KR102244961B1 - 에너지 저장 장치를 위한 전극 흑연 필름 및 전극 디바이더 링 - Google Patents

에너지 저장 장치를 위한 전극 흑연 필름 및 전극 디바이더 링 Download PDF

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포터 미첼
토마스 제이. 도허티
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맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드
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Abstract

에너지 저장 장치는 제1 흑연 필름, 제2 흑연 필름 및 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름 사이에 있는 전극 디바이더 링을 지닐 수 있고, 밀봉된 인클로져를 형성할 수 있다. 에너지 저장 장치는 수성 전해질 또는 비-수성 전해질과 호환될 수 있다. 에너지 저장 장치를 형성하는 방법은 전극 디바이더 링, 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단계는 제1 흑연 필름의 표면에 전극 디바이더 링의 제1 엣지를 프레스하는 단계, 밀봉된 인클로져를 형성하기 위해 제2 흑연 필름의 표면에 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지를 프레스하는 단계를 포함할 수 있다. 밀봉된 인클로져는 제2 흑연 필름의 표면 및 제1 흑연 필름의 표면의 대향된 표면들을 지닐 수 있다.

Description

에너지 저장 장치를 위한 전극 흑연 필름 및 전극 디바이더 링 {ELECTRODE GRAPHITE FILM AND ELECTRODE DIVIDER RING FOR AN ENERGY STORAGE DEVICE}
본 출원은 2013년 3월 14일에 출원된 미국 특허 가출원 일련 번호 61/785,952호의 이익을 주장하며, "에너지 저장 장치를 위한 전극 흑연 필름 및 전극 디바이더 링"라는 제목이며, 이는 이 명세서에서 그 전체가 참조로 인용된다.
본 발명은 일반적으로 에너지 저장 장치들과 관련되며, 더욱 특별하게는, 하나 또는 그 이상의 에너지 저장 장치 구성요소를 둘러싸기 위한 밀봉된 칸을 제공할 수 있는 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 장치는, 울트라 캐패시터(ultracapacitor), 베터리(battery), 및/또는 베터리 -캐패시터 하이브리드(battery-capacitor hybrid)와 같은, 복수 개의 개별적인 에너지 저장 셀(cell)들을 포함할 수 있으며, 개별적인 울트라 캐패시터 셀들(ultracapacitor cells), 베터리 셀들(battery cells), 및/또는 베터리-캐패시터 하이브리드 셀들(battery-capacitor hybrid cells)과 같은 것이며, 공통의 외부 하우징(housing)을 동봉한다. 복수 개의 개별적인 에너지 저장 셀들은 병렬 또는 직렬로, 적층된 형상으로 배치될 수 있다. 복수 개의 개별적인 에너지 저장 셀들과 함께 배치된 에너지 저장 장치의 제조, 신뢰성 및 성능과 관련된 문제가 있을 수 있다. 따라서, 개선된 제조, 신뢰성 및 성능을 구비한 에너지 저장 장치의 필요성이 존재한다.
하나 또는 그 이상의 에너지 저장 장치 구성요소를 둘러싸기 위한 밀봉된 칸을 제공할 수 있는 에너지 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
에너지 저장 장치는 제1 흑연 필름(graphite film), 제2 흑연 필름, 및 제1 흑연 필름과 제2 흑연 필름 사이에 배열된 전극 디바이더 링을 포함할 수 있고, 제1 흑연 필름, 제2 흑연 필름, 및 전극 디바이더 링은 밀봉된 인클로져(enclosure)를 형성할 수 있다. 에너지 저장 장치는 울트라 캐패시터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 저장 장치는 베터리를 포함할 수 있다. 에너지 저장 장치는 이중층 캐패시터(double-layer capacitor), 하이브리드 캐패시터(hybrid capacitor) 및/또는 슈도캐패시터(pseudocapacitor)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 전극 디바이더 링의 제1 엣지(edge) 부분은 제1 흑연 필름으로 연장되고 적어도 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지 부분은 제2 흑연 필름으로 연장된다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 제1 엣지 및 제2 대향된 엣지는 적어도 하나의 돌출부 및 함몰부를 구비한다. 적어도 하나의 돌출부 및 함몰부는 전극 디바이더 링 엣지의 전체 길이를 따라 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 저장 장치는 전극 디바이더 링을 향하는 제1 흑연 필름의 표면에 있는 제1 전극 필름(electrode film) 및 전극 디바이더 링을 향하는 제2 흑연 필름의 표면에 있는 제2 전극 필름을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 저장 장치는 제1 전극 필름과 제2 전극 필름 사이에 격리판을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 저장 장치는 수용성 전해질을 포함할 수 있다. 에너지 저장 장치는 비-수용성 전해질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 제1 전극 필름 및 제2 전극 필름은 적어도 하나의 활성탄(activated carbon) 재료, 그라핀(grapheme) 재료 및 산화물 재료를 포함할 수 있다.
에너지 저장 시스템은 적층된 형상으로 하나 위에 그 다음이 위치된 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들을 포함하고 위치된 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들을 포함할 수 있고, 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들 중 적어도 하나는 제1 흑연 필름, 제2 흑연 필름 및 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름 사이에 배치된 전극 디바이더 링을 포함하고, 제1 흑연 필름, 제2 흑연 필름 및 전극 디바이더 링은 밀봉된 인클로져(enclosure)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들 중 적어도 어느 하나의 제2 흑연 필름은 인접한 개별적인 에너지 저장 장치의 제1 흑연 필름과 인접하고, 인접한 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름은 전기적 시리즈(series)에서 인접한 개별적인 에너지 저장 장치들을 연결하기 위하여 전기적으로 연결된다. 인접한 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름은 서로와 직접 접속될 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 저장 시스템은 제1 개별적인 에너지 저장 장치의 제1 흑연 필름에서 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들의 스택(stack)의 상단에 연결되는 제1 전기적 전도성 구성요소 및 마지막 개별적인 에너지 저장 장치의 제2 흑연 필름에서 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들의 스택(stack)의 하단에 연결되는 제2 전기적 전도성 구성요소를 포함할 수 있다.
복수 개의 개별적 에너지 저장 장치들 중 적어도 하나는 울트라 캐패시터를 포함할 수 있다. 복수 개의 개별적 에너지 저장 장치들 중 적어도 하나는 베터리를 포함할 수 있다. 복수 개의 개별적 에너지 저장 장치들 중 적어도 하나는 이중층 캐패시터(double-layer capacitor), 하이브리드 캐패시터(hybrid capacitor) 및/또는 슈도캐패시터(pseudocapacitor)를 포함할 수 있다.
에너지 저장 장치를 제조하는 방법은 전극 디바이더 링, 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름을 제공하는 단계, 제1 흑연 필름의 표면에 전극 디바이더 링의 제1 엣지를 프레스(press)하는 단계 및 밀봉된 인클로져를 형성하기 위해 제2 흑연 필름의 표면에 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지를 프레스하는 단계를 포함하고, 상기 밀봉된 인클로져는 대향되는 면들로서 제1 흑연 필름의 표면 및 제2 흑연 필름의 표면을 지닌다. 에너지 저장 장치는 울트라 캐패시터를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 저장 장치는 베터리를 포함할 수 있다. 에너지 저장 장치는 이중층 캐패시터, 하이브리드 캐패시터 및/또는 슈도캐패시터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 제1 흑연 필름의 표면 위에 제1 전극 필름을 부착하는 단계 및 제2 흑연 필름의 표면 위에 제2 전극 필름을 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 밀봉된 인클로져를 형성하기 위하여 제2 흑연 필름의 표면에 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지를 프레스하는 단계 이전에 제1 전극 필름 및 제2 전극 필름을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 전극 디바이더 링 사이에서 제1 전극 필름 위에 격리판을 배치시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 제1 전극 필름 위에 격리판을 배치시키기 이전에 전해질과 함께 격리판을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명 및 선행 기술을 넘어 얻어진 이점들의 요약의 목적을 위해, 특정 목적 및 이점들은 설명된다.
