DE69930957T2 - Ladungsspeicher - Google Patents

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Michael Anthony Hornsby Heights VASSALLO
Andrew Philip Hornsby JONES
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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Ladungsspeichervorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Die Erfindung wurde primär zum Zwecke der Verwendung mit elektrochemischen Ladungsspeichervorrichtungen, so beispielsweise Superkondensatoren, entwickelt und wird nachstehend im Zusammenhang mit jener Anwendung beschrieben. Es ist bekannt, dass Superkondensatoren unter anderem als Ultrakondensatoren, elektrische Doppelschichtkondensatoren und elektrochemische Kondensatoren bezeichnet werden, wobei jedoch alle diese Begriffe in dem Begriff „Superkondensator" im Sinne der vorliegenden Beschreibung enthalten sein sollen.
  • Es ist bekannt, Superkondensatoren in Massenfertigung derart herzustellen, dass sie bestimmte Betriebskennwerte aufweisen, die innerhalb wohldefinierter Bereiche liegen. Obwohl die Massenfertigung vom Standpunkt der Kosten her von Vorteil ist, ist ihr ein Mangel an Flexibilität zu Eigen. Dies bedeutet für den Fall, dass die gewünschten Kennwerte eines Superkondensators für eine bestimmte Anwendung außerhalb der gängigerweise verfügbaren Bereiche liegen, dass eine Kompromisslösung erforderlich ist. Eine Alternative besteht darin, den gewünschten Superkondensator in Einzelfertigung oder in kleinen Chargen herzustellen. Die Kosten letzterer Alternative sind oftmals unverhältnismäßig und daher kaum tragbar.
  • Bekannte Superkondensatoren finden im Allgemeinen in Netzteilen, so beispielsweise in nicht abtrennbaren Netzteilen für Computer oder in Hilfsnetzteilen für flüchtige Speicher, Verwendung. Entsprechend ist es üblich, die Superkondensatoren mit Blick auf eine hohe Energiedichte, niedrige Selbstentladungsraten sowie niedrige Kosten zu optimieren.
  • In jüngster Zeit geht man davon aus, dass Superkondensatoren theoretisch auch bei gepulsten Hochleistungsanwendungen anwendbar sind. Es wurden in der Praxis Versuche unternommen, derartige Superkondensatoren als Kurzzeitstromquellen oder Senken einzusetzen. Beispiele für derartige Anwendungen betreffen unter anderem das Anlas sen einer Brennkraftmaschine, den Lastleistungsausgleich bei Hybridfahrzeugen und eine Vielzahl gepulster Kommunikationssysteme. Gleichwohl waren die Erfolge bei derartigen Superkondensatoren durch andere Faktoren, so beispielsweise unter anderem durch einen hohen Äquivalenzreihenwiderstand, beschränkt. Einige Doppelschichtkondensatoren aus dem Stand der Technik bedienen sich beispielsweise der Knopfzellen- oder Spiralwickeltechnologie. Diese zerfallen wiederum im Allgemeinen in zwei Gruppen, wobei die erste Gruppe Hochleistungsanwendungen und die zweite Gruppe Niedrigleistungsanwendungen umfasst. Mit Blick auf die zweite Gruppe, jedoch nicht mit Blick auf die erste Gruppe wurde es möglich, hohe Energiedichten zu erhalten.
  • Die ersten und zweiten Gruppen zeichnen sich grob durch die Art des verwendeten Elektrolyts aus, wobei dieses wässrig oder auch nichtwässrig sein kann. Dies rührt vornehmlich von dem niedrigeren Widerstand her, den wässrige Elektrolyte inhärent aufweisen, wodurch sie für Hochleistungs- und Hochstromanwendungen besser geeignet sind. Dies bedeutet, dass der niedrige Widerstand bei wässrigen Elektrolyten zu niedrigeren Verlusten bei I2/R führt. Der Kompromiss besteht jedoch darin, dass bei derartigen wässrigen Elektrolyten die Spannung, die an der kapazitiven Zelle anliegen kann, stark beschränkt ist.
  • Die zweite Gruppe von Doppelschichtkondensatoren aus dem Stand der Technik weist die gegenteiligen Nachteile auf. Dies bedeutet, dass sie ungeachtet der Tatsache, dass sie ein größeres Spannungsfenster aufweisen, das die verfügbare Energiedichte verbessert, ebenfalls höhere Innenwiderstände aufweisen, durch die ihr Einsatz in Hochleistungsanwendungen weniger günstig ist.
  • Die Druckschrift WO 98/15962 offenbart einen Multielektrodendoppelschichtkondensator. Der Kondensator umfasst einen ersten Stapel von Elektroden und einen zweiten Stapel von Elektroden, wobei ein poröser Separator zwischen beiden angeordnet und von einer verschlossenen Kondensatorhülle eingeschlossen ist. Die Elektroden bestehen aus Kohlenstoffgewebe, das aus Kohlenstofffasern besteht, die wiederum mit Aluminium imprägniert sind. Die Vorrichtung weist eine maximale Energieleistung von etwa 1 Watt-hr/Gramm (1000 W/kg) auf.
  • Die Druckschrift EP 0 449 145 A2 offenbart einen elektrischen Doppelschichtkondensator. Der Kondensator umfasst ein Paar von Elektrodensubstraten, die mit einer Schicht beschichtet sind, die aktivierten Kohlenstoff und ein Bindemittel enthält. Die Beispiele weisen eine Schichtdicke von 50 μm auf, wobei jedoch eine ähnliche Leistung auch dann erreicht werden kann, wenn die Dicke größer als 50 μm, jedoch kleiner oder gleich 100 μm ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht – zumindest bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen – darin, einen oder mehrere der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden oder wesentlich abzuschwächen oder wenigstens eine nützliche Alternative bereitzustellen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Bereitgestellt wird eine Ladungsspeichervorrichtung, umfassend: eine erste Elektrode, die eine erste Kohlenstoffbeschichtung aufweist; eine zweite Elektrode, die eine zweite Kohlenstoffbeschichtung aufweist, wobei die erste und die zweite Elektrode einander gegenüberliegen und voneinander beabstandet angeordnet sind; einen porösen Separator, der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist; ein verschlossenes Gehäuse, in dem die erste und die zweite Elektrode, der poröse Separator und ein Elektrolyt, in das die erste und zweite Elektrode eingetaucht sind, aufgenommen sind; sowie eine erste Anschlussklemme und eine zweite Anschlussklemme, die elektrisch mit der ersten Elektrode beziehungsweise der zweiten Elektrode verbunden sind und sich jeweils von dem Gehäuse aus erstrecken, um eine von außen her erfolgende elektrische Verbindung mit den jeweiligen Elektroden zu gestatten, wobei die erste und die zweite Elektrode ein Substrat aufweisen und wobei die erste und die zweite Kohlenstoffbeschichtung Kohlenstoffteilchen enthalten, die mit einer auf das Substrat aufgebrachten Suspension protonierter Carboxymethylzellulose vermischt sind, und wobei wenigstens entweder die erste oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung eine Dicke von weniger als etwa 36 μm aufweisen, wodurch eine gravimetrische Maßzahl FOM der Vorrichtung bereitgestellt wird, die größer als ungefähr 2,1 Watt/Gramm ist.
  • Vorzugsweise ist die gravimetrische Maßzahl FOM der Vorrichtung größer als ungefähr 2,5 Watt/Gramm. Besonders bevorzugt ist die gravimetrische Maßzahl FOM der Vorrichtung größer als ungefähr 3 Watt/Gramm. Ganz besonders bevorzugt ist die gravimetrische Maßzahl FOM der Vorrichtung größer als ungefähr 3,5 Watt/Gramm. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die gravimetrische Maßzahl FOM der Vorrichtung sogar größer als ungefähr 5 Watt/Gramm.
  • Besonders bevorzugt bilden die erste Elektrode und die zweite Elektrode eine kapazitive Zelle, wobei die Vorrichtung eine Mehrzahl von Zellen beinhaltet, die elektrisch parallel verbunden und im inneren des Gehäuses angeordnet sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Zellen in Reihe verbunden. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen wird eine Kombination von Reihen- und Parallelverbindungen verwendet. Es ist einsichtig, dass der Einsatz von Reihenverbindungen ermöglicht, dass die Zellen zu Anwendungen für höhere Spannungen kombiniert werden, während Parallelverbindungen ermöglichen, dass die Zellen zu höheren Kapazitäten für die Vorrichtung kombiniert werden. Die Einfachheit, mit der diese verschiedenen Verbindungen durch die Erfindung ermöglicht werden, bedingt, dass bevorzugte Ausführungsbeispiele eine große Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten zwischen Hochleistungssystemen und Niedrigleistungssystemen haben.
  • Bei einer bevorzugten Form liegt die maximale Betriebsspannung der kapazitiven Zelle oder jeder kapazitiven Zelle bei weniger als ungefähr 4 Volt. Besonders bevorzugt liegt die maximale Betriebsspannung der oder jeder kapazitiven Zelle bei weniger als ungefähr 3,5 Volt. Ganz besonders bevorzugt liegt die maximale Betriebsspannung der oder jeder kapazitiven Zelle bei weniger als ungefähr 3 Volt.
  • Vorzugsweise ist der Oberflächenbereich des bei der ersten und zweiten Kohlenstoffbeschichtung verwendeten Kohlenstoffs kleiner als 20 m2/g.
  • Vorzugsweise ist der Oberflächenbereich des Kohlenstoffs wenigstens 1200 m2/g. Besonders bevorzugt enthält wenigstens eine der Schichten mehr als eine Art von Kohlenstoff.
  • Die Erfindung stellt darüber hinaus eine Elektrode gemäß Definition in Anspruch 13 bereit.
  • Wenn nicht aus dem Zusammenhang eindeutig anderes hervorgeht, haben in der Beschreibung und in den Ansprüchen die Worte „umfasst/umfassen", „umfassend" und sinnähnliches einen einschließenden (inklusiven) Sinn, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinn, das heißt, im Sinne von „enthaltend, jedoch nicht hierauf beschränkt". Darüber hinaus können die Worte „beinhaltet/beinhalten", „beinhaltend" und sinnähnliches mit den Worten „umfasst/umfassen" und „umfassend" und sinnähnliches austauschbar verwendet werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ladungsspeichervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung in Form eines Superkondensators.
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer Elektrodenausgestaltung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Plattenelektrode.
  • 4 ist eine schematische Planansicht einer Ladungsspeichervorrichtung entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung, bei dem eine Mehrzahl verschachtelter Plattenelektroden gemäß 3 zum Einsatz kommt.
  • 5 ist eine schematische Frontansicht eines alternativen Superkondensators entsprechend der Erfindung.
  • 6 ist eine schematische von links betrachtete Seitenansicht des Superkondensators von 5.
  • 7 ist eine schematische von rechts betrachtete Seitenansicht des Superkondensators von 5.
  • 8 ist eine schematische Frontansicht eines weiteren alternativen Superkondensators entsprechend der Erfindung.
  • 9 ist eine schematische Seitenansicht der Superkondensators von 8.
  • 10 ist eine schematische Frontansicht eines weiteren Superkondensators entsprechend der Erfindung.
  • 11 ist eine schematische Seitenansicht des Superkondensators von 10.
  • 11A ist eine schematische Querschnittsansicht des Superkondensators von 10.
  • 12 ist ein Graph der gravimetrischen Maßzahl FOM in Abhängigkeit von T0 für spezifische Beispiele der Erfindung.
  • 13 ist ein Graph der volumetrischen Maßzahl FOM in Abhängigkeit von T0 für spezifische Beispiele der Erfindung.
  • 14 ist ein Graph des gravimetrischen Leistungsmaximums in Abhängigkeit von der Zeitkonstante für spezifische Beispiele der Erfindung.
  • 15 ist ein Graph des volumetrischen Leistungsmaximums in Abhängigkeit von der Zeitkonstante für spezifische Beispiele der Erfindung.
  • 16 ist eine Tabelle zur Darstellung der Skalierbarkeit der Erfindung.
  • 17 ist eine Tabelle zur Darstellung von Parametern der Superkondensatoren der vorliegenden Erfindung wie auch einiger Superkondensatoren aus dem Stand der Technik.
  • 18 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Superkondensators entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung.
  • 19 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Superkondensators entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung.
  • 20 ist eine Tabelle zur Darstellung weiterer Beispiele für Superkondensatoren mit einer Herstellung entsprechend der Erfindung.
  • 21 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Superkondensators entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 22 ist eine Planansicht eines Separators für den Superkondensator von 21.
  • 23 ist eine schematische Planansicht einer der Elektroden des Superkondensators von 21.
  • 24 ist eine schematische Perspektivansicht einer Elektrodenbaugruppe mit dem Separator von 22 und der Elektrode von 23.
  • 25 ist eine schematische Perspektivansicht der Baugruppe von 24, die im Inneren einer zu derjenigen von 23 ähnlichen Elektrode verschachtelt untergebracht ist.
  • Detailbeschreibung der Erfindung
  • Entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Ladungsspeichervorrichtung gemäß Definition in Anspruch 1 bereitgestellt. Sie enthält: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode, die gegenüberliegend der ersten Elektrode und beabstandet von dieser angeordnet ist; einen porösen Separator, der zwischen den Elektroden angeordnet ist; ein verschlossenes Gehäuse, das die Elektroden, den Separator und ein Elektrolyt, in das Elektroden eingetaucht sind, aufnimmt; sowie eine erste Anschlussklemme und eine zweite Anschlussklemme, die elektrisch mit der ersten Elektrode beziehungsweise der zweiten Elektrode verbunden sind und sich von dem Gehäuse aus derart erstrecken, dass sie eine von außen erfolgende elektrische Anbindung an die jeweiligen Elektronen ermöglichen, wobei die gravimetrische Maßzahl FOM der Vorrichtung größer als ungefähr 2,1 Watt/Gramm ist.
  • Es ist einsichtig, dass die gravimetrische Maßzahl FOM eine Maßzahl ist, die für Energiespeichervorrichtungen, die für gepulste Energieanwendungen gedacht sind, geeignet ist. Dies bedeutet, dass derartige Anwendungen notwendigerweise frequenzabhängig sind, weshalb die Berechnung der Maßzahl als solches zunächst die Bestimmung der Frequenz f0, bei der die Impedanz der Speichervorrichtung einen Phasenwinkel von –45° erreicht, beinhaltet. Die Inverse von f0 stellt sodann eine charakteristische Antwortzeit T0 für die Speichervorrichtung bereit. Der Wert des Imaginärteils der Impedanz Z'' bei f0 wird zur Berechnung der Energie E0 verwendet, die die Vorrichtung bei jener Frequenz zur Verfügung stellen kann. Dies bedeutet insbesondere: E0 = CV2/2, wobei C = –1/(2πf0Z'') gilt und V die Nennspannung der Vorrichtung ist. Die gravimetrische Maßzahl wird anschließend durch Teilen von E0 durch die Masse der Vorrichtung und T0 berechnet. Dies bedeutet, dass gilt: gravimetrische Maßzahl FOM = E0/(mT0).
