be impregnated is a carbon fiber nonwoven fabric.
(5) The impregnation method according to (1), (2) or (3), wherein carbon nanotubes and graphene dispersed in the impregnation liquid are mixed.
（含浸の準備）
カーボンナノチューブを水中で分散したものを含浸槽にいれて攪拌機で攪拌して含浸液とする。この含浸液はカーボンナノチューブにカチオン界面活性剤を組み合わせたもので、カチオン界面活性剤を1リットルあたり０．５ＣＣ混合する。
含浸槽内をマイクロ水泡ジェット水流又は攪拌機などで攪拌し、カーボンナノチューブを調液中で均一に分散させる。
なお、カーボンナノチューブとグラフェンを混合してから分散して含浸液を作ることもできる。
(Preparation for impregnation)
A carbon nanotube dispersed in water is placed in an impregnation tank and stirred with a stirrer to obtain an impregnation solution. This impregnating liquid is a combination of a carbon nanotube and a cationic surfactant, and 0.5 CC is mixed per liter of the cationic surfactant.
The inside of the impregnation tank is stirred with a micro water bubble jet water flow or a stirrer, and the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the preparation.
The carbon nanotube and graphene can be mixed and then dispersed to make an impregnation liquid.
（含浸）
含浸槽のカーボンナノチューブ分散液に被含浸物を入れる。７０度Ｃから１００度Ｃに温度を維持しながら１５分間、ゆっくり攪拌する。このとき、攪拌機で分散液を攪拌しながら、カーボンナノチューブの再凝集を防ぐ。含浸槽内をマイクロ水泡ジェット水流が流れるようにする方法も有効である。
(Impregnation)
The material to be impregnated is put into the carbon nanotube dispersion in the impregnation tank. Slowly stir for 15 minutes while maintaining the temperature from 70 ° C to 100 ° C. At this time, re-aggregation of the carbon nanotubes is prevented while stirring the dispersion with a stirrer. It is also effective to make a micro water bubble jet flow in the impregnation tank.
（乾燥）
被含浸物を脱水機にかけて脱水してから、加熱器で２５０度Cにて30分加熱して乾燥する。
(Dry)
The material to be impregnated is dehydrated by a dehydrator and then dried by heating at 250 ° C. for 30 minutes with a heater.
（含浸の繰り返し）
乾燥した被含浸物を、上記の含浸工程に戻して含浸し、乾燥する。このサイクルを5回以上繰り返す。このようにして繰り返すことでカーボンナノチューブが不織布の繊維に強固に付着して、容易に落ちなくなる。この付着力は分子間力によるものである。付着を強固にするため、カーボンナノチューブやグラフェンの分散を完全に行う必要がある。分散方法については、別に申請する特許において明確にする。
(Repeated impregnation)
The dried material to be impregnated is returned to the above impregnation step, impregnated, and dried. Repeat this cycle 5 times or more. By repeating in this manner, the carbon nanotubes adhere firmly to the nonwoven fabric fibers and do not easily fall off. This adhesion force is due to intermolecular forces. In order to strengthen the adhesion, it is necessary to completely disperse the carbon nanotubes and graphene. The distribution method will be clarified in the patent filed separately.
（含浸の検査）
5サイクル以上含浸と乾燥を繰り返した後に、被含浸物の抵抗値測定を行う。測定方法は金属板で測定物を挟んで、抵抗計で直流抵抗値を測定する。判定基準は1オーム以下になることである。カーボンナノチューブを不織布に含浸すると、抵抗値が非常に小さくなることが判明している。このことは、不織布の内部でカーボンナノチューブ同士がうまく接続されて、電気の流れが良くなることを意味している。したがって、電気二重層の内部抵抗が小さくなる効果が生ずる。
検査の結果、良好なものを電極とする。
(Infiltration inspection)
After the impregnation and drying are repeated for 5 cycles or more, the resistance value of the impregnated material is measured. The measuring method is to measure the direct current resistance value with an ohmmeter while sandwiching the object to be measured with a metal plate. The criterion is to be 1 ohm or less. It has been found that when a nonwoven fabric is impregnated with carbon nanotubes, the resistance value becomes very small. This means that the carbon nanotubes are well connected to each other inside the nonwoven fabric, and the flow of electricity is improved. Therefore, an effect of reducing the internal resistance of the electric double layer is produced.
As a result of the inspection, a good electrode is used.
