JP2023164458A - 薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】幅広い容量および出力電力、構成能力、一体化能力、比較的低い製造コスト、ならびに、薄膜に基づく電子装置との適合性を含む多様性を提供できる薄膜に基づくＥＳＤおよび製造工程に対する要求がある。【解決手段】薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置は、電気的に絶縁の基板にわたって横方向で隣接して配置される第１の集電層および第２の集電層を備える。薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置は、第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、第２の集電層にわたる第２の種類の第２の電極層とを追加的に備える。分離層は第１の電極層と第２の電極層とを分離する。第１の集電層、第１の電極層、分離体、第２の電極層、および第２の集電層のうちの１つまたは複数は、印刷された層である。【選択図】図２Ａ

Description

あらゆる優先権出願への参照による組み込み
国外または国内の優先権主張が本出願と共に提出された出願データシートに特定されているあらゆるすべての出願は、本明細書によって、すべての目的について、それらの全体において参照により組み込まれている。
開示されている技術は、概してエネルギー貯蔵装置に関し、より詳細には、印刷された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置または印刷されたエネルギー貯蔵装置に関する。
印刷された電子装置などの薄膜に基づく電子装置における最近の進歩は、採用される様々な新たな形態の電子機器に、遍在性の拡大、より高いレベルの集積化、および、潜在的により安いコストを可能にしてきた。薄膜に基づく電子装置には、いくつか名前を挙げれば、三次元（３Ｄ）構造における柔軟な表示装置および電子機器、センサアレイなどのより大きな面積の電子機器、有機発光表示装置などのより高性能な装置、モノのインターネット（ＩｏＴ）のために適合された様々な装置、着用可能な装置、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）装置、発光装置、無線装置（例えば、非接触充電のためのアンテナ）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）がある。
一部の薄膜に基づく電子装置は、電力を電子装置に提供する電池およびスーパーキャパシタなど、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ： Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｄｅｖｉｃｅ）と連結または一体化される。薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置は、同じく薄膜に基づくＥＳＤで製作できる、および／または、有利にはそのようなＥＳＤと一体化でき、薄膜に基づくＥＳＤは、薄膜に基づく電子装置を製作するために使用される同様の工程を用いて製作される。例えば、薄膜に基づくＥＳＤは、印刷された薄膜に基づく電子装置を製作するために使用される同様の印刷工程を用いて印刷され得る。
薄膜に基づく電子装置のための適切な電力源として供するために、薄膜に基づくＥＳＤは、適合可能な属性を有していなければならない。例えば、一部の薄膜に基づく電子装置は、柔軟な装置となるように適合される。これらの種類の装置と適合可能とするためには、薄膜に基づくＥＳＤも柔軟でなければならない。幅広い電力およびエネルギーの要求（例えば、１～１００ｍＡｈなどの容量範囲、および、１．５Ｖ～６Ｖなどの電圧範囲）を有する様々な薄膜に基づく電子装置と適合可能とするために、これらの装置に電力供給する薄膜に基づくＥＳＤは、異なる要求を満たすように構成可能でなくてはならない。さらに、薄膜に基づくＥＳＤは、薄膜に基づく電子装置自体と適合可能なほどの低いコストでこれらの性能を遂行しなくてはならない。
米国特許第９５２０５９８（Ｂ２）号 米国特許第９７８６９２６（Ｂ２）号
これらの要求および他の要求を満たすために、幅広い容量および出力電力、構成能力、一体化能力、比較的低い製造コスト、ならびに、薄膜に基づく電子装置との適合性を含む多様性を提供できる薄膜に基づくＥＳＤおよび製造工程に対する要求がある。
一態様では、エネルギー貯蔵装置を製作する方法が、第１の集電層および第２の集電層を含む横で隣接する電気的に分離された集電層を基板にわたって印刷するステップを含む。方法は、第１の種類の電極層を第１の集電層にわたって印刷するステップと、第２の種類の電極層を第２の集電層にわたって印刷するステップとを追加的に含む。方法は、分離体を、第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の一方または両方にわたって印刷するステップをさらに含む。分離体を印刷するステップは、第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の一方または両方の露出された面にわたって印刷することを含む。第１の種類の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の種類の電極層は第２の電極活物質を備える。第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置を製作する方法が、横で隣接する電気的に分離された複数の集電層を基板にわたって印刷するステップを含む。方法は、第１の種類の電極層を、複数の集電層の少なくとも第１のサブセットにわたって印刷するステップと、第２の種類の電極層を、複数の集電層の少なくとも第２のサブセットにわたって印刷するステップとを追加的に含む。方法は、エネルギー貯蔵装置の電気的に連結された複数の単電池を形成するために複数の分離層を印刷するステップであって、単電池の各々は、第１の種類の電極層のうちの１つと第２の種類の電極層のうちの１つとを接触させる複数の分離層の１つの分離体を備える、ステップをさらに含む。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置のための製造キットが非作動エネルギー貯蔵装置を備える。非作動エネルギー貯蔵装置は基板を備える。
横で隣接する電気的に分離された複数の集電層が基板にわたる。複数の集電層は第１の集電層と第２の集電層とを備える。非作動エネルギー貯蔵装置は、第１の集電層にわたる第１の種類の電極層と、第２の集電層にわたる第２の種類の電極層と、第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の一方または両方にわたる乾燥した分離体とを追加的に備える。分離体は、乾燥した分離体が電解質を受け入れるのに通るように構成される露出された部分を備える。製造キットは、エネルギー貯蔵装置を作動させるために非作動エネルギー貯蔵装置に適用されるように構成される電解質を追加的に備える。
別の態様では、電気システムを製造する方法が、エネルギー貯蔵装置を、基材にわたる電池で電力供給される主要装置にわたって印刷するステップを含む。主要装置は、第１の電力端子および第２の電力端子を通じて電力を受けるように構成され、エネルギー貯蔵装置は、電力を電池で電力供給される主要装置に提供するように構成される。エネルギー貯蔵装置を印刷するステップは、第１の集電層と第２の集電層とを備える複数の集電層を印刷することを含む。第１の集電層または第２の集電層の少なくとも一方は第１の電力端子および第２の電力端子にわたって印刷される。エネルギー貯蔵装置を印刷するステップは、第１の種類の電極層を第１の集電層にわたって印刷することと、第２の種類の電極層を第２の集電層にわたって印刷することと、分離体を、第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の一方または両方の露出された面にわたって印刷することとを追加的に含む。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置は、電気的に絶縁の基板にわたって横方向で隣接して配置される第１の集電層および第２の集電層を備える。エネルギー貯蔵装置は、第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、第１の電極層にわたる分離体と、分離体にわたる第１の種類と異なる第２の種類の第２の電極層とを追加的に備える。第２の電極層は、鉛直方向において第２の集電層から延びる基礎部分と、第１の電極層に横で重なるように基礎部分から横方向において横に延びる横延在部分とを備える。第１の集電層、第１の電極層、分離体、第２の電極層、および第２の集電層のうちの１つまたは複数は、印刷された層である。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置は、電気的に絶縁の基板にわたって横方向で隣接して配置される第１の集電層および第２の集電層を備える。エネルギー貯蔵装置は、第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、第２の集電層にわたる第２の種類の第２の電極層と、第１の電極層および第２の電極層にわたる分離体とを追加的に備える。第１の集電層、第１の電極層、分離体、第２の電極層、および第２の集電層のうちの１つまたは複数は、印刷された層である。第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置は、電気的に絶縁の基板にわたる第１の集電層と、第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、第１の電極層にわたり、第１の電極層の上面および側面を被覆する分離体と、分離体にわたる第２の種類の第２の電極層と、電気的に絶縁の基板から鉛直方向で延びる基礎部分、および、第２の電極層に重なるように基礎部分から横方向において横に延びる横延在部分を備える第２の集電層とを備える。第１の集電層、第１の電極層、分離体、第２の電極層、および第２の集電層のうちの１つまたは複数は、印刷された層である。第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備える。第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置は、電気的に絶縁の基板と、電気的に絶縁の基板にわたって形成される第１の集電層および第２の集電層とを備える。第１の集電体は複数の第１の集電指構造を備え、第２の集電体は複数の第２の集電指構造を備える。第１の集電指構造と第２の集電指構造とは横方向において交互になるように交互配置される。第１の種類の第１の電極層は第１の集電層にわたって形成され、第２の種類の第２の電極層は第２の集電層にわたる。分離層は第１の電極層と第２の電極層とを分離する。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置は、横で隣接する電気的に分離された、電気的に絶縁の基板にわたる複数の集電体を備える。エネルギー貯蔵装置は、電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池を備える。エネルギー貯蔵単電池の各々は、集電体、集電体のうちの隣接するものにおける第２の種類の第２の電極層、および、第１の電極層と第２の電極層とに接触してそれらを電気的に分離する分離体のうちの１つに第１の種類の第１の電極層を備える。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置を作動させる方法は、非作動エネルギー貯蔵装置を提供するステップを含む。非作動エネルギー貯蔵装置は、基板と、横で隣接する電気的に分離された、基板にわたる集電層とを備える。複数の集電層は第１の集電層と第２の集電層とを備える。非作動エネルギー貯蔵装置は、第１の集電層にわたる第１の種類の電極層と、第２の集電層にわたる第２の種類の電極層と、第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の一方または両方にわたる乾燥した分離体とを追加的に備える。分離体は、乾燥した分離体が電解質を受け入れるのに通るように構成される露出された部分を備える。方法は、電解質を乾燥した分離体に適用することでエネルギー貯蔵装置を作動させるステップを追加的に含む。
別の態様では、薄膜に基づく電子装置は、互いと電気的に連結される薄膜に基づく主要装置および薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）を備える。薄膜に基づく主要装置と薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置とは、共通の基板に一体化され、共通の基板に対して直角の方向において互いと重なる。
別の態様では、薄膜に基づく電子装置は、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）と、薄膜に基づくＥＳＤに電気的に連結され、薄膜に基づくＥＳＤを充電するように構成される薄膜に基づくエネルギー取得装置とを備える。薄膜に基づくエネルギー取得装置および薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置は共通の基板において一体化される。
別の態様では、着用可能な薄膜に基づく電子装置が、横で隣接する電気的に分離された、電気的に絶縁の基板にわたる複数の集電体を備える。装置は、電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池を追加的に備える。エネルギー貯蔵単電池の各々は、集電体、集電体のうちの隣接するものにおける第２の種類の第２の電極層、および、第１の電極層と第２の電極層とに接触してそれらを電気的に分離する分離体のうちの１つに第１の種類の第１の電極層を備える。電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電は使用者によって着用されるように構成される。
別の態様では、構成可能エネルギー貯蔵装置は、横で隣接する電気的に分離された、電気的に絶縁の基板にわたる複数の集電体を備える。エネルギー貯蔵装置は、電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池を備える。電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池は、電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池のパターンを形成するために、機械的な力を受けると互いから取り外される。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置は、径方向に隣接して配置され、電気的に分離された、電気的に絶縁の基板にわたる複数の集電体を備える。エネルギー貯蔵装置は、径方向に配置され、電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池を備える。エネルギー貯蔵単電池の各々は、集電体、集電体のうちの隣接するものにおける第２の種類の第２の電極層、および、第１の電極層と第２の電極層とに接触してそれらを電気的に分離する分離体のうちの１つに第１の種類の第１の電極層を備える。
別の態様では、エネルギー貯蔵装置は電気的に絶縁の基板を備える。
電気的に絶縁の基板にわたる第１の集電体と、電気的に絶縁の基板にわたる第２の集電体とがある。第１の集電体は複数の第１の集電指構造を備える。第２の集電体は複数の第２の集電指構造を備える。第１の集電指構造と第２の集電指構造とは横方向において交互になるように交互配置される。第１の集電体と第２の集電体とは、第１の集電体および第２の集電体の一方が第１の集電体および第２の集電体の他方を径方向で包囲するように径方向で配置される。装置は、第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、第２の集電層にわたる第２の種類の第２の電極層と、第１の電極層および第２の電極層を分離する分離層とを追加的に備える。
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、特定の実施形態を図示するように意図され、本発明を限定するように意図されていない特定の実施形態の図面を参照して記載されている。図面では、括弧での符号を有する特徴は、読者によって見られるときに別の特徴の影響を受ける特徴を指示している。
鉛直に積み重ねられた集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の図である。 横で隣接する集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 図２Ａに示された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極層の平面図である。 第１の電極層と第２の電極層との間の表面積の比が活物質のモル比に従って調節されている、非対称に横で隣接する集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 図３Ａに示された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極層の平面図である。 鉛直方向において重なる部分を有する横で隣接する集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の全体の横の設置面積を増加させることなく容量を増加させるために、電極層が穿孔された分離体の相対する主表面に形成されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 図５に示された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の平面図である。 薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の全体の横の設置面積を増加させることなく容量を増加させるために、集電体のうちの１つが、それに形成された穿孔を有し、それに形成された電極層を有する相対する主表面を有する、鉛直に積み重ねられた集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の全体の横の設置面積を増加させることなく容量を増加させるために、２つの第１の電極層、２つの第２の電極層、および２つの分離体が並列で電気的に連結された２つのエネルギー貯蔵装置として構成されている、鉛直に積み重ねられた集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の全体の横の設置面積を増加させることなく容量を増加させるために、集電層および電極層が穿孔された基板の相対する表面に形成されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 第１の電極と第２の電極とが、形が矩形であり、横方向において重なる幅を有する、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極配置の平面図である。 第１の電極と第２の電極とが、形が矩形であり、横方向において重なる長さを有する、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極配置の平面図である。 第１の電極および第２の電極の各々が複数の規則正しく離間された矩形の突起または指部を有し、第１の電極および第２の電極の重なる縁長さを増加させるために、第１の電極および第２の電極の矩形の突起または指部が横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極配置の平面図である。 第１の電極および第２の電極の各々が複数の規則正しく離間された丸い突起または指部を有し、第１の電極および第２の電極の重なる縁長さを増加させるために、第１の電極および第２の電極の丸い突起または指部が横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極配置の平面図である。 第１の電極および第２の電極の各々が複数の規則正しく離間された細長い突起または指部を有し、第１の電極および第２の電極の重なる縁長さを増加させるために、第１の電極および第２の電極の細長い突起または指部が横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極配置の平面図である。 第１の電極と第２の電極とがおおよそ同じ表面積を有する、図１０Ｅに示された配置と同様の横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極配置の平面図である。 第１の電極と第２の電極とが異なる表面積を有し、第１の電極層と第２の電極層との間の表面積の比が活物質のモル比に従って調節されている、図１０Ｅに示されている配置と同様の横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極配置の平面図である。 第１の集電体および第２の集電体を堆積させた後の、図１０Ｅに示した配置と同様の横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製作における段階での中間構造の平面図である。 図１２Ａに示した中間構造に示した第１の集電体にわたって第１の電極層を堆積させた後の、エネルギー貯蔵装置の製作におけるさらなる段階における中間構造の平面図である。 図１２Ｂに示した中間構造に示した第２の集電体にわたって第２の電極層を堆積させた後の、エネルギー貯蔵装置の製作におけるさらなる段階における中間構造の平面図である。 図１２Ｃに示した中間構造に示した第１の電極層および第２の電極層にわたって分離体を堆積させた後の、エネルギー貯蔵装置の製作におけるさらなる段階における中間構造の平面図である。 図１２Ａ～図１２Ｄに示された製作工程によって製作される、図１０Ｅに示された配置と同様の横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の断面図である。 細長い突起または指部が横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている、規則正しく離間された細長い突起または指部を各々有する第１の集電体および第２の集電体を堆積させた後、鉛直方向において重なる部分を有する横で隣接する集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製作における段階での中間構造の平面図である。 図１４Ａに示した中間構造に示した第１の集電体にわたって第１の電極層を堆積させた後の、エネルギー貯蔵装置の製作におけるさらなる段階における中間構造の平面図である。 図１４Ｃに示した中間構造に示した第１の電極層にわたって分離体を堆積させた後の、エネルギー貯蔵装置の製作におけるさらなる段階における中間構造の平面図である。 図１４Ｃに示した中間構造に示した分離体および第２の集電体にわたって第２の電極層を堆積させた後の、エネルギー貯蔵装置の製作におけるさらなる段階における中間構造の平面図である。 図１４Ａ～図１４Ｄに示された製作工程によって製作された、鉛直方向における重なる部分を有する、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の断面図である。 エネルギー貯蔵装置が、電気的直列において連結されている３つのユニットまたは単電池を備える、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製作の様々な段階における中間構造の平面図である。製作の段階は、３つの層レベルを形成する４回の刷りを含む。 エネルギー貯蔵装置が、図１６に示された製作工程に従って製作され、電気的に直列に連結されている４つのユニットまたは単電池を備える、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 エネルギー貯蔵装置が、電気的直列において連結されている３つのユニットまたは単電池を備える、鉛直方向において重なる部分を有する横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製作の様々な段階における中間構造の平面図である。製作の段階は、３つの層レベルを形成する４回の刷りを含む。 エネルギー貯蔵装置が、図１８に示された製作工程に従って製作され、電気的に直列に連結されている３つのユニットまたは単電池を備える、鉛直方向において重なる部分を有する横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の側面図である。 第１の電極および第２の電極の各々が複数の規則正しく離間された矩形の突起または指部を有し、第１の電極および第２の電極の矩形の突起または指部が横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製作の様々な段階における中間構造の平面図である。エネルギー貯蔵装置は、電気的に直列に連結されている２つのユニットまたは単電池を備え、３つの層レベルを形成する４回の刷りで製作される。 第１の電極および第２の電極の各々が複数の同心の環として構成されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製作の様々な段階における中間構造の平面図および対応する断面図である。エネルギー貯蔵装置は、電気的に直列に連結されている２つのユニットまたは単電池を備え、３つの層レベルを形成する４回の刷りで製作される。 第１の電極および第２の電極の各々が複数の規則正しく離間された細長い突起または指部を有する複数の同心の環として構成され、第１の電極および第２の電極の重なる縁長さを増加させるために、第１の電極および第２の電極の細長い突起または指部が円の方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製作の様々な段階における中間構造の平面図である。エネルギー貯蔵装置は、電気的に直列に連結されている２つのユニットまたは単電池を備え、３つの層レベルを形成する４回の刷りで製作される。 エネルギー貯蔵装置が、電気的に直列に連結されている複数のユニットまたは単電池を有する、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と一体化されている着用可能な薄膜に基づく電子装置の平面図である。 所望の数のユニットまたは単電池が、カスタマイズ可能な電圧および容量のために電気的に直列または並列に連結され得るように、穿孔を有する基板に形成されるユニットまたは単電池の配列を有する現場構成可能な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の平面図である。 横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、横で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置によって電力供給される薄膜に基づく主要装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の側面図である。 横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、鉛直で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置によって電力供給される薄膜に基づく主要装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の側面図である。 鉛直に積み重ねられた集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、鉛直で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置によって電力供給される薄膜に基づく主要装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の側面図である。 鉛直に配置された電気端子を有し、本明細書に記載されている様々な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と一体化され、そのエネルギー貯蔵装置によって電力供給されるように構成される薄膜に基づく発光装置の図である。 横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、鉛直で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置によって電力供給される、図２８に関連して図示された薄膜に基づく発光装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の側面図である。 電気的に直列に連結された複数のユニットまたは単電池を備える薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、鉛直で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置によって電力供給される、図２８に関連して図示された薄膜に基づく発光装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の上から見下ろした図である。 各々のユニットまたは単電池の電極の各々が複数の規則正しく離間された細長い突起または指部を有する、電気的に直列に連結された複数のユニットまたは単電池を備える薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、鉛直で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置によって電力供給される、図２８に関連して図示された薄膜に基づく発光装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の上から見下ろした光学画像である。 横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置を充電モードにおいて充電／放電させるように構成される薄膜に基づくエネルギー取得装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の側面図である。 横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置を放電モードにおいて充電／放電させるように構成される薄膜に基づくエネルギー取得装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の側面図である。 横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置を充電／放電させるように構成される薄膜に基づくエネルギー取得装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置の側面図である。 横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置、および乾燥した分離体を備える薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、使用の前に乾燥した分離体を湿らせるように構成される別に提供される電解質との製造キットの図である。
特定の実施形態および例が以下に記載されているが、本発明が明確に開示された実施形態および／または使用と、その明らかな改良および均等とを越えて及ぶことを、当業者は理解するものである。したがって、本明細書で開示されている本発明の範囲が、以下に記載されているいずれかの具体的な実施形態によって限定されるべきではないことが、意図されている。
本明細書に記載されているように、印刷または付加製造は、二次元または三次元の物体を形成するために、材料が層ごとの様態で質量において堆積、成長、または増加させられる工程を言っている。付加される材料は液体および／または固体を含み得る。物体は、基板などの既存の構成要素に追加または結合され得る。
概して、他の技術に対して、印刷によって電子装置を製造する利点には、いくつか名前を挙げれば、複雑な形を形成することとの適合性、形状因子の向上、全体の厚さの低減、装置の設置面積の縮小、例えば薄膜に基づく装置といった他の装置と一体化の容易性、柔軟性、コスト削減、大きな面積の構造の形成、大量生産、材料コストの低下、ロールツーロール製造などの他の大きな処理量の製造工程と組み合わせる能力がある。
本明細書に記載されているように、印刷された装置は、印刷工程を用いて印刷される少なくとも１つの層もしくは特徴を有する装置、印刷工程を用いて印刷される複数の特徴もしくは層を有する装置、または、印刷工程を用いて印刷されるすべての特徴または層を有する装置を言っている。
本明細書に記載されている様々な実施形態において、有利に記載されている様々な装置および機器の１つまたは複数の構成要素は薄膜の特徴を備え得る。薄膜の特徴のうちの１つまたは複数は、印刷された特徴であり得る。本明細書に記載されているように、薄膜の特徴を形成するために適した印刷工程には、数ある適切な印刷工程の中でも、グラビア印刷、スクリーン印刷、石版印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷、回転式スクリーン印刷、およびステンシルがある。これらの印刷工程のうちの１つまたは複数は、例えばロールツーロール工程といった、他の大量製造技術と組み合わせられてもよい。装置の印刷部品または印刷部品の構成要素は、いくつか名前を挙げれば、厚さの低減、コンパクトな寸法、および低排出物を含む様々な利点を提供できる。印刷された装置は、何よりも印刷された装置の積み重ねまたは印刷された装置の構成要素の積み重ねを可能にすることで、装置の所与の設置面積についての高められた機能性を可能にもできる。他の工程を用いて製造される装置と異なり、一部の印刷された装置は柔軟でもあり、これは、数ある装置の中でも、着用可能な医療装置、表示装置、センサ、スマートカード、スマートパッケージング、スマート衣服、看板、広告を含む着用可能な装置に適し得る。
様々な実施形態によれば、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）は、基板に形成された電気的に別とされた集電層を備える。集電層は、ＥＳＤの陰極または陽極の一方として構成される集電体であり得る第１の種類の第１の集電層と、ＥＳＤの陰極または陽極の他方として構成される集電体であり得る第２の種類の第２の集電層とを備える。第１の集電層および第２の集電層は、基板の共通の表面にわたって、または、そのような表面において、例えば印刷され得るといった、堆積され得る。ＥＳＤは、例えば第１の種類の第１の集電層に印刷されるといった、第１の種類の第１の集電層にわたって、または、第１の種類の第１の集電層に形成される、例えば陰極または陽極の一方の層といった第１の種類の第１の電極層を追加的に備える。ＥＳＤは、例えば第２の種類の第２の集電層に印刷されるといった、第２の種類の第２の集電層にわたって、または、第２の種類の第２の集電層に形成される、例えば陰極または陽極の他方の層といった第２の種類の第２の電極層を追加的に備える。ＥＳＤは、第１の電極層および第２の電極層の一方または両方に接触するために、その一方または両方にわたって、または、その一方または両方に形成され得る、例えば印刷された分離体といった分離体をさらに備える。
本明細書に記載されているように、薄膜に基づくＥＳＤは、一次電池、二次電池、スーパーキャパシタ、および電池－スーパーキャパシタハイブリッド装置のうちの１つまたは複数を備え得る。ＥＳＤが一次電池を備える場合、ＥＳＤは、いくつか名前を挙げれば、亜鉛／炭素、亜鉛／アルカリ／マンガン、マグネシウム／二酸化マンガン、亜鉛／酸化第二水銀、カドミウム／酸化第二水銀、亜鉛／酸化銀、亜鉛／空気、リチウム／可溶性陽極、およびリチウム／固体陽極の一次電池として構成され得る。ＥＳＤが二次電池を備える場合、ＥＳＤは、いくつか名前を挙げれば、ニッケル／鉄、銀／鉄、鉄／空気、ニッケル／カドミウム、ニッケル／金属水素化物、ニッケル／亜鉛、亜鉛／酸化銀、リチウムイオン、リチウム／金属、Ｚｎ／ＭｎＯ２、亜鉛／空気、アルミニウム／空気、マグネシウム／空気、およびリチウム／空気／リチウム／ポリマの二次電池として構成され得る。
一部の実施形態では、薄膜に基づくＥＳＤは、両方の電極が二重層キャパシタとして構成される、両方の電極が疑似キャパシタとして構成される、または、一方の電極が二重層として構成され、他方の電極が疑似キャパシタとして構成されるスーパーキャパシタを備え得る。一部の実施では、薄膜に基づくＥＳＤは、対称な印刷電極を有するスーパーキャパシタを備え、電極の各々は、例えば酸化亜鉛（ＺｎｘＯｙ）または酸化マンガン（ＭｎｘＯｙ）を備える。他の実施では、薄膜に基づくＥＳＤは、対称な印刷電極を有するスーパーキャパシタを備え、電極の各々はそれ自体にカーボンナノチューブを形成している。一部の実施では、薄膜に基づくＥＳＤは、非対称な印刷電極を有するスーパーキャパシタを備え、電極のうちの一方は、例えば酸化亜鉛（ＺｎｘＯｙ）または酸化マンガン（ＭｎｘＯｙ）を備え、電極のうちの他方はカーボンナノチューブを備える。
本明細書において記載されているように、スーパーキャパシタは時々、ウルトラキャパシタ、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）、または電気化学キャパシタとも称され、その特性が、一部の態様では従来の静電キャパシタと有利には同様であるが、一部の他の態様では、例えば二次電池といった従来の電池と同様である比較的新しいエネルギー貯蔵装置である。
特定の電池と同様に、スーパーキャパシタは、多孔性分離体および電解質によって分離される陽極または正の電極と陰極または負の電極とを有する。例えば、分離体は、イオンに対して透過性で電解質に浸漬された誘電材料を備え得る。電池の充電または放電の間に電気化学反応の一部として一方の電極から他方の電極へと起こるイオン輸送は、スーパーキャパシタでは起こらない。
スーパーキャパシタは、例えば比較的速い充電能力といった一部の局面では従来の静電キャパシタと同様であるが、従来の静電キャパシタと比較してはるかにより大きいキャパシタンスを有する。誘電体によって分離された電極においてエネルギーを保存する従来の静電キャパシタと異なり、スーパーキャパシタは、陽極および電解質と陰極および電解質との間の境界の一方または両方においてエネルギーを貯蔵する。
スーパーキャパシタのキャパシタンスの値は従来の静電キャパシタよりはるかに大きくできる。一部のスーパーキャパシタは、従来の静電キャパシタと比較してより小さい電圧制限を有する。例えば、一部のスーパーキャパシタは約２．５～２．８Ｖに動作上制限される。一部のスーパーキャパシタは２．８Ｖ以上の電圧で動作できる。特定のこのようなスーパーキャパシタは、耐用期間の低下を呈する可能性がある。
スーパーキャパシタは、電荷を電池よりはるかに速く輸送できるため、電池よりはるかに大きい電力密度を概して有する。スーパーキャパシタは、電池と比較してはるかに小さい内部抵抗を概して有し、その結果、急速の充電／放電の間に同じくらいの大きな熱を発生させない。一部のスーパーキャパシタは、数百万回にわたって充電および放電できるが、多くの二次電池は５００～１００００回の相当により短い典型的なライフサイクルを有し得る。一部のスーパーキャパシタは、電池と比較して相当により小さいエネルギー密度を有する。一部の商用のスーパーキャパシタは従来の商用の電池より高価（１ワット当たりでより高いコスト）である。
これらの特性および他の特性のため、スーパーキャパシタは、多くの急速の充電／放電のサイクルが長期のエネルギー貯蔵より必要とされ得る用途において使用されている。例えば、より大きいユニットのスーパーキャパシタの用途には、いくつか名前を挙げれば、自動車、バス、列車、クレーン、およびエレベータがあり、それらは回生制動、短期のエネルギー貯蔵、またはバーストモードの電力送達のために使用される。より小さいユニットのスーパーキャパシタの用途には、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）のためのメモリバックアップがある。スーパーキャパシタの他の現在または将来の用途には、携帯電話、ラップトップコンピュータ、電動自動車、および、電池が使用される様々な他の装置を含め、様々な消費者の電子機器がある。スーパーキャパシタは電池と比較してはるかにより速く再充電できるため、例えば、現在の電気自動車または携帯電話が充電に費やし得る数時間の代わりに数分間でといった、より速い充電率から恩恵を得られる装置にとって、特に魅力的である。
