JP2011129952A - 電荷蓄積装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の電極21と、第1の電極21に対向し、第1の電極21から間隔をあけられた第2の電極23と、電極間に配置された多孔質セパレータ25と、電極、セパレータ、および電極が浸漬された電解質を収納する封止パッケージと、第1の電極21および第2の電極23にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、この装置の重量FOMは約2.1ワット/グラムより大きい。
【選択図】図2
Description
第1の電極と、
第1の電極に対向し、第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータ、および電極が浸漬された電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、この装置の重量FOMは約2.1ワット/グラムより大きい。
第1の電極を提供するステップと、
第2の電極を第1の電極に対向し第1の電極から間隔をあけて配置するステップと、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電解質を封止パッケージ内に収納するステップとを含み、上記電極は電解質に浸漬されており、上記方法はさらに、
第1の端子および第2の端子を、上記パッケージから延びるこれらの端子がそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップとを含み、上記装置の重量FOMは約2.1ワット/グラムより大きい。
第1の電極と、
第1の電極と対向し第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび中に電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、この装置の容積FOMは約3.2ワット/cm3より大きい。
第1の電極を提供するステップと、
第2の電極を第1の電極に対向し第1の電極から間隔をあけて配置するステップと、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電解質を封止パッケージ内に収納するステップとを含み、上記電極は電解質に浸漬されており、上記方法はさらに、
第1の端子および第2の端子を、上記パッケージから延びるこれらの端子がそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップとを含み、上記装置の容積FOMは約3.2ワット/cm3より大きい。
第1の導電性基板を有する第1の電極と、
第1の基板上に支持され、かつ400m2/グラムより大きい表面積を有する炭素から形成される第1の炭素層と、
第2の導電性基板を有する第2の電極と、
第2の基板上に支持され、400m2/グラムより大きい表面積を有する炭素から形成される第2の炭素層と、
電極間に配置される多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される有機電解質を収納する封止パッケージとを含み、第1の層と第2の層とは対向し間隔をあけられており、上記装置はさらに、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子を含み、この装置の容積FOMは約1.1ワット/cm3より大きい。
第1の導電性基板を有する第1の電極を提供するステップと、
第1の炭素層を第1の基板上に支持するステップとを含み、第1の層は400m2/グラムより大きい表面積を有する炭素から形成されており、上記方法はさらに、
第2の導電性基板を有する第2の電極を提供するステップと、
第2の基板上に第2の炭素層を支持するステップとを含み、第2の層は400m2/グラムより大きい表面積を有する炭素から形成されており、上記方法はさらに、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される有機電解質を封止パッケージ内に収納するステップを含み、第1および第2の層は対向し間隔をあけられており、上記方法はさらに、
第1の端子および第2の端子を、これらの端子が上記パッケージからともに延び、それぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップを含み、この装置の容積FOMは約1.1ワット/cm3より大きい。
第1の電極と、
第1の電極に対向し、第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータ、および電極が浸漬される電解質を収納するための封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、この装置の応答時間(T0)は約0.09秒未満である。
第1の電極を提供するステップと、
第1の電極から対向し第1の電極から間隔をあけられた第2の電極を提供するステップと、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を封止パッケージに収納するステップと、
第1の端子および第2の端子を、これらの端子が上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップとを含み、この装置の応答時間(T0)が約0.09秒未満である。
第1の電極と、
第1の電極と対向し第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、この装置の重量当たりの最大電力は約12.5ワット/グラムより大きい。
第1の電極を提供するステップと、
第1の電極に対向し第1の電極から間隔をあけて第2の電極を配置するステップと、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電解質を封止パッケージ内に収納するステップとを含み、上記電極は上記電解質に浸漬されており、上記方法はさらに、