  • Die gravimetrische Maßzahl wurde von John R. Miller in seiner Handreichung mit dem Titel „Pulse Power Performance of Electrochemical Capacitors: Technical Status of Pre sent Commercial Devices" für die Veranstaltung „8th International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar Energy Storage Devices", Deerfield Beach, Florida, 7. bis 9. Dezember 1998, vorgeschlagen.
  • Zudem wird in dem Papier von Miller detaillierter die Berechnung der volumetrischen Maßzahl (volumetrische FOM) beschrieben, die auf E0 geteilt durch sowohl T0 wie auch das Volumen der Vorrichtung basiert. Die volumetrische Maßzahl wird in Einheiten von Watt/cm3 angegeben.
  • Diese Maßzahlen ermöglichen eine andere Charakterisierung von Speichervorrichtungen, die der frequenzabhängigen Natur gepulster Leistungsanwendungen und anderer derartiger Anwendungen, bei denen die Vorrichtungen Anwendung finden können, gerechter wird. Man beachte darüber hinaus, dass die Leistung der Vorrichtung durch das bislang verwendete einfache RC-Modell nicht angemessen erklärt werden kann. Derartige einfache Modelle tragen der frequenzabhängigen Natur entweder von gepulsten Anwendungen oder von Hochleistungsanwendungen nicht Rechnung, wohingegen die Maßzahl FOM, die zur Charakterisierung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, einen Parameter darstellt, der bei derartigen Anwendungen direkt von Belang ist.
  • Vorzugsweise umfasst die erste Elektrode ein erstes Substrat und eine erste Kohlenstoffschicht, die von dem Substrat getragen wird, während die zweite Elektrode ein zweites Substrat und eine zweite Kohlenstoffschicht umfasst, die von dem zweiten Substrat getragen wird, wobei die erste und die zweite Kohlenstoffschicht einander gegenüberliegend angeordnet sind und einen Oberflächenbereich von wenigstens 400 m2/Gramm aufweisen und die gravimetrische Maßzahl der Vorrichtung größer als ungefähr 1 Watt/Gramm ist.
  • Es ist einsichtig, dass Messungen des Oberflächenbereiches, die in m2/Gramm angegeben werden, mittels Stickstoff-BET-Techniken durchgeführt werden.
  • Besonders bevorzugt liegt der Oberflächenbereich der Kohlenstoffschicht bei wenigstens 1200 m2/Gramm. Ganz besonders bevorzugt enthält wenigstens eine der Kohlenstoff schichten mehr als eine Art von Kohlenstoff.
  • Noch mehr bevorzugt wird, wenn die Kohlenstoffschichten eine Mischung von Teilchen von Kohlenstoff mit hohem Oberflächenbereich und hochgradig leitfähigem Kohlenstoff in einem Verhältnis von ungefähr 2,5 zu 1 in Kombination mit einer Suspension aus protonierter Carboxymethylzellulose (CMC) umfassen. Es ist einsichtig, dass bei anderen Ausführungsbeispielen andere Bindemittel zum Einsatz kommen können. Ein derartiges anderes Bindemittel ist beispielsweise Natrium-CMC.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Energiespeichervorrichtung entsprechend der Erfindung in Form eines Superkondensators 1 dargestellt. Der Superkondensator 1 ist in einem zylindrischen Gehäuse 2 untergebracht, das sich axial zwischen einem ersten Ende 3 und einem zweiten davon beabstandeten Ende 4 erstreckt. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch auf andere Weise ausgestaltete Gehäuse verwendet werden.
  • Das Gehäuse umfasst eine zylindrische Seitenwand 6 und in einer Anordnung angrenzend an die jeweiligen Enden 3 und 4 eine kreisförmige Oberseite 7 und eine Basis 8. Alle aneinander angrenzenden Kanten der Basis, Seitenwand und Oberseite sind dichtend in Eingriff genommen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 2 aus Metall gebildet, während die Oberseite 7 und die Basis 8 dichtend an der Seitenwand 6 anhaften.
  • Die Oberseite 7 umfasst zwei diametral beabstandete Öffnungen 9 und 10 zur dichtenden Aufnahme jeweiliger Anschlussklemmen 11 und 12. Die Anschlussklemmen erstrecken sich aus dem Inneren des Gehäuses 2 heraus, wo sie elektrisch mit der jeweiligen Elektrode oder den jeweiligen Sätzen von Elektroden des Superkondensators 1 verbunden sind. Obwohl eine große Anzahl möglicher Elektroden bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung zum Einsatz kommen kann, werden nachstehend nur die am meisten bevorzugten Ausgestaltungen detailliert beschrieben.
  • Die Anschlussklemmen 11 und 12 werden dichtend im Inneren der jeweiligen Öffnungen mittels Gummidichtungen 13 und 14 gehalten.
  • Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der Elektroden ist in 2 dargestellt. Insbesondere umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel der Superkondensator 1 eine Mehrzahl erster Plattenelektroden 21 mit jeweiligen ersten Fortsätzen 22, die sich davon ausgehend erstrecken. Eine Mehrzahl gleicher zweiter Plattenelektroden 23 ist abwechselnd mit den Elektroden 21 angeordnet und weist jeweilige zweite Fortsätze 24 auf, die sich davon ausgehend erstrecken. Eine Mehrzahl poröser Plattenseparatoren 25 ist zwischen den benachbarten Elektroden angeordnet. Wie in 1 dargestellt ist, enthält das Gehäuse 2 Elektroden 21 und 22, Separatoren 25 und ein (nicht gezeigtes) Elektrolyt. Die Fortsätze 22 sind elektrisch mit der Anschlussklemme 11 verbunden, während die Fortsätze 24 elektrisch mit der Anschlussklemme 12 verbunden sind, sodass eine von außen erfolgende elektrische Anbindung an die jeweiligen Elektroden ermöglicht wird.
  • Es ist einsichtig, dass ungeachtet der Tatsache, dass in 2 zwei Elektroden 21 und zwei Elektroden 23 dargestellt sind, das Ausführungsbeispiel in der Praxis auch eine weitaus größere Anzahl derartiger Elektroden enthalten kann, die sämtlich untereinander verbunden sind, um eine vorbestimmte Kapazität bereitzustellen. Die Erfindung ist in dieser Form besonders dahingehend von Vorteil, dass eine modulare Einheit der Kapazität – eine Elektrode 21, eine Elektrode 23 und ein dazwischenliegender Separator 25 – mit Blick auf die Massenfertigung einfach ist und mit einer Vielzahl gleicher Einheiten kombiniert werden kann, um die gewünschte Kapazität für eine bestimmte Anwendung zu erreichen. Entsprechend kann ein Superkondensator mit bestimmten Leistungskennwerten leicht und in kleinen Stückzahlen zu Einheitskosten hergestellt werden, die sich nicht von denjenigen einer großen Herstellungscharge unterscheiden. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist ein Gehäuse anderer Größe notwendig. Die relativen Kosten des Gehäuses sind jedoch nicht wesentlich.
  • Die Fortsätze 22 und 24 enthalten jeweils zentral angeordnete Öffnungen 27 und 28. Diese Öffnungen nehmen jeweilige leitfähige Stangen 29 und 30 zur elektrischen wechselseitigen Verbindung jeweiliger Fortsätze auf. Die Stangen sind wiederum elektrisch innerhalb des Gehäuses 2 mit den jeweiligen Elektroden 11 und 12 verbunden.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen sind zwei benachbarte Elektroden 21 und 23 zusammengefaltet, um die Abmessung der Elektroden zu verringern. Dies ist besonders vorteilhaft bei Gegebenheiten, bei denen die Anforderungen an die Packung sehr spezifisch sind, obgleich eine bekannte Kapazität notwendig ist.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine ähnliche Wirkung durch die Verwendung zweier oder mehrerer Plattenelektroden oder eines oder mehrerer dazwischenliegender Separatoren erreicht, die in einer Spirale zusammengewickelt sind. Die beiden Plattenelektroden sind in Längsrichtung verlängert und in Querrichtung derart versetzt, dass ihre gegenüberliegenden Kanten die jeweiligen Fortsätze festlegen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Länge der Plattenelektroden für die spezifischen Anforde rungen an die Kapazität jeweils maßgeschneidert. Die Herstellung eines Superkondensators dieser Art wird nachstehend detailliert beschrieben. Bei anderen Ausführungsbeispielen, so beispielsweise bei den im Zusammenhang mit 1 beschriebenen, wird eine ähnliche Herstellungs- und Beschichtungstechnik verwendet. Gleichwohl erschließt sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet unmittelbar, dass die Plattenelektroden von 1 gestapelt und nicht gewickelt sind.
  • Der Superkondensator ist vom Doppelschichttyp. Bei der Spiralwicklungsausgestaltung kommen bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Aluminiumplattenelektroden zum Einsatz, die eine Länge von 2500 mm und eine Breite von 85 mm aufweisen. Der erste Schritt ist die Herstellung der Beschichtungsmischung, die einen Hochoberflächenbereichskohlenstoff, einen leitfähigen Kohlenstoff, ein Bindemittel, ein grenzflächenaktives Mittel und Wasser enthält.
  • Obwohl sich der Beschichtungsprozess der Wirebar-Technik bedient, erschließt sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet unmittelbar, dass andere geeignete Techniken, so beispielsweise Inverswalzen, Rakeln oder dergleichen, ebenfalls zum Einsatz kommen können.
  • Unmittelbar nachdem der Beschichtungsvorgang beendet ist, werden die Elektrodenspulen in einen Ofen eingebracht, um übriggebliebenes Wasser zu entfernen und um das Bindemittel auszuhärten. Dies beugt auch einer Korrosion des Aluminiums vor. Die Ofentemperatur wird in einem Bereich von 110°C bis 140°C gehalten, und zwar vorzugsweise in einer ventilatorinduzierten Stickstoffatmosphäre. Letzteres dient der Minimierung der Oxidierung. Die Aushärtzeit liegt bei wenigstens 5 Stunden, obgleich sie bei bestimmten Gegebenheiten auch länger sein kann, so beispielsweise 12 Stunden, ohne dass sich hieraus Nachteile ergeben würden. Vor der Entfernung der Elektroden muss man den Ofen auf Raumtemperatur Abkühlen lassen, um die Oxidierung zu minimieren.
  • Es ist günstiger, die volle Breite der Aluminiumfilmelektrode zu beschichten und sodann eine Zuschneidung auf die gewünschte Breite vorzunehmen, als schmale Filmbreiten zu beschichten. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird eine unbeschichtete Kante verwendet, und die Kohlenstoffschicht wird entsprechend aufgebracht.
  • Obwohl die Plattenelektrode nur auf einer Seite beschichtet ist, enthält sie bei anderen Ausführungsbeispielen eine Beschichtung auf beiden Seiten. Bei bestimmten Ausfüh rungsbeispielen werden jedoch anstelle einer Beschichtung beider Seiten zwei Platten mit einer einseitigen Beschichtung in einer Rücken-an-Rücken-Anordnung derart verwendet, dass sie eine zweiseitige Elektrode bilden. Dies bedeutet, dass Filmelektroden aneinander anhaftend oder auf andere Weise aneinander gesichert werden, und zwar derart, dass die jeweilige Kohlenstoffschicht nach außen weist und den Kohlenstoffschichten der benachbarten Elektroden gegenüberliegt.
  • Zwischen den beiden Elektroden ist ein Versatz derart erforderlich, dass jede Endverbindung mit nur einer Elektrode erfolgt.
  • Bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Anschlussklemme mittels Aluminiumssprühen hergestellt wird, wird eine flache Kante verwendet, um die gegenüberliegenden freien Kanten jeder Elektrode um 90° umzubiegen. Dies verhindert das Eindringen des Aluminiumnebels, der bei der Bildung der Anschlussklemme zum Einsatz kommt. Dieses Umbiegen wird üblicherweise unter Verwendung des flachen Endes eines 20-cm-Spachtels durchgeführt, während sich das Element dreht. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen werden ungefähr 1 bis 2 mm der Kante der Elektroden umgebogen. Blickt man auf das Element entlang der Längsachse, so sollten keine Spalte zwischen den Elektroden sichtbar sein.
  • Eine detailliertere Beschreibung des Aluminiumsprühprozesses ist in der mitanhängigen PCT-Anmeldung mit der Nummer PCT/AU98/00406 gegeben.
  • Es sei kurz angemerkt, dass der Aluminiummetallnebel zur Herstellung der elektrischen Verbindung mit den Wicklungen verwendet wird. Aufgrund der sehr hohen Temperatur der Flamme erfolgt eine stetige Bewegung der Pistole über die verwendeten Elemente mit nicht mehr als ungefähr 1 bis 2 Sekunden an jedem Element und einem Abstand von ungefähr 20 cm von der Spitze der Pistole. Diese Bewegung wird dreimal wiederholt, bevor die Elemente gedreht werden und die andere Seite besprüht wird. Dieser Prozess wird so oft wie nötig wiederholt, bis eine gleichmäßige Aluminiumoberfläche hergestellt ist, wobei jedoch eine Unterbrechung durch Abkühlperioden gestattet werden sollte, wenn die Elemente zu heiß sind, als dass man sie anfassen könnte. Es ist einsichtig, dass bestimmte Separatoren eine niedrige Erweichungstemperatur aufweisen und oberhalb jener Temperatur in Querrichtung schrumpfen.
  • Sobald ausreichend Aluminium aufgeschichtet ist, werden die Enden geschliffen, bis sich ein glatter flacher Bereich ergibt, der ausreichend ist, dass die Anschlussklemmen daran angebracht werden können. Aufgrund der Tatsache, dass während des Schleifens eine große Wärmemenge erzeugt wird, muss sehr sorgfältig darauf geachtet werden, dass der Kondensator nicht überhitzt wird. Der flache Bereich muss nicht so groß wie das gesamte Ende sein, sondern ist für jedes Ende anders. Das untere Ende, also dasjenige Ende, das am weitesten von der Oberseite 7 entfernt angeordnet werden soll, wird mit einer Elektrode versehen, die mit einem flachen Fortsatz verschweißt wird, der sich radial von dem Kern aus erstreckt. Entsprechend wird ein flacher Bereich, der eine Breite von wenigstens 10 mm und eine glatte Oberfläche aufweist, von dem Kern zu der Kante benötigt. Die obere Endanschlussklemme wird tangential mittig zwischen dem Kern und der Kante verschweißt, wodurch notwendig wird, dass ungefähr ein Drittel oder die Hälfte des Endes glatt sind.
  • Anschließend erfolgt ein Laserschweißen der Anschlussklemmenfortsätze. Das eingesetzte Gerät war ein Lasag Nd:YAG-Laser, der bei 500 W kontinuierlich betrieben wurde. Wenigstens zwei 8-mm-Reihen von Schweißungen in einem Abstand von etwa 3 mm wurden an jedem Fortsatz vorgenommen. Der Strahl wurde mit ungefähr 140 mm/min bewegt sowie mit 10 Hz und einer Energie von 29,5 J/Puls gepulst.