本発明のカーボンナノチューブ電極は、炭素繊維不織布や炭素繊維織物を用いているため、高いエネルギー密度を有し、強靱な構造を持ちさらに繰り返し充放電後の性能低下がほとんど見られない電気二重層キャパシタを実現する。
さらに、炭素繊維不織布や織物においては長繊維からなるので、柔軟性および耐繰り返し曲げ性が従来に比べ格段に向上するとともに、それを用いてカーボンナノチューブを含浸して得られた電極は、変形した場合においても優れた電気伝導性を維持して強い耐久性を示し、内部抵抗が小さく大きな静電容量を実現す理想的な蓄電素子となる。
Since the carbon nanotube electrode of the present invention uses a carbon fiber nonwoven fabric or a carbon fiber fabric, the electric double layer capacitor has a high energy density, has a tough structure, and shows almost no deterioration in performance after repeated charge and discharge. Is realized.
Furthermore, since carbon fiber non-woven fabrics and woven fabrics are made of long fibers, the flexibility and resistance to repeated bending are greatly improved compared to conventional ones, and the electrodes obtained by impregnating carbon nanotubes using them have been deformed. Even in this case, it is an ideal energy storage device that maintains excellent electrical conductivity and exhibits strong durability, and has low internal resistance and large capacitance.
本発明で使用するカーボンナノチューブとしては、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブを同じように用いることが出来る。また、グラフェンを２０〜５０％、混合することも出来る。実験の結果これ以外の比率では性能が悪くなることが確認できている。
多層カーボンナノチューブと単層カーボンナノチューブ、およびグラフェンの組み合わせ、またはそれぞれ2者の組み合わせもできる。
カーボンナノチューブは分散処理が十分に施されて、完全分散状態となる必要がある。分散工程については別途、特許にて記述する。
As the carbon nanotubes used in the present invention, multi-walled carbon nanotubes and single-walled carbon nanotubes can be used in the same manner. Moreover, 20-50% of graphene can also be mixed. As a result of experiments, it has been confirmed that the performance deteriorates at other ratios.
A combination of multi-walled carbon nanotubes, single-walled carbon nanotubes, and graphene, or a combination of the two, can be used.
The carbon nanotubes need to be sufficiently dispersed and completely dispersed. The dispersion process will be described separately in a patent.
被含浸物としては、先に述べたように炭素繊維の不織布、織物が好適に利用できる。
As the material to be impregnated, carbon fiber non-woven fabric and woven fabric can be suitably used as described above.
被含浸物と共にカーボンナノチューブを分散した含浸液中へ投入される分散剤としては、界面活性剤など、粒子を微細な粒子に分割する一種の解膠作用をそなえているものであれば、特に制限されることなく使用できる。例えば、アニオン活性剤、非イオン活性剤を例示できる。但し、後記する前工程としてのカチオン化工程に使用するカチオン系化合物と、アニオン・カチオンのコンプレックス生成防止効果を有するものが好ましい。
The dispersing agent introduced into the impregnating liquid in which carbon nanotubes are dispersed together with the material to be impregnated is not particularly limited as long as it has a kind of peptizing action to divide the particles into fine particles such as a surfactant. Can be used without being For example, an anionic active agent and a nonionic active agent can be illustrated. However, a cationic compound used in a cationization step as a pre-process described later and an anion / cation complex formation preventing effect are preferable.
図3に含浸工程の流れを示す。前工程としてのカチオン化工程に使用するカチオン化剤としては、カチオン界面活性剤、または四級アンモニウム基や三級アミン基などを含む水溶液性カチオン系化合物が挙げられる。これらのカチオン化剤は、カーボンナノチューブを被含浸物に固着しやすくする作用を発揮する。
Fig. 3 shows the flow of the impregnation process. Examples of the cationizing agent used in the cationization step as the previous step include a cationic surfactant or an aqueous cationic compound containing a quaternary ammonium group or a tertiary amine group. These cationizing agents exhibit an effect of facilitating fixing of the carbon nanotubes to the impregnated material.
カーボンナノチューブの含浸に使用する含浸装置としては、カーボンナノチューブの凝集性が高いことにより、例え分散剤を添加しても攪拌が不十分であると、粒子が染浴中に均一に分散しなく、従って含浸にムラが生じるため、物理的攪拌が十分に行えるタイプの含浸装置を用いる。通常は高速回転するミキサを槽の中に投入して分散させる。
As an impregnation apparatus used for impregnation of carbon nanotubes, due to the high cohesiveness of carbon nanotubes, even if a dispersing agent is added, if stirring is insufficient, particles will not be uniformly dispersed in the dyeing bath, Therefore, since the impregnation becomes uneven, an impregnation apparatus of a type that can sufficiently perform physical stirring is used. Usually, a mixer that rotates at high speed is put into a tank and dispersed.