第1の端子および第2の端子を、上記パッケージから延びるこれらの端子がそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップを含み、この装置の重量当たりの最大電力は約12.5ワット/グラムより大きい。
第1の電極と、
第1の電極に対向し、第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、この装置の容積当たりの最大電力は約35ワット/cm3より大きい。
第1の電極を提供するステップと、
第1の電極に対向し第1の電極から間隔をあけて第2の電極を配置するステップと、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータ、および電解質を封止パッケージ内に収納するステップとを含み、上記電極は上記電解質に浸漬されており、上記方法はさらに、
第1の端子および第2の端子を、これらの端子が上記パッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップを含み、この装置の容積当たりの最大電力は約35ワット/cm3より大きい。
第1の電極と、
第1の電極に対向し、第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれに電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、この装置の時定数は約0.03秒未満である。
第1の電極を提供するステップと、
第1の電極に対向し第1の電極から間隔をあけて第2の電極を提供するステップと、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を封止パッケージに収納するステップと、
第1の端子および第2の端子を、これらの端子が上記パッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップとを含み、この装置の時定数は約0.03秒未満である。
それぞれの第1のタブがそこから延びる複数の第1のシート電極と、
第1の電極と互い違いにされ、それぞれの第2のタブがそこから延びる複数の第2のシート電極と、
隣接する電極間に配置された多孔質セパレータ手段と、
電極、セパレータ手段および電解質を収納する封止パッケージとを含み、これによって、第1のタブは第1の端子に電気的に接続され、第2のタブは第2の端子に電気的に接続され、第1および第2の両端子がパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
それぞれの第1のタブがそこから延びる複数の第1のシート電極を提供するステップと、
複数の第2のシート電極と第1の電極とを互い違いにするステップとを含み、第2のシート電極はそこから延びるそれぞれの第2のタブを有し、上記方法はさらに、
隣接する電極間に多孔質セパレータ手段を配置するステップと、
電極、セパレータ手段および電解質を封止パッケージ内に収納するステップと、
第1のタブを第1の端子に、かつ第2のタブを第2の端子に電気的に接続するステップとを含み、第1および第2の両端子が上記パッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
第1のシート電極と、
第1のシート電極に隣接して配置された第2のシート電極とを含み、これにより電極はそれぞれの長さで折り返され、上記装置はさらに、
隣接する電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電解質を収納する封止パッケージとを含み、これにより第1の電極は第1の端子に電気的に接続され、第2の電極は第2の端子に電気的に接続され、第1および第2の両端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
第1のシート電極を提供するステップと、
第1の電極に近接して第2のシート電極を配置するステップと、
電極をそれらのそれぞれの長さで折り返すステップと、
隣接する電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電解質をパッケージ内に封止するステップと、
第1の電極を第1の端子に、かつ第2の電極を第2の端子に電気的に接続するステップとを含み、第1および第2の両端子は上記パッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
第1の端子に電気的に接続されている第1の電極と、
第1の電極に近接して配置され、かつ第2の端子に電気的に接続されている第2の電極と、
第1の電極に近接して配置され、かつ第2の端子に電気的に接続されている第3の電極と、
隣接する電極間に配置された1つ以上の多孔質セパレータと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質を収納するパッケージとを含み、これにより上記端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
第1の電極を提供するステップと、
第1の電極を第1の端子に電気的に接続するステップと、
第2の電極を第1の電極に近接して配置するステップと、
第2の電極を第2の端子に電気的に接続するステップと、
第3の電極を第1の電極に近接して配置するステップと、
第3の電極を第2の端子に電気的に接続するステップと、
隣接する電極間に1つ以上の多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質をパッケージ内に収納するステップとを含み、これにより、上記端子は上記パッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
電解質を収納する封止キャビティを規定するパッケージと、
