CN102760584B - 超电容的组装架构及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种超电容的组装架构及制造方法，超电容包含：至少一第一电极基板，其表面涂布有一活性物质；以及至少一第二电极基板，其表面涂布有该活性物质，第二电极基板的极性与第一电极基板的极性相反；其中，第一电极基板与第二电极基板系交错堆迭，极性相同的数个第一电极基板或数个第二电极基板并联电连接；第一电极基板及第二电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的一绝缘环，并在第一电极基板及第二电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
Description
技术领域
本发明有关于一种超电容的组装架构及制造方法，其将电极基板配置成极性串联或并联的超电容。
背景技术
电池是将一定形式能量不经由机械转换过程而直接转换为电能的电源装置。超电容是储存电荷的电子元件。一般而言，电池的储存能量高但输出功率低，而超电容却有高输出功率的优点。
超电容具有高功率、高能量及小尺寸的能源储存器。超电容最初为美国太空总署应用于太空卫星的产品，之后广泛地应用于无线通讯手机、电动汽机车、手持式电动工具、不断电系统及3C电器产品等。
习知超电容的制造方式系以垂直式堆迭数个电极基板，若超电容所堆迭的电极基板的数量越多，则超电容的输出电压越高，然而该超电容的高度及等效串联电阻亦会增加。随着科技产品的日新月异，轻薄短小已是产品重要的诉求，若超电容的高度太高，则会影响产品的小型化。若超电容的等效串联电阻的增加，则会使超电容的输出电流减少。
发明内容
本发明提供一种超电容的组装架构及制造方法，将电极基板以水平配置而组成极性串联的超电容，使超电容的高度减少，可达到产品小型化的目的；并将电极基板以垂直配置而组成极性并联的超电容，使超电容的等效串联电阻减少，可使超电容的输出电流增加。
本发明提供第一种超电容的组装架构，该超电容包含：
一第一电极基板，其一表面涂布有一活性物质；
一第二电极基板，其一表面涂布有该活性物质，该第二电极基板的极性与该第一电极基板的极性相反；以及
一串联用电极基板，其一表面涂布有该活性物质，该第一电极基板与该第二电极基板堆迭在该串联用电极基板上；
其中，在该第一电极基板、该第二电极基板与该串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的一绝缘环，并在该第一电极基板、该第二电极基板与该串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
根据本发明的第一种超电容的组装架构以组装出第二种超电容的组装架构，其中，在该第一电极基板与该串联用电极基板之间与该第二电极基板与该串联用电极基板之间各堆迭至少一中间基板，该至少一中间基板的上表面与下表面涂布有该活性物质，在该第一电极基板、该至少一中间基板、该第二电极基板及该串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的该绝缘环，并在该第一电极基板、该至少一中间基板、该第二电极基板及每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
本发明提供第三种超电容的组装架构，该超电容包含：
一第一电极基板，其一表面涂布有一活性物质；
一第二电极基板，其一表面涂布有该活性物质，该第二电极基板的极性与该第一电极基板的极性相反；以及
多个串联用电极基板，每一串联用电极基板的一表面分别涂布有该活性物质，该第一电极基板与该第二电极基板分别堆迭在两个串联用电极基板的部分表面上，每两个串联用电极基板在其部分表面上以两者的长边方向彼此为垂直方向及/或同方向而堆迭配置；
其中，在该第一电极基板、该第二电极基板与每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的一绝缘环，并在该第一电极基板、该第二电极基板与每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
根据本发明的第三种超电容的组装架构以组装出第四种超电容的组装架构，其中，在该第一电极基板与串联用电极基板之间、在该第二电极基板与串联用电极基板之间及彼此堆迭的串联用电极基板之间各堆迭至少一中间基板，该至少一中间基板的上表面与下表面涂布有该活性物质，在该第一电极基板、该至少一中间基板、该第二电极基板及每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的该绝缘环，并在该第一电极基板、该至少一中间基板、该第二电极基板及每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
本发明提供第五种超电容的组装架构，该超电容包含：
至少三个电极基板，各表面涂布有一活性物质，该至少三个电极基板系串联堆迭；
其中，该至少三个电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的一绝缘环，并在该至少三个电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
根据本发明的第五种超电容的组装架构以组装出第六种超电容的组装架构，其中，在该至少三个电极基板的相邻的电极基板之间堆迭至少一中间基板，该至少一中间基板的上表面与下表面涂布有该活性物质，在该至少三个电极基板的每一者及该至少一中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的该绝缘环，并在该至少三个电极基板的每一者及该至少一中间基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