一部の装置では、スーパーキャパシタは、両方の有利な特徴を利用するために電池との組み合わせで使用される。これらの適用では、スーパーキャパシタは、急速の充電が短期間の電力の要求を満たすために必要とされるときに使用され、電池は長期間でエネルギーを提供するために使用される。それら２つをハイブリッドエネルギー貯蔵装置へと組み合わせることで、電池のストレスを低減する一方で両方の要求を満足させることができ、これはさらに、電池およびスーパーキャパシタのより長い耐用期間をさらに可能にすることができる。
あらゆる理論に縛られることなく、スーパーキャパシタは、電気二重層キャパシタンスおよび／または疑似キャパシタンスを含む異なる機構によってエネルギーを貯蔵できる。二重層キャパシタンスは静電気の特性を有するが、疑似キャパシタンスは電気化学の特性を有する。異なるメカニズムは後でより詳細に記載されている。貯蔵機構が二重層キャパシタンスの特性および／または疑似キャパシタンスの特性を有するかどうかに依存して、ならびに、スーパーキャパシタが２つの同じ電極もしくは対称の電極、または、２つの異なる電極もしくは非対称の電極を有するかどうかに依存して、スーパーキャパシタは、一部の実施形態によれば、スーパーキャパシタの３つの明確な群のうちの１つとして構成され得る。
スーパーキャパシタの第１の群は、疑似キャパシタとして構成される両方の電極を有し、電極の各々は遷移金属酸化物（例えば、酸化マンガンまたは酸化亜鉛）を備え、疑似キャパシタンスを生じさせるように構成される。例えば、金属酸化物はナノ構造の形態であり得る。スーパーキャパシタの第２の群は、ＥＤＬＣとして構成される両方の電極を有し、電極の各々は炭素（例えば、カーボンナノチューブ）を備え、二重層キャパシタンスを生じさせるように構成される。例えば、炭素はナノ構造の形態であり得る。ハイブリッドスーパーキャパシタと称され得るスーパーキャパシタの第３の群は、ＥＤＬＣとして構成される電極のうちの一方と、疑似キャパシタとして構成される電極のうちの他方とを有する。ハイブリッドキャパシタの一部として含まれるとき、疑似キャパシタとして構成された電極は、陽極または正に帯電された電極として供することができ、ＥＤＬＣとして構成された電極は、陰極または負に帯電された電極として供することができる。
様々な実施形態により製作されたＥＳＤは多くの利点を提供する。例えば、薄膜に基づくＥＳＤの一部のある性能測定基準は、ＥＳＤの様々な層の厚さに依存することができる。ＥＳＤの様々な層の厚さは、さらに、層を形成するために採用される堆積技術によって制限され得る。例えば、一部の薄膜に基づくＥＳＤの容量は、電極活物質を含む電極層の厚さによって制限され得る。膜応力および／または界面エネルギーから生じ得る層の割れおよび／または剥離のため、ＥＳＤの容量は、確実に堆積され得る電極層の厚さによって制限され得る。印刷によって、ＥＳＤの１つまたは複数の層の比較的厚い層が達成できる。例えば、本明細書に記載されている様々な例によって記載されているように、電気的に連結された印刷された層は、特徴の複数の表面に形成でき、互いの上に積み重ねることができる。したがって、様々な構造の特徴と、本明細書に記載されている印刷方法を含む製作方法とを採用することで、本明細書に開示されている実施形態による薄膜に基づくＥＳＤは、数ある利点の中でも、より大きな容量を有することができる。
本明細書で使用されているように、電極活物質は、エネルギー貯蔵機構と化学的に関連付けられる電極の構成要素を言っている。例えば、電池では、電極活物質は、電気化学的な充電または放電の反応に加わる陽極または陰極の構成要素である。スーパーキャパシタでは、電極活物質は、静電二重層キャパシタンス（ＥＤＬＣ）または電気化学疑似キャパシタンスに関与する陽極または陰極の構成要素である。
薄膜に基づくＥＳＤの１つまたは複数の層を印刷することは、ＥＳＤの動作電流および／または抵抗のカスタマイズを可能にすることができる。例えば、一つには印刷が個々の層の形および厚さのより高いレベルのカスタマイズを可能にするため、ＥＳＤ装置の電気化学反応を利用可能であり得る電極の表面積がより容易にカスタマイズされ得る。薄膜に基づくＥＳＤの１つまたは複数の層を印刷することは、ＥＳＤの電圧および／または容量をカスタマイズするために、ＥＳＤまたは単電池の複数のユニットを電気的に直列および／または並列に連結させることができる。
薄膜に基づくＥＳＤの１つまたは複数の層を印刷することは、薄膜に基づくＥＳＤを一体化する様々な薄膜に基づく装置の全体の厚さおよび／または設置面積における低減をさらに可能にすることができる。これは、一つには印刷が個々の層の形および厚さのより高いレベルのカスタマイズを可能にするためである。
薄膜に基づくＥＳＤの１つまたは複数の層を印刷することは、行程ステップの全体の数における低減をさらに可能にすることができる。例えば、減法でのパターニング技術で採用され得る１つまたは複数のマスキングステップが、１つまたは複数の層を印刷することで省略できる。また、異なる層を、横で、および／または、同時に印刷することで、全体の工程ステップの数を低減させることができる。
薄膜に基づくＥＳＤの１つまたは複数の層を印刷することは、ＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく電子装置とのより高いレベルの一体化をさらに可能にすることができる。これは、同様の材料が、ＥＳＤの異なる構成要素と、ＥＳＤによって電力供給される電子装置とを印刷するために使用できるためであり得る。ＥＳＤおよび電子装置の一部の層は、同時に印刷させることさえできる。
本明細書に記載されているように、様々な実施形態ではＥＳＤの層のうちの一部が印刷され、一方、他の実施形態ではＥＳＤのすべての層が印刷される。印刷されない層は、メッキ、蒸着、スパッタリング、化学蒸着、または任意の他の薄膜堆積技術を含む適切な方法によって、堆積させられ得る。
薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置における、鉛直での積み重ねの電極構成と横で隣接する電極構成との比較
概して、例えば印刷されたＥＳＤといった薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）は、集電体および／または電極層の相対的な配向に基づいて分類できる。ＥＳＤの第１の分類は、鉛直に積み重ねられた集電体および電極層を有する集電体を含み、ＥＳＤの第２の分類は、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置を含む。ＥＳＤの両方の分類は、集電体および／または電極が、例えば異なる基板において別々に形成され、続いてそれらの間に分離体が配置された状態でそれらを隣接させることによって一体化されるＥＳＤと比較して、基板に完全に印刷でき、前述した様々な利点を提供できる。基板の同じ側において横で隣接する集電体を有する、本明細書に記載されている様々な実施形態によるＥＳＤは、同じ基板における他の装置との一体化にとって有利であるが、これは少なくとも、例えば、一体化された装置の導電リードへと延びるかまたはそのような導電リードと接触する集電体を印刷することで、電気的連結が容易に行えるためである。
図１は、鉛直に積み重ねられた集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）１００の例を示している。ＥＳＤ１００は、層の積み重ねが形成された基板１０４を備える。層の積み重ねは、基板１０４にわたって、または、基板１０４において形成された第１の種類の第１の集電体１０８と、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において形成された第１の種類の第１の電極層１１２と、第１の電極層１１２にわたって、または、第１の電極層１１２において形成された分離体１１６と、分離体１１６にわたって、または、分離体１１６において形成された第２の種類の第２の電極層１２０と、第２の電極層１２０にわたって、または、第２の電極層１２０において形成された第２の種類の第２の集電体１２４とを備える。ＥＳＤ１００は、第１の集電体１０８、第１の電極層１１２、分離体１１６、第２の電極層１２０、および第２の集電体１２４を連続的に印刷することを含む５回の印刷の刷りまたは工程において製作できる。
第１の電極層１１２は、第１の集電体１０８の横の設置面積内で横に形成されるように、第１の集電体１０８の横寸法と同じかそれより小さい横寸法を有する。分離体１１６は、第１の集電体１０８および第１の電極層１１２を第２の電極層１２０および第２の集電体１２４から電気的に分離するように第１の電極層１１２において形成されている。図示された実施形態では、分離体１１６は、第１の側において第１の集電体１０８に接触し、第１の電極層１１２を封入するように延び、第１の集電体１０８の側面を被覆するように、および、基板１０４と接触するように、第２の側において延びている。第２の電極層１２０は、分離体の横の設置面積内で横に延びるように、分離体１１６の横寸法と同じかそれより小さい横寸法を有する。第２の集電体１２４は、第２の電極層を被覆し、第２の電極層１２０および分離体１１６の側面を被覆するように、および、基板１０４と接触するように鉛直に延びている。
明確性のために示されていないが、本明細書において開示されている様々な実施形態において、第１の集電体１０８は、例えば、ＥＳＤ１００によって電力供給される印刷された回路パターンまたは電子装置の第１の電気端子といった、さらなる導電構造へと電気的に連結でき、第２の集電体１２４は、例えば、ＥＳＤ１００によって電力供給される印刷された回路パターンまたは装置の第２の電気端子といった、さらなる導電構造へと電気的に連結できる。また、明確性のために示されていないが、本明細書において開示されている様々な実施形態において、このように形成されたＥＳＤは、防御もしくは不働態化の層または構造によって被覆または封入されてもよい。
図１をなおも参照すると、動作中、電圧が第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に加えられるとき、イオンが分離体１１６を通じて第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で交換され、それによってＥＳＤ１００を充電または放電させることができる。有利には、イオン交換の実質的または支配的な部分は、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との重なる部分の間で鉛直方向において起こることができる。したがって、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の重なりの面積がより大きくなれば、充電／放電の間のより大きな電流、より小さい抵抗、より大きな電力、および／または、より短い充電の時間をもたらすことができる。
本明細書において記載されているように、第１の種類の集電体は、正の集電体または負の集電体の一方を言っており、第２の種類の集電体は、正の集電体または負の集電体の他方を言っている。同様に、第１の種類の電極は、正の電極もしくは負の電極の一方、または、陽極もしくは陰極の一方を言っており、第２の種類の電極は、正の電極もしくは負の電極の他方、または、陽極もしくは陰極の他方を言っている。本明細書において記載されているように、正の集電体および電極は陽極に対応しており、負の集電体および電極は陰極に対応している。したがって、図１では、第１の集電体１０８および第１の電極層１１２は、正または負の集電体の一方および正または負の電極の一方のそれぞれであり得るし、第２の集電体１２４および第２の電極層１２０は、正または負の集電体の他方および正または負の電極の他方のそれぞれであり得る。
図２Ａは、実施形態によれば、横で隣接する集電体および電極層を有する薄膜に基づくＥＳＤ２００の例の側面図を示している。図２Ｂは、図２Ａに示された印刷されたエネルギー貯蔵装置の電極層の平面図を示している。図１に関して示されているＥＳＤ１００と同様に、ＥＳＤ２００は、基板１０４と、第１の集電体１０８と、第２の集電体１２４と、第１の電極層１１２と、第２の電極層１２０と、分離体１１６とを備える。図１に示されたＥＳＤ１００と異なり、ＥＳＤ２００では、第１の集電体１０８と第２の集電体１２４とは、基板１０４にわたって、または、基板１０４において、互いに対して横に隣接して形成されており、図１に関して先に記載されたＥＳＤ１００におけるような鉛直において分離される代わりに、横方向において隙間２１０によって分離されている。第１の電極層１１２は、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において形成されており、第２の電極層１２０は、第２の集電体１２４にわたって、または、第２の集電体１２４において形成されている。したがって、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０とは、同じく互いに対して横に隣接して配置されており、鉛直において分離される代わりに、横方向において隙間２１０によって分離されている。分離体１１６は、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０とを電気的に分離するために、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０にわたって、または、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０において形成されている。
第１の電極層１１２は、第１の集電体１０８の設置面積内で横に形成されるように、第１の集電体１０８の横寸法とほぼ同じかそれより小さい横寸法を有する。同様に、第２の電極層１２０は、第２の集電体１２４の設置面積内で横に形成されるように、第２の集電体１２４の横寸法とほぼ同じかそれより小さい横寸法を有する。分離体１１６は、例えば第１の集電体１０８の第１の側面および第２の側面に接触するといった、それらの側面にわたって、または、それらの側面において形成され、第１の電極１１２を封入しており、また、例えば第２の集電体１２４の第１の側面および第２の側面に接触するといった、それらの側面にわたって、または、それらの側面において形成され、第２の電極層１２０を封入している。分離体１１６は、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間に形成された隙間２１０を埋めており、それによって、横方向において互いを向いている第１の電極層１１２の側面と第２の電極層１２０の側面とを電気的に分離している。分離体１１６は、第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に形成された隙間２１０の部分も埋めており、それによって、互いを向いている第１の集電体１０８の側面と第２の集電体１２４の側面とを電気的に分離している。
図２Ａおよび図２Ｂをなおも参照すると、動作中、電圧が第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に加えられるとき、イオンが分離体１１６を通じて第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で交換され、それによってＥＳＤ２００を充電または放電させることができる。ＥＳＤ１００（図１）と異なり、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との横の配置のため、イオン交換の実質的または支配的な部分は横方向において起こることができる。イオン交換は、第１の電極層１１２の側面および上面と第２の電極層１２０の側面および上面との間で起こり得る。側面と上面との間でのイオン電流の相対的な量は、層の厚さ（および、側面同士の間の重なりの面積）と、上面の面積とに依存して変化し得る。側面同士の間の重なりの面積が比較的大きい場合、例えば、イオン交換の実質的または支配的な部分は、隙間２１０を挟んで互いを向く第１の電極層１１２の側面と第２の電極層１２０の側面との重なる部分の間で起こり得る。
ＥＳＤ２００の１つまたは複数の層が印刷されるとき、ＥＳＤ２００を製作する方法は、共通の基板１０４にわたって、または、共通の基板１０４において、横で隣接し、電気的に分離された第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を、例えば印刷するといった、堆積させることを含む。第１の集電層１０８および第２の集電層１２４は同時に印刷でき、同じ材料から形成できる。第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を印刷した後、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０はそれぞれ、それぞれの集電体１０８および１２４にわたって、または、それぞれの集電体１０８および１２４において、例えば印刷されるといった、堆積させられる。第１の電極１１２および第２の電極１２０を印刷した後、分離体１１６は、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０にわたって、または、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０において、例えば印刷されるといった、堆積させられる。第１の集電層１０８および第２の集電層１２４が同時に印刷されるとき、図示されているＥＳＤ２００は、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を同時に印刷することと、第１の電極層１１２を印刷することと、第２の電極層１２０を印刷することと、分離体１１６を印刷することとを含む４回の堆積ステップまたは印刷の刷りで製作できる。
したがって、図１に示されているような鉛直に積み重ねられた電極を有するＥＳＤ１００を製作する方法と比較して、横に配置された電極を有するＥＳＤ２００は、図１に示されているＥＳＤ１００を製作するときに使用される５回の工程ステップまたは印刷の刷りと比較して、例えばわずか４回の工程ステップまたは印刷の刷りでといったより少ない工程ステップで、例えば印刷できるといった有利に製作することができる。
集電体の厚さは用途に応じて変わってもよい。例えば、一部の実施では、より小さい電気抵抗のために、より厚い第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を有することが望ましい可能性がある。一部の実施では、より大きい容量を提供するために、より厚い第１の電極層１１２および第２の電極層１２０を有することが望ましい可能性がある。ＥＳＤ２００では、より厚い電極層１１２、１２０は、より大きい電流能力を提供することもできる。
本明細書に記載されている様々な実施形態において、個々の層またはＥＳＤ全体の各々は、１～１０ミクロン、１０～５０ミクロン、５０～１００ミクロン、１００～２００ミクロン、２００～３００ミクロン、３００～４００ミクロン、４００～５００ミクロン、５００～６００ミクロン、６００～７００ミクロン、７００～８００ミクロン、８００～９００ミクロン、９００～１０００ミクロン、１０００～１２００ミクロン、１２００～１４００ミクロン、１４００～１６００ミクロン、１６００～１８００ミクロン、１８００～２０００ミクロンの範囲での厚さ、または、これらの値のいずれかによって定められる範囲での厚さを有し得る。
鉛直の電極配置（例えば、図１におけるＥＳＤ１００）および横の電極の配置（例えば、図２Ａ～図２ＢにおけるＥＳＤ２００）が同じ利点または異なる利点を提供することは、理解されるものである。先に詳述されているように、ＥＳＤ２００（図２Ａ～図２Ｂ）は、比較的より少ない工程ステップで製作でき、ＥＳＤ１００（図１）と比較してより薄くできる。一方で、ＥＳＤ１００（図１）は、同じ容量および電流について、ＥＳＤ２００（図２Ａ～図２Ｂ）と比較してより小さい横の設置面積を有することができる。ＥＳＤ１００（図１）と比較して、鉛直に積み重ねられた層の全体の数がより少ないことで、境界面における割れおよび／または剥離の危険性を低下させることができるため、ＥＳＤ２００は、より薄い装置全体の厚さ、および／または、同様の全体の厚さについては比較的より厚い個々の層を有するように、有利に許容され得る。一方で、ＥＳＤ２００（図２Ａ～図２Ｂ）は、電極同士の重なりが比較的より小さいため、ＥＳＤ１００（図１）と比較してより小さい電流能力を有し得る。以下において、図１および図２Ａ／図２Ｂに関連して示された２つの異なる種類のＥＳＤによって提供される利点を最適化することを目指している様々な他の実施形態およびそれらの構成要素が記載されている。ＥＳＤ１００（図１）と比較して、ＥＳＤ２００（図２）の第２の集電体１２４は、基板１０４から延びる比較的長い鉛直部分を有しておらず、これはＥＳＤ２００の全体の抵抗を低下させることができる。また、ＥＳＤ１００の鉛直方向高さが比較的高い場合、機械的な支持層（図１では示されていない）がＥＳＤ１００の第２の集電体１２４の鉛直部分を支持するために設けられてもよく、これはＥＳＤ２００では有利には必要とされない。
薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置を製作するための印刷方法
本明細書で開示されているＥＳＤの１つまたは複数の層は、構成要素の材料を含むインクから印刷できる。１つもしくは複数の層またはＥＳＤ装置全体は、適切な印刷技術を用いて印刷され得る。１つもしくは複数の層を印刷するために使用できる例の印刷工程には、数ある適切な印刷技術の中でも、例えばスクリーン印刷、インクジェット印刷、電気光学印刷、電子インク印刷、フォトレジストおよび他のレジスト印刷、熱転写印刷、レーザージェット印刷、磁気印刷、パッド印刷、フレキソ印刷、ハイブリッドオフセット石版印刷、グラビア印刷、他の凹版印刷、およびダイスロット蒸着といった、コーティング、回転、噴霧、積層、スピンコーティング、ラミネーション、および／または貼り付けの工程がある。
本明細書で開示されているＥＳＤの１つまたは複数の層を印刷するためのインクは、ＥＳＤの電気化学反応と関連付けられる様々な活物質を含む様々なインク構成要素を適切な溶媒および／または結合剤と組み合わせることと、いくつか名前を挙げれば、攪拌棒を使用して混合することなどの適切な技術を用いて混合すること、マグネチックスターラで混合すること、ボルテックスすること（渦流機械を使用する）、振ること（シェーカを使用する）、３つのロールミル、ボールミルを回転によって自転公転攪拌すること、超音波処理、ならびに、乳鉢および乳棒を用いて混合することとによって準備され得る。
インクを用いて１つまたは複数の層を印刷した後、１つまたは複数の層は、数ある技術の中でも、短波赤外線（ＩＲ）放射、中波ＩＲ放射、高温空気対流オーブン、電子ビーム硬化、紫外線（ＵＶ）硬化、および近赤外線放射を含む乾燥／硬化の工程を含め、１つまたは複数の印刷後工程を用いて処理され得る。
薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の層の組成および材料
以下において、実施形態による薄膜に基づくＥＳＤの様々な層の組成、材料、および構造が記載されている。
薄膜に基づくＥＳＤは、基板１０４において、例えば印刷された、形成された様々な層を備える。基板は、数ある特質の中でも、柔軟性もしくは剛性であること、熱的に伝導性もしくは絶縁性であること、光学的に透明もしくは不透明であること、または有機もしくは無機であることなどの特質を有し得る適切な材料から形成できる。第１の集電体１０８および第２の集電体１２４が基板に直接的に形成されるとき、第１の集電体１０８と第２の集電体１２４とが電気的に短絡されないように、または、それらの間の漏れ電流が十分に小さくなるように、基板１０４は十分に電気的に絶縁の材料から形成される。本明細書において記載されているように、電気的に絶縁の材料は、熱的に、電気的に、または光学的に通常の動作条件の下で発生させられ得る電子および孔などの電子キャリアを無視できる程度に有する材料を言っており、シリコンなどの半導体材料を除外する。しかしながら、基板１０４は、例えば、第１の集電体１０８と第２の集電体１２４とが電気的に短絡されないように、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を形成する前に半導体または導電性の基板に絶縁層またはコーティングを形成することで、表面領域が十分に電気的に絶縁とされている導電性または半導体の材料を含んでもよい。
基板１０４の一部として含まれ得る適切な等級の材料には、限定されることはないが、高分子材料、織物に基づく材料、装置、金属材料、半導体材料、またはセルロースに基づく材料がある。基板１０４の特定の例には、例えば、プラスチック（例えば、ポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート）、誘電体（例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物）、ポリエステル膜（例えば、マイラー）、ポリカーボネート膜、半導体（例えば、シリコン）、導体（例えば、アルミ箔、銅箔、ステンレス鋼箔）、炭素発泡体、紙（例えば、黒鉛紙、グラフェン紙、厚紙、プラスチックコート紙などのコート紙、および／または繊維紙）、またはそれらの組み合わせなどがある。
様々な実施形態によれば、第１の電極層１１２は陽極または陰極の一方とすることができ、第２の電極層１２０は陽極または陰極の他方を備え得る。エネルギー貯蔵装置の陽極は、銀含有物質またはマンガン含有物質をなどの陽極電極活物質を備え得る。例えば、陽極は、第１の電極層または第２の電極層の一方は、銀（Ｉ）酸化物（Ａｇ２Ｏ）、銀（Ｉ， ＩＩＩ）酸化物（ＡｇＯ）、銀（Ｉ）酸化物（Ａｇ２Ｏ）およびマンガン（ＩＶ）酸化物（ＭｎＯ２）を含む混合物、マンガン（ＩＩ， ＩＩＩ）酸化物（Ｍｎ３Ｏ４）、マンガン（ＩＩ）酸化物（ＭｎＯ）、マンガン（ＩＩＩ）酸化物（Ｍｎ２Ｏ３）、オキシ水酸化マンガン（ＭｎＯＯＨ）、銀（Ｉ）酸化物（Ａｇ２Ｏ）およびオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）を含む混合物、銀ニッケル酸化物（ＡｇＮｉＯ２）、それらの組み合わせなどを含み得る。エネルギー貯蔵装置の陰極は、亜鉛、カドミウム、鉄、ニッケル、アルミニウム、金属水和物、水素、それらの組み合わせなどの陰極電極活物質を含み得る。一部の実施形態では、陰極は亜鉛粉末を含み得る。
一部の実施形態では、本明細書に開示されている薄膜に基づくＥＳＤは、例えば、第１の電極層１１２、第２の電極層１２０、もしくは分離体１１６のうちの１つまたは複数の一部として、非水電解質を含んでもよい。非水電解質は、数ある有機電解質の中でも、アセトニトリル、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、酢酸エチル、１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロプロパン－２－オール、アジポニトリル、１，３－プロピレンサルファイト、ブチレンカーボネート、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトン、プロピオニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３－メトキシプロピオニトリル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリジノン、Ｎ－メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ″－ジメチルイミダゾリノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホネート、３－メチルスルホネート、ジメチルスルホキシド、トリメチルホスフェート、またはそれらの組み合わせに基づく有機電解質をさらに含み得る。
一部の実施形態では、電解質はイオン液体を含み得る。本明細書において記載されているように、イオン液体は、本質的にイオンから成る有機溶融塩であり、１００℃未満の温度において液体である。イオン液体はカチオンとアニオンとを有する。実施形態によるイオン液体は、後にあるカチオンの列記とアニオンの列記とからの任意の組み合わせを含み得る。
イオン液体のカチオンは、ブチルトリメチルアンモニウム、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウム、１－メチル－３－プロピルイミダゾリウム、１－ヘキシル－３－メチルイミダゾリウム、コリン、エチルアンモニウム、トリブチルメチルホスホニウム、トリブチル（テトラデシル）ホスホニウム、トリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウム、１－エチル－２，３－メチルイミダゾリウム、１－ブチル－１－メチルピペリジニウム、ジエチルメチルスルホニウム、１－メチル－３－プロピルイミダゾリウム、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム、１－メチル－１－プロピルピペリジニウム、１－ブチル－２－メチルピリジニウム、１－ブチル－４－メチルピリジニウム、１－ブチル－１－メチルピロリジニウム、ジエチルメチルスルホニウム、またはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含み得る。
イオン液体のアニオンは、トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、トリフルオロメタンスルホネート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、硫酸エチル、リン酸ジメチル、トリフルオロメタンスルホネート、メタンスルホネート、トリフレート、トリシアノメタニド、ジブチルホスフェート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ビス－２，４，４－（トリメチルペンチル）ホスフィネート、ヨウ化物、塩化物、臭化物、硝酸塩、またはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含み得る。
一部の実施形態では、電解質は、有機、酸、塩基、または無機に基づかれ得る電解質塩をさらに含んでもよい。例えば、電解質の一部として含まれ得る有機塩は、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルアンモニウムジフルオロ（オキサレート）ボレート、メチルアンモニウムテトラフルオロボレート、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラフルオロホウ酸ジメチルジエチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラプロピルアンモニウムテトラフルオロボレート、メチルトリブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラヘキシルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラプロピルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラブチルホスホニウム、テトラフルオロボレート、またはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含む。
電解質の一部として含まれ得る酸に基づく電解質には、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、ＨＣｌＯ４、それらの組み合わせなどの１つまたは複数を含む。
電解質の一部として含まれ得る塩基に基づく電解質には、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、それらの組み合わせなどの１つまたは複数を含む。
電解質の一部として含まれ得る無機に基づく塩には、ＬｉＣｌ、Ｌｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌＯ４、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＣｌ、Ｋ２ＳＯ４、ＫＮＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、ＭｇＳＯ４、ＺｎＣｌ２、Ｚｎ（ＢＦ４）２、ＺｎＮＯ３、それらの組み合わせなどの１つまたは複数を含む。
実施形態は、有機の電解質またはイオン液体に限定されない。他の実施形態では、実施形態によるＥＳＤは、水に基づく水性電解質を含む。
一部の実施形態では、低粘度添加物は電解質に加えられてもよい。電解質の一部として含まれ得る低粘度添加物には、水、メタノールなどのアルコール、エタノール、Ｎ－プロパノール（１－プロパノール、２－プロパノール（イソプロパノールまたはＩＰＡ）、１－メトキシ－２－プロパノールを含む）、ブタノール（１－ブタノール、２－ブタノール（イソブタノール）を含む）、ペンタノール（１－ペンタノール、２－ペンタノール、３－ペンタノールを含む）、ヘキサノール（１－ヘキサノール、２－ヘキサノール、３－ヘキサノールを含む）、オクタノール、Ｎ－オクタノール（１－オクタノール、２－オクタノール、３－オクタノール）、テトラヒドロフルフリルアルコール（ＴＨＦＡ）、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、テルピネオール、ブチルラクトンなどのラクトン、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルプロピルエーテル、およびポリエーテルなどのエーテル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、アセトン、ベンゾフェノン、アセチルアセトン、アセトフェノン、シクロプロパノン、イソホロン、メチルエチルケトンなどのジケトンおよび環状ケトンを含むケトン、酢酸エチルなどのエステル、アジピン酸ジメチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、グルタル酸ジメチル、コハク酸ジメチル、酢酸グリセリン、カルボン酸塩、炭酸プロピレンなどの炭酸塩、ポリオール（または液体ポリオール）、グリセロール、および、グリセリン、ジオール、トリオール、テトラオール、ペンタオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリコールエーテル、グリコールエーテルアセテート、１，４－ブタンジオール、１，２－ブタンジオール、２，３－ブタンジオール、１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，８－オクタンジオール、１，２－プロパンジオール、１，３－ブタンジオール、１，２－ペンタンジオール、エトヘキサジオール、ｐ－メンタン－３，８－ジオール、２－メチル－２，４－ペンタンジオールなどの他の高分子ポリオールまたはグリコール、テトラメチル尿素、ｎ－メチルピロリドン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ－メチルホルムアミド（ＮＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、塩化チオニル；塩化スルフリル、またはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含む。数ある利点の中でも、低粘度添加物は、印刷されるときに電解質の拡散速度を向上させることができる。開示されている添加物が、本明細書に記載されている様々な印刷の電気化学反応物質の組み合わせにおいて実質的に電気化学的に安定であり得ることは、理解されるものである。
一部の実施形態では、電解質は界面活性剤を含む。例えば、界面活性剤は非イオンであり得る。電解質の一部として含まれ得る非イオンの界面活性剤には、セチルアルコール、ステアリルアルコール、セトステアリルアルコール、オレイルアルコール、ポリオキシエチレングリコールアルキルエーテル、オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル、グルコシドアルキルエーテル、デシルグルコシド、ポリオキシエチレングリコールオクチルフェノールエーテル、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標） Ｘ－１００（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ（登録商標）によって販売されている）、ノノキシノール－９、ラウリン酸グリセリル、ポリソルベート、ポロキサマ、またはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含む。数ある利点の中でも、界面活性剤は、印刷されるときに電解質の拡散速度を向上させることができる。開示されている添加物が、本明細書に記載されている様々な印刷の電気化学反応物質の組み合わせにおいて実質的に電気化学的に安定であり得ることは、理解されるものである。
一部の実施形態では、分離体は充填剤を含み得る。充填剤は、数ある充填剤の中でも、珪藻フラスチュール、ゼオライト、セルロース繊維、ガラス繊維、アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブカーボン、天然粘土ベースの固体、高分子吸収剤、もしくはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含み得る。
一部の実施形態では、分離体は高分子バインダを含み得る。高分子バインダは、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ポリビニリデン－トリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレングリコールヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンテレフタレートポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリビニルカプロラクタム、ポリ塩化ビニルなどのポリマ（または、同等に、高分子前駆体または重合性前駆体）、ポリイミドポリマおよびコポリマ（脂肪族、芳香族、および半芳香族ポリイミドを含む）、ポリアミド、ポリアクリルアミド、アクリレート、（メタ）アクリレートポリマ、および、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アリルメタクリレート、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリクロロプレン、ポリエーテルスルホン、ナイロン、スチレン－アクリロニトリル樹脂などのコポリマ、ポリエチレングリコール、ヘクトライト粘土、ガラマイト粘土、有機変性粘土などの粘土、糖類および、グアーガム、キサンタンガム、デンプン、ブチルゴム、アガロース、ペクチンなどの多糖類、セルロースおよび、ヒドロキシルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルメチルセルロース、メトキシセルロース、メトキシメチルセルロース、メトキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシルエチルセルロース、セルロースエーテル、セルロースエチルエーテル、キトサンなどの修飾セルロース、もしくはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を含み得る。
明確性のために図示されていないが、外界からのＥＳＤへの機械的、電気的、および化学的な防御を提供するために、本明細書に開示されている様々なＥＳＤの上に防御膜が形成されてもよいことは、理解されるものである。防御膜は、例えばラミネートまたは印刷され得る。ＥＳＤの包装は簡潔性のために詳述されないが、包装が薄膜に基づくＥＳＤの一体の一部を形成し、延いては完成した製品の一部を形成することは、理解されるものである。
薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の構成
図１および図２Ａ／図２Ｂに関連して前述したように、薄膜に基づくＥＳＤには、２つの大まかな種類、つまり、図１に関連して前述した例のＥＳＤ１００など、鉛直に積み重ねられた電極層および集電体を有する薄膜に基づくＥＳＤと、図２Ａ／図２Ｂに関連して前述した例のＥＳＤ２００など、横で隣接する集電体および電極を有する薄膜に基づくＥＳＤとがある。前述したように、２つの大まかな種類の薄膜に基づくＥＳＤの各々は、２種類の薄膜に基づくＥＳＤの他方に対して特定の利点を有し得る。例えば、横に配置された集電体と電極とを有するＥＳＤは、より少ない数の刷りまたは工程ステップで印刷することができ、電極および／または集電体のより大きい層の厚さを受け入れることができるため有利にできる。一方、鉛直に配置された電極層と集電体とを有するＥＳＤは、相対する電極層同士の間の重なりのより大きい面積と、イオンについてのそれら電極層同士の間のより短い進行距離とによるより大きな電流能力のため有利にできる。以下において、２つの大まかな種類の薄膜に基づくＥＳＤの様々な実施形態が開示されており、それらは、その構成要素の層の物理的な配置に一部基づいて、これらの利点および他の利点を提供できる。