各々が、キャビティ内に位置付けられた第1の端部とパッケージ外部の第2の端部との間に延びる、2つの間隔をあけられたキャパシタ端子と、
キャビティ内に位置付けられ、かつ電解質と接触している第1のキャパシタセルとを含み、第1のセルは第1の予め定められた時定数と、それぞれのキャパシタ端子に電気的に接続された2つのセル端子との両方を有し、上記装置はさらに、
キャビティ内に位置付けられ、電解質と接触し、第1のセルに対して間隔をあけた構成で維持される第2のキャパシタセルを含み、第2のキャパシタセルは第2の予め定められた時定数と、それぞれのキャパシタ端子に電気的に接続された2つのセル端子との両方を有する。
パッケージにより規定された封止キャビティに電解質を収納するステップと、
各々が、キャビティ内に位置付けられた第1の端部とパッケージ外部の第2の端部との間に延びる、2つの間隔をあけたキャパシタ端子を提供するステップと、
キャビティ内に電解質と接触させて第1のキャパシタセルを位置付けるステップとを含み、第1のセルは、第1の予め定められた時定数と、それぞれのキャパシタ端子に電気的に接続された2つのセル端子との両方を有し、上記方法はさらに、
第2のキャパシタセルをキャビティ内に電解質に接触させて、かつ第1のセルに対して間隔をあけた構成で維持されるよう位置付けるステップを含み、第2のセルは、第2の予め定められた時定数と、それぞれのキャパシタ端子に電気的に接続された2つのセル端子との両方を有する。
第1の端子に電気的に接続され、かつ少なくともその一方上に第1のコーティングを有する第1のシート電極を含み、このコーティングは予め定められた変動的な厚さであり、上記装置はさらに、
第1の電極に近接して配置され、かつ第2の端子に電気的に接続されている第2の電極と、
隣接する電極間に配置された1つ以上の多孔質セパレータと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質を収納するパッケージとを含み、これにより端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
第1のシート電極を提供するステップと、
第1の電極を第1の端子に電気的に接続するステップと、
第1の電極の少なくとも一方側上に第1のコーティングを施すステップとを含み、このコーティングは予め定められた変動的な厚さであり、上記方法はさらに、
第2の電極を第1の電極に近接して配置するステップと、
第2の電極を第2の端子に電気的に接続するステップと、
1つ以上の多孔質セパレータを隣接する電極間に配置するステップと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質をパッケージ内に収納するステップとを含み、これにより端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
第1の端子に電気的に接続され、かつその一方側上に第1のコーティング、およびその他方側上に第2のコーティングを含む第1のシート電極を含み、第1のコーティングは第1の予め定められた厚さであり、第2のコーティングは第2の予め定められた厚さであり、上記装置はさらに、
第2の端子に電気的に接続され、かつ第1の電極の一方側に近接して配置された第2のシート電極を含み、この第2の電極はその一方側上に第3の予め定められた厚さの第3のコーティングを含み、この第3のコーティングは第1のコーティングと対向しており、上記装置はさらに、
第2の端子に電気的に接続され、かつ第1の電極の他方側に近接して配置された第3の電極を含み、この第3の電極はその一方側上に第4の予め定められた厚さの第4のコーティングを含み、この第4のコーティングは第2のコーティングと対向しており、上記装置はさらに、
隣接する電極間に配置された1つ以上の多孔質セパレータと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質を収納するパッケージとを含み、これにより端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
第1のシート電極を提供するステップと、
第1の電極を第1の端子に電気的に接続するステップと、
第1の電極の一方側に第1のコーティングを、かつ他方側に第2のコーティングを施すステップとを含み、第1のコーティングは第1の予め定められた厚さであり、第2のコーティングは第2の予め定められた厚さであり、上記方法はさらに、
第2の電極の一方側に第3のコーティングを施すステップを含み、第3のコーティングは第3の予め定められた厚さであり、前記方法はさらに、
第2のシート電極を、第3のコーティングが第1のコーティングに対向するように第1の電極に近接して配置するステップと、
第2の電極を第2の端子に電気的に接続するステップと、
第4の予め定められた厚さの第4のコーティングを第3の電極に与えるステップと、
第4のコーティングが第2のコーティングに対向するように、第3の電極を第1の電極に近接して配置するステップと、
第3の電極を第2の端子に電気的に接続するステップと、
1つ以上の多孔質セパレータを隣接する電極間に配置するステップと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質をパッケージ内に収納するステップとを含み、これにより、端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする。
基板と、
上記基板上にコーティングされた、プロトン化されたカルボキシメチルセルロースの懸濁物と混合された炭素粒子とを含む。
カーボン粒子と、少なくとも1対の電極の対向する面上にコーティングされた、プロトン化されたカルボキシメチルセルロースの懸濁物との混合物を有する、少なくとも1対の電極と、
上記少なくとも1対の電極の上記対向する面の間に位置付けられたセパレータと、
このセパレータを湿らす電解質とを含む。
発泡しない炭素から形成された第1の層を有する第1の電極と、
