KR100225160B1 - 전기 이중층 커패시터 - Google Patents

전기 이중층 커패시터

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Abstract

전기 이중층 커패시터는 다공질 소결체로 각각 형성된 다수의 박판형 전극부재를 각각 포함하는 두개의 분극성 전극과, 분극성 전극의 전극부재의 표면에 결합된 두개의 전류 콜렉터를 갖고 있다.

Description

전기 이중층 커패시터
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 이중층 커패시터의 부분 횡단면도.
제2도는 제1도의 II-II 선을 따라 절취된 횡단면도.
제3도는 건기 이중층 커패시터의 횡단면도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 이중층 커패시터의 부분 횡단면도.
제5도는 종래의 전기 이중층 커패시터의 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1a : 가스켓 1b : 가스켓
2a : 전극부재 2b : 전극부재
3a : 전류 콜렉터 3b : 전류 콜렉터
4 : 세퍼레이터
본 발명은 전기 이중층 원리를 이용한 대정전 용량의 전기 이중층 커패시터에 관한 것이다.
최근, 전기 이중층 원리에 기초한 대용량 커패시터는 전자 시스템의 메모리용 백업 전원으로개발되어 왔으며, 마이크로 컴퓨터 및 IC 메모리와 함께 널리 사용되고 있다.
전기 이중층 커패시터 중 한 형태가 미합중국 특허 제3,536,963호 등에 개시되어 있다. 첨부 도면의 제5도는 개시된 전기 이중층 커패시터 구조를 도시하고 있다. 이러한 전기 이중층 커패시터는 콜렉터 전극쌍의 기능을 수행하는 전자 전도체의 전류 콜렉터(30)쌍, 활성탄 입자로된 탄소 전극(20)쌍, 비전도성 가스켓(10), 및 전자가 상기 전극(20)들 사이에서 이동하는 것을 방지하기 위하여 상기 탄소 전극(20)들 사이에 배설된 세퍼레이터(40)로 구성된 단일 기본 셀을 포함한다. 탄소 전극(20)은, 분말 또는 미립자 활성탄과 전해액의 혼합물인 농축 슬러리 상태의 패스트 전극으로 제조된다. 전해액은 이온 전도 촉진제, 이온 공급원(ion source), 및 탄소입자의 결합제로서의 3 가지 기능을 수행한다.
전기 이중층 커패시터의 내부 저항은 작아야하는 것이 중요하다.
전기 이중층 커패시터의 내부 저항은 분극성 전극을 형성하는 활성탄의 접촉 저항 및 콜렉터 전극과 분극성 전극간의 접촉 저항의 영향을 많이 받는다.
따라서, 분극성 전극의 내부 저항 및 콜렉터와 분극성 전극간의 접촉 저항을 줄이기 위하여, 각 기본 셀은 페스트 활성탄 입자들의 전기적 접촉을 양호하게 하는 수직 압력을 받아야 한다. 종래의 전기 이중층 커패시터의 각 셀은, 전극의 크기, 탄소물질의 입자크기 또는 사용된 전해액의 종류에 따라 다르지만, 대략 100kg/cm2의 하중을 받게된다. 종래의 전기 이중층 커패시터에 있어서, 셀들은 커패시터의 외장을 변형시키거나 또는 전류 콜렉터를 가스켓에 강하게 접착시킴으로써 하중을 유지하게 된다. 전기 이중층 커패시터를 모터 구동용 전원과 같은 대정전 용량으로 사용하는 경우에는, 기본셀의 전극 단면적을 증가시켜야 한다. 따라서, 기본 셀에 가해지는 압력이 증가하게 된다. 그러나, 압력의 증가는, 압력을 가하는 수단의 선택 및 기본셀을 수납하는 외장의 고강도 등과 같은 일부 실제적인 문제를 유발한다.