모든 이러한 목적 또는 이점이 반드시 임의의 특정 실시 예에 따라 달성 될 필요가 있음이 이해 될 것이다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본 발명이 구현 또는 달성 또는 반드시 다른 목적이나 장점을 달성하지 않고 하나의 장점 또는 장점의 그룹을 최적화 할 수 있는 방식으로 수행 될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이들 모든 실시 예는 본 명세서에 개시된 발명의 범위에 포함되는 것이다. 이들 및 다른 실시 예들이 첨부 된 도면을 가지고 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 당업자에게 명백해질 것이며, 본 발명은 특정 개시된 실시 예(들)에 한정되지 않는다.
본 내용에 포함되어 있음.
도1a는 일 실시예에 따른 에너지 저장 셀 예시의 외관 측면도를 나타낸다.
도1b는 도1a의 에너지 저장 셀 예시의 사시도를 나타낸다.
도2는 일 실시예에 따른 에너지 저장 셀 예시의 일부의 상-하 평면도를 나타낸다.
도3은 일 실시예에 따른 에너지 저장 셀 예시의 단면도를 나타낸다.
도4는 일 실시예에 따른 전극 디바이더 링 예시의 사시도를 나타낸다.
도5는 에너지 저장 셀을 제조하는 단계의 예를 나타낸다.
도6a는 일 실시에예 따른 적층된 형상을 지닌 에너지 저장 장치 예시의 단면도를 나타낸다.
도6b는 도6a의 에너지 저장 장치 예시의 사시도를 나타낸다.
도7은 에너지 저장 장치를 제조하는 단계의 예를 나타낸다.
이하에서 특정 실시예 및 예들이 설명되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 실시 예 및 / 또는 용도 및 명백한 변형 및 균등 물을 넘어 연장되는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 발명의 범위는 아래에 설명 된 임의의 특정 실시 예에 의해 제한되지 않는 것을 의도한다.
과제는 동일한 외부 하우징(housing)에서 둘러싸인 복수 개의 개별적인 에너지 저장 셀(cell)들을 지닌 에너지 저장 장치의 제조에서 발생할 수 있다. 예를 들면, 전해질 재료는 개별적인 셀들 사이에서 새어 나갈 수 있으며, 전기적 단락 및 장치 의 성능의 열화 또는 고장을 일으킬 수 있다. 이러한 이유 때문에, 전기적 단락을 방지하기 위해 개별적인 에너지 저장 셀들 사이에 신뢰할 수 있고 반복 가능한 밀봉을 제공하는 것이 어려울 수 있다.
더욱이, 하나 또는 그 이상의 개별적인 에너지 저장 장치 셀들의 구성요소들은 셀들의 전해질과 호환되지 않을 수 있으며, 에너지 저장 장치의 작동 동안에 하나 또는 그 이상의 구성요소들의 분해를 초래한다. 예를 들면, 에너지 저장 셀의 집전 장치(current collector)와 같은, 전도성 판은 셀의 작동 동안에 기계적 및/또는 화학적으로 불안정할 수 있다. 예를 들면, 전도성 판은, 셀의 작동 동안에, 전해질과 함께 적어도 부분적으로 화학적 상호 작용으로 인하여 화학적으로 저하될 수 있으며, 예를 들어 전해질 용매를 포함하고, 및/또는 셀 팽창과 같은, 구조적으로 변형될 수 있다. 작동 동안에 셀의 화학적 및/또는 기계적 불안정은 셀의 작동 전압을 감소시키는 것과 같이, 전기적 성능에 부정적 영향을 미칠 수 있다.
실시예들은 에너지 저장 장치의 안정적인 작동을 용이하게 하는 구성요소 및 / 또는 형상을 갖는 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 일 실시예는 적층된 형상에서 복수 개의 개별적인 울트라 캐패시터 셀들을 포함하는 에너지 저장 장치이고, 예를 들면 증가된 전압 성능을 나타내는 복수 개의 바이폴라 울트라 캐패시터 셀(bipolar ultracapacitor cells)들 이다. 각각의 개별적인 울트라 캐패시터 셀은 본질적으로 흑연 필름을 포함하거나 이루어진 전도성 판을 포함할 수 있다. 전도성 판들은 강성일 필요가 없으며, 그리고 예를 들어 포일(foil)과 같은, 탄성재로 구성될 수 있다. 전도성 판은 셀과 외부 회로 사이에서 셀에 전기적 접속을 용이하게 하는 집전 장치(current collector)가 될 수 있다. 울트라 캐패시터는 두 개의 전도성 판들, 각각 흑연 필름으로 만들어진, 및 이하에서 더 자세하게 설명될 흑연 필름들 사이의 전극 디바이더 링을 포함할 수 있다.
두 개의 흑연 필름들 각각은 전극 디바이더 링의 대향된 위치들 위의 엣지에 연결될 수 있고, 두 개의 흑연 필름 및 전극 디바이더 링은 울트라 캐패시터 셀의 다른 구성요소들 배치될 수 있는 밀봉된 인클로져를 형성한다. 흑연 필름은 구멍이 없거나 실질적으로 구멍이 없을 수 있다. 이는 이것의 두께를 통하여 전해질의 누출이 사실상 없을 수 있다. 게다가, 흑연 필름들 및 전극 디바이더 링 사이에 실(seal)을 배치하는 것은 밀봉된 울트라 캐패시터 셀을 제공할 수 있습니다.
이와 같은 실시예들은 전해질 누출, 따라서, 개별적인 울트라 캐패시터들 사이에서의 전기적 단락(electrical shorting)을 실질적으로 방지하거나 제거할 수 있다. 이와 같은 실시예들은 셀들의 작동 동안에 향상된 구조적 완전함을 입증하는 울트라 캐패시터 셀들을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 울트라 캐패시터 셀들의 스택(stack)에서의 제1 흑연 필름 및 마지막 흑연 필름의 각각은 전기적 전도성 구성요소들에 연결될 수 있고, 에너지 저장 장치 및 외부 회로 사이에의 접속을 용이하게 하기 위함이다. "캐패시터", "울트라 캐패시터" 또는 그들의 구성요소들에, "울트라 캐패시터 셀들"과 같은, 대한 어느 참조가 이해될 수 있는데, 오직 설명의 목적을 위한 것이고, 다른 에너지 저장 장치들의 환경 사이에서 용이하게 적용되거나 치환될 수 있으며, 포함하지만 베터리 또는 하이브리드 베터리-캐패시터(hybrid battery-capacitor) 장치들에 한정되지 않는다.
울트라 캐패시터 셀은, 바이폴라 울트라 캐패시터 셀과 같은, 전형적으로 제1 전극, 제2 전극 및 제1 전극 및 제2 전극 사이의 격리판을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 전극들은 외부 회로와 함께 전기적 접속이 용이하도록 집전 장치(current collector)에 연결될 수 있다. 적극들 및 격리판은 두 개의 전극들 사이의 이온 종(ionic species)들 사이의 이송을 제공하는 전해질에서 담가질 수 있다. 격리판은 전극들 사이에서 이온 종들의 이동이 허용되는 동안 두 개의 전극들 사이에서 전기적 접속을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 에너지 저장 셀은, 울트라 캐패시터 셀과 같은, 흑연 필름으로 만들어진 집전 장치를 포함할 수 있다. 도1은 일 실시예에 따른 울트라 캐패시터 셀(ultracapacitor cell; 100) 예시의 외관 측면도를 나타낸다. 비록 울트라 캐패시터 셀(100)이 설명되지만 울트라 캐패시터 셀(100)은 울트라 캐패시터 셀(100)을 보호하고 단일-셀 캐패시터(single-cell capacitor)를 형성하기 위한 용기 내에서 사용될 수 있고, 또는 용기 내에서 복수 개의 셀들과 함께, 멀티-셀 캐패시터(multi-cell capacitor)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 울트라 캐패시터 셀(100)은 제1 필름(102), 제2 필름(104) 및 제1 필름(102) 및 제2 필름(104) 사이의 전극 디바이더 링(106)을 포함할 수 있다. 필름(102, 104)들은 전기적 전도성이 있으며, 예를 들어 울트라 캐패시터 셀(100)과 외부 회로(external circuit) 사이에서 전기적 접속을 용이하게 하기 위한 집전(current collector) 구성요소들처럼 역할을 한다. 필름(102, 104)들은 본질적으로 흑연으로 구성되거나 이루어질 수 있고, 후술하는 바와 같이, 디바이더 링(divider ring; 106)로 밀봉하기 위한 이것의 기능과 관련된 흑연의 물리적 특성 및 전기 전도도 때문이다. 필름(120, 104)들은 흑연과 같은 유사한 물리적 및 전기적 특성들을 지닌 다른 재료들로 구성되거나 이루어질 수 있다.