様々な薄膜に基づくＥＳＤでは、電極活物質の相対的な体積および／または質量が、いくつかの理由のため、反対の極性の電極活物質同士の間で異なるように調節されてもよい。例えば、電気化学反応を伴う電池などの薄膜に基づくＥＳＤでは、例えば陽極活物質および陰極活物質といった第１の電極活物質および第２の電極活物質の相対的な量は、ＥＳＤの根底にある電気化学反応に基づいて異なるように調節され得る。例えば、電気化学反応に関与する第１の電極活物質の量と第２の電極活物質の量との間の比はモル基準で約１：１である薄膜に基づくＥＳＤでは、第１の電極活物質および第２の電極活物質は、モル基準において約１：１の比でそれぞれの電極層に配置され得る。しかしながら、電気化学反応に関与する第１の電極活物質の量と第２の電極活物質の量との比が、モル基準において１：１より大きい／小さい、または、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間の様々な他の構造および材料の違いのため１：１より大きい／小さい薄膜に基づくＥＳＤでは、第１の電極活物質および第２の電極活物質の相対的な体積ならびに／または質量は、相当に異なるように調節され得る。様々な実施形態において、電極活物質の体積および／または質量は、電極の面積および／または厚さを調節することによって調節できる。図３Ａおよび図３Ｂは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の活物質の体積および／または質量が、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の少なくとも表面積を調節することによって調節できる薄膜に基づくＥＳＤ３００を示している。
図３Ａは、第１の電極層と第２の電極層との間の表面積の比が活物質のモル比に従って調節されている、非対称に横で隣接する集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置３００の側面図を示している。図３Ｂは、図３Ａに示された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の電極層の平面図を示している。図２Ａおよび図２Ｂに関連して図示されたＥＳＤ２００と同様に、ＥＳＤ３００は、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４が基板１０４において互いに横で隣接して形成されており、横方向において隙間２１０によって分離されていることを含む。ＥＳＤ３００は、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４にわたって、または、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４においてそれぞれ形成された第１の電極層１１２および第２の電極層１２０を追加的に含み、同じく、互いに対して横で隣接して形成されており、横方向において隙間２１０によって分離されている。分離体１１６は、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０にわたって、または、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０において形成されている。しかしながら、図２Ａおよび図２ＢのＥＳＤ２００と異なり、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の横の設置面積または表面積は異なり、非対称である。具体的には、第１の電極層１１２の表面積と第２の電極層１２０の表面積との割合は、前述したように、根底にある電気化学反応に従って、例えば陽極の活物質および陰極の活物質といった、第１の電極の電極活物質と第２の電極の電極活物質との化学量論比に従って調節される。例えば、根底にある電気化学反応に伴う、例えば陽極の活物質および陰極の活物質といった、第１の電極活物質の量と第２の電極活物質の量との比が、モル基準において１：１であるとき、第１の電極活物質を含む第１の電極層１１２の第１の体積Ｖ１と第２の電極活物質を含む第２の電極層１２０の第２の体積Ｖ２との間の比Ｖ１／Ｖ２は、第２の電極活物質の第２のモル質量ｍ２に対する第１の電極活物質の第１のモル質量ｍ１の比ｍ１／ｍ２に比例してもよく、第１の電極活物質の第１の密度ρ１に対する第２の電極活物質の第２の密度ρ２の比ρ２／ρ１に比例してもよい。比Ｖ１／Ｖ２を調節するために、一部の実施では、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の表面積は調節される一方で、それらの厚さを比較的一定に保つ。これらの実施では、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０がおおよそ同じ厚さを有する矩形の平板として近似できる形状において、電気化学反応に伴う、例えば陽極の活物質および陰極の活物質といった、第１の電極活物質と第２の電極活物質との比が、モル比に基づいて１：１であるとき、第１の電極層１１２の第１の表面積Ａ１と第２の電極層１２０の第２の表面積Ａ２との間の比Ａ１／Ａ２は、比ｍ１／ｍ２および比ρ２／ρ１に比例してもよい。
なおも図３Ａ／図３Ｂを参照すると、第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が、０．１から０．４の間、０．４から０．７の間、０．７から１．０まで、１．０から１．３まで、１．３から１．６まで、１．６から１．９まで、１．９から２．２まで、２．２から２．５まで、２．５から２．８まで、２．８から３．１まで、３．１から３．４まで、３．４から３．７まで、３．７から４．０まで、４．０から４．３まで、または、これらの値のいずれかによって定められる範囲にあり、モル比は、ＥＳＤの根底にある電気化学反応に対応できる。例えば、図示の例として、ＥＳＤは、第１の電極活物質が亜鉛を備え、第２の電極活物質がＭｎＯ２を備えるアルカリ電池を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比は、例えば約０．４から０．７の間といった、通常は約０．５とできる。別の図示の例では、ＥＳＤは、第１の電極活物質が亜鉛を備え、第２の電極活物質がＡｇ２Ｏを備えるアルカリ電池を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比は、例えば約０．７から１．３の間といった、通常は約１．０とできる。
電気化学反応を伴う電池などの様々な薄膜に基づくＥＳＤでは、例えば４回のステップまたは刷りといった、堆積ステップまたは印刷の刷りの回数を少なく抑えつつ、第１の電極層１１２の電極活物質と第２の電極層１２０の電極活物質との間での根底にある電気化学反応において伴われるイオンの進行の距離を短くすることが望ましい可能性がある。図３に関連して先に記載されているように、電極活物質の体積を調節することができることに関する自由度を維持しつつ電流を増加させるために、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の重なりの面積を増加させることが望ましい可能性もある。これらの要求および他の要求に対処するために、ＥＳＤは、実施形態による図４に関連して図示された薄膜に基づくＥＳＤ４００として構成され得る。図４は、鉛直方向において重なる部分を有する横で隣接する集電体および電極層を有する薄膜に基づくＥＳＤ４００の側面図を示している。図３Ａ／図３Ｂに関連して図示されているＥＳＤ３００と同様に、ＥＳＤ４００は、基板１０４にわたって、または、基板１０４において形成され、隣接して配置され、横方向において隙間によって分離された第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を備える。同じくＥＳＤ３００（図３Ａ、図３Ｂ）と同様に、ＥＳＤ４００は、第１の集電体１０８にわたって形成された第１の電極１１２を有する。しかしながら、図３Ａ／図３Ｂに示されているＥＳＤ３００と異なり、ＥＳＤ４００では、分離体１１６は、第２の電極１２０を形成する前に、第１の電極層１１２および第１の集電体１０８において、または、第１の電極層１１２および第１の集電体１０８にわたって形成され、一方で、第２の電極層１２０を第２の集電体１２４の一部分において形成するためにその一部分を露出させたままにする。その後、第２の電極１２０が分離体１１６および第２の集電体１２４にわたって形成される。第２の電極層１２０は、第２の集電体１２４から鉛直方向で延びる基礎部分１２０Ｂと、第１の電極層１１２に重なるように基礎部分から横方向において横に延びる横延在部分１２０Ａとを備える。基礎部分１２０Ｂと横延在部分１２０Ａとは、分離体１１６の鉛直方向表面と横方向表面とに直接的に接触する。ＥＳＤ４００の電極構成は様々な利点を提供する。
動作中、電圧が第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に加えられるとき、イオンが分離体１１６を通じて第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で交換され、それによってＥＳＤ４００を充電または放電させることができる。有利には、イオン交換の実質的または支配的な部分は、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との重なる部分の間で鉛直方向において起こることができる。したがって、有利には、図１のＥＳＤ１００に関連して前述したのと同様の様態で、第１の電極１１２と第２の電極１２０との間の重なりの面積は、充電／放電の間にイオン電流の量を調節することで制御され得る。例えば、第２の電極層１２０の横延在部分１２０Ａと第１の電極層１１２との実質的に横での重なりによって、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間のイオン伝導に利用可能な重なりの面積は、対応するように増加させることができ、それによって、ＥＳＤ４００のより大きい電流、より大きい電力、および／またはより速い充電を可能にする。
より大きいイオン電流に加えて、ＥＳＤ４００の電極構成は、ＥＳＤ４００の根底にある電気化学反応において伴われるそれぞれの電極活物質の化学量論比に従って、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の相対的な量または体積の柔軟な調節を有利に可能にすることができる。例えば、第１の集電体１０８に形成された第１の電極層１１２の体積（面積および厚さ）に依存して、第２の電極層１２０の量は、基礎部分１２０Ｂの幅（ｗ１）４０４と、横延在部分１２０Ａの厚さ（ｔ１）４０８とを調節することで調節できる。
発明者らは、ＥＳＤ４００の電極構成が、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間のイオン伝導を増進することに加えて、基礎部分１２０Ｂの幅（ｗ１）４０４と横延在部分１２０Ａの厚さ（ｔ１）４０８との間の比を調節することで、第２の電極１２０における電子伝導を増進するために、最適化され得ることを発見した。様々な実施形態において、ＥＳＤの電流および電圧を含む、本明細書に記載された様々な望ましい動作パラメータを得るための効果的な比ｗ１／ｔ１は、１：１、２：１、３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、および１０：１、またはそれより大きい比のうちの２つのいずれかによって定められる範囲にあり得る。
前述したように、ＥＳＤの容量は、数ある中でも、電極層の体積に依存し得る。容量を増加させるための１つの方法は、所与の厚さについて、電極層の被覆面積を増加させることによって、電極層の体積を増加させることである。しかしながら、電極層の被覆面積を増加させることは、例えば、図２Ａ／図２Ｂで前述されたＥＳＤ２００などの横で隣接する電極層を有するＥＤＳといった、一部の薄膜に基づくＥＳＤの被覆面積を増加させることが、装置設置面積全体を直接増加させるため、望ましくない、または、実用的でない可能性がある。装置設置面積全体を増加させることなく電池容量を増加させるための１つの方法は、より厚い電極層を堆積させることである。しかしながら、より厚い電極層が、膜厚に比例する膜応力のため、割れまたは剥離をより起こしやすくなる可能性があることは、理解されるものである。割れまたは剥離は、例えば電池容量における低減といった様々な問題に加えて、安全上の懸念をもたらす可能性がある。以下において、これらの潜在的な不都合な点のうちの１つまたは複数を軽減しつつＥＳＤの容量を増加させることができるＥＳＤの様々な構成が記載されている。
図５は、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）の全体の横の設置面積を増加させることなく容量を増加させるために、電極層が穿孔された分離体の相対する主表面に形成されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）５００の側面図を示している。図６は、図５に示された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の平面図を示している。具体的には、電極層の体積および／または質量を増加させることによってＥＳＤの容量をさらに増加させるために、ＥＳＤ５００は、穿孔された分離体５１６の相対する側に形成されている第１の電極５１２および第２の電極５２０の一方または両方を備える。ＥＳＤ５００は、基板１０４にわたって、または、基板１０４において形成されている隣接して配置された第１の集電体１０８および第２の集電体１２４と、それら集電体にわたって、または、それら集電体において隣接してそれぞれ形成された第１の電極５１２Ａおよび第２の電極５２０Ａと、第１の電極層５１２Ａおよび第２の電極層５２０Ａにわたって、または、第１の電極層５１２Ａおよび第２の電極層５２０Ａにおいて形成されている分離体５１６とを含む、前述したＥＳＤ３００（図３Ａ／図３Ｂ）と類似している様々な特徴を有する。図３Ａ／図３Ｂに関連して記載されたものと類似している特徴の詳細は、簡潔性のためにここでは省略されている。前述したＥＳＤ３００と同様に、第１の電極層５１２Ａおよび第２の電極層５２０Ａは、分離体５１６と第１の集電体１０８および第２の集電体１２４のそれぞれとの間に形成されている。ＥＳＤ５００の容量は、第１の電極層５１２Ａおよび第２の電極層５２０Ａのそれぞれの横被覆面積を調節することで調節できる。しかしながら、ＥＳＤ３００（図３Ａ／図３Ｂ）と異なり、分離体５１６は、第１の電極層５１２Ａにわたって分離体５１６を貫いて形成された穿孔または開口５０６と、第２の電極層５２０Ａにわたって分離体５１６を貫いて形成された穿孔または開口５０２とを備える。また、追加の第１の電極層５１２Ｂおよび追加の第２の電極層５２０Ｂは、分離体５１６の外面にわたって、または、分離体５１６の外面において形成されている。したがって、第１の電極５１２は、分離体５１６の相対する側に形成された第１の電極層５１２Ａおよび追加の第１の電極層５１２Ｂを備え、第２の電極５２０は、分離体５１６の相対する側に形成された第２の電極層５２０Ａおよび追加の第２の電極層５２０Ｂを備える。第１の電極５１２および第２の電極５２０の各々の２つの層は、例えば、集電体１０８、１２４のそれぞれにおいて１回目で、分離体５１６において２回目で、堆積または印刷を２回行うことで形成できる。電極層と追加の電極層との間に電気およびイオンの連続性を提供するために、開口または穿孔５０２は、追加の第２の電極層５２０Ｂが堆積または印刷されるときに埋めることができ、開口または穿孔５０６は、追加の第１の電極層５１２Ｂが堆積または印刷されるときに埋めることができる。第１の電極５１２の第１の電極活物質は、分離体５１６の相対する側に形成された第１の電極５１２の第１の電極層５１２Ａと追加の第１の電極層５１２Ｂとを電気的に連結するために穿孔５０６を埋め、第２の電極５２０の第２の電極活物質は、分離体５１６の相対する側に形成された第２の電極層の第２の電極層５２０Ａと追加の第２の電極層５２０Ｂとを電気的に連結するために穿孔５０２を埋める。したがって、構成されたとき、電極層が分離体の一方だけの側に形成されているＥＳＤ構成（例えば、図３のＥＳＤ３００）に対して、ＥＳＤ５００は、ＥＳＤ５００の同じ横の設置面積に対してより大きな容量を有することができる。例えば、第１の電極５１２および第２の電極５２０の電極活物質の組み合わされた体積および／または質量が、ＥＳＤ３００（図３Ａ／図３Ｂ）のそれらの体積および／または質量に対して２倍とされる場合、容量は対応するようにおおよそ２倍とされ得る。また、電極層の個々の層の厚さが比例的に増加させられないため、電極層において蓄積する応力は比較的低い値に保たれたままとでき、それによって、割れまたは剥離の危険性を比例的に増加させることなく、より大きい容量を達成することができる。
なおも図５を参照すると、開口または穿孔５０２、５０６の形および密度は、分離体５１６の相対する側における電極層同士の間での電子伝導およびイオン伝導を十分に容易にするように調節され得ることは、理解されるものである。さらに、開口または穿孔５０２、５０６の形および大きさは、採用される印刷工程に依存して適切に選択され得る。開口または穿孔５０６の形および大きさは、追加の第１の電極層５１２Ｂが分離体５１６に印刷されるときに穿孔または開口５０６が追加の第１の電極層５１２Ｂのインクで十分に埋められるように適切に選択され得る。同様に、開口または穿孔５０２の形および大きさは、追加の第２の電極層５２０Ｂが分離体５１６に印刷されるときに穿孔または開口５０２が追加の第２の電極層５２０Ｂのインクで十分に埋められるように適切に選択され得る。例えば、開口または穿孔５０２、５０６は、０．１ｍｍから０．５ｍｍまで、０．５ｍｍから１．０ｍｍまで、１．０ｍｍから１．５ｍｍまで、１．５ｍｍから２．０ｍｍまで、２．０ｍｍから２．５ｍｍまで、２．５ｍｍから３．０ｍｍまで、３．０ｍｍから３．５ｍｍまで、３．５ｍｍから４．０ｍｍまで、４．０ｍｍから４．５ｍｍまで、４．５ｍｍから５．０ｍｍまで、または、これらの値のうちのいずれかによって定められる範囲での平均の大きさを有し得る。開口または穿孔５０２、５０６は、開口同士の間の平均距離が、０．５ｍｍから１．０ｍｍまで、１．０ｍｍから１．５ｍｍまで、１．５ｍｍから２．０ｍｍまで、２．０ｍｍから２．５ｍｍまで、２．５ｍｍから３．０ｍｍまで、３．０ｍｍから３．５ｍｍまで、３．５ｍｍから４．０ｍｍまで、４．０ｍｍから４．５ｍｍまで、４．５ｍｍから５．０ｍｍまで、または、これらの値のうちのいずれかによって定められる範囲での平均の大きさとなり得るようにさらに形成され得る。開口または穿孔５０２、５０６は、多角形または円形などの任意の適切な形を有し得る。他の開口の大きさ、開口同士の間の距離、および形も可能である。
前述したように、薄膜に基づくＥＳＤの第１および／または第２の電極層の電極活物質の体積および／または質量は、穿孔された分離体の両側に電極層を形成することによって、所与の面積のために増加させることができる。同様の様態で、薄膜に基づくＥＳＤの第１および／もしくは第２の電極層の体積ならびに／または質量は、例えば穿孔された集電体といった、集電体の一方の側または両側に電極層を形成することによって、所与の面積のために増加させることができる。図７は、薄膜に基づくＥＳＤの全体の横の設置面積を増加させることなく容量を増加させるために、例えば穿孔された集電体といった集電体の相対する主表面に電極層が形成されている、鉛直に積み重ねられている集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置７００の側面図を示している。ＥＳＤ７００は、第１の集電体１０８、第１の電極層１１２、分離体１１６、第２の電極７２０、および第２の集電体１２４が積み重ねの構成で形成されている基板１０４を含む、異なる層の相対的な配置を含め、前述のＥＳＤ１００（図１）と類似であるいくつかの特徴を有する。図１のものと類似している特徴の詳細は、簡潔性のためにここでは省略されている。前述したＥＳＤ１００と同様に、第２の電極層７２０Ｂは、分離体１１６と第２の集電体１２４との間に形成されている。ＥＳＤ７００の容量は、第１の電極層１１２および第２の電極層７２０Ｂのそれぞれの横被覆面積を調節することで調節できる。しかしながら、ＥＳＤ１００（図１）と異なり、第２の電極７２０は、第２の集電体１２４の外面にわたって、または、その外面において形成された追加の第２の電極層７２０Ａを備える。したがって、第２の電極７２０は、穿孔され得る第２の集電体１２４の相対する側において形成される第２の電極層７２０Ｂおよび追加の第２の電極層７２０Ａを備える。第２の電極７２０の２つの層は、例えば、分離体１１６において１回目で、第２の集電体１２４において２回目で、例えば堆積または印刷を２回行うことで形成できる。第２の電極層７２０Ｂと追加の第２の電極層７２０Ａとの間に電気およびイオンの連続性を提供するために、第２の集電体１２４は、それを通じて形成されている複数の開口または穿孔７０２を有する。開口または穿孔７０２は、追加の第２の電極層７２０Ａが堆積または印刷されるときに埋めることができ、それによって、第２の集電層１２４の相対する側に形成されている第２の電極７２０の第２の電極層７２０Ｂと追加の第２の電極層７２０Ａとの間で電子およびイオンの移転を可能にする。したがって、構成されたとき、電極層が集電体の一方だけの側に形成されているＥＳＤ構成（例えば、図１のＥＳＤ１００）に対して、ＥＳＤ７００は、ＥＳＤの同じ横の設置面積に対してより大きな容量を有することができる。また、第２の電極層７２０Ｂおよび追加の第２の電極層７２０Ａの個々の層の厚さが比例的に増加させられないため、電極層において蓄積する応力は比較的低い値に保たれたままとでき、それによって、割れまたは剥離の危険性を比例的に増加させることなく、より大きい容量を達成することができる。
開口または穿孔７０２は、図５および図６に関連して前述したものと同様である形、密度、および大きさを有することができる。
一部の実施形態では、ＥＳＤの容量は、２以上のＥＳＤユニットまたは単電池を形成するために複数の第１の電極層および第２の電極層を積み重ね、それらを電気的に並列に連結することで、装置の設置面積を増加させることなく増加させることができる。図８は、薄膜に基づくＥＳＤの全体の横の設置面積を増加させることなく容量を増加させるために、２つの第１の電極層、２つの第２の電極層、および２つの分離体が並列で電気的に連結された２つのエネルギー貯蔵装置として構成されている、鉛直に積み重ねられた集電体および電極層を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置８００の側面図を示している。ＥＳＤ８００は、第１の集電体８０８の第１の部分８０８Ａ、第１の電極層１１２、第１の分離体１１６、第２の電極層１２０、および第２の集電体１２４が積み重ねの構成で連続的に形成されている基板１０４を含む、前述のＥＳＤ１００（図１）と類似であるいくつかの特徴を有する。図１のものと類似している積み重ねの詳細は、簡潔性のためにここでは省略されている。ＥＳＤ１００（図１）と異なり、ＥＳＤ８００は、追加の第２の電極層８２０、第２の分離体８１６、および追加の第１の電極層８１２を含む追加の連続的に形成された層を追加的に備え、第１の集電体８０８の第２の部分８０８Ｂは、積み重ねとしてさらに連続的に形成されている。第１の部分８０８Ａと第２の部分８０８Ｂとは、第１の電極層１１２および追加の第１の電極層８１２が形成されている単一の第１の集電体８０８として電気的に連結されている。第２の電極層１２０および追加の第２の電極層８２０は、第２の集電体１２４に形成されており、第１の分離体１１６および第２の分離体８１６によって、第１の電極層１１２および追加の第１の電極層８１２からそれぞれ分離されている。したがって、構成されたとき、ＥＳＤ８００は、第２の集電体１２４の相対する側において形成された並列で電気的に連結されている２つのＥＳＤユニットまたは単電池を備える。したがって、層の単一の積み重ねが形成されているＥＳＤ構成（例えば、図１のＥＳＤ１００）に対して、ＥＳＤ８００は、ＥＳＤの同じ横の設置面積に対してより大きな容量を有することができる。また、第１の電極層１１２、第２の電極層１２０、追加の第１の電極層８１２、および追加の第２の電極層８２０の個々の層の厚さが比例的に増加させられないため、電極層において蓄積する応力は比較的低い値に保たれたままとでき、それによって、割れまたは剥離の危険性を比例的に増加させることなく、より大きい容量を達成することができる。
図８をなおも参照すると、他の実施形態では、図示されていないが、ＥＳＤ８００の容量は、図７のＥＳＤ７００の第２の集電体１２４に関連して前述したのと同様の手法で、第１の集電体８０８の第２の部分８０８Ｂを、それを貫いて形成された穿孔または開口を有するように構成することでさらに増加させることができる。
一部の実施形態では、ＥＳＤの容量は、複数の第１の電極および第２の電極を基板の両側に有することによって増加させられ得る。そのため、図９は、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の全体の横の設置面積を増加させることなく容量を増加させるために、集電層および電極層が、例えば穿孔された基板といった基板の相対する表面に形成されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置９００の側面図を示している。図示されている実施形態では、基板９０４は、それを貫いて形成された複数の穿孔または開口９０２、９０６を有する。穿孔された基板９０４の各々の側において、隣接して配置され、基板に形成された第１の集電体および第２の集電体と、隣接して配置された第１の電極活性層および第２の電極活性層と、第１の電極層および第２の電極層にわたって形成された分離体とを含む、前述したＥＳＤ３００（図３Ａ／図３Ｂ）と類似する様々な層が形成されている。そのため、第１の集電体９０８は、基板９０４の相対する側に形成された第１の集電層９０８Ａおよび追加の第１の集電層９０８Ｂを備える。第１の集電体９０８の第１の集電層９０８Ａと追加の第１の集電層９０８Ｂとは、基板９０４を貫いて形成された複数の開口または穿孔９０２を通じて電気的に連結されている。同様の手法で、第２の集電体９２４は、基板９０４の相対する側に形成された第２の集電層９２４Ａおよび追加の第２の集電層９２４Ｂを備える。第２の集電体９２４の第２の集電層９２４Ａと追加の第２の集電層９２４Ｂとは、基板９０４を貫いて形成された複数の開口または穿孔９０６を通じて電気的に連結されている。
なおも図９を参照すると、基板９０４の第１の側において、第１の電極層１１２Ａが第１の集電体９０８の第１の集電層９０８Ａに形成されており、基板９０４の第２の側において、追加の第１の電極１１２Ｂが第１の集電体９０８の追加の第１の集電層９０８Ｂに形成されている。同様の手法で、基板９０４の第１の側において、第２の電極層１２０Ａが第２の集電体９２４の第２の集電層９２４Ａに形成されており、基板９０４の第２の側において、追加の第２の電極層１２０Ｂが第２の集電体９２４の追加の第２の集電層９２４Ｂに形成されている。分離体１１６は、第１の電極層１１２Ａおよび第２の電極層１２０Ａを被覆するために基板９０４の第１の側に形成された第１の分離層１１６Ａと、追加の第１の電極層１１２Ｂおよび追加の第２の電極層１２０Ｂを被覆するために基板９０４の第２の側に形成された第２の分離層１１６Ｂとを備える。分離体１１６の第１の分離層１１６Ａと第２の分離層１１６Ｂとは、第１の集電体９０８と第２の集電体９２４との間、第１の電極層１１２Ａと第２の電極層１２０Ａとの間、および、追加の第１の電極層１１２Ｂと追加の第２の電極層１２０Ｂとの間に形成された隙間２１０を通じて連結されている。
ＥＳＤ９００を製造するために、第１の集電体９０８の２つの層は、例えば、基板９０４の第１の側において１回目で、基板９０４の第２の側において２回目で、堆積または印刷を２回行うことで形成できる。開口または穿孔９０２は、第１の集電層９０８Ａおよび追加の第１の集電層９０８Ｂのいずれかかまたは両方が堆積または印刷されるときに埋めることができ、それによって、基板９０４の相対する側に形成されている第１の集電層９０８Ａと追加の第１の集電層９０８Ｂとの間の電子的な連続性を可能にする。同様に、第２の集電体９２４の２つの層は、例えば、基板９０４の第１の側において１回目で、基板９０４の第２の側において２回目で、堆積または印刷を２回行うことで形成できる。開口または穿孔９０６は、第２の集電層９２４Ａおよび追加の第２の集電層９２４Ｂのいずれかかまたは両方が堆積または印刷されるときに埋めることができ、それによって、基板９０４の相対する側に形成されている第２の集電層９２４Ａと追加の第２の集電層９２４Ｂとの間の電子的な連続性を可能にする。その後、第１の電極層１１２Ａおよび追加の第１の電極層１１２Ｂは、第１の集電体９０８の第１の集電層９０８Ａおよび追加の第１の集電層９０８Ｂにそれぞれ形成され、第２の電極層１２０Ａおよび追加の第２の電極層１２０Ｂは、第２の集電体９２４の第２の集電層９２４Ａおよび追加の第２の集電層９２４Ｂにそれぞれ形成される。分離体１１６は、４つの方法のうちの１つで形成でき、すなわち、（ａ）基板９０４の２つの側の一方に、（ｂ）基板９０４の他方側に到達するために基板９０４の一方の側において隙間２１０を貫いて、（ｃ）基板９０４の両側に、および、（ｄ）基板９０４の両側において隙間２１０を貫いてのうちの１つで形成できる。したがって、構成されたとき、電極層が基板の一方だけの側に形成されているＥＳＤ構成（例えば、図３Ａ／図３ＢのＥＳＤ３００）に対して、ＥＳＤ９００は、ＥＳＤの同じ横の設置面積に対してより大きな容量を有することができる。第１の集電体９０８の層同士の間で基板９０４に形成された開口または穿孔９０２と、第２の集電体９２４の層同士の間で基板９０４に形成された開口または穿孔９０６とは、図５および図６において記載されたような分離体を通じて形成された開口または穿孔に関連して前述した大きさ、開口同士の間の距離、形、および任意の他の特徴を有することができる。図示されていないが、ＥＳＤ９００の容量は、分離体１１６の第１の分離層１１６Ａおよび第２の分離層１１６Ｂを、それらを貫いて形成される穿孔を有するように構成し、続いて、図５および図６のＥＳＤ５００に関連して前述したのと同様の手法で、第１の分離層１１６Ａおよび第２の分離層１１６Ｂに、および、それらを貫いて形成された穿孔に、第１の電極および第２の電極のさらなる層を形成することで、さらに増加させることができる。
図５～図９に関連して前述したＥＳＤの電極層配置が、第１の電極層および第２の電極層の個々の活物質の相対的な量または体積を調整することに加えて、ＥＳＤの全体の横の設置面積を実質的に増加させることなく、第１の電極層の活物質と第２の電極層の活物質との間のモル比を調節するための追加的な自由度を有利に提供することは、理解されるものである。配置は、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が、例えば１．３超または０．７未満といった、実質的に１． ０より大きいかまたは１． ０より小さい薄膜に基づくＥＳＤの実施において、特に有益であり得る。
薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置における高度な電極の重なりのための電極および集電体の形
前述したように、例えば図２Ａ／図２Ｂに関連して、電圧が、横に配置された電極層を有するＥＳＤにおいて集電体同士の間に印加されるとき、イオン交換の実質的な部分は横方向において起こり得る。例えば、イオン交換は、例えば、図２Ａ／図２Ｂにおける図示されたＥＳＤ２００における隙間２１０を挟んでの横方向での第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の重なる表面同士の間といった、電極層の重なる表面同士の間で起こり得る。発明者らは、より大きなイオン交換が、電極層同士の間の重なりの面積を増加させることで、様々なＥＳＤにおいて達成できることを発見した。以下において、ＥＳＤの様々な実施形態が、より大きな電流、より大きな電流密度、および／またはより短い充電時間のために、電極同士の間の重なる面積を増加させることで、電極同士の間のイオン交換を増進するように構成されている。
図１０Ａ～図１０Ｅは、第１の電極と第２の電極とが、それらの間の重なる面積の異なる大きさのために異なる形を有している、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の異なる電極の重なる配置１０００Ａ～１０００Ｅの平面図を示している。電極の重なる配置１０００Ａ～１０００Ｅの各々は、例えば図３Ａ／図３Ｂに関連して前述したのと同様の手法で、互いに対して横で配置されている第１の電極層１１２および第２の電極層１２０を備える。図１０Ａに示された電極の重なる配置１０００Ａでは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々は矩形であり、例えば水平方向といった第１の横方向において細長くされ、第１の横方向において重なる幅を有する。図１０Ｂの電極の重なる配置１０００Ｂでは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々は矩形であり、例えば鉛直方向といった第２の横方向において細長くされ、第２の横方向において重なる長さを有する。図１０Ｃの電極の重なる配置１０００Ｃでは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々は、ストラップ部分と、複数の規則正しく離間された矩形の突起または指部とを有し、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の矩形の突起または指部は、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の重なる縁長さを増加させるために、例えば水平方向といった横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている。図１０Ｄの電極の重なる配置１０００Ｄでは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々はストラップ部分を有し、複数の規則正しく離間された丸い突起または指部を有し、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の丸い突起または指部は、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の重なる縁長さを増加させるために、例えば水平方向といった横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている。図１０Ｅの電極の重なる配置１０００Ｅでは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々はストラップ部分を有し、複数の規則正しく離間された突起、指部、歯、またはスパイクを有し、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の細長い突起、指部、歯、またはスパイクは、第１の電極層および第２の電極層の重なる縁長さを増加させるために、例えば水平方向といった横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている。
もたらされたイオン交換における異なる電極の重なる配置の効果を示すために、図１０Ａ～図１０Ｅに示されたような異なる電極の重なる配置を有する電池が、印刷によって製作された。電池のもたらされた電気特性を直接的に比較するために、異なる配置１０００Ａ～１０００Ｅを有する異なる電池の各々は、第１の種類のそれぞれの第１の電極層１１２および第２の種類のそれぞれの第２の電極層１２０の同じ横での被覆または表面積を有するように印刷された。また、異なる電極の重なる配置１０００Ａ～１０００Ｅを有する異なる電池が、同じ厚さ、第１の電極層１１２の同じ被覆または表面積、および、第２の電極層１２０の同じ被覆または表面積を有するように印刷された。また、異なる電極の重なる配置１０００Ａ～１０００Ｅを有する異なる電池は、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間に同じ幅の隙間２１０を有するように印刷された。したがって、電気特性は、重なりの面積と同等である、隙間２１０を挟んでの第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の重なりの長さに関連して、異なる電池の配置１０００Ａ～１０００Ｅについて変数として比較された。製作された電池の各々において、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０はそれぞれの集電体に印刷され、同じ電解質組成を有する分離体が、ＥＳＤ２００（図２Ａ／図２Ｂ）に関連して前述したのと同様の手法で、電極層１１２、１２０の間の隙間２１０を埋めるために電極層１１２、１２０の上に堆積させられた。抵抗が、ステップ電流方法を用いて、異なる電極の配置１０００Ａ～１０００Ｅを有する電池の各々について、集電体同士の間で測定された。異なる電極の重なる配置１０００Ａ～１０００Ｅを有するＥＳＤについての測定された抵抗値は、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の重なりの長さの関数として、ＴＡＢＬＥ １（表１）に示されている。抵抗が第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の重なりの長さに反比例であることがはっきりと分かる。
異なる電極の重なる配置１０００Ａ～１０００Ｅを有する電池の抵抗の実験測定は、イオン電流密度によって測定されるイオン交換が、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の重なりの面積と同等である重なりの長さへの明確な依存を呈することを示している。したがって、重なる面積と抵抗との間の観測された関係に基づいて、発明者らは、電極同士の間の重なりの量が比較的大きい電極の重なる配置が、比較的より大きな電流、比較的より大きな電力、および／またはより速い充電率が望まれる用途において採用され得ることを決定した。他方で、電極同士の間の重なりの量が比較的小さい電極の重なる配置は、比較的より小さい電流、より小さい電力、および／またはより小さい自己放電率が望まれる用途において採用され得る。
図１０Ａ～図１０Ｅをなおも参照すると、図示された電極の重なる配置１０００Ａ～１０００Ｅの各々において、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０は同じ設置面積または表面積を有するが、実施形態がそのように限定されないことは理解されるものである。他の実施形態では、図示された電極の重なる配置１０００Ａ～１０００Ｅの各々において、設置面積または表面積の比は、電極活物質同士の間の電気化学反応と関連付けられるモル比に従って調節できる。例えば、図３Ａおよび図３Ｂと関連して前述したように、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の表面積は、陽極の活物質と陰極の活物質との化学量論比に従って異なるように調節され得る。前述したように、図示の例として、第１の電極層１１２の厚さと第２の電極層１２０の厚さとがほぼ同じであるとき、および、電気化学反応と関連付けられる、例えば陽極の活物質および陰極の活物質といった、第１の電極活物質の量と第２の電極活物質の量との比が、モル比に基づいて１：１であるとき、第２の電極層１２０の第２の表面積Ａ２に対する第１の電極層１１２の第１の被覆または表面積Ａ１の比Ａ１／Ａ２は、第２の電極活物質の第２のモル質量ｍ２に対する第１の電極活物質の第１のモル質量ｍ１の比ｍ１／ｍ２に比例してもよく、第１の電極活物質の第１の密度ρ１に対する第２の電極活物質の第２の密度ρ２の比ρ２／ρ１に比例してもよい。例を用いて、図１１Ａおよび図１１Ｂは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０が同じ表面積および異なる表面積をそれぞれ有する薄膜に基づくＥＳＤの電極の重なる配置の平面図を示している。図１１Ａは、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０とがおおよそ同じ表面積を有する、図１０Ｅに示された配置と同様の横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置１１００Ａの電極配置の平面図である。第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々は、ストラップ部分と、複数の規則正しく離間された指部または突起とを有し、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の指部または突起は水平方向において交互になっている。他方で、図１１Ｂは、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０とが異なる表面積を有し、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の表面積の比が、電気化学反応と関連付けられた活物質のモル比に従って調節されていることを除いて、図１１Ａに示されている配置と同様の横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置１１００Ｂの電極配置の平面図を示している。図示された実施形態では、第２の電極層１２０は、第１の電極層１１２と比較してより大きい設置面積を有する。