発泡しない炭素から形成された第2の層を有する第2の電極とを含み、第2の層は第1の層に対向し第1の層から間隔をあけられており、上記装置はさらに、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、第1および第2の層を形成するのに用いられる炭素の表面積は20m2/グラムより大きい。
第1の電極を発泡しない炭素から形成された第1の層でコーティングするステップと、
第2の電極を発泡しない炭素から形成された第2の層でコーティングするステップと、
第1の層と第2の層とを間隔をあけた構成で対向させるステップと、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を封止パッケージにまとめて収納するステップと、
第1の端子および第2の端子を、これらの電極がともに上記パッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップとを含み、第1および第2の層を形成するのに用いられる炭素の表面積は20m2/グラムより大きい。
第1の基板およびこの基板によって支持された第1の炭素層を有する第1の電極を含み、上記層は少なくとも約400m2/グラムの表面積を有する炭素から形成されており、上記装置はさらに、
第2の基板および第2の基板によって支持された第2の炭素層を有する第2の電極を含み、この第2の層は少なくとも約400m2/グラムの表面積を有する炭素から形成されており、第2の層は第1の層と対向し第1の層から間隔をあけられ、上記装置はさらに、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、この装置の重量当たりの最大電力は約4.8ワット/グラムより大きい。
第1の基板およびこの基板によって支持された第1の炭素層を有する第1の電極を提供するステップを含み、第1の炭素層は少なくとも約400m2/グラムの表面積を有する炭素から形成されており、上記方法はさらに、
第2の基板および第2の基板によって支持された第2の炭素層を有する第2の電極を提供するステップを含み、第2の層は少なくとも400m2/グラムの表面積を有する炭素から形成されており、第2の層は第1の層に対向して第1の層から間隔をあけられており、上記方法はさらに、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を封止パッケージ内に収納するステップと、
第1の端子および第2の端子を、これらの端子が上記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップとを含み、この装置の重力当たりの最大電力は約4.8ワット/グラムより大きい。
ハウジングと、
第1および第2の電荷蓄積容量をそれぞれ有する第1および第2の対向する電極とを含み、これらの電極はハウジング内に配置され、第1の電荷蓄積容量が第2の電荷蓄積容量より大きく、上記装置はさらに、
電極の中間にあるセパレータと、
ハウジング内に配置され、かつ電極と電荷をやり取りする電解質とを含む。
好ましい形態では、第1の電荷蓄積容量と第2の電荷蓄積容量との比は、約9:7から2:1の範囲内にある。より好ましくは、この比は約5:3から2:1の範囲内にある。
第1および第2の電荷蓄積容量をそれぞれ有する第1および第2の対向する電極をハウジング内に配置するステップを含み、第1の電気蓄積容量は第2の電荷蓄積容量より大きく、上記方法はさらに、
電極の中間にセパレータを配置するステップと、
電極と電荷をやり取りするためにハウジング内に電解質を設けるステップとを含む。
ハウジングと、
ハウジング内に配置された第1のシート電極と、
第1のシート電極に近接し、かつ対向してハウジング内に配置された第2のシート電極と、
第1の電極の実質上すべてを包み、かつ間隔をあけた構成で電極同士を維持するためのセパレータと、
電極の中間に配置される電解質と、
それぞれの電極から延び、かつハウジングの外側で終わり電極への外部電気接続を可能にする2つの端子とを含む。
少なくとも2つの対向するシート電極をハウジング内に配置するステップと、
電極のうちの第1のものの実質上すべてをセパレータで包み、間隔をあけた構成で電極を維持するステップと、
電極の中間に電解質を配置するステップと、
それぞれの電極から延び、かつハウジングの外側で終わり電極への外部電気接続を可能にする2つの端子を設けるステップとを含む。
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、かつパッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子を含む。
炭素粒子のコーティングをそれぞれ有する2つの電極を対向させるステップを含み、これらの粒子は予め定められた公称直径を有し、コーティングはこの公称直径より大きいが公称直径のオーダである厚さを有し、上記方法はさらに、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を封止パッケージに収納するステップと、
第1の端子および第2の端子を、上記パッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップとを含む。
第1の電極と、
第1の電極と対向しかつ間隔を空けられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収容するための封止パッケージと、
第1の端子および第2の端子とを含み、それらはそれぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続されかつ両者ともパッケージから延在してそれぞれの電極への外部からの電気的接続をもたらし、装置の重量FOMは約2.1ワット/グラムよりも大きい、電荷蓄積装置が提供される。
E0=1/2CV2
式中、C=−1/(2πf0Z″)であり、Vは装置の定格電圧である。次にE0を装置の質量およびT0で除することにより、重量効果尺度が計算される。すなわち、以下の式のとおりとなる。
