KR101690795B1 - 이중층 다중코일 슈퍼커패시터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기화학적 이중층을 갖는 슈퍼커패시터로서, 적어도 2개의 컴플렉스(2, 3)와 상기 2개의 컴플렉스(2, 3) 사이에 적어도 하나의 스페이서(4)를 포함하며, 상기 컴플렉스(2, 3) 및 스페이서(4)는 코일 부재(10)를 형성하기 위하여 함께 차례로 권취되며, 적어도 하나의 다른 컴플렉스(1) 및 적어도 하나의 다른 스페이서(4)를 더 포함하며, 상기 다른 컴플렉스(1) 및 다른 스페이서(4)는 코일 부재(10) 둘레에 함께 차례로 권취되어, 적어도 하나의 연속 코일 부재(20)를 형성하며, 이들 연속 코일 부재(10, 20)는 전자적 절연 공간에 의해 분리되는 것을 특징으로 한다.

Description

이중층 다중코일 슈퍼커패시터{DOUBLE-LAYER MULTIPLE-COIL SUPERCAPACITOR}
본 발명은 슈퍼커패시터 즉, 전기화학적 이중층을 갖는 커패시터(또는 EDLC - "Electrochemical Double Layer Capacitor"의 약어)의 일반적 기술 분야에 관한 것이다.
슈퍼커패시터는 에너지를 저장하기 위한 수단으로서, 커패시터와 배터리 사이의 전력 밀도와 유전체 중간 에너지 밀도를 취득할 수 있다. 이들의 방전 시간은 일반적으로는 수초 수준이다.
슈퍼커패시터는 일반적으로 적어도 2개의 전극을 포함하는 실린더형 권취 소자를 포함한다. 각각의 전극은 카본 블랙의 활성탄(active coal; 또한 활성 물질로 칭함) 및 폴리머의 혼합물로 제조된다. 소위 압출 단계 동안, 도전성 페이스트가 전류 콜렉터로서 이용되는 알루미늄 콜렉터 상에 피착된다. 두 전극 사이에서 단락 회로를 피하기 위하여 두 전극은 다공성 분리막에 의해 분리된다. 소위 함침(impregnation) 단계 동안, 슈퍼커패시터는 전해질로 채워진다. 이 전해질은 일반적으로는 아세토니트릴인 용재내에 용해된 소금으로 구성된다. 이 소금은 이온으로 불리는 2개의 대전 입자(예를 들면, BF4- 및 TEA+)로 분리된다.
전극의 두께는 일반적으로는 100㎛이다. 이온은 ㎛의 1/1000 단위 즉, 전극 두께보다 100,000배 작은 크기를 갖는다. 활성탄(또는 활성 물질)은 극도로 다공성인 물질이다.
전압이 슈퍼커패시터의 2개의 전극 사이의 DC 발생기에 인가되는 경우, 이온은 탄소의 표면에 매우 인접한 공극(porosity)내로 이동한다. 석탄의 표면에 존재하는 이온의 양이 클수록, 커패시턴스는 커진다.
슈퍼커패시터내에 저장된 에너지의 양은 두 전극 사이에 인가된 전압 및 슈퍼커패시터의 전체 커패시턴스에 의존한다.
많은 연구에서 슈퍼커패시터의 동작 전압이 높을 수록, 수명은 짧아지는 것으로 알려졌으며, 이는 슈퍼커패시터내에 가스가 다량 생성되기 때문이다.
이러한 가스 생성은 전해질을 형성하는 물질의 분해와 관련되는데, 이러한 분해는 슈퍼커패시터의 전극들 사이에 인가되는 전압의 함수이다.
예를 들면, 순수 아세토니트릴의 분해 전압은 5.9V 이다.
현재, 슈퍼커패시터의 전극에 인가되는 기준 전압은 2.7V 이다(WO 9 815 962에서는 당업자 수준에서 슈퍼커패시터의 전압은 전해질을 크게 손상시키지 않는 범위로 제한되어야 함을 설명하고 있음).
이러한 단점을 해소하기 위하여, 모듈을 형성하도록 수개의 슈퍼커패시터를 서로 전기적으로 연결하는 방법이 공지되어 있다. 이는 모듈에 인가된 전압의 증가를 가능하게 한다.
두개의 인접 슈퍼커패시터를 전기적으로 연결하기 위해서, 2개의 리드와 스트랩을 포함하는 연결 수단이 이용된다.
각각의 리드는 예를 들면 납땜에 의해 후자에 전기적으로 연결하도록 각 슈퍼커패시터를 캐핑(capping) 할 수 있다.
각각의 리드는 두 인접 슈퍼커패시터에 전기적으로 연결하도록 스트랩의 관통 구멍과 접촉하도록 할 수 있는 접속 단자를 더 포함한다.
그러나, 그러한 슈퍼커패시터는 단점을 갖는다.
우선적으로, 하나의 스트랩과 2개의 리드를 통해 전기적으로 연결된 2개의 슈퍼커패시터의 체적과 질량이 현저하다.
더욱이, 두 슈퍼커패시터를 연결하기 위한 스트랩 및 리드를 구매하고 장착하는데 관련된 제조 비용이 현저하다.
또한, 2개의 전기적으로 연결된 슈퍼커패시터 사이의 직렬 저항(Rs) - 이는 슈퍼커패시터 및 연결 수단(스트랩 + 리드 + 땜납)의 저항의 합에 대응함 - 이 현저하다.
본 발명의 일반적인 목적은 수명이 기준 전압에서 증가된 슈퍼커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스 발생이 제한된 슈퍼커패시터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 어떠한 손상없이 기준 전압 위의 전압을 지원할 수 있는 슈퍼커패시터를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위하여, 슈퍼커패시터는 적어도 2개의 전극과 상기 2개의 전극 사이에 적어도 하나의 세퍼레이터를 포함하며, 상기 전극 및 세퍼레이터는 권취 소자를 형성하기 위하여 함께 차례로 권취되며, 상기 슈퍼커패시터는 적어도 하나의 다른 전극 및 적어도 하나의 다른 세퍼레이터를 더 포함하며, 상기 다른 전극 및 다른 세퍼레이터는 권취 소자 둘레로 함께 차례로 권취되어, 적어도 하나의 연속 권취 소자를 형성하며, 이들 연속 권취 소자는 전자적 절연 공간에 의해 분리된다.
"컴플렉스"는 전류 콜렉터와 적어도 하나의 전극의 결합을 나타내고, 전류 콜렉터와 전극은 공통 도전 표면을 갖는다.
"연속 컴플렉스"는 2개의 동일 평면 상의 컴플렉스(권취 소자를 형성하기 위하여 차례로 권취되기 이전의)를 나타내고, 이들의 권취 동안 폭 d 의 전자적 절연 공간에 의해 분리된다.
"공통 컴플렉스"는 전자적 연속성을 갖는 컴플렉스들의 결합을 나타낸다.
세퍼레이터는 서로 대향하는 각각의 컴플렉스의 전극 너머로 연장하지만 외부로의 연결로서 이용되는 컴플렉스의 콜렉터를 넘지 않는다.
양호한 그러나 제한적이지는 않은 본 발명에 따른 모듈의 특징은 아래와 같다:
- 슈퍼커패시터의 전극은 2개의 연속 권취 소자에 공통이다.