図１２Ａ～図１２Ｄは、図１１Ａおよび図１１Ｂに関連して前述したのと同様の手法で、増加したイオン交換および電流のために構成されている、図１０Ｅに示した配置と同様の横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置１２００Ｄを製作する様々な段階での中間構造１２００Ａ～１２００Ｄの平面図を示している。もたらされたＥＳＤ１２００Ｄは、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されたものと同様の電極の重なる配置を有する。図１３は、断面１２－１２´を貫く図１２ＤのＥＳＤ１２００Ｄの断面図を示している。図１２Ａを参照すると、中間構造１２００Ａは堆積時または印刷時の第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を示しており、横で隣接する第１の集電体１０８および第２の集電体１２４の各々は、例えば印刷された薄膜層といった単一の薄い膜の層として一体化されているタブと、ストラップ部分と、複数の規則正しく離間された指部または突起とを有する。第１の集電体１０８および第２の集電体１２４の指部または突起は、例えば水平方向といった第１の横方向において交互になっている。図１２Ｂの中間構造１２００Ｂは、第１の電極層１１２が、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において、例えば印刷されるといった堆積された後の図１２Ａの中間構造１２００Ａを示している。図１２Ｃの中間構造１２００Ｃは、第２の電極層１２０が、第２の集電体１２４にわたって、または、第２の集電体１２４において、例えば印刷されるといった堆積された後の図１２Ｂの中間構造１２００Ｂを示している。図示されているように、第１の電極層１１２は、第１の集電体１０８の横の輪郭に概して追従しており、第２の電極層１２０は、第２の集電体１２４の横の輪郭に概して追従している。例えば図２Ａ／図２Ｂに関連して前述したように、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の一方または両方の指部または突起はそれぞれ、下にある第１の集電体１０８および第２の集電体１２４の指部または突起とほとんど同じかそれより狭い横幅を有し得る。したがって、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々は、ストラップ部分と、複数の規則正しく離間された指部または突起とを有し、第１の電極および第２の電極の指部は、図１０Ｅ、図１１Ａ、および図１１Ｂに関連して前述したのと同様の手法で、例えば水平方向といった第１の横方向において交互になっている。図１２Ｄの中間構造１２００Ｄは、分離体１１６が、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０にわたって、または、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０において、それらの間に形成された隙間２１０を埋めるために、堆積または印刷された後の図１２Ｃの中間構造１２００Ｃを示している。図１２Ｄに示されているように、分離層１１６は一面に堆積または印刷され得る。図１２Ｄに示されたＥＳＤ１２００Ｄの平面図の断面１２－１２´を貫くＥＳＤ１２００Ｄの断面図を示している図１３に示されているように、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４の対応する指部にわたってそれぞれ形成された第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の指部は水平方向において交互となっており、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の隣接する指部は、それらの間の隙間２１０によって分離されている。
動作中、電圧が第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に印加されるとき、イオンは分離体１１６を通じて第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で交換でき、そのとき、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の横の配置のため、イオン交換の実質的または支配的な部分は、例えば、複数の隙間２１０を挟んでの第１の電極層１１２の指部の側面と第２の電極層１２０の指部の側面との重なる部分の間といった、横方向において起こり得る。第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の重なりの長さの増加のため、イオン伝導は、ＴＡＢＬＥ １（表１）および図１０Ａ～図１０Ｅに関連して実験的に実演されたように、大きく増進させることができる。
図１４Ａ～図１４Ｄは、鉛直方向において重なる部分を有し、増加したイオン交換および電流のために構成されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置１４００Ｄを製作する様々な段階での中間構造１４００Ａ～１４００Ｄの平面図を示している。図１５は、断面１４－１４´を貫く図１４Ｄに示されたＥＳＤ１４００Ｄの断面図を示している。図１４Ａを参照すると、中間構造１４００Ａは堆積時または印刷時の第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を示しており、横で隣接する第１の集電体１０８および第２の集電体１２４の各々は、例えば印刷された薄膜層といった単一の薄い膜の層として一体化されているタブと、ストラップ部分と、複数の規則正しく離間された指部または突起とを有する。図１２Ａと同様に、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４の指部または突起は、例えば水平方向といった第１の横方向において交互になっている。図１４Ｂの中間構造１４００Ｂは、第１の電極層１１２が、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において、例えば印刷されるといった堆積された後の図１４Ａの中間構造１４００Ａを示している。例えば図４Ｂに関連して、前述したように、第１の電極層１１２の指部は、第１の集電体１０８の下にある指部より狭い横幅を有し得る。図１４Ｃの中間構造１４００Ｃは、分離層１１６が、第１の電極層１１２にわたって、または、第１の電極層１１２において、例えば印刷されるといった堆積された後の図１４Ｂの中間構造１４００Ｂを示している。図示されているように、分離層１１６は、第１の電極層１１２と第１の集電体１０８とを電気的に分離するために、第１の電極層１１２および第１の集電体１０８の横の輪郭に概して追従し、第１の電極層１１２および第１の集電体１０８を封入している。図１４Ｄの中間構造１４００Ｄは、第２の電極層１２０が、分離層１１６および第２の集電体１２４を被覆するために、および第１の電極層１１２の隣接する指部同士の間の隙間を埋めるために、分離層１１６および第２の集電体１２４にわたって、または、分離層１１６および第２の集電体１２４において堆積または印刷された後の図１４Ｃの中間構造１４００Ｃを示している。図１４Ｄに示されているように、第２の電極層１２０は一面に堆積され得る。図１４Ｄの中間構造１４００Ｄに関連して図示されている断面１４－１４´を貫くＥＳＤ１４００Ｄの断面図を描写している図１５に図示されているように、分離層１１６は、第１の集電体１０８および第１の電極層１１２の積み重ねによって形成された指部を被覆または封入している。第２の電極層１２０は、第２の集電体１２４の指部において形成され、第１の電極層１１２の分離体に被覆された指部同士の間に形成された隙間を埋め、そのため、第１の電極層１１２の指部と、第１の電極層１１２の指部の隣接するもの同士の間に形成された隙間を埋める第２の電極層とは、水平方向において交互になっている。
動作中、電圧が第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に印加されるとき、イオンは分離体１１６を通じて第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で交換でき、そのとき、第１の電極層１１２の上面および側面にわたって形成された分離層１１６、または、第１の電極層１１２の複数の指部を封入する分離層１１６のおかげで、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間のイオン交換は、第１の電極層１１２の指部と、第１の電極層１１２にわたって配置された第２の電極層１２０の部分との間において鉛直方向で起こることができ、また、第１の電極層１１２の指部と、第１の電極層１１２の指部の隣接するもの同士の間に形成された隙間を埋める第２の電極層１２０の部分との間において横方向で起こることができる。第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の重なりの増加のため、イオン伝導は、少なくともＴＡＢＬＥ １（表１）および図１０Ａ～図１０Ｅに関連して実験的に実演された量で、有利には大きく増進させることができる。
より大きいイオン伝導に加えて、ＥＳＤ１４００Ｄの電極構成は、図４に関連して前述したのと同様の手法で、ＥＳＤ１４００Ｄの根底にある電気化学反応において伴われるそれぞれの電極活物質の化学量論比に従って、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の相対的な量または体積の柔軟な調節を有利に可能にすることができる。
直列に連結された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置
数ある中でも、エネルギー貯蔵装置を製作するために印刷などの薄膜に基づく堆積技術を用いる利点は、例えば同じ刷りの一部として、複数のパターン化された構造を同時に形成する能力である。結果として、このような薄膜に基づく技術は、ＥＳＤの単一のユニットを製作するときと同じ数の印刷ステップまたは刷りを用いて、複数の電気的に連結されたＥＳＤユニットまたは単電池を製作するのに有利である。例えば、印刷によって、複数の集電体および電極層が、個々の集電体または電極層を形成し、その後にそれらを電気的に連結する代わりに、同時に形成され、それ自体において電気的に連結され得る。１つまたは複数のＥＳＤ単電池またはユニットを直列で電気的に連結することで、正味のＥＳＤ電圧が直列のＥＳＤの数の出力電圧の合計に比例するため、正味の動作出力電圧が異なる用途に向けてカスタマイズできる。１つまたは複数のＥＳＤ単電池またはユニットを並列で電気的に連結することで、正味のＥＳＤ容量が並列のＥＳＤ単電池またはユニットの容量の数の合計に比例するため、正味の動作容量が異なる用途に向けてカスタマイズできる。したがって、複数のＥＳＤ単電池またはユニットを直列および／または並列で印刷することで、カスタマイズされた動作電圧および／または容量を有するＥＳＤは、ＥＳＤの単一の単電池またはユニットを印刷するのと同じ数の印刷ステップおよび刷りで製作され得る。以下において、複数のＥＳＤユニットまたは単電池が直列、もしくは並列、または両方の組み合わせにおいて電気的に連結される様々な実施形態が記載されている。
図１６は、電気的に直列に連結された複数のエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）単電池またはユニットを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）１６００Ｄを製作する様々な段階における中間構造の平面図を示しており、ＥＳＤユニットの各々は、図２Ａ／図２Ｂで前述したのと同様の手法で、横で隣接する集電体と電極とを備える。図示した実施形態では、ＥＳＤ１６００Ｄは、電気的な直列で連結されている３つのユニットまたは単電池を備える。図１７は、横で隣接する集電体および電極層を各々有する複数の直列に連結されたＥＳＤユニットを備える薄膜に基づくＥＳＤ１７００の断面図を示しており、エネルギー貯蔵装置は、図１６におい示されたものと同様の製作工程に従って製作されている。ＥＳＤ１７００は、電気的な直列で連結されている４つのユニットまたは単電池を備えることを除いて、断面１６－１６´を貫く図１６のＥＳＤ１６００Ｄに対応し得る。
中間構造１６００Ａは、第１の極性のために構成された第１の集電体１０８と、第１の極性と反対の第２の極性のために構成された第２の集電体１２４と、複数の中間集電体１２８とが堆積または印刷されている基板１０４を示している。中間構造１６００Ｂは、第１の電極層１１２が、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において、および、中間集電体１２８の各々の一部分にわたって、または、中間集電体１２８の各々の一部分において堆積または印刷された後の中間構造１６００Ａを示している。中間構造１６００Ｃは、第２の電極層１２０が、第２の集電体１２４にわたって、または、第２の集電体１２４において、および、中間集電体１２８の各々の一部分にわたって、または、中間集電体１２８の各々の一部分において堆積または印刷された後の中間構造１６００Ｂを示している。第２の電極層１２０は、中間集電体１２８の各々における第１の電極１１２に隣接して形成されている。このように形成されると、集電体１０８、１２８、１２４の異なるものにおいて互いと横で隣接して配置されている第１の電極層１１２および第２の電極層１２０は、横に配置された電極層の配置を有するＥＳＤ（例えば、図２Ａ／図２Ｂ）に関連して前述した隙間２１０と同様の手法で、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の隙間によって分離される。中間構造１６００Ｄは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の横で隣接する対の各々にわたって分離体１１６を堆積または印刷した後の中間構造１６００Ｃを示している。ＥＳＤ１６００Ｄを貫く断面１６－１６´の図と同様であるＥＳＤ１７００の断面図を表す図１７に示されているように、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々の対は、集電体１０８、１２８、１２４の電気的に分離されたものに配置され、それらの間の隙間によって分離されている。各々のＥＳＤユニットまたは単電池の第１の電極層１１２および第２の電極層１２０は、集電体１０８、１２８、１２４のうちの異なるものに形成されており、それらの間に形成された隙間を埋める分離層１１６によって連結されている。このように構成されると、水平方向において分離体１１６によって連結された第１の電極１１２および第２の電極１２０の対の各々は、ＥＳＤのユニットを表し、中間電極１２８の各々は、隣接するＥＳＤユニットまたは単電池の第１の電極１１２および第２の電極１２０を直列で電気的に連結するように供する。図１６に示された図示のＥＳＤ１６００では、ＥＳＤの３つの直列に連結されたユニットまたは単電池が形成されており、第１の（最も上の）ＥＳＤユニットの第２の電極層１２０が第２の（中間の）ＥＳＤユニットの第１の電極層１１２に電気的に連結されており、第２の（中間の）ＥＳＤユニットの第２の電極層１２０が第３の（下方の）ＥＳＤユニットの第１の電極層１１２に電気的に連結されている。ＥＳＤ１７００（図１７）は、４つの直列に連結されたユニットまたは単電池で同様に配置され得る。しかしながら、より少ないかまたはより多いユニットまたは単電池が直列に連結されてもよい。
図１６および図１７に関連して前述したＥＳＤの複数のユニットまたは単電池が、集電体１０８、１２８、１２４を堆積または印刷することと、第１の電極層１１２を堆積または印刷することと、第２の電極層１２０を堆積または印刷することと、分離体１１６を堆積または印刷することとを含め、３つの層のレベルを形成する４回の堆積のステップまたは印刷の刷りで製作できることは、理解されるものである。
中間集電層１２８を通じて隣接するＥＳＤユニット同士または単電池同士の間の直列の連結を形成することで、隣接するＥＳＤユニット同士または単電池同士は、隣接するＥＳＤユニット同士または単電池同士を連結する別体の電線を必要とすることなく有利に直接的に連結でき、それによって隣接するＥＳＤユニット同士または単電池同士を連結する電気配線の量を低減できる。隣接するＥＳＤユニット同士または単電池同士の間の電気配線の量および直列抵抗を低減することによって、電気配線の直列抵抗に起因し得る過剰な電圧および／またはエネルギーの量が、さらに低減または排除され得る。
動作中、図１７を参照すると、電圧が薄膜に基づくＥＳＤ１７００の第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に印加されるとき、イオンが、ＥＳＤ１７００の各々のユニットまたは単電池の第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で、それらの間に形成された対応する分離体１１６を通じて交換され得る。第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の横の配置のため、イオン交換の実質的または支配的な部分は、例えば、分離体が満たされた隙間２１０を挟んでの第１の電極層１１２の側面と第２の電極層１２０の側面との重なる部分の間といった、横方向において起こり得る。隣接するＥＳＤ単電池またはユニットが電気的に直列で連結されるため、個々のＥＳＤ単電池またはユニットの出力電圧は、もたらされたＥＳＤ１７００の出力電圧として組み合わされる。
図１８は、電気的に直列に連結された複数のエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）ユニットまたは単電池を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）１８００Ｄを製作する様々な段階における中間構造の平面図を示しており、ＥＳＤユニットの各々は、図４に関連して前述したのと同様の手法で、鉛直方向において重なる部分を有する横で隣接する集電体と電極層とを備える。図１９は、断面１８－１８´を通じて図１８において示されたＥＳＤ１８００Ｄに対応し得る複数の直列に連結されたＥＳＤユニットを備える薄膜に基づくＥＳＤ１９００の断面図を示している。中間構造１８００Ａは、第１の極性のために構成された第１の集電体１０８と、第１の極性と反対の第２の極性のために構成された第２の集電体１２４と、複数の中間集電体１２８とが堆積または印刷されている基板１０４を示している。中間集電体１２８および第２の集電体１２４は音叉として成形されている。第１の集電体１０８は第１の中間集電体１２８の「突起」同士の間に配置され、第１の中間集電体１２８の「取っ手」部分は第２の中間集電体１２８の「突起」同士の間に配置され、第２の中間集電体１２８の「取っ手」部分は第２の集電体１２４の「突起」同士の間に配置される。中間構造１８００Ｂは、第１の電極層１１２が、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において、および、中間集電体１２８の各々の例えば「取っ手部分」といった一部分にわたって、または、そのような一部分において堆積または印刷された後の中間構造１８００Ａを示している。中間構造１８００Ｃは、分離体１１６が、第１の電極層１１２の各々にわたって、または、第１の電極層１１２の各々において、堆積または印刷された後の中間構造１８００Ｂを示している。中間構造１８００Ｄは、第２の電極層１２０を、分離体１１６の各々にわたって、または、分離体１１６の各々において堆積または印刷した後の中間構造１８００Ｃを示している。図１８における中間構造１８００Ｄを貫く断面１８－１８´の断面図を表す図１９のＥＳＤ１９００に示されているように、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の隣接する対の各々が、集電体１０８、１２８、１２４のうちの異なるものに形成されており、それらの間の隙間によって水平方向において分離されている。ＥＳＤユニットまたは単電池の一部として構成されている第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の隣接するものは、隣接する集電体１０８、１２８、１２４のうちの異なるものに形成されており、一方で、それらの間に形成された隙間を埋める分離層１１６によって連結されている。このように構成されると、水平方向において分離体によって連結された第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の対の各々は、ＥＳＤのユニットを表し、中間電極１２８の各々は、隣接するＥＳＤユニットまたは単電池の第１の電極１１２および第２の電極１２０を直列で電気的に連結するように供する。図１８および図１９のそれぞれのＥＳＤ１８００ＤおよびＥＳＤ１９００では、ＥＳＤの３つの直列に連結されたユニットまたは単電池が形成されており、第１の（最も左の）ＥＳＤユニットの第２の電極１２０が第２の（中間の）ＥＳＤユニットの第１の電極１１２に電気的に連結されており、第２の（中間の）ＥＳＤユニットの第２の電極１２０が第３の（最も右の）ＥＳＤユニットの第１の電極１１２に電気的に連結されている。しかしながら、ＥＳＤユニットの追加のユニットが直列に連結されてもよい。
図１８および図１９に関連して前述したＥＳＤの複数のユニットまたは単電池が、集電体１０８、１２４、１２８を堆積または印刷することと、第１の電極層１１２を堆積または印刷することと、第２の電極層１２０を堆積または印刷することと、分離体１１６を堆積または印刷することと、第２の電極層１２０を堆積または印刷することとを含め、３つの層のレベルを形成する４回の堆積のステップまたは印刷の刷りで製作できることは、理解されるものである。
動作中、図１９を参照すると、電圧が薄膜に基づくＥＳＤ１９００の第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に印加されるとき、イオンが、ＥＳＤの各々のユニットの第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で、対応する分離体１１６を通じて交換され得る。第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の鉛直方向で重なる部分のため、イオン交換の実質的または支配的な部分は、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との重なる部分の間といった、鉛直方向において起こり得る。隣接するＥＳＤユニットまたは単電池が電気的に直列で連結されるため、個々のＥＳＤユニットまたは単電池の出力電圧は、もたらされたＥＳＤ１９００の出力電圧として組み合わされる。
図２０は、直列で電気的に連結されている複数のエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）単電池またはユニットを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）２０００Ｄを製作する様々な段階における中間構造の平面図を示している。単電池またはユニットの各々は、横で隣接する集電体と電極層とを備え、第１の電極および第２の電極の各々が複数の規則正しく離間された矩形の突起または指部を有し、第１の電極および第２の電極の矩形の突起または指部が横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されている。中間構造２０００Ａは、第１の極性のために構成された第１の集電体１０８と、第１の極性と反対の第２の極性のために構成された第２の集電体１２４と、各々が堆積または印刷されている第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に形成された中間集電体１２８とを示している。図１０Ｃに関連して前述したのと同様の手法で、第１の集電体１０８、第２の集電体１２４、および中間集電体１２８の各々は、ストラップ部分と、複数の規則正しく離間された矩形の突起または指部とを有し、第１の電極および第２の電極の矩形の突起または指部は、第１の横方向において交互になっている。中間構造２０００Ｂは、第１の電極層１１２が、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において、および、中間集電体１２８の一部分にわたって、または、中間集電体１２８の一部分において堆積または印刷された後の中間構造２０００Ａを示している。中間構造２０００Ｃは、第２の電極層１２０が、第２の集電体１２４にわたって、または、第２の集電体１２４において、および、中間集電体１２８の一部分にわたって、または、中間集電体１２８の一部分において、第１の電極層１１２に隣接して堆積または印刷された後の中間構造２０００Ｂを示している。中間電極１２８における第１の電極１１２と第２の電極１２０とは、第１の横方向に対して直交する第２の横方向における隙間によって、互いから物理的に分離されている。中間構造２０００Ｄは、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の対の各々にわたって分離体１１６を堆積または印刷した後の中間構造２０００Ｃを表している。このように構成されると、例えば第２の横方向において物理的に連結された第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の隣接する対の各々は、ＥＳＤのユニットを表し、中間電極１２８は、ＥＳＤの隣接するユニットの第１の電極１１２および第２の電極１２０を直列で電気的に連結するように供する。図示された実施形態では、ＥＳＤの２つのユニットが形成されており、第１の（上方の）ＥＳＤユニットの第２の電極１２０は第２の（下方の）ＥＳＤユニットの第１の電極１１２に電気的に連結されている。しかしながら、ＥＳＤユニットの追加のユニットが直列に連結されてもよい。
ＥＳＤ２０００Ｄの複数のユニットまたは単電池が、集電体１０８、１２８、１２４を堆積または印刷することと、第１の電極層１１２を堆積または印刷することと、第２の電極層１２０を堆積または印刷することと、分離体１１６を堆積または印刷することとを含め、３つの層のレベルを形成する４回の堆積のステップまたは印刷の刷りで製作できることは、理解されるものである。
動作中、電圧が薄膜に基づくＥＳＤ２０００Ｄの第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に印加されるとき、イオンが、図１７に関連して前述したのと同様の手法で、各々のＥＳＤ単電池またはユニットの第１の電極１１２と第２の電極１２０との間で、対応する分離体１１６を通じて交換でき、個々のＥＳＤユニットの出力電圧は、もたらされたＥＳＤ２０００Ｄの出力電圧として組み合わされる。
前述の実施形態では、直列に連結されたＥＳＤユニットを備える薄膜に基づくＥＳＤの電極は、横方向において交互に配置されている。しかしながら、集電体および／または電極層の他の形が、ＥＳＤによって占められる横の設置面積を縮小するために可能である。図２１は、第１の電極および第２の電極の各々が、複数の同心の環、または、径方向に隣接する集電体および電極として構成されている、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置２１００Ｃの製作の様々な段階における中間構造の平面図および対応する断面図を示している。
中間構造２１００Ａは、集電体が印刷された後の中間構造を示している。平面図（左）および断面２１Ａ～２１Ａ´を貫く断面図（右）を参照すると、中間構造２１００Ａは、中心領域に配置され、第１の極性のために構成された円形の第１の集電体１０８を備える。第１の集電体１０８は、第１の集電体１０８を同心で包囲する円形の中間集電体１２８によって包囲されている。中間構造２１００Ａは、中間集電体１２８を同心で包囲し、第１の極性と反対の第２の極性のために構成された円形の第２の集電体１２４をさらに備える。第２の集電体１２４の外側で第１の集電体１０８への横のアクセスを有する一方で第１の集電体１０８の電極タブを電気的に隔離するために、第１の集電体１０８を対応する電極タブへと連結する導電線が、第１の集電体１０８および中間集電体１２８の下に形成され、導電線と第２の集電体１２４および中間集電体１２８との間に形成された絶縁層（図示せず）によってそれらから電気的に絶縁され得る。
図２１をなおも参照すると、中間構造２１００Ｂは、円形の第１の電極層１１２が、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において、および、中間集電体１２８の外側部分にわたって、または、中間集電体１２８の外側部分において堆積または印刷された後、ならびに、円形の第２の電極層１２０が、第２の集電体１０８にわたって、または、第２の集電体１０８において、および、中間集電体１２８の内側部分にわたって、または、中間集電体１２８の内側部分において堆積または印刷された後の中間構造２１００Ａを示している。左における平面図と、右における断面２１Ｂ－２１Ｂ´を貫く対応する断面図とを参照すると、第１の集電体１０８に形成された第１の電極層１１２と、中間集電体１２８の内側部分に形成された第２の電極層１２０と、中間集電体１２８の外側部分に形成された第１の電極層１１２と、第２の集電体１２４に形成された第２の電極層１２０とは、径方向外向きの方向において連続的に同心で形成されている。中間電極１２８における第１の電極層１１２と第２の電極層１２０とは、径方向における隙間によって、互いから分離されている。
中間構造２１００Ｃは、分離体１１６が、第１の電極層１１２にわたって、または、第１の電極層１１２において、および、第２の電極層１２０にわたって、または、第２の電極層１２０において、および、隣接する集電体同士の間に形成された隙間において堆積または印刷された後の中間構造２１００Ｂを示している。このように構成されると、間にある分離体によって物理的に連結された径方向における第１の電極１１２および第２の電極１２０の隣接する対は、ＥＳＤユニットまたは単電池を表し、中間電極１２８は、直列に連結されたＥＳＤの隣接するユニットまたは単電池の第１の電極層１１２および第２の電極層１２０を直列で電気的に連結するように供する。図示された実施形態では、ＥＳＤの２つのユニットが直列に連結されており、第１の（内側の）ＥＳＤユニットまたは単電池の第２の電極層１２０は、第２の（外側の）ＥＳＤユニットの第１の電極層１１２に、中間集電体１２８を通じて電気的に連結されている。しかしながら、ＥＳＤユニットの追加のユニットが直列に連結されてもよい。
動作中、電圧が薄膜に基づくＥＳＤ２１００Ｃの第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に印加されるとき、イオンが、図１７に関連して前述したのと同様の手法で、各々のＥＳＤユニットまたは単電池の第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で、対応する分離体１１６を通じて径方向で交換でき、個々のＥＳＤユニットまたは単電池の出力電圧は、もたらされたＥＳＤ２１００Ｃの出力電圧として組み合わされる。
図２１をなおも参照すると、一部の実施形態では、ＥＳＤユニットまたは単電池の各々の第１の電極層および第２の電極層の被覆または表面積はほとんど同じである。これらの実施形態では、連続的なＥＳＤユニットの電極層をほとんど同じ面積となるようにするために、ＥＳＤユニットの各々の電極層のうちの外側のものは、電極層のうちの対応する内側のものより細くてもよい。しかしながら、実施形態はそのように限定されておらず、ＥＳＤユニットまたは単電池の各々の第１の電極層および第２の電極層の被覆または表面積は、例えば図３Ａ／図３Ｂに関連して前述したように、例えば電極活物質のモル体積における差を受け入れるために、異なってもよい。
図２２は、電気的に直列に連結された複数のエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）ユニットを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）２２００Ｄを製作する様々な段階における中間構造の平面図を示しており、ＥＳＤユニットの各々は、横で隣接する集電体および電極層を備え、第１の電極および第２の電極の各々は、図２１に関連して前述したのと同様の手法で、複数の同心の環、または、径方向で隣接する集電体および電極として構成されている。しかしながら、図２１に示されたＥＳＤ２１００Ｃと異なり、図２２における図示された実施形態では、集電体および電極は、反対の極性の隣接する電極の間の重なりの面積が、複数の突起または指部で、イオン交換および／またはより短い充電時間のために増進させられるように成形されている。
中間構造２２００Ａは、集電体が印刷された後の中間構造を示している。図２１に関連して前述した中間構造２１００Ａと同様に、中間構造２２００Ａは、径方向外向きを指す指部または突起を有し、中心領域に配置され、第１の極性のために構成されている円形の第１の集電体１０８を備える。中間構造２２００Ｂは、第１の集電体１０８を包囲し、径方向内向きを指す突起と径方向外向きを指す突起とを有する円形の中間集電体１２８を追加的に備える。中間構造２２００Ｂは、径方向内向きを指す突起と径方向外向きを指す突起とを有する中間集電体１２８を包囲し、第１の極性と反対の第２の極性のために構成された円形の第２の集電体１２４をさらに備える。つまり、全体の径方向の構成は、図２１Ｃに示した中間構造２１００Ａと同様であるが、中間構造２１００Ａと異なり、第１の円形の集電体１０８の外側周辺は、中心ストラップ部分を径方向で包囲する複数の規則正しく離間された径方向のスパイク、突起、または指部を備える。また、中間集電体１２８の内側周辺は、外側ストラップ部分によって径方向で包囲された複数の規則正しく離間された径方向のスパイク、突起、または指部を備える。第１の集電体１０８の突起、指部、またはスパイクと、中間集電体１２８の指部またはスパイクとは、図１０Ｅに関連して前述したのと類似の手法で、第１の円形の集電体１０８および中間集電体１２８の指部またはスパイクが所与の半径において円の方向で交互に形成されるように組み合わされている。中間集電体１２８の外側周辺は、複数の規則正しく離間された径方向の突起または波状部を備え、第２の集電体１２４の内側周辺は、複数の規則正しく離間された径方向の突起または波状部を備える。中間集電体１２８の突起または波状部と、第２の集電体１２４の突起または波状部とは、図１０Ｅに関連して前述したのと類似の手法で、中間の円形の集電体１２８および第２の集電体１２４の突起または波状部が所与の半径において円の方向で交互に形成されるように組み合わされている。
中間構造２２００Ｂは、第１の電極層１１２が、指部、スパイク、または突起を含む第１の集電体１０８にわたって、または、そのような第１の集電体１０８において、および、突起および波状部を含む中間集電体１２８の外側部分にわたって、または、そのような中間集電体１２８の外側部分において堆積または印刷された後の中間構造２２００Ａを示している。
中間構造２２００Ｃは、第２の電極層１２０が、突起または波状部を含む第２の集電体１２４にわたって、または、そのような第２の集電体１２４において、および、中間集電体１２８の指部、スパイク、または突起を含む中間集電体１２８の内側部分にわたって、または、そのような中間集電体１２８の内側部分において堆積または印刷された後の中間構造２２００Ｂを示している。
このように形成されると、第１の集電体１０８における内側の第１の電極層１１２は、外向きを指す指部、スパイク、または突起を備え、中間集電体１２８における内側の第２の電極１２０は、内向きを指す指部、スパイク、または突起を備える。第１の電極層１１２の指部、スパイク、または突起と第２の電極層１２０の指部、スパイク、または突起とは、互いと組み合わされ、所与の半径において円の方向で交互に形成されている。同様に、中間集電体１２８における外側の第１の電極層１１２は突起または波状部を備え、第２の集電体１２４における外側の第２の電極層１２０は突起または波状部を備える。第１の電極層１１２の突起または波状部と、隣接する第２の電極層１２０の突起または波状部とは、組み合わされ、所与の半径において円の方向で交互に形成されている。
中間構造２２００Ｄは、分離体１１６が、図２１に関連して前述したのと同様の手法で、第１の電極１１２にわたって、または、第１の電極１１２において、および、第２の電極１２０にわたって、または、第２の電極１２０において、および、隣接する電極同士の間に形成された隙間において堆積または印刷された後の中間構造２２００Ｃをしている。このように構成されると、間にある分離体によって物理的に連結された径方向における第１の電極１１２および第２の電極１２０の隣接する対は、ＥＳＤユニットまたは単電池を表し、中間電極１２８は、直列に連結されたＥＳＤの隣接するユニットまたは単電池の第１の電極層１１２および第２の電極層１２０を直列で電気的に連結するように供する。図示された実施形態では、ＥＳＤの２つのユニットが直列に連結されており、第１の（内側の）ＥＳＤユニットの第２の電極層１２０は、第２の（外側の）ＥＳＤユニットの第１の電極層１１２に、中間集電体１２８を通じて電気的に連結されている。しかしながら、ＥＳＤユニットの追加のユニットが直列に連結されてもよい。
動作中、電圧が薄膜に基づくＥＳＤ２２００Ｄの第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間に印加されるとき、イオンが、図１７に関連して前述したのと同様の手法で、各々のＥＳＤユニットまたは単電池の第１の電極層１１２の突起と第２の電極層１２０の突起との間で、対応する分離体１１６を通じて交換でき、個々のＥＳＤユニットの出力電圧は、もたらされたＥＳＤ２２００Ｄの出力電圧として組み合わされる。
図２２では、内側および外側のＥＳＤユニットの電極および集電体の突起は、所望のイオン交換増進効果を達成するように特に構成され得る、例えば図１０Ｃ～図１０Ｅに関連して前述した形のいずれかといった、任意の適切な形を有し得ることは、理解されるものである。
図２２におけるように配置された電極を有するＥＳＤは、反対の種類の電極同士の間での増進したイオン交換など、増加した実用性の利点に加えて、例えば着用可能な装置について、美的上の利点を有することができることは、理解されるものである。
本明細書において記載されているように、一部のＥＳＤが直列において電気的に連結される特定の数のＥＳＤ単電池またはユニットを有するとして記載され得るが、実施形態はそのように限定されず、任意の数のＥＳＤユニットが直列において電気的に連結でき、それによって、ＥＳＤ単電池またはユニットの出力電圧の合計である任意の適切な大きさの出力電圧を有するＥＳＤを形成することは、理解されるものである。例えば、各々のＥＳＤユニットは、０．５Ｖ～１．０Ｖ、１．０Ｖ～１．５Ｖ、１．５Ｖ～２．０Ｖ、２．０Ｖ～２．５Ｖ、２．５Ｖ～３．０Ｖ、３．０Ｖ～３．５Ｖ、３．５Ｖ～４．０Ｖ、４．５Ｖ～５．０Ｖ、または、例えば１．４～２．７Ｖといったこれらの値のいずれかによって定められる範囲にある電圧の出力電圧を有し得る。
本明細書において記載されているように、直列に連結されたＥＳＤ単電池またはユニットを有する一部のＥＳＤは、特定の形の集電体および／または電極と、図示されているそれらの配置とを有することができるが、反対の極性の電極層同士の間の重なる面積をさらに増加させて電流を増加させるために、例えば任意の多角形、線状の配置、および非線状の配置といった、他の形および配置が可能である。
主要装置と一体化された着用可能な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置