  • Vor der endgültigen Unterbringung des nunmehr gebildeten Kondensatorelementes in dem Gehäuse, das die Form einer Metallhülle aufweist, werden Teflonisolatoren zwischen den Anschlussklemmen angeordnet, und es wird die Oberseite mit einer Aluminiumfläche besprüht, um zu verhindern, dass die Anschlussklemme von unten her die Oberseitenfläche berührt und damit einen Kurzschluss erzeugt. Der Isolator ist eine 1 mm dicke Teflonscheibe mit einem 3-mm-Loch, das in der Mitte ausgestanzt ist, sowie mit einem radialen Schlitz von diesem Loch zur Kante. Dieses richtet den Isolator an der mittleren Anschlussklemme aus und verhindert, dass diese Anschlussklemme die Aluminiumendverbindung berührt. Eine kreisförmige Scheibe aus Teflon wird darüber hinaus in dem Gehäuse untergebracht, um die Unterseite des Elementes von der Hülle zu isolieren. In den meisten Fällen wird Polypropylenschaum in die Basis der Hülle eingebracht, um das Element festzuhalten. Bei anderen Ausführungsbeispielen bedient man sich hierfür hingegen einer geformten Kunststoffhalterung.
  • Sobald das kapazitive Element in der Hülle ist, erfolgt ein letzter Trocknungsschritt, um Feuchtigkeit zu entfernen. Dies erfolgt in einem Vakuumofen bei einer Maximaltempera tur von 80°C. Diese niedrige Temperatur verhindert eine Erweichung des Separators. Die Niedrigtemperaturtrocknung erfolgt 12 Stunden lang unter Verwendung einer Drehvakuumpumpe, die in der Lage ist, ein Vakuum von mehr als 150 Pa zu erzeugen.
  • Anschließend wird ein Elektrolyt in die Hülle derart eingebracht, dass das kapazitive Element, ausschließlich der sich nach oben erstreckenden Anschlussklemmen, vollständig bedeckt ist. Der Druck in dem Ofen wird allmählich auf ungefähr 53 Pa verringert, sodass die in den Kohlenstoffporen eingeschlossene Luft entfernt wird. Hat sich die anfängliche Entgasung abgesetzt, so wird das Vakuum auf 8 Pa erhöht. Der Prozess wird einfacher, wenn der Ofen auf 60°C erwärmt wird. Nach etwa 30 Minuten sollte das Entgasen im Wesentlichen beendet sein, woraufhin der Ofen mit Stickstoff auf Atmosphärendruck gebracht wird. Sodann werden die Kondensatoren dem Ofen entnommen. Es wird mehr Elektrolyt zugeführt, woraufhin der Prozess wiederholt wird, bis kein Elektrolyt mehr aufgenommen wird. Normalerweise bedarf es zweier oder dreier Zyklen, bis man fertig ist. Anschließend wird das überschüssige Elektrolyt entfernt.
  • Der Kondensator wird anschließend fertiggestellt, indem die Oberseite auf die Anschlussklemmen aufmontiert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Oberseite aus Bakelit gefertigt, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen auch andere Materialien zum Einsatz kommen können. Die obere Kante der Hülle wird über den Umfang der Oberseite unter Verwendung eines Dichtwerkzeugs in einer kleinen Bohrpresse bei ungefähr 100 UpM eingerollt.
  • Vorzugsweise werden zwei Arten von Kohlenstoff bei dem Kondensator verwendet, nämlich zum einen ein Hochoberflächenbereichs- oder Aktivkohlenstoff und zum anderen ein Kohlenstoff, so beispielsweise leitfähiges Karbonschwarz (Ruß).
  • Die Elektroden sind vorzugsweise Aluminiumfilme.
  • Das Elektrolyt enthält in diesem Beispiel eine 1,0-M-Lösung von Tetraethylammoniumtetrafluoroborat (TEATFB), das in Propylenkarbonat (PC) gelöst ist, das heißt 217 g TEATFB in einem Liter der Lösung. Die Menge des Wassers in dem Elektrolyt wird auf dem absoluten Minimum und vorzugsweise bei weniger als 50 ppm gehalten. Entsprechend wird wasserfreies PC verwendet, so beispielsweise das von der Firma Sigma Aldrich hergestellte. Darüber hinaus wird das TEATFB vor der Verwendung ausreichend getrocknet. Diese Trocknung erfolgt mittels einer Vakuumofentrocknung bei 160°C für ungefähr sechs Stunden oder für eine Zeitspanne, die ausreichend ist, um den Feuchtigkeitsgehalt angemessen zu vermindern.
  • Das TEATFB löst sich sehr langsam auf, wobei es bei Zimmertemperatur nicht ungewöhnlich ist, wenn eine vollständige Lösung erst nach 24 Stunden vorliegt. Das gegenwärtig bevorzugte Verfahren verringert diese Zeitspanne jedoch, indem die Lösung auf 50°C erwärmt wird. Um den Feuchtigkeitsgehalt niedrig zu halten, erfolgt die Herstellung des Elektrolyts innerhalb eines trocknen Stickstoffhüllenkastens.
  • Der Separator weist für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eine gewünschte Porosität, Stärke und Dünnheit auf.
  • Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 und 4 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die grundlegende kapazitive Einheit zwei gleiche Plattenelektroden 35 und 36, die, wie am besten in 4 zu sehen ist, zusammengefaltet sind. Jede Plattenelektrode ist rechteckig und enthält vier benachbarte Kanten 37, 38, 39, 40. Von der Kante 40 auswärts erstrecken sich zwei symmetrisch beabstandete Fortsätze 41 und 42 mit jeweiligen Öffnungen 43 und 44. Diese Fortsätze wirkten ähnlich wie die Fortsätze 22 und 24 von 2 dahingehend, dass sie miteinander über eine Mehrzahl gleicher Fortsätze verbunden und kollektiv elektrisch an eine Anschlussklemme 11 oder 12 des Kondensators 1 angeschlossen sind.
  • Bei Verwendung wird jede der Elektroden 35 und 36 zentral um eine Achse 45 gefaltet, die parallel zu den Kanten 37 und 39 verläuft. Wie in 4 gezeigt ist, wird jede Elektrode mit der anderen derart verschachtelt, dass die Kante 39 jeder Elektrode benachbart der Achse 45 der anderen Elektrode liegt. Ebenfalls umfasst zwischen einem benachbarten Abschnitt der Elektroden ist ein poröser Separator 46. Es ist einsichtig, dass die Darstellung gemäß 4 schematisch ist, um das Verständnis der Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispieles zu fördern. In der Praxis liegen die benachbarten Elektroden und Separatoren unmittelbar aneinander an, anstatt dass sie, wie bei der Ausgestaltung in 4 gezeigt ist, voneinander beabstandet sind.
  • Die Elektroden 35 und 36 umfassen auf jeder Seite eine Schicht aus aktiviertem Kohlenstoff, die gemäß vorstehender Beschreibung aufgebracht ist. Einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt sich, dass der Wickelschritt des vorgenannten Verfahrens durch ein Falten und ein anschließendes Stapeln einer vorbestimmten Mehrzahl kapazitiver Elemente ersetzt ist, um einen Superkondensator 1 mit den gewünschten elektrischen Kennwerten herzustellen.
  • Wann immer eine Mehrzahl kapazitiver Elemente zum Einsatz kommt, ist ein poröser Separator zwischen benachbarten Elementen angeordnet, um zu verhindern, dass sich elektrische Kurzschlüsse bilden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind die Elektroden 35 und 36 anfänglich koextensiv mit einem Separator in Anschlag befindlich und werden anschließend zusammengefaltet.
  • Bei anderen Ausführungsbeispielen liegt die Kante 40 der einen Elektrode angrenzend an der Kante 38 der anderen Elektrode derart an, dass sich die Fortsätze 41 und 42 voneinander weg erstrecken. Bei einigen derartigen Ausführungsbeispielen ist jede Elektrode mit der anderen und mit dem dazwischenliegenden Separator – zusammen mit einer Mehrzahl von Achsen, von denen jede von der Achse 45 parallel und beabstandet ist – zusammengefaltet. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen sind die Elektroden entlang einer oder mehrerer Achsen zusammengefaltet, die zu der Achse 45 normal ist oder sind. Bei alternativen Ausführungsbeispielen sind die Elektroden 35 und 36 entlang wenigstens einer Achse parallel zu der Achse 45 und wenigstens einer Achse normal zu der Achse 45 zusammengefaltet.
  • Um die Erfindung und deren Anwendungen weiter zu erläutern, ist ein Blick auf die theoretischen und praktischen Hintergründe bei der Entwicklung von Superkondensatoren von Nutzen. Es ist insbesondere einsichtig, dass die Superkondensatoren der Erfindung bei Hochleistungsanwendungen einsetzbar sind. Die Kennwerte derartiger Superkondensatoren werden von der Frequenz, der Größe und der Masse, die für die jeweilige Anwendung von Nöten sind, vorgegeben. Für eine gegebene Masse oder ein gegebenes Volumen und eine gegebene Kapazität ist es der Kennwert des elektrischen Widerstandes (der auch als Äquivalenzreihenwiderstand oder ESR (Equivalent Series Resistance) bezeichnet wird), der Hocheffizienz- von Niedrigeffizienzsuperkondensatoren unterscheidet. Dies bedeutet, dass für Hochleistungsanwendungen ein niedriger ESR zum Zwecke der Minimierumg von Verlusten von Nöten ist.
  • Bei einem beliebigen Kondensator kann der elektrische Widerstand durch Vergrößern der Masse und des Volumens gesenkt werden. Gleichwohl bringt das gewünschte Er gebnis ein gleichzeitiges Absenken bei Widerstand, Masse und Volumen mit sich, während die Kapazität aufrechterhalten bleibt.
  • Die Faktoren, die zum elektrischen Widerstand beitragen sind unter anderem die intrinsische elektrische Leitfähigkeit (Konduktivität) des Kohlenstoffs für kohlenstoffbasierte Superkondensatoren, der Grenzflächenwiderstand, der Widerstand der Metallelektrode und der Verbindung sowie der Widerstand des Elektrolyts und des Separators. Es sind Versuche unternommen worden, diese Faktoren zu minimieren, um einen hocheffizienten Betrieb zu ermöglichen.
  • Bei einem herkömmlichen Kondensator wird der Stromfluss zwischen den beiden Flachelektroden durch ein Dielektrikum getrennt. Obwohl kohlenstoffbasierte Kondensatoren scheinbar auf ähnliche Weise aufgebaut sind, ist das Material zwischen den beiden Metallelektroden kein Dielektrikum, sondern der Hochoberflächenbereichskohlenstoff, das Elektrolyt und der Separator (die Aktivmaterialien). Das Dielektrikum ist eine im Nanometerbereich angesiedelte dünne Schicht eines Lösungsmittels an der Kohlenstoffoberfläche. Fließt Strom von den Metallelektroden durch diese Materialien, so muss deren Widerstand verringert werden, um den ESR des Kondensators zu verringern. Dies wird durch Verringerung der Dicke der Aktivmaterialien erreicht, so beispielsweise durch Vergrößern der Dichte der Kohlenstoffbeschichtung oder durch Verwendung dünnerer Beschichtungen. Ein weiterer Lösungsansatz im Zusammenhang damit ist die Verwendung dünnerer Separatoren. Die Verringerung der Dicke verringert darüber hinaus die resistive Komponente des Elektrolyts, da der Weg, den der Strom fließt, minimiert wird.
  • Ein weiteres Mittel zur Verringerung des Widerstandes der Aktivmaterialien besteht darin, stärker leitfähige Kohlenstoffe und Elektrolyte einzusetzen. Die Kombination stärker leitfähiger aktiver Materialien mit einer dünneren Ausgestaltung ermöglicht das Erreichen höherer Leistungen, während die Masse und/oder das Volumen beibehalten oder sogar verringert werden.
  • Das Produkt aus Widerstand und Kapazität (RC), das allgemein als Zeitkonstante bezeichnet wird, wird oftmals zur Charakterisierung von Kondensatoren eingesetzt. Bei einem idealen Kondensator ist die Zeitkonstante frequenzunabhängig. Gleichwohl sind bei kohlenstoffbasierten Superkondensatoren sowohl die Größe R wie auch die Größe C frequenzabhängig. Dies rührt von den mikroporösen Eigenschaften des Hochoberflächenbereichskohlenstoffes sowie von der Natur der Ladung her, die sich an der elektri schen Doppelschicht an der Kohlenstoffoberfläche aufbaut. Das traditionelle Verfahren bei der Messung von R und C für Superkondensatoren besteht darin, eine konstante Stromladung oder Entladung einzusetzen und den Spannungssprung zu Beginn oder am Ende des Zyklus sowie die Änderungsrate der Spannung während des Zyklus jeweils zu messen. Dies bestimmt den Wert von R bei hoher Frequenz und denjenigen von C bei niedriger Frequenz effektiv. Ein anderes besser geeignetes Verfahren besteht in der Messung der Frequenzantwort der komplexen Impedanz und dem Aufmodellieren eines einfachen RC-Elementes auf diese Daten. Dies bestimmt einen Schätzwert für R und C über einem Frequenzbereich, der mit den gemessenen Werten korrelieren oder auch nicht korrelieren kann, und zwar unter Verwendung von Konstantstromtechniken. Es ist einsichtig, dass die Verwendung der RC-Zeitkonstanten als Maß für den Kondensator einer großen Unsicherheit unterworfen ist. Kürzlich wurde eine bessere Technik vorgeschlagen, bei der R und C bei einer Frequenz gemessen werden, bei der der Phasenwinkel des Stromes und der Spannung bei –45° liegt. Die Inverse dieser Frequenz ist die „Antwortzeit" (response time); diese ist eindeutiger definiert als bei anderen Verfahren. Darüber hinaus kann die Kapazität bei dieser Frequenz verwendet werden, um die Energie zu berechnen und eine Maßzahl FOM bei Normalisierung bezüglich Masse oder Volumen zu bestimmen.
  • Die theoretische Maximalleistung, die aus einem beliebigen Kondensator beziehbar ist, ist der Quotient der quadrierten Spannung und dem Vierfachen des ESR. Bei einer Normalisierung bezüglich Masse oder Volumen stellt dies die theoretisch maximale Leistungsdichte in W/kg dar. Es ist eindeutig so, dass die maximale Leistung entweder durch Absenken des Widerstandes (siehe oben), durch Anheben der Betriebsspannung oder durch beides gesteigert werden kann. Vergrößerungen der Betriebsspannung können erreicht werden, ohne dass Änderungen betreffend die Zusammensetzung der Materialien des Superkondensators von Nöten wären, indem das Spannungsfenster, in dem der Kondensator arbeitet, maximiert wird. Bei einem Superkondensator mit symmetrischen kohlenstoffbasierten Elektroden ist die Spannung gleichmäßig über beide Elektroden verteilt. Während des Betriebes ist die maximale Kondensatorspannung durch die Durchschlagsspannung der schwächsten Elektrode begrenzt. Eine höhere Betriebsspannung kann erreicht werden, indem die Kapazität jeder Elektrode maßgeschneidert wird, um das verfügbare Spannungsfenster vollständig auszunutzen. Dies wird geeigneterweise durch Verwendung verschiedener Kohlenstoffaufschichtungen auf jeder Elektrode erreicht.