- 상기 슈퍼커패시터는 적어도 하나의 제2 다른 전극을 더 포함하며, 상기 다른 전극 및 다른 세퍼레이터는 연속 권취 소자를 형성하도록 상기 권취 소자 둘레를 함께 차례로 권취한다.
- 상기 전자적 절연 공간은 적어도 1회의 유전체 절연 재료로 형성된 리인폴스먼트에 의해 형성된다.
- 상기 전자적 절연 공간은 상기 제2 권취 소자의 적어도 하나의 전극에서 상기 제1 권취 소자의 적어도 하나의 전극을 간격 q 만큼 분리함에 의해 형성된다.
- 상기 간격 q는 적어도 1mm와 동일해야 한다.
- 상기 세퍼레이터는 연속적이어서, 상기 슈퍼커패시터는 상기 상이한 권취 소자에 공통이고 상기 상이한 권취 소자 사이에서 리인폴스먼트의 역할을 하는 단일 세퍼레이터를 포함한다.
- 각각의 상기 권취 소자의 높이는 상수이다.
- 상기 권취 소자는 상이한 높이를 갖는다.
- 상기 권취 소자는 그들의 세로축(z)을 따라 서로 상대적으로 시프트된다.
- 상기 권취 소자는 그 전체 표면 상의 제1 도전 리드를 통해 전기적으로 연결되며, 상기 리드는 상기 권취 소자의 하부면 중 하나에 위치된다.
- 상기 제1 리드는 톱니모양의 단면을 갖는다.
- 상기 제1 리드는 일 평면에서 실질적으로 연장한다.
- 상기 권취 소자는 그 전체 표면 상의 제2 도전 리드를 통해 전기적으로 연결되며, 상기 리드는 상기 권취 소자에 병렬로 연결되도록 상기 권취 소자의 하부면 중 다른 하나 상에 위치된다.
- 상기 권취 소자는 도전부를 포함하는 제2 도전 리드를 통해 전기적으로 연결되고, 상기 도전부는 전기적 절연부에 의해 서로 분리되며, 각각의 도전부는 상기 권취 소자를 직렬로 연결하도록 권취 소자와 전기적으로 각각 접촉한다.
- 전기적 도전부 중 하나는 디스크 형상이며, 나머지 전기적 도전부는 왕관 형상이며, 상기 도전부는 왕관 형상 전기적 절연부에 의해 서로 분리된다.
- 상기 제2 리드는 평면 내에서 전체적으로 연장된다.
- 상기 제2 리드는 톱니 모양의 단면을 갖는다.
- 각각의 상기 도전부는 디스크 부분의 형상이고, 상기 디스크부는 방사 절연부에 의해 서로 분리된다.
- 상기 슈퍼커패시터는 적어도 2개의 연결 스트랩을 통해 동일 유형의 적어도 하나의 다른 슈퍼커패시터에 연결되며, 각각의 상기 연결 스트립은 상기 리드의 디스크 형상의 도전부와 각각이 접촉하도록 된 전기적 도전부를 포함한다.
- 상기 슈퍼커패시터는 적어도 하나의 전기적 절연부에 의해 서로 절연된 적어도 2개의 전기적 도전부를 포함하는 적어도 하나의 연결 스트랩을 통해 동일 유형의 다른 슈퍼커패시터에 전기적으로 연결되며, 상기 도전부는 상기 리드의 도전부와 각각이 접촉하도록 된다.
- 상기 연결 스트랩은 실질적으로 평평하며, 상기 리드는 상기 리드와 상기 스트랩 사이의 접촉 표면에서 연장하는 전기적 절연 영역을 포함하며, 상기 전기적 절연 영역은 상기 스트랩의 각각의 도전부가 상기 리드의 단일 도전부와 전기적으로 접촉하도록 위치된다.
- 각각의 상기 전기적 도전부는 상기 연결 스트랩의 단부에서 돌출 연결 소자를 포함하며, 각각의 상기 돌출 소자는 상기 리드의 각각의 상기 도전부와 접촉하도록 된다.
- 상기 리인폴스먼트의 높이는 상기 제1 권취 소자의 활성 물질의 높이와 상기 제1 권취 소자의 전체 높이 사이로 구성된다.
- 상기 권취 소자의 상기 전극은 상이한 폭 및/또는 길이이다.
- 상기 권취 소자의 상기 전극의 두께는 상이하다.
- 상기 권취 소자의 상기 전극은 상이한 속성을 가진다.
- 상기 권취축에 직교인 상기 권취 소자의 하부는 원형 형상이다.
- 상기 권취축에 직교인 상기 권취 소자의 하부는 육각형 형상이다.
- 상기 권취축에 직교인 상기 권취 소자의 하부는 삼각형 형상이다.
- 상기 권취축에 직교인 상기 권취 소자의 하부는 팔각형 형상이다.
- 상기 권취축 z에 직교인 상기 권취 소자의 하부는 직사각형 형상이다.
- 상기 권취 소자의 각도는 비돌출이다.
- 상기 권취축에 직교인 상기 권취 소자의 하부는 타원 형상이다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 슈퍼커패시터에 위치하는 케이싱을 포함하는 모듈에 관한 것이다.
유리하게는, 상기 모듈은 도 11에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 및 종래 기술에 따른 슈퍼커패시터 모두를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 모듈은 본 발명에 따른 슈퍼커패시터, 케이싱 및 상기 케이싱을 덮기 위한 리드내에 위치한 권취 소자를 형성하기 위하여 함께 차례로 권취된 적어도 2개의 전극 및 적어도 하나의 세퍼레이터를 포함하는 실린더형 권취 소자를 포함하는 적어도 하나의 표준 슈퍼커패시터를 더 포함하며, 이 표준 슈퍼커패시터는 적어도 하나의 연결 스트랩을 통해 본 발명에 따른 슈퍼커패시터에 전기적으로 연결된다.
도 1a 내지 도 7은 본 발명에 따른 슈퍼커패시터이 권취 소자의 각각 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 8 내지 도 13은 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 리드의 각각 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 14-16은 인접 슈퍼커패시터를 연결하기 위한 연결 스트랩의 각각 다른 실시예를 도시하는 도면.
도 17은 종래 기술의 슈퍼커패시터를 도시하는 도면.
도 18-20은 슈퍼커패시터의 체적 V 대 권취 소자의 수를 도시하는 그래프도.
도 21 내지 도 23은 슈퍼커패시터의 중량 m 대 권취 소자의 수를 도시하는 그래프도.
도 24 내지 도 28은 본 발명에 따른 슈퍼커패시터로 제조되는 각각 다른 전기 회로를 도시하는 도면.
본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 각각 다른 실시예가 도 1 내지 23을 참조로 이하 설명된다. 이들 각각 다른 도면에서, 슈퍼커패시터의 등가의 구성 요소는 동일한 참조 번호를 갖는다.
도 1a 및 도 1b를 참조로, 슈퍼커패시터의 제1 실시예의 가로축을 따른 단면이 도시된다.
슈퍼커패시터는 서로 마주보며 위치하고 세퍼레이터(4)에 의해 분리되는 2개의 컴플렉스(2, 3)을 포함한다.