重量FOM=E0/(m.T0)
重量効果尺度は、1998年12月7〜9日、フロリダ、ディアフィールドビーチで開催された「2層キャパシタおよび同様のエネルギ蓄積装置に関する第8回国際セミナー」("8th International Seminar on Double Layer Capacitors and Similar Energy Storage Devices")のための「電気化学キャパシタのパルス電力パフォーマンス:現在市販の装置の技術的実情」("Pulse Power Performance of Electrochemical Capacitors: Technical Status of Present Commercial Devices")と題される論文でジョン・R・ミラー(John R. Miller)により提案された。この論文の中の教示および開示は相互参照により本明細書中に援用される。
高表面積炭素
導電性炭素
結合剤
界面活性剤および
水である。
この実施例では、電解質は炭酸プロピレン(PC)に溶解されたテトラエチルアンモニウムテトラフルオロホウ酸塩(TEATFB)の1.0Mの溶液からなる。すなわち、1リットルの溶液中217グラムのTEATFBである。電解質中の水の量は絶対最小値に保たれ、好ましくは50ppmよりも少ない。したがって、シグマアルドリッチ社が生産するような無水物PCが用いられる。さらに、TEATFBは使用に先立って徹底的に乾燥される。約6時間または水分含有量を十分に減じるのに足る時間の間、160℃の真空オーブン乾燥によってこの乾燥が達成される。
この発明の代替的な実施例が図3および図4に示される。この実施例では、基本的な容量ユニットは、図4に最もよく示されるように、ともに折り曲げられた2つの同様のシート電極35および36を含む。各々のシート電極は矩形であり、4つの隣接する端縁37、38、39および40を含む。それぞれ開口43および44を有する対称に間隔を空けられた2つのタブ41および42は、端縁40から外向きに延在する。これらのタブは、複数の同様のタブとともにそれらが接続されかつキャパシタ1の端子11または12にまとめて電気的に結合されるという点において、図2のタブ22および24と同様に機能する。
例1
図5から図7に概略的に示されるように、スーパーキャパシタ51は第1の複数の間隔を空けられた矩形のアルミニウムシート52の形の第1の電極を含む。第2の複数の間隔を空けられた矩形のアルミニウムシート53の形の第2の電極は、シート52と交互に配されかつそれらと対向する。複数の多孔質セパレータ54は隣接するシート52と53の間に介在される。矩形の封止されたプラスチックパッケージ55は、電極52および53、セパレータ54ならびに電極が浸漬される電解質56を収容する。この実施例では、電解質はTEATFBを用いたアセトニトリルである。矩形のタブ57および矩形のタブ58は一体となるように形成され、シート52および53のそれぞれから上方向に延在する。タブ57は端子59に当接しかつ電気的に接続され、タブ58は端子60に当接しかつ電気的に接続される。この電気的接続はこの実施例では超音波溶接によってもたらされる。端子59と60の両者は、パッケージ55から延在してそれぞれの電極への外部からの電気的接続をもたらす。
この発明に従って作られたスーパーキャパシタ71の別の具体例が図8および図9に概略的に示される。これらの図面では、対応する参照番号によって対応する特徴が示される。
この発明に従って作られたスーパーキャパシタの別の具体例は、図8および図9に示されたのと同じ構造のものである。しかしながら、この実施例では、各々20枚のシート52および53、すなわち合計で40枚のシートが用いられる。これにより電極の総面積320cm2が与えられる。
図10、図11および図11Aにはスーパーキャパシタ81が示され、対応する参照番号によって対応する特徴が示される。上述の他の例と同様に、シート電極が用いられる。しかしながら、これらのシートはクレジットカードまたはスマートカードのサイズのパッケージ82内に収容される。
スーパーキャパシタ90の形の多重または複合電荷蓄積装置が図18に概略的に示される。スーパーキャパシタ90は、アルミニウムシート94および96によってまとめて規定される第1のシート電極を含む。他の実施例では、単一の折り曲げられたシートが用いられる。当業者には単一のシートを用い得ることも認められるであろう。
スーパーキャパシタ99の形の代替的な多重または電荷蓄積装置が図19に概略的に示される。このスーパーキャパシタは、第1の端子(図示せず)に電気的に接続されかつ第1の予め定められた厚みを有する第1のコーティング102をその片側に含む、第1のシート電極100を含む。第2のシート電極103は、第2の端子(図示せず)に電気的に接続され、電極100に隣接して配置される。第2の電極はその片側に、第2の予め定められた厚みを有する第2のコーティング106を含む。示されたように、コーティング106はコーティング102と対向する。
Pmax=V2/4R
式中、Vはキャパシタの最大動作電圧であり、Rはキャパシタの単純RCモデルから定められた抵抗である。
1.端子、
2.アルミニウム電極、
3.電極/炭素インターフェイス、
4.炭素粒子間インターフェイス、
5.炭素層の中の電解質および
6.セパレータの中の電解質、である。
・電解質によって与えられる、電流径路の長さしたがって抵抗を最小化する、薄い非常に多孔質のセパレータ、
・単位体積当りの高容量を依然として提供しながら、アルミニウム電極に炭素を介した短い電流径路を提供するための(約100ミクロンよりも薄い)高表面積炭素の薄い層、
・炭素層の導電性を向上させるための導電性カーボンブラックを含む炭素の混合および
・(1.0モルのオーダの)高濃度の塩を含む電解質、である。
Claims (51)