제1 흑연 필름(first graphite film; 102)의 표면(112)는 전극 디바이더 링(electrode divider ring; 106)의 제1 엣지(first edge; 108)에 연결될 수 있다. 상기 표면(112)은 도1a의 방향에서 도시된 것처럼, 울트라 캐패시터 셀(100) 또는 하측의 내부에 마주할 수 있다. 제2 흑연 필름(second graphite film; 104)의 표면(114)은 전극 디바이더 링(106)의 제2 대향된 엣지(second opposing edge; 110)에 연결될 수 있다. 제2 대향된 엣지(110)은 제1 흑연 필름(102)에 연결된 엣지(108)의 반대인 전극 디바이더 링(106)의 부분에 있을 수 있다. 제2 흑연 필름(104)의 표면(114)은 도1a의 방향에서 도시된 것처럼, 울트라 캐패시터 셀(100) 또는 상측의 내부에 마주할 수 있다.
전극 디바이더 링(106)의 제1 엣지(108)는, 실(seal)을 형성하기 위해서, 표면(112)에 접속할 수 있다. 예를 들어, 전극 디바이더 링(106)의 제1 엣지(108)는 제1 흑연 필름(102)에 프레스(press)될 수 있고, 예를 들면, 상기 엣지(108)는 제1 흑연 필름(102)의 표면(112)으로 연장되고, 제1 흑연 필름(102)와 전극 디바이더 링(106) 사이에서 밀봉된 경계면(interface; 116)를 형성한다. 전극 디바이더 링(106)의 제2 대향된 엣지(110)는 유사하게 표면(114)에 접속할 수 있고, 실을 형성하기 위함이다. 예를 들면 전극 디바이더 링(106)의 제2 엣지(110)는 제2 흑연 필름(104)에 프레스(press)될 수 있고, 예를 들면, 상기 엣지(110)는 제2 흑연 필름(104)의 표면(114)으로 연장되고, 제2 흑연 필름(104)와 전극 디바이더 링(106) 사이에서 밀봉된 경계면(118)를 형성한다.
도1b는 도1a의 울트라 캐패시터 셀(100)의 사시도를 나타낸다. 도1b에 나타난 실시예에 따르면, 전극 디바이더 링(106), 제1 흑연 필름(102) 및 제2 흑연 필름(104)은 하나 또는 그 이상의 휘어진 엣지들을 지닐 수 있다. 예를 들어, 전극 디바이더 링(106), 제1 흑연 필름(102) 및 제2 흑연 필름(104)은원형 또는 실질적으로 원형의 모양으로 보여진다. 전극 디바이더 링(106)은 제1 흑연 필름(102) 및 제2 흑연 필름(104)에 대하여 중앙 또는 실질적으로 중앙에 위치될 수 있고, 보여지는 것처럼, 또는 실질적으로 필름들(102, 104)에 대하여 오프셋(offset)될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 흑연 필름(102) 및 제2 흑연 필름(104)은 전극 디바이더 링(106) 보다 큰 크기를 지닐 수 있으며, 적극 디바이더 링(106)은, 상기 설명된 바와 같이, 밀봉된 인클로져(sealed enclosure)를 형성하기 위하여 제1 흑연 필름(102) 및 제2 흑연 필름(104)에 실질적으로 안정되게 장착될 수 있다. 예를 들면, 제1 흑연 필름(102) 및/또는 제2 흑연 필름(104)은 전극 디바이더 링(106)의 지름보다 큰 지름을 지닐 수 있고, 전극 디바이더 링(106)은 디바이더 링(106) 및 제1 흑연 필름(120) 및 제2 흑연 필름(104) 사이에서 상기 안정된 연결과 밀봉을 용이하게 하기 위함이다. 유사하게, 필름(102) 및/또는 필름(104)은 디바이더 링(106) 보다 큰 너비 또는 둘레(perimeter)를 지닐 수 있다. 이와 같이 이러한 구성요소들 사이의 상대적인 크기 조정(relative sizing)은 전극 디바이더 링 및 흑연 필름 사이의 안정된 연결을 용이하게 하기 위해 충분한 흑연 필름 재료를 사용함으로써 울트라 캐패시터의 제조가 용이하게 이루어 지도록 형성될 수 있고, 향상된 신뢰성을 지닌 울트라 캐패시터 셀을 제공하기 위함이고, 반면에 증가된 에너지 밀도의 울트라 캐패시터 셀(100)의 제조가 용이해진다.
도1b에서 보여지는 구성요소들의 원형 또는 실질적인 원형의 단면 형상은 오직 설명의 목적을 위한 것이다. 일 실시예에서, 도1a에서 보여지는 울트라 캐패시터 셀(100)과 같은, 전극 디바이더 링, 제1 흑연 필름 및/또는 제2 흑연 필름은, 하나 또는 그 이상의 선형 또는 실질적으로 선형인 엣지들을 지닐 수 있으며, 예를 들면, 다각형 형상의 단면을 형성하기 위함이다. 예를 들면, 전극 디바이더 링, 제1 흑연 필름 및/또는 제2 흑연 필름은 삼각형 또는 실질적으로 삼각형의 단면 형상을 지닐 수 있으며, 및/또는 직사각형 또는 실질적으로 직사각형의 단면 형상, 및/또는 다른 일반적인 또는 불규칙한 선형 또는 휘어진 형상, 또는 이들의 조합을 지닐 수 있다. 이러한 구성요소들은, 추가로 기술되는 바와 같이, 서로에 대하여 동일 또는 상이한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 전극 디바이더 링(106)은 제1 흑연 필름(102) 및/또는 제2 흑연 필름(104)의 형상과 유사 또는 실질적으로 유사한 형상을 지닐 수도 또는 지니지 않을 수도 있다.
도2는 제2 흑연 필름(104) 위에 장착된 전극 디바이더 링(106)의 예시의 위 아래 평면도를 나타내고, 제2 흑연 필름(104)에 인접한 전극 디바이더 링(106) 내에 내부 볼륨(volume; 106a)을 형성하는 전극 디바이더 링(106) 및 제2 흑연 필름(104)의 개구(opening)을 지닌다. 도2에 나타나는 일 실시예에서, 전극 디바이더 링(106)은 원형 또는 실질적인 원형 형상을 지니고, 제2 흑연 필름(104)은 직사각형 또는 실질적인 직사각형의 형상을 지닌다. 설명되는 바와 같이, 상기 전극 디바이더 링(106)과 같은, 전극 디바이더 링은, 흑연 필름에 대하여 전극 디바이더 링을 프레스 함으로써 제1 흑연 필름(102) 및/또는 제2 흑연 필름(104)과 같은, 흑연 필름에 연결될 수 있고, 또는 그 반대일 수 있으며, 적어도 전극 디바이더 링의 한 부분은 흑연 필름으로 연장된다. 예를 들면, 전극 디바이더 링의 한 부분은 원하는 깊이로 흑연 필름으로 연장될 수 있으며, 완전히 흑연 필름의 두께를 관통하지 않고, 흑연 필름 및 전극 디바이더 링 사이에 밀봉된 경계면을 생성하고 흑연 필름 위에 전극 디바이더 링을 완전하게 배치시키기 위함이다. 전극 디바이더 링의 한 부분은 원하는 깊이로 흑연 필름으로 연장될 수 있으며, 완전히 흑연 필름의 두께를 관통하지 않고, 흑연 필름은 울트라 캐패시터 셀 및 외부 회로 사이에서 충분한 전기적 전도성을 유지할 수 있습니다. 일 실시예에서, 흑연 필름과 함께 전극 디바이더 링을 연결시키는 단계는 압축하여 배치시키는 단계를 포함할 수 있으며, 흑연 필름에 전극 디바이더 링을 배치시키기 위한 압축 하중의 사용과 같다. 전극 디바이더 및/또는 흑연 필름 위에 힘을 가하는 다른 적절한 방법은 또한 가능할 수 있다.