컴플렉스(2, 3) 및 세퍼레이터(4)는 제1 권취 소자를 형성하기 위하여 함께 차례로 권취된다.
슈퍼커패시터는 컴플렉스(2, 3)의 하나(2)에 연속하는 다른 컴플렉스(1) 및 다른 세퍼레이터(4)를 더 포함한다. 다른 전극 및 다른 세퍼레이터는 적어도 하나의 연속 권취 소자를 형성하도록 제1 권취 소자 주위로 함께 차례로 권취된다.
연속 컴플렉스(1, 2)는 슈퍼커패시터의 세로축에 대한 둘레 방향을 따라 간격 q 만금 이격된다.
유리하게는, 연속 컴플렉스(1, 2) 사이의 간격 q는 연속 컴플렉스(1, 2)를 서로로부터 전기적으로 절연하기에 충분하도록 제공된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 간격 q는 1mm 이상이다.
1mm의 간격 q는 두 연속 컴플렉스(1, 2) 사이에서 생성되는 전계가 너무 커지는 것 - 이는 슈퍼커패시터 이용의 일반적 조건하에서 전해질을 분해할 위험이 있음 - 을 방지하기에 실제로 충분하다.
두 연속 컴플렉스와 대면하도록 위치된 컴플렉스(3)는 소위 "공통 컴플렉스"라 칭한다.
세퍼레이터(4)를 이용하여, 공통 컴플렉스(3)로부터 연속 컴플렉스(1, 2)를 전기적으로 절연하는 것이 가능하다. 세퍼레이터 중 하나는 공통 컴플렉스(3)와 연속 컴플렉스(1, 2) 사이에 위치한다. 다른 세퍼레이터(4)가 공통 컴플렉스(3)의 다른 면 상에 위치하여 공통 컴플렉스(3)는 세퍼레이터(4) 사이에 위치한다.
각각의 컴플렉스(1, 2, 3)는 전류 콜렉터(11, 21, 31) 및 활성 물질로 구성된 적어도 하나의 전극을 포함하며, 전극은 전류 콜렉터(11, 21, 31)와 공통인 전도성 표면을 갖는다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에서, 각각의 컴플렉스(1, 2, 3)는 전류 콜렉터(11, 21, 31) 중 하나의 측 상에 2개의 대향 전극(12, 13, 22, 23, 32, 33)을 포함한다. 각각의 전극(12, 13, 22, 23, 32, 33)은 전류 콜렉터(11, 21, 31)의 각각의 면에 대해 공통인 전도성 표면을 갖는다.
연속한 공통 컴플렉스와 대향하는 영역은 2개의 슈퍼커패시터 셀을 한정하며, 이의 커패시턴스는 그 각각의 길이에 의해 결정딘다. 공통 컴플렉스(3)의 연속성은 두 슈퍼커패시터 셀이 일렬로 위치되도록 한다.
컴플렉스(1, 2, 3) 및 세퍼레이터(4) 각각은 하나 또는 그 이상의 중첩된 쉬트로 구성된다.
유리하게는, 연속한 제1 권취 소자 및 제2 권취 소자를 형성하기 위하여, 연속 컴플렉스(1, 2), 공통 컴플렉스(3) 및 세퍼레이터(4)가 연속적으로 함께 차례로 권취된다.
제안된 해결책은 전술한 종래 기술의 슈퍼커패시터 보다 비용이 적게 소요된다. 실로, 2개의 슈퍼커패시터 셀을 전기적으로 연결하기 위한 스트랩, 리드 및 튜브의 수는 종래 기술에서의 수개의 슈퍼커패시터의 전기적 연결을 위해 필요한 스트랩, 리드 및 튜브의 수보다 적다.
더욱이, 상기에서 제안된 해결책은 시스템의 직렬 저항(Rs)가 감소되도록 하며(종래 기술에서의 슈퍼커패시터를 연결하는데 필요한 리드 및 스트랩의 수 보다 슈퍼커패시터 셀을 연결하는데 필요한 리드 및 스트랩의 수를 줄임에 의해), 커패시턴스를 최적화하면서도 단위 체적당 수용 가능한 에너지가 현저하게 증가되도록 한다.
상술한 슈퍼커패시터로, 아래의 특징으로 갖는 소형의 권취 구조를 구현하는 것이 가능하다.
- 소형 구조체의 전체 전류 및/또는 전압을 증가시킬 목적으로 동일한 공급 전압(Un)에서 동일한 커패시턴스(C) 또는 서로 상이한 커패시턴스(C, C')를 갖는 슈퍼커패시터 셀을 직렬 및 병렬 전기 접속하도록 하는 것,
- 적용에 있어 특정 밸런싱 요구를 충족시키는 것(임의의 전압에서 동작하는 임의 커패시턴스의 슈퍼커패시터 셀의 삼각형 또는 별 형상 회로),
- 동일 전압(Un)에서 동작하는 동일한 커패시턴스(C)의 슈퍼커패시터 셀의 조립체의 에너지 및 전력 대량 및 대규모 밀도의 최적화를 가능하게 한다.
2개의 슈퍼커패시터 셀을 직렬/병렬로 연결하기 위한 스트랩 및 리드의 제거와 관련된 다른 이점은 아래와 같다.
- 슈퍼커패시터 체적의 감소
- 직렬로 연결된 종래 기술의 2개의 슈퍼커패시터와 비교할 때의 대량 감소
- 직렬/병렬로 연결된 2개의 슈퍼커패시터의 체적의 감소: 도 1에 도시된 것처럼 종래 기술의 슈퍼커패시터(2개의 컴플렉스 및 세퍼레이터를 함께 차례로 권취하여 얻어짐)이 체적의 2배가 본 발명에 따른 슈퍼커패시터(3개의 컴플렉스 및 2개의 세퍼레이터를 함께 차례로 권취하여 얻어짐)의 체적 보다 크다. 그러므로,
- 에너지 및 전력 대량 및 대규모 밀도의 증가
- 종래 기술의 슈퍼커패시터의 직렬 조합(표준)에 비해 내부 자유 체적의 비감소,
- 단일 권취, 단일 함침, 단일 가열 처리 및 단일 남땜로 인하여 제조 방법을 간략하게 함에 의한 제조 방법 관점에서의 시간 이득(1 단일 슈퍼커패시터에서 n 셀).
도 2를 참조로, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 다른 실시예가 설명된다.
3개 대신에 4개의 컴플렉스를 포함한다는 점에서 도 2에 도시된 슈퍼커패시터는 도 1에 도시된 슈퍼커패시터와 상이하다.
2개의 제1 컴플렉스(2, 3a)가 서로 대향되게 위치한다. 제1 컴플렉스 둘 중 하나(2)는 2개의 세퍼레이터(4) 사이에 위치한다. 2개의 제1 컴플렉스(2, 3a) 및 세퍼레이터(4)는 제1 권취 소자를 형성하기 위하여 함께 차례로 권취된다.
2개의 다른 컴플렉스(1, 3b)는 2개의 제1 컴플렉스(2, 3a)에 연속하며, 슈퍼커패시터에 대한 원주방향을 따라 간격(q) 만큼 (2개의 제1 컴플렉스로부터) 이격되어 있다.
컴플렉스(1, 3b)는 둘 다 컴플렉스(2, 3a)로 구성된 제1 권취 소자 둘레를 함께 차례로 권취되어, 적어도 하나의 제2 연속 권취 소자를 형성한다.