本发明提供第七种超电容的组装架构，该超电容包含：
至少一第一电极基板，其表面涂布有一活性物质；以及
至少一第二电极基板，其表面涂布有该活性物质，该至少一第二电极基板的极性与该至少一第一电极基板的极性相反；
其中，该至少一第一电极基板与该至少一第二电极基板系交错堆迭，极性相同的数个第一电极基板或数个第二电极基板并联电连接；
其中，该至少一第一电极基板及该至少一第二电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的一绝缘环，并在该至少一第一电极基板及该至少一第二电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
根据本发明的第七种超电容的组装架构以组装出第八种超电容的组装架构，其中，在该至少一第一电极基板及该至少一第二电极基板之间堆迭至少一中间基板，该至少一中间基板的上表面与下表面涂布有该活性物质，在该至少一第一电极基板、该至少一第二电极基板及该至少一中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的该绝缘环，并在该至少一第一电极基板、该至少一第二电极基板及该至少一中间基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
本发明提供一种超电容的制造方法，该制造方法包含下列步骤：
使用具有一绝缘环及一个或多个支撑点的图案的一网版来印制该绝缘环及支撑点于多个电极基板的表面上；
堆迭该些电极基板成本发明的上述第一至八种中任一种超电容的组装架构；
将所堆迭的该超电容浸入电解液中，以将电解液填充于该超电容中；
散逸出浸入电解液中的该超电容内部所残留的微量空气；以及
压合该超电容。
附图说明
图1A为本发明的第一实施例的超电容的组装架构的示意图；
图1B为本发明的第一实施例的超电容的组装架构的局部剖面示意图；
图2为本发明的第二实施例的超电容的组装架构的示意图；
图3A为本发明的第三实施例的超电容的第一层电极基板配置位置的示意图；
图3B为本发明的第三实施例的超电容的第二层电极基板配置位置的示意图；
图3C为本发明的第三实施例的超电容的组装架构的示意图；
图4A为本发明的第四实施例的超电容的组装架构的示意图；
图4B为本发明的第四实施例的超电容的等效电路图；
图5为本发明的第五实施例的超电容的组装架构的示意图；
图6为本发明的第六实施例的超电容的组装架构的示意图；
图7为本发明的超电容的组装架构的示意图；
图8为本发明的印刷用网版(或钢版)的示意图；
图9为本发明的印制电极基板的图案的网版(或钢版)印刷机构的侧视图；
图10为本发明的超音波(或加热或抽真空)槽结构的侧视图；
图11为本发明的在具有超音波、加热或抽真空的机构中的堆迭超电容的导引槽的侧视图；
图12为本发明的在超电容未被施加压力时的压合机构的侧视图；以及
图13为本发明的在超电容被施加压力时的压合机构的侧视图。
主要附图标记说明
40超电容
42第一电极基板
43活性物质
44第二电极基板
46中间基板
47电解液
48串联用电极基板
50绝缘环
60超电容
62第一电极基板
64第二电极基板
66串联用电极基板
68串联用电极基板
70串联用电极基板
100超电容
102第一电极基板
104第二电极基板
106第二电极基板
108中间基板
120超电容
122第一电极基板
200网版
202图案
211电极基板
212电极基板
214绝缘环
215支撑点
220绝缘胶
221吸风来源接口
222定位顶针
223吸风治具
224刮刀机构
225刮刀片
226电极基板
227抽真空
228加热
229电解液
230玻璃盛槽
231纯水
232支撑架
233超音波振荡器
234电解液盛盘
236电解液
237压力
238上压板
239加热
240下压板
241微量空气
300超电容
302第一电极基板
304串联用电极基板
306串联用电极基板
308串联用电极基板
310串联用电极基板
312第二电极基板
314串联用电极基板
316串联用电极基板
318串联用电极基板
320串联用电极基板
400超电容
402电极基板
404电极基板
406电极基板
408电极基板
410中间基板
C1超电容
C2超电容
Cn超电容
具体实施方式
参考以下附图以说明本发明的数个较佳实施例。
图1A为本发明的第一实施例的超电容的组装架构的示意图，图1B为本发明的第一实施例的超电容的组装架构的局部剖面示意图。在图1A及1B中，超电容40包含一第一电极基板42、一第二电极基板44、中间基板46及一串联用电极基板48。
在第一实施例中，第一电极基板42与第二电极基板44的下表面涂布有活性物质43，第二电极基板44的极性与第一电极基板42的极性相反。
其中，活性物质43系为金属氧化物或活性碳，金属氧化物包含二氧化钌、二氧化锰或氮氧化钛(TiNO)。以下各实施例所述的活性物质的材料皆与上述活性物质的材料相同，并省略其说明。
串联用电极基板48的上表面涂布有活性物质43。第一电极基板42与第二电极基板44平行地堆迭在串联用电极基板48之上。其中，串联用电极基板48的上表面面积实际上等于第一电极基板42与第二电极基板44的下表面面积的总和。
在第一电极基板42与串联用电极基板48之间堆迭N个(N＝0、1、2、3、...)中间基板46，在第二电极基板44与串联用电极基板48之间堆迭N个中间基板46，其中，堆迭在第一电极基板42与串联用电极基板48之间的中间基板46的数量与堆迭在第二电极基板44与串联用电极基板48之间的中间基板46的数量系相同的。中间基板46的表面面积与第一电极基板42及第二电极基板44的表面面积相同，而为串联用电极基板48的表面面积一半。
