JP2008543084A - セパレータ支持電流コレクタをもつハニカムセル型ウルトラコンデンサ及びハイブリッドコンデンサ - Google Patents
セパレータ支持電流コレクタをもつハニカムセル型ウルトラコンデンサ及びハイブリッドコンデンサ Download PDFInfo
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Abstract
ウルトラコンデンサまたはハイブリッドコンデンサは、共通方向に沿って延び、その上に電流コレクタ構造体を支持するセルを有する、非導電性で、硬質または半硬質の、多孔質ハニカムセパレータ構造体を備える。電流コレクタ構造体は多孔質で、ハニカム構造体のセルの全内表面上に連続的に広がることができ、あるいはセルの内表面の分離領域上を共通方向に沿って延びることができる。材料は、コージェライト、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、アルミナ、ジルコン、ガラスまたはガラス−セラミックのような、酸化物セラミックまたは非酸化物セラミックとし得ることが望ましい。
Description
本出願は、米国特許法第１１９条ｅ項の下で、２００５年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６０/８６８３５４号の優先権の恩典を主張する。
本発明は全般的にはウルトラコンデンサ及びハイブリッドコンデンサに関し、特に、ハニカムセル型セパレータ構造体をそれに支持される電流コレクタとともに用いるエネルギー密度及び電力密度が高いウルトラコンデンサ及びハイブリッドコンデンサに関し、またその製造のための方法に関する。
一般に電気二重層コンデンサとも称される、ウルトラコンデンサはパルス電力または電力平準化が望ましいかまたは必要な多くの用途におそらくは有用である。これらの用途の範囲はセル式携帯電話のような小型装置からハイブリッド車のような大型装置にわたる。今日知られているウルトラコンデンサのエネルギー密度及び電力密度は、ハイブリッド車を含む、様々な用途について一般に望まれるであろうほどは高くない。
したがって、耐久性があり、容易に製造でき、エネルギー密度及び／または電力密度が高いデバイスが望ましい。
本発明の一態様にしたがえば、ウルトラコンデンサデバイスまたはハイブリッドコンデンサデバイスは、共通の方向に沿って延びるセルを有し、セルの内表面上に電流コレクタ構造体を支持する、非導電性で硬質または半硬質の多孔質ハニカム構造体を備える。電極がセル内にあって、セルに沿って延び、電極の内の少なくともいくつかは大表面積／非ガルヴァーニ型電極である。電解質が多孔質ハニカム構造体の細孔を介して電極と接している。得られるデバイスがウルトラコンデンサとなるように、電極の全てを大表面積／非ガルヴァーニ型とすることができ、あるいは、得られるデバイスがハイブリッドコンデンサとなるように、電極の内のいくつかをガルヴァーニ型電極とすることができる。
電流コレクタは、ハニカム構造体のセルの内表面上に支持することができて、２０μｍ、１０μｍ、さらには５μｍにも薄くすることができる。電流コレクタ構造体はセルに沿って少なくともある距離にわたりセルの内表面全体を覆うことができる。そのような場合、電流コレクタ構造体も多孔質であり、電流コレクタの細孔及びハニカムセパレータ構造体の細孔を介する、対向する電極との電解質の接触が可能になる。別の実施形態において、電流コレクタ構造体は、セルの内隅のような、セルの内表面の一部領域の上だけに支持することができる。そのような場合、電流コレクタ構造体は多孔質または無孔質とすることができる。
ハニカム構造体の平均セル密度は１５.５セル/ｃｍ２より高いことが望ましく、さらに高く、３１セル/ｃｍ２，６２セル/ｃｍ２，さらには１２４セル/ｃｍ２にもでき、なお一層高くできることが望ましい。
本発明の多孔質ハニカム構造体は、最終製品の高純度を保証するに役立たせるために高温処理を用いることができるように、３００℃ないしさらに高い温度で安定である材料で形成されることが望ましい。材料は、コージェライト、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、アルミナ、ジルコン、ガラスまたはガラス−セラミックのような、酸化物セラミックまたは非酸化物セラミックであることが望ましい。
本発明の一変型において、ハニカム構造体のセルの寸法は非一様とすることができ、セルの寸法または寸法差は、特定のハイブリッドコンデンサの化学的挙動にしたがって、使用のために最適化することができる。