이 실시예에서, 각각의 권취 소자는 독립적인 슈퍼커패시터를 형성한다. 이렇게 형성된 슈퍼커패시터 둘에 대한 직렬 또는 병렬 전기 접속은 리드(50)에 의해 보장되고, 이는 이하에 보다 상세히 설명된다.
도 3에서, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 서로 상이한 권취 소자(10, 20, 30)가 도시된다. 연속 권취 소자(10, 20, 30)가 축 z에 대해 동축이다. 이들 연속 권취 소자(10, 20, 30)는 전자적 절연 공간에 의해 분리된다. 이러한 전자적 절연 공간은 서로로부터 권취 소자를 절연하도록 한다.
다른 실시예에 따르면, 전자적 절연 공간은 2개의 연속 권취 소자를 간격(q) 만큼 분리함에 의해 형성된다. 유리하게는, 이러한 간격(q)은 2개의 연속 권취 소자 사이의 전류의 직접 통과를 방지하기에 충분하도록 제공된다. 예를 들면, 간격(q)은 1mm 보다 더 클 수 있다.
다른 별예에 따르면, 전자적 절연 공간은 적어도 1회전의 유전체 절연 물질로 형성된 리인폴스먼트(40)에 의해 형성될 수 있다. 2개의 연속 권취 소자를 전기적으로 분리하기 위한 리인폴스먼트의 사용은 슈퍼커패시터의 제조를 용이하게 한다.
유리하게는, 리인폴스먼트의 높이는 제1 권취 소자의 활성 물질의 높이와 상기 제1 권취 소자의 전체 높이 사이에서 구성된다.
도 4에 도시된 것처럼, 세퍼레이터(4)는 서로 다른 권취 소자에 공통이고 연속 권취 소자 사이에서 리인폴스먼트의 역할을 하는 단일 세퍼레이터(4)를 포함한다.
도 3에 도시된 실시예에서, 서로 다른 권취 소자(10, 20, 30)는 일정 높이이다. 더욱이, 서로 다른 권취 소자(10, 20, 30)의 하부는 동일평면 상에 있다. 이러한 구조로, 연속 권취 소자의 권취가 촉진될 수 있다.
도 5에 도시된 다른 실시예에서, 연속 권취 소자(10, 20, 30)는 상이한 높이를 가지며, 연속 권취 소자는 동일 평면의 하부를 갖는다.
또 다른 실시예에서, 연속 권취 소자(10, 20, 30)는 동일한 높이를 가지지만, 그들의 하부는 그들의 세로축을 따라 서로에 대해 상대적으로 이동한다. 그러한 실시예가 도 6 및 7에 도시되어 있다.
도 6의 실시예에서, 연속 권취 소자(10, 20, 30)는 서로 고정된다. 다시 말하면, 연속 권취 소자는 동축이며, 중심 권취 소자(10) 둘레로 적층된다.
도 7에 도시된 실시예에서, 연속 권취 소자(10, 20, 30)가 서로에 대해 상대적으로 이동하여서, 그들의 하부는 세로 단면을 따라 일단의 톱니 모양을 형성한다.
슈퍼커패시터의 연속 권취 소자는 함께 연결되거나 또는 리드(50) 및/또는 스트랩을 통해 다른 인접 슈퍼커패시터의 권취 소자와 연결될 것이다.
슈퍼커패시터의 권취 소자 또는 상이한 인접 슈퍼커패시터의 권취 소자를 함께 연결하는데 이용될 수 있는, 서로 상이한 유형의 리드(50)가 이하 상세히 설명된다.
도 8을 참조로, 리드(50)의 제1 실시예가 도시되어, 동일한 슈퍼커패시터의 2개의 권취 소자의 전기적 연결을 가능하게 한다. 리드(50)는 톱니모양의 단면을 갖는다.
제1 리드 실시예(50)는 슈퍼커패시터를 캡(cap)하도록 되어 있으며, 권취 소자는 서로에 대해 상대적으로 이동하는 하부를 갖는다. 서로에 대해 상대적으로 동일한 높이의 비-이동된 권취 소자를 전기적으로 연결시키기 위하여, 평면내에서 실질적으로 연장하는 리드(50)가 사용될 것이다.
유리하게는, 리드(50)는 그 표면 전체 상에서 수행되고, 슈퍼커패시터의 연속 권취 소자가 이들 권취 소자에 대한 공통 단말을 형성하도록 전기적으로 접촉하여 위치되도록 한다.
슈퍼커패시터의 다른 면이 슈퍼커패시터의 연속 권취 소자에 병렬로 전기적으로 연결하도록 그 표면 전체 위에 도전 리드(50)로 캡 될 것이다.
슈퍼커패시터의 다른 면이 또한 도전부를 포함하는 리드(50)로 캡될 수 있으며, 도전부는 전기적 절연부에 의해 서로에 대해 분리될 수 있으며, 각각의 도전부는 권취 소자를 직렬로 연결하도록 권취 소자와 전기적으로 접촉한다.
각각이 권취 소자 중 하나와 전기적으로 접촉하도록 된 전기적 도전부를 포함하는 리드의 실시예가 도 9 및 10에 도시된다.
도 9에 도시된 실시예에서, 리드는 2개의 전기적 도전부를 포함한다. 제1 전기적 도전부(S1)은 디스크 형상이다. 제2 전기적 도전부(S2)는 왕관 형상이다. 전기적 도전부(S1, S2)는 왕관형 전기적 도전부(60)에 의해 서로 분리된다. 이 리드(50)는 2개의 연속 권취 소자를 포함하는 슈퍼커패시터를 캡하도록 된다. 제1 전기적 도전부(S1)는 슈퍼커패시터의 중심 권취 소자(10)에 전기적으로 연결된다. 제2 전기적 도전부(S2)는 슈퍼커패시터의 주변 권취 소자(20)에 전기적으로 연결된다.
도 10에 도시된 실시예에서, 리드(50)는 3개의 전기적 도전부(S1, S2, S3)를 포함한다. 전기적 도전부 중 하나(S1)는 디스크 형상이다. 다른 전기적 도전부(S2, S3)는 왕관 형상이다. 전기적 도전부(S1, S2, S3)는 왕관 형상의 전기적 도전부(60)에 의해 서로 분리된다. 전기적 도전부(S1, S2, S3)는 각 권취 소자(10, 20, 30)에 전기적으로 연결된다. 이 리드(50)는 3개의 연속 권취 소자를 포함하는 슈퍼커패시터를 캡하도록 된다.
물론, 리드(50)는 3개 이상의 전기적 도전부를 포함할 수 있으며, 도전부의 수는 슈퍼커패시터의 권취 소자의 수에 의존한다.
응용에 의존하여, 리드(50)는 평면내에 실질적으로 연장하거나 또는 도 11에 도시된 것처럼 톱니 형상의 단면을 가질 수 있다.
더욱이, 전기적 도전부는 다른 형상을 가질 수 있다. 리드(50)는 도 12 및 13에 도시되는데, 여기서 각각의 전기적 도전부는 디스크부의 형상이다. 디스크부는 방사 절연부에 의해 서로 분리된다.