多くの着用可能な個人用電子機器は、主要装置と一体化されているエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）から恩恵を受けることができる。着用可能装置の一部として主要装置と一体化させるために、ＥＳＤは、理想的には、柔軟、軽量、カスタマイズ可能、着用可能、皮膚になじむ、および／または、主要装置と一体的に一体化可能となるべきである。このようなＥＳＤは、数ある中でも、いくつか名前を挙げれば、フィットネス、医療診断、補綴、およびロボット工学における用途のための着用可能なヘルスケア装置として適することができる。本明細書に記載した薄膜に基づくＥＳＤまたは印刷されたＥＳＤの様々な実施形態は、様々な着用可能な装置の一部としての主要装置と有利には一体化できる。
図２３は、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）１７００と一体化されている主要装置２３０４を備える着用可能装置２３００の平面図を示しており、ＥＳＤ１７００は、電気的に直列に連結されている複数のユニットまたは単電池を有する。着用可能装置２３００は、例えば、先端の周りで着用できるブレスレットとして構成され得る。ＥＳＤ１７００は、図１７に関連して前述したＥＳＤ１７００と同様に構成されており、その詳細な記載は簡潔性のためにここでは省略されている。主要装置２３０４は、例えば第２の電極１２４に電気的に連結されるヘルスケアまたは個人用装置など、任意の適切な個人用装置であり得る。いくつかの例の名前を挙げれば、本明細書に記載した様々な実施形態によるＥＳＤ１７００と一体化できる主要装置２３０４には、数ある中でも、発光ダイオードなどの発光装置、能動的または受動的な無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）装置、センサ、赤外線（ＩＲ）受信機などのＩＲ装置、インターフェース電子機器、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）に基づく装置、近距離無線通信（ＮＦＣ）に基づく装置、スマートバンド、健康監視装置、および追跡装置がある。
一部の実施では、着用可能装置２３００はあらかじめ作動させられ得る。つまり、主要装置２３０４とＥＳＤ１７００とは、作動させられた回路の一部として電気的に連結され得る。一部の他の実施では、着用可能装置２３００は、使用の前に使用者によって作動させられるように構成され得る。例えば、図示した実施形態では、例えばクリップ留めの電極といった取り付け可能な電極の対が、主要装置２３０４がＥＳＤ１７００との閉回路の一部として電気的に連結されると作動させられるように設けられてもよい。この、使用される前に作動させられる種類の構成は、着用可能装置２３００が使用される準備ができるまでＥＳＤ１７００における貯蔵されたエネルギーを有利に節約できる。主要装置２３０４の特定の出力電圧要件を満たすために、ＥＳＤ１７００において直列に電気的に連結された１つまたは複数のＥＳＤユニットがあってもよい。
現場構成可能な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置
一部の用途では、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）が「現場構成可能」であることが望ましい可能性がある。本明細書において記載されているように、現場構成可能とは、使用者が使用の前にＥＳＤの電圧および／または容量をカスタマイズできる構成を言っている。前述したように、ＥＳＤの所望の動作電圧は、２つ以上のＥＳＤユニットまたは単電池を直列に連結することによって達成でき、ＥＳＤユニットまたは単電池の各々は、その潜在的な電圧を全端子電圧に加える。他方で、所望の容量が、２つ以上のＥＳＤユニットまたは単電池を並列に連結することによって達成でき、ＥＳＤユニットまたは単電池の各々は、その容量を、アンペア時（Ａｈ）で測定される全容量に加える。
図２４は、所望の数のユニットまたは単電池が、カスタマイズ可能な電圧および／または容量のために電気的に直列または並列に連結され得るように、穿孔を有する基板に形成されるＥＳＤユニットまたは単電池の配列を有する現場構成可能な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）２４００の平面図である。ＥＳＤ２４００は、絶縁材料のシートの形態での基板１０４を備える。基板１０４は、複数の水平の横列の穿孔２４０４と、複数の鉛直の縦列の穿孔２４０８とを備える。穿孔の線は、基板１０４を、複数の横列の水平の穿孔２４０４と、複数の縦列の鉛直の穿孔２４０８とによって形成されたユニット基板の配列へと分割している。穿孔は、ＥＳＤユニットまたは単電池が各々形成されている所望の数のユニット基板を有する連続的な基板を定めるために、使用者が任意の所望の経路に沿って分離することができるように構成されている。
なおも図２４を参照すると、図４に関連して前述したＥＳＤ４００と同様のＥＳＤ単電池またはユニットがユニット基板の各々において形成されており、そのためＥＳＤ２４００は、１つまたは複数の横列のＥＳＤ単電池またはユニットと、１つまたは複数の縦列のＥＳＤ単電池またはユニットとを備えるＥＳＤ単電池またはユニットの配列を備える。ＥＳＤ２４００の各々の横列は、図１９におけるＥＳＤ１９００に関連して前述したように構成されている第１の集電体１０８、第２の集電体１２４、および１つまたは複数の中間集電体１２８を備える複数のＥＳＤユニットを備え、その詳細な記載は簡潔性のためにここでは省略されている。また、縦列の各々におけるＥＳＤユニットの第１の集電体１０８は互いと連結されており、縦列の各々におけるＥＳＤユニットの中間集電体１２８は互いと連結されており、縦列の各々におけるＥＳＤユニットの第２の集電体１２４は互いと連結されている。構成されたとき、所与の横列におけるＥＳＤ単電池またはユニットは直列で電気的に連結され、所与の縦列におけるＥＳＤ単電池またはユニットは並列で電気的に連結される。
使用において、ＥＳＤ単電池またはユニットの任意の所望のパターンが、所望のパターンの輪郭を描く穿孔に沿って分離することで形成でき、それによってＥＳＤユニットは、カスタマイズされた容量および出力電圧を提供するために電気的に直列および／または並列の組み合わせで電気的に連結される。ＥＳＤユニットのパターンが穿孔に沿って分離することによって形成されるとき、重なる集電体は脆性破壊によって分離できる。
図示された実施形態では、水平の穿孔２４０４と鉛直の穿孔２４０８とがＥＳＤユニットの分離を容易にしているが、実施形態はそのように限定されない。他の実施形態では、ＥＳＤユニットの分離は、溝、切欠き、薄くされた領域、刷りなどによって容易にされてもよい。なおも他の実施形態では、ＥＳＤユニットは、単純に手によって、または、鋏またはナイフなどの切断装置を用いて分離されてもよい。
薄膜に基づく主要装置と一体化された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置
本明細書に記載されている様々な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）は、ＥＳＤによって電力供給される様々な薄膜に基づく主要装置と一体化でき、それによって、薄膜に基づく主要装置と薄膜に基づくＥＳＤとを備える一体化された薄膜に基づく電子装置を形成する。効率的な一体化は、一つには同様の材料が、ＥＳＤの異なる構成要素と、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置とを印刷するために使用できるため、達成され得る。薄膜に基づくＥＳＤの少なくとも一部の層は、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給さえる薄膜に基づく主要装置に、例えば直接的に印刷でき、薄膜に基づくＥＳＤはさらに、印刷された構成要素または層から一部または全体で形成され得る。一部の実施では、薄膜に基づくＥＳＤと薄膜に基づく主要装置とを備える実質的に全体で一体化された薄膜に基づく電子装置が、印刷によって製作できる。
薄膜に基づくＥＳＤと、ＥＳＤによって電力供給される一体化された薄膜に基づく主要装置とを備える一体化された薄膜に基づく電子装置は、様々な利点を有し得る。例えば、ＥＳＤの動作電流および／または電圧は、一体化された薄膜に基づく主要装置の動作電力およびエネルギーの要求を満たすために前述したようにカスタマイズできる。また、一体化された薄膜に基づく電子装置は、薄膜に基づくＥＳＤと薄膜に基づく主要装置との組み合わせの全体の厚さおよび／または設置面積における低減を可能にすることができる。また、一体化された薄膜に基づく電子装置は、製造工程ステップの全体の数における低減を可能にすることができる。
以下に記載されている様々な実施形態では、薄膜に基づくＥＳＤは、ＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置に、例えば直接的に、ＥＳＤの少なくとも１つの層を形成することによって、ＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置と一体化され得る。代替で、ＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置の少なくとも１つの層は、薄膜に基づくＥＳＤに、例えば直接的に、形成され得る。例えば、ＥＳＤの少なくとも１つの層は、ＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置に印刷され、例えば直接的に印刷され得る。代替で、ＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置の少なくとも１つの層は、薄膜に基づくＥＳＤに印刷され、例えば直接的に印刷され得る。薄膜に基づくＥＳＤまたは薄膜に基づく主要装置の一方の少なくとも１つの層が、薄膜に基づくＥＳＤまたは薄膜に基づく主要装置の他方に形成または印刷されていることで、２つの装置は、様々な利点を提供できる相対位置において配置され得る。例えば、薄膜に基づくＥＳＤまたは薄膜に基づく主要装置の一方の少なくとも１つの層を、薄膜に基づくＥＳＤまたは薄膜に基づく主要装置の他方に直接的に印刷することで、２つの装置を連結する電気配線の量は低減され得る。薄膜に基づくＥＳＤとＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置との間の電気配線の量および直列抵抗を低減することによって、電気配線の直列抵抗に起因し得る余分な電圧および／またはエネルギーの量が、さらに低減または排除され得る。
図２５は、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）と、横で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置とを一体化している、一部の実施形態による一体化された薄膜に基づく電子装置２５００の側面図を示している。
一体化された薄膜に基づく電子装置２５００は、基板１０４に形成された薄膜に基づく主要装置２５０４を備える。薄膜に基づく主要装置２５０４には、薄膜に基づくＥＳＤから電力およびエネルギーを受けるように構成されている第１の端子２５０８および第２の端子２５１２が形成されている。第１の端子２５０８および第２の端子２５１２は、薄膜に基づく主要装置２５０４にわたって、または、薄膜に基づく主要装置２５０４において互いと横で隣接して形成されている。第１の端子２５０８および第２の端子２５１２を含む薄膜に基づく主要装置２５０４の１つまたは複数の構成要素または層は、本明細書に記載した適切な印刷工程を用いて印刷され得る。
薄膜に基づく主要装置２５０４は、ヘルスケア装置または個人用装置など、薄膜に基づくＥＳＤとの一体化のために適した任意の適切な装置であり得る。いくつか例の名前を挙げれば、薄膜に基づく主要装置２５０４には、数ある中でも、いくつか例の名前を挙げれば、発光ダイオードなどの発光装置、音響装置、監視装置、モーター装置、移動装置、表示装置、アンテナ、能動的または受動的な無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）装置、センサ、赤外線（ＩＲ）受信機などのＩＲ装置、インターフェース電子機器、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）に基づく装置、Ａ－ｗａｖｅ装置、近距離無線通信（ＮＦＣ）に基づく装置、スマートバンド、健康監視装置、フィットネス追跡装置、スマートウォッチ、ＧＰＳ追跡装置などの位置追跡装置、低電力無線パーソナルエリアネットワーク（ＬｏＷＰＡＮ）装置、および低電力ワイドエリアネットワーク（ＬＰＷＡＮ）装置があり得る。
第１の端子２５０８は、例えば正の電力端子または負の電力端子の一方とすることができ、第２の端子２５１２は、例えば正の電力端子または負の電力端子の他方とすることができる。第１の端子２５０８および第２の端子２５１２は、電力およびエネルギーを薄膜に基づく主要装置２５０４に提供するために、それら端子を通じて電力を受けるように構成されている。
なおも図２５を参照すると、一体化された薄膜に基づく電子装置２５００は、薄膜に基づく主要装置２５０４にわたって形成された一体化された薄膜に基づくＥＳＤを追加的に備える。薄膜に基づくＥＳＤは、その少なくとも一部分が下にある薄膜に基づく主要装置２５０４に横で重なるように位置決めされている。薄膜に基づくＥＳＤは、図２Ａおよび図２Ｂに関連して図示された薄膜に基づくＥＳＤ２００と同様である。一体化された薄膜に基づくＥＳＤは、第１の集電体１０８と、第２の集電体１２４と、第１の電極層１１２と、第２の電極層１２０と、分離体１１６とを備え、対応する特徴の詳細な記載は、簡潔性のためにここでは省略されている。
一体化された薄膜に基づく電子装置２５００では、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４は第１の端子２５０８および第２の端子２５１２にそれぞれ連結されている。図示されている実施形態では、有利には、薄膜に基づくＥＳＤは、下にある薄膜に基づく主要装置２５０４に重なるように覆って形成されており、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４は、第１の端子２５０８および第２の端子２５１２にそれぞれ形成できるか、または、直接的に形成でき、例えば直接的に印刷できる。第１の端子２５０８および第２の端子２５１２が、図示されているように、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４にそれぞれ直接的に形成されるとき、電線などの１つまたは複数の介在する導電要素が省略でき、それによって。介在する導電要素によって消散させられる余分な電圧またはエネルギーを低減できることは、理解されるものである。しかしながら、実施形態はそのように限定されておらず、一部の他の実施形態では、第１の集電体１０８と第１の端子２５０８との間、および／または、第２の集電体１２４と第２の端子２５１２との間に、例えば印刷された導電構造といった、介在する導電要素があり得る。薄膜に基づくＥＳＤは、薄膜に基づく主要装置２５０４に比較的近接して位置決めされるため、そこから生じる電気の直列抵抗の大きさは低下または最小限にされる。
図２６は、横で隣接する集電体および電極層を有するエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）と、鉛直方向に配置された電気端子とを有し、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置とを一体化している、一部の実施形態による薄膜に基づく電子装置２６００の側面図を示している。図２５に関連して図示した装置と同様に、一体化された薄膜に基づく電子装置２６００は、基板１０４に形成された薄膜に基づく主要装置２５０４と一体化された薄膜に基づくＥＳＤとを備える。一体化された薄膜に基づく電子装置２５００（図２５）の特徴に対応または類似する一体化された薄膜に基づく電子装置２６００の特徴は、簡潔性のためにここでは省略されている。
薄膜に基づく主要装置２５０４は、それに形成された第１の端子２５０８および第２の端子２５１２を有し、薄膜に基づくＥＳＤから電力およびエネルギーを受けるように構成されている。しかしながら、図２５に関連して図示された薄膜に基づく主要装置と異なり、薄膜に基づく主要装置２５０４の第１の端子２５０８および第２の端子２５１２は、鉛直方向において薄膜に基づく主要装置２５０４の相対する表面に配置されている。第１の端子２５０８は薄膜に基づく主要装置２５０４の上面に形成されており、その上面の外側へと延びておらず、一方、第２の端子２５１２は薄膜に基づく主要装置２５０４の下面に形成されており、その下面を越えて延びている。
なおも図２６を参照すると、一体化された薄膜に基づく電子装置２６００は、薄膜に基づく主要装置２５０４にわたって形成された一体化された薄膜に基づくＥＳＤを追加的に備える。図２５に関連して前述したものと同様に、薄膜に基づくＥＳＤは、その少なくとも一部分が下にある薄膜に基づく主要装置２５０４に横で重なるように位置決めされている。一体化された薄膜に基づくＥＳＤは、第１の集電体１０８と、第２の集電体１２４と、第１の電極層１１２と、第２の電極層１２０と、分離体１１６とを備える。薄膜に基づく主要装置２５０４は、第１の集電体１０８および第１の電極層１１２が薄膜に基づく主要装置２５０４に重なり、第２の集電体１２４および第２の電極層１２０が、薄膜に基づく主要装置２５０４の下面を越えて延びる第２の端子２５１２の一部分に形成され、薄膜に基づく主要装置２５０４と重ならないように、第１の集電体１０８と基板１０４との間に配置されている。
図２７は、鉛直に積み重ねられた集電体および電極層を有する薄膜に基づくＥＳＤと、鉛直に配置された電気端子を有し、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される薄膜に基づく主要装置とを一体化している、一部の実施形態による薄膜に基づく電子装置２７００の側面図を示している。
図２５および図２６に関連して図示した装置と同様に、一体化された薄膜に基づく電子装置２７００は、基板１０４に形成された薄膜に基づく主要装置２５０４と一体化された薄膜に基づくＥＳＤとを備える。一体化された薄膜に基づく電子装置２５００、２６００（図２５、図２６）の特徴と同様または類似する一体化された薄膜に基づく電子装置２７００の特徴は、簡潔性のためにここでは省略されている。
薄膜に基づく主要装置２５０４は、それに形成された第１の端子２５０８および第２の端子２５１２を有し、薄膜に基づくＥＳＤから電力およびエネルギーを受けるように構成されている。図２６に関連して図示された薄膜に基づく主要装置と同様に、薄膜に基づく主要装置２５０４の第１の端子２５０８および第２の端子２５１２は、鉛直方向において薄膜に基づく主要装置２５０４の相対する表面に配置されている。第１の端子２５０８は薄膜に基づく主要装置２５０４の下面に形成されており、第２の端子２５１２は薄膜に基づく主要装置２５０４の上面に形成されている。
なおも図２７を参照すると、図２５および図２６に関連して前述した装置と同様に、薄膜に基づくＥＳＤは、その少なくとも一部分が薄膜に基づく主要装置２５０４に横で重なるように位置決めされている。しかしながら、横で隣接する集電体と、図２５および図２６に関連して前述した電極とを有する一体化された薄膜に基づくＥＳＤと異なり、一体化された薄膜に基づく電子装置２７００の薄膜に基づくＥＳＤは、図１に関連して前述したのと同様の手法で、鉛直に積み重ねられた集電体と電極層とを有する。ＥＳＤは、層の積み重ねが形成された基板１０４を備える。層の積み重ねは、基板１０４にわたって、または、基板１０４において形成された第１の種類の第１の集電体１０８と、第１の集電体１０８にわたって、または、第１の集電体１０８において形成された第１の種類の第１の電極層１１２と、第１の電極１１２にわたって、または、第１の電極１１２において形成された分離体１１６と、分離体１１６にわたって、または、分離体１１６において形成された第２の種類の第２の電極層１２０と、第２の電極層１２０にわたって、または、第２の電極層１２０において形成された第２の種類の第２の集電体１２４とを備える。第１の集電体１０８は、第１の電極層１１２を越えて外側へ横に延びており、薄膜に基づく主要装置２５０４の第１の端子２５０８は、第１の集電体１０８において、または、第１の集電体１０８と接触して、重なるように形成されている。同様に、第２の集電体１２４は、第２の電極層１２０を越えて外側へ横に延びており、薄膜に基づく主要装置２５０４の第２の端子２５１２は、第２の集電体１２４において、または、第２の集電体１２４と接触して、重なるように形成されている。このように構成されると、第１の電極層１１２、分離体１１６、および第２の電極層１２０を含む積み重ねは、第１の端子２５０８、薄膜に基づく主要装置２５０４、および第２の端子２５１２を含む積み重ねに隣接して形成され、両方の積み重ねは、第１の集電体１０８と第２の集電体１２４との間で鉛直に介在させられる。
図２８は、鉛直に配置された電気端子を有し、本明細書に記載されている様々な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置によって電力供給されるように構成される薄膜に基づく発光装置２８００の図である。図２９は、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくＥＳＤと、鉛直で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される、図２８に関連して図示された薄膜に基づく発光装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置２９００の側面図である。図２６に関連して図示した装置と同様に、一体化された薄膜に基づく電子装置２９００は、薄膜に基づく発光装置２８００である薄膜に基づく電子装置と、一体化された薄膜に基づくＥＳＤとを備える。一体化された薄膜に基づく電子装置２６００（図２６）の特徴と同様または類似する一体化された薄膜に基づく電子装置２９００の特徴は、簡潔性のためにここでは省略されている。
図２８を参照すると、薄膜に基づく発光装置２８００は、基板１０４にわたって、または、基板１０４において形成でき、基板１０４は、透明なガラス、または、例えばＰＥＴ基板といった高分子基板とできる。発光装置２８００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの１つまたは複数の発光要素を備え得る発光層２８０４を備える。発光装置２８００には、または、発光装置２８００にわたって、薄膜に基づくＥＳＤから電力およびエネルギーを受けるように構成されている第１の端子２５０８および第２の端子２５１２が形成されている。第１の端子２５０８および第２の端子２５１２は、鉛直方向において発光層２８０４の相対する表面に配置され得る。第１の端子２５０８は発光層２８０４の上面に形成されており、その上面の外側へと延びておらず、一方、第２の端子２５１２は発光層２８０４の下面に形成されており、その下面を越えて延びている。
一部の実施形態では、発光装置２８００は、透明な基板１０４を通じて光（ｈν）を発するように構成される。これらの実施形態では、第２の端子２５１２は透明な導体を備える。透明な導体には、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、または、例えば銀ナノワイヤに基づく被覆といった銀を含む薄膜があり得る。第１の端子２５０８は、例えば導電性の銀といった、本明細書で記載されている任意の印刷可能な導電性の材料から形成され得る。図示した実施形態では、追加の導電層２８１２が、機械的安定性、追加の導電性、またはそれら両方を提供するために、第２の端子２５１２に形成され得る。
一部の実施形態では、発光装置２８００は、水分または空気などの環境の有害な影響からの防御を発光層２８０４に提供するように構成された酸素、窒素、または高分子の層など、絶縁層または不働態化層２８０８において封入され、例えば密閉で封止され得る。これらの実施形態では、図示されていないが、電気的な連結が、第１の端子２５０８と発光層２８０４との間で絶縁層２８０８を通じて形成され得る。
図２９を参照すると、一体化された薄膜に基づく電子装置２９００は、薄膜に基づく発光装置２８００にわたって形成された一体化された薄膜に基づくＥＳＤの少なくとも一部分を追加的に備える。図２６に関連して前述したものと同様に、薄膜に基づくＥＳＤは、その少なくとも一部分が薄膜に基づく発光装置２８００に横で重なるように位置決めされている。一体化された薄膜に基づくＥＳＤは、第１の集電体１０８と、第２の集電体１２４と、第１の電極層１１２と、第２の電極層１２０と、分離体１１６とを備える。薄膜に基づく発光装置２８００は、第１の集電体１０８および第１の電極層１１２が薄膜に基づく発光装置２８００に重なり、第２の集電体１２４および第２の電極層１２０が、薄膜に基づく発光装置２８００の下面を越えて延びる第２の端子２５１２の一部分に、または、存在する場合には追加の導電層２８１２に形成されるように、第１の集電体１０８と基板１０４との間に配置されている。
図３０は、電気的に直列に連結された複数のユニットまたは単電池を備える薄膜に基づくＥＳＤと、鉛直で配置された電気端子を有し、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される、図２８に関連して図示された発光装置２８００などの薄膜に基づく主要装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置３０００の上から見下ろした図を示している。薄膜に基づく発光装置２８００は、図２９に関連して前述した一体化された薄膜に基づく電子装置２９００に関連して前述したのと同様の手法で構成および一体化されており、対応する特徴または同様の特徴の詳細な記載は、簡潔性のためにここでは省略されている。しかしながら、薄膜に基づく電子装置２９００（図２９）と異なり、一体化された薄膜に基づくＥＳＤは複数のユニットまたは単電池を備える。複数のユニットまたは単電池は、図１６および図１７に関連して前述したのと同様の手法で直列に連結されており、ＥＳＤユニットまたは単電池の各々は、図２Ａ／図２Ｂで前述したのと同様の手法において横で隣接する集電体および電極を備える。図２Ａ／図２Ｂ、図１６、および図１７の特徴と同様の対応する特徴の詳細な記載は、ここでは簡潔性のために省略されている。このように構成されると、一体化された薄膜に基づくＥＳＤは、分離体１１６によって物理的に連結された第１の電極１１２および第２の電極１２０の対を備え、各々の対は、薄膜に基づくＥＳＤのユニットまたは単電池を表している。中間集電体１２８の各々は、隣接するＥＳＤユニットまたは単電池の第１の電極１１２と第２の電極１２０とを直列で電気的に連結するように供する。図示されている一体化された薄膜に基づくＥＳＤでは、ＥＳＤの３つの直列に連結されたユニットまたは単電池が形成されており、第１の（最も下の）ＥＳＤユニットの第２の電極層１２０が、第１の（左の）中間集電体１２８によって第２の（左上の）ＥＳＤユニットの第１の電極層１１２に電気的に連結されており、第２の（左上の）ＥＳＤユニットの第２の電極層１２０が、第２の（右の）中間集電体１２８によって第３の（右上の）ＥＳＤユニットの第１の電極層１１２に電気的に連結されている。
図３０をなおも参照すると、薄膜に基づく発光装置２８００は、図２９に関連して前述したのと同様の手法で一体化され、第１の端子２５０８は、第１の（最も下の）ＥＳＤユニットの第１の集電体１０８に電気的に連結され、その第１の集電体１０８の下に配置されている。透明であり得る第２の端子２５１２と、存在する場合には、任意選択の追加の導電層２８１２とは、電気的に連結され、第３の（右上の）ＥＳＤユニットの第２の集電体１２４の下に配置される。発光層２８０４は、第１の端子２５０８に電気的に連結され、第１の端子２５０８の下に形成されている。図２９に関連して前述したのと同様の手法で、第２の端子２５１２は、発光層２８０４の下面に形成でき、例えば、存在する場合には追加の導電層２８１２を通じて、第３の（右上の）ＥＳＤユニットの第２の集電体１２４に電気的に連結するために横に延びることができる。図示されていないが、少なくとも薄膜に基づく発光装置２８００は、図２９に関連して前述したように、光が貫いて送られるように、透明な基板にわたって、または、透明な基板において形成され得る。
なおも図３０を参照すると、一部の実施形態では、一体化された薄膜に基づく電子装置３０００はスイッチ３００４をさらに備え、スイッチ３００４は、係合または作動させられると、一体化された薄膜に基づく電子装置３０００の回路を電気的に作動させるように構成され得る。スイッチ３００４は、例えば機械的に押されると、任意の適切な手法で係合させられ得る。一部の実施形態では、スイッチ３００４は一回だけのスイッチであり得る。例えば、スイッチ３００４は、初期に電気的に分離され得る中間集電体１２８のうちの１つの一部分同士を電気的に連結または短絡する導電性の流体または変形可能な材料を含むボタンとして構成され得る。図示されている実施形態では、第１の（左の）中間集電体１２８は、初期に（上方および下方の）一部分へと電気的に分離でき、それら一部分同士は、例えば機械的にボタンを押すことで、スイッチ３００４の作動において電気的に短絡され得る。しかしながら、実施形態はそのように限定されておらず、スイッチ３００４は、例えば抵抗変化または光活性化といった任意の他の適切な機構によって作動させられ得る。
図３１は、電気的な直列において連結されている複数のユニットまたは単電池を含む薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置が一体化されている実際に製作された一体化された薄膜に基づく電子装置３１００の上から見下ろした光学顕微鏡写真を示している。各々のユニットまたは単電池の電極の各々は、複数の規則正しく離間された細長い突起または指部を有する。一体化された薄膜に基づく電子装置３１００は、図２８に関連して前述したものと同様で、鉛直に配置された電気端子を有し、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される一体化されている薄膜に基づく発光装置を追加的に有する。一体化された薄膜に基づく電子装置３１００は、一体化された薄膜に基づく電子装置３０００（図３０）に関連して前述したのと同様の手法で構成および一体化されており、対応する特徴または同様の特徴の詳細な記載は、簡潔性のためにここでは省略されている。薄膜に基づく電子装置３０００（図３０）と同様に、薄膜に基づく電子装置３１００は、直列に連結されている複数のユニットまたは単電池を備える一体化された薄膜に基づくＥＳＤを備える。しかしながら、一体化された薄膜に基づく電子装置３１００では、図１０Ｅに関連して前述したのと同様の手法で、各々のユニットまたは単電池は、ストラップ部分と、複数の規則正しく離間された突起、指部、歯、またはスパイクとを有する第１の電極層１１２および第２の電極層１２０を備え、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の細長い突起、指部、歯、またはスパイクは、横方向において交互になるように組み合わせまたは交互配置されており、それによって、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の重なる縁長さを増加させている。このように構成されると、一体化された薄膜に基づくＥＳＤは、分離体１１６によって連結された第１の電極１１２および第２の電極１２０の対を備え、各々の対はＥＳＤのユニットを表している。中間電極１２８の各々は、隣接するＥＳＤユニットまたは単電池の第１の電極１１２と第２の電極１２０とを直列で電気的に連結するように供する。図示の一体化された薄膜に基づくＥＳＤでは、ＥＳＤの３つの直列に連結されたユニットまたは単電池が形成されており、第１の（左上の）ＥＳＤユニットの第２の電極層１２０が第２の（右上の）ＥＳＤユニットの第１の電極層１１２に電気的に連結されており、第２の（右上の）ＥＳＤユニットの第２の電極層１２０が第３の（右下の）ＥＳＤユニットの第１の電極層１１２に電気的に連結されている。
なおも図３１を参照すると、薄膜に基づく発光装置２８００は、図３０に関連して前述したのと同様の手法で一体化されており、対応する特徴の詳細な記載は、簡潔性のためにここでは省略されている。第１の端子は、第１の（右上の）ＥＳＤユニットの第１の中間集電体１２８に電気的に連結され、その第１の中間集電体１２８の下に配置されており、透明とでき、存在する場合には任意選択で追加の導電層であり得る第２の端子は、第２の（右上の）ＥＳＤユニットの第２の中間集電体１２８に電気的に連結され、その第２の中間集電体１２８の下に配置されている。少なくとも薄膜に基づく発光装置２８００は、光が貫いて送られるように、透明な基板にわたって、または、透明な基板において形成され得る。図示されている実施形態では、第１の（左上の）ＥＳＤユニットの第１の集電体１０８は、スイッチ３００４の作動において、第３の（右下の）ＥＳＤユニットの第２の集電体１２４に電気的に短絡されている。
図２５～図３１に関連して前述した一体化された薄膜に基づく電子装置の各々において、薄膜に基づくＥＳＤの第１の集電体および第２の集電体は、薄膜に基づく主要装置の第１の端子および第２の端子にそれぞれ電気的に連結され、第１の集電体と第１の端子とは別の層であり、第２の集電体と第２の端子とは別々の層であり、実施形態はそのように限定されない。一部の他の実施形態では、薄膜に基づくＥＳＤの第１の集電体と薄膜に基づく主要装置の第１の端子とは、一体化された単一の薄膜層として形成できる。同様に、薄膜に基づくＥＳＤの第２の集電体と薄膜に基づく主要装置の第２の端子とは、一体化された単一の薄膜層として形成できる。つまりと、薄膜に基づくＥＳＤと薄膜に基づく主要装置との互いにおける直接的な形成は、第１の集電体および第１の端子の一方もしくは他方を省略させることができ、ならびに／または、第２の集電体および第２の端子の一方もしくは他方を省略させることができる。
エネルギー取得装置と一体化された再充電可能な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置
本明細書に記載されている様々な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）は薄膜に基づくエネルギー取得装置と一体化でき、それによって、一体化された再充電可能な薄膜に基づくＥＳＤを形成する。前述した薄膜に基づくＥＳＤと一体化された様々な薄膜に基づく主要装置と同様に、同様の材料および方法が、薄膜に基づくＥＳＤの構成要素と、薄膜に基づくＥＳＤを充電または再充電するために構成された薄膜に基づくエネルギー取得装置の構成要素とを印刷するために使用されてもよい。薄膜に基づくエネルギー取得装置の少なくとも一部の層は、薄膜に基づくＥＳＤに形成または印刷でき、例えば直接的に形成または印刷でき、その反対もまた可能である。一部の実施では、薄膜に基づくＥＳＤと薄膜に基づくエネルギー取得装置とを備える実質的に全体で一体化された電子装置が、印刷によって製作できる。
以下に記載されている様々な実施形態では、薄膜に基づくＥＳＤは、ＥＳＤの少なくとも１つの層を薄膜に基づくエネルギー取得装置に、例えば直接的に形成または印刷することといった、形成または印刷することによって、薄膜に基づくＥＳＤを充電／再充電するために構成された薄膜に基づくエネルギー取得装置と一体化され得る。代替で、薄膜に基づくエネルギー取得装置の少なくとも１つの層は、薄膜に基づくＥＳＤに形成または印刷でき、例えば直接的に形成または印刷できる。薄膜に基づくＥＳＤまたは薄膜に基づくエネルギー取得装置の一方の少なくとも１つの層が、膜に基づくＥＳＤまたは薄膜に基づくエネルギー取得装置の他方に形成または印刷されていることで、２つの装置は、様々な利点を提供できる相対位置において配置され得る。例えば、薄膜に基づくＥＳＤまたは薄膜に基づくエネルギー取得装置の一方の少なくとも１つの層を、膜に基づくＥＳＤまたは薄膜に基づくエネルギー取得装置の他方に直接的に印刷することで、２つの装置を連結する電気配線の量は低減され得る。薄膜に基づくＥＳＤと薄膜に基づくエネルギー取得装置との間の電気配線の量および直列抵抗を低減することによって、電気配線の直列抵抗によって消散させられ得る余分な電圧および／またはエネルギーの量が、さらに低減または排除され得る。
本明細書において記載されているように、エネルギー取得は、電気でない形態のエネルギーを、電荷または電圧などの電気の形態のエネルギーへと変換することを伴う。薄膜に基づくエネルギー取得装置は、例えば、いくつか名前を挙げれば、光起電装置、熱電装置、圧電装置、無線充電装置、トライボロジ取得装置、ＲＦに基づくエネルギー取得装置、焦電エネルギー取得装置、容量性エネルギー取得装置、微生物エネルギー取得装置、および磁歪エネルギー取得装置といった、環境からエネルギーを取得するように構成された任意の適切な装置であり得る。薄膜に基づくエネルギー取得装置は、薄膜に基づくＥＳＤを充電または再充電するために電力を一部または全部供給するように構成でき、そのため薄膜に基づくＥＳＤは、別体の電力供給を連結することなく、長い時間の期間にわたって、薄膜に基づくＥＳＤに連結される主要装置、または、薄膜に基づくＥＳＤで一体化される主要装置に、エネルギーおよび電力をさらに供給できる。
図３２および３３は、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）と、薄膜に基づくＥＳＤを充電／再充電させるように構成される薄膜に基づくエネルギー取得装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置３２００Ａ／３２００Ｂの側面図を示している。図３２は、一体化されたＥＳＤが充電モードにある一体化された薄膜に基づく電子装置３２００Ａを示しており、図３３は、一体化されたＥＳＤが放電モードにある一体化された薄膜に基づく電子装置３２００Ｂを示している。
一体化された薄膜に基づく電子装置３２００Ａ／３２００Ｂは、基板（明確性のために図示されていない）にわたって、または、基板において形成された一体化された薄膜に基づくＥＳＤを備える。薄膜に基づくＥＳＤは、第１の集電体１０８、および、横で隣接して配置されている第２の集電体１２４と、第１の電極層１１２、および、横で隣接して配置されている第２の電極層１２０とを備える。例えば図２Ａ／図２Ｂに示されたＥＳＤに関連して前述したのと同様の手法で、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０は、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４において、または、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４にわたってそれぞれ形成されている。分離体１１６が、第１の集電体１０８と第２の集電体１２４とを分離する隙間と、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０とを分離する隙間とに配置されている。前述されている同様の対応する特徴の詳細な記載は、簡潔性のためにここでは省略されている。しかしながら、図２Ａ／図２Ｂに関連して前述されているＥＳＤと異なり、分離体１１６は、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間に形成された隙間に形成されているが、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０にわたって形成されていない。
第１の電極層１１２および第２の電極層１２０は、例えばＡｇ／ＺｎＯの対またはＭｎ／ＺｎＯの対といった、前述した活物質の任意の適切な対を含み得る。
なおも図３２および図３３を参照すると、一体化された薄膜に基づく電子装置３２００Ａ／３２００Ｂは、薄膜に基づくＥＳＤにわたって、または、薄膜に基づくＥＳＤにおいて、１つまたは複数の薄膜に基づくエネルギー取得装置を形成している。１つまたは複数の薄膜に基づくエネルギー取得装置は、その少なくとも一部分が下にある薄膜に基づくＥＳＤに横で重なるように位置決めされている。図示されている例の構成では、第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａは、第１の電極層１１２にわたって、または、第１の電極層１１２において形成されており、第１の電極層１１２と第１の導電層３２２０Ａとの間で鉛直に配置されている。第１の導電層３２２０Ａは、下にある薄膜に基づくエネルギー取得装置が光起電装置を備える場合に透明であり得る。第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂは、第２の電極層１２０にわたって、または、第２の電極層１２０において形成されており、第２の電極層１２０と第２の導電層３２２０Ｂとの間で鉛直に配置されている。第２の導電層３２２０Ｂは、下にある薄膜に基づくエネルギー取得装置が光起電装置を備える場合に透明であり得る。