中间基板46的上表面与下表面皆涂布有活性物质43。在第一电极基板42与串联用电极基板48之间及第二电极基板44与串联用电极基板48之间堆迭中间基板46的数量可依超电容40的工作电压决定。
上述的第一电极基板42、第二电极基板44、中间基板46及串联用电极基板48系为钛基材的导电基板。
在第一实施例中，在第一电极基板42的下表面与中间基板46的上表面各设置呈框状的绝缘环50，在第二电极基板44的下表面与中间基板46的上表面各设置呈框状的绝缘环50，在两个中间基板46的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环50。
在串联用电极基板48的上表面与中间基板46的下表面各设置呈框状的绝缘环50，若在第一电极基板42及串联用电极基板48之间与在第二电极基板44及串联用电极基板48之间无中间基板46，则在串联用电极基板48的上表面与第一电极基板42的下表面及在串联用电极基板48的上表面与第二电极基板44的下表面各设置呈框状的绝缘环50。
其中，绝缘环50系由一网版(未图示)所印制的一框胶，框胶的高度为10～100μm，框胶的线径为0.3～5.0mm，然而其线径较佳为0.5～2.0mm。
绝缘环50系为一感压胶，该感压胶包含一主剂、一增粘剂及一溶剂。其中，主剂系为一聚苯乙烯共聚物弹性体，而该共聚物弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)或苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)。该主剂包含马来酐(MaleicAnhydride)，用以增加绝缘环50与该等电极基板42、44、46及48的接着性。增粘剂系为松香树脂及其衍生物、脂肪族树脂、脂环族树脂、芳香族树脂、脂肪族树脂/芳香族树脂或氢化碳氢树脂。
以下各实施例所述的绝缘环的材料及结构皆与上述的绝缘环的材料及结构相同，并省略其说明。
在第一实施例中，在第一电极基板42的下表面、中间基板46的上表面与绝缘环50所围成的空间填充电解液47，在第二电极基板44的下表面、中间基板46的上表面与绝缘环50所围成的空间填充电解液47，在两个中间基板46的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环50所围成的空间填充电解液47，在串联用电极基板48的上表面与中间基板46的下表面及绝缘环50所围成的空间填充电解液47，若在第一电极基板42及串联用电极基板48之间与在第二电极基板44及串联用电极基板48之间无中间基板46，则在串联用电极基板48的上表面与第一电极基板42的下表面及绝缘环50所围成的空间填充电解液47，及在串联用电极基板48的上表面与第二电极基板44的下表面及绝缘环50所围成的空间填充电解液47。
其中，电解液47为水溶性电解液、有机电解液及胶态电解液的其中一者。水溶性电解液系为一硫酸水溶液，其浓度为0.5M～5.0M，该硫酸水溶液的浓度较佳为1.0M～5.0M。胶态电解液为水玻璃及硫酸所组成。以下各实施例所述的电解液的材料皆与上述的电解液的材料相同，并省略其说明。
在第一电极基板42、第二电极基板44、中间基板46及串联用电极基板46的彼此堆迭处的相对表面上由网版印制一个或多个的支撑点的图案(未图示)。支撑点系为圆柱形、方柱形、三角柱形、多角柱形、十字柱形、丘形及半球形等其中之一，支撑点的直径为0.4～4.0mm，其直径较佳为0.5～2.0mm，支撑点的分布密度为0.5～5点/平方公分，其较佳密度为1～5点/平方公分，支撑点的高度为10～100μm。以下各实施例所述的支撑点的材料及结构皆与上述的支撑点的材料及结构相同，并省略其说明。
在组装完成上述第一实施例的超电容40的架构，该超电容40可达成习知超电容的相同的工作电压及特性，但仅有习知超电容的高度的一半，如此对于电子装置需要高电压与极薄厚度的电源设备而言，第一实施例的超电容40的高度仍未符合其需求，必须提出另一种超电容的组装架构以符合高电压与极薄厚度的电源设备的要求。
图2为本发明的第二实施例的超电容的组装架构的示意图。在图2中，超电容60包含一第一电极基板62、一第二电极基板64及多个串联用电极基板66、68及70。
在第二实施例中，在第一电极基板62、第二电极基板64与电极基板66、68及70的彼此堆迭处的相对表面上各涂布有活性物质(如图1B所示)。第二电极基板64的极性与第一电极基板62的极性相反。
串联用电极基板66的下表面区域的一半部分堆迭有第一电极基板62，串联用电极基板66下表面区域的另一半部分堆迭在串联用电极基板68的上表面区域的一半部分，而串联用电极基板66与串联用电极基板68系以两者的长边方向彼此为垂直方向而堆迭配置，同样地，串联用电极基板70下表面区域的一半部分堆迭在串联用电极基板68的上表面区域的另一半部分，而串联用电极基板68与串联用电极基板70系以两者的长边方向彼此为垂直方向而堆迭配置，串联用电极基板70的下表面区域的另一半部分堆迭有第二电极基板64。
第二实施例的超电容60的组装架构系为正方形平面状，平面状的超电容60可符合高电压与极薄厚度的电源设备的要求。然而，本实施例的超电容的平面状结构可以是任何几何形状，而不限制于正方形平面形状。其中，第二实施例使用串联用电极基板的数量系决定于超电容的工作电压及厚度而定。