  • Aspekte der Erfindung, die in dieser Beschreibung niedergelegt sind, ermöglichen das zielgenaue Erreichen von Energie und Leistungsdichte nur mittels eines neuartigen Aufbaus des Superkondensators und einen damit zusammenhängenden Herstellungsprozess. Ein Ergebnis hiervon ist ein äußerst dünner Hochleistungskondensator, der für Mobiltelekommunikationssystemanwendungen geeignet ist. Ein weiteres Ergebnis ist für den Lastausgleich in elektrischen Hybridfahrzeugen geeignet. Spezielle Beispiele hierfür werden in der nachfolgenden Beschreibung weiter erläutert.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • Wie schematisch in 5 bis 7 dargestellt ist, enthält ein Superkondensator 51 eine erste Elektrode in Form einer ersten Mehrzahl beabstandeter rechteckiger Aluminiumplatten 52. Eine zweite Elektrode in Form einer zweiten Mehrzahl beabstandeter rechteckiger Aluminiumplatten 53 ist mit den Platten 52 verschachtelt und diesen gegenüberliegend angeordnet. Eine Mehrzahl poröser Separatoren 54 ist zwischen den benachbarten Platten 52 und 53 angeordnet. Ein rechteckiges verschlossenes Kunststoffgehäuse 55 enthält die Elektroden 52 und 53, die Separatoren 54 und ein Elektrolyt 56, in das die Elektroden eingetaucht sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Elektrolyt Acetonitril mit TEATFB. Ein rechteckiger Fortsatz 57 und ein rechteckiger Fortsatz 58 sind integral mit den jeweils zugehörigen Platten 52 und 53 ausgebildet und erstrecken sich von diesen aus nach oben. Die Fortsätze 57 liegen aneinander an und sind elektrisch mit einer Anschlussklemme 59 verbunden, während die Fortsätze 58 aneinander anliegen und elektrisch mit einer Anschlussklemme 60 verbunden sind. Die elektrische Verbindung wird bei diesem Ausführungsbeispiel mittels Ultraschallschweißen hergestellt. Beide Anschlussklemmen 59 und 60 erstrecken sich aus dem Gehäuse 55 heraus, um eine von außen erfolgende elektrische Anbindung an die jeweiligen Elektroden zu ermöglichen.
  • Jede der Platten 52 und 53 weist eine Breite von ungefähr 70 mm, eine Höhe von ungefähr 170 mm und eine Dicke von ungefähr 20 mm auf. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel werden jeweils fünfzig Platten 52 und 53 verwendet, sodass insgesamt 100 Platten gegeben sind. Hierdurch wird ein Gesamtelektrodenbereich von 5950 cm2 bereitgestellt.
  • Wie in der Zeichnung gezeigt ist, sind die Platten 52 und 53 jeweils nur auf einer Seite mit einer aktivierten Kohlenstoffschicht 62 beschichtet, wie im Zusammenhang mit den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen bereits beschrieben worden ist. Wo immer notwendig, werden zwei gleiche Platten in Rücken-an-Rücken-Anlage derart aneinander angeordnet, dass sie nach außen weisende aktivierte Kohlenstoffschichten darstellen, die mittels gleicher Kohlenstoffschichten auf den anderen Platten einander gegenüberliegend befindlich sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schicht 62 im Wesentlichen gleichmäßig über den Platten angeordnet und weist eine Dicke von ungefähr 36 μm auf.
  • Das Gehäuse 55 weist eine rechteckige prismatische Form auf, die aus ABS mit äußeren Abmessungen von ungefähr 17 mm mal 110 mm mal 190 mm besteht. Wo sich die Anschlussklemmen 59 und 60 durch das Gehäuse hindurcherstrecken, ist ein geeignetes Dichtungsmittel 61 eingesetzt, um das Austreten des Elektrolyts 56 aus dem Gehäuse 55 zu verhindern oder – was ebenso von Bedeutung ist – das Eintreten von Luft, Feuchtigkeit oder anderen Verunreinigungen in das Gehäuse 55.
  • Wie sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt, hält der Separator 54 die einander gegenüberliegenden Schichten 62 in einer beabstandeten Anordnung, um eine elektrische Leitung zwischen beiden zu verhindern. Gleichwohl erlauben die Separatoren 52 eine Bewegung der Ionen innerhalb des Elektrolytes zwischen den Schichten 62. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel sind die Separatoren 54 um Rücken-an-Rücken-Paare der Platten 53 gefaltet.
  • Der Superkondensator 51 weist einen Spannung von 2,5 Volt auf und stellt eine nominale Kapazität von 270 F bereit. Das Gesamtgewicht einschließlich des Elektrolyts und des Gehäuses liegt – was von Bedeutung ist – bei 295 g. Unter Verwendung dieser Zahlen in Kombination mit einem gemessenen Wert für T0 von 1 s ergeben sich eine gravimetrische Maßzahl von 2,2 Watt/Gramm und eine volumetrische Maßzahl von 1,6 Watt/cm3.
  • Bei Verwendung eines einfachen RC-Modells liegt der Äquivalenzreihenwiderstand bei ungefähr 1 mΩ und die RC-Zeitkonstante bei ungefähr 280 ms.
  • Beispiel 2
  • Ein weiteres spezifisches Beispiel für einen Superkondensator 71, der entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, ist schematisch in 8 und 9 dargestellt. In diesen Figuren sind entsprechende Merkmale mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
  • Jede Platte 52 und 53 weist eine Breite von ungefähr 40 mm, eine Höhe von ungefähr 40 mm und eine Dicke von ungefähr 20 μm auf. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel kommen jeweils 40 Platten 52 und 53 zum Einsatz, sodass insgesamt 80 Platten vorhanden sind. Hierdurch ergibt sich eine Gesamtelektrodenfläche von 640 cm2.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schicht 62 wiederum im Wesentlichen gleichmäßig auf den Platten befindlich und weist eine Dicke von ungefähr 36 μm auf.
  • Das Gehäuse 55 weist rechteckige prismatische Form auf, die aus ABS mit äußeren Abmessungen von ungefähr 10 mm mal 50 mm mal 50 mm besteht.
  • Der Superkondensator 71 weist einen Spannung von 2,5 Volt auf und stellt eine nominale Kapazität von 30 F bereit. Das Gesamtgewicht einschließlich des Elektrolyts und des Gehäuses liegt bei 25 g. Unter Verwendung dieser Zahlen in Kombination mit einem gemessenen Wert für T0 von 0,48 s ergeben sich eine gravimetrische Maßzahl FOM von 2,71 Watt/Gramm und eine volumetrische Maßzahl von 2,71 Watt/cm3.
  • Bei Verwendung eines einfachen RC-Modells beträgt der Äquivalenzreihenwiderstand ungefähr 4 mΩ und die RC-Zeitkonstante ungefähr 120 ms.
  • Beispiel 3
  • Ein weiteres spezifisches Beispiel für einen Superkondensator, der entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, weist denselben Aufbau wie in 8 und 9 gezeigt auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden jeweils 20 Platten 52 und 53 verwendet, sodass insgesamt 40 Platten vorhanden sind. Hierdurch wird eine Gesamtelektrodenfläche von 320 cm2 bereitgestellt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schicht 62 auf den Platten wieder im Wesentlichen gleichmäßig aufgebracht und weist eine Dicke von ungefähr 12 μm auf.
  • Das Gehäuse 55 weist rechteckige prismatische Form auf, die aus ABS mit äußeren Abmessungen von ungefähr 5 mm mal 50 mm mal 50 mm besteht.
  • Der Superkondensator dieses Beispiels weist eine Spannung von 2,5 Volt auf und stellt eine nominale Kapazität von 10 F bereit. Das Gesamtgewicht einschließlich des Elektrolyts und des Gehäuses liegt bei 17 g. Unter Verwendung dieser Zahlen in Kombination mit einem gemessenen Wert für T0 von 0,11 s ergeben sich eine gravimetrische Maßzahl FOM von 2,64 Watt/Gramm und eine volumetrische Maßzahl FOM von 3,00 Watt/cm3.
  • Bei Verwendung eines einfachen RC-Modells liegt der Äquivalenzreihenwiderstand bei ungefähr 5 mΩ und die RC-Zeitkonstante bei ungefähr 50 ms.
  • Beispiel 4
  • In 10, 11 und 11A wird ein Superkondensator 81 dargestellt, bei dem entsprechende Merkmale mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Wie auch bei den vorstehend beschriebenen Beispielen werden Plattenelektroden eingesetzt. Diese Plattenelektroden sind jedoch innerhalb eines Gehäuses 82 enthalten, dessen Größe der Größe einer Kreditkarte oder einer Smartcard entspricht.
  • Jede der Platten 52 und 53 weist eine Breite von ungefähr 40 mm, eine Höhe von ungefähr 65 mm und eine Dicke von ungefähr 20 μm auf. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel kommen jeweils drei Platten 52 und 53 zum Einsatz, sodass insgesamt sechs Platten vorhanden sind. Hierdurch ergibt sich eine Gesamtelektrodenfläche von 78 cm2.
  • Die Schicht 62 ist wieder über den Platten gleichmäßig verteilt und weist eine Dicke von ungefähr 12 μm auf.
  • Das Gehäuse 55 weist rechteckige prismatische Form auf, die aus PVC-Platten besteht und äußere Abmessungen von ungefähr 2 mm mal 54 mm mal 86 mm aufweist.
  • Der Superkondensator 81 weist einen Nennspannung von 2,5 Volt auf und stellt eine nominale Kapazität von 0,3 F bereit. Das Gesamtgewicht einschließlich des Elektrolyts und des Gehäuses liegt bei 12 g. Unter Verwendung dieser Zahlen in Kombination mit einem gemessenen Wert für T0 von 0,037 s ergeben sich eine gravimetrische Maßzahl FOM von 1,27 Watt/Gramm und eine volumetrische Maßzahl FOM von 1,68 Watt/cm3.
  • Bei Verwendung eines einfachen RC-Modells ist der Äquivalenzreihenwiderstand ungefähr 22,5 mΩ und die RC-Zeitkonstante ungefähr 6,3 ms.
  • Beispiel 5
  • Eine Mehrfachladungsspeichervorrichtung in Form eines Superkondensators 90 ist schematisch in 18 dargestellt. Der Superkondensator 90 umfasst eine erste Plattenelektrode, die kollektiv durch die Aluminiumplatten 94 und 96 festgelegt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird eine einzelne gefaltete Platte verwendet. Einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt sich, dass auch eine einzelne Platte verwendet werden kann.
  • Beide Platten 94 und 96 sind elektrisch mit einem ersten Anschluss (nicht gezeigt) verbunden. Die Platte 94 umfasst eine erste Beschichtung 95 an einer ersten Seite hiervon, während die gegenüberliegende Seite der Platte 96 eine zweite Beschichtung 97 aufweist. Die erste Beschichtung ist von einer ersten vorbestimmten Dicke, während die zweite Beschichtung von einer zweiten vorbestimmten Dicke ist, die sich von der ersten Dicke unterscheidet. Eine erste Plattenelektrode 98 ist elektrisch mit einer zweiten Anschlussklemme 92 verbunden und angrenzend an die eine Seite der Elektrode 94 angeordnet. Die Elektrode 98 enthält zudem eine dritte Beschichtung 199 an einer Seite hiervon und von einer dritten vorbestimmtem Dicke, die gleich der ersten vorbestimmten Dicke ist. Die Beschichtung 199 liegt der Beschichtung 95 gegenüber. Eine dritte Elektrode 200 ist elektrisch mit der Anschlussklemme 92 verbunden und angrenzend an die Platte 96 angeordnet. Die Elektrode 200 umfasst eine vierte Beschichtung 201 an einer Seite hiervon, die von einer vierten vorbestimmten Dicke ist. Darüber hinaus ist die Beschichtung 201 der Beschichtung 97 gegenüberliegend angeordnet. Wie bei anderen Ausgestaltungen ist eine Mehrzahl poröser Separatoren zwischen jeweils benachbarten Elektroden angeordnet. Darüber hinaus umfasst der Superkondensator 90 ein Gehäuse 91 zur Aufnahme der Elektroden, eines oder mehrerer Separatoren und eines Elektrolyts und durch das sich die Anschlussklemmen derart erstrecken, dass eine von außen erfolgende elektrische Anbindung an die jeweiligen Elektroden möglich wird.
  • Sämtliche Beschichtungen dieses Ausführungsbeispiels weisen dieselbe Formulierung auf. Die unterschiedlichen Dicken stellen jedoch einen Superkondensator 90 mit einer Mehrfachzeitkonstante bereit, und zwar unter der Voraussetzung, dass die beiden kapazitiven Zellen, die den Superkondensator bilden, parallel zueinander angeordnet sind. In diesem Fall sind die Zellen durch die jeweils einander gegenüberliegend angeordneten benachbarten Kohlenstoffbeschichtungen festgelegt.
  • Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Dicken der Beschichtungen gleich, wobei die Formulierung der Beschichtungen von Zelle zu Zelle variiert, um eine unterschiedliche Kapazität bereitzustellen. Dies wiederum stellt einen Superkondensator mit einer Mehrfachzeitkonstante bereit.
  • Beispiel 6
  • Eine alternative Mehrfachladungsspeichervorrichtung in Form eines Superkondensators 99 ist schematisch in 19 dargestellt. Dieser Superkondensator umfasst eine erste Plattenelektrode 100, die elektrisch mit einer ersten Anschlussklemme (nicht gezeigt) verbunden ist und die eine erste Beschichtung 102 an einer ersten Seite hiervon mit einer ersten vorbestimmten Dicke enthält. Eine zweite Plattenelektrode 103 ist elektrisch mit einer zweiten Anschlussklemme (nicht gezeigt) verbunden und benachbart zu der Elektrode 100 angeordnet. Die zweite Elektrode umfasst eine zweite Beschichtung 106 an der einen Seite hiervon mit einer zweiten vorbestimmten Dicke. Wie gezeigt ist, liegt die Beschichtung 106 der Beschichtung 102 gegenüber.
  • Ein poröser Separator 54 ist zwischen den benachbarten Elektroden angeordnet, um diese Elektroden in einer festen beabstandeten Anordnung zueinander zu halten. Darüber hinaus enthält ein Gehäuse 105 die Elektroden, den Separator und ein Elektrolyt derart, dass sich die Anschlussklemmen (nicht gezeigt) aus dem Gehäuse heraus erstrecken, um eine von außen erfolgende elektrische Anbindung an die jeweiligen Elektroden zu ermöglichen.