도 12에 도시된 실시예에서, 리드(50)는 디스크의 절반의 형상인 2개의 전기적 도전부(S1, S2)를 포함한다. 각각의 부분 S1, S2은 각 부분(S1)(S2)의 영역(Z1)(Z2)내의 슈퍼커패시터의 각각의 권취 소자(10)(20)에 전기적으로 연결되도록 된다. 이러한 리드(50)는 2개의 권취 소자를 포함하는 슈퍼커패시터를 캡하도록 된다.
도 13의 실시예에서, 리드(50)는 디스크의 1/3의 형상에 3개의 전기적 도전부(S1, S2, S3)를 포함한다. 각 부분(S1)(S2)(S3)은 땜납(Z1)(Z2)(Z3)에서 슈퍼커패시터의 각각의 권취 소자(10)(20)(30)에 전기적으로 연결된다. 이 리드(50)는 3개의 권취 소자(10, 20, 30)를 포함하는 슈퍼커패시터를 캡하도록 된다.
슈퍼커패시터가 도 9 내지 도 13을 참조로 전술한 리드(50) 중 하나를 이용하여 캡 되는 경우, 슈퍼커패시터는 전기적으로 도전성인 연결 스트랩을 이용하여 인접 슈퍼커패시터에 연결될 수 있다.
도 14를 참조로, 연결 스트랩(70)의 예가 도시된다. 각각의 연결 스트랩(70)은 도 13을 참조로 설명된 리드(50)의 디스크 형상의 도전부(S1, S2, S3)에 각각 접촉하도록 된 전기적 도전부를 포함한다.
보다 상세하게는, 각각의 스트랩(70)은 실질적으로 평평하다. 연결 스트랩(70)의 본체는 직사각형이다. 스트랩의 단부(80)는 삼각형 형상이다. 이들 단부(80)의 크기 및 형상은 리드(50)의 2개의 도전부를 분리하는 절연부를 덮지 않고 리드(50)의 각각의 도전부(S1, S2, S3)와 접촉하기에 충분하도록 제공된다. 그러므로, 연결 스트랩(70)은 서로로부터 절연된다. 스트랩(70) 사이의 접촉을 회피함에 의해, 단락 회로를 방지하도록 스트랩(70)의 전기적 절연이 보장된다.
도 15를 참조로, 다른 연결 스트랩(70)이 도시된다. 이 연결 스트랩(70)은 도 9 및 10을 참조로 설명된 유형의 2개의 슈퍼커패시터의 전기적 연결을 제공한다.
연결 스트랩(70)은 하나(또는 그 이상)의 전기적 절연부에 의해 서로(다른 것들로부터 각각이) 절연된 2개의(또는 그 이상) 전기적 도전부를 포함한다. 각각의 전기적 도전부는 리드(50)의 도전부(S1, S2, S3)와 접촉하도록 된다. 각각의 전기적 도전부는 연결 스트랩(70)의 단부(80)에서 돌출 연결 소자(90)를 포함한다. 돌출된 이들 소자는 리드(50)의 각 도전부(S1, S2, S3)와 접촉하도록 된다.
도 16을 참조로, 연결 스트랩(70) 및 리드의 다른 실시예가 도시된다. 이러한 연결 스트랩(70) 및 이러한 리드는 각각의 3개의 권취 소자를 포함하는 2개의 슈퍼커패시터를 연결하도록 된다. 물론, 이러한 리드 및 이러한 스트랩은 슈퍼커패시터가 3개 이상의 권취 소자를 포함하는 경우에 3개 이상의 전기적 도전부를 포함할 수 있다.
연결 스트랩(70)은 실질적으로 평평하다. 리드는 리드와 스트랩 사이의 접촉 표면에서 연장하는 전기적 절연 영역을 포함한다. 이들 전기적 절연 영역은 스트랩의 각각의 도전부가 리드의 단일 도전부와 전기적으로 접촉하도록 위치한다. 이로써, 이렇게 연결된 슈퍼커패시터의 권취 소자는 2 대 2로 전기적으로 연결된다.
유리하게는, 슈퍼커패시터는 비대칭 즉, 상이한 컴플렉스의 전극이 이들을 구성하는 물질들의 길이 및/또는 두께 및/또는 속성 면에서 상이할 수 있다.
비대칭 슈퍼커패시터와 동작함에 의해, 아래에 대한 최적화가 가능하다:
- 한편으로는 슈퍼커패시터의 커패시턴스
- 다른 한편으로는 슈퍼커패시터의 에이징(aging), 이는 각 전극의 전위의 보다 양호한 제어로 인함 것.
슈퍼커패시터의 비대칭은 예를 들면 권취 소자의 전극의 두께를 다양하게 함으로써 얻어질 수 있어서, 각 권취 소자의 양 및 음 전극은 다양한 체적을 갖는다.
슈퍼커패시터의 비대칭은 권취 소자의 전극의 두께 및/또는 길이를 가변시킴에 의해 얻어질 수 있다.
비대칭은 또한 권취 소자의 전극의 구성 속성을 가변시킴에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들면, 실시예에서, 권취 소자의 전극은 상이한 유도 전류 밀도를 가지도록 동일한 두께이지만 상이한 재료로 제조된다.
슈퍼커패시터는 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들면 슈퍼커패시터는 실린더형일 수 있다.
슈퍼커패시터는 또한 권취축에 직교인 육각형 또는 삼각형, 팔각형 또는 육각형 형상일 수 있고, 또는 타원형상일 수 있다. 이로써, 사용적(dead volume)은 2개의 인접 슈퍼커패시터 사이에서 제한될 수 있다. 권취 소자의 각도는 비돌출형일 수 있다.
공통-권취 시스템 상의 체적의 이득을 시연하도록 하는 일반적 경우
상술한 것처럼, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터는 종래 기술의 모듈과 비교할 때 2개의 슈퍼커패시터의 직렬 또는 병렬 전기적 연결과 관련하여 체적의 감소를 가능하게 한다.
종래 기술의 그러한 모듈은 도 17에 도시된다. 모듈은 2개의 슈퍼커패시터(120)를 포함한다. 각각의 슈퍼커패시터(120)는 2개의 전극 및 하나의 세퍼레이터를 포함하는 실린더형 권취 소자를 포함한다. 전극 부분(180)은 외부로 돌출된다. 슈퍼커패시터는 연결 스트랩(170) 및 리드(180)를 이용하여 직렬로 연결된다. 각각의 리드(180)는 외부로 돌출된 전극부(190)에서 후단에 전기적으로 연결되도록 각 슈퍼커패시터(120)를 캡한다. 각각의 리드(180)는 납땜에 의해 스트랩(70)과 접촉하여, 두 슈퍼커패시터(120)를 직렬로 전기적으로 연결하도록 한다.