図示されている例では、第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａおよび第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂの各々は、例えば太陽電池といった光起電装置である。第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａは第１の光起電層３２０８Ａを備え、第１の光起電層３２０８Ａは、第１の活物質もしくは吸収体材料、または、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料とによって形成された第１のヘテロ接合もしくはＰＮ接合を備えることができ、第１の電子輸送層３２１６Ａと第１の正孔輸送層３２１２Ａとの間に形成され得る。同様に、第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂは第２の光起電層３２０８Ｂを備え、第２の光起電層３２０８Ｂは、第２の活物質もしくは吸収体材料、または、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料とによって形成された第２のヘテロ接合もしくはＰＮ接合を備えることができ、第２の電子輸送層３２１６Ｂと第２の正孔輸送層３２１２Ｂとの間に形成され得る。第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａと第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂとは、電気的に直列に連結されている一方で、分離体１１６または絶縁層３２２８によって物理的に分離されてもよい。直列の連結は、例えば、第１の導電層３２２０Ａと第２の導電層３２２０Ｂとを電気的に連結するダイオード３２２４によって形成され得る。直列ダイオード３２２４は、第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａおよび第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂが充電モードにあるときに順バイアスになっており、薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａおよび第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂが放電モードにあるにあるときに逆バイアスになっているように構成され得る。
図３２を参照すると、充電モードにおける動作では、第１の光起電層３２０８Ａおよび第２の光起電層３２０８Ｂの各々によって吸収される光子（ｈν）はそれら光起電層において励起子を発生させることができ、励起子は、電子と正孔とに分離される、または、電子および正孔の対へと直接的に分離される。電子は、第１の電子輸送層３２１６Ａおよび第２の電子輸送層３２１６Ｂを通じて進行し、正孔は、第１の正孔輸送層３２１２Ａおよび第２の正孔輸送層３２１２Ｂを通じて進行する。第１の電子輸送層３２１６Ａからの電子は第１の導電層３２２０Ａによって集められ、第２の電子輸送層からの電子は第２の電極層１２０によって集められる。反対に、第１の正孔輸送層３２１２Ａからの正孔は第１の電極層１１２によって集められ、第２の正孔輸送層からの正孔は第２の導電層３２２０Ｂによって集められる。第１の電極層１１２から、第１の光起電層３２０８Ａ、第１の導電層３２２０Ａ、順バイアスとされ得るダイオード３２２４、第２の導電層３２２０Ｂ、および第２の光起電層３２２０Ｂを通り、第２の電極層１２０への電子の流れの全体の方向は、小さい矢印によって指示されている。分離体１１６を通る第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間の対応するイオン輸送は、大きい矢印によって指示されている。
図３３を参照すると、放電モードにおける動作において、薄膜に基づくエネルギー取得装置は不活性とでき、充電は、例えば、薄膜に基づくＥＳＤの第１の集電体１０８および第２の集電体１２４に連結され、薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される前述した薄膜に基づく主要装置のいずれかといった、負荷装置または主要装置によって消散される。電子の流れの方向は小さい矢印によって指示されており、イオンの流れは大きい矢印によって指示されている。ダイオード３２２４は、暗電流を効果的に阻止するために有利には反対に付勢されてもよく、それによって薄膜に基づくＥＳＤの効率を向上させる。
第１のエネルギー取得装置３２０４Ａおよび第２のエネルギー取得装置３２０４Ｂが任意の適切な薄膜に基づく光起電装置であり得ることは、理解されるものである。エネルギー取得装置３２０４Ａ、３２０４Ｂのうちの少なくとも１つの層は印刷され得る。例えば、印刷可能な光起電層３２０８Ａ、３２０８Ｂは、有機ポリマ、無機カルコゲナイド、またはペロブスカイト材料を含む。
光起電層３２０８Ａ、３２０８Ｂの例には、いくつか名前を挙げれば、ポリ［２－メトキシ－５－（２０－エチルヘキシルオキシ）－ｐ－フェニレンビニレン］（ＭＥＨ＋ＰＰＶ）、ポリ（３－ヘキシルチオフェン－２，５－ジイル）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（Ｎ－アルキル－２，７－カルバゾール）（ＰＣＤＴＢＴ）、ポリ［（４，４－ビス（２－エチルヘキシル）－シクロペンタ－［２，１－ｂ； ３，４－ｂ´］ジチオフェン）－２，６－ジイルアルト－２，１，３－ベンゾチアジアゾール－４，７－ジイル］（ＰＣＰＤＴＢＴ）、ポリ［（４，４´－ビス（２－エチルヘキシル）ジチエノ［３，２－ｂ； ２０，３０－ｄ］シロール）－２，６－ジイル－アルト－（２，１，３－ベンゾチアジアゾール）－４，７－ジイル］（ＰＳＢＴＢＴ）、ポリ［（２，５－ビス（２－ヘキシルデシルオキシ）フェニレン）－アルト－（５，６－ジフルオロ－４，７－ジ（チオフェン－２－イル）ベンゾ［ｃ］－［１，２，５］チアジアゾール）］（ＰＰＤＴ２ＦＢＴ）、ポリ［（５，６－ジフルオロ－２，１，３－ベンゾチアジアゾール－４，７－ジイル）－アルト－（３，３０００－ジ（２－オクチルドデシル）－２，２０； ５０，２０´； ５０´，２０″－クアテルチオフェン－５，５０″－ジイル）］（ＰｆｆＢＴ４Ｔ－２ＯＤ）、またはそれらの組み合わせなどの有機ポリマがある。
光起電層３２０８Ａ、３２０８Ｂの例には、いくつか名前を挙げれば、例えばセレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、硫化銅亜鉛スズ（ＣＺＴＳ）、セレン化銅亜鉛スズ（ＣＺＴＳｅ）、もしくは合金またはそれらの組み合わせなど、無機カルコゲナイドがある。
光起電層３２０８Ａ、３２０８Ｂの例には、ペロブスカイト材料がある。ペロブスカイト材料は、有機材料および無機材料の一方または両方を含み得る。一部のペロブスカイト材料は、ペロブスカイト結晶構造を有する有機－無機のハイブリッド材料を含む。ペロブスカイト結晶構造はＡＢＸ３として記載でき、ここで、Ａは有機（または無機）のカチオン（例えば、メチルアンモニウム（ＭＡ＋）、ホルムアミジニウム（ＦＡ＋など）、Ｃｓ＋など）であり、Ｂは金属カチオン（例えば、Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋など）であり、Ｘはアニオン（例えば、Ｉ－、Ｂｒ－、Ｃｌ－、ＳＣＮ－など）である。ペロブスカイト材料は、例えば、いくつか名前を挙げれば、ＭＡＰｂＩ３（α相、正方構造）、ＭＡＰｂＩ３（β相、正方構造）、ＭＡＰｂＩ３（γ相、斜方晶構造）、ＭＡＰｂＣｌ３（α相、立方構造）、ＭＡＰｂＣｌ３（β相、正方構造）、ＭＡＰｂＣｌ３（γ相、斜方晶構造）、ＭＡＰｂＢｒ３（α相、立方構造）、ＭＡＰｂＢｒ３（β相、正方構造）、ＭＡＰｂＢｒ３（γ相、正方構造）、ＭＡＰｂＢｒ３（δ相、斜方晶構造）、ＭＡＳｎＩ３（α相、正方構造）、ＭＡＳｎＩ３（β相、正方構造）、ＦＡＰｂＩ３（α相、三角構造）、ＦＡＰｂＩ３（β相、三角構造）、ＦＡＳｎＩ３（α相、斜方晶構造）、ＦＡＳｎＩ３（β相、斜方晶構造）、またはそれらの組み合わせを含み得る。
第１の電子輸送層３２１６Ａおよび第２の電子輸送層３２１６Ｂは、良好な電子輸送特性を有するように構成されており、それら電子輸送層を通じて光が集められるとき、第１の電子輸送層３２１６Ａおよび第２の電子輸送層３２１６Ｂは、太陽放射に対して透過である。使用できる材料の例には、いくつか名前を挙げれば、ＺｎＯ、ＴｉＯｘ、Ｃｓ２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、および他の適切な酸化金属または高分子材料がある。
第１の正孔輸送層３２１２Ａおよび第２の正孔輸送層３２１２Ｂは、良好な正孔輸送特性を有するように構成されており、それら電子輸送層を通じて光が集められるとき、第１の正孔輸送層３２１２Ａおよび第２の正孔輸送層３２１２Ｂは、太陽放射に対して透過である。使用できる材料の例には、いくつか名前を挙げれば、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳといったポリマ、または、例えばＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３、およびＮｉＯといった酸化金属がある。
なおも図３２および図３３を参照すると、有利には、第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａおよび第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂは、下にある薄膜に基づくＥＳＤに重なるようにその薄膜に基づくＥＳＤにわたって、または、その薄膜に基づくＥＳＤに直接的に形成され、もたらされた一体化された薄膜に基づく電子装置３２００Ａ／３２００Ｂは、鉛直方向および水平方向でコンパクトにできる。さらに、第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａおよび第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂが第１の電極層１１２および第２の電極層１２０にそれぞれ直接的に形成される場合、電線などの１つまたは複数の介在する導電要素が省略されて、関連する直列抵抗を低減でき、それによって、介在する導電要素によって消散される余分な電圧またはエネルギーを低減できる。しかしながら、実施形態はそのように限定されず、他の実施形態では、それぞれ第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａおよび第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂと第１の電極層１１２および第２の電極層１２０との間に、例えば印刷された導電構造といった介在する導電要素があってもよい。
第１の導電層３２２０Ａおよび第２の導電層３２２０Ｂは、下にある第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ａおよび第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置３２０４Ｂが光起電装置を備える場合に透明であり得る。例えば、第１の導電層３２２０Ａおよび第２の導電層３２２０Ｂはグラフェンを備え得る。
図示した実施形態では、第１の光起電層３２０８Ａおよび第２の光起電層３２０８Ｂの各々は約１～５μｍの範囲の厚さを有することができ、第１の電子輸送層３２１６Ａおよび第２の電子輸送層３２１６Ｂの各々は約１～２μｍの範囲の厚さを有することができ、第１の正孔輸送層３２１２Ａおよび第２の正孔輸送層３２１２Ｂの各々は約１～１０μｍの範囲の厚さを有することができ、第１の導電層３２２０Ａおよび第２の導電層３２２０Ｂの各々は約１０～１００μｍの範囲の厚さを有することができ、分離体１１６は約１０～４００μｍまたは１０～２００μｍの範囲の厚さを有することができ、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の各々は約０．１～２μｍ、０．１～１μｍ、または０．５～１μｍの厚さを有することができる。
図３４は、横で隣接する集電体と電極層とを有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）と、薄膜に基づくＥＳＤを充電／再充電させるように構成される薄膜に基づくエネルギー取得装置とを一体化している一体化された薄膜に基づく電子装置３４００の側面図を示している。薄膜に基づく電子装置３４００は、薄膜に基づく電子装置３４００が様々な特徴の一部の代替の配置を含むことを除いて、図３２、図３３に関連して前述した薄膜に基づく電子装置３２００Ａ／３２００Ｂと同様である。例えば、図示されている実施形態では、正孔輸送層が第１および第２のエネルギー取得装置の各々から省略されている。したがって、第１および第２のエネルギー取得装置は、それぞれの第１の光起電層３２０８Ａおよび第２の光起電層３２０８Ｂと、それぞれの第１の電子輸送層３２１６Ａおよび第２の電子輸送層３２１６Ｂとを備えるが、正孔輸送層を備えていない。
また、図示された実施形態では、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の厚さは、前述したのと同様の手法で、それぞれの電極活物質の化学量論比を受け入れるために異なる。
また、一部の実施形態では、第１の光起電層３２０８Ａおよび第２の光起電層３２０８Ｂの一方または両方は、いくつか例を挙げれば、珪藻フラスチュール、ゼオライト、セルロース繊維、ガラス繊維、または多孔質アルミナなどのナノ多孔性絶縁材料で形成される吸収性または活性の材料を備える。
長期保存期間を有する非作動の薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置
エネルギー貯蔵装置の保存期間が、エネルギー貯蔵装置が製造されたときから測定される時間の期間を表すために使用される用語であり、その間、エネルギー貯蔵装置は、有効、有用、または消費するのに適したままである。保存期間は、エネルギー貯蔵装置が製造されるときから測定または計算され、保存期間を短くし得る過程のうちの１つは自己放電である。自己放電は、数ある中でも、ＥＳＤが使用されていないときの開回路状態において起こる化学反応から生じ得る。自己放電の一因となる化学反応は、開回路状態において起こるイオンの流れを伴う薄膜に基づくＥＳＤの電気化学反応を含むだけでなく、電気化学反応の一部ではない「副反応」も含む。保存の間の温度および湿度などの外部の要因も自己放電にさらに影響を与える可能性がある。例えば、より高い温度は副反応を加速させる可能性がある。薄膜に基づくＥＳＤが、密閉で封止されていない、または、不適切に封止されているとき、環境からの水分および酸素は、薄膜に基づくＥＳＤにおいて副反応を促進させる可能性がある。発明者らは、使用の前に自己放電から生じる化学的影響が抑制および／または遅延されるように薄膜に基づくＥＳＤを構成することで、エネルギー貯蔵装置の保存期間が相当に改善できることを認識した。保存期間を増加させるための１つの方法は、自己放電を開始させる電気化学的な化学反応またはイオンの流れを開始させ得る作動過程が、使用者が薄膜に基づくＥＳＤを使用する準備ができるまで遅延させるように、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置を構成することである。作動は、例えば、電解質を有さない乾燥した分離体を有する薄膜に基づくＥＳＤを提供することで遅延でき、薄膜に基づくＥＳＤは、例えば使用の前に、電解質を加えることによって、より後の時間において作動させることができる。発明者らは、本明細書に記載した薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置および遅延された作動の方法の様々な構成を使用することで、保存期間が少なくとも１年以上増加され得ることを認識した。
図３５は、保存期間を増加させるように適合された薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製造キット３５００を示している。製造キット３５００は、横で隣接する集電体、電極層、および乾燥した分離体を有する薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置と、使用の前に乾燥した分離体を湿らせるように構成される別に提供される電解質とを備える。製造キット３５００は、非作動の薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）３５２０と、容器／適用器３５０４における電解質３５０８とを備える。
非作動の薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置３５２０は、その上に形成され、互いと横で隣接して配置されている第１の集電体１０８および第２の集電体１２４を有する基板１０４を備える。非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０は、第１の集電体１０８および第２の集電体１２４にそれぞれ形成された第１の電極層１１２および第２の電極層１２０を追加的に備える。非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０は、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０にわたって形成された乾燥した分離体３５１６または電解質なしの分離体３５１６を追加的に備える。乾燥した分離体３５１６を除いて、非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０の他の特徴は、図２Ａ／図２Ｂに関連して前述した特徴と同様とでき、対応する特徴または同様の特徴の詳細な記載は、簡潔性のためにここでは省略されている。
図３５をなおも参照すると、乾燥した分離体３５１６は、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置３５２０を作動させるために、分離体３５１６を通じて電解質３５０８を受け入れて吸収するように構成されている。一部の実施形態では、乾燥した分離体３５１６は、分離体３５１６を通じて電解質を効果的に素早く吸収および拡散するのに特に適する多孔質材料を備える、または、そのような多孔質材料から形成される。使用され得る多孔質材料の例には、数ある多孔質および／または吸収性の材料の中でも、珪藻フラスチュール、ゼオライト、セルロース繊維、ガラス繊維、アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブカーボン、天然粘土ベースの固体、高分子吸収剤、もしくはそれらの組み合わせを含む、前述した多孔質および吸収性の材料のうちの１つまたは複数がある。１つまたは複数の多孔質および吸収性の材料は、前述した１つまたは複数の高分子バインダを用いて、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０と一体に保持できる、および／または、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０に付着できる。したがって、形成された乾燥した分離体３５１６または電解質のない分離体３５１６は、適用されたときに電解質３５０８を素早く均一に拡散するように適合されている。前述した１つまたは複数の界面活性剤などの特別な添加物が、電解質３５０８による乾燥した分離体３５１６の湿りの特性を向上させるために、乾燥した分離体３５１６に加えられてもよい。
一部の実施形態では、乾燥した分離体３５１６は省略されてもよい。例えば、一部の実施形態では、電解質３５０８は第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の表面にわたって直接的に拡散されるだけでもよく、それによって第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間のイオン輸送のための十分なイオン架橋を作り出すことができる。
図３５における図示された実施形態では、乾燥した分離体３５１６は、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０にわたって鉛直に形成され、第１の電極層１１２と第２の電極層１２０との間で隙間２１０において横に形成されているが、実施形態はそのように限定されない。一部の実施形態では、乾燥した分離体１１６は、例えば薄膜堆積技術を用いて、第１の電極層１１２および第２の電極層１２０の上面からは省略される一方で、隙間２１０において形成または堆積されてもよい。このような配置は、ロールツーロール製作技術にとって特に適切であり得る。
なおも図３５を参照すると、電解質３５０８は、非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０を作動させるために、乾燥した分離体３５１６に適用されるように構成されている。電解質３５０８は、乾燥した分離体３５１６を効果的に湿らせるために適合されている前述した任意の適切な液体電解質を備える。一部の実施形態では、電解質３５０８は小さい揮発度を有するように構成され、これは有利であり、比較的長い保存時間と特に相性がよい。例えば、イオン液体を電解質３５０８において含むことで、電解質３５０８の揮発度は相当に低減でき、これはさらに保存期間を相当に増加させることができる。一部の実施形態では、前述した１つまたは複数の添加剤が、電解質３５０８の拡散または吸収の特性を向上させるために、電解質３５０８に含まれてもよい。例えば、前述した１つまたは複数の低粘度添加物が、電解質３５０８の拡散速度を向上させるために加えられてもよい。一部の場合では、界面活性剤が、素早い拡散を増進するために加えられてもよい。開示されている添加剤が実質的に電気化学的に安定であり得ることは、理解されるものである。
本明細書で開示されている横で隣接する第１の電極および第２の電極を有する様々な薄膜に基づくＥＳＤの構造的な配置が、製造キット３５００を実施するのに特に適することは、理解されるものである。例えば、電解質３５０８は、電極同士が互いと隣接して配置されるとき、および／または、電極の主要な表面の実質的にすべてが電解質３５０８を容易に受け入れるために露出されるとき、より容易に適用および拡散できる。このような配置の例には、図２Ａ／図２Ｂ、図３Ａ／図３Ｂ、図９、図１０Ａ～図１０Ｅ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ～図１２Ｄ、図１３、図１６、図１７、図２０、図２１、および図２２に関連して前述されたものがある。しかしながら、実施形態はそのように限定されず、非作動の薄膜に基づくＥＳＤを作動させる概念は、存在するときに乾燥した分離体が、電解質３５０８が適用され得るのに通る露出された部分を有する限り、電極の主要な表面の実質的にすべてが直接的に露出されない可能性のある他の電極の配置で実施できる。例えば、図１、図４、図５、図６、図７、図８、図１４Ａ～図１４Ｄ、図１５、図１８、図１９、図２３、および図２４に関連して前述した電極の配置は、電解質を受け入れおよび吸収するように少なくとも部分的に露出されている乾燥した分離体を有するように製作でき、したがって、本明細書で前述した製造キットにおいて実施できる。さらに、図２５～図３１に関連して前述した一体化された薄膜に基づく電子装置は、電解質を受け入れおよび吸収するように少なくとも部分的に露出されている乾燥した分離体を有するように製作でき、そのため、一体化された薄膜に基づく電子装置は要求に応じて作動できる。同様に、図２５～図３４に関連して前述した一体化された薄膜に基づく電子装置は、電解質を受け入れおよび吸収するように少なくとも部分的に露出されている薄膜に基づくＥＳＤの乾燥した分離体を有するように製作でき、そのため、一体化された薄膜に基づく電子装置は全体として要求に応じて作動できる。
したがって、様々な実施形態において、乾燥した分離体３５１６への電解質３５０８の追加は使用まで遅らされるため、無視できる規模の自己放電しか非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０の作動の前には起こらない。
遅延された作動が、米国特許第９５２０５９８（Ｂ２）号に開示されているようなＺｎ／ＭｎＯ２に基づくエネルギー貯蔵装置、および、米国特許第９７８６９２６（Ｂ２）号に開示されているようなＺｎ／ＡｇＯに基づくエネルギー貯蔵装置といった、任意の適切なエネルギー貯蔵装置の化学的性質および材料で実施でき、それら特許の内容は、本明細書において参照によりそれらの全体において組み込まれていることは、理解されるものである。
なおも図３５を参照すると、電解質３５０８は、保存と非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０への適用との容易性のために特に適する保存容器または適用器３５０４に保存され得る。容器３５０４は、電極１１２、１２０のモル質量と一致する適切な量の電解質３５０８を保存するように構成され得る。保存容器３５０４、電解質３５０８、および、それらを使用する非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０を作動させる方法の例の実施には、制限なく以下のことがある。
（１） 長く薄い管を伴うプラスチック袋を備える容器３５０４。電解質３５０８は保持され、十分な圧力が容器３５０４の主要な本体に適用されるまで毛細管力によって放出されるのが防止され得る。
（２） 弱くさせられ得る小さい領域を有する封止されたプラスチック容器を備える容器３５０４。電解質３５０８は、プラスチック容器の主本体への圧力の適用において放出でき、それによってプラスチック容器の弱くされた領域を開放するように破る。弱くされた部分は、電解質３５０８の流れを非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０の所望の領域へと向かわせるように配置され得る。
（３） プラスチック容器を刺すことによって鋭利なスライドワイヤで局所的に破られるように構成されているプラスチック容器を備える容器３５０４。電解質３５０８は、プラスチック容器への圧力の適用によってプラスチック容器の穿孔された領域を通じて放出させることができる。
（４） 硬いプラスチック／ガラスの管を連結して備える容器３５０４。管は、初期には封止され得るが、圧力によって機械的に破壊でき、それによって管を通じて電解質３５０８を放出する。
（５） 電解質３５０８と微小粒子（例えば微小球）との混合物を含むプラスチック容器を備える容器３５０４。電解質３５０８は、微小粒子を、例えば転がすといった移動させることで、機械的に拡散できる。
（６） 電解質３５０８を泡の形態で保持するプラスチックバッグを備える容器３５０４。泡は電解質３５０８の偶発的な漏れを防止できる。プラスチックバッグおよび泡は、泡を含むプラスチックバッグを押すことで泡を放出させるように構成されている。
（７） 中間に２つの切り取られた側を伴うバッグを備える容器３５０４。曲げられると、電解質３５０８は放出できる。
（８） 一方の側に空気を有するバッグを備える容器３５０４。容器３５０４に加えられる機械的な圧力が空気圧のため電解質３５０８を外に押す。一部の実施では、バッグは２つの区画室を有し、第１の区画室は空気で満たされ、第２の区画室は電解質３５０８で満たされる。第１の区画室における空気に加えられる機械的な圧力は、第２の区画室の電解質３５０８に加えられる機械的な圧力をさらにもたらし、電解質３５０８は第２の区画室から押し出される。
（９） ブロー管を連結して備える容器３５０４。ブロー管の一端は切断できる。ブロー管へと吹き込むことで、別の開口を通じて容器３５０４から放出される電解質３５０８を拡散することができる。
（１０） 引っ張り棒を備える容器３５０４。引っ張り棒は吸収性であり、液体または泡の形態であり得る電解質３５０８を含む。棒を取り除く（例えば、引っ張る）ことで、電解質を薄膜に基づくＥＳＤの上面にわたって移動させ、例えば、乾燥した分離体３５１６の上面は電解質を拡散する。引っ張り棒は、磁性とすることができ、磁石の助けで移動させることができる。
（１１） スポンジを備える容器３５０４。電解質３５０８で含浸されたスポンジが乾燥した分離体３５１６にわたって配置できる。薄膜が、スポンジと分離体３５１６との間に配置され得る。薄膜が除去されると、電解質３５０８はスポンジから乾燥した分離体３５１６へと移ることができる。
（１２） スポンジを備える容器３５０４。電解質３５０８で含浸されたスポンジが乾燥した分離体３５１６にわたって配置できる。密な網が、スポンジと分離体３５１６との間に配置され得る。スポンジを押すと、電解質３５０８は網を通じて乾燥した分離体３５１６へと運ばれる。電解質３５０８は、一部の実施ではゲルの形態であり得る。
（１３） 開口を伴う袋を備える容器３５０４。電解質３５０８は、ゲルの形態であり、容器３５０４の内側に配置される。ゲルとされた電解質３５０８は、例えば、熱の適用によって、または、機械的に、乾燥した分離体３５１６にわたって拡散させられ得る液体へと変換できる。
（１４） 電解質３５０８が封入され得るゲルまたはポリマのカプセルを備えることができる容器３５０４。カプセルは、例えば層において、乾燥した分離体３５１６にわたって初期に形成され得る。使用の前、カプセルは、例えば熱および／または圧力の適用によって、破壊させることができ、それによって、カプセルに封入された電解質３５０８を放出させることができる。カプセルは任意の適切な大きさを有し得るが、５０ミクロンより小さいカプセルであるとき、カプセルが乾燥した分離体３５１６に印刷によって形成させるのに特に適合され得ることは、理解されるものである。
容器３５０４、電解質３５０８、および、それらを使用する非作動の薄膜に基づくＥＳＤ３５２０を作動させる方法の上記の実施は、例として提供されており、任意の他の適切な実施が使用できることは、理解されるものである。さらに、１つまたは複数の容器３５０４、および、異なる容器３５０４の組み合わせが、例えば電解質３５０８が適用される表面積が比較的大きい状況において、一部の実施で使用され得ることは、理解されるものである。
一部の実施では、容器３５０４は、非作動の薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置３５２０の中間に位置付けられ得る。いくつかの穿孔／孔／管が、乾燥した分離体３５１６の表面にわたる電解質３５０８の均一の拡散を容易にするために容器３５０４に形成され得る。
図３５をなおも参照すると、一部の実施形態では、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製造キット３５００は、一回の使用の薄膜装置を作るように構成されている。しかしながら、実施形態はそのように限定されず、製造キット３５００は、複数回の使用の薄膜電子装置を作るように構成されてもよい。
製造キット３５００は、薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置３５２０と、そのエネルギー貯蔵装置３５２０に連結される、または、そのエネルギー貯蔵装置３５２０と一体化される任意の薄膜に基づく電子装置とに、制限なく以下のことを含め、いくつかの可及的な利点を提供することができる。
（１） 内蔵作動機構。電解質３５０８が適用されると、非作動の薄膜に基づくＥＳＤが「スイッチオン」される。
（２） 長期の保存期間。自己放電などの劣化機構が、作動を遅延させることで低下させられる。
（３） 主要装置との一体化。薄膜に基づくＥＳＤによって電力供給される主要装置が同じ基板において形成および一体化され得る。
（４） 内部抵抗制御。薄膜に基づくＥＳＤの内部抵抗が、例えば並列に連結される抵抗器といった追加の外部抵抗器なしで、薄膜に基づくＥＳＤ自体の設計によって制御され得る。
（５） 高い製造可能性。薄膜に基づくＥＳＤは、例えばロールツーロール薄膜製造技術を使用した印刷によって、製作するのが容易である。電極被覆面積が、「１つの電極の他の電極の上においての」設計において電極の相対的な厚さを変化させる代わりに、異なる電気化学反応の異なる化学量論のために調節できる。
（６） 容易な包装。隣接して配置された電極を有する薄膜に基づくＥＳＤは、他の印刷された装置と包装および一体化するのが相対的により容易である。
（７） 電極活物質の化学量論的調節の容易性。前述したように、電極同士の間の化学量論的割合が比較的容易に調節できる。一部の実施形態が、列記された利点の一部もしくは全部を必ずしも含むとは限らない、または、列記された利点をまったく含まない可能性があり、他の利点も可能である。
追加の実施形態
１． エネルギー貯蔵装置を製作する方法であって、
第１の集電層および第２の集電層を含む横で隣接する電気的に分離された集電層を基板にわたって印刷するステップと、
第１の種類の電極層を第１の集電層にわたって印刷するステップと、
第２の種類の電極層を第２の集電層にわたって印刷するステップと、
分離体を第１の種類の電極層と第２の種類の電極層との一方または両方にわたって印刷するステップであって、第１の種類の電極層と第２の種類の電極層との一方または両方の露出された面にわたって印刷することを含む、ステップと
を含み、
第１の種類の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の種類の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、方法。
２． 集電層を印刷するステップは、第１の集電層と第２の集電層とを同時に印刷することを含む、実施形態１に記載の方法。
３． 分離体を印刷するステップは、第１の種類の電極層と第２の種類の電極層との両方の露出された面にわたって同時に印刷することを含む、実施形態１または２に記載の方法。
４． 第１の種類の電極層の印刷面積と第２の種類の電極層の印刷面積とをモル比に従って調節するステップを含む、実施形態１から３のいずれか１つに記載の方法。
５． 分離体を印刷するステップは、第２の種類の電極層を印刷する前に第１の種類の電極層の露出された面にわたって印刷することを含み、第２の種類の電極層を印刷するステップは、分離体にわたって、および、第２の集電層にわたって印刷することを含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法。
６． ４つの印刷するステップは、第１の集電層および第２の集電層を印刷することと、第１の種類の電極層および第２の種類の電極層を印刷することと、分離体を印刷することとを含む、実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。
７． 基板または分離体は穿孔を備える、実施形態１から６のいずれか１つに記載の方法。
８． 分離体は穿孔を備え、方法は、分離体を第１の種類の電極層および第２の種類の電極層にわたって同時に印刷するステップを含み、方法は、
さらなる第１の電極層を分離体にわたって、および第１の電極にわたって印刷するステップであって、さらなる第１の電極層は穿孔と接触して穿孔を埋め、第１の電極層とさらなる第１の電極層とは、分離体の両側にあり、互いと電気的に連結される、ステップと、
さらなる第２の電極層を分離体にわたって、および第２の電極にわたって印刷するステップであって、さらなる第２の電極層は穿孔と接触して穿孔を埋め、第２の電極層とさらなる第２の電極層とは、分離体の両側にあり、互いと電気的に連結される、ステップと
の一方または両方を含む、実施形態７に記載の方法。
９． 基板は穿孔を備え、方法は、
さらなる第１の集電層とさらなる第２の集電層とを基板の反対側に同時に印刷するステップであって、
さらなる第１の集電層は穿孔と接触して穿孔を埋め、第１の集電層とさらなる第１の集電層とは、基板の両側にあり、互いと電気的に連結され、
さらなる第２の集電層は穿孔と接触して穿孔を埋め、第２の電極層とさらなる第２の電極層とは、分離体の両側にあり、互いと電気的に連結される、
ステップと、
基板の反対側において第１の種類の第２の電極層をさらなる第１の集電層にわたって印刷するステップと、
基板の反対側において第２の種類の第２の電極層をさらなる第２の集電層にわたって印刷するステップと、
さらなる分離体を第１の種類の第２の電極層および第２の種類の第２の電極層の一方または両方にわたって印刷するステップと
を含む、実施形態７に記載の方法。
１０． 第１の集電層は複数の第１の指構造を備え、第２の集電層は複数の第２の指構造を備え、第１の指構造と第２の指構造とは、横方向において交互になるように交互配置される、実施形態１から９のいずれか１つに記載の方法。
１１． 分離体を印刷するステップは、第１の種類の電極層と第２の種類の電極層との両方の露出された面にわたって同時に印刷することを含む、実施形態１０に記載の方法。
１２． 分離体を印刷するステップは、第２の種類の電極層を印刷する前に第１の種類の電極層の露出された面にわたって印刷することを含み、第２の種類の電極層を印刷するステップは、分離体にわたって、および、第２の集電層にわたって印刷することを含む、実施形態１０に記載の方法。
１３． 第１の集電層を、第１の極性を有する第１の集電体として構成するステップをさらに含み、第２の集電層は第２の極性を有する第２の集電体として供する、実施形態１から１２のいずれか１つに記載の方法。
１４． 第１の集電層と第２の集電層との間で横に第３の集電層を印刷するステップと、
第１の種類の第２の電極層を第３の集電層にわたって印刷するステップと、
第２の種類の第２の電極層を第３の集電層にわたって印刷するステップと、
第２の分離体を第１の種類の第２の電極層と第２の種類の第２の電極層との一方または両方にわたって印刷するステップであって、第１の種類の第２の電極層と第２の種類の第２の電極層との一方または両方の露出された面にわたって印刷することを含む、ステップと
をさらに含む、実施形態１から１３のいずれか１つに記載の方法。
１５． 第３の集電層を印刷するステップは、第１の集電層および第２の集電層と同時に印刷することを含む、実施形態１４に記載の方法。
１６． 第１の種類の第２の電極層を印刷するステップは、第１の種類の電極層と同時に印刷することを含む、実施形態１４に記載の方法。
１７． 第２の種類の第２の電極層を印刷するステップは、第２の種類の電極層と同時に印刷することを含む、実施形態１４に記載の方法。
１８． 分離体を印刷するステップは、第２の分離体と同時に印刷することを含む、実施形態１４に記載の方法。
１９． 分離体および第２の分離体を印刷するステップは、第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の両方と、第１の種類の第２の電極層および第２の種類の第２の電極層の両方との露出された面にわたって同時に印刷することを含む、実施形態１８に記載の方法。
２０． 分離体および第２の分離体を印刷するステップは、第２の種類の電極層および第２の種類の第２の電極層を印刷する前に、第１の種類の電極層および第１の種類の第２の電極層の露出された面を同時に被覆することを含み、第２の種類の電極層および第２の種類の第２の電極層を印刷することは、分離体、第２の分離体、第２の集電層、および第３の集電層にわたって同時に印刷することを含む、実施形態１８に記載の方法。
２１． エネルギー貯蔵装置を製作する方法であって、
横で隣接する電気的に分離された複数の集電層を基板にわたって印刷するステップと、
第１の種類の電極層を、複数の集電層の少なくとも第１のサブセットにわたって印刷するステップと、
第２の種類の電極層を、複数の集電層の少なくとも第２のサブセットにわたって印刷するステップと、
エネルギー貯蔵装置の電気的に連結された複数の単電池を形成するために複数の分離層を印刷するステップであって、単電池の各々は、第１の種類の電極層のうちの１つと第２の種類の電極層のうちの１つとを接触させる複数の分離層の１つの分離体を備える、ステップと
を含む方法。
２２． 第３の集電層を印刷するステップは、複数の集電層を同時に印刷することを含む、実施形態１４に記載の方法。
２３． 第１の種類の電極層を印刷するステップは、第１の種類の電極層を同時に印刷することを含む、実施形態２１または２２に記載の方法。
２４． 第２の種類の電極層を印刷するステップは、第２の種類の電極層を同時に印刷することを含む、実施形態２１から２３のいずれか一項に記載の方法。
２５． 分離層を印刷するステップは、分離層を同時に印刷することを含む、実施形態２１から２４のいずれか一項に記載の方法。
２６． 複数の分離層を印刷するステップは、第１の種類の電極層の露出された面と第２の種類の電極層の露出された面とを同時に被覆することを含む、実施形態２１から２５のいずれか一項に記載の方法。