  • Diese Anordnung einer veränderlichen Kohlenstoffdicke über den separaten Elektroden bietet darüber hinaus einen eine Mehrfachzeitkonstante aufweisenden Superkondensator.
  • Aus Gründen der Einfachheit ist das in 19 gezeigte Elektrodenpaar als eine Zelle definiert. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird eine Mehrzahl gleicher Zellen verwendet, die zusammengestapelt und parallel miteinander verbunden sind, um die gewünschte Kapazität bereitzustellen. Vorzugsweise werden die Zellen zudem derart gestapelt, dass das dünnere Ende und das dickere Ende der einen Zelle neben dem jeweils dickeren Ende und dem jeweils dünneren Ende wenigstens einer benachbarten Zelle befindlich ist.
  • Bei anderen Ausführungsbeispielen bedient man sich eines Aufbaus, der ähnlich zu demjenigen der vorgenannten Beispiele ist, wo jedoch andere physikalische Parameter vorliegen, um andere Kennwerte zu erzeugen. Einige Beispiele für derartige alternative physikalische Parameter und die sich daraus ergebenden Kennwerte sind in den Tabellen von 17 und 20 gezeigt. Um eine einfachere Bezugnahme zu ermöglichen, bietet 12 eine grafische Darstellung der gravimetrischen Maßzahl FOM in Abhängigkeit von T0 für die Beispiele der in 17 aufgelisteten Erfindung, wobei die jeweiligen Befindensorte der Superkondensatoren in der Bezugsebene mit Zahlen dargestellt sind, die der Kennzahl in der Tabelle von 17 entsprechen. 13 bietet eine entsprechende Darstellung für den als Beispiel angegebenen Superkondensator, wobei die volumetrische Maßzahl FOM in Abhängigkeit von T0 angegeben ist.
  • Der in 17 gezeigte Superkondensator umfasst eine Parallelkombination von Paaren kapazitiver Zellen, die in Reihe verbunden sind. Entsprechend ist die nominelle Betriebsspannung 5 Volt. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind mehr als zwei kapazitive Zellen in Reihe verbunden, um eine höhere Betriebsspannung bereitzustellen.
  • Nützlich ist zudem die Charakterisierung der Kondensatoren der vorliegenden Erfindung durch Kriterien, die auf diesem Gebiet häufig verwendet werden. Insbesondere ergibt sich die Maximalleistung (Pmax), die aus einem Superkondensator erhältlich ist, mittels Berechnung aus der nachfolgenden Formel: Pmax = V2/4R. Hierbei bezeichnen V die maximale Betriebsspannung des Kondensators und R den Widerstand gemäß Bestimmung aus dem einfachen RC-Modell des Kondensators.
  • Die Werte für Pmax für die Beispiele in 17 wurden berechnet und einerseits durch die Masse der jeweiligen Vorrichtungen zur Bestimmung des gravimetrischem Pmax und andererseits durch das Volumen der jeweiligen Vorrichtung zur Bestimmung des volumetrischen Pmax geteilt. Diese Werte wurden dann in 14 und 15 jeweils in Abhän gigkeit von den Zeitkonstanten aufgetragen dargestellt.
  • Wie insbesondere in 12 bis einschließlich 15 dargestellt ist, stellen die in den vorstehend aufgeführten Beispielen beschriebenen Superkondensatoren äußerst vorteilhafte Pulsleistungslastkennwerte bereit. Dies bedeutet, dass eine niedrige Antwortzeit T0 und Zeitkonstante eine gute Übergangsantwort zu hohen Frequenzlasten darstellt, wie man sie bei Anwendungen trifft, in denen ein Schalten oder Pulsen einer Last auftritt. Dies in Kombination mit der hohen gravimetrischen Maßzahl FOM und Pmax sowie der hohen volumetrischen Maßzahl FOM sowie Pmax, wie sie in den Beispielen auftritt, lässt zu, dass die Erfindung in einem breiten Bereich von Anwendungen zum Einsatz kommt. Um diesen Punkt zu erläutern, soll der Superkondensator von Beispiel 1 primär für Hochleistungsanwendungen im Automobilbereich eingesetzt werden, um das regenerative Bremsen und die Bereitstellung eines hohen Drehmomentes innerhalb kurzer Zeitintervalle sowie die Notwendigkeit entsprechend hoher Stromlasten bereitzustellen. Der Superkondensator von 4 soll hingegen primär parallel zur Autotelefonbatterie eingesetzt werden.
  • Die Graphen von 12 bis 15 enthalten jeweils zwei durchgezogene Linien, die durch obere Zonen der gezeigten Bereiche verlaufen. In jedem Fall stellen die Linien die theoretische Obergrenze für verschiedene Parameter dar, wie sie für die Beispiele 3 und 12, siehe 17, dargestellt sind. Für eine gegebene Kombination von Merkmalen und eine gegebene Formulierung der Kohlenstoffbeschichtung ist das theoretische Maximum dort gegeben, wo der Volumen- oder Massenbeitrag des Gehäuses zur Gesamtvorrichtung klein ist. Bei anderen Formulierungen ergeben sich andere theoretische Maxima.
  • Auf der Grundlage der hier angegebenen technischen Lehre erschließt sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet, dass die Erfindung auch dahingehend von Vorteil ist, dass verschiedene Parameter des Superkondensators auf einfache Weise maßgeschneidert werden können, um bestimmten Anforderungen bei einer besonderen Anwendung gerecht zu werden. Dies bedeutet, dass die Erfindung insbesondere mit Blick auf eine Skalierung geeignet ist. 16 zeigt beispielhalber verschiedene berechnete Kennwerte für eine Anzahl weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es wird dargestellt, dass für eine gegebene Formulierung dünnere Schichten höhere Leistungsdichten und Maßzahlen wie auch niedrigere Zeitkonstanten und Antwortzeiten bereitstellen.
  • Es ist verständlich, dass die durchgezogenen Linien in den Figuren die Grenze für die beiden gegebenen Formulierungen darstellen. Gleichwohl gibt es andere Formulierungen, die einen erweiterten Bereich der Betreibbarkeit bereitstellen und höhere Maßzahlen und Leistungsdichten wie auch niedrigere Zeitkonstanten zulassen.
  • Die Berechnungen von 16 basieren auf dem Widerstand der Vorrichtungen, der sich wiederum aus den Widerständen der nachfolgenden Komponenten zusammensetzt: (1) die Anschlussklemmen, (2) die Aluminiumelektroden, (3) die Grenzflächen zwischen Elektrode und Kohlenstoff, (4) die Grenzflächen zwischen den Kohlenstoffteilchen, (5) das Elektrolyt in der Kohlenstoffschicht und (6) das Elektrolyt in dem Separator.
  • Die vorliegende Erfindung bedient sich dieses Modells, um die verschiedenen Widerstände zu optimieren, wobei eine hohe Kapazität, hohe Maßzahlen, hohe Leistungsdichten und eine gewünschte Antwortzeit bestehen bleiben.
  • Es wird erwartet, dass die gravimetrische Maßzahl FOM als gravimetrische Leistungsdichte skaliert wird, während die volumetrische Maßzahl als volumetrische Leistungsdichte skaliert wird. Letztere Größen sind proportional zu V2, 1/R und entweder 1/Masse oder 1/Volumen. Damit ergeben sich für eine gegebene für eine jeweilige Anwendung optimierte Spannung eine Zunahme der Maßzahl FOM durch eine Abnahme von R, eine abnehmende Masse und ein Abnehmen des Volumens. Für eine gegebene Formulierung und für eine gegebene Dicke der Beschichtung ist R zum Inversen der Elektrodenfläche im Wesentlichen proportional. Für ein minimal gepacktes Volumen oder eine minimal gepackte Masse sind die Masse und das Volumen zur Elektrodenfläche proportional. Es ergibt sich, dass durch ein „Vergrößern" der Vorrichtung die Maßzahl aufgrund einer geringeren Packung nur marginal vergrößert wird. Für eine gegebene Größe der Vorrichtung wird der Widerstand daher minimiert, indem die Dicke der Beschichtung konsistent mit der Zeitkonstante oder der Antwortzeit, die für die Vorrichtung gewünscht ist, verkleinert wird. Die Kapazität der Vorrichtung wird anschließend durch Auswahl der Mischung von Kohlenstoffen und der Formulierung des Beschichtungsmaterials bestimmt.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geht man zudem davon aus, dass die höhere Leistung der Superkondensatoren der vorliegenden Erfindung teilweise auch dadurch bedingt ist, dass eine verbesserte Leitfähigkeit zwischen einzelnen Kohlenstoffteil chen vorliegt, was durch die Verwendung der Mischung aus Kohlenstoffteilchen und protonierter Carboxymethylzellulose (CMC) bedingt ist. Ohne sich durch theoretische Ausführungen einschränken zu wollen, geht man davon aus, dass eine derartige verbesserte Leitfähigkeit das Ergebnis einer Anzahl von Faktoren ist, so beispielsweise einer vergrößerten Packungsdichte der einzelnen Kohlenstoffteilchen, einer vergrößerten Migration des Elektrolyts in die intramolekularen Räume auf der Oberfläche der einzelnen Kohlenstoffteilchen und einer Gesamtverringerung der Größe des Grenzflächenbereiches zwischen den Kohlenstoffteilchen und dem Elektrolyt. Man geht davon aus, dass eine Mischung aus Hochoberflächenbereichskohlenstoff und hochgradig leitfähigem Kohlenstoff diese Effekte optimiert.
  • Darüber hinaus trägt die relative Unlösbarkeit der protonierten CMC zu eines vergrößerten Gesamtlebensdauer der Superkondensatoren der vorliegenden Erfindung bei.
  • Es ist einsichtig, dass der Begriff „eingetaucht" oder sinngleiche Ausdrücke, wenn nicht ausdrücklich andenrweitig verwendet, unter Bezugnahme auf die Anordnung der Elektroden in dem Elektrolyt nicht nur diejenigen Superkondensatoren einschließen soll, bei denen ein Überschuss an Elektroden zum Einsatz kommt, sondern auch diejenigen, bei denen die Menge des Elektrolyts nur dafür ausreicht, die Elektroden zu benässen. Dies bedeutet, dass die Menge des Elektrolyts nur ausreichend sein muss, um den Betrieb des Superkondensators überhaupt zu ermöglichen.
  • Es ist zudem verständlich, dass ungeachtet der Tatsache, dass die vorgenannten Beispiele primär diskrete Zellen betreffen, die Erfindung auch bei bipolaren Ausgestaltungen anwendbar ist.
  • Darüber hinaus ist einsichtig, dass der Begriff „organisches Elektrolyt" oder sinngleiche Begriffe ein Elektrolyt in einem organischen Lösungsmittel bezeichnen.
  • Zu Vergleichszwecken bietet 17 eine Tabelle mit Parametern von Superkondensatoren der vorliegenden Erfindung wie auch Superkondensatoren aus dem Stand der Technik.
  • Wie in 21 gezeigt ist, umfasst eine Ladungsspeichervorrichtung 301 ein verschlossenes prismatisches Gehäuse 302. Zwei einander gegenüberliegende gefaltete rechteckige Aluminiumelektroden 303 und 304 sind im Inneren des Gehäuses 302 angeordnet und mit jeweiligen Metallanschlussklemmen 305 und 306 verbunden, um und mit jeweiligen Metallanschlussklemmen 305 und 306 verbunden, um eine von außen erfolgende elektrische Anbindung an die Elektroden zu ermöglichen. Ein Plattenseparator 307 der Marke SoluporTM ist zwischen den Elektroden 303 und 304 angeordnet, um diese Elektroden in einer festen beabstandeten Anordnung zu halten. Ein (nicht gezeigtes) Elektrolyt ist ebenfalls zwischen den Elektroden befindlich.
  • Der Separator 307 ist in einer „Taschen"-Ausgestaltung gegeben, wobei er auf sich selbst rückgefaltet ist und die transversalen Enden aneinander gesichert sind, um eine Öffnung 308 zwischen den transversalen Enden bereitzustellen. Aus Gründen der einfacheren Darstellung ist der Separator 307 derart dargestellt, dass er zwei Faltlinien aufweist. In der Praxis wird jedoch eine einzige Faltlinie verwendet, da der Separator direkt an den einander gegenüberliegenden Elektroden anliegt. Die poröse Natur des Separators ermöglicht eine Bewegung der Ionen in dem Elektrolyt zwischen den Elektroden.
  • Jede Elektrode wird von einer einzelnen gleichen Aluminiumplatte mit wenigstens einem Fortsatz 309 gebildet, der elektrisch mit den jeweiligen Anschlussklemmen 305 und 306 in Eingriff befindlich ist. Die Elektroden werden in eine überlappende und verschachtelte Ausgestaltung, die in der Zeichnung dargestellt ist, gefaltet. Es ist erneut einsichtig, dass aus Gründen der einfacheren Darstellung die Elektrode 304 mit zwei Faltlinien gezeigt ist. In der Praxis kommt gleichwohl nur eine Faltlinie zum Einsatz, da die Elektrode direkt an dem Separator 307 anliegt.
  • Die Elektrode 303 ist innerhalb einer Öffnung 308 aufgenommen und von dem Separator 307 derart umschlossen, dass sich nur der Fortsatz 309 aus der „Tasche" oder Höhlung herauserstreckt. Diese Kombination aus Elektrode und Separator wird anschließend derart in die gefaltete Elektrode 304 eingeführt, dass eine einzelne kapazitive Zelle entsteht. Während in diesem Ausführungsbeispiel nur eine einzelne Zelle dargestellt ist, werden bei anderen Ausführungsbeispielen zwei oder mehr derartige Zellen verwendet. Der Elektrodenbereich der Elektroden liegt bei ungefähr 102 cm2, woraus sich eine nominale Kapazität von ungefähr 28 F bei 2,5 V ergibt.
  • Jede der Elektroden 303 und 304 umfasst eine Hochoberflächenbereichsbeschichtung 310 aus aktiviertem Kohlenstoff. Diese Beschichtung weist eine vorbestimmte Dicke auf und enthält ein Bindemittel, um den engen Eingriff zwischen den Kohlenstoffelektroden zu erleichtern.
  • Da sich die Anschlussklemmen 305 und 306 aus dem Inneren in das Äußere des Gehäuses 302 hinein erstrecken, sind die dichtend zwischen ihren jeweiligen Enden mit dem Gehäuse in Eingriff genommen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die dichtende Ineingriffnahme durch zwei Tüllen 311 und 312 bewirkt. Bei anderen Ausführungsbeispielen werden Tüllen verwendet, die aus einem anderen Material oder aus Kombinationen von Materialien aufgebaut sind. Einige Vorrichtungen verwenden beispielsweise Siliziumabdichtungszusammensetzungen und Klebemittel.