종래 기술의 모듈과 비교해서 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 체적의 이득을 시연하기 위하여, 이하 파라미터가 필요하다:
C: 취득될 커패시턴스 (F)
ξ: 유도 전류 밀도 (F/cm3)
h: 활성된 높이 (cm)
H: 전체 높이 (cm)
e: 권취 세퍼레이터/전극/콜렉터/전극/세퍼레이터/전극/콜렉터/전극의 두께 (cm)
øint: 권취를 시작하는 내부 직경 (øint > 0)(cm)
출력 데이터는 아래와 같다:
k: 감김 수
øext: k 감김을 포함하는 커패시턴스(C)의 권취의 외곽 직경 (cm)
Cn: n개의 병렬 계층 권취의 커패시턴스 (F)
øext n: 커패시터 Cn의 외곽 직경 Cn　(cm)
Vn: 값 Cn의 n-계층 커패시터의 체적　(cm3)
V: 병렬의 값 C의 n 커패시터의 체적 (cm3)
수식:
C = ξ (h e/2)πk (øint + ke)
øext = øint + 2ke
Figure 112010060846728-pct00001
Cn= nC
Figure 112010060846728-pct00002
상술한 수식의 수치 응용:
이하의 수치예에서, 각 권취의 커패시턴스 값은 동일한 것으로 간주되고, 이는 실제로는 큰 직경의 권취가 작은 직경의 권취 보다 더 작은 두께를 갖는 것을 의미한다.
수치예 1
C = 600F ξ = 30F/cm3 h = 8cm H = 10cm
e = 0.05cm øint = 2.5cm
도 18은 모듈로서 관련된 n 권취 소자와 n개의 공통-권취 소자(Vn)를 포함하는 본 발명에 따른 단일 슈퍼커패시터의 등가물의 체적(V)을 도시하는 도면이다. 체적은 ㎤로 표현된다(좌측 세로 좌표). %V는 공통-권취 소자 및 관련 소자 사이의 퍼센트 이득을 표현한다(우측 세로 좌표).
수치예 2
C = 2600F ξ = 30F/cm3 h = 8cm H = 10cm
e = 0.05cm øint = 2.5cm
도 19는 모듈로서 관련된 n 권취 소자와 n개의 공통 권취 소자(Vn)를 포함하는 본 발명에 따른 단일 슈퍼커패시터의 등가물의 체적(V)을 도시하는 도면이다. 체적은 ㎤로 표현된다(좌측 세로 좌표). %V는 공통-권취 소자 및 관련 소자 사이의 퍼센트 이득을 표현한다(우측 세로 좌표).
수치예 3
C = 5000F ξ = 30F/cm3 h = 8cm H = 10cm
e = 0.05cm øint = 2.5cm
도 20는 모듈로서 관련된 n 권취 소자와 n개의 공통 권취 소자(Vn)를 포함하는 본 발명에 따른 단일 슈퍼커패시터의 등가물의 체적(V)을 도시하는 도면이다. 체적은 ㎤로 표현된다(좌측 세로 좌표). %V는 공통-권취 소자 및 관련 소자 사이의 퍼센트 이득을 표현한다(우측 세로 좌표).
결과:
도 18, 19, 20은 체적의 이득은 공통-권취 소자의 수 및 이용된 초기 커패시턴스와 무관하게 얻어짐을 도시한다.
공통-권취 시스템 상의 질량의 이득을 시연하도록 하는 일반적 경우
전술한 것처럼, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터로, 종래 기술의 모듈과 비교하여 2개의 슈퍼커패시터의 직렬 또는 병렬의 전기적 연결과 관련된 질량의 감소가 가능하다.
종래 기술의 모듈과 비교하여 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 질량의 이득을 시연하기 위하여, 이하 파라미터가 필요하다.
ec: 리드의 두께 (cm)
et: 튜브의 두께 (cm)
mu c: 커패시터(C)의 질량 (g)
d: 튜브 및 리드 물질의 비중 (g/㎤)
출력 데이터는 이하와 같다:
mc c: 값 C의 커패시터의 리드의 질량 (g)
mt c: 값 C의 커패시터의 튜브의 질량 (g)
m: 병렬의 값 C의 n개의 커패시터의 전체 질량 (g)
mn: 값 Cn의 n-계층 커패시터의 전체 질량 (g)
수식:
mc C = πøext 2 ec d
mt C = πøext et H d
m = n(mu C + 2mc C + mt C)
mn = mu Cn + 2mc Cn + mt Cn
상술한 수식의 수치 응용:
ec = 0.4cm et = 0.05cm
d(알루미늄의 비중) = 2.7g/cm3
mu 600F = 75g mu 2600F = 325g
수치예 1
ec = 0.4cm et = 0.05cm
d(알루미늄의 비중) = 2.7g/cm3
mu 600F = 75g
도 21은 모듈로서 관련된 n 권취 소자와 n개의 공통-권취 소자(mn)를 포함하는 본 발명에 따른 단일 슈퍼커패시터의 등가물의 질량(m)을 도시하는 도면이다. 질량은 그램으로 표현된다(좌측 세로 좌표). %Δm는 공통-권취 소자 및 관련 소자 사이의 질량의 퍼센트 이득을 표현한다(우측 세로 좌표).
수치예 2
ec = 0.4cm et = 0.05cm
d(알루미늄의 비중) = 2.7g/cm3
mu 2600F = 325g
도 22는 모듈로서 관련된 n 권취 소자와 n개의 공통-권취 소자(mn)를 포함하는 본 발명에 따른 단일 슈퍼커패시터의 등가물의 질량(m)을 도시하는 도면이다. 질량은 그램으로 표현된다(좌측 세로 좌표). %Δm는 공통-권취 소자 및 관련 소자 사이의 질량의 퍼센트 이득을 표현한다(우측 세로 좌표).
수치예 3
ec = 0.4cm et = 0.05cm
d(알루미늄의 비중) = 2.7g/cm3
mu 5000F = 650g
도 23는 모듈로서 관련된 n 권취 소자와 n개의 공통-권취 소자(mn)를 포함하는 본 발명에 따른 단일 슈퍼커패시터의 등가물의 질량(m)을 도시하는 도면이다. 질량은 그램으로 표현된다(좌측 세로 좌표). %Δm는 공통-권취 소자 및 관련 소자 사이의 질량의 퍼센트 이득을 표현한다(우측 세로 좌표).
결과:
도 21, 22, 23은 질량의 이득은 공통 권취 소자의 수와 사용된 초기 커패시턴스와 무관하게 얻어짐을 도시한다. 질량면의 이러한 이득은 추가-소자 연결 기술(연결 스트랩, 리드 등)의 측면에서 연속 이득을 고려하지 않으며, 이는 질량 면에서의 얻어진 이득을 더 증가시킨다.
결론:
공통 권취 소자의 수와 무관하게, 종래 기술에서 제안된 수개의 권취 소자의 직렬 또는 병렬 조합에 상대적으로 질량 및 체적의 동시 이득이 존재한다.
그러므로 이 신규한 시스템은 대량 및 대규모 에너지 밀도의 현저한 증가에 일치한다.
콜렉터의 각 전극의 질량 및 코팅의 두께를 규정하는 것은 중요하며, 다른 도면에서 도시된 것처럼 탄소의 유형 및 전체 폭은 상이할 수 있다.
설명된 예들 중에서, 최고 간략한 경우를 들었으며, 계속해서 쉽게 증대될 수 있다. 배열의 유형과 무관하게, 질량 및 체적의 이득은 유리한 방식으로 목표화된다. 이러한 이득은 도 8에 도시된 유형의 배열에 따라 전압 측면에서 완수될 수 있다.