흑연 필름 및 전극 디바이더 링은 울트라 캐패시터 셀의 작동 조건들을 견딜 수 있도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 흑연 필름 및 전극 디바이더 링은 울트라 캐패시터 셀의 작동 조건들 하에서 수성 및/또는 비-수성 전해질에 대하여 화학적 및/또는 열적으로 안정적일 수 있다. 흑연 필름은, 구멍이 없거나 실질적으로 구멍이 없을 수 있는, 그리고 흑연 필름들 및 전극 디바이더 링 사이의 실은 밀봉된 울트라 캐패시터 셀을 제공할 수 있고, 다양한 작동 조건을 통해 그것은 컨텐츠(content)들이 안정적으로 동봉(enclose)될 수 있는 울트라 캐패시터 셀의 제조를 용이하게 한다. 예를 들면, 전극 디바이더에 연결된 흑연 필름으로 만들어진 울트라 캐패시터는 높은 농도의 수성 전해질과 함께 사용될 수 있으며, 황산(sulfuric acid)과 같은, 예를 들면, 약 2M의 리터(M) 당 약 0.5 몰(mole)의 농도이다. 일 실시예는 수성 전해질의 증가된 전도도 때문에 향상된 캐패시터 성능을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 전극 디바이더(electrode divider)에 연결된 흑연 필름으로 만들어진 울트라 캐패시터 셀은 비-수성 전해질과 호환될 수 있으며, 전해질 기반인 아세토니트릴(acetonitrile)과 같다. 예를 들면, 전해질은 아세토니트릴 및 염분을 포함하여 사용될 수 있으며, 테트라에틸 암모늄 테트라플루오로보레이트(tetraethyl ammonium tetrafluoroborate)를 포함하는, 사차 암모늄 양이온(quaternary ammonium cation) 및/또는 테트라플루오로보레이트 음이온(tetrafluoroborate anion)을 포함하는 염분과 같다. 일 실시예에서, 흑연 필름들은 전해질에 의한 분해에 민감한 집전 장치(current collector) 구성요소의 적어도 한 부분을 대체할 수 있다. 예를 들면, 금속 집전 장치(metallic current collector), 흑연 필름에 의하여 대체될 수 있는 알루미늄 집전 장치(aluminum current collector)와 같은 것이다. 전극 디바이더 링에 연결된 흑연 필름으로 만들어진 울트라 캐패시터 셀은 향상된 작동 전압에서 울트라 캐패시터 셀의 작동을 용이하게 할 수 있으며, 작동 전압은 3.0 볼트(Volt)와 같다.
전극 디바이더 링의 실시예들은 다양한 형상 및/또는 차원을 지닐 수 있다. 전극 디바이더 링은, 유사한 또는 다른 형상의 내부 개구와 함께, 원형 또는 실질적인 원형의 외형, 및/또는 직사각형 또는 실질적인 직사각형의 외형을 지닐 수 있다. 전극 디바이더 리의 형상 및/또는 차원은 전극 디바이더 링에 연결된 흑연 필름의 형상과 유사하거나 유사하지 않을 수 있다. 예를 들면, 전극 디바이더 링은 원형 또는 실질적인 원형의 형상을 지닐 수 있고 반면에 흑연 필름은 직사각형 또는 실질적인 직사각형의 형상을 지닐 수 있으며, 또는 그와 반대일 수도 있다. 전극 디바이더 링은 흑연 필름 및 전극 디바이더 링에 의하여 적어도 부분적으로 형성되는 인클로져 및 디바이더 링(divider ring) 내부 볼륨(도2에서 내부 볼륨(106A)와 같이) 내에 울트라 캐패시터 셀의 다른 구성요소를 수용하기 위하여 형성된 높이 및/또는 지름을 지닐 수 있다.
전극 디바이더 링은 적절한 재료들의 임의의 수를 포함할 수 있다. 전극 디바이더 링은 본질적으로 전기적 절연성 재료를 포함하거나 구성할 수 있고, 예를 들면, 전극 디바이더(electrode divider)가 내장될 수 있는 두 개의 흑연 필름 사이에서 전기적 절연(electrical insulation)을 용이하게 한다. 전극 디바이더 링은 다른 울트라 캐패시터 셀 구성요소와 호환될 수 있는 재료를 포함하거나 구성할 수 있고, 울트라 캐패시터 셀의 작동이 있는 동안 열적 및/또는 화학적으로 안정될 수 있고, 울트라 캐패시터 셀을 위하여 충분한 구조적 지원을 제공한다. 예를 들면, 전극 디바이더 링은 울트라 캐패시터 셀 전해질 용매에 불침투성(impervious) 이거나 실질적으로 불침투성 이도록 형성될 수 있으며, 예를 들면, 울트라 캐패시터 셀 작동 조건들 하에서 이다. 일 실시예에서, 전극 디바이더 링은 실질적인 고분자 재료(polymeric material)를 포함하거나 구성할 수 있고, 폴리미드(polyimide)와 같은 것이다. 일 실시예에서, 전극 디바이더 링은 실질적인 세라믹 재료(ceramic material)를 포함하거나 구성할 수 있다. 일 실시예에서, 전극 디바이더 링은 실질적인 유리(glass)를 포함하거나 구성할 수 있다
일 실시예에서, 적합한 흑연 필름은 결합제 재료(binder material)를 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 적합한 흑연 필름은 약 80 중량% 보다 많은, 약 90 중량%의 탄소 함유량(carbon content)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 적합한 흑연 필름은 약 95 중량%에 동등하거나 이보다 많은 탄소 함유량을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 흑연 필름은 실질적인 특수 등급 흑연 재료를 포함하거나 구성할 수 있고, 연장된 흑연 재료, 및/또는 백만(million) 당 약 50 파트(part) 보다 작은 불순물(impurities)을 지니는 연장된 흑연 재료로, 만들어진 흑연 포일(foil)과 같은 것이다. 예를 들면, 적합한 흑연 필름은 약 95 중량% 또는 보다 많은 흑연 재료를 포함할 수 있다. 흑연의 다른 종류 및/또는 필름의 기초인 탄소는 적합할 수 있다.
일 실시예에서, 적합한 흑연 필름 구성은 압축될 수 있으며, 예를 들면, 롤 밀(roll mill)에 의하여, 흑연 필름을 형성하기 위함이다. 일 실시예에서, 흑연 필름을 위한 구성을 포함하는 혼합물은, 예를 들면, 원하는 기계적 강도 및/또는 전기적 전도성을 가능하게 하는, 두께를 지닌 연성 필름-형 구조(flexible film-like structure)를 형성하기 위하여 혼합 및 압축될 수 있다.
일 실시예에서, 흑연 필름은 흑연 필름의 원하는 전기적 전도성이 유지되거나 실질적으로 유지되는 반면 흑연 필름의 구조적 완전성을 향상시키기 위한 결합제(binder) 재료의 양을 포함할 수 있다. 예를 들면, 흑연 필름은 약 85 중량%에서 90 중량% 범위 사이에서 탄소의 양을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 흑연 필름은 약 15 중량% 이상의 결합제 재료를 포함할 수 없다. 적절한 결합제 재료는, 그러나 이에 제한되지 않고, 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(polytetrafluoroethylene (PTFE)), 폴리 프로필렌 (polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 공중 합체(co-polymers) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
흑연 필름은 다양한 적합한 두께를 지닐 수 있다. 일 실시예에서, 흑연 필름은 약 100 마이크론(micron (㎛))에서 2000마이크론((micron (㎛))의 두께를 지닐 수 있고, 약 300 마이크론(micron (㎛))에서 약 1000마이크론(micron (㎛))을 포함하고, 약 500 마이크론(micron (㎛))을 포함한다. 일 실시예에서, 흑연 필름은40 마이크론(micron (㎛))에서 300 마이크론((micron (㎛))의 두께를 지닐 수 있고, 약 100 마이크론(micron (㎛))에서 약 200 마이크론(micron (㎛))을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 흑연 필름은 40 마이크론(micron (㎛))에서 90마이크론((micron (㎛))의 두께를 지닐 수 있고, 약 50 마이크론(micron (㎛))에서 약 80 마이크론(micron (㎛))을 포함할 수 있다. 울트라 캐패시터 셀의 흑연 필름은, 도1a의 제1 흑연 필름(102) 및 제2 흑연 필름(104)와 같은, 동일한 또는 실질적으로 동일한 두께를 지니거나 지닐 수 없다. 일 실시예에서, 제1 흑연 필름(102) 및 제2 흑연 필름(104) 중 어느 하나 또는 모두는 약 75 마이크론(micron)의 두께를 지닐 수 있다.