本発明の別の態様において、本明細書に説明される本発明のデバイスを作成するための方法が提供される。
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者には説明から容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲を添付図面とともに含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも本発明の実施形態を提示し、特許請求されるような本発明の本質及び特性を理解するための概観または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
本発明の現在好ましい実施形態をここで詳細に参照する。実施形態の例は添付図面に示される。可能であれば必ず、図面を通して同じ参照数字が同じかまたは同様の要素を指して用いられる。
図１は、本発明にしたがうウルトラコンデンサデバイスまたはハイブリッドコンデンサデバイス１０の一実施形態の断面を示す。ウルトラコンデンサデバイス１０は、硬質または半硬質のセラミックまたは高分子材のハニカム構造体１２上及びハニカム構造体１２内に形成され、図１では断面図しか見られないが、ハニカムのセルは図面内で左方向及び右方向に延びている。ハニカム構造体１２は多孔質であって、細孔を介して対向する電極に接触するように、ハニカム構造体内の隣接するセル間の壁体内への電解質の浸透を可能にする。
ハニカム構造体は極めて大きな表面積対体積比を有し、電解質を介して構造体１２の壁体を通る電荷の容易な移動の達成を可能にする。さらに、ハニカム構造体１２の空間容積分率は、壁体厚及びセル密度を制御することによって制御することができる。ハニカムセパレータ構造体の使用により、分離だけでなく、完成デバイスの構造強度及び保全性も提供される。以下でさらに十分に説明されるであろうように、これらの属性は、頑丈で、エネルギー密度及び／または電力密度が高く、小型のウルトラコンデンサデバイスまたはハイブリッドコンデンサデバイスの作成に用いることができる。
ハニカム構造体１２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のような、熱可塑性及び／または熱硬化性の高分子材からなることができるが、ハニカム構造体は、非導電性である、（１）コージェライト、アルミナ、チタン酸アルミニウム、ムライト、ジルコン、ガラスまたはガラス−セラミックのようなセラミック材料、または（２）その他いずれかの酸化物セラミックまたは非酸化物セラミック−例えば、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４等−で作成されることが一層望ましい。これらのセラミック材料は３００℃ないしさらに高い処理温度に容易に耐えることができる。このことは、代表的なウルトラコンデンサ及びハイブリッドコンデンサの化学的挙動が電解質材料または電極材料内のいかなる不純物にも非常に敏感であるから、重要である。特に、最高性能有機電解質溶液は水に極めて敏感であり、最良の性能は水がない場合にしか得ることができない。非常に高い温度でセパレータ材料を処理するという選択肢は、最終製品において非常に低い不純物含有量及び非常に低い水含有量を迅速に達成する容易な方法を提供する。より一般的な高分子材セパレータにはこの利点が欠けている。
上述したように、ハニカムの多孔質壁体はハニカム構造体の隣接するセル間のセパレータとして利用される。隣接するセルは、図１に示されるように、セルの対向する末端でプラグ１４によって閉塞されることが望ましい。
電流コレクタ１６及び１８はハニカム構造体１２上に形成され、ハニカム構造体１２に支持される。電流コレクタ１６及び１８は、望ましくは、被覆または被着されるか、そうではなくともハニカム構造体１２の壁体と同形につくられた、多孔質導電層の形態で設けることができる。電流コレクタ１６及び１８は、用いられる電解質を介する以外にハニカム構造体１２内の隣接するセル間に電気的接触がないように、ハニカム構造体１２の多孔質壁体を実質的に貫通して延びることを避けるように構成される。電流コレクタ１６及び１８はハニカム構造体１２上に支持されるから、自立するに十分なほど厚い必要はなく、一般に従来のウルトラコンデンサまたはハイブリッドコンデンサの構造における電流コレクタ構造体より薄くすることができる。構造体１６及び１８は、少なくとも２０μｍないしさらに薄いことが望ましく、少なくとも１０μｍもの薄さであることがさらに望ましい。