각 전극은 특정 콜렉터에 관하여 대칭(최대 간략하고 일반적으로 적용되는 경우)일 수 있어서, 이렇게 형성된 커패시턴의의 활성 물질의 양을 두배로 하고 조립물의 대량 커패시턴스를 현저하게 증가시키고 따라서 최대 인정 에너지를 증가시킨다. 비대칭의 경우는 한쪽으로 치우쳐서는 안된다:
- 동일 소자에서 상이한 커패시턴스를 갖는 권취의 경우,
- 상이한 능동 물질의 경우(예를 들면, 상이한 탄소의 다공성),
- 멀티트랙 공통 권취, 즉 슈퍼커패시터의 조합으로서, 간격(d) 만큼 이격된 적어도 2개의 돌출된 컴플렉스와 두 돌출된 컴플렉스와 대향하고 적어도 하나의 세퍼레이터에 의해 후자로부터 분리되는 적어도 하나의 공통 컴플렉스를 포함하며, 세퍼레이터 및 컴플렉스는 본 발명의 목적인 다중코일 시스템으로 권취 소자(별도의 특허 출원의 목적)를 형성하기 위하여 차례로 함께 권취됨.
도 24-28에서, 회로의 서로 상이한 예가 도시되며, 이는 본 발명에 따른 슈퍼커패시터로 구현될 수 있다.
도 24를 참조하면, 예시 회로가 도시되며, 여기서 상이한 도전성 및 절연 영역을 포함하는 특정 유형의 리드에 의해 직렬로 연결된 권취 소자(10, 20, 30)의 연속으로, 상이한 권취 소자의 직렬의 전기적 연결이 얻어질 수 있다.
도 25를 참조로, 제1 슈퍼커패시터의 각각의 권취 소자(10, 20, 30)가 다른 슈퍼커패시터의 권취 소자(10', 20', 30')와 직렬로 연결되는 다른 예시 회로가 도시되며, 상기 제1 슈퍼커패시터의 상이한 권취 소자는 병렬로 연결된다.
보다 상세하게는, 각각의 슈퍼커패시터의 하부는 전기적 절연부(60)(왕관 형상)에 의해 서로 분리되는 3개의 전기적 도전부(S1, S2, S3)(S1은 디스크 형상이고, S2 및 S3는 왕관 형상)를 포함하는 리드(도 10에 도시된 유형)으로 캡된다. 두 슈퍼커패시터는 적층되어:
- 제1 슈퍼커패시터의 중심 권취 소자(10)는 제2 슈퍼커패시터의 중심 권취 소자(10')와 직렬로 연결되고,
- 제1 슈퍼커패시터의 주변 권취 소자(30)는 제2 슈퍼커패시터의 주변 권취 소자(30')와 직렬로 연결되고,
- 제1 슈퍼커패시터의 중간 권취 소자(20)는 제2 슈퍼커패시터의 중간 권취 소자(20')와 직렬로 연결된다.
이 회로의 장점은 두 슈퍼커패시터의 전기적 연결이 연결 스트랩의 이용을 필요로 하지 않는다는 점이다. 2개의 인접 슈퍼커패시터의 전기적 연결의 경우, 도 26에 도시된 것처럼 특정 연결 스트랩(도 16에 도시된 연결 스트랩과 같은)을 이용함에 의해 동일한 회로가 얻어질 수 있음은 명백하다.
도 27을 참조로, 슈퍼커패시터의 연속 권취 소자가 별 형상 회로를 형성하도록 연결된다.
보다 상세하게는, 슈퍼커패시터의 아래쪽 하부는 그 표면 전체 위로 도전성 리드로 캡되며, 슈퍼커패시터의 위쪽 하부는 슈퍼커패시터의 각각의 권취 소자에 연결된 3개의 디스크부를 포함하는 도 13에 도시된 유형의 리드로 캡된다. 도 14를 참조로 설명된 유형의 연결 스트랩은 슈퍼커패시터의 권취 소자를 다른 인접 슈퍼커패시터의 권취 소자에 연결하는데 이용된다.
도 28을 참조로, 2개의 슈퍼커패시터가 직렬로 전기적으로 연결되고, 각 슈퍼커패시터의 권취 소자가 병렬로 연결되는 회로예가 마지막으로 도시된다.
보다 상세하게는, 각 슈퍼커패시터의 하부는 그 표면 전체 위로 도전성 리드로 캡되며, 그 전체 표면 위로 도전성 연결 스트랩을 통해 연결된다.
본 발명에 따른 슈퍼커패시터는 제조될 다수의 전기 회로가 종래 기술의 슈퍼커패시터 보다 훨씬 더 인체 공학적이 되도록 한다.
당업자라면 본 명세서의 신규한 특징 및 장점에서 실질적으로 벗어나지 않고 많은 개조가 가능함을 이해할 것이다.
그러므로, 이러한 유형에 대한 모든 개조는 첨부된 청구범위에서 한정되는 슈퍼커패시터의 범위내에 포함되는 것으로 의도된다.
이러한 유형의 소자 설계는 임의 속성(Li-ion, 리튬 폴리머, Ni-Cd, Ni-MH)의 배터리 또는 배터리 셀 또는 연료 전지에 모두가 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 슈퍼커패시터는 많은 장점을 갖는다:
- 본 발명에 따른 슈퍼커패시터에 대해, 2개의 표준 슈퍼커패시터의 경우와 동일한 벌크 에너지로, 저 전압을 인가하는 것이 가능하고, 따라서 가스의 발생을 매우 강력하게 제한하고, 따라서 매우 유리한 방식으로 수명을 증가시키며,
- 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 내부 체적은 2개의 관련 표준 슈퍼커패시터의 내부 체적 보다 회로 당 유리하게 더 크다. 이 경우, 수명은 증가될 것이다.
마지막으로, 서로 연결된 복수개의 슈퍼커패시터를 포함하는 모듈의 경우, 모듈의 직렬 저항의 적어도 절반은 코일과 리드 사이의 연결 기술 저항이다. 본 발명에 따른 복수개의 슈퍼커패시터를 포함하는 모듈에서, 복수개의 표준 슈퍼커패시터를 포함하는 모듈과 비교하여 리드와 코일 사이에서 필요한 정션(junction)의 수의 감소로 인하여, 모듈의 직렬 저항은 강하게 감소된다.

Claims (37)

  1. 전기화학적 이중층을 갖는 슈퍼커패시터로서, 적어도 2개의 컴플렉스(2, 3)와 상기 2개의 컴플렉스(2, 3) 사이에 적어도 하나의 세퍼레이터(4)를 포함하며, 상기 컴플렉스(2, 3) 및 세퍼레이터(4)는 제1 권취 소자(10)를 형성하기 위하여 함께 차례로 권취되며, 적어도 하나의 다른 컴플렉스(1) 및 적어도 하나의 다른 세퍼레이터(4)를 더 포함하며, 상기 다른 컴플렉스(1) 및 다른 세퍼레이터(4)는 상기 제1 권취 소자(10) 둘레에 함께 차례로 권취되어, 적어도 하나의 제2 권취 소자(20, 30)를 형성하며, 이들 연속 권취 소자(10, 20, 30) 각각의 적어도 하나의 컴플렉스는 다른 권취 소자의 적어도 하나의 컴플렉스로부터 전자적 절연 공간에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는, 슈퍼커패시터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 슈퍼커패시터의 컴플렉스(3)가 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)에 공통인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 슈퍼커패시터는 적어도 하나의 제2 다른 컴플렉스(3b)를 더 포함하며, 상기 다른 컴플렉스(1), 상기 제2 다른 컴플렉스(3b) 및 상기 다른 세퍼레이터(4)는 상기 제1 권취 소자(10) 둘레에 차례로 함께 권취되어 상기 적어도 하나의 제2 권취 소자(20, 30)를 형성하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자적 절연 공간은 적어도 1회전의 유전체 절연 재료로 형성된 리인폴스먼트(reinforcement: 40)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 전자적 절연 공간은 상기 적어도 하나의 제2 권취 소자(20, 30)의 적어도 하나의 컴플렉스(1)에서 상기 제1 권취 소자(10)의 적어도 하나의 컴플렉스(2)를 간격(q) 만큼 분리함에 의해 형성되는, 슈퍼커패시터.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 간격(q)은 1mm 이상인, 슈퍼커패시터.