도3은 울트라 캐패시터 셀(100)의 단면도를 나타내고, 적어도 부분적으로, 울트라 캐패시터 셀(100)의 내부에 있는 추가적인 구성요소들을 나타낸다. 울트라 캐패시터 셀(100)은 제1 전극(130)을 포함할 수 있고, 이는 제1 전극 필름(142)을 포함하며, 제1 흑연 필름(102)의 표면(112)에 인접하다. 울트라 캐패시터 셀(100)은 제1 전극(130) 및 제2 전극(132) 사이의 제2 전극(132) 격리판(146)을 포함할 수 있고, 이는 제2 전극 필름(144)를 포함하며, 제2 흑연 필름(104)의 표면(114)에 인접하다. 울트라 캐패시터 셀(100)은 제1 전극(130) 및 제2 전극(132) 사이에 격리판(146)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 격리판(146)은 제1 전극 필름(142) 및 제2 전극 필름(144) 사이에 있을 수 있다. 격리판(146), 제1 전극 필름(142) 및 제2 전극 필름(144)은, 각각 분리되어, 또는 개별적으로, 전해질에 담가질 수 있다. 일 실시예에서, 흑연 필름들(102, 104) 및 전극 디바이더 링(106)에 의하여 형성된 인클로져는 전해질, 제1 전극 필름(142), 제2 전극 필름(144) 및 내부 볼륨(106A) (도2) 내의 격리판(146)을 둘러싸고 동봉한다.
일 실시예에서, 전극 디바이더 링(106)의 내부 볼륨(106A)은 제1 전극(130), 제2 전극(132) 및/또는 격리판(146)을 수용하도록 형성되는 형상 및/또는 차원을 지닐 수 있다. 예를 들면, 전극 디바이더 링(106)은 전극 필름들(142, 144) 및 격리판(146) 각각의 외경, 너비 또는 둘레 보다 큰 외경, 너비 또는 둘레를 지닐 수 있다. 전극 디바이더 링(106)은, 전극 필름(142, 144) 및 격리판(146) 같은, 내부 볼륨(106A) 내에 포함되는 하나 또는 그 이상의 구성요소들과 같거나, 유사하거나 또는 다른 형상을 지닐 수 있다. 예를 들면, 전극 디바이더 링(106), 전극 필름(142, 144) 및 격리판(146)은 각각 원형 또는 실질적인 원형의 형상을 지닐 수 있다.
일 실시예에서, 전극 디바이더 링(106)은 전극 필름(142, 144) 및 격리판(146)의 합산한 두께보다 큰 높이를 지닐 수 있다. 예를 들면, 두 개의 흑연 필름들(102, 104)의 표면들(112, 114) 사이에서 연장되는 전극 디바이더 링(106)의 한 부분, 각각은, 제1 전극 필름(142), 제2 전극 필름(144) 및 격리판(146)을 충분히 수용할 수 있을 만큼 큰 높이를 지닐 수 있으며, 반면에 감소된 볼륨을 지닌 울트라 캐패시터 셀(100)을 제공하기 위해 충분히 낮을 수 있다. 이와 같은 크기 조정(sizing)은 응용을 제한하는 다양한 공간에서의 울트라 캐패시터 셀(100)의 사용을 용이하게 한다. 일 실시예에서, 전극 디바이더 링의 높이는, 두 개의 흑연 필름들 사이의 전극(들) 및/또는 격리판(들)과 같은, 전극 디바이더 링의 내부 볼륨 내에 수납된 캐패시터 구성요소들(capacitor components)의 합산된 두께보다 약 5 마이크론(microns)에서 약 40 마이크론(microns) 더 클 수 있다. 비-제한적인 예로서, 도3에서 보여지는 예시의 형상을 지닌 울트라 캐패시터 셀에서, 두 개의 전극 필름들(142, 144) 각각은 약 100 마이크론(microns)의 두께를 지닐 수 있고, 격리판(146)은 약 30 마이크론(microns)의 두께를 지닐 수 있다. 이러한 예에서, 전극 디바이더 링(106)은 약 230 마이크론 보다 큰 높이를 지닐 수 있으며, 예를 들면, 약 235 마이크론에서 약 270 마이크론 사이의 범위에서, 또는, 하나의 예에서, 약 250 마이크론이다. 전극 필름들, 격리판 및/또는 전극 디바이더 링들을 위한 다른 두께 또한 가능하다.
도4는 전극 디바이더 링(106)의 예의 사시도를 나타낸다. 설명되는 디바이더 링들은 다양한 단면 엣지 프로파일(cross-sectional edge profiles)들을 지닌 엣지를 지닐 수 있으며, 디바이더 링들 및 하나 또는 그 이상의 상응하는 흑연 필름들 사이의 밀봉과 연결을 향상시키기 위함이다. 비-선형 엣지 프로파일(non-linear edge profile)은 전극 디바이더 링 및 상응하는 흑연 필름 사이의 밀봉된 경계면의 형성을 용이하게 하고, 및/또는 상응하는 흑연 필름 위에서 원하는 위치에 전극 디바이더 링의 배치를 용이하게 한다. 예를 들면, 전극 디바이더 링의 제1 엣지는 울트라 캐패시터 셀의 제1 흑연 필름으로 연장될 수 있는 함몰부를 지닐 수 있고, 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지는 밀봉된 인클로져를 형성하기 위한 울트라 캐패시터 셀의 제2 흑연 필름으로 연장될 수 있는 돌출부를 지닐 수 있다. 전극 디바이더 링 엣지의 돌출부 및/또는 함몰부는 적합한 형상의 임의의 수를 지닐 수 있다.
도4를 참조하면, 전극 디바이더 링(106)의 제1 엣지(108)는 제1 엣지 프로파일(first edge profile; 120)를 지닐 수 있고, 및/또는 제2 대향된 엣지(110)는 제2 엣지 프로파일(second edge profile; 122)를 지닐 수 있다. 여기서 보여지는 다른 디바이더 링들 사이의 엣지 프로파일(edge profile)들은 서로에 대하여 유사하거나 다를 수 있다. 도4에서 보여지는 바와 같이, 일 실시예에서, 전극 디바이더 링(106)의 대향된 엣지들(108, 110)은 다른 엣지 프로파일(120, 122)들을 지닐 수 있다. 일 실시예에서, 대향된 엣지(108, 110)의 하나 또는 모두는 실질적으로 비-평면 또는 비-선형 프로파일을 지닐 수 있으며, 디바이더 링(106) 및 흑연 필름들(102, 104) 사이의 밀봉과 연결을 향상시키기 위함이다. (도1a-3). 예를 들면, 도4를 다시 참조하여, 대향된 엣지들(108, 110)의 하나 또는 모두는 하나 또는 그 이상의 돌출부 및/또는 함몰부를 포함하는 엣지 프로파일들을 지닐 수 있다. 도4를 참조하면, 예를 들어, 전극 디바이더 링(106)은 함몰부를 포함하는 적어도 한 부분에서 제1 엣지 프로파일(120), 및 돌출부를 지니는 적어도 한 부분에서 제2 엣지 프로파일(122)를 지닐 수 있다. 도4에서 보여지는 바와 같이, 일 실시예에서, 제1 엣지 프로파일(120)은 두 개의 돌출부들 사이에서 형성된 함몰부를 포함할 수 있다. 제1 엣지 프로파일(120)의 함몰부는 평평한 프로파일 및 돌출부들을 지닐 수 있으며, 제1 엣지 프로파일(120)에서처럼, 제2 엣지 프로파일(122)에서는, 둥근 형상을 지닐 수 있다. 엣지들(108, 110)의 엣지 프로파일을 형성하는 돌출부 및/또는 함몰부들은 다양한 곡선, 선형, 규칙적인 또는 불규칙적인 형상을 지닐 수 있다. 예를 들면, 엣지 프로파일은 돌출부 또는 함몰부를 형성하는 삼각형 또는 실질적인 삼각형을 지닐 수 있다. 엣지 프로파일들은 하나 또는 그 이상의 오목 또는 볼록들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 엣지 프로파일의 돌출부 및/또는 함몰부는, 엣지의 한 부분, 엣지의 전체 길이 (예를 들어, 둘레) 또는 전극 디바이더 링의 엣지의 실질적인 전체 길이를 따라 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 엣지 프로파일의 돌출부 및/또는 함몰부는 전극 디바이더 링의 엣지의 길이를 따라 하나 또는 그 이상의 별개의 위치에 위치될 수 있고, 전극 디바이더 링의 엣지의 길이를 따라 하나 또는 그 이상의 일정한 간격에 위치되는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 엣지 프로파일의 돌출부 및/또는 함몰부는 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 위치들, 전극 디바이더 링의 엣지의 길이를 따른 일정한 간격에서 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 돌출부 및/또는 함몰부는 전극 디바이더 링의 엣지를 따른 어느 한 위치에 있을 수 있다.