如同第一实施例所述，在第二实施例中，在第一电极基板62与串联用电极基板66之间可堆迭N个(N＝0、1、2、3、...)中间基板(如图1B所示)，在第二电极基板64与串联用电极基板70之间可堆迭N个中间基板，彼此堆迭的串联用电极基板66、68及70之间可堆迭N个中间基板，在第一电极基板62与串联用电极基板66之间所堆迭的中间基板的数量、在第二电极基板64与串联用电极基板70之间所堆迭的中间基板的数量及彼此堆迭的串联用电极基板66、68及70之间所堆迭的中间基板的数量系相同。中间基板的表面面积与第一电极基板62及第二电极基板64的表面面积相同，而为串联用电极基板66、68及70的表面面积一半。
如第一实施例所述，第二实施例的中间基板的上表面与下表面皆涂布有活性物质。在第一电极基板62、第二电极基板64与串联用电极基板66、68及70之间堆迭中间基板的数量可依超电容60的工作电压决定。
如同第一实施例所述，在第二实施例中，在第一电极基板62与中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环(如图1B所示)，在第二电极基板64与中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环，在两个中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环，在各个串联用电极基板66、68及70与中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环。若在第一电极基板62与串联用电极基板66之间、在串联用电极基板66与串联用电极基板68之间、在串联用电极基板68与串联用电极基板70之间及串联用电极基板70与第二电极基板64之间无中间基板，则在第一电极基板62与串联用电极基板66的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板66与串联用电极基板68的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板68与串联用电极基板70的彼此堆迭处的相对表面及串联用电极基板70与第二电极基板64的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环。
亦如同第一实施例所述，在第二实施例中，在第一电极基板62及中间基板的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液(如图1B所示)，在第二电极基板64及中间基板的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液，在两个中间基板的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液，在各个串联用电极基板66、68及70与中间基板的相对堆迭处的表面及绝缘环所围成的空间填充电解液，若在第一电极基板62、第二电极基板64及各个串联用电极基板66、68及70之间无中间基板，则在第一电极基板62、第二电极基板64及各个串联用电极基板66、68及70的彼此堆迭处的相对表面及绝缘环所围成的空间填充电解液。
第二实施例的具有中间基板的超电容的组装架构系为方形立体状。然而，本实施例的超电容的立体结构可以是任何几何形状，而不限制于方形立体形状。其中，第二实施例使用串联用电极基板及中间基板的数量系决定于超电容的工作电压及厚度而定。
图3A为本发明的第三实施例的超电容的第一层电极基板配置位置的示意图，图3B为本发明的第三实施例的超电容的第二层电极基板配置位置的示意图，图3C为本发明的第三实施例的超电容的组装架构的示意图。
在图3A中，第一电极基板302与串联用电极基板304系水平配置，串联用电极基板306、308及310系平行地配置且垂直于第一电极基板302与串联用电极基板304，第一电极基板302与串联用电极基板304、306、308及310构成超电容300的第一层结构。
在图3B中，第二电极基板312与串联用电极基板314系水平配置，串联用电极基板316、318及320系平行地配置且垂直于第二电极基板312与串联用电极基板314，第二电极基板312与串联用电极基板314、316、318及320构成超电容300的第二层结构。
在图3C中，将超电容300的第二层结构堆迭在其第一层结构之上。串联用电极基板320的下表面区域的一半部分堆迭有第一电极基板302，串联用电极基板320下表面区域的另一半部分堆迭在串联用电极基板306的上表面区域的一半部分，而串联用电极基板320与串联用电极基板306系以两者的长边方向彼此为同方向而堆迭配置。
串联用电极基板314的下表面区域堆迭在串联用电极基板306的上表面区域的另一半部分与串联用电极基板308的上表面区域的一半部分，而串联用电极基板314与串联用电极基板306系以两者的长边方向彼此为垂直方向而堆迭配置，且串联用电极基板314与串联用电极基板308系以两者的长边方向彼此为垂直方向而堆迭配置。
串联用电极基板318的下表面区域堆迭在串联用电极基板308的上表面区域的另一半部分与串联用电极基板304的上表面区域的一半部分，而串联用电极基板318与串联用电极基板308系以两者的长边方向彼此为同方向而堆迭配置，且串联用电极基板318与串联用电极基板304系以两者的长边方向彼此为垂直方向而堆迭配置。
串联用电极基板316的下表面区域堆迭在串联用电极基板304的上表面区域的另一半部分与串联用电极基板310的上表面区域的一半部分，而串联用电极基板316与串联用电极基板304系以两者的长边方向彼此为垂直方向而堆迭配置，且串联用电极基板316与串联用电极基板310系以两者的长边方向彼此为同方向而堆迭配置。第二电极基板312的下表面堆迭在串联用电极基板310的上表面区域的另一半部分。
第三实施例的超电容300的组装架构系为正方形平面状，平面状的超电容300可符合高电压与极薄厚度的电源设备的要求。然而，本实施例的超电容的平面状结构可以是任何几何形状，而不限制于正方形平面形状。其中，第三实施例使用串联用电极基板的数量系决定于超电容的工作电压及厚度而定。