- 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第1の電極に対向し、第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータ、および電極が浸漬された電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、前記装置の重量FOMは約2.1ワット/グラムより大きい、電荷蓄積装置。 - 約2.5ワット/グラムから3ワット/グラム、または
約3ワット/グラムから約3.5ワット/グラム、または
約3.5ワット/グラムから約5ワット/グラム、または
約5ワット/グラムより大きい、
のうちのいずれかの範囲内にある重量FOMを含む、請求項1に記載の装置。 - 第1の電極および第2の電極が容量セルを形成し、前記装置は、パッケージ内に配置された複数の同様のセルを含み、各セルが前記パッケージ内で他の1つのセルと並列または直列のいずれかで電気的に接続される、請求項1に記載の装置。
- 前記容量セルまたは各容量セルの最大動作電圧が、
約3.5ボルトから4ボルト、または
約3ボルトから3.5ボルト、または
約3ボルト未満、
の範囲内にある、請求項3に記載の装置。 - 第1の電極および第2の電極が、それぞれ第1の炭素コーティングおよび第2の炭素コーティングを含み、これらのコーティングにおいて用いられる炭素の表面積が20m2/グラムより大きい、請求項1に記載の装置。
- 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第1の電極と対向し第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび中に電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、前記装置の容積FOMは約3.2ワット/cm3より大きい、電荷蓄積装置。 - 約3.2ワット/cm3から4ワット/cm3、または
約4ワット/cm3から5ワット/cm3、または
約5ワット/cm3から7ワット/cm3、または
約7ワット/cm3から8ワット/cm3、
の範囲内にある容積FOMを有する、請求項6に記載の装置。 - 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の導電性基板を有する第1の電極と、
第1の基板上に支持され、かつ400m2/グラムより大きい表面積を有する炭素から形成される第1の炭素層と、
第2の導電性基板を有する第2の電極と、
第2の基板上に支持され、400m2/グラムより大きい表面積を有する炭素から形成される第2の炭素層と、
電極間に配置される多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される有機電解質を収納する封止パッケージとを含み、第1の層と第2の層とは対向し間隔をあけられており、前記装置はさらに、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子を含み、前記装置の容積FOMは約1.1ワット/cm3より大きい、電荷蓄積装置。 - 前記炭素の表面積が、少なくとも1200m2/グラムである、請求項8に記載の装置。
- 少なくとも1つ以上の層が、1種類より多くの炭素を含む、請求項8に記載の装置。
- 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第1の電極に対向し、第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータ、および電極が浸漬される電解質を収納するための封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、前記装置の応答時間(T0)は約0.09秒未満である、電荷蓄積装置。 - T0が、
約0.09秒から10−2秒、または
約10−2秒から10−3秒、または
約10−3秒から約10−4秒、または
約5×10−5秒未満、
の範囲内にある、請求項19に記載の装置。 - 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第1の電極と対向し第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、前記装置の重量当たりの最大電力は約12.5ワット/グラムより大きい、電荷蓄積装置。 - 約12.5ワット/グラムから15ワット/グラム、または
約15ワット/グラムから17ワット/グラム、または
約17ワット/グラムから26ワット/グラム、または
約26ワット/グラムより大きい、
の範囲内に重量当たりの最大電力を有する、請求項13に記載の装置。 - 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第1の電極に対向し、第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、前記装置の容積当たりの最大電力は約35ワット/cm3より大きい、電荷蓄積装置。 - 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の電極と、
第1の電極に対向し、第1の電極から間隔をあけられた第2の電極と、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、前記装置の時定数は約0.03秒未満である、電荷蓄積装置。 - 約0.03秒から10−2秒、または
約10−2秒から10−3秒、または
約10−3秒から10−4秒、または
約10−4秒から10−5秒、または
約10−5秒未満、
の範囲内にある時定数を有する、請求項16に記載の装置。 - 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
それぞれの第1のタブがそこから延びる複数の第1のシート電極と、
第1の電極と互い違いにされ、それぞれの第2のタブがそこから延びる複数の第2のシート電極と、
隣接する電極間に配置された多孔質セパレータ手段と、