도3에서 보여지는 제1 전극 필름(142) 및/또는 제2 전극 필름(144)와 같은, 전극 필름은 활물질(active material) 구성요소, 결합제(binder) 구성요소 및/또는 첨가제 구성요소를 포함할 수 있다. 활물질 구성요소는 전극을 위해 높은 표면적을 제공하기 위해 적합한 재료를 포함할 수 있다. 활물질은 다공성을 지닐 수 있으며, 제공된 예를 들면, 마이크로폴(micropore), 마이크로폴 및/또는 마이크로폴들의 분배를 통하여, 전력 밀도(power density) 및/또는 에너지 밀도 성능과 같은,원하는 울트라 캐패시터 성능을 위해 최적화된다. 활물질은 탄소 재료를 포함할 수 있고, 예를 들면 다공성의 탄소 재료이다. 일 실시예에서, 활물질은 활성화된 탄소의 입자 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전극 필름은 실질적으로 그라핀(graphene), 활성탄(activated carbon) 및/또는 산화 재료(oxide material)를, 용량성 적성(capacitive properties)을 지니고 있는 산화 재료와 같은, 포함하거나 구성할 수 있다. 일 실시예예서, 울트라 캐패시터 셀의 전극 필름들은 유사하거나 비유사한 구성을 지닐 수 있다.
결합제 구성요소는 전극을 위한 구조적 지지를 제공할 수 있다. 예를 들면, 결합제 구성요소는 하나 또는 그 이상의 폴리머(polymer)를 포함할 수 있고, 상기 폴리머들은 전극의 활물질 구성요소를 위한 폴리머 매트릭스(polymeric matrix) 지지 구조를 제공한다. 일 실시예어서, 결합제 구성요소는 불소 중합체(fluoropolymer) (예를 들면, 폴리테트라플루로에틸린(polytetrafluoroethylene, PTFE)), 폴리 프로필렌(polypropylene), 폴리 에틸렌(polyethylene), 공중 합체(co-polymers), 및/또는 폴리머 혼합(polymer blends)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 전극 필름은 전도성 첨가제 구성요소(conductive additive component)를 포함할 수 있다. 전도성 첨가제 구성요소는 전극 필름의 전기 전도도(electrical conductivity)를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 전도성 첨가제 구성요소는 전도성 탄소(conductive carbon) 입자들 및/또는 탄소 섬유를, 흑연 및/또는 그라핀 등을 포함할 수 있는, 포함할 수 있다. 다른 활물질 구성요소들, 결합제 구성요소 및/또는 첨가제 구성요소들 또한 적합할 수 있다.
전극 필름은 원하는 울트라 캐패시터 성능을 위해 최적화된 구성 및/또는 두께와 같은 차원을 지닐 수 있으며, 예를 들면 원하는 울트라 캐패시터 전력 밀도 및/또는 에너지 밀도 성능을 제공하기 위한 원하는 울트라 캐패시터 캐패시턴스(capacitance) 및/또는 저항이다. 일 실시예에서, 전극 필름은 약 80 마이크론 약 150 마이크론을 포함하는, 약 50마이크론에서 약 200마이크론의 두께를 지닐 수 있다. 예를 들면, 전극 필름은 약 100 마이크론의 두께를 지닐 수 있다. 일 실시예에서, 전극 필름은, 약 60 중량%에서 약 90 중량%를 포함하는, 용량 특성을 지니는 산화물 및/또는 활성탄(activated carbon)와 같은, 약 50 중량%에서 약 99 중량%의 활물질 구성요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전극 필름은 약 1 중량%에서 약 50 중량%의 결합제 구성요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전극 필름은 약 30 중량%까지 첨가제 구성요소를 포함할 수 있고, 예를 들면 전극의 전기 전도도를 향상시키기 위한 전도성 첨가제 구성요소를 포함할 수 있다.
격리판은 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이온종의 이동을 허용하도록 형성될 수 있으며, 반면 제1 전극 및 제2 전극 사이의 전기적 단락을 방지할 수 있다. 격리판은 전기적 절연성 다공성 재료(electrically insulating porous material)을 실질적으로 포함하거나 구성할 수 있다. 일 실시예에서, 격리판은 폴리머 재료(polymeric material), 유리 재료, 세라믹 재료, 짠 것(woven) 및/또는 부직포(nonwoven) 천연 섬유와 같은 천연 섬유 재료, 이들의 조합 및/또는 이와 같은 것 일수 있다. 일 실시예에서, 격리판은 실질적으로 종이를 포함하거나 구성할 수 있다. 격리판은 격리판을 건너서(across) 이온종의 이동을 용이하게 하기 위한 두께를 지닐 수 있으며, 두 개의 전극 사이의 원하는 전기적 격리판을 제공한다. 일 실시예에서, 격리판은, 약 30마이크론에서 약 80 마이크론을 포함하는, 약 20 마이크론(㎛)에서 약 100 마이크론의 두께를 지닐 수 있다. 예를 들면, 격리판은 약 50 마이크론의 두께를 지닐 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 셀을 제조하기 위한 단계의 예를 나타낸다. 블록(block; 202)에서, 예를 들면, 도 1a-3에서 나타난 것처럼 전극 디바이더 링(106), 제 1 흑연 필름(102), 제 2 흑연 필름(104)와 같은 전극 디바이더 링, 제 1 흑연 필름 및 제 2 흑연 필름이 제공될 수 있다. 블록(block; 204)에서, 전극 디바이더 링의 제 1 엣지는 제 1 흑연 필름의 표면에 프레스 될 수 있다. 블록(block; 206)에서, 전극 디바이더 링의 제 2 대향된 엣지는 제 1 흑연 필름과 함께 밀봉된 인클로져를 형성하기 위하여 제 2 흑연 필름의 표면에 프레스 될 수 있다. 예를 들어, 밀봉된 인클로져는 전극 디바이더 링의 엣지가 프레스 된 제 1 흑연 필름 및 제 2 흑연 필름의 표면에 대향된 표면을 포함할 수 있다. 압력(pressure)이 전극 디바이더 링을 흑연 필름에 연결하기 위하여 흑연 필름 및 전극 디바이더 링의 하나 또는 모두에 적용될 수 있다. 여기서 진술된 것처럼, 상당한 양의 압력이 전극 디바이더 링 및/또는 제 1 흑연 필름에 적용 될 수 있고 전극 디바이더 링은 전극 디바이더 링을 흑연 필름 위에 안전하게 배치하고, 흑연 필름을 관통하지 않고, 전극 디바이더 링과 흑연 필름 사이에 밀봉된 인터페이스(interface)를 창출하는 것을 용이하게 하기 위하여 흑연필름에 원하는 깊이로 배치된다.