ハニカム構造体１２の壁体で定められるハニカムセルには、電解質溶液で満たされた、利用可能表面積が大きな電極材料２０が収められ、溶液は導電層１６及び１８並びにハニカム構造体１２で定められた多孔質壁体にも浸透する。本発明に有用な電解質には、例えば、Ｈ２ＳＯ４，ＫＯＨのような水性電解質、及びプロピレンカーボネートまたはアセトニトリル内のテトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウムのような有機溶媒ベース電解質があり、また技術上既知のその他の電解質がある。
電極材料２０は非ガルヴァーニ型材料、すなわち、選ばれた電解質溶液内でデバイスの意図された動作電圧範囲内においてファラデー電流反応を受けない材料から選ばれる。そのような非ガルヴァーニ型電極材料は、望ましくは、活性炭及びカーボンナノチューブ、カーボンエーロゲル粉末、及び、グラファイト粉末、カーボンブラック、カーボンナノファイバ等の内の１つまたはそれより多くを、必要に応じてフルオロポリマーのような結合剤とともに、含有するカーボンペーストとすることができる。無炭素材料も用いることができる。
代替実施形態として、ハニカム構造体で形成されるセルの内のいくつかは、ハイブリッドコンデンサを形成するために１つまたはそれより多くの化学的に活性な電極材料で埋めることができる。ハイブリッド型コンデンサの形成に有用であるとして技術上知られている、そのような化学的に活性な、すなわち「ガルヴァーニ型」の電極材料には、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化鉛、酸化マンガン及びチタン酸リチウムがある。導電性フィラー及び結合剤はいずれも必要に応じる。結合剤は、存在するならば、フルオロポリマーまたはその他の適する材料とすることができる。
デバイス１０の両側は、デバイス１０の電気端子を形成するために金属ホイル２２及び２４あるいはその他の簡便な電流コレクタに接続されることが望ましい。他の電気的相互接続パターンも可能であることが容易に認められるであろうが、セル毎に逆極性のセルだけと接し、例えば、一方の極がホイル２２でデバイスの一方の側にあり、他方の極がホイル２４において対向側にあることが望ましいと思われる。
図２は本発明のデバイス及び方法に有用なハニカムセパレータ構造体１２の一実施形態の斜視図を示す。この実施形態において、それぞれのセルは正方形であり、それぞれ同じ寸法をもつ。構造体１２の個々のセルの壁体は、上述したような、図１の断面において、構造体１２について見られる壁体である。
図３は、電流コレクタ構造体１６及び１８で被覆されている、（図２の構造体と同様の）ハニカム構造体１２の簡略な斜視図を示す（ハニカム構造体１２のセル数が少ないこと並びに電流コレクタ構造体１６及び１８が比較的かなり厚いことはいずれも図示を容易にするための誇張である）。電流コレクタ構造体１６及び１８はハニカム構造体内をセルの共通方向に沿って延び、セルの内表面全体を覆う。そのような実施形態においては、電流コレクタ構造体１６及び１８並びにハニカム構造体１２の壁体のいずれにも電解質の浸透が可能になるように、電流コレクタ構造体も多孔質である。
本発明の別の実施形態として、電流コレクタ構造体１６及び１８はそれぞれのセルの内表面全体を覆う必要はない。図４は、電流コレクタ構造体３４が与えられたセルの内表面の複数の互いに連結されていない領域上、この場合はセルの内表面の内隅領域上を、セルの共通方向に沿って延びる、本発明の別の実施形態の、図３と同様の、簡略な斜視図である。図４の電流コレクタ構造体３４は、例えば、初めに図３の構造体１６及び１８によるようにセルの内表面全体を被覆し、次いで隅にある材料だけを残し、よって構造体３４を形成するように、連続構造体１６及び１８をエッチバックすることで作成することができる。あるいは、隅に優先的に被着させる被着プロセスを用いることができる。図４の実施形態の電流コレクタ構造体３４すなわち導電層の構造は、隣接セル間に直接的に存在する壁体を裸のままにしておくことで隣接するセル内の電極材料の最小限の分離を可能にし、しかも、それぞれのセル内を共通方向に沿って延びている４隅の個別の平行導電線によってセル内に良好な電流コレクタを存在させる。電流コレクタ構造体３４を形成する導電材料は多孔質または無孔質とすることができる。
本発明には他の現在利用できる技術と比較して、いくつかの利点がある。電流コレクタ構造体は硬質または半硬質のセパレータ構造体上に直接に支持されるから、電流コレクタ構造体を非常に薄くすることができ、本発明のデバイスではより大きな体積に大表面積電極材料を入れることが可能になる。