また別の手段としては、マイクロ水泡ジェットを発生するマイクロ水泡発生器を含浸装置に接続して、含浸中、継続してマイクロ水泡水流を流し続けることが有効である。
この含浸装置については別の特許申請にて明確にする。
As another means, it is effective to connect a micro water bubble generator for generating a micro water bubble jet to the impregnation apparatus and continuously flow the micro water bubble water flow during the impregnation.
This impregnation device will be clarified in another patent application.
なお、カーボンナノチューブによる含浸工程の前には、被含浸物に付着している天然不純物、加工剤、汚れなどを除いて清浄な状態にする必要がある。この洗浄を多量の水を用いて、十分に行うことで、電極の劣化を防止することが出来ることを見いだした。
洗浄はノニオン界面活性剤が好適に用いられる。
Prior to the impregnation step with carbon nanotubes, it is necessary to remove the natural impurities, processing agents, dirt, and the like adhering to the object to be impregnated. It has been found that the electrode can be prevented from being deteriorated by sufficiently carrying out this washing with a large amount of water.
For the cleaning, a nonionic surfactant is preferably used.
以上に説明したカーボンナノチューブ、含浸装置を使用し、
（１）先ず被含浸物をノニオン界面活性剤で水洗し、脱水する。これを5回以上繰り返す。
（２）カチオン化剤を含浸液に投入する。
（３）カーボンナノチューブを投入する。
（４）被含浸物とカチオン界面活性剤を投入して含浸する。
（５）水洗を行う。
（６）脱水機で脱水処理してから乾燥する。
（７）上記（４）の含浸工程では、攪拌下に行う。またはマイクロ水泡ジェット水流を流しながら行う。
上記（１）〜（４）の工程は、浴比（被含浸物に対する液量）は１：２０〜３０の範囲が適切である。
Using the carbon nanotubes and impregnation equipment described above,
(1) First, the material to be impregnated is washed with a nonionic surfactant and dehydrated. Repeat this 5 times or more.
(2) A cationizing agent is added to the impregnation liquid.
(3) Input carbon nanotubes.
(4) Impregnation and impregnation with a cationic surfactant are introduced.
(5) Wash with water.
(6) Dehydrated with a dehydrator and then dried.
(7) The impregnation step (4) is performed with stirring. Or it is performed while flowing a micro water bubble jet water stream.
In the steps (1) to (4), the bath ratio (the amount of liquid with respect to the material to be impregnated) is suitably in the range of 1:20 to 30.
図１に示すようなカーボンナノチューブ電気二重層キャパシタには、カーボンナノチューブ電極１０１が一対となり、その間にセパレータ１０２をはさみこみ、カーボンナノチューブ電極１０１の外側にアルミ箔や銅箔などでつくられる集電極１０３が貼り付けられる。
このような構造で電気をカーボンナノチューブ電極１０１に蓄電して、集電極１０３で取り出すことが出来る。化学反応を使わず、イオンの吸脱着だけで蓄電すため、高速に電流を流せて、劣化が極めて小さい。
この発明はカーボンナノチューブ電極１０１の製造方法に関するものである。
（実施例１）
（１） 水洗い工程：水洗容器中に浴比１：３０で水を入れる。被含浸物である炭素繊維不織布あるいは炭素繊維織物を投入し、常温で５分間程度ゆっくり回転攪拌して水洗してから洗浄水を捨てる。その後、脱水機にて脱水した。
（２） 洗浄工程：非イオン界面活性剤２％及び酢酸１％を含有する洗浄液を、浴比１：２０程度になるように調合し、洗浄容器中で１００℃で２０分間ゆっくり回転攪拌して、洗浄を行い、洗浄液を廃棄した。
（３） カチオン界面活性剤、（主成分第４級アンモニウム特殊カチオン系ポリマー）の２％希釈水溶液を、浴比１：２０〜３０になるように含浸容器中に注入し、６０℃で４０分間、ゆっくり回転攪拌し、被含浸物の表面をカチオン化した。
A carbon nanotube electric double layer capacitor as shown in FIG. 1 has a pair of
With such a structure, electricity can be stored in the
The present invention relates to a method for manufacturing a
(Example 1)
(1) Washing step: Water is poured into a washing container at a bath ratio of 1:30. A carbon fiber non-woven fabric or a carbon fiber woven fabric that is to be impregnated is put in, and after slowly rotating and stirring at room temperature for about 5 minutes, the water is discarded. Then, it dehydrated with the dehydrator.