電極、セパレータ手段および電解質を収納する封止パッケージとを含み、これによって、第1のタブは第1の端子に電気的に接続され、第2のタブは第2の端子に電気的に接続され、第1および第2の両端子がパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする、電荷蓄積装置。 - 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1のシート電極と、
第1のシート電極に隣接して配置された第2のシート電極とを含み、これにより電極はそれぞれの長さで折り返され、前記装置はさらに、
隣接する電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電解質を収納する封止パッケージとを含み、これにより第1の電極は第1の端子に電気的に接続され、第2の電極は第2の端子に電気的に接続され、第1および第2の両端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする、電荷蓄積装置。 - 複合電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の端子に電気的に接続されている第1の電極と、
第1の電極に近接して配置され、かつ第2の端子に電気的に接続されている第2の電極と、
第1の電極に近接して配置され、かつ第2の端子に電気的に接続されている第3の電極と、
隣接する電極間に配置された1つ以上の多孔質セパレータと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質を収納するパッケージとを含み、これにより前記端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする、複合電荷蓄積装置。 - 複合電荷蓄積装置であって、前記装置は、
電解質を収納する封止キャビティを規定するパッケージと、
各々が、キャビティ内に位置付けられた第1の端部とパッケージ外部の第2の端部との間に延びる、2つの間隔をあけられたキャパシタ端子と、
キャビティ内に位置付けられ、かつ電解質と接触している第1のキャパシタセルとを含み、第1のセルは第1の予め定められた時定数と、それぞれのキャパシタ端子に電気的に接続された2つのセル端子との両方を有し、前記装置はさらに、
キャビティ内に位置付けられ、電解質と接触し、第1のセルに対して間隔をあけた構成で維持される第2のキャパシタセルを含み、第2のキャパシタセルは第2の予め定められた時定数と、それぞれのキャパシタ端子に電気的に接続された2つのセル端子との両方を有する、複合電荷蓄積装置。 - 複合電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の端子に電気的に接続され、かつ少なくともその一方上に第1のコーティングを有する第1のシート電極を含み、このコーティングは予め定められた変動的な厚さであり、前記装置はさらに、
第1の電極に近接して配置され、かつ第2の端子に電気的に接続されている第2の電極と、
隣接する電極間に配置された1つ以上の多孔質セパレータと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質を収納するパッケージとを含み、これにより端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする、複合電荷蓄積装置。 - 複合電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の端子に電気的に接続され、かつその一方側上に第1のコーティング、およびその他方側上に第2のコーティングを含む第1のシート電極を含み、第1のコーティングは第1の予め定められた厚さであり、第2のコーティングは第2の予め定められた厚さであり、前記装置はさらに、
第2の端子に電気的に接続され、かつ第1の電極の一方側に近接して配置された第2のシート電極を含み、この第2の電極はその一方側上に第3の予め定められた厚さの第3のコーティングを含み、この第3のコーティングは第1のコーティングと対向しており、前記装置はさらに、
第2の端子に電気的に接続され、かつ第1の電極の他方側に近接して配置された第3の電極を含み、この第3の電極はその一方側上に第4の予め定められた厚さの第4のコーティングを含み、この第4のコーティングは第2のコーティングと対向しており、前記装置はさらに、
隣接する電極間に配置された1つ以上の多孔質セパレータと、
電極、1つ以上のセパレータおよび電解質を収納するパッケージとを含み、これにより端子はパッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする、複合電荷蓄積装置。 - スーパーキャパシタにおいて用いるための電極であって、前記電極は、
基板と、
前記基板上にコーティングされた、プロトン化されたカルボキシメチルセルロースの懸濁物と混合された炭素粒子とを含む、電極。 - カーボン粒子と、少なくとも1対の電極の対向する面上にコーティングされた、プロトン化されたカルボキシメチルセルロースの懸濁物との混合物を有する、少なくとも1対の電極と、
前記少なくとも1対の電極の前記対向する面の間に位置付けられたセパレータと、
このセパレータを湿らす電解質とを含む、スーパーキャパシタ。 - 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
発泡しない炭素から形成された第1の層を有する第1の電極と、
発泡しない炭素から形成された第2の層を有する第2の電極とを含み、第2の層は第1の層に対向し第1の層から間隔をあけられており、前記装置はさらに、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、第1および第2の層を形成するのに用いられる炭素の表面積は20m2/グラムより大きい、電荷蓄積装置。 - 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