일 실시예에서, 전극은 흑연 필름과 전극 디바이더 링이 결합되기 이전에 흑연 필름에 부착될 수 있다. 예를 들어, 전극 필름은 흑연 필름이 전극 디바이더 링과 전극 필름이 전극 디바이더 링의 개구 내부를 향하는 흑연 필름의 표면에 적용되는 전극 필름에 결합되기 이전에 흑연 필름의 표면에 적용될 수 있다(applied to). 일 실시예에서, 제 1 전극 필름 및/또는 제 2 전극 필름은 라미네이션(lamination) 단계, 예를 들어 지속적인(지속적인) 롤 투 롤(roll-to-roll) 단계를 이용함으로써 흑연 필름을 전극 디바이더 링에 결합하기 전에 각각의 흑연 필름의 표면 위에 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 전극 필름이 적용되어 있는 제 1 흑연 필름 및/또는 제 2 흑연 필름의 표면은 전극 필름을 전극 필름과 각각의 흑연 필름 사이의 접착력을 촉진하기 이해 적용 되기 이전에 접착성(adhesive) 있는 필름으로 입혀질 수 있다(coated with). 접착성 있는 필름은 전도성 있는 접착 재료(adhesive material)를 포함한, 예를 들어 접착성 있는 재료 및/또는 전도성 있는 열가소성 접착 재료로 채워진 전도성 탄소와 같은, 다수의 적합한 접착 재료를 포함한다. 접착 재료는 다양한 형상 안에서 적용 될 수도 있으며, 이는 다양한 형상을 가진 전극 필름의 접착성을 촉진한다. 예를 들어, 접착성 있는 필름은 원형의 형상을 가진 전극 필름의 접착성을 촉진하는 원형의 형상을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 접착성 있는 필름이 입혀진 부분의 외부에 적용된 전극 필름의 부분의 위치들은 흑연 필름 위에 접착성 있는 필름의 향상을 가진 전극 필름을 남기며 제조 단계 동안에 제거 될 수 있다.
울트라 캐퍼시티 셀을 조립하기 위한 과정의 예는 제 1 전극 필름을 제 1 흑연 포일의 표면에 적용하고, 제 2 전극필름을 제 2 흑연 포일 표면에 적용하는 것을 포함한다. 전극 디바이더 링은 제 1 흑연 포일과 전극 디바이더 링 사이에 밀봉된 경계면을 형성하기 위해 제 1 흑연 포일의 표면 위에 프레스(press) 될 수 있다. 예를 들어, 전극 디바이더 링의 개구를 따라 있는 한 개 또는 그 이상의 엣지 부분은 제 1 흑연 필름의 표면에 프레스 되며 전극 디바이더 링과 제 1 흑연 필름 사이에 밀봉된 경계면을 형성한다. 전극 디바이더 링은 전극 디바이더 링의 개구가 제 1 전극 필름을 둘러싼 것과 같은 제 1 흑연 포일에 비례하여(relative to) 배치될 수 있다. 격리판은 제 1 전극 필름 위에 전극 디바이더 링 개구 내에 배치될 수 있다. 격리판은 전극 사이에서 격리판을 이상적인 이온(ionic) 허용하는 동안 울트라 캐패시터들의 사이에서 충분한 전기적 분리를 가능하게 하기 위하여 형상 및/또는 차원(예; 두께)을 가질 수 있다. 그 후, 부착된 제 2 흑연 필름을 가진 제 2 흑연 필름은 밀봉된 인클로져를 형성하기 위하여 전극 디바이더 링에 연결 될 수 있으며, 제 2 흑연 필름을 전극 디바이더 링 위에 프레스 하거나 또는 그 반대로 하는 것, 전극 디바이더 링 개구가 제2 전극 필름을 둘러싸고 있는 것과 같은 것을 예로 들 수 있다.
일 실시예에서, 격리판은 전극 디바이더 링의 개구에 삽입되기 전에 전극을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전극 필름 및/또는 제 2 전극 필름은 제 1 전극 필름 및/또는 제 2 전극 필름에 부착되어 있는 전극 디바이더 링을 각각의 흑연 필름에 연결하기 전에 전극에 주입될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전극 필름 및/또는 제 2 전극 필름은 각각의 흑연 필름에 부착된 후나 각각의 흑연 필름이 전극 디바이더 링에 연결되기 전에 전극에 주입될 수도 있다. 여기서 설명된 대로, 적합한 전극은 수분을 함유할 수도, 수분을 함유하지 않을 수도 있다.
울트라 캐패시터 셀(100)과 같은 울트라 캐패시터 셀은, 실시 단계(200)에 따라 제조된 도 1 에서 보여지는 것처럼, 울트라 캐패시터 셀의 작동 조건 하에서 확실하게 밀봉될 수 있으며, 수분을 함유하거나 또는 수분을 함유하지 않은 전극과 호환될 수 있는 울트라 캐패시터 셀을 제공한다. 예를 들어, 울트라 캐패시터 셀은 높은 질량의 수분을 함유한 전극과 함께 사용 될 수도 있다. 예를 들어, 울트라 캐패시터 셀은 보통 질량의 수분을 포함하지 않은 전극을 포함한 수분을 포함하지 않은 전극과 함께 사용될 수도 있다. 울트라 캐패시터 셀은 향상된 성능을 제공할 수 있으며, 예를 들어, 증가된 울트라 캐패시터 작동 전압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시 단계(200)을 사용하여 제조된 수분을 함유하지 않은 전극을 가지고 있는 울트라 캐패시터 셀은 증가된 작동 전압에서 작동될 수 있도록 설정될 수 있다. 실시 단계 (200)는 3 볼트(V)의 작동 전압에서와 같은 증가된 작동 전압에서 작동되기 위하여 설정된 확실하게 제조된 울트라 캐패시터 셀을 위하여 측정할 수 있는(scalable) 단계를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 저장 장치는 복수 개의 개별적인 저장 셀(cell)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 울트라 캐패시터는 복수 개의 울트라 캐패시터 셀을 포함할 수 있다. 도 6A를 참조하여, 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치(300)는 적층된 형상에서 다섯 개의 개별적인 울트라 캐패시터 셀을 포함할 수 있다. 예를 들면, 개별적인 울트라 캐패시터 셀은 전기적 시리즈(series)에 접속 될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 저장 장치(300)는 제 2 울트라 캐패시터 셀(340)에 인접한 제 1 울트라 캐패시터 셀(320), 제 2 울트라 캐패시터 셀(340)에 인접한 제 3 울트라 캐패시터 셀(360), 제 3 울트라 캐패시터 셀(360)에 인접한 제 4 울트라 캐패시터 셀 (380)과 제 4 울트라 캐패시터 셀(380)에 인접한 제 5 울트라 캐패시터 셀(400)을 포함한다. 셀(320, 340, 360, 380, 400)은 셀(100)과 유사하다 (도 1a-4). 일 실시예에서, 각각의 울트라 캐패시터 셀은 흑연 필름(322, 342,362, 382, 402)과 같은 제 1 흑연 필름, 흑연 필름(324,344, 364,384,404)와 같은 제 2 흑연 필름, 각각의 제 1 흑연 필름과 제 2 흑연 필름 사이에 전극 디바이더 링(326,346,366,386, 406)과 같은 전극 디바이더 링을 포함한다. 인접해 있는 흑연 필름은 서로 전기적 접속 될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 울트라 캐패시터 셀(320)의 제 2 흑연 필름은 제 2 울트라 캐패시터 셀(340)의 제 1 흑연 필름(342)와 전기적 접속 등이 될 수도 있다. 일 실시예에서, 에너지 저장 장치(300)의 울트라 캐패시터 스택(stack) 안에 인접한 울트라 캐패시터 셀에 상응하는(corresponding to) 인접한 흑연 필름은 인접한 울트라 캐패시터들 사이의 전기적 결합을 용이하게 하기 위하여 서로와 접속 될 수 있다. 예를 들어, 울트라 캐패시터 셀의 스택에서 인접한 울트라 캐패시터 셀에 상응하는 인접한 흑연 필름은 직접 접속될 수 있다(예를 들어, 서로 직접 연결된 노출된(bare) 흑연 필름). 일 실시예에서, 울트라 캐패시터 셀의 스택에서 인접한 울트라 캐패시터 셀에 상응하는 인접한 흑연 필름은 접착성을 이용하여 서로 결합될 수 있으며 예를 들어, 전기적으로 전도성 있는 접착성 또는 다른 사이에 있는 전도성 있는 구성요소를 이용하는 것을 포함한다. 개별적인 울트라 캐패시터 셀은 유사한 또는 실질적으로 유사한 형상을 가질 수도, 가지지 않을 수도 있다.