  • Die Elektroden 303 und 304 werden nunmehr detailliert unter Bezugnahme auf 22 bis 24 beschrieben. Insbesondere ist, wie am besten in 23 zu sehen ist, die Elektrode 303 im Wesentlichen rechteckig und umfasst zwei rechteckige Unterplatten 315 und 316. Die Unterplatten sind integral ausgebildet und symmetrisch um eine Faltlinie 317 angeordnet, die eine gemeinsame Kante 318 festlegt. Die Platten 315 und 316 enthalten jeweils integral ausgebildete rechteckige Unterfortsätze 319 und 320, die, wie in 24 gezeigt ist, aneinander anliegen, um den Fortsatz 309 kollektiv festzulegen.
  • Die Platte 315 umfasst zwei beabstandete und parallele Kanten 321 und 322, die sich normal von der Kante 318 weg erstrecken. Eine weitere Kante 323 erstreckt sich zwischen den Kanten 321 und 322. Wie ebenfalls in 23 gezeigt ist, erstreckt sich der Fortsatz 319 von der Kante 323 angrenzend an diejenige Stelle weg, wo die Kante die Kante 322 trifft. Auf ähnliche Weise umfasst die Platte 316 zwei beabstandete und parallele Kanten 325 und 325, die sich normal von der Kante 318 weg erstrecken. Eine weitere Kante 327 erstreckt sich zwischen den Kanten 325 und 326. Auf ähnliche Weise erstreckt sich der Fortsatz 320 von der Kante 327 angrenzend an diejenige Stelle weg, an der die Kante die Kante 326 trifft.
  • Die Elektrode 303 wird nur auf einer Seite mit dem aktivierten Kohlenstoff beschichtet und anschließend bezüglich der Linie 317 derart gefaltet, dass die Beschichtungsseite nach außen weist, was in 21 gezeigt ist.
  • Die Elektrode 304 ist zu der Elektrode 303 gleich, mit dem einzigen Unterschied, dass sie im umgekehrten Sinne derart verschachtelt ist, dass die jeweiligen Fortsätze 309 beabstandet sind. Dies wird nachstehend noch detailliert beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit werden entsprechende Merkmale der Elektroden mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
  • Der Separator 307 ist nicht maßstabsgetreu skizzenhaft in 22 gezeigt und umfasst zwei rechteckige Unterplatten 331 und 332, die integral entlang einer gemeinsamen Kante 333 ausgebildet sind. Diese Kante legt ebenfalls eine Faltlinie 334 fest. Die Platte 331 umfasst ebenfalls zwei beabstandete und parallele Kanten 335 und 336, die sich normal von der Kante 333 weg erstrecken. Eine freie Kante 337 erstreckt sich zwischen den Kanten 335 und 336. Auf ähnliche Weise umfasst die Platte 332 zwei beabstandete und parallele Kanten 339 und 340, die sich normal von der Kante 333 weg erstrecken. Eine freie Kante 331 erstreckt sich zwischen den Kanten 339 und 340.
  • Während der Herstellung wird die Elektrode 303 um die Linie 317 derart gefaltet, dass die beschichteten Seiten der Platten 315 und 316 einander gegenüberliegen und nach außen weisen. Darüber hinaus liegen die Fortsätze 319 und 320 aneinander an. Der Separator 307 wird separat um die Linie 334 derart gefaltet, dass die Kanten 335 und 339 parallel verlaufen und aneinander anliegen, die Kanten 336 und 340 parallel aneinander anliegen und die Kanten 337 und 341 parallel angeordnet und benachbart zueinander sind. Anschließend werden die Kanten 335 und 339 sowie die Kanten 336 und 340 zusammengebracht. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird dies mittels eines Klebemittels erreicht, während bei anderen Ausführungsbeispielen ein Schweißen oder eine andere Wärmebehandlung zum Einsatz kommen. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen werden die Kanten nicht zusammengebracht.
  • Wie am besten in 24 zu sehen ist, wird anschließend eine Elektrode 303 in der „Höhlung" oder „Tasche" untergebracht, die von dem Separator 307 gebildet wird. Wie gezeigt ist, umschließt der Separator im Wesentlichen die gesamte Elektrode 303, und hält, was nachstehend noch beschrieben wird, die Elektroden 303 und 304 in einer beabstandeten Anordnung. Der Fortsatz 309 erstreckt sich über die benachbarten Kanten 337 und 341 hinaus, um deren elektrische Anbindung an die Anschlussklemme 305 zu ermöglichen. Aus Gründen der einfacheren Darstellung ist in 24 der Separator 307 mit Kanten 336 und 340 gezeigt, die mittels Schweißen zusammengebracht sind, während die Kanten 335 und 339, obwohl sie noch nicht zusammengebracht sind, benachbart sind.
  • Die Elektrode 304 wird anschließend dadurch ausgebildet, dass eine gleiche beschichtete Platte zu derjenigen gefaltet wird, die die Elektrode 303 bildet. Insbesondere erfolgt die Faltung entlang der Faltlinie 318 derart, dass die beschichteten Seiten der Platten 315 und 316 einander gegenüberliegen und nach innen weisen. Darüber hinaus sind die Fortsätze 319 und 320 zueinander benachbart und einander gegenüberliegend angeordnet. Die Baugruppe von 24 wird anschließend im Inneren der Elektrode 304 angebracht, was am besten in 25 zu sehen ist, und zwar derart, dass die jeweiligen Fortsätze 309 der Elektroden beabstandet sind. Die Fortsätze 319 und 320 der Elektrode 304 werden anschließend auf Anschlag gebracht und an der Anschlussklemme 306 derart gesichert, dass eine von außen erfolgende elektrische Anbindung an die Elektrode erfolgen kann.
  • Die Elektrodenbaugruppe von 25 wird als eine einzelne Zelle bezeichnet, wobei, wie sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erschließt, eine Mehrzahl von Zellen parallel verbunden werden kann, um die Kapazität des Superkondensators 301 proportional zu vergrößern. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird eine Mehrzahl von Zellen derart parallel gestapelt, dass die jeweiligen Fortsätze 309 für gleiche Elektroden 303 und 304 zwei beabstandete Stapel gleicher Fortsätze bilden. Die Fortsätze in jedem Stapel werden anschließend zusammengeklemmt, um die Stapel elektrisch mit den jeweiligen Anschlussklemmen 305 und 306 zu verbinden.
  • Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung bedienen sich eines nichtwässrigen Elektrolyts, um hohe Energiedichten zu erreichen. Überraschenderweise sind sie jedoch ebenfalls in der Lage, ungeachtet der weitverbreiteten gegenteiligen Lehrmeinung für diese Art von Elektrolyt hohe Leistungsdichten und Maßzahlen FOM bereitzustellen. Dieses Ergebnis erreicht man bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen durch Anstrengungen dahingehend, dass man den Gesamtwiderstand des Superkondensators verringert. Der Einsatz der nachfolgenden Merkmale trägt zu diesem Ergebnis bei: • ein dünner hochgradig poröser Separator zur Minimierung der Länge des Stromweges und damit des Widerstandes, den das Elektrolyt aufbietet; • dünne Schichten eines Hochoberflächenbereichskohlenstoffs (weniger als ungefähr 100 μm dick) zur Bereitstellung eines kurzen Stromweges durch den Kohlenstoff zu der Aluminiumelektrode und zur gleichzeitigen Bereitstellung einer hohen Kapazität pro Einheitsvolumen; • eine Mischung aus Kohlenstoffen mit leitfähigem Kohlenstoffschwarz zur Verbesserung der Leitfähigkeit der Kohlenstoffschicht; und • ein Elektrolyt mit einer hohen Konzentration von Salz (in der Größenordnung von 1,0 molar).
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Dicke jeder Kohlenstoffbeschichtung einschließlich des Bindemittels geringer als 100 μm. Mit Blick auf die Beispiele von 17 und 20 sind die Dicken der jeweiligen Kohlenstoffschichten spezifiziert. Mit Ausnahme der 6-μm-Beschichtung weisen die Kohlenstoffteilchen einen Durchmesser von nominal 6 bis 8 μm auf. Gleichwohl werden bei der 6-μm-Beschichtung Teilchen ähnlicher Größe verwendet, die auf nominale Durchmesser von 2 μm zermahlen werden. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen kleinere nominale Durchmesser auftreten, sind die Beschichtungen wieder dünner.
  • Die herrschende Lehrmeinung kennt den Einsatz vergleichsweise dicker Kohlenstoffschichten, um eine größere Kapazität pro Einheitsvolumen bereitzustellen. Derartige Schichten liegen in einer Größenordnung von ungefähr 150 μm oder mehr. Man hat gleichwohl entdeckt, dass dünnere Beschichtungen, wie sie bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen, einen verringerten ESR zulassen, wenn die Länge des Stromweges durch die Kohlenstoffbeschichtung klein ist. Die dünnen Beschichtungen leisten auch einen positiven Beitrag zu einer hohen Maßzahl FOM, da sie ein geringeres Volumen als die dickeren Beschichtungen, die im Stand der Technik zum Einsatz kommen, einnehmen. Überraschenderweise stellen die Vorrichtungen entsprechend den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung gleichwohl immer noch eine vergleichsweise hohe Kapazität bereit, wenn der verfügbare Oberflächenbereich aufgrund des Einsatzes des aktivierten Kohlenstoffes und eines protonierten Bindemittels vergleichsweise groß bleibt.
  • Ohne sich durch theoretische Überlegungen festlegen zu wollen, wird davon ausgegangen, dass bei Verwendung dünnerer Beschichtungen ein weiterer Mechanismus ins Spiel kommt. Insbesondere führt der bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen verwendete aktivierte Kohlenstoff zu Leerräumen zwischen den Teilchen in der Kohlenstoffbeschichtung. Diese Leerräume weisen üblicherweise Labyrinthcharakter auf. Für Beschichtungen aus dem Stand der Technik mit einer Dicke, die merklich größer als die Teilchengröße des Kohlenstoffes ist, ist die Impedanz der Beschichtung hoch. Bei Beschichtungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele, bei denen die Beschichtungsdicke in der Größenordnung der Teilchengröße des Kohlenstoffes ist, ist der Effekt der Leerräume zwischen den Teilchen auf die Impedanz minimal. Man hat mithin entdeckt, dass eine enge Beziehung zwischen der Größe der Teilchen des aktiven Kohlenstoffes, der Dicke der Kohlenstoffschicht und der sich ergebenden von jeder Schicht bereitgestellten Impedanz gegeben ist.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung bedienen sich dünnerer Kohlenstoffbeschichtungen, um diesen Vorteil und diese Beziehung vorteilhaft zu nutzen, und errei chen damit größere Kapazitäten pro Einheitsvolumen und damit größere Maßzahlen FOM.
  • Die Messungen von Volumen und Masse zur Bestimmung der Maßzahl FOM berücksichtigen die Packung, in der die Elektroden, der Separator und das Elektrolyt enthalten sind. Zu den hohen Maßzahlen FOM, die bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung erreichbar sind, tragen auch die Packung selbst und das Verdichtungsverfahren der Anordnung der separaten Komponenten innerhalb der Packung bei.
  • Für die größeren entsprechend der vorliegenden Erfindung gebauten Superkondensatoren ist der Einsatz schwererer und voluminöserer Packungen im Vergleich zum absolut Notwendigen bekannt, wodurch immer noch vergleichsweise hohe Maßzahlen FOM erreicht werden. In Fällen, in denen beispielsweise wünschenswert ist, hochgradig robuste Packungen zum Betrieb in aggressiven Umgebungen herzustellen, werden Kompromisse bezüglich der Maßzahl FOM geduldet. Bei diesen größeren Vorrichtungen sind jedoch immer noch vergleichsweise hohe Maßzahlen FOM möglich, was daher rührt, dass die Packung proportional weniger zum Gesamtvolumen oder Gewicht der Vorrichtung beiträgt.
  • Bei einigen kleineren Vorrichtungen werden hohe Maßzahlen erreicht, und zwar teilweise durch die Verwendung flexibler Multischichtkunststoffpackungen. Beispiele für derartige Packungen sind in der mitanhängigen internationalen Patentanmeldung mit der Nummer PCT/AU99/00780 des Anmelders der vorliegenden Anmeldung offenbart. Die Offenbarung jener PCT-Anmeldung wird durch Bezugnahme in die Offenbarung der vorliegenden Druckschrift mitaufgenommen.
  • Ungeachtet der Tatsache, dass die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, erschließt sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet unmittelbar, dass sie in vielerlei anderen Formen verkörpert sein kann.

Claims (13)

  1. Ladungsspeichervorrichtung, welche aufweist: eine erste Elektrode (52; 94, 96; 100; 303), die eine erste Kohlenstoffbeschichtung (62; 95; 102; 310) aufweist, eine zweite Elektrode (53; 98; 103; 304), die eine zweite Kohlenstoffbeschichtung (62; 199; 106; 310) aufweist, wobei die erste und die zweite Kohlenstoffbeschichtung einander gegenüberliegend und voneinander beabstandet angeordnet sind, einen porösen Separator (54; 307), der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist, ein verschlossenes Gehäuse (55; 91; 105; 302), in dem die erste und die zweite Elektrode, der poröse Separator und ein Elektrolyt (56), in den die erste und die zweite Elektrode eingetaucht sind, aufgenommen sind, und eine erste Anschlußklemme (59; 305) und eine zweite Anschlußklemme (60; 306), die elektrisch mit der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode verbunden sind und sich jeweils von dem Gehäuse aus erstrecken, um eine elektrische Verbindung mit den jeweiligen Elektroden von außen zu gestatten, wobei die erste und die zweite Elektrode ein Substrat aufweisen und wobei die erste und die zweite Kohlenstoffbeschichtung Kohlenstoffteilchen enthalten, die mit einer Suspension protonierter Carboxymethylzellulose, die auf das Substrat aufgebracht ist, vermischt sind und wobei zumindest entweder die erste oder die zweite Kohlenstoffbeschichtung eine Dicke von weniger als etwa 36 μm hat, wodurch eine gravimetrische Maßzahl der Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die größer als 2,1 Watt/Gramm ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gravimetrische Maßzahl der Vorrichtung größer als etwa 2,5 Watt/Gramm ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gravimetrische Maßzahl der Vorrichtung größer als etwa 3 Watt/Gramm ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gravimetrische Maßzahl der Vorrichtung größer als etwa 3,5 Watt/Gramm ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die gravimetrische Maßzahl der Vorrichtung größer als etwa 5 Watt/Gramm ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode eine kapazitive Zelle bilden und die Vorrichtung eine Mehrzahl derartiger Zellen, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, beinhaltet, wobei jede Zelle mit einer anderen Zelle in dem Gehäuse entweder parallel oder in Reihe elektrisch verbunden ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die maximale Betriebsspannung der oder jeder kapazitiven Zelle innerhalb des folgenden Bereichs liegt: etwa 3,5 Volt bis 4 Volt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die maximale Betriebsspannung der oder jeder kapazitiven Zelle innerhalb des folgenden Bereichs liegt: etwa 3 Volt bis 3,5 Volt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die maximale Betriebsspannung der oder jeder kapazitiven Zelle innerhalb des folgenden Bereichs liegt: weniger als etwa 3 Volt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oberflächenbereich des Kohlenstoffs, der in der ersten und der zweiten Kohlenstoffbeschichtung verwendet wird, größer als 20 m2/Gramm ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Oberflächenbereich des Kohlenstoffs mindestens 1200 m2/Gramm beträgt.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zumindest eine der Beschichtungen mehr als eine Art von Kohlenstoff enthält.