(2) Cleaning step: A cleaning solution containing 2% nonionic surfactant and 1% acetic acid is prepared so as to have a bath ratio of about 1:20, and is slowly rotated and stirred at 100 ° C. for 20 minutes in a cleaning container. Then, cleaning was performed and the cleaning solution was discarded.
(3) A 2% dilute aqueous solution of a cationic surfactant (main component quaternary ammonium special cationic polymer) is poured into an impregnation vessel so as to have a bath ratio of 1:20 to 30, and then at 60 ° C. for 40 minutes. The surface of the material to be impregnated was cationized by slowly rotating and stirring.
（４）含浸工程： カーボンナノチューブと水との重量割合が1：１０００〜２０００になるように調合し、被含浸物を投入し、７０℃から100℃で１５分間回転攪拌して含浸を行った。
(4) Impregnation step: The carbon nanotube and water were mixed so that the weight ratio was 1: 1000 to 2000, and the material to be impregnated was put in, and impregnation was performed by rotating and stirring at 70 to 100 ° C. for 15 minutes. .
（６） 水洗い工程： 浴比１：３０になるように水を注入して、常温で５分間回転攪拌を行って被染物を水洗し、次いで洗浄水を排出した。
（７） 脱水、乾燥工程： 洗浄水を排出後、さらに脱水機で５分間継続して被含浸物の脱水を行った。
その後、被含浸物を加熱器で250℃にて30分間、乾燥を行った。
その結果図4に示す、カーボンナノチューブ電極が得られた。
(6) Water-washing step: Water was poured so that the bath ratio was 1:30, and the dyed object was washed with water by rotating and stirring at room temperature for 5 minutes, and then the washing water was discharged.
(7) Dehydration and drying process: After draining the washing water, the impregnated material was further dehydrated with a dehydrator for 5 minutes.
Thereafter, the impregnated material was dried with a heater at 250 ° C. for 30 minutes.
As a result, a carbon nanotube electrode shown in FIG. 4 was obtained.
このようにして得たカーボンナノチューブ電極は、電気を蓄えて放出する動作を繰り返し行っても劣化しない。図5のように、カーボンナノチューブ電気二重層キャパシタを作り、性能試験を行った。
図９に充放電サイクル試験の結果を示す。また図１０に実データを示すが１２０００サイクル後において、当初の充放電グラフの形とサイクル後の形が全く同じである。静電容量は放電時の時間と電圧、定電流値とで計算する。電圧と放電電流値は試験装置（北斗電子HJ２０１B）にて安定化しているので、放電時間の変化量から静電容量の変化量がわかる。
時間の計測精度は0.01秒で、グラフからの読み取り誤差は０．１秒である。この誤差は静電容量の計測誤差に換算すると０．００３％である。従って、計測時間に有意差がないので劣化はゼロとなる。
このように、劣化が無いことは画期的なことで、いままでの文献や発表情報からは見ることができなかった。図８に従来のリチウムイオンキャパシタの劣化特性と比較した図を示す。このように明らかに劣化が少ないことが分かる。
図7に内部抵抗の測定結果を示す。7ミリオームと小さな内部抵抗である。
さらに、カーボンナノチューブの使用量は０．４ｇで１２０Fが実現したので、単位重量あたりの静電容量にすると３００F/gとなる。この値は従来のカーボンナノチューブ電極においても簡単には出せない値である。実験室では実現できても量産工程では無理な数値であった。
この現象は、カーボンナノチューブの表面積が有効に活用されていることを示すもので、従来の製造方法では全く不可能なものである。
高性能の理由については、徹底した浄化を行い炭素繊維フェルトやカーボンナノチューブの不純物を除去したため、電解液を酸化還元するような悪作用が無くなったことが考えられる。また、炭素繊維にカーボンナノチューブを分子間力で念入りに付着させているので、従来の製造法に比べて、カーボンナノチューブ1本1本それぞれの表面積が有効に利用できる状態となった。そのため理論的に予測されていた静電容量が発現した。従来は、カーボンナノチューブにバインダを混ぜてペースト状にして圧力をかけながら電極を製造していた。そのため、カーボンナノチューブが重箱に詰め込まれたような状況となり、表面積が小さくなっていた。
The carbon nanotube electrode thus obtained does not deteriorate even when the operation of storing and releasing electricity is repeated. As shown in FIG. 5, a carbon nanotube electric double layer capacitor was made and a performance test was conducted.
FIG. 9 shows the results of the charge / discharge cycle test. FIG. 10 shows actual data. After 12,000 cycles, the shape of the initial charge / discharge graph and the shape after the cycle are exactly the same. The electrostatic capacity is calculated from the time, voltage, and constant current value during discharge. Since the voltage and the discharge current value are stabilized by the test apparatus (Hokuto Electronics HJ201B), the amount of change in capacitance can be determined from the amount of change in discharge time.