  7. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터(4)는 연속적이어서, 상기 슈퍼커패시터는 상기 제1 권취 소자(10) 및 상기 적어도 하나의 제2 권취 소자(20, 30)에 공통이고 상기 제1 권취 소자(10)와 상기 적어도 하나의 제2 권취 소자(20, 30) 사이에서 리인폴스먼트(40)의 역할을 하는 단일 세퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  8. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 상기 권취 소자(10, 20, 30)의 높이는 동일한 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  9. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 적어도 하나의 제2 권취 소자(10, 20, 30)는 상이한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  10. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 적어도 하나의 제2 권취 소자(10, 20, 30)는 그들의 세로축(z; longitudinal axis)을 따라 서로 상대적으로 시프트되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  11. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 상기 적어도 하나의 제2 권취 소자(10, 20, 30)는 그 전체 표면 상의 제1 도전 리드를 통해 전기적으로 연결되며, 상기 제1 도전 리드는 상기 제1 및 상기 적어도 하나의 제2 권취 소자(10, 20, 30)의 하부면 중 하나에 위치되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 도전 리드는 톱니모양의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 도전 리드는 일 평면내에서 실질적으로 연장하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 및 적어도 하나의 제2 권취 소자(10, 20, 30)는 그 전체 표면 상의 제2 도전 리드를 통해 전기적으로 연결되며, 상기 제2 도전 리드는 상기 권취 소자(10, 20, 30)들을 병렬로 연결하도록 상기 권취 소자(10, 20, 30)의 하부면 중 다른 하나 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 권취 소자(10, 20, 30)는 전기적 도전부(S1, S2, S3)를 포함하는 제2 도전 리드를 통해 전기적으로 연결되고, 상기 도전부(S1, S2, S3)는 전기적 절연부(60)에 의해 서로 분리되며, 각각의 도전부(S1, S2, S3)는 상기 권취 소자(10, 20, 30)를 직렬로 연결하도록 권취 소자(10, 20, 30)와 전기적으로 각각 접촉하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  16. 청구항 15에 있어서, 전기적 도전부(S1, S2, S3) 중 하나(S1)는 디스크 형상이며, 나머지 전기적 도전부(S2, S3)는 왕관 형상이며, 상기 도전부(S1, S2, S3)는 왕관 형상 전기적 절연부(60)에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 제2 도전 리드는 일 평면 내에서 전반적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 제2 도전 리드는 톱니 모양의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  19. 청구항 15에 있어서, 각각의 도전부(S1, S2, S3)는 디스크 부분의 형상이고, 상기 도전부(S1, S2, S3)는 방사 절연부(60)에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 슈퍼커패시터는 적어도 2개의 연결 스트랩(70)을 통해 동일 유형의 적어도 하나의 다른 슈퍼커패시터에 연결되며, 각각의 연결 스트랩(70)은 상기 제2 도전 리드의 디스크 형상의 도전부(S1, S2, S3)와 각각이 접촉하도록 된 전기적 도전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  21. 청구항 15에 있어서, 상기 슈퍼커패시터는 적어도 하나의 전기적 절연부에 의해 서로 절연된 적어도 2개의 전기적 도전부를 포함하는 적어도 하나의 연결 스트랩(70)을 통해 동일 유형의 다른 슈퍼커패시터에 전기적으로 연결되며, 상기 도전부는 상기 제2 도전 리드의 도전부(S1, S2, S3)와 각각이 접촉하도록 되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 연결 스트랩(70)은 실질적으로 평평하며, 상기 제2 도전 리드는 상기 제2 도전 리드와 상기 연결 스트랩(70) 사이의 접촉 표면에서 연장하는 전기적 절연 영역(60)을 포함하며, 상기 전기적 절연 영역(60)은 상기 연결 스트랩(70)의 각각의 도전부가 상기 제2 도전 리드의 단일 도전부(S1, S2, S3)와 전기적으로 접촉하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  23. 청구항 21에 있어서, 각각의 전기적 도전부는 상기 연결 스트랩(70)의 단부(80)에서 돌출 연결 소자를 포함하며, 각각의 돌출 소자는 상기 제2 도전 리드의 각각의 도전부(S1, S2, S3)와 접촉하도록 된 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  24. 청구항 4에 있어서, 상기 리인폴스먼트(40)의 높이는 상기 제1 권취 소자(10)의 활성 물질의 높이와 상기 제1 권취 소자(10)의 전체 높이 사이로 구성되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  25. 청구항 7에 있어서, 상기 리인폴스먼트(40)의 높이는 상기 제1 권취 소자(10)의 활성 물질의 높이와 상기 제1 권취 소자(10)의 전체 높이 사이로 구성되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  26. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 상기 컴플렉스(1, 2, 3a, 3b)의 전극(12, 13, 22, 23, 32, 33)은 상이한 길이인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  27. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 상기 컴플렉스(1, 2, 3a, 3b)의 전극(12, 13, 22, 23, 32, 33)의 두께는 상이한 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  28. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 상기 컴플렉스(1, 2, 3a, 3b)의 전극(12, 13, 22, 23, 32, 33)은 상이한 속성을 가지는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  29. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 권취축(z)에 직교인 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 하부가 원형 형상인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  30. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 권취축(z)에 직교인 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 하부는 6각형 형상인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  31. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 권취축(z)에 직교인 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 하부는 삼각형 형상인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  32. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 권취축(z)에 직교인 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 하부는 팔각형 형상인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  33. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 권취축(z)에 직교인 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 하부는 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  34. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 각도는 비돌출(non-protruding)인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  35. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 권취축에 직교인 상기 연속 권취 소자(10, 20, 30)의 하부가 타원 형상인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
  36. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 슈퍼커패시터가 위치하는 케이싱(casing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈.
  37. 청구항 36에 있어서, 케이싱 및 상기 케이싱을 덮기 위한 제1 도전 리드와 제2 도전 리드내에 위치한 권취 소자를 형성하기 위하여 함께 차례로 권취된 적어도 2개의 전극 및 적어도 하나의 세퍼레이터를 포함하는 실린더형 권취 소자를 포함하는 적어도 하나의 표준 슈퍼커패시터를 더 포함하고, 상기 표준 슈퍼커패시터는 적어도 하나의 연결 스트랩을 통해 상기 슈퍼커패시터에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 모듈.
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