如同第一实施例所述，在第三实施例中，在第一电极基板302与串联用电极基板320之间可堆迭N个(N＝0、1、2、3、...)中间基板(如图1B所示)，在第二电极基板312与串联用电极基板310之间可堆迭N个中间基板，彼此堆迭的串联用电极基板304、306、308、310、314、316、318及320之间可堆迭N个中间基板，在第一电极基板302与串联用电极基板320之间所堆迭的中间基板的数量、在第二电极基板312与串联用电极基板310之间所堆迭的中间基板的数量及彼此堆迭的串联用电极基板304、306、308、310、314、316、318及320之间所堆迭的中间基板的数量系相同。中间基板的表面面积与第一电极基板302及第二电极基板312的表面面积相同，而为串联用电极基板304、306、308、310、314、316、318及320的表面面积一半。
如第一实施例所述，第三实施例的中间基板的上表面与下表面皆涂布有活性物质。在第一电极基板302、第二电极基板312与串联用电极基板304、306、308、310、314、316、318及320之间堆迭中间基板的数量可依超电容300的工作电压决定。
如同第一实施例所述，在第三实施例中，在第一电极基板302与中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环(如图1B所示)，在第二电极基板312与中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环，在两个中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环，在各个串联用电极基板304、306、308、310、314、316、318及320与中间基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环。若在第一电极基板302与串联用电极基板320之间、在串联用电极基板320与串联用电极基板306之间、在串联用电极基板306与串联用电极基板314之间、在串联用电极基板314与串联用电极基板308之间、在串联用电极基板308与串联用电极基板318之间、在串联用电极基板318与串联用电极基板304之间、在串联用电极基板304与串联用电极基板316之间、在串联用电极基板316与串联用电极基板310之间及串联用电极基板310与第二电极基板312之间无中间基板，则在第一电极基板302与串联用电极基板320的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板320与串联用电极基板306的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板306与串联用电极基板314的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板314与串联用电极基板308的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板308与串联用电极基板318的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板318与串联用电极基板304的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板304与串联用电极基板316的彼此堆迭处的相对表面、在串联用电极基板316与串联用电极基板310的彼此堆迭处的相对表面及串联用电极基板310与第二电极基板312的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环。
亦如同第一实施例所述，在第三实施例中，在第一电极基板302及中间基板的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液(如图1B所示)，在第二电极基板312及中间基板的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液，在两个中间基板的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液，在各个串联用电极基板304、306、308、310、314、316、318及320与中间基板的相对堆迭处的表面及绝缘环所围成的空间填充电解液，若在第一电极基板302、第二电极基板312及各个串联用电极基板304、306、308、310、314、316、318及320之间无中间基板，则在第一电极基板302、第二电极基板312及各个串联用电极基板304、306、308、310、314、316、318及320的彼此堆迭处的相对表面及绝缘环所围成的空间填充电解液。
第三实施例的具有中间基板的超电容的组装架构系为方形立体状。然而，本实施例的超电容的立体结构可以是任何几何形状，而不限制于方形立体形状。其中，第三实施例使用串联用电极基板及中间基板的数量系决定于超电容的工作电压及厚度而定。
图4A为本发明的第四实施例的超电容的组装架构的示意图。在图4A中，超电容400包含(n+1)个(n≥2)电极基板402、404、406及408及N个(N＝1、2、3、...)中间基板410。
上述的电极基板402、404、406及408与中间基板410系为钛基材的导电基板。中间基板410的表面面积与该等电极基板402、404、406及408的表面面积相同。