상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인은 각각 다공질 소결체 형태로된 분극성 전극, 및 각각 전도성 미립자를 기재에 혼합시킨 전도성 물질로 구성된 전류 콜렉터를 구비하며, 상기 전류 콜렉터가 상기 분극성 전극의 한 면에 부착되어 그것의 구멍 내로 유입되는 전기 이중층 커패시터를 제안하였다(일본 특허 출원번호 1(1989)-232243참조). 상기 분극성 전극들이 다공질 소결체의 박판으로 구성되어 있기 때문에, 상기 전기 이중층 커패시터의 내부 저항은 작다.
더 큰 정전 용량을 갖기 위하여 전극의 크기를 증가시키는 경우에는, 다공질 소결체의 밀도가 낮아져서 전극의 기계적 강도가 감소하게 된다. 따라서, 전극은 외부의 굽힘 또는 비틀림 하중을 받게 되면, 쉽게 파괴된다. 대형 소결전극을 제조하기 위해서는 비싼 성형틀이 필요하기 때문에, 비용 문제가 발생된다.
본 발명의 목적은, 분극성 전극과 전해액간의 경계면으로 구성된 전기 이중층을 구비한 전기 이중층 커패시터에 있어서, 분극성 전극의 감소된 내부 저항 및 콜렉터와 분극성 전극간의 감소된 접촉 저항을 포함하며, 상기 전극들이 손상되지 않도록 배설되고, 저렴하게 제조될 수 있는 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 분극성 전극과 전해액간의 경계면으로 구성된 전기 이중층을 구비한 전기 이중층 커페시터에 있어서, 각각 다공질 소결체로 형성된 다수의 박판형 전극부재를 각각 포함하되, 상호간에 비접촉으로 대향하는 면을 포함하는 최소한 2개의 분극성 전극, 상기 전극부재들의 각각의 타면에 결합된 2개의 전류 콜렉터, 및 상기 전류 콜렉터 간에 배설되어 상기 분극성 전극을 둘러싸고, 상기 전류 콜렉터의 외주면에 결합된 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터가 제공된다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 하기에 상세히 설명한다.
제1도, 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 전기 이중층 커페시터는 적당한 폭을 가진 절연재로 이루어진 가스켓 쌍(1a,1b)을 포함하는데,이 가스켓(1a,1b)은 정방형 전체의 외주를 둘러싸고 있다.
전기 이중층 커패시터는 다수의 박판형 정방형 전극부재(2a)를 구비하며, 각 전극부재는 소성 또는 플라즈마 분사에 의한 활성탄 미립자의 다공질 소결체 형태이며, 상기 전극부재(2a) 들은 제1분극성 전극으로 사용된다. 상기 활성탄은 상기 각 전극부재(2a)내에서 소결되어 서로 결합되기 때문에, 전극부재(2a)의 내부 저항은 낮다. 상기 전극부재(2a)는 본래 다공질이므로 넓은 표면적을 가진다. 상기 전극부재(2a)에는 전해액이 스며들어 있다.
또한, 전기 이중층 커패시터는 다수의 박판형 정방형 전극부재(2b)를 구비하며, 각 전극부재는 소성 또는 플라즈마 분사에 의한 활성탄 미립자의 다공질 소결체 형태이며, 상기 전극부재(2b)들은 제2분극성 전극으로 사용된다. 전극부재(2a)와 전극부재(2b)는 상호 접촉하지 않는 대향면을 가지고 있다. 전극부재(2a,2b)의 반대면은 각각 전류 콜렉터(3a,3b)와 접촉하여 전기적으로 연결되어 있다. 각 전류 콜렉터(3a,3b)는 다음과 같이 제조된다; 기재 (base)로서의 미가황 고무내에 전도성 미립자를 혼합시키고 이 혼합물을 열가소 (hot curing)에 의해 상기 전극부재에 부착시킨다. 따라서, 전류 콜렉터의 물질이 다공질 전극부재의 구멍내로 유입된다. 그리고 전류 콜렉터의 외주면은 가스켓(1a,1b)의 전체 주면과 단단하게 접촉 고정된다.
전극부재(2a)로 이루어진 상기 제1분극성 전극과 전극부재(2b)로 이루어진 상기 제2 분극성 전극사이에 폴리프로필렌과 같은 비직포(nonwoven fabric)로 제조된 세펴레이터(4)를 개재시켜, 상기 전극부재(2a,2b)들이 상호 접촉하지 못하게 하여 전극부재들간에 전자는 이동되지 못하게 하고 이온은 이동될 수 있게 한다.