現在のウルトラコンデンサ構造では一般に、高エネルギー密度及び高電力密度に肝要な材料である、（体積で）約４０〜４５％の大表面積電極材料しか入っていない。対照的に、例えば、セル密度が４００セル/平方インチ（６２セル/ｃｍ２）で壁厚が５ミル（１２５μｍ）のセラミックハニカム構造体の前部開口面積（ＯＦＡ）は８０％である。これは、本発明によって可能になった比較的薄い電流コレクタ構造体を用いると、そのような構造体では全体積のほぼ８０％を活性材料で埋めるために利用できることを意味する。環境対応のための既存のハニカムセラミック材料製造技術で得られるセル密度が９００セル/平方インチ（１３９.５セル/ｃｍ２）で壁厚が２ミル（５０μｍ）の構造体のＯＦＡは８８％である。本発明のウルトラコンデンサまたはハイブリッドコンデンサは与えられた体積内の総電極体積を、一般的な電流デバイスに対して、ほぼ２倍にし、よって単位体積あたりのエネルギー密度も２倍にできる機会を提供する。
ハニカム構造体１２の単位面積あたりのセル数が多くなれば、電極材料上のどの点からでも最近接電流コレクタまでの距離が最小化され、したがって同じ体積のデバイスにおいて内部抵抗を低め、電力出力を高めることが可能になる。
高められたエネルギー密度及び電力密度を達成するためには、ハニカムセル密度が１００セル/平方インチ（１５.５セル/ｃｍ２）より大きく、望ましくは少なくとも２００セル/平方インチすなわち３１セル/ｃｍ２のハニカム構造体を用いることが有用である。さらに一層性能を高めるには、４００セル/平方インチ（６２セル/ｃｍ２）より高く、あるいは８００セル/平方インチ（１２４セル/ｃｍ２）ないしさらに高いセル密度を利用することが望ましい。現在は、１６００平方インチセル/（２４８セル/ｃｍ２）までの高セル密度及び１ミル（約２５μｍ）までの薄壁厚をもつハニカム構造体を製造することが可能である。ハニカム構造体支持電流コレクタを利用することにより、そのような高セル密度でさえも電流コレクタの容易な作成が可能になる。セパレータ支持電流コレクタ構造体を形成するために被着プロセス−寸法が小さく、アスペクト比が大きいセル内に連続被膜構造を成功裏に導入できるプロセス−を利用することにより、高性能デバイスを実現することができる。
本発明のセラミックハニカム構造体は、硬く、耐久性のあるパッケージ構造を提供し、同時に多孔質壁体がセパレータとして作用する。壁体の多孔度は５０％ないしそれより高い値に成功裏に調節できる。この値を一般的なセパレータについての３０〜４０％の多孔度と比較すれば、構造体を通る電解質の流れをより良くできることがわかる。
さらに、本発明のデバイスには、基本的にいかなるタイプの電極材料も用いることができる。例えば、所望の特性の組合せに依存して、グラファイト層間化合物、合成黒鉛、カーボンナノチューブまたはこれらの組合せを用いることができる。無炭素電極を用いることもできる。したがって、本発明のコンデンサの設計はフレキシブルであって、広範な要求を満たす。
本発明にしたがって構成されたコンデンサの別の可能な利点はコストにある。一般的なウルトラコンデンサデバイスではセパレータ及びパッケージ材料のコストが５０％に達する。セパレータが一体化されたハニカム構造体は、セラミックハニカム技術により大量工業生産において極めて低コストで製造できることが既に実証されているから、パッケージ及びセパレータのいずれをも比較的低いコストで提供する。ハニカムは有用なパッケージであるが、単なるパッケージではない。ハニカム構造体はデバイスに構造保全性を与える。
セラミックハニカム構造体は技術上一般によく知られた方法にしたがって作成される。所望の組成（ムライト、コージェライト等）に依存して、粘土または粉末化された無機酸化物及び無機水酸化物のような適切な粉末原材料が適切な割合で混合され、次いでメチルセルロース結合剤のような結合剤及び可塑剤が、適切な量の水とともに、バッチに加えられる。バッチは、必要に応じて加えられる細孔形成剤とともに、混合され、次いで所望のセル密度及び壁体厚をもつダイを通して押し出される。押し出されたハニカム構造体は次いで乾燥され、結合剤（及び、存在すれば細孔形成剤）を焼尽させ、焼結して、前部開口面積の大きな、強固で多孔質のハニカム構造体にするために、適切な温度（例えば、コージェライトについては〜１５００℃）で焼成される。ハニカムセルの断面は、円形、矩形、三角形、六角形、またはその他の所望の形状とすることができる。