如第一实施例所述，第四实施例的各电极基板402、404、406及408与中间基板410的彼此堆迭处的相对表面涂布有活性物质(如图1B所示)。在电极基板402与中间基板410的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环(如图1B所示)，在电极基板404与中间基板410的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环，...，在第(n+1)个电极基板408与中间基板410的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环，在两个中间基板410的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环。
亦如同第一实施例所述，在第四实施例中，在电极基板402及中间基板410的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液(如图1B所示)，在电极基板404及中间基板410的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液，...，在第(n+1)个电极基板408与中间基板410的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液，在两个中间基板410的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液。
图4B为本发明的第四实施例的超电容的等效电路图。在图4A、4B中，电极基板402、电极基板404及中间基板410构成超电容C1，电极基板404、电极基板406及中间基板410构成超电容C2，以此类推，第n个电极基板(未图示)、第(n+1)个电极基板408及中间基板(未图示)构成超电容Cn。
各相邻的电极基板之间的中间基板410的数量可以是相同或不同，因此各超电容C1、C2、...、Cn的电容值可以是相同或不同。超电容400在各接点PIN1、PIN2、...、PIN(n+1)提供多组单独、串联或并联电源以供外部负载之用。
图5为本发明的第五实施例的超电容的组装架构的示意图。在图5中，超电容100包含一第一电极基板102、两个第二电极基板104及106及N个(N＝1、2、3、...)中间基板108。
上述的第一电极基板102、第二电极基板104及106与中间基板108系为钛基材的导电基板。
如第一实施例所述，在第五实施例中，在第一电极基板102的上下表面、第二电极基板104的下表面与第二电极基板106的上表面涂布有活性物质，第二电极基板104、106的极性与第一电极基板102的极性相反。第一电极基板102与第二电极基板104及106系交错堆迭，亦即第一电极基板102堆迭于第二电极基板104及106之间，而相同极性的第二电极基板104及106系并联电连接。
在第一电极基板102与第二电极基板104之间堆迭N个中间基板108，而在第一电极基板102与第二电极基板106之间堆迭N个中间基板108，其中，堆迭在第一电极基板102与第二电极基板104之间的中间基板108的数量与堆迭在第一电极基板102与第二电极基板106之间的中间基板108的数量系相同的。中间基板108的表面面积与第一电极基板102及第二电极基板104及106的表面面积相同。
如第一实施例所述，第五实施例的中间基板108的上表面与下表面皆涂布有活性物质(如图1B所示)。在交错堆迭的第一电极基板102与第二电极基板104及106之间堆迭中间基板108的数量可依超电容100的工作电压决定。
如同第一实施例所述，在第五实施例中，在第一电极基板102与中间基板108的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环(如图1B所示)，在第二电极基板104与中间基板108的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环，在第二电极基板106与中间基板108的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环，在两个中间基板108的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的绝缘环。
亦如同第一实施例所述，在第五实施例中，在第一电极基板102及中间基板108的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液，在第二电极基板104及中间基板108的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液(如图1B所示)，在第二电极基板106及中间基板108的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液，在两个中间基板108的彼此堆迭处的相对表面与绝缘环所围成的空间填充电解液。
第五实施例的超电容100可达成习知超电容的相同的工作电压及特性，但使用将相同极性的电极基板并联的超电容100与习知超电容的高度相同，而使第五实施例的超电容100可应用于提供更高工作电流至电子装置的电源设备。
图6为本发明的第六实施例的超电容的组装架构的示意图。在图6中，超电容120包含两个第一电极基板102及122、两个第二电极基板104及106及N个(N＝1、2、3、...)中间基板108。
第六实施例的超电容120的结构与第五实施例的超电容100的结构的不同之处在于超电容120多了一个第一电极基板122，在第一电极基板122与第二电极基板104之间堆迭N个中间基板108，而两个极性相同的第一电极基板102及122系并联电连接，但第六实施例的超电容120的组装方式系与第五实施例的超电容100的组装方式系相类似的，在此省略说明第六实施例的超电容120的结构及功效的说明。