  13. Elektrode für eine Ladungsspeichervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Elektrode aufweist: ein Substrat einschließlich einer Kohlenstoffbeschichtung, wobei die Kohlenstoffbeschichtung Kohlenstoffteilchen enthält, die mit einer Suspension protonierter Carboxymethylzellulose, die auf das Substrat aufgebracht ist, vermischt sind, und wobei die Kohlenstoffbeschichtung eine Dicke von weniger als etwa 36 μm hat.
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WO (1) WO2000034964A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11721494B2 (en) 2017-02-20 2023-08-08 The Research Foundation For The State University Of New York Multi-cell multi-layer high voltage supercapacitor apparatus including graphene electrodes

Families Citing this family (174)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6631072B1 (en) * 1998-12-05 2003-10-07 Energy Storage Systems Pty Ltd Charge storage device
US6509588B1 (en) 2000-11-03 2003-01-21 Cardiac Pacemakers, Inc. Method for interconnecting anodes and cathodes in a flat capacitor
US6699265B1 (en) 2000-11-03 2004-03-02 Cardiac Pacemakers, Inc. Flat capacitor for an implantable medical device
US7456077B2 (en) 2000-11-03 2008-11-25 Cardiac Pacemakers, Inc. Method for interconnecting anodes and cathodes in a flat capacitor
US6687118B1 (en) 2000-11-03 2004-02-03 Cardiac Pacemakers, Inc. Flat capacitor having staked foils and edge-connected connection members
AUPR194400A0 (en) * 2000-12-06 2001-01-04 Energy Storage Systems Pty Ltd An energy storage device
JP4369129B2 (ja) * 2001-04-27 2009-11-18 太陽誘電株式会社 有機電解質電池
US7340304B2 (en) * 2002-03-15 2008-03-04 Biomed Soutions, Llc Biothermal power source for implantable devices
US20040093041A1 (en) * 2002-03-15 2004-05-13 Macdonald Stuart G. Biothermal power source for implantable devices
AUPS119502A0 (en) 2002-03-19 2002-04-18 Energy Storage Systems Pty Ltd An electrolyte for an energy storage device
EP1627431A1 (de) * 2003-05-27 2006-02-22 Siemens Aktiengesellschaft Bidirektionaler schalter und verwendung des schalters
US7224575B2 (en) 2004-07-16 2007-05-29 Cardiac Pacemakers, Inc. Method and apparatus for high voltage aluminum capacitor design
US7120008B2 (en) * 2004-07-16 2006-10-10 Cardiac Pacemakers, Inc. Method and apparatus for capacitor interconnection using a metal spray
US20080089012A1 (en) * 2004-12-21 2008-04-17 Teijin Limited Electric Double Layer Capacitor
EP1886328A1 (de) 2005-04-22 2008-02-13 Cardiac Pacemakers, Inc. Verfahren und vorrichtung zum verbinden von kondensatorelektroden
US7327552B2 (en) * 2005-05-09 2008-02-05 Cardiac Pacemakers, Inc. Method and apparatus for electrically connecting capacitor electrodes using a spray
FR2886045B1 (fr) * 2005-05-23 2007-07-13 Ceca Sa Sa Electrode pour systemes de stockage d'energie, son procede de fabrication et systeme de stockage d'energie la comprenant
US20060279902A1 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 Maxwell Technologies, Inc. Capacitor lid and housing coating design
US7511941B1 (en) 2005-06-08 2009-03-31 Maxwell Technologies, Inc. Ultrasonic sealed fill hole
US7586736B2 (en) * 2005-07-11 2009-09-08 Micro Power Electronics Inc. Electrical insulation system and method for electrical power storage component separation
US7825543B2 (en) 2005-07-12 2010-11-02 Massachusetts Institute Of Technology Wireless energy transfer
KR101136889B1 (ko) 2005-07-12 2012-04-20 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 무선 비-방사성 에너지 전달
US20080259525A1 (en) * 2005-11-09 2008-10-23 Maxwell Technologies, Inc. Energy storage apparatus and article of manufacture
JP4864427B2 (ja) * 2005-11-16 2012-02-01 ローム株式会社 電気二重層コンデンサの製造方法
US8475676B2 (en) 2006-03-08 2013-07-02 Cap-Xx Limited Electrolyte
US8518573B2 (en) * 2006-09-29 2013-08-27 Maxwell Technologies, Inc. Low-inductive impedance, thermally decoupled, radii-modulated electrode core
BRPI0718811B1 (pt) 2006-11-15 2020-05-19 Basf Se dispositivo elétrico de capacitância de camada dupla
JP4311442B2 (ja) * 2006-12-21 2009-08-12 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置
US20080306821A1 (en) * 2007-02-12 2008-12-11 Pricelock, Inc. System and Method of Driving Commodity Consumers to Selective Retail Locations
US8538795B2 (en) 2007-02-12 2013-09-17 Pricelock, Inc. System and method of determining a retail commodity price within a geographic boundary
WO2008100920A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-21 Pricelock, Inc. Enabling hedging customers to lock forward positions with customer-friendly payment options
US8156022B2 (en) 2007-02-12 2012-04-10 Pricelock, Inc. Method and system for providing price protection for commodity purchasing through price protection contracts
US20080313067A1 (en) * 2007-02-12 2008-12-18 Pricelock, Inc. Management and decision making tool for commodity purchases with hedging scenarios
US7945500B2 (en) 2007-04-09 2011-05-17 Pricelock, Inc. System and method for providing an insurance premium for price protection
WO2008124710A1 (en) * 2007-04-09 2008-10-16 Pricelock, Inc. System and method for risk acceptance in the provisioning of price protection products
US20080306861A1 (en) * 2007-04-09 2008-12-11 Pricelock, Inc. System and method for index based settlement under price protection contracts
WO2008124712A1 (en) 2007-04-09 2008-10-16 Pricelock, Inc. System and method for constraining depletion amount in a defined time frame
US8115448B2 (en) 2007-06-01 2012-02-14 Michael Sasha John Systems and methods for wireless power
US9421388B2 (en) 2007-06-01 2016-08-23 Witricity Corporation Power generation for implantable devices
US8252441B2 (en) * 2007-08-31 2012-08-28 Micro Power Electronics, Inc. Spacers for fixing battery cells within a battery package casing and associated systems and methods
US7830646B2 (en) * 2007-09-25 2010-11-09 Ioxus, Inc. Multi electrode series connected arrangement supercapacitor
US8160952B1 (en) 2008-02-12 2012-04-17 Pricelock, Inc. Method and system for providing price protection related to the purchase of a commodity
FR2927727B1 (fr) * 2008-02-19 2017-11-17 Batscap Sa Ensemble de stockage d'energie electrique multibobines.
US8411413B2 (en) * 2008-08-28 2013-04-02 Ioxus, Inc. High voltage EDLC cell and method for the manufacture thereof
US20090279230A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 Renewable Energy Development, Inc. Electrode structure for the manufacture of an electric double layer capacitor
US8773841B2 (en) 2008-09-09 2014-07-08 Cap-Xx Limited Charge storage device
US8692412B2 (en) 2008-09-27 2014-04-08 Witricity Corporation Temperature compensation in a wireless transfer system
CN107415706B (zh) * 2008-09-27 2020-06-09 韦特里西提公司 无线能量转移系统
US8946938B2 (en) 2008-09-27 2015-02-03 Witricity Corporation Safety systems for wireless energy transfer in vehicle applications
US9065423B2 (en) 2008-09-27 2015-06-23 Witricity Corporation Wireless energy distribution system
US9035499B2 (en) 2008-09-27 2015-05-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer for photovoltaic panels
US8487480B1 (en) 2008-09-27 2013-07-16 Witricity Corporation Wireless energy transfer resonator kit
US8723366B2 (en) 2008-09-27 2014-05-13 Witricity Corporation Wireless energy transfer resonator enclosures
US8461722B2 (en) 2008-09-27 2013-06-11 Witricity Corporation Wireless energy transfer using conducting surfaces to shape field and improve K
US9105959B2 (en) 2008-09-27 2015-08-11 Witricity Corporation Resonator enclosure
US8598743B2 (en) 2008-09-27 2013-12-03 Witricity Corporation Resonator arrays for wireless energy transfer
US8476788B2 (en) 2008-09-27 2013-07-02 Witricity Corporation Wireless energy transfer with high-Q resonators using field shaping to improve K
US8912687B2 (en) 2008-09-27 2014-12-16 Witricity Corporation Secure wireless energy transfer for vehicle applications
US8324759B2 (en) 2008-09-27 2012-12-04 Witricity Corporation Wireless energy transfer using magnetic materials to shape field and reduce loss
US8441154B2 (en) 2008-09-27 2013-05-14 Witricity Corporation Multi-resonator wireless energy transfer for exterior lighting
US8933594B2 (en) 2008-09-27 2015-01-13 Witricity Corporation Wireless energy transfer for vehicles
US8947186B2 (en) 2008-09-27 2015-02-03 Witricity Corporation Wireless energy transfer resonator thermal management
US8901778B2 (en) 2008-09-27 2014-12-02 Witricity Corporation Wireless energy transfer with variable size resonators for implanted medical devices
US8471410B2 (en) 2008-09-27 2013-06-25 Witricity Corporation Wireless energy transfer over distance using field shaping to improve the coupling factor
US8957549B2 (en) 2008-09-27 2015-02-17 Witricity Corporation Tunable wireless energy transfer for in-vehicle applications
US9601270B2 (en) 2008-09-27 2017-03-21 Witricity Corporation Low AC resistance conductor designs
US9093853B2 (en) 2008-09-27 2015-07-28 Witricity Corporation Flexible resonator attachment
US8304935B2 (en) 2008-09-27 2012-11-06 Witricity Corporation Wireless energy transfer using field shaping to reduce loss
US8901779B2 (en) 2008-09-27 2014-12-02 Witricity Corporation Wireless energy transfer with resonator arrays for medical applications
US8552592B2 (en) 2008-09-27 2013-10-08 Witricity Corporation Wireless energy transfer with feedback control for lighting applications
US8937408B2 (en) 2008-09-27 2015-01-20 Witricity Corporation Wireless energy transfer for medical applications
US9160203B2 (en) 2008-09-27 2015-10-13 Witricity Corporation Wireless powered television
US8928276B2 (en) 2008-09-27 2015-01-06 Witricity Corporation Integrated repeaters for cell phone applications
US9318922B2 (en) 2008-09-27 2016-04-19 Witricity Corporation Mechanically removable wireless power vehicle seat assembly
US9601266B2 (en) 2008-09-27 2017-03-21 Witricity Corporation Multiple connected resonators with a single electronic circuit
US8922066B2 (en) 2008-09-27 2014-12-30 Witricity Corporation Wireless energy transfer with multi resonator arrays for vehicle applications
US8963488B2 (en) 2008-09-27 2015-02-24 Witricity Corporation Position insensitive wireless charging
US8686598B2 (en) 2008-09-27 2014-04-01 Witricity Corporation Wireless energy transfer for supplying power and heat to a device
US9577436B2 (en) 2008-09-27 2017-02-21 Witricity Corporation Wireless energy transfer for implantable devices
US8629578B2 (en) 2008-09-27 2014-01-14 Witricity Corporation Wireless energy transfer systems
US8410636B2 (en) 2008-09-27 2013-04-02 Witricity Corporation Low AC resistance conductor designs
US8907531B2 (en) 2008-09-27 2014-12-09 Witricity Corporation Wireless energy transfer with variable size resonators for medical applications
US8400017B2 (en) 2008-09-27 2013-03-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer for computer peripheral applications
US9601261B2 (en) 2008-09-27 2017-03-21 Witricity Corporation Wireless energy transfer using repeater resonators
US9744858B2 (en) 2008-09-27 2017-08-29 Witricity Corporation System for wireless energy distribution in a vehicle
US8587155B2 (en) 2008-09-27 2013-11-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer using repeater resonators
US8569914B2 (en) 2008-09-27 2013-10-29 Witricity Corporation Wireless energy transfer using object positioning for improved k
US9106203B2 (en) 2008-09-27 2015-08-11 Witricity Corporation Secure wireless energy transfer in medical applications
US8692410B2 (en) 2008-09-27 2014-04-08 Witricity Corporation Wireless energy transfer with frequency hopping
US8772973B2 (en) 2008-09-27 2014-07-08 Witricity Corporation Integrated resonator-shield structures
US8461721B2 (en) * 2008-09-27 2013-06-11 Witricity Corporation Wireless energy transfer using object positioning for low loss
US8466583B2 (en) 2008-09-27 2013-06-18 Witricity Corporation Tunable wireless energy transfer for outdoor lighting applications
US9396867B2 (en) 2008-09-27 2016-07-19 Witricity Corporation Integrated resonator-shield structures
US8587153B2 (en) 2008-09-27 2013-11-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer using high Q resonators for lighting applications
US9515494B2 (en) 2008-09-27 2016-12-06 Witricity Corporation Wireless power system including impedance matching network
US8461720B2 (en) 2008-09-27 2013-06-11 Witricity Corporation Wireless energy transfer using conducting surfaces to shape fields and reduce loss
US8497601B2 (en) 2008-09-27 2013-07-30 Witricity Corporation Wireless energy transfer converters
US9544683B2 (en) 2008-09-27 2017-01-10 Witricity Corporation Wirelessly powered audio devices
US8669676B2 (en) 2008-09-27 2014-03-11 Witricity Corporation Wireless energy transfer across variable distances using field shaping with magnetic materials to improve the coupling factor