次いで、望ましくは、ハニカムの一方の面上の交互するセル開口をプラグで塞ぐことができる（交互するプラグ／コレクタ構造が可能であることは認められるであろう）。プラグ１４は無機粉末を結合剤とともに含むことができ、次いで、結合剤を除去し、プラグを焼結するために再び焼成される。別の方法において、プラグ１４は、セラミックハニカムと良好な接合を形成し、電解質と適合する、エポキシ樹脂、フルオロポリマー、シリコーン樹脂またはその他の高分子材のような材料の、有機高分子材プラグとすることができる。また別の実施形態として、プラグ閉塞ハニカム構造体は、技術上既知であるように、一プロセス工程で成形するかまたは押し出すことができる。どのプロセスが用いられようとも、ハニカム構造体の他方の面も同様にプラグで塞がれ、構造体の幾何学的形状が図１に示すようになることが保証される。
ハニカム構造体１２の材料に対するセラミックの代替として、高分子材ハニカムを、高分子材粉末の押出し、射出成形または技術上既知のその他の高分子材成形法によって作成することができ、同様に、両端を交互にプラグで塞ぐことができる。上述したように、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のような、熱可塑性及び熱硬化性の高分子材を用いて高分子材ハニカムを作成することができる。
次いで、電気めっき、インクジェット印刷及び後続する焼結、溶融金属内浸漬被覆、金属粒子のスラリーによるスラリー被覆、熱蒸着、ＣＶＤ、スパッタリング、電子ビーム蒸着またはその他の適する技法のような、様々な技法の内のいずれかによる被膜形成によるようにして、ハニカムの内壁上に金属電流コレクタが配置される。これらの技法は技術上一般に知られている。
非ガルヴァーニ型電極材料、例えば活性炭は、天然前駆物質または合成前駆物質のような、所望のいずれかの前駆物質から得ることができる。活性炭は標準的な大表面積活性炭、あるいは表面積が比較的小さくなり得る（例えばＫ層間添加のような）層間添加プロセスでつくられた炭素とすることができる。カーボンナノチューブも、活性炭粉末とともに、あるいは活性炭粉末無しに、電極材料に配合剤として用いることができる。接続性及び導電性を向上させるための電極へのその他の添加剤には、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノファイバ、金属粉末等のような粉末を含めることができる。選ばれた割合の上記成分の混合物がつくられることが望ましい。必要に応じて、電極ペーストの作成に役立たせるために高分子結合剤のような結合剤を加えることができる。少なくとも今のところはカーボンが好ましいであろうと認められるが、本発明の状況において用いられ得る電極材料はカーボンに限定されない。
図１に示されるようなデバイスを集成するための有用な一方法は、上述したような所望の形状寸法及び組成のプラグ閉塞ハニカムを作成する工程を含む。壁体の金属被膜形成工程がこれに続くことができる。金属被膜形成工程後、ハニカムに電解質を含浸させることができる。次いで、電極ペーストがハニカムのセル内に絞り入れられる。電極ペーストが一杯に入った後に、電解質をさらにデバイス内に拡散させることができる。次いで、上面及び底面の金属コンタクトが所定の位置に取り付けられ、デバイスが適切な容器に封入されて、完成パッケージがつくられる。
セラミックハニカム構造体の代表的な幾何学的形状は、図５の簡略な断面に表されるように、正方形セルを有する。必要ではないが、最高のエネルギー密度及び電力密度のためには、図５に符号で示されるように、セルが交互に、いずれの方向にも、逆極性となるべきである。
しかし、本発明のハニカム構造体は正方形セルに限定されない。それぞれの合壁点において合する壁が偶数になるいかなるセル形状も、全てのセル境界を極性境界とするに望ましい能力を保持できる。これが図６〜８に簡略に示される。
図６は、６つの壁がそれぞれの合壁点で合する三角形のセル形状の例を示し、全ての壁が極性境界であるように極性を配置できる。本発明のこの別実施形態はその機械的強度のために望ましいであろう。
図７及び８はセルが１つの規格寸法からなってはいない形状の例を示す。図７に表されるセル形状には、それぞれの総面積が異なる、４つの相異なる矩形がある。図８に表されるセル形状には、大面積六角形の間に小面積三角形が配されている。配分面積がセル間で不等な、本発明のこれらの別実施形態は、特に、１つまたはそれより多くのガルヴァーニ型電極が用いられる本発明の実施形態に、すなわちハイブリッドコンデンサ実施形態に、用いられるべきである。特定のハイブリッドコンデンサの化学的挙動は不等寸法の電極でしか最適化されない。不等寸法セルをもつ多孔質ハニカム構造体では、ハイブリッドコンデンサデバイスの２つの異なるタイプの電極を保持できる機械的に強いセパレータ構造体を提供し、ハイブリッドコンデンサデバイスの最適化された性能を保証するように、それぞれの電極の寸法が定められ、制御される。