以下将说明制造上述第一至第六实施例的超电容的方法。
图7为本发明的超电容的组装架构的示意图。在图7中，使用图8为本发明的印刷用网版(或钢版)的示意图所示的网版200在如上述第一至第六实施例的超电容的电极基板(如图7所示的电极基板211、212)的表面上印制图案，藉由一网版印刷(ScreenPrinting)、一钢版印刷(StencilPrinting)、一移印(Stamp)、一点胶(Dispensing)、一涂胶(Coating)、一贴胶(Pasting)或一曝光显影(Photolithography)等方法将上述的绝缘环214与支撑点215等印制到电极基板211、212上。
在图8中，使用具有绝缘环及一个或多个支撑点的图案202的一网版200来印制上述第一至第六实施例的超电容的绝缘环及支撑点于该等电极基板的表面上。
首先，配制为一感压胶的绝缘胶系将一定配比的主剂(一种聚苯乙烯共聚物弹性体)、增粘剂与各种溶剂倒入搅拌槽内，在该等材料搅拌的同时加温溶解直到成为均匀相，以调制成为该绝缘胶。
图9为本发明的印制电极基板的图案的网版(或钢版)印刷机构的侧视图。在图9中，将上述第一至第六实施例的超电容的电极基板(如图9的电极基板226所示)置于一吸风治具223上，由吸风来源接口221对电极基板226产生吸力使其固定于吸风治具223，而一定位顶针222则用以对电极基板226定位。
将网版200置于电极基板226之上，且二者之间有一间隙。将上述的绝缘胶220置于网版200之上，由一刮刀机构224移动其一刮刀片225于网版200之上。该刮刀片225会将绝缘胶220刮入网版200的图案202中，刮入图案202的绝缘胶220便印制在电极基板226的表面而形成上述第一至第六实施例的超电容的呈框状的绝缘环及支撑点。其中，所印制的绝缘环与支撑点的高度是一样的。
接着，堆迭电极基板成如上述第一至第六实施例的超电容的组装架构。
图10为本发明的超音波(或加热或抽真空)槽结构的侧视图，图11为本发明的在具有超音波、加热或抽真空的机构中的堆迭超电容的导引槽的侧视图，图12为本发明的在超电容未被施加压力时的压合机构的侧视图，图13为本发明的在超电容被施加压力时的压合机构的侧视图。
在图10中，将上述第一至第六实施例的超电容堆迭于支撑架232上，并浸放在盛装有电解液229的玻璃盛槽230中(或超音波可穿透的其他各种器皿)，再将玻璃盛槽230置放于装有纯水231的一超音波振荡器233中。
然后，以超音波、抽真空(如标号227)或加热(如标号228)方式将上述第一至第六实施例所堆迭的超电容的孔隙中所残留的微量空气241散逸出来。在该超电容的孔隙结构中所残留的微量空气241散逸出来之后移除支撑架232，而完成上述第一至第六实施例的超电容的组装架构，如图11所示。
在图12，并将堆迭好的超电容连同装有电解液236的电解液盛盘234一起置于一下压板240上，在将一上压板238置于超电容的最上电极基板之上，然后由一压合机构(未图示)施以压力(如标号237)来压合上述第一至第六实施例的超电容。
当压合上述第一至第六实施例的超电容时，所设定适当的压力施压至上压板238以压合该超电容。为了缩短压合时间与增加压合效果，亦可以加热(如标号239)(室温～150℃)及压合方式让电极基板之间的绝缘环融接在一起，如图13所示。
此时，压合后的电极基板的相对表面与绝缘环所围成的空间将电解液包覆于超电容中，而该超电容的成品即如上述第一至第六实施例的超电容的结构。
本发明系提供一种超电容的组装架构及制造方法，其优点是将电极基板以水平配置而组成极性串联的超电容，使超电容的高度减少，可达到产品小型化的目的；并将电极基板以垂直配置而组成极性单独、串联或并联的超电容，使并联的超电容的等效串联电阻减少，且串联或并联的超电容的输出电压或电流增加。
虽然本发明已参照较佳具体例及举例性附图叙述如上，惟其应不被视为系限制性者。熟悉本技艺者对其形态及具体例的内容做各种修改、省略及变化，均不离开本发明的权利要求书所主张的范围。
Claims (33)
1.一种超电容的组装架构，该超电容包含：
一第一电极基板，其一表面涂布有一活性物质；
一第二电极基板，其一表面涂布有该活性物质，该第二电极基板的极性与该第一电极基板的极性相反；以及
多个串联用电极基板，每一串联用电极基板的一表面涂布有该活性物质，该第一电极基板与该第二电极基板分别堆迭在两个串联用电极基板的部分表面上，所述第一、第二电极基板和所述多个串联用电极基板构成两层基板结构，每两个串联用电极基板在其部分表面上以两者的长边方向为垂直方向或同方向而堆迭配置；
其中，在该第一电极基板、该第二电极基板与每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的一绝缘环，并在该第一电极基板、该第二电极基板与每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
2.如权利要求1所述的超电容的组装架构，其中，在该第一电极基板与串联用电极基板之间、该第二电极基板与串联用电极基板之间及彼此堆迭的串联用电极基板之间各堆迭至少一中间基板，该至少一中间基板的上表面与下表面涂布有该活性物质，在该第一电极基板、该至少一中间基板、该第二电极基板及每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面各设置呈框状的该绝缘环，并在该第一电极基板、该至少一中间基板、该第二电极基板及每一串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面与该绝缘环所围成的空间填充电解液。
3.如权利要求2所述的超电容的组装架构，其中，该第一电极基板、该第二电极基板、该至少一中间基板及所述多个串联用电极基板系为钛基材的导电基板。