US8482158B2 (en) 2008-09-27 2013-07-09 Witricity Corporation Wireless energy transfer using variable size resonators and system monitoring
US9184595B2 (en) 2008-09-27 2015-11-10 Witricity Corporation Wireless energy transfer in lossy environments
US9246336B2 (en) 2008-09-27 2016-01-26 Witricity Corporation Resonator optimizations for wireless energy transfer
US8643326B2 (en) 2008-09-27 2014-02-04 Witricity Corporation Tunable wireless energy transfer systems
US8362651B2 (en) 2008-10-01 2013-01-29 Massachusetts Institute Of Technology Efficient near-field wireless energy transfer using adiabatic system variations
US20100157527A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Ise Corporation High-Power Ultracapacitor Energy Storage Pack and Method of Use
CN105226284B (zh) 2009-07-01 2017-11-28 巴斯夫欧洲公司 超纯合成碳材料
JP5643253B2 (ja) * 2009-07-17 2014-12-17 太陽誘電株式会社 電気化学デバイス
JP5026544B2 (ja) 2009-07-17 2012-09-12 太陽誘電株式会社 電気化学デバイス
JP5439099B2 (ja) * 2009-09-16 2014-03-12 Ｕｄトラックス株式会社 蓄電デバイスおよび蓄電モジュール
JP2011103279A (ja) * 2009-11-12 2011-05-26 Toyota Motor Corp 固体電池及びその製造方法
US20110123735A1 (en) * 2009-11-23 2011-05-26 Applied Nanostructured Solutions, Llc Cnt-infused fibers in thermoset matrices
JP2013511655A (ja) * 2009-11-23 2013-04-04 アプライド ナノストラクチャード ソリューションズ リミテッド ライアビリティー カンパニー Ｃｎｔを適合された陸ベース複合材料構造体
US20110124253A1 (en) * 2009-11-23 2011-05-26 Applied Nanostructured Solutions, Llc Cnt-infused fibers in carbon-carbon composites
WO2011146151A2 (en) * 2010-02-02 2011-11-24 Applied Nanostructured Solutions, Llc Fiber containing parallel-aligned carbon nanotubes
WO2011112992A1 (en) 2010-03-12 2011-09-15 Energ2, Inc. Mesoporous carbon materials comprising bifunctional catalysts
US9017854B2 (en) * 2010-08-30 2015-04-28 Applied Nanostructured Solutions, Llc Structural energy storage assemblies and methods for production thereof
US9602168B2 (en) 2010-08-31 2017-03-21 Witricity Corporation Communication in wireless energy transfer systems
CN103261090A (zh) 2010-09-30 2013-08-21 艾纳G2技术公司 储能颗粒的增强式装填
CN108538625B (zh) 2010-12-28 2020-12-08 巴斯福股份公司 包含增强的电化学特性的碳材料
US20120262127A1 (en) 2011-04-15 2012-10-18 Energ2 Technologies, Inc. Flow ultracapacitor
US9948145B2 (en) 2011-07-08 2018-04-17 Witricity Corporation Wireless power transfer for a seat-vest-helmet system
EP3435389A1 (de) 2011-08-04 2019-01-30 WiTricity Corporation Abstimmbare drahtlosleistungsarchitekturen
US9442172B2 (en) 2011-09-09 2016-09-13 Witricity Corporation Foreign object detection in wireless energy transfer systems
US20130062966A1 (en) 2011-09-12 2013-03-14 Witricity Corporation Reconfigurable control architectures and algorithms for electric vehicle wireless energy transfer systems
US9318257B2 (en) 2011-10-18 2016-04-19 Witricity Corporation Wireless energy transfer for packaging
CN103988391A (zh) 2011-11-04 2014-08-13 WiTricity公司 无线能量传输建模工具
WO2013088724A1 (ja) * 2011-12-15 2013-06-20 パナソニック株式会社 蓄電装置とその製造方法
WO2013113017A1 (en) 2012-01-26 2013-08-01 Witricity Corporation Wireless energy transfer with reduced fields
US9409777B2 (en) 2012-02-09 2016-08-09 Basf Se Preparation of polymeric resins and carbon materials
US9564275B2 (en) * 2012-03-09 2017-02-07 The Paper Battery Co. Supercapacitor structures
US9343922B2 (en) 2012-06-27 2016-05-17 Witricity Corporation Wireless energy transfer for rechargeable batteries
US9287607B2 (en) 2012-07-31 2016-03-15 Witricity Corporation Resonator fine tuning
US9595378B2 (en) 2012-09-19 2017-03-14 Witricity Corporation Resonator enclosure
WO2014063159A2 (en) 2012-10-19 2014-04-24 Witricity Corporation Foreign object detection in wireless energy transfer systems
US9842684B2 (en) 2012-11-16 2017-12-12 Witricity Corporation Systems and methods for wireless power system with improved performance and/or ease of use
CN110112377A (zh) 2013-03-14 2019-08-09 14族科技公司 包含锂合金化的电化学改性剂的复合碳材料
US9857821B2 (en) 2013-08-14 2018-01-02 Witricity Corporation Wireless power transfer frequency adjustment
US10195583B2 (en) 2013-11-05 2019-02-05 Group 14 Technologies, Inc. Carbon-based compositions with highly efficient volumetric gas sorption
US9780573B2 (en) 2014-02-03 2017-10-03 Witricity Corporation Wirelessly charged battery system
WO2015123614A2 (en) 2014-02-14 2015-08-20 Witricity Corporation Object detection for wireless energy transfer systems
CN107074994B (zh) 2014-03-14 2021-12-14 14集团技术公司 无溶剂进行溶胶-凝胶聚合并由其产生可调节的碳结构的新方法
US9842687B2 (en) 2014-04-17 2017-12-12 Witricity Corporation Wireless power transfer systems with shaped magnetic components
US9892849B2 (en) 2014-04-17 2018-02-13 Witricity Corporation Wireless power transfer systems with shield openings
US9837860B2 (en) 2014-05-05 2017-12-05 Witricity Corporation Wireless power transmission systems for elevators
JP2017518018A (ja) 2014-05-07 2017-06-29 ワイトリシティ コーポレーションＷｉｔｒｉｃｉｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 無線エネルギー伝送システムにおける異物検出
WO2015196123A2 (en) 2014-06-20 2015-12-23 Witricity Corporation Wireless power transfer systems for surfaces
US10312028B2 (en) 2014-06-30 2019-06-04 Avx Corporation Electrochemical energy storage devices and manufacturing methods
US10574091B2 (en) 2014-07-08 2020-02-25 Witricity Corporation Enclosures for high power wireless power transfer systems
JP6518316B2 (ja) 2014-07-08 2019-05-22 ワイトリシティ コーポレーションＷｉｔｒｉｃｉｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 無線電力伝送システムにおける共振器の均衡化
US9843217B2 (en) 2015-01-05 2017-12-12 Witricity Corporation Wireless energy transfer for wearables
WO2016149919A1 (en) 2015-03-25 2016-09-29 GM Global Technology Operations LLC Capacitor-battery hybrid formed by plasma powder electrode coating
PL3267512T3 (pl) * 2015-04-22 2021-09-20 Lg Chem, Ltd. Bateria akumulatorowa mająca ulepszone bezpieczeństwo
WO2017031006A1 (en) 2015-08-14 2017-02-23 Energ2 Technologies, Inc. Composites of porous nano-featured silicon materials and carbon materials
KR102636894B1 (ko) 2015-08-28 2024-02-19 그룹14 테크놀로지스, 인코포레이티드 극도로 내구성이 우수한 리튬 인터칼레이션을 나타내는 신규 물질 및 그의 제조 방법
US10248899B2 (en) 2015-10-06 2019-04-02 Witricity Corporation RFID tag and transponder detection in wireless energy transfer systems
US9929721B2 (en) 2015-10-14 2018-03-27 Witricity Corporation Phase and amplitude detection in wireless energy transfer systems
WO2017070227A1 (en) 2015-10-19 2017-04-27 Witricity Corporation Foreign object detection in wireless energy transfer systems
CN108781002B (zh) 2015-10-22 2021-07-06 韦特里西提公司 无线能量传输系统中的动态调谐
US10075019B2 (en) 2015-11-20 2018-09-11 Witricity Corporation Voltage source isolation in wireless power transfer systems
US10692662B2 (en) * 2016-01-07 2020-06-23 Nesscap Co., Ltd. Electric double layer device
JP6956728B2 (ja) 2016-02-02 2021-11-02 ワイトリシティ コーポレーションＷｉｔｒｉｃｉｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ワイヤレス電力伝送システムの制御
US10063104B2 (en) 2016-02-08 2018-08-28 Witricity Corporation PWM capacitor control
FR3047782B1 (fr) * 2016-02-15 2019-05-03 Foundation Brakes France Sas Dispositif de freinage comprenant un condensateur
JP7061971B2 (ja) 2016-05-20 2022-05-02 キョーセラ・エイブイエックス・コンポーネンツ・コーポレーション マルチセル・ウルトラキャパシタ
EP3459094B1 (de) 2016-05-20 2022-08-17 KYOCERA AVX Components Corporation Ultrakondensator für hochtemperaturanwendungen
WO2017201173A1 (en) 2016-05-20 2017-11-23 Avx Corporation Nonaqueous electrolyte for an ultracapacitor
KR20190003793A (ko) 2016-05-20 2019-01-09 에이브이엑스 코포레이션 울트라커패시터용 전극 구조
WO2018165610A1 (en) 2017-03-09 2018-09-13 Group 14 Technologies, Inc. Decomposition of silicon-containing precursors on porous scaffold materials
WO2019006376A1 (en) 2017-06-29 2019-01-03 Witricity Corporation PROTECTION AND CONTROL OF WIRELESS POWER SYSTEMS
CN110651342A (zh) * 2017-06-30 2020-01-03 阿维科斯公司 用于超级电容器模块的互连条
CN108199351B (zh) * 2017-12-20 2019-07-16 西安易朴通讯技术有限公司 一种终端
US11174167B1 (en) 2020-08-18 2021-11-16 Group14 Technologies, Inc. Silicon carbon composites comprising ultra low Z
US11335903B2 (en) 2020-08-18 2022-05-17 Group14 Technologies, Inc. Highly efficient manufacturing of silicon-carbon composites materials comprising ultra low z
US11639292B2 (en) 2020-08-18 2023-05-02 Group14 Technologies, Inc. Particulate composite materials

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3040394A1 (de) * 1980-10-25 1982-07-08 Varta Batterie Ag, 3000 Hannover Elektrochemische sekundaerzelle
NL8006997A (nl) * 1980-12-23 1982-07-16 Philips Nv Electrolytische condensator.
FR2583916B1 (fr) * 1985-06-25 1990-01-12 Europ Composants Electron Cellule pour condensateur a double couche electrique et procede de fabrication d'une telle cellule
JP2674996B2 (ja) * 1986-11-18 1997-11-12 大日本印刷株式会社 導電性変化材料
JPS63186414A (ja) * 1987-01-28 1988-08-02 松下電器産業株式会社 電気二重層キヤパシタ
JPH0362447A (ja) 1989-05-08 1991-03-18 Eastman Kodak Co 電気化学セルモジュール
DE69128805T2 (de) * 1990-03-29 1998-05-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Elektrolytischer Doppelschichtkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung
JP2507133B2 (ja) * 1990-05-07 1996-06-12 松下電器産業株式会社 電気二重層キャパシタおよびその製造法
JPH0426304A (ja) * 1990-05-16 1992-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気自動車
JPH05304049A (ja) * 1992-04-28 1993-11-16 Fuji Elelctrochem Co Ltd 電気二重層コンデンサ
US5426561A (en) 1992-09-29 1995-06-20 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration High energy density and high power density ultracapacitors and supercapacitors
US5646815A (en) * 1992-12-01 1997-07-08 Medtronic, Inc. Electrochemical capacitor with electrode and electrolyte layers having the same polymer and solvent
JPH07201681A (ja) * 1993-12-28 1995-08-04 Hitachi Ltd 電気二重層キャパシタ
US5419977A (en) * 1994-03-09 1995-05-30 Medtronic, Inc. Electrochemical device having operatively combined capacitor
US5532083A (en) * 1994-07-26 1996-07-02 Mccullough; Francis P. Flexible carbon fiber electrode with low modulus and high electrical conductivity, battery employing the carbon fiber electrode, and method of manufacture
JPH0897091A (ja) * 1994-09-27 1996-04-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気二重層コンデンサ
US5862035A (en) 1994-10-07 1999-01-19 Maxwell Energy Products, Inc. Multi-electrode double layer capacitor having single electrolyte seal and aluminum-impregnated carbon cloth electrodes
US5905629A (en) * 1995-09-28 1999-05-18 Westvaco Corporation High energy density double layer energy storage devices
US5926361A (en) * 1995-09-28 1999-07-20 Westvaco Corporation High power density double layer energy storage devices
JP3460776B2 (ja) * 1996-11-18 2003-10-27 エルナー株式会社 電気二重層コンデンサ
JPH10270293A (ja) * 1997-03-26 1998-10-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気二重層コンデンサ
US5963418A (en) * 1997-05-02 1999-10-05 Cm Components, Inc. Multiple anode high energy density electrolytic capacitor
US5973913A (en) * 1997-08-12 1999-10-26 Covalent Associates, Inc. Nonaqueous electrical storage device
FR2773267B1 (fr) * 1997-12-30 2001-05-04 Alsthom Cge Alkatel Supercondensateur a electrolyte non aqueux et a electrode de charbon actif
EP0938109A3 (de) 1998-02-20 2003-06-04 Asahi Glass Company Ltd. Elektrischer Doppelschichtkondensator
JPH11307404A (ja) * 1998-04-24 1999-11-05 Isuzu Advanced Engineering Center Ltd 電気二重層キャパシタ及び正極用活性炭並びに電気二重層キャパシタの製造方法
US6631072B1 (en) * 1998-12-05 2003-10-07 Energy Storage Systems Pty Ltd Charge storage device
US6198623B1 (en) * 1999-01-29 2001-03-06 Telcordia Technologies, Inc. Carbon fabric supercapacitor structure
US6449139B1 (en) * 1999-08-18 2002-09-10 Maxwell Electronic Components Group, Inc. Multi-electrode double layer capacitor having hermetic electrolyte seal
US6456484B1 (en) * 1999-08-23 2002-09-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Electric double layer capacitor
JP2004513529A (ja) * 2000-11-09 2004-04-30 エフオーシー　フランケンブルク　オイル　カンパニー　エスト． スーパーキャパシタおよび当該スーパーキャパシタを製造する方法
TW535178B (en) * 2001-12-31 2003-06-01 Luxon Energy Devices Corp Cylindrical high-voltage super capacitor and its manufacturing method
TW200419606A (en) * 2003-03-24 2004-10-01 Luxon Energy Devices Corp Supercapacitor and a module of the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11721494B2 (en) 2017-02-20 2023-08-08 The Research Foundation For The State University Of New York Multi-cell multi-layer high voltage supercapacitor apparatus including graphene electrodes

Also Published As

Publication number Publication date
US20040032698A1 (en) 2004-02-19
AU1762200A (en) 2000-06-26
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JP2002532869A (ja) 2002-10-02
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CA2348668A1 (en) 2000-06-15
EP1138051B1 (de) 2006-04-19
EP1138051A4 (de) 2003-04-02
US20070195486A1 (en) 2007-08-23
JP5073069B2 (ja) 2012-11-14
US6920034B2 (en) 2005-07-19
WO2000034964A1 (en) 2000-06-15
US7009833B2 (en) 2006-03-07
US6631072B1 (en) 2003-10-07
DE69930957D1 (de) 2006-05-24

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