ハニカム壁体上の金属被膜のいくつかの能力を実証するために実験を行った。セル密度が６００セル/平方インチ（１８６セル/ｃｍ２）で壁厚が４ミル（１００μｍ）の、コージェライトハニカム構造体に浸漬被覆によってコロイド状銀の被膜を形成した。この特定のハニカムの壁体の多孔度は４０％であった。ハニカム壁体を電気的に連続な銀被膜で完全に被覆した。最も重要なことはハニカムの細孔構造への銀粒子の侵入がないことをハニカムの破断面が示したことであり、これは浸漬被覆が金属被膜形成に用い得る手法であることを示す。図９は、得られた被覆ハニカム構造体内の交差部の研磨された断面の、ハニカム材料３６，ハニカム材料内の細孔３８，及びハニカム材料３６の表面上には被着されているが細孔３８内には無い銀層４０を示す、×２５０の倍率でとられた、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）後方散乱電子像である。図９の像から明らかなように、被着厚は隅で大きくなる傾向があり、これによって図４に関して上で説明したような電極構造を形成するためのエッチバックプロセスが可能になるであろう。
アルミニウムを、セル密度が６００セル/平方インチ（１８６セル/ｃｍ２）で壁厚が４ミル（１００μｍ）の寸法のコージェライトハニカム構造体上に熱蒸着した。密着性に優れたアルミニウム被膜が壁体上に得られた。被膜の多孔度を水滴下試験によって実証した。
１０ ウルトラコンデンサデバイス
１２ 多孔質ハニカム構造体
１４ プラグ
１６，１８ 電流コレクタ構造体
２０ 電極材料
２２，２４ 金属ホイル
１２ 多孔質ハニカム構造体
１４ プラグ
１６，１８ 電流コレクタ構造体
２０ 電極材料
２２，２４ 金属ホイル
Claims (10)
- ウルトラコンデンサデバイスまたはハイブリッドコンデンサデバイスにおいて、前記デバイスが、
共通の方向に沿って延びるセルを有する非導電性で硬質または半硬質の多孔質ハニカムセパレータ構造体、
前記セルの内の第１のセル及び第２のセルのそれぞれの中にあり、前記第１のセル及び前記第２のセルに沿って延びる、少なくとも第１及び第２の電極であって、少なくとも前記第１の電極は大表面積／非ガルヴァーニ型電極である電極、
前記第１のセルに沿って延び、前記第１の電極と電気的に接触している、前記セパレータ構造体上に支持された、少なくとも１つの電流コレクタ構造体、及び
前記多孔質ハニカム構造体の細孔を介して前記第１及び第２の電極と相互に接している電解質、
を備えることを特徴とするデバイス。 - 前記電流コレクタ構造体が前記第１のセルの内表面全体の上で前記共通の方向に沿って少なくともある程度延びる導電材料の多孔質層を有し、前記電解質が、前記多孔質ハニカム構造体の細孔を介して、及び前記多孔質導電体材料層の細孔を介して、前記第１及び第２の電極と相互に接していることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
- 前記電流コレクタ構造体が前記第１のセルの内表面全体の複数の相互に連結していない領域上で前記共通の方向に沿って少なくともある程度延びることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
- 前記第１のセルの内表面が内隅を有し、前記電流コレクタ構造体が、主として前記第１のセルの内表面の前記内隅において、前記共通の方向に沿って少なくともある程度延びることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
- 前記電流コレクタ構造体が多孔質金属層を含むことを特徴とする請求項３または４に記載のデバイス。
- 前記電流コレクタ構造体が無孔質金属層を含むことを特徴とする請求項３または４に記載のデバイス。
- 前記電流コレクタ構造体の厚さが約２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記電流コレクタ構造体の厚さが約１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記ハニカム構造体が酸化物セラミック材料または非酸化物セラミック材料を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記セラミック材料が、コージェライト、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、アルミナ、ジルコン、ガラス及びガラス−セラミックの内の１つであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のデバイス。
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