２７． 複数の分離層を印刷するステップは、第２の種類の電極層を印刷する前に第１の種類の電極層の露出された面を同時に被覆することを含み、第２の種類の電極層を印刷するステップは、複数の分離体にわたって、および、複数の集電層の第２のサブセットのうちの対応するものにわたって印刷することを含む、実施形態２１から２６のいずれか１つに記載の方法。
２８． 複数の集電層を印刷するステップは、正の集電体および負の集電体として供するように構成される２つの外側集電層を印刷することと、外側集電層同士の間で横に１つまたは複数の内側集電層を印刷することとを含み、１つまたは複数の内側集電層の各々は、複数の単電池のうちの２つの隣接する単電池の間で共有される、実施形態２１から２７のいずれか１つに記載の方法。
２９． １つまたは複数の内側集電層の各々は、それにわたる第１の種類の電極層のうちの１つと第２の種類の電極層のうちの１つとを、複数の単電池のうちの隣接するもの同士が直列で電気的に連結されるように有する、実施形態２１から２８のいずれか１つに記載の方法。
３０． 複数の集電層を印刷するステップは、線に沿って直線的に印刷することを含む、実施形態２１から２９のいずれか１つに記載の方法。
３１． 複数の集電層を印刷するステップは、同心の円の層を印刷することを含む、実施形態２１から３０のいずれか１つに記載の方法。
３２． 電気的に連結された複数の単電池は、機械的な力を受けると互いから取り外されるように構成される、実施形態２１から３１のいずれか１つに記載の方法。
３３． 電気的に連結された複数の単電池は、複数の単電池の隣接する単電池同士の間の境界において取り外されるように構成され、境界は、機械的な力を受けての分離のために適合された弱化構造を備える、実施形態３２に記載の方法。
３４． エネルギー貯蔵装置は柔軟である、実施形態２１から３３のいずれか１つに記載の方法。
３５． 電気的に連結された複数の単電池は、着用可能なブレスレットとして構成される、実施形態２１から３４のいずれか１つに記載の方法。
３６． 電気的に連結された複数の単電池を、電気的に連結された複数の単電池によって電力供給されるように構成される負荷装置に連結するステップを含む、実施形態３５に記載の方法。
３７． エネルギー貯蔵装置のための製造キットであって、
非作動エネルギー貯蔵装置であって、
基板、
横に隣接する電気的に分離された、基板にわたる複数の集電層であって、第１の集電層および第２の集電層を備える複数の集電層、
第１の集電層にわたる第１の種類の電極層、
第２の集電層にわたる第２の種類の電極層、および、
第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の一方または両方にわたる乾燥した分離体であって、乾燥した分離体は電解質を受け入れるのに通るように構成される露出された部分を備える乾燥した分離体
を備える非作動エネルギー貯蔵装置と、
エネルギー貯蔵装置を作動させるために非作動エネルギー貯蔵装置に適用されるように構成される電解質と
を備える製造キット。
３８． 乾燥した分離体は、適用されると電解質を吸収するように構成される細孔を備える、実施形態３７に記載の製造キット。
３９． 電解質はイオン液体を備える、実施形態３７または３８に記載の製造キット。
４０． 乾燥した分離体は、第１の種類の電極層と第２の種類の電極層との両方にわたる、実施形態３７から３９のいずれか１つに記載の製造キット。
４１． 乾燥した分離体は電極層にわたり、第２の種類の電極層は、分離体にわたり、第２の集電層にわたって延びる、実施形態３７から４０のいずれか１つに記載の製造キット。
４２． 電気システムを製作する方法であって、
エネルギー貯蔵装置を、基材にわたる電池で電力供給される主要装置にわたって印刷するステップであって、電池で電力供給される主要装置は、第１の電力端子および第２の電力端子を通じて電力を受けるように構成され、エネルギー貯蔵装置は、電力を電池で電力供給される主要装置に提供するように構成され、
第１の集電層および第２の集電層を備える複数の集電層を印刷することであって、第１の集電層または第２の集電層の少なくとも一方は第１の電力端子および第２の電力端子にわたって印刷される、複数の集電層を印刷することと、
第１の種類の電極層を第１の集電層にわたって印刷することと、
第２の種類の電極層を第２の集電層にわたって印刷することと、
分離体を、第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の一方または両方の露出された面にわたって印刷することと
を含むステップを含む方法。
４３． 複数の集電層を印刷することは、第１の集電層を第１の電力端子にわたって印刷することと、第２の集電層を第２の電力端子にわたって印刷することとを含む、実施形態４２に記載の方法。
４４． 分離体を印刷するステップは、第１の種類の電極層と第２の種類の電極層との両方の露出された面にわたって印刷することを含む、実施形態４２または４３に記載の方法。
４５． 分離体を印刷するステップは、第２の種類の電極層を印刷する前に第１の種類の電極層の露出された面にわたって印刷することを含み、第２の種類の電極層を印刷するステップは、分離体にわたって、および、第２の集電層にわたって印刷することを含む、実施形態４２から４４のいずれか１つに記載の方法。
４６． 主要装置を基板にわたって形成するステップをさらに含む、実施形態４２から４５のいずれか１つに記載の方法。
４７． 電気的に絶縁の基板にわたって横方向で隣接して配置される第１の集電層および第２の集電層と、
第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、
第１の電極層にわたる分離体と、
分離体にわたって構成される第１の種類と異なる第２の種類の第２の電極層と
を備え、
第２の電極層は、第２の集電層から鉛直方向で延びる基礎部分と、第１の電極層に重なるように基礎部分から横方向において横に延びる横延在部分とを備え、
第１の集電層、第１の電極層、分離体、第２の電極層、および第２の集電層のうちの１つまたは複数は、印刷された層である、エネルギー貯蔵装置。
４８． 電気的に絶縁の基板は高分子基板を備える、実施形態４７に記載のエネルギー貯蔵装置。
４９． 電気的に絶縁の基板は柔軟な基板を備える、実施形態４７または４８に記載のエネルギー貯蔵装置。
５０． 分離体は、
横方向において、第２の電極層の基礎部分と第１の電極層の側面との間で介在させられる鉛直部分と、
鉛直方向において、第２の電極層の横延在部分と第１の電極層の上面との間で介在させられる水平部分と
を備える、実施形態４７から４９のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
５１． 第２の電極層の基礎部分は、第２の電極層の横延在部分の厚さより厚い幅を有する、実施形態４７から５０のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
５２． 第２の電極層の基礎部分の幅は、２倍から１０倍の間で第２の電極層の横延在部分の厚さより大きい、実施形態５１に記載のエネルギー貯蔵装置。
５３． 第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、実施形態４７から５２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
５４． 第１の集電層、第１の電極層、分離体、第２の電極層、および第２の集電層のうちの１つまたは複数のうちの印刷されたものは、乾燥したインク組成物を備える、実施形態４７から５３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
５５． 電気的に絶縁の基板にわたって横方向で隣接して配置される第１の集電層および第２の集電層と、
第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、
第２の集電層にわたる第２の種類の第２の電極層と、
第１の電極層および第２の電極層にわたる分離体と
を備え、
第１の集電層、第１の電極層、分離体、第２の電極層、および第２の集電層のうちの１つまたは複数は、印刷された層であり、
第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、エネルギー貯蔵装置。
５６． 第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極層の横被覆面積と第２の電極層の横被覆面積との間の比がモル比に比例する、実施形態５５に記載のエネルギー貯蔵装置。
５７． 第１の電極層は分離体の第１の側にあり、エネルギー貯蔵装置は、さらなる第１の電極層を、分離体の第１の側の反対の分離体の第２の側にさらに備える、実施形態５５または５６に記載のエネルギー貯蔵装置。
５８． 第１の電極層とさらなる第１の電極層とは互いと電気的に連結される、実施形態５７に記載のエネルギー貯蔵装置。
５９． 第１の電極層とさらなる第１の電極層とは、第１の電極層とさらなる第１の電極層との間で、分離体の一部分を貫く複数の穿孔を通じて互いと電気的に連結される、実施形態５８に記載のエネルギー貯蔵装置。
６０． 第１の電極層とさらなる第１の電極層との一方または両方は複数の穿孔を埋める、実施形態５９に記載のエネルギー貯蔵装置。
６１． 第２の電極層は分離体の第１の側にあり、エネルギー貯蔵装置は、さらなる第２の電極層を、分離体の第１の側の反対の分離体の第２の側にさらに備える、実施形態５５から６０のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
６２． 第２の電極層とさらなる第２の電極層とは互いと電気的に連結される、実施形態６１に記載のエネルギー貯蔵装置。
６３． 第２の電極層とさらなる第２の電極層とは、第２の電極層とさらなる第２の電極層との間で、分離体の一部分を貫く複数の穿孔を通じて互いと電気的に連結される、実施形態６２に記載のエネルギー貯蔵装置。
６４． 第２の電極層とさらなる第２の電極層との一方または両方は複数の穿孔を埋める、実施形態６３に記載のエネルギー貯蔵装置。
６５． 第１の集電層は電気的に絶縁の基板の第１の側にあり、エネルギー貯蔵装置は、さらなる第１の集電層を、電気的に絶縁の基板の第１の側の反対の電気的に絶縁の基板の第２の側にさらに備える、実施形態５５から６４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
６６． 第１の集電層とさらなる第１の集電層とは互いと電気的に連結される、実施形態６５に記載のエネルギー貯蔵装置。
６７． 第１の集電層とさらなる第１の集電層とは、第１の集電層とさらなる第１の集電層との間で、電気的に絶縁の基板の一部分を貫く複数の穿孔を通じて互いと電気的に連結される、実施形態６６に記載のエネルギー貯蔵装置。
６８． 第１の集電層とさらなる第１の集電層との一方または両方は穿孔を埋める、実施形態６７に記載のエネルギー貯蔵装置。
６９． 第２の集電層は電気的に絶縁の基板の第１の側にあり、エネルギー貯蔵装置は、さらなる第２の集電層を、電気的に絶縁の基板の第１の側の反対の電気的に絶縁の基板の第２の側にさらに備える、実施形態５５から６８のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
７０． 第２の集電層とさらなる第２の集電層とは互いと電気的に連結される、実施形態６９に記載のエネルギー貯蔵装置。
７１． 第２の集電層とさらなる第２の集電層とは、第２の集電層とさらなる第２の集電層との間で、電気的に絶縁の基板の一部分を貫く複数の穿孔を通じて互いと電気的に連結される、実施形態７０に記載のエネルギー貯蔵装置。
７２． 第１の集電層とさらなる第１の集電層との一方または両方は穿孔を埋める、実施形態７１に記載のエネルギー貯蔵装置。
７３． 第１の集電層および第２の集電層は電気的に絶縁の基板の第１の側にあり、エネルギー貯蔵装置は、さらなる第１の集電層とさらなる第２の集電層とを、電気的に絶縁の基板の第１の側の反対の電気的に絶縁の基板の第２の側にさらに備える、実施形態５５から７２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
７４． さらなる第１の集電層にわたる第１の種類のさらなる第１の電極層と、
さらなる第２の集電層にわたる第２の種類のさらなる第２の電極層と、
さらなる第１の電極層およびさらなる第２の電極層にわたるさらなる分離体と
をさらに備える、実施形態７３に記載のエネルギー貯蔵装置。
７５． 分離体とさらなる分離体とは、電気的に絶縁の基板を貫く複数の穿孔を通じて物理的に連結される、実施形態７４に記載のエネルギー貯蔵装置。
７６． 電気的に絶縁の基板にわたる第１の集電層と、
第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、
第１の電極層にわたり、第１の電極層の上面および側面を被覆する分離体と、
分離体にわたる第２の種類の第２の電極層と、
電気的に絶縁の基板から鉛直方向で延びる基礎部分と、第２の電極層に重なるように基礎部分から横方向において横に延びる横延在部分とを備える第２の集電層と
を備え、
第１の集電層、第１の電極層、分離体、第２の電極層、および第２の集電層のうちの１つまたは複数は、印刷された層であり、
第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、エネルギー貯蔵装置。
７７． 第２の電極層は第２の集電層の第１の側にあり、エネルギー貯蔵装置は、さらなる第２の電極層を、第２の集電層の第１の側の反対の第２の集電層の第２の側にさらに備える、実施形態７６に記載のエネルギー貯蔵装置。
７８． 第２の電極層とさらなる第２の電極層とは互いと電気的に連結される、実施形態７７に記載のエネルギー貯蔵装置。
７９． 第２の電極層とさらなる第２の電極層とは、第２の電極層とさらなる第２の電極層との間で、第２の集電層の横延在部分を貫く複数の穿孔を通じて互いと電気的に連結される、実施形態７８に記載のエネルギー貯蔵装置。
８０． 第２の電極層とさらなる第２の電極層との一方または両方は複数の穿孔を埋める、実施形態７９に記載のエネルギー貯蔵装置。
８１． さらなる第２の電極層にわたる第２の分離体と、
第２の分離体にわたるさらなる第１の電極層と、
第１の電極層にわたるさらなる第１の集電層と
をさらに備える、実施形態７６から８０のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵装置。
８２． 第１の集電層とさらなる第１の集電層とは互いと電気的に連結される、実施形態８１に記載のエネルギー貯蔵装置。
８３． 電気的に絶縁の基板と、
電気的に絶縁の基板にわたる第１の集電層であって、複数の第１の集電指構造を備える第１の集電層と、
電気的に絶縁の基板にわたる第２の集電層であって、第２の集電層は複数の第２の集電指構造を備え、第１の集電指構造と第２の集電指構造とは、横方向において交互になるように交互配置される、第２の集電層と、
第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、
第２の集電層にわたる第２の種類の第２の電極層と、
第１の電極層と第２の電極層とを分離する分離層と
を備えるエネルギー貯蔵装置。
８４． 第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、実施形態８３に記載のエネルギー貯蔵装置。
８５． 第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極層の横面積と第２の電極層の横面積との間の比がモル比に比例する、実施形態８３または８４に記載のエネルギー貯蔵装置。
８６． 第１の電極層は複数の第１の電極指構造を備え、第２の電極層は複数の第２の電極指構造を備え、第１の電極指構造と第２の電極指構造とは、横方向において交互になるように交互配置される、実施形態８３から８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
８７． 分離層は第１の電極層および第２の電極層にわたる、実施形態８６に記載のエネルギー貯蔵装置。
８８． 分離層は、横方向において交互である第１の電極指構造および第２の電極指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、実施形態８７に記載のエネルギー貯蔵装置。
８９． 分離層は、横方向において交互である第１の集電指構造および第２の集電指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、実施形態８８に記載のエネルギー貯蔵装置。
９０． 第１の電極層は複数の第１の電極指構造を備え、分離層は第１の電極指構造の各々にわたり、第２の電極層は分離層にわたる、実施形態８３から８９のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
９１． 分離層は、横方向および鉛直方向において、第１の電極指構造を第２の電極層から分離する、実施形態９０に記載のエネルギー貯蔵装置。
９２． 分離層は、横方向において交互である第１の集電指構造および第２の集電指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、実施形態９１に記載のエネルギー貯蔵装置。
９３． 第１の集電指構造および第２の集電指構造の各々は、幅に対する長さの比を約２から１００の間で有する、実施形態８３から９２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
９４． 横に隣接する電気的に分離された、電気的に絶縁の基板にわたる複数の集電体を備え、
電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池を備え、
エネルギー貯蔵単電池の各々は、集電体、集電体のうちの隣接するものにおける第２の種類の第２の電極層、および、第１の電極層と第２の電極層とに接触してそれらを電気的に分離する分離体のうちの１つに第１の種類の第１の電極層を備える、エネルギー貯蔵装置。
９５． エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士は、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士の第１のものの第１の電極層と、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士の第２のものの第２の電極層とが接する共通の集電層を共有する、実施形態９４に記載のエネルギー貯蔵装置。
９６． 複数の集電体は、第１の極性の集電体として供するように構成される第１の集電体と、第２の極性の集電体として供するように構成される第２の集電体と、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士を電気的に連結するように構成される１つまたは複数の中間集電体とを備える、実施形態９４または９５に記載のエネルギー貯蔵装置。
９７． 中間集電体の各々には、分離層のうちの１つによって電気的に分離されない第１の電極層のうちの１つおよび第２の電極層のうちの１つが接する、実施形態９４から９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
９８． エネルギー貯蔵単電池の各々は、第１の電極活物質を有する第１の電極層のうちの１つと、第２の電極活物質を有する第２の電極層のうちの１つとを備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、実施形態９４から９７のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
９９． エネルギー貯蔵単電池の各々は、モル比に比例する、第１の電極層の横面積と第２の電極層の横面積との間の比を有する、実施形態９８に記載のエネルギー貯蔵装置。
１００． エネルギー貯蔵単電池の各々において、分離体は第１の電極層の上面および第２の電極層の上面に接触する、実施形態９４から９９のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１０１． エネルギー貯蔵単電池の各々において、分離体は第１の電極層にわたり、第２の電極層は分離体にわたる、実施形態９４から１００のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１０２． エネルギー貯蔵単電池の第１のものの第２の電極層は、集電体のうちの隣接するものから鉛直方向で延びる基礎部分と、集電体のうちの１つにおける第１の電極層に重なるように基礎部分から横方向において横に延びる横延在部分とを備える、実施形態１０１に記載のエネルギー貯蔵装置。
１０３． 複数の集電体は線に沿う、実施形態９４から１０２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１０４． 複数の集電体は同心の層を備える、実施形態９４から１０３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１０５． エネルギー貯蔵装置は柔軟であり、使用者により着用されるように構成される、実施形態９４から１０４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１０６． 電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池は、着用可能なブレスレットとして使用者により着用されるように構成される、実施形態９４から１０５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１０７． 電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池は、エネルギー貯蔵装置によって電力供給される主要装置に電気的に連結されるように構成される、実施形態９４から１０６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１０８． 主要装置は、発光装置、能動的または受動的な周波数識別装置、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）装置、センサ、赤外線（ＩＲ）装置、インターフェース電子機器、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）に基づく装置、近距離無線通信（ＮＦＣ）に基づく装置、健康指示監視装置、および位置追跡装置から成る群から選択される装置を備える、実施形態１０７に記載のエネルギー貯蔵装置。
１０９． 電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池は、電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池の規則正しいパターンを形成するために、機械的な力を受けると互いから取り外される、実施形態９４から１０８のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１１０． 電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池は、電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池の隣接するもの同士の間の境界において取り外されるように構成され、境界は、機械的な力を受けての分離のために適合される弱化構造を電気的に絶縁の基板において備える、実施形態１０９に記載のエネルギー貯蔵装置。
１１１． 電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池は、１つまたは複数の横列の電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池、および、１つまたは複数の縦列の電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池として配置される、実施形態１１０に記載のエネルギー貯蔵装置。
１１２． １つまたは複数の横列の電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池の各々は直列で電気的に連結され、１つまたは複数の縦列の電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池の各々は並列で電気的に連結される、実施形態１１１に記載のエネルギー貯蔵装置。
１１３． エネルギー貯蔵装置を作動させる方法であって、
基板、
横に隣接する電気的に分離された、基板にわたる複数の集電層であって、第１の集電層および第２の集電層を備える複数の集電層、
第１の集電層にわたる第１の種類の電極層、
第２の集電層にわたる第２の種類の電極層、および、
第１の種類の電極層および第２の種類の電極層の一方または両方にわたる乾燥した分離体であって、乾燥した分離体は電解質を受け入れるのに通るように構成される露出された部分を備える乾燥した分離体
を備える非作動エネルギー貯蔵装置を提供するステップと、
電解質を乾燥した分離体に適用することでエネルギー貯蔵装置を作動させるステップと
を含む方法。
１１４． 作動させるステップは、電解質を、細孔を備える乾燥した分離体へと吸収させることを含む、実施形態１１３に記載の方法。
１１５． 電解質はイオン液体を備える、実施形態１１３または１１４に記載の方法。
１１６． 乾燥した分離体は、第１の種類の電極層と第２の種類の電極層との両方にわたる、実施形態１１３から１１５のいずれか１つに記載の方法。
１１７． 乾燥した分離体は電極層にわたり、第２の種類の電極層は、分離体にわたって、および第２の集電層にわたって延びる、実施形態１１３から１１６のいずれか１つに記載の方法。
１１８． 互いと電気的に連結される薄膜に基づく主要装置および薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）を備え、薄膜に基づく主要装置と薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置とは、共通の基板に一体化され、共通の基板に対して直角の方向において互いと重なる、薄膜に基づく電子装置。
１１９． 薄膜に基づくＥＳＤは、互いに対して隣接して配置される第１の集電層および第２の集電層と、第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、第２の集電層にわたる第２の種類の第２の電極層と、第１の電極層および第２の電極層の一方または両方にわたる分離体とを備える、実施形態１１８に記載の薄膜に基づく電子装置。
１２０． 薄膜に基づく主要装置は、共通の基板と、第１の集電層、第２の集電層、第１の電極層、第２の電極層、または分離体のうちの１つまたは複数との間で鉛直に介在させられる、実施形態１１９に記載の薄膜に基づく電子装置。
１２１． 分離体は第１の電極層および第２の電極層にわたる、実施形態１２０に記載の薄膜に基づく電子装置。
１２２． 薄膜に基づく主要装置は、共通の基板と第１の集電層および第２の集電層の両方との間で鉛直に介在させられる、実施形態１２１に記載の薄膜に基づく電子装置。
１２３． 薄膜に基づく主要装置は、共通の基板と第１の電極層および第２の電極層の両方との間で鉛直に介在させられる、実施形態１２１または１２２に記載の薄膜に基づく電子装置。
１２４． 薄膜に基づく主要装置は、それに接する第１の端子および第２の端子を通じて電力を受けるように構成され、第１の電極層は第１の端子にわたり、第２の電極層は第２の端子にわたる、実施形態１２１から１２３のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１２５． 薄膜に基づく主要装置は、薄膜に基づく主要装置の同じ側における第１の端子および第２の端子を通じて電力を受けるように構成される、実施形態１２１から１２３のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１２６． 薄膜に基づく主要装置は、共通の基板と、第１の集電層、第２の集電層、第１の電極層、第２の電極層、および分離体の各々との間で鉛直に介在させられる、実施形態１２１から１２５のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１２７． 薄膜に基づく主要装置は、共通の基板と第１の集電層および第２の集電層の一方だけとの間で鉛直に介在させられる、実施形態１２１に記載の薄膜に基づく電子装置。
１２８． 薄膜に基づく主要装置は、共通の基板と第１の電極層および第２の電極層の一方だけとの間で鉛直に配置される、実施形態１２１または１２７に記載の薄膜に基づく電子装置。
１２９． 薄膜に基づく主要装置は、それに接する第１の端子および第２の端子を通じて電力を受けるように構成され、第１の電極層は第１の端子にわたり、第２の電極層は第２の端子にわたる、実施形態１２７または１２８に記載の薄膜に基づく電子装置。
１３０． 薄膜に基づく主要装置は、薄膜に基づく主要装置の相対する側における第１の端子および第２の端子を通じて電力を受けるように構成される、実施形態１２７または１２８に記載の薄膜に基づく電子装置。
１３１． 薄膜に基づく主要装置は、共通の基板と、第１の集電層、第１の電極層、および分離体の各々との間で鉛直に介在させられる、実施形態１２７から１３０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１３２． 薄膜に基づくＥＳＤは、
共通の基板にわたる第１の集電層と、
第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、
第１の電極層にわたる分離体と、
分離体にわたる第２の種類の第２の電極層と、
第２の電極層にわたる第２の集電層と
をさらに備える、実施形態１１８に記載の薄膜に基づく電子装置。
１３３． 薄膜に基づく主要装置は、第１の集電層と第２の集電層との間で鉛直に介在させられる、実施形態１３２に記載の薄膜に基づく電子装置。
１３４． 薄膜に基づく主要装置は、それに接する第１の端子および第２の端子を通じて電力を受けるように構成され、第１の端子は第１の集電層にわたり、第２の集電層は第２の端子にわたる、実施形態１３２または１３３に記載の薄膜に基づく電子装置。
１３５． 薄膜に基づく主要装置は、薄膜に基づく主要装置の相対する側における第１の端子および第２の端子を通じて電力を受けるように構成される、実施形態１３２または１３３に記載の薄膜に基づく電子装置。
１３６． 共通の基板は電気的に絶縁の基板を備える、実施形態１１８から１３５のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１３７． 共通の基板は柔軟な基板を備える、実施形態１１８から１３６のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１３８． 第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、実施形態１１８から１３７のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１３９． 薄膜に基づく主要装置は、発光装置、音響装置、監視装置、モーター装置、移動装置、表示装置、アンテナ、能動的または受動的な無線周波数識別（ＲＦＩＤ）装置、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）装置、センサ、赤外線（ＩＲ）装置、インターフェース電子機器、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）に基づく装置、Ａ－ｗａｖｅ装置、近距離無線通信（ＮＦＣ）に基づく装置、スマートバンド、健康監視装置、フィットネス追跡装置、スマートウォッチ、位置追跡装置、低電力無線パーソナルエリアネットワーク（ＬｏＷＰＡＮ）装置、または低電力ワイドエリアネットワーク（ＬＰＷＡＮ）装置のうちの１つまたは複数を備える、実施形態１１８から１３８のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１４０． 薄膜に基づく主要装置は発光装置を備える、実施形態１１８から１３９のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１４１． 共通の基板は、それ自体を通じて、発光装置によって発せられる光を伝達するように構成される透明な基板である、実施形態１４０に記載の薄膜に基づく電子装置。
１４２． 薄膜に基づく主要装置と薄膜に基づくＥＳＤとを備える回路を作動させるように構成される作動スイッチをさらに備える、実施形態１１８から１４１のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１４３． 薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置（ＥＳＤ）と、
薄膜に基づくＥＳＤに電気的に連結され、薄膜に基づくＥＳＤを充電するように構成される薄膜に基づくエネルギー取得装置と
を備え、
薄膜に基づくエネルギー取得装置および薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置は共通の基板において一体化される、薄膜に基づく電子装置。
１４４． 薄膜に基づくＥＳＤは、互いに対して横に隣接して配置される第１の集電層および第２の集電層と、第１の集電層に鉛直にわたる第１の種類の第１の電極層と、第２の集電層に鉛直にわたる第２の種類の第２の電極層と、第１の集電層と第２の集電層とを分離し、第１の電極層と第２の電極層とを分離する分離体とを備える、実施形態１４３に記載の薄膜に基づく電子装置。
１４５． 分離体は第１の電極層と第２の電極層との間で横に介在させられる、実施形態１４４に記載の薄膜に基づく電子装置。
１４６． 分離体は第１の集電層と第２の集電層との間で横に介在させられる、実施形態１４４または１４５に記載の薄膜に基づく電子装置。
１４７． 薄膜に基づくエネルギー取得装置は第１の電極層と第２の電極層との一方または両方にわたって鉛直に配置される、実施形態１４６に記載の薄膜に基づく電子装置。
１４８． 薄膜に基づくエネルギー取得装置は、光起電装置、熱電装置、圧電装置、無線充電装置、トライボロジ取得装置、ＲＦに基づくエネルギー取得装置、焦電エネルギー取得装置、容量性エネルギー取得装置、微生物エネルギー取得装置、または磁歪エネルギー取得装置のうちの１つまたは複数を備える、実施形態１４３から１４７のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１４９． 薄膜に基づくエネルギー取得装置は、印刷された光起電層を備える、実施形態１４３から１４８のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１５０． 印刷された光起電層は、ペロブスカイト結晶構造を有する有機－無機ハイブリッド材料を備える、実施形態１４９に記載の薄膜に基づく電子装置。
１５１． 印刷された光起電層は、化学式ＡＢＸ３を有する有機－無機ハイブリッド材料を備え、ここで、Ａは有機または無機のカチオンであり、Ｂは金属カチオンであり、Ｘはアニオンである、実施形態１４９に記載の薄膜に基づく電子装置。
１５２． Ａは、メチルアンモニウム、ホルムアミジニウム、またはＣｓ＋のうちの１つであり、Ｂは、Ｐｂ２＋またはＳｎ２＋のうちの１つであり、ＸはＩ－、Ｂｒ－、Ｃｌ－、またはＳＣＮ－のうちの１つである、実施形態１５１に記載の薄膜に基づく電子装置。
１５３． 薄膜に基づくエネルギー取得装置は電子輸送層をさらに備える、実施形態１４９から１５２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１５４． 薄膜に基づくエネルギー取得装置は正孔輸送層をさらに備える、実施形態１４９から１５３のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１５５． 薄膜に基づくエネルギー取得装置は第１の集電層または第２の集電層の一方にある、実施形態１４４から１５４のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置。
１５６． 薄膜に基づく電子装置は、第１の集電層または第２の集電層の他方において第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置をさらに備える、実施形態１５５に記載の薄膜に基づく電子装置。
１５７． 薄膜に基づくエネルギー取得装置と第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置とは電気的に直列に連結される、実施形態１５６に記載の薄膜に基づく電子装置。
１５８． 薄膜に基づくエネルギー取得装置と第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置とはそれらの間のダイオードを通じて電気的に直列に連結される、実施形態１５６に記載の薄膜に基づく電子装置。
１５９． ダイオードは、薄膜に基づくＥＳＤが充電するときに順バイアスとされ、薄膜に基づくＥＳＤが放電するときに逆バイアスとされるように構成される、実施形態１５８に記載の薄膜に基づく電子装置。
１６０． 薄膜に基づくエネルギー取得装置および第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置の一方または両方にわたって導電層をさらに備える、実施形態１５６に記載の薄膜に基づく電子装置。
１６１． 横に隣接する電気的に分離された、電気的に絶縁の基板にわたる複数の集電体と、
電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池と
を備え、
エネルギー貯蔵単電池の各々は、集電体、集電体のうちの隣接するものにおける第２の種類の第２の電極層、および、第１の電極層と第２の電極層とに接触してそれらを電気的に分離する分離体のうちの１つに第１の種類の第１の電極層を備え、
電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電は使用者によって着用されるように構成される、着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１６２． エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士は、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士の第１のものの第１の電極層と、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士の第２のものの第２の電極層とが接する共通の集電層を共有する、実施形態１６１に記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１６３． 複数の集電体は、第１の極性の集電体として供するように構成される第１の集電体と、第２の極性の集電体として供するように構成される第２の集電体と、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士を電気的に連結するように構成される１つまたは複数の中間集電体とを備える、実施形態１６１または１６２に記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１６４． 中間集電体の各々には、分離層のうちの１つによって電気的に分離されない第１の電極層のうちの１つおよび第２の電極層のうちの１つが接する、実施形態１６１から１６３のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１６５． エネルギー貯蔵単電池の各々は、第１の電極活物質を有する第１の電極層のうちの１つと、第２の電極活物質を有する第２の電極層のうちの１つとを備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、実施形態１６１から１６４のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１６６． エネルギー貯蔵単電池の各々は、モル比に比例する、第１の電極層の横面積と第２の電極層の横面積との間の比を有する、実施形態１６５に記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１６７． エネルギー貯蔵単電池の各々において、分離体は第１の電極層の上面および第２の電極層の上面に接触する、実施形態１６１から１６６のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１６８． エネルギー貯蔵単電池の各々において、分離体は第１の電極層にわたり、第２の電極層は分離体にわたる、実施形態１６１から１６６のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１６９． エネルギー貯蔵単電池の第１のものの第２の電極層は、集電体のうちの隣接するものから鉛直方向で延びる基礎部分と、集電体のうちの１つにおける第１の電極層に重なるように基礎部分から横方向において横に延びる横延在部分とを備える、実施形態１６８に記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１７０． 複数の集電体は線に沿う、実施形態１６１から１６９のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１７１． 複数の集電体は同心の層を備える、実施形態１６１から１７０のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１７２． エネルギー貯蔵装置は柔軟である、実施形態１６１から１７１のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１７３． 着用可能な薄膜に基づく電子装置は、着用可能なブレスレットとして使用者によって着用されるように構成される、実施形態１６１から１７２のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１７４． 電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池によって電力供給される主要装置をさらに備える、実施形態１６１から１７３のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１７５． 主要装置は、発光装置、能動的または受動的な周波数識別装置、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）装置、センサ、赤外線（ＩＲ）装置、インターフェース電子機器、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）に基づく装置、近距離無線通信（ＮＦＣ）に基づく装置、健康指示監視装置、および位置追跡装置から成る群から選択される装置を備える、実施形態１７４に記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置。