第1の基板およびこの基板によって支持された第1の炭素層を有する第1の電極を含み、前記層は少なくとも約400m2/グラムの表面積を有する炭素から形成されており、前記装置はさらに、
第2の基板および第2の基板によって支持された第2の炭素層を有する第2の電極を含み、この第2の層は少なくとも約400m2/グラムの表面積を有する炭素から形成されており、第2の層は第1の層と対向し第1の層から間隔をあけられ、前記装置はさらに、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記パッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子とを含み、前記装置の重量当たりの最大電力は約4.8ワット/グラムより大きい、電荷蓄積装置。 - 前記炭素の表面積が少なくとも1200m2/グラムである、請求項44に記載の装置。
- 少なくとも1つの層が1種類より多くの炭素を含む、請求項44に記載の装置。
- エネルギ蓄積装置であって、前記装置は、
ハウジングと、
第1および第2の電荷蓄積容量をそれぞれ有する第1および第2の対向する電極とを含み、これらの電極はハウジング内に配置され、第1の電荷蓄積容量が第2の電荷蓄積容量より大きく、前記装置はさらに、
電極の中間にあるセパレータと、
ハウジング内に配置され、かつ電極と電荷をやり取りする電解質とを含む、エネルギ蓄積装置。 - 第1の電極はその一方側に第1の炭素コーティングを有するアルミニウムシートを含み、第2の電極はその一方側に第2の炭素コーティングを有するアルミニウムシートを含み、第1および第2のコーティングは対向している、請求項30に記載の装置。
- 前記シートは実質的に寸法上等価であり、前記電荷蓄積容量は第1のコーティングと第2のコーティングとの差により変動する、請求項31に記載の装置。
- 第1のコーティングが第2のコーティングより厚い、請求項32に記載の装置。
- 第1のコーティングの特定の容量が第2のコーティングのものより大きい、請求項32に記載の装置。
- 前記電荷蓄積容量は、第1および第2の電極の表面積における差により異なる、請求項30に記載の装置。
- 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
ハウジングと、
ハウジング内に配置された第1のシート電極と、
第1のシート電極に近接し、かつ対向してハウジング内に配置された第2のシート電極と、
第1の電極の実質上すべてを包み、かつ間隔をあけた構成で電極同士を維持するためのセパレータと、
電極の中間に配置される電解質と、
それぞれの電極から延び、かつハウジングの外側で終わり電極への外部電気接続を可能にする2つの端子とを含む、電荷蓄積装置。 - 前記セパレータが、少なくとも1つの共通端に沿って接続される2枚の対向するセパレータシートを含み、第1の電極がこれらのセパレータシートの間に配置される、請求項36に記載の装置。
- 前記セパレータシートが一体的に形成される、請求項37に記載の装置。
- 前記セパレータシートが共通端に沿って一体的に形成される、請求項38に記載の装置。
- 各セパレータシートが、ともに共通端から離れるように延びる、第1の端縁と、第1の端縁から間隔をあけられた第2の端縁とを含む、請求項39に記載の装置。
- 各セパレータシートがさらに、第1の端縁と第2の端縁との間に延びる第3の端縁を含み、第1の端縁は対向してともに接合され、第2の端縁は対向してともに接合される、請求項40に記載の装置。
- 第3の端縁が対向している、請求項41に記載の装置。
- 第1の電極が第1のサブシートと第1のサブシートに対向する第2のサブシートとを含む、請求項42に記載の装置。
- 第1および第2のサブシートが対向している、請求項43に記載の装置。
- 第1および第2のサブシートの各々が共通端に沿って接合される、請求項44に記載の装置。
- 第1および第2のサブシートの間の共通端が2つの対向するセパレータシート間の共通端に近接して配置される、請求項45に記載の装置。
- 電荷蓄積装置であって、前記装置は、
炭素粒子のコーティングをそれぞれ有する2つの対向する電極を含み、これらの粒子は予め定められた公称直径を有し、コーティングは公称直径より大きいが公称直径のオーダである厚さを有し、前記装置はさらに、
電極間に配置された多孔質セパレータと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を収納する封止パッケージと、
第1の電極および第2の電極にそれぞれ電気的に接続され、かつパッケージからともに延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にする第1の端子および第2の端子を含む、電荷蓄積装置。 - 前記予め定められた公称直径が約8ミクロン未満であり、前記コーティングの厚さが100ミクロン未満である、請求項46に記載の装置。
- 前記予め定められた公称直径が約6ミクロン未満であり、前記コーティングの厚さが約36ミクロン未満である、請求項46に記載の装置。
- 前記予め定められた公称直径が約2ミクロン未満であり、前記コーティングの厚さが約6ミクロン未満である、請求項46に記載の装置。
- 電荷蓄積装置の製造方法であって、前記方法は、
炭素粒子のコーティングをそれぞれ有する2つの電極を対向させるステップを含み、これらの粒子は予め定められた公称直径を有し、前記コーティングは前記公称直径より大きいが前記公称直径のオーダである厚さを有し、前記方法はさらに、
電極間に多孔質セパレータを配置するステップと、
電極、セパレータおよび電極が浸漬される電解質を封止パッケージに収納するステップと、
第1の端子および第2の端子を、前記パッケージから延びてそれぞれの電極への外部電気接続を可能にするように、それぞれ第1の電極および第2の電極に電気的に接続するステップとを含む、電荷蓄積装置。
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