4.如权利要求2所述的超电容的组装架构，其中，该第一电极基板、该第二电极基板、该至少一中间基板及所述多个串联用电极基板的彼此堆迭处的相对表面上各印制一个或多个支撑点的图案，支撑点系为圆柱形、方柱形、三角柱形、多角柱形、十字柱形、丘形及半球形其中之一，支撑点的直径为0.4～4.0mm，支撑点的分布密度为0.5～5点/平方公分，支撑点的高度为10～100μm。
5.如权利要求4中所述的超电容的组装架构，其中，支撑点的直径为0.5～2.0mm，支撑点的密度为1～5点/平方公分。
6.如权利要求1至2中任一项所述的超电容的组装架构，其中，电解液为水溶性电解液、有机电解液及胶态电解液的其中一者。
7.如权利要求6所述的超电容的组装架构，其中，水溶性电解液系为一硫酸水溶液，其浓度为0.5M～5.0M。
8.如权利要求7所述的超电容的组装架构，其中，该硫酸水溶液的浓度为1.0M～5.0M。
9.如权利要求6所述的超电容的组装架构，其中，胶态电解液为水玻璃及硫酸所组成。
10.如权利要求1至2中任一项所述的超电容的组装架构，其中，该活性物质系为金属氧化物或活性碳，金属氧化物包含二氧化钌、二氧化锰及氮氧化钛的其中一者。
11.如权利要求1至2中任一项所述的超电容的组装架构，其中，该绝缘环为一感压胶，该感压胶包含一主剂、一增粘剂及一溶剂。
12.如权利要求11所述的超电容的组装架构，其中，该主剂系为一聚苯乙烯共聚物弹性体，而该共聚物弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)及苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)的其中之一。
13.如权利要求11所述的超电容的组装架构，其中，该主剂包含马来酐(MaleicAnhydride)，以增加该绝缘环与所述第一、第二电极基板与所述串联用电极基板的接着性。
14.如权利要求11所述的超电容的组装架构，其中，该增粘剂系为松香树脂及其衍生物、脂肪族树脂、脂环族树脂、芳香族树脂、脂肪族树脂和芳香族树脂组合物及氢化碳氢树脂的其中之一。
15.如权利要求1至2中任一项所述的超电容的组装架构，其中，该绝缘环系由一网版所印制的一框胶，该框胶的高度为10～100μm，该框胶的线径为0.3～5.0mm。
16.如权利要求15所述的超电容的组装架构，其中，该框胶的线径为0.5～2.0mm。
17.一种超电容的制造方法，该制造方法包含下列步骤：
使用具有一绝缘环及一个或多个支撑点的图案的一网版来印制该绝缘环及支撑点于多个电极基板的表面上；
堆迭所述多个电极基板成如权利要求1至2中任一项的超电容的组装架构；
将所堆迭的该超电容浸入电解液中，以将电解液填充于该超电容中；
散逸出浸入电解液中的该超电容内部所残留的微量空气；以及
压合该超电容。
18.如权利要求17所述的超电容的制造方法，更包含下列步骤：
将一主剂、一增粘剂与一溶剂加温及搅拌均匀，以调制成该绝缘环。
19.如权利要求18所述的超电容的制造方法，其中，该主剂系为一种聚苯乙烯共聚物弹性体，而此共聚物弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)及苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)的其中之一。
20.如权利要求18的超电容的制造方法，其中，添加马来酐(MaleicAnhydride)于该主剂中，以增加该绝缘环与该电极基板的接着性。
21.如权利要求18的超电容的制造方法，其中，该增粘剂系为松香树脂及其衍生物、脂肪族树脂、脂环族树脂、芳香族树脂、脂肪族树脂和芳香族树脂组合物及氢化碳氢树脂的其中之一。
22.如权利要求17所述的超电容的制造方法，其中，该绝缘环系由该网版所印制的一框胶，该框胶的高度为10～100μm，该框胶的线径为0.3～5.0mm。
23.如权利要求22所述的超电容的制造方法，其中，该框胶的线径为0.5～2.0mm。
24.如权利要求17所述的超电容的制造方法，其中，该超电容以室温至150℃的温度加热并压合浸入电解液中。
25.如权利要求17所述的超电容的制造方法，其中，支撑点的图案系为圆柱形、方柱形、三角柱形、多角柱形、十字柱形、丘形及半球形其中之一，支撑点的直径为0.4～4.0mm，支撑点的分布密度为0.5～5点/平方公分，支撑点的高度为10～100μm。
26.如权利要求25所述的超电容的制造方法，其中，支撑点的直径为0.5～2.0mm，支撑点的密度为1～5点/平方公分。
27.如权利要求17所述的超电容的制造方法，其中，电解液为水溶性电解液、有机电解液及胶态电解液的其中一者。
28.如权利要求27所述的超电容的制造方法，其中，水溶性电解液系为一硫酸水溶液，其浓度为0.5M～5.0M。
29.如权利要求28所述的超电容的制造方法，其中，该硫酸水溶液的浓度为1.0M～5.0M。
30.如权利要求27所述的超电容的制造方法，其中，胶态电解液为水玻璃及硫酸所组成。
31.如权利要求17所述的超电容的制造方法，其中，该活性物质系为金属氧化物或活性碳，金属氧化物包含二氧化钌、二氧化锰及氮氧化钛的其中一者。
32.如权利要求17所述的超电容的制造方法，其中，以一网版印刷、一钢版印刷、一移印、一点胶、一涂胶、一贴胶及一曝光显影其中之一方式，使用具有该绝缘环及支撑点的图案的该网版来印制该绝缘环及支撑点于所述多个电极基板的该表面上。
33.如权利要求17所述的超电容的制造方法，其中，以超音波、抽真空及加热其中之一方式，散逸出浸入电解液中的该超电容的孔隙中所残留的微量空气。
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