１７６． 横で隣接する電気的に分離された、電気的に絶縁の基板にわたる複数の集電体を備え、
電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池を備え、
電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池は、電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池のパターンを形成するために、機械的な力を受けると互いから取り外されるように構成される、構成可能エネルギー貯蔵装置。
１７７． エネルギー貯蔵単電池の各々は、集電体、集電体のうちの隣接するものにおける第２の種類の第２の電極層、および、第１の電極層と第２の電極層とに接触してそれらを電気的に分離する分離体のうちの１つに第１の種類の第１の電極層を備える、実施形態１７６に記載の構成可能エネルギー貯蔵装置。
１７８． 電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池は、電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池の隣接するもの同士の間の境界において取り外されるように構成され、境界は、機械的な力を受けての分離のために適合される弱化構造を電気的に絶縁の基板において備える、実施形態１７６または１７７に記載の構成可能エネルギー貯蔵装置。
１７９． 電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池は、１つまたは複数の横列の電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池、および、１つまたは複数の縦列の電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池として配置される、実施形態１７６から１７８のいずれか１つに記載の構成可能エネルギー貯蔵装置。
１８０． １つまたは複数の横列の電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池の各々は直列で電気的に連結され、１つまたは複数の縦列の電気的に連結されたエネルギー貯蔵単電池の各々は並列で電気的に連結される、実施形態１７９に記載の構成可能エネルギー貯蔵装置。
１８１． 径方向に隣接する電気的に分離された、電気的に絶縁の基板にわたる複数の集電体を備え、
エネルギー貯蔵装置は、径方向に配置され、電気的に連結された複数のエネルギー貯蔵単電池を備え、
エネルギー貯蔵単電池の各々は、集電体、集電体のうちの隣接するものにおける第２の種類の第２の電極層、および、第１の電極層と第２の電極層とに接触してそれらを電気的に分離する分離体のうちの１つに第１の種類の第１の電極層を備える、エネルギー貯蔵装置。
１８２． エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士は、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士の第１のものの第１の電極層と、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士の第２のものの第２の電極層とが接する共通の集電層を共有する、実施形態１８１に記載のエネルギー貯蔵装置。
１８３． 複数の集電体は、第１の極性の集電体として供するように構成される第１の集電体と、第２の極性の集電体として供するように構成される第２の集電体と、エネルギー貯蔵単電池のうちの隣接するもの同士を電気的に連結するように構成される１つまたは複数の中間集電体とを備える、実施形態１８１または１８２に記載のエネルギー貯蔵装置。
１８４． 中間集電体の各々には、分離層のうちの１つによって電気的に分離されない第１の電極層のうちの１つおよび第２の電極層のうちの１つが接する、実施形態１８１から１８３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１８５． エネルギー貯蔵単電池の各々は、第１の電極活物質を有する第１の電極層のうちの１つと、第２の電極活物質を有する第２の電極層のうちの１つとを備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、実施形態１８１から１８４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１８６． 電気的に絶縁の基板と、
電気的に絶縁の基板にわたる第１の集電体であって、複数の第１の集電指構造を備える第１の集電体と、
電気的に絶縁の基板にわたる第２の集電体であって、第２の集電体は複数の第２の集電指構造を備え、第１の集電指構造と第２の集電指構造とは、横方向において交互になるように交互配置される、第２の集電体と、
ここで、第１の集電体と第２の集電体とは、第１の集電体および第２の集電体の一方が第１の集電体および第２の集電体の他方を径方向で包囲するように径方向で配置され、
第１の集電体にわたる第１の種類の第１の電極層と、
第２の集電体にわたる第２の種類の第２の電極層と、
第１の電極層と第２の電極層とを分離する分離層と
を備えるエネルギー貯蔵装置。
１８７． 第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極活物質と第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、実施形態１８６に記載のエネルギー貯蔵装置。
１８８． 第１の電極層は第１の電極活物質を備え、第２の電極層は第２の電極活物質を備え、第１の電極層の横面積と第２の電極層の横面積との間の比がモル比に比例する、実施形態１８６または１８７に記載のエネルギー貯蔵装置。
１８９． 第１の電極層は複数の第１の電極指構造を備え、第２の電極層は複数の第２の電極指構造を備え、第１の電極指構造と第２の電極指構造とは、横方向において交互になるように交互配置される、実施形態１８６から１８８のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１９０． 分離層は第１の電極層および第２の電極層にわたる、実施形態１８９に記載のエネルギー貯蔵装置。
１９１． 分離層は、横方向において交互である第１の電極指構造および第２の電極指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、実施形態１９０に記載のエネルギー貯蔵装置。
１９２． 分離層は、横方向において交互である第１の集電指構造および第２の集電指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、実施形態１９１に記載のエネルギー貯蔵装置。
１９３． 第１の電極層は複数の第１の電極指構造を備え、分離層は第１の電極指構造の各々にわたり、第２の電極層は分離層にわたる、実施形態１８６から１９２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１９４． 分離層は、横方向および鉛直方向において、第１の電極指構造を第２の電極層から分離する、実施形態１９３に記載のエネルギー貯蔵装置。
１９５． 分離層は、横方向において交互である第１の集電指構造および第２の集電指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、実施形態１９４に記載のエネルギー貯蔵装置。
１９６． 第１の集電指構造および第２の集電指構造の各々は、幅に対する長さの比を約２から１００の間で有する、実施形態１８６から１９５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１９７． エネルギー貯蔵装置は非水電解質をさらに備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
１９８． 非水電解質は、アセトニトリル、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、酢酸エチル、１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロプロパン－２－オール、アジポニトリル、１，３－プロピレンサルファイト、ブチレンカーボネート、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトン、プロピオニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３－メトキシプロピオニトリル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリジノン、Ｎ－メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ″－ジメチルイミダゾリノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホネート、３－メチルスルホネート、ジメチルスルホキシド、トリメチルホスフェート、またはそれらの組み合わせに基づく有機電解質を備える、実施形態１９７に記載のエネルギー貯蔵装置。
１９９． 非水電解質はイオン液体を備える、実施形態１９７または１９８に記載の方法または装置。
２００ イオン液体のカチオンは、ブチルトリメチルアンモニウム、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウム、１－メチル－３－プロピルイミダゾリウム、１－ヘキシル－３－メチルイミダゾリウム、コリン、エチルアンモニウム、トリブチルメチルホスホニウム、トリブチル（テトラデシル）ホスホニウム、トリヘキシル（テトラデシル）ホスホニウム、１－エチル－２，３－メチルイミダゾリウム、１－ブチル－１－メチルピペリジニウム、ジエチルメチルスルホニウム、１－メチル－３－プロピルイミダゾリウム、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム、１－メチル－１－プロピルピペリジニウム、１－ブチル－２－メチルピリジニウム、１－ブチル－４－メチルピリジニウム、１－ブチル－１－メチルピロリジニウム、ジエチルメチルスルホニウム、またはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を備える、実施形態１９９に記載の方法または装置。
２０１． イオン液体のアニオンは、トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェート、トリフルオロメタンスルホネート、ヘキサフルオロホスフェート、テトラフルオロボレート、硫酸エチル、リン酸ジメチル、トリフルオロメタンスルホネート、メタンスルホネート、トリフレート、トリシアノメタニド、ジブチルホスフェート、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ビス－２，４，４－（トリメチルペンチル）ホスフィネート、ヨウ化物、塩化物、臭化物、硝酸塩、またはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を備える、実施形態１９９または２００に記載の方法または装置。
２０２． 非水電解質は、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌ、ＨＮＯ３、ＨＣｌＯ４、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される酸を備える、実施形態１９７から２０１のいずれか１つに記載の方法または装置。
２０３． 非水電解質は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される塩基を備える、実施形態１９７から２０２のいずれか１つに記載の方法または装置。
２０４． 非水電解質は、ＬｉＣｌ、Ｌｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌＯ４、ＮａＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＮＯ３、ＫＣｌ、Ｋ２ＳＯ４、ＫＮＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、ＭｇＳＯ４、ＺｎＣｌ２、Ｚｎ（ＢＦ４）２、ＺｎＮＯ３、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される無機に基づく塩を備える、実施形態１９７から２０３のいずれか１つに記載の方法または装置。
２０５． 非水電解質は、水、アルコール、ラクトン、エーテル、ケトン、エステル、ポリオール、グリセロール、高分子ポリオールまたはグリコール、テトラメチル尿素、ｎ－メチルピロリドン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ－メチルホルムアミド（ＮＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、塩化チオニル、塩化スルフリル、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される低粘度添加物を備える、実施形態１９７から２０４のいずれか１つに記載の方法または装置。
２０６． 非水電解質は、セチルアルコール、ステアリルアルコール、セトステアリルアルコール、オレイルアルコール、ポリオキシエチレングリコールアルキルエーテル、オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル、グルコシドアルキルエーテル、デシルグルコシド、ポリオキシエチレングリコールオクチルフェノールエーテル、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標） Ｘ－１００、ノノキシノール－９、ラウリン酸グリセリル、ポリソルベート、ポロキサマ、またはそれらの組み合わせから成る群から選択される界面活性剤を備える、実施形態１９７から２０５のいずれか１つに記載の方法または装置。
２０７． 非水電解質は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ポリビニリデン－トリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレングリコールヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンテレフタレートポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、ポリビニルカプロラクタム、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアクリルアミド、アクリレートポリマ、メタクリレートポリマ、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アリルメタクリレート、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリクロロプレン、ポリエーテルスルホン、ナイロン、スチレン－アクリロニトリル樹脂、ポリエチレングリコール、ヘクトライト粘土、ガラマイト粘土、有機変性粘土、糖類、多糖類、セルロース、修飾セルロース、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される高分子バインダを備える、実施形態１９７から２０６のいずれか１つに記載の方法または装置。
２０８． 分離体は、珪藻フラスチュール、ゼオライト、セルロース繊維、ガラス繊維、アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブカーボン、天然粘土ベースの固体、高分子吸収剤、またはそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数を備える充填剤を備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２０９． 第１の電極層または第２の電極層の一方は、銀含有化合物またはマンガン含有化合物を備える陽極電極活物質を備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１０． 第１の電極層または第２の電極層の一方は、銀（Ｉ）酸化物（Ａｇ２Ｏ）、銀（Ｉ，ＩＩＩ）酸化物（ＡｇＯ）、銀（Ｉ）酸化物（Ａｇ２Ｏ）およびマンガン（ＩＶ）酸化物（ＭｎＯ２）を含む混合物、マンガン（ＩＩ，ＩＩＩ）酸化物（Ｍｎ３Ｏ４）、マンガン（ＩＩ）酸化物（ＭｎＯ）、マンガン（ＩＩＩ）酸化物（Ｍｎ２Ｏ３）、オキシ水酸化マンガン（ＭｎＯＯＨ）、銀（Ｉ）酸化物（Ａｇ２Ｏ）およびオキシ水酸化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）を含む混合物、銀ニッケル酸化物（ＡｇＮｉＯ２）、またはそれらの組み合わせを備える陽極電極活物質を備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１１． 第１の電極層または第２の電極層の一方は、亜鉛、カドミウム、鉄、ニッケル、アルミニウム、金属水和物、水素、またはそれらの組み合わせから成る群から選択される陰極電極活物質を備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１２． エネルギー貯蔵装置は、亜鉛／炭素一次電池、亜鉛／アルカリ／マンガン一次電池、マグネシウム／二酸化マンガン一次電池、亜鉛／酸化第二水銀一次電池、カドミウム／酸化第二水銀一次電池、亜鉛／酸化銀一次電池、亜鉛／空気一次電池、リチウム／可溶性陽極一次電池、またはリチウム／固体陽極一次電池を備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１３． エネルギー貯蔵装置は、ニッケル／鉄二次電池、銀／鉄二次電池、鉄／空気二次電池、ニッケル／カドミウム二次電池、ニッケル／金属水素化物二次電池、ニッケル／亜鉛二次電池、亜鉛／酸化銀二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウム／金属二次電池、Ｚｎ／ＭｎＯ２二次電池、亜鉛／空気二次電池、アルミニウム／空気二次電池、マグネシウム／空気二次電池、またはリチウム／空気／リチウム／ポリマ二次電池を備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１４． エネルギー貯蔵装置はスーパーキャパシタを備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１５． エネルギー貯蔵装置はスーパーキャパシタを備え、第１の電極層および第２の電極層の各々は電気二重層キャパシタを備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１６． エネルギー貯蔵装置はスーパーキャパシタを備え、第１の電極層および第２の電極層の各々は疑似キャパシタを備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１７． エネルギー貯蔵装置はハイブリッドスーパーキャパシタを備え、第１の電極層は電気二重層キャパシタとして構成され、第２の電極層は電気二重層キャパシタとして構成される、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１８． エネルギー貯蔵装置は、対称な電極を有するスーパーキャパシタを備え、第１の電極層および第２の電極層の各々は酸化亜鉛（ＺｎｘＯｙ）または酸化マンガン（ＭｎｘＯｙ）を備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２１９． エネルギー貯蔵装置は、対称な電極を有するスーパーキャパシタを備え、第１の電極層および第２の電極層の各々はカーボンナノチューブを備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
２２０． エネルギー貯蔵装置は、非対称な電極を有するスーパーキャパシタを備え、第１の電極層および第２の電極層の一方は酸化亜鉛（ＺｎｘＯｙ）または酸化マンガン（ＭｎｘＯｙ）を備え、第１の電極層および第２の電極層の他方はカーボンナノチューブを備える、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の方法、実施形態２１から３６のいずれか１つに記載の方法、実施形態３７から４１のいずれか１つに記載の製造キット、実施形態４２から４６のいずれか１つに記載の電気システムを製作するための方法、実施形態４７から５４のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態５５から７５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態７６から８２のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態８３から９３のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、実施形態９４から１１２のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１３から１１７のいずれか１つに記載の方法、実施形態１１８から１４２のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１４３から１６０のいずれか１つに記載の薄膜に基づく電子装置、実施形態１６１から１７５のいずれか１つに記載の着用可能な薄膜に基づく電子装置、実施形態１７６から１８０のいずれか１つに記載の構成可能なエネルギー貯蔵装置、実施形態１８１から１８５のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置、または、実施形態１８６から１９６のいずれか１つに記載のエネルギー貯蔵装置。
文脈が他に明確に要求していない場合、この記載および請求項を通じて、「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」などの用語は、排他的または徹底した意味の反対として、包括的な意味で、つまり、「～を含むが限定されない」の意味で、解釈されるものである。本明細書で一般的に使用されているような「結合」の用語は、直接的に連結されるか、または、１つまたは複数の中間の要素を用いて連結されるかのいずれかとされ得る２つ以上の要素を言っている。同様に、本明細書で一般的に使用されているような「連結」の用語は、直接的に連結されるか、または、１つまたは複数の中間の要素を用いて連結されるかのいずれかとされ得る２つ以上の要素を言っている。また、「ここで」、「上記」、「下記」という用語と、同様の主旨の用語とは、本出願で使用されるとき、本出願を全体として言及しており、本出願の任意の特定の部分に言及しているのではない。文脈が許容する場合、単数形または複数形を使用する上記の詳細な記載における用語は、複数の数または単数の数をそれぞれ含み得る。２つ以上の項目の列記への参照における「または」という用語は、言葉の以下の解釈のすべてを網羅しており、つまり、列記における項目のいずれか、列記における項目のすべて、および、列記における項目の任意の組み合わせを網羅している。
さらに、数ある中でも「～できる」、「～が可能である」、「～してもよい」、「～し得る」、「例えば」、「例として」、「～など」などといった本明細書で使用されている条件の言葉は、他に明確に述べられていない場合、または、使用されているような文脈内で理解されない場合、他の実施形態は含まないが、特定の実施形態が特定の特徴、要素、および／または状態を含むことを伝えるように概して意図されている。したがって、このような条件の言葉は、特徴、要素、および／もしくは状態が１つまたは複数の実施形態について必要とされる任意の方法にあることを含むように、または、これらの特徴、要素、および／もしくは状態が、任意の具体的な実施形態で実施されるように含まれるかもしくは含まれるようになるかという意味を含むように、概して意図されていない。
特定の実施形態が記載されているが、これらの実施形態は、例だけを用いて提示されており、本開示の範囲を限定するように意図されていない。実際、本明細書に記載されている新規の装置、方法、およびシステムは、様々な他の形態で具現化でき、さらに、本明細書に記載された方法およびシステムの形態における様々な省略、代用、および変更が、本開示の精神から逸脱することなく行うことができる。例えば、ブロックが所与の配置において提示されているが、代替の実施形態は、同様の機能を異なる構成要素および／または回路トポロジで実施でき、一部のブロックは削除、移動、追加、分割、組み合わせ、および／または変更できる。これらのブロックの各々は様々な異なる方法で実施できる。前述した様々な実施形態の要素および行為の任意の適切な組み合わせが、さらなる実施形態を提供するために組み合わされてもよい。前述した様々な特徴および工程は、互いから独立して実施できる、または、様々な方法で組み合わせることができる。本開示の特徴のすべての可能な組み合わせおよび部分組み合わせが、本開示の範囲内にあるように意図されている。
また、他に明示されていない場合、本開示の方法のステップのいずれも、任意の特定の実施の順番に制限されていない。本開示の精神および物質を組み込んでいる開示された例の変更を当業者は思い付くことができ、このような変更は本開示の範囲内にある。さらに、本明細書で言及されたすべての参考文献は、それらの全体において参照により組み込まれている。
本明細書に記載されている方法および装置は様々な変更および代替の形態とさせられ得るが、それらのうちの特定の例が図面に示されており、本明細書で詳細に記載されている。しかしながら、本発明が開示された具体的な形態または方法に限定されず、逆に、本発明は、記載されている様々な例および添付の請求項の精神および範囲内にあるすべての変更、等価、および代替を網羅するものであることは、理解されるべきである。さらに、例と関係している任意の具体的な特徴、態様、方法、性質、特性、品質、属性、要素などの本明細書での開示は、本明細書で述べられているすべての他の例で使用できる。本明細書で開示されているあらゆる方法は、提唱されている順番で実施される必要はない。例に応じて、本明細書で記載されたアルゴリズム、方法、または工程のいずれかの１つまたは複数の行為、事象、または機能は、異なる連続で実施されてもよく、追加や合併されてもよく、または排除されてもよい（例えば、必ずしもすべての記載された行為または事象が方法の実施のために必要ではない）。一部の例では、行為または事象が同時に実施されてもよい。さらに、要素、特徴、ブロック、もしくはステップ、または要素、特徴、ブロック、もしくはステップのグループも必要ではない、または、各々の例に必須ではない。また、システム、方法、特徴、要素、モジュール、ブロックなどのすべての可能な組み合わせ、部分組み合わせ、および再構成が、本開示の範囲内にある。「その後」、「次に」、「後で」、「続いて」などの連続性または時間の順番の言葉の使用は、他で明確に述べられていない場合、または、使用されている文脈内で理解されない場合、文書の流れを容易にするように概して意図されており、実施される動作の連続を限定するように意図されていない。したがって、一部の例は、本明細書で記載された動作の連続を用いて実施できるが、他の例は動作の異なる連続に従って実施され得る。
本明細書で開示されている範囲は、すべての重なり、部分範囲、およびそれらの組み合わせも網羅している。「～まで」、「少なくとも」、「～より大きい」、「～より小さい」、「～と～との間」などの言葉は、提唱された数を含む。「約」または「おおよそ」などの用語によって先行される数は、提唱された数を含み、状況に基づいて解釈されるべきである（例えば、例として±５％、±１０％、±１５％など、その状況において、できるだけ合理的に可能な正確性で解釈されるべきである）。例えば、「約１Ｖ」は「１Ｖ」を含む。「約」または「おおよそ」などの用語によって先行されない数は、例として±５％、±１０％、±１５％など、その状況において、できるだけ合理的に可能な正確性となるように理解され得る。例えば、「約１Ｖ」は「０．９～１．１Ｖ」を含む。「実質的に」などの用語によって先行される文言は、提唱された文言を含み、状況に基づいて解釈されるべきである（例えば、その状況において、できるだけ合理的に可能に広く解釈されるべきである）。例えば、「実質的に垂直」は「垂直」を含む。他に述べられていない場合、すべての測定は、温度および圧力を含め標準的な条件にある。「～のうちの少なくとも１つ」という文言は、連続した列記のからの少なくとも１つの項目を必要とするように意図されており、連続した列記における各々の項目からの１種類の各々の項目を必要としないように意図されている。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、または、Ａ、Ｂ、およびＣを含み得る。
１００、２００、３００、４００、５００、７００、８００、９００、１１００Ａ、１１００Ｂ、１２００Ｄ、１４００Ｄ、１６００Ｄ、１７００、１８００Ｄ、１９００、２０００Ｄ、２１００Ｃ、２２００Ｄ 薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置、ＥＳＤ
１０４ 基板
１０８ 第１の集電体、第１の集電層
１１２ 第１の電極層
１１２Ａ 第１の電極層
１１２Ｂ 追加の第１の電極層
１１６ 分離体、第１の分離体、分離層
１１６Ａ 第１の分離層
１１６Ｂ 第２の分離層
１２０ 第２の電極層
１２０Ａ 横延在部分、第２の電極層
１２０Ｂ 基礎部分、追加の第２の電極層
１２４ 第２の集電体、第２の集電層
１２８ 中間集電体、中間電極
２１０ 隙間
４０４ 基礎部分１２０Ｂの幅（ｗ１）
４０８ 横延在部分１２０Ａの厚さ（ｔ１）
５０２、５０６ 穿孔、開口
５１２ 第１の電極
５１２Ａ 第１の電極層
５１２Ｂ 追加の第１の電極層
５１６ 穿孔された分離体
５２０ 第２の電極
５２０Ａ 第２の電極層
５２０Ｂ 追加の第２の電極層
７０２ 穿孔、開口
７２０ 第２の電極
７２０Ａ 追加の第２の電極層
７２０Ｂ 第２の電極層
８０８ 第１の集電体
８０８Ａ 第１の部分
８０８Ｂ 第２の部分
８１２ 追加の第１の電極層
８１６ 第２の分離体
８２０ 追加の第２の電極層
９０２、９０６ 穿孔、開口
９０４ 基板
９０８ 第１の集電体
９０８Ａ 第１の集電層
９０８Ｂ 追加の第１の集電層
９２４ 第２の集電体
９２４Ａ 第２の集電層
９２４Ｂ 追加の第２の集電層
１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃ、１０００Ｄ、１０００Ｅ 電極の重なる配置
１２００Ａ、１２００Ｂ、１２００Ｃ、１２００Ｄ、１４００Ａ、１４００Ｂ、１４００Ｃ、１４００Ｄ、１６００Ａ、１６００Ｂ、１６００Ｃ、１６００Ｄ、１８００Ａ、１８００Ｂ、１８００Ｃ、１８００Ｄ、２０００Ａ、２０００Ｂ、２０００Ｃ、２０００Ｄ、２１００Ａ、２１００Ｂ、２１００Ｃ、２２００Ａ、２２００Ｂ、２２００Ｃ、２２００Ｄ 中間構造
２３００ 着用可能装置
２３０４ 主要装置
２４００ 現場構成可能な薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置、ＥＳＤ
２４０４ 穿孔
２４０８ 穿孔
２５００、２６００、２７００、２９００、３０００、３１００、３２００Ａ、３２００Ｂ、３４００ 一体化された薄膜に基づく電子装置
２５０４ 薄膜に基づく主要装置
２５０８ 第１の端子
２５１２ 第２の端子
２８００ 薄膜に基づく発光装置
２８０４ 発光層
２８０８ 絶縁層、不働態化層
２８１２ 導電層
３００４ スイッチ
３２０４Ａ 第１の薄膜に基づくエネルギー取得装置
３２０４Ｂ 第２の薄膜に基づくエネルギー取得装置
３２０８Ａ 第１の光起電層
３２０８Ｂ 第２の光起電層
３２１２Ａ 第１の正孔輸送層
３２１２Ｂ 第２の正孔輸送層
３２１６Ａ 第１の電子輸送層
３２１６Ｂ 第２の電子輸送層
３２２０Ａ 第１の導電層
３２２０Ｂ 第２の導電層
３２２４ ダイオード
３２２８ 絶縁層
３５００ 薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置の製造キット
３５０４ 容器、適用器
３５０８ 電解質
３５１６ 分離体
３５２０ 非作動の薄膜に基づくエネルギー貯蔵装置

Claims (20)

  1. 電気的に絶縁の基板にわたって横方向で隣接して配置される第１の集電層および第２の集電層と、
    前記第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、
    前記第１の電極層にわたる分離体と、
    前記第２の集電層から鉛直方向で延びる基礎部分、および、前記第１の電極層に重なるように前記基礎部分から前記横方向に延びる横延在部分を備える、前記第１の種類と異なる第２の種類の第２の電極層と
    を備え、
    前記第１の集電層、前記第１の電極層、前記分離体、前記第２の電極層、および前記第２の集電層のうちの１つまたは複数は、印刷された層を備える、エネルギー貯蔵装置。
  2. 前記エネルギー貯蔵装置は、前記エネルギー貯蔵装置によって電力供給されるように構成される主要装置と、前記電気的に絶縁の基板の同じ側に印刷される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
  3. 前記電気的に絶縁の基板は高分子基板を備える、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
  4. 前記電気的に絶縁の基板は柔軟な基板を備える、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
  5. 前記分離体は、
    前記横方向において、前記第２の電極層の前記基礎部分と前記第１の電極層の側面との間で介在させられる鉛直部分と、
    前記鉛直方向において、前記第２の電極層の前記横延在部分と前記第１の電極層との間で介在させられる水平部分と
    を備える、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
  6. 前記第２の電極層の前記基礎部分は、前記第２の電極層の前記横延在部分の厚さより厚い幅を有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
  7. 前記第２の電極層の前記基礎部分の前記幅は、２倍から１０倍の間で前記第２の電極層の前記横延在部分の前記厚さより大きい、請求項６に記載のエネルギー貯蔵装置。
  8. 前記第１の電極層は第１の電極活物質を備え、前記第２の電極層は第２の電極活物質を備え、前記第１の電極活物質と前記第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
  9. 電気的に絶縁の基板と、
    前記電気的に絶縁の基板にわたる第１の集電層であって、複数の第１の集電指構造を備える第１の集電層と、
    前記電気的に絶縁の基板にわたる第２の集電層であって、前記第２の集電層は複数の第２の集電指構造を備え、前記第１の集電指構造と前記第２の集電指構造とは、横方向において交互になるように交互配置される、第２の集電層と、
    前記第１の集電層にわたる第１の種類の第１の電極層と、
    前記第２の集電層にわたる第２の種類の第２の電極層と、
    前記第１の電極層と前記第２の電極層とを分離する分離層と
    を備えるエネルギー貯蔵装置。
  10. 前記エネルギー貯蔵装置は、前記エネルギー貯蔵装置によって電力供給されるように構成される主要装置と、前記電気的に絶縁の基板の同じ側に印刷される、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
  11. 前記第１の電極層は第１の電極活物質を備え、前記第２の電極層は第２の電極活物質を備え、前記第１の電極活物質と前記第２の電極活物質との間のモル比が０．２５から４．０の間である、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
  12. 前記第１の電極層は第１の電極活物質を備え、前記第２の電極層は第２の電極活物質を備え、前記第１の電極層の横面積と前記第２の電極層の横面積との間の比が前記モル比に比例する、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
  13. 前記第１の電極層は複数の第１の電極指構造を備え、前記第２の電極層は複数の第２の電極指構造を備え、前記第１の電極指構造と前記第２の電極指構造とは、前記横方向において交互になるように交互配置される、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
  14. 前記分離層は前記第１の電極層および前記第２の電極層にわたる、請求項１３に記載のエネルギー貯蔵装置。
  15. 前記分離層は、前記横方向において交互である前記第１の電極指構造および前記第２の電極指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、請求項１４に記載のエネルギー貯蔵装置。
  16. 前記分離層は、前記横方向において交互である前記第１の集電指構造および前記第２の集電指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、請求項１５に記載のエネルギー貯蔵装置。
  17. 前記第１の電極層は複数の第１の電極指構造を備え、前記分離層は前記第１の電極指構造の各々にわたり、前記第２の電極層は前記分離層にわたる、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
  18. 前記分離層は、前記横方向および前記鉛直方向において、前記第１の電極指構造を前記第２の電極層から分離する、請求項１７に記載のエネルギー貯蔵装置。
  19. 前記分離層は、前記横方向において交互である前記第１の集電指構造および前記第２の集電指構造の隣接する対同士の間に介在させられる、請求項１８に記載のエネルギー貯蔵装置。
  20. 前記第１の集電指構造および前記第２の集電指構造の各々は、幅に対する長さの比を約２から１００の間で有する、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
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