The time measurement accuracy is 0.01 seconds, and the reading error from the graph is 0.1 seconds. This error is 0.003% in terms of capacitance measurement error. Therefore, since there is no significant difference in measurement time, degradation is zero.
In this way, the absence of deterioration is an epoch-making thing and could not be seen from the literature and published information so far. FIG. 8 shows a comparison with the deterioration characteristics of a conventional lithium ion capacitor. Thus, it can be seen that there is clearly little deterioration.
Fig. 7 shows the measurement results of internal resistance. It is a small internal resistance of 7 milliohms.
Furthermore, since the amount of carbon nanotube used is 0.4 g and 120 F is realized, the capacitance per unit weight is 300 F / g. This value cannot be easily obtained even with a conventional carbon nanotube electrode. Although it could be realized in the laboratory, it was impossible in the mass production process.
This phenomenon indicates that the surface area of the carbon nanotube is effectively utilized, and is completely impossible with the conventional manufacturing method.
The reason for the high performance may be that thorough purification is performed to remove impurities from the carbon fiber felt and carbon nanotube, so that the adverse effect of oxidizing and reducing the electrolytic solution is eliminated. In addition, since carbon nanotubes are carefully attached to carbon fibers by intermolecular force, the surface area of each carbon nanotube can be effectively used as compared with the conventional manufacturing method. Therefore, the capacitance that was theoretically predicted was developed. Conventionally, an electrode was produced while applying a pressure by mixing a carbon nanotube with a binder to form a paste. For this reason, the carbon nanotubes are packed in a heavy box, and the surface area is small.
本発明は、例えば携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末のメモリ等のバックアップ用電源、瞬間停電補償用又はハイブリッド自動車用の電気二重層キャパシタ、定置型蓄電装置の蓄電素子などに適用することができる。
本発明のカーボンナノチューブ電極製造方法によれば、従来の危険な薬剤を多用した製造方法に比較して極めて安全な材料で製造することが可能となり、その結果、設備投資が安くなり、人件費も小さくなるので製造コストが大幅に安くなった。カーボンナノチューブの低コスト化も合わせて、もはやコストの問題は無くなった。
このため、カーボンナノチューブ電気二重層キャパシタの実用化が進むこととなる。
The present invention is applied to, for example, a backup power source such as a memory of a mobile information terminal such as a mobile phone, a notebook computer, and a PDA, an electric double layer capacitor for momentary power failure compensation or a hybrid vehicle, and a storage element of a stationary power storage device. be able to.
According to the carbon nanotube electrode manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture with an extremely safe material as compared with a manufacturing method that uses a lot of dangerous drugs, and as a result, capital investment is reduced and labor costs are reduced. The manufacturing cost is greatly reduced because it is smaller. Along with the cost reduction of carbon nanotubes, there is no longer a cost problem.
For this reason, the practical use of the carbon nanotube electric double layer capacitor will proceed.
１００ カーボンナノチューブ電気二重層キャパシタ
１０１ カーボンナノチューブ電極
１０２ セパレータ
１０３ 集電極
100 carbon nanotube electric
Claims (4)
In the method of manufacturing the carbon nanotube electrode of the carbon nanotube electric double layer capacitor, in the impregnation tank charged with the impregnation liquid containing carbon nanotube as the impregnation material, the carbon fiber nonwoven fabric or the carbon fiber woven fabric as the impregnation material is immersed in the impregnation method. A carbon nanotube electrode manufacturing method for fixing carbon nanotubes to a carbon fiber felt or a carbon fiber fabric, comprising impregnating a carbon nanotube as an impregnated material with an impregnation step.
2. The method for producing a carbon nanotube electrode according to claim 1, further comprising a step of cationizing an object to be impregnated as a pre-step of the impregnation step.
The method for producing a carbon nanotube electrode according to claim 1 or 2, wherein the impregnated material impregnated in the material to be impregnated is a mixture of carbon nanotubes and graphene.
The method for producing a carbon nanotube electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein a micro water bubble jet water flow is allowed to flow in the impregnation tank.
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| JP2013180803A JP2015050316A (en) | 2013-08-31 | 2013-08-31 | Method of manufacturing carbon nanotube electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|---|---|---|
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-
2013
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| US11120952B2 (en) * | 2015-08-24 | 2021-09-14 | Nanotek Instruments Group, Llc | Supercapacitor having a high volumetric energy density |
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