상기 세펴레이터(4)는 전극부재와 전류 콜렉터의 조립체가 서로 포개질 때, 분극성 전극간에 설치되고, 세펴레이터(4)의 외주는 가스켓(1a,1b)에 고착 결합된다.
분극성 전극을 구성하는 전극 부재(2a,2b)는 박막형 다공질 소결체로 제조되기 때문에, 전극부재의 활성탄에 의해 축적된 전하는 낮은 내부 저항의 통로를 통하여 전류 콜렉터(3a,3b)에 수집된다.
따라서, 전기 이중층 커패시터의 내부 저항은 낮아진다. 분극성 전극은 전류 콜렉터(3a,3b)에 병렬 접속된 전극부재(2a,2b)로 구성되어 있는데, 전극부재에 의해 축적된 전하는, 비록 이들이 개별적으로는 작은 양이지만, 함께 결합된다. 결과적으로, 전기 이중층 커패시터는 대정전 용량이 된다. 분극성 전극의 전극부재(2a,2b)의 크기가 작기 때문에, 커패시터에 외력이 가해져도 커패시터의 변형이 적고 또한 커패시터에 가해진 응력이 분산된다. 그 결과, 커패시터가 외력에 의해 손상되는 것이 방지된다.
제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 잔기 이중층 커패시터를 부분적으로 도시하고 있다. 제4도에서, 제1도 내지 제3도에 도시된 것과 동일한 부분은 동일 도면 부호로 표시하고, 하기에 상세히 설명하지 않는다. 제4도에 도시된 실시예에 있어서, 각각 활성탄으로 제조된 다공질 소결체 형태이며 분극성 전극으로 사용된 전극부재(21a,21b)는 벌집 형상으로 되어 있다. 전극부재(21a,21b)는 그들 사이에 약간의 간격을 두고 전류 콜렉터(3a,3b)에 결합된다. 전극부재(21a,21b)는 가스켓(1a,1b)내에 수용된다. 전극부재에는 전해액이 스며들어 있고, 두개의 구조물은 그들 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 서로 포개져서 결합된다.
이와 같이 함으로써, 전기 이중층 커패시터가 완성된다.
비록, 특정한 바람직한 실시예게 도시되고 기술되었지만, 첨부된 청구범위의 영역을 벗어남이 없이 많은 변경 및 수정이 가능할 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (5)

  1. 분극성 전극과 전해액간의 경계면으로 구성된 전기 이중층을 구비한 전기 이중층 커패시터에 있어서, 각각 다공질 소결체로 형성된 다수의 박판형 전극부재를 포함하되, 상호간에 비접촉으로 대향하는 면을 포함하는 최소한 2개의 분극성 전극; 상기 전극부재의 타면에 결합된 2개의 전류 콜렉터; 및 상기 전류 콜렉터간에 배설되어 상기 분극성 전극을 둘러싸고, 상기 전류 콜렉터의 외주면에 결합된 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 부재의 각각은 정방형인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전극 부재는 벌집형태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전류 콜렉터의 각각은 전도성 미립자를 혼합시킨 미가황 고무로된 기재를 포함하고, 상기 미가황 고무를 열가소하여 상기 전류 콜렉터들이 상기 전극부재들에 고착되게 하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분극성 전극들간에 개재되어, 상기 분극성 전극들 간에 전자는 이동하지 못하고 이온은 이동하게 하는 세퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 커패시터.
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