일 실시예에서, 도 6a에서 보여지는 한 개 또는 그 이상의 인접한 흑연 필름은, 흑연 필름들(324 및 342, 344및 362, 364및 382 및/또는 384 및 402)과 같은, 한 개의 지속적인 또는 실질적으로 지속적인 흑연 필름이 될 수 있다. 예를 들어, 도 6a의 인접한 흑연 필름(324, 342)는 두 개의 별개의 흑연 필름이 되는 대신 하나의 지속적인 또는 실질적으로 지속적인 한 흑연 필름이 될 수 있다. 일 실시예에서, 전극은 흑연 필름의 각각 두 개의 대항하는 표면에 부착될 수 있고 흑연 필름은 두 개의 인접한 에너지 저장 셀을 위한 집전 장치(current collector)의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제 1 에너지 저장 셀의 제 2 전극 필름은 흑연 필름의 제 2 대항하는 표면에 적용될 수 있고 흑연 필름은 제 1 에너지 저장 셀과 제 2 에너지 저장 셀 모두를 위한 집전 장치(current collector)의 역할을 할 수 있다.
일 실시예에서, 에너지 저장 장치(300)은 에너지 저장 장치(300)과 외부 회로 사이에 전기적 접속을 용이하게 하기 위해 울트라 캐패시터 스택 각각의 끝에 각각 두 개의 흑연 필름에 연결된 전기적으로 전도성 있는 구성요소를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 전기적 전도성 구성요소(420)는 제 1 울트라 캐패시터 셀(320)의 제 1 흑연 필름(322)에 연결될 수 있고 제 2 전기적 전도성 (422)는 제 5 울트라 캐패시터(400)의 제 2 흑연 필름(404)에 연결 될 수도 있다. 전기적 전도성 구성요소(420, 422)는 금속 재료를 포함한 다수의 전기적 전도성 재료로 본질적으로(essentially) 구성될 수 있다. 예를 들어, 전기적 전도성 구성요소(420, 422) 한 개 또는 모두 알루미늄 포일과 같은 알루미늄 재료로 만들어진 필름일 수 있다. 일 실시예에서, 전기적 전도성 구성요소 (420, 422) 한 개 또는 모두 구리, 니켈, 플라티늄, 은, 합금 및/또는 그것과 비슷한 재료들의 다른 형태를 포함한 필름이 될 수 있다. 전기적 전도성 포일은 라미네이션(lamination) 단계와 같은 가열된 프레스 단계를 통해 각각의 흑연 필름 위에 부착될 수도 있다. 일 실시예에서, 전극 디바이더 링에 연결되니 흑연 필름의 적어도 내부에 만들어진 한 개의 또는 그 이상의 개별적인 에너지 저장 셀을 가지고 있는 도 6a에서 보여진 에너지 저장 장치와 같은 에너지 저장 장치는 울트라 캐패시터 셀의 작동 조건 아래서 확실히 밀봉되는 향상된 능력을 나타낼 수도 있으며 이는 개별적인 에너지 저장 셀 사이에 전기적 단락(electrical shorting)을 감소할 수 있다. 일 실시예에서, 도 6a에서 보여진 에너지 저장 장치의 에너지 저장 셀과 같은 에너지 저장 셀 당 3 볼트(V)의 작동 전압에서와 같은 증가된 작동 전압에서 작동이 용이하게 할 수도 있다. 예를 들어, 다섯 개의 개별적인 울트라 캐패시터 셀이 전기적 시리즈(electrical series)에서 서로 연결될 수 있는 도 6a에서 보여지는 것처럼 다섯 개의 울트라 캐패시터 셀을 가지고 있는 에너지 저장 장치는 전도성 구성요소(420, 422)사이에서 전체 전압과 같은 15 볼트(V)의 총 전압을 제공할 수 있다.
도 6b는 도 6a에서 보여진 에너지 저장 장치(300)의 사시도를 나타낸다. 도 6b는 울트라 캐페시터 셀(320,340,360,380 및 400) 각각을 나타내며 전극 디바이더 링, 원형 또는 실질적 원형 형상의 흑연 필름을 가지고 있다. 예를 들어, 울트라 캐패시터 (320,340, 360, 380 및 400) 각각 다른 것과 유사한 형상을 가질 수 있으며 동일한 또는 유사한 형상을 가진 다섯 개의 울트라 캐패시터 셀의 스택을 가진 에너지 저장 장치(300)을 형성한다. 여기에 기술된 바와 같이, 장치(300)의 인접한 흑연 필름의 하나 또는 그 이상의 세트는 두 개의 별개의 흑연 필름 대신 하나의 지속적인 또는 실질적으로 지속적인 흑연 필름으로 만들어 질 수 있다. 장치(300)은 울트라 캐패시터 셀의 다른 양, 에너지 저장 셀의 다른 형태 (예, 개별적인 배터리 셀 및/또는 베터리 캐패시터 하이브리드 셀, 그리고 나타난 대략적인 원형 형태와 다른 개별적인 에너지 저장 셀을 포함한다.
도 6b를 참조하여, 에너지 저장 장치(300) 울트라 캐패시터의 적층(stack)의 제 1 단부는 제 1 전기적 전도성 구성요소(420)에 연결될 수 있고 울트라 캐패시터 셀의 적층(stack) 제 2 단부는 제 2 전기적 전도 구성요소(422)에 연결 될 수 있다. 제 1 울트라 캐패시터(320)의 흑연 필름은 제 1 전기적 전도성 구성요소(420)에 연결되는 것처럼 나타나며 제 5 울트라 패캐시터 셀(400)의 흑연 필름은 제 2 전기적 전도성 구성요소(422)에 연결되는 것처럼 나타나고, 제 1 전기적 전도성 구성요소(420) 및 제 2 전기적 전도성 구성요소(422) 각각 연결된 상응하는 흑연 필름과 유사한 형태와 사이즈를 가진다. 예를 들어, 제 1 전기적 전도성 구성요소(420)과 제 2 전기적 전도성 구성요소(422)는 원형 또는 실질적으로 원형 형태를 가지며, 이들이 연결된 상응하는 흑연 필름의 지름과 같은 또는 유사한 지름을 가진다.
일 실시예에서, 전기적 전도성 구성요소는 흑연 필름에 연결된 사이즈 및/또는 형상과는 다른 사이즈 및/또는 형태를 가진다. 예를 들어, 전기적 전도성 구성요소는 연결된 흑연 필름보다 사이즈에 있어서 훨씬 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 전기적 전도성 구성요소는 하나 또는 그 이상의 선형 또는 실질적인 선형의 엣지를 가지는 반면 상응하는 흑연 필름은 원형의 또는 실질적 원형 형태를 가지며, 또는 그 반대일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 에너지 저장 장치(300)는 다섯 개의 개별적인 울트라 캐패시터 셀(예, 쌍극(bioporlar))을 가지며 개별적인 울트라 캐패시터 셀은 6.7 패럿(Farads (F))와 2.7 볼트(V) 작동 전압의 캐패시턴스(capacitance)을 제공하기 위한 형상을 지닌 (예, 울트라 캐패시터 및/또는 구성)을 가진다. 예를 들어, 에너지 저장 장치(300)은 1.3 패럿의 장치 캐패시턴스 및 13.5 볼트의 장치 작동전압, 또는 0.03 와트 시간(Watt-hour(W-h))의 에너지 성능을 제공하기 위한 전기적 시리즈(series)에 연결된 다섯 개의 개별적인 울트라 캐패시터 셀을 포함한다. 일 실시예에서, 개별적 울트라 캐패시터 셀의 작동 전압은 3.0 볼트를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 울트라 캐패시터 셀은 제 1 흑연 필름과 제 2 흑연 필름을 가지며 각각 100 마이크론의 두께를 가지고, 격리판은 50 마이크론의 두께를 가진다. 제 1 전극 필름과 제 2 전극 필름은 원형의, 실질적 원형 형태를 가질 수도 있으며, 각각의 전극 필름은 약 50 미리미터(mm)의 지름을 가진다. 각각의 개별적 울트라 캐패시터 셀은 아세토니트릴(acetonitrile)를 포함하는 전해질 용매와 약 1 몰(molar(M))의 전해질 염분 집약도(electrolyte salt concentration)에서 테트라플루오로보레이트 음이온(tetrafluoroborate anion)을 포함하는 염분을 가질 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치는 직렬로 연결된 적층된 형상에서 200개의 개별적 울트라 캐패시터 셀을 포함하며, 각각 6.7 패럿(F)의 캐패시턴스 및 약 2.7 볼트(V)의 작동 전압을 제공하기 위한 형상(예, 울트라 캐패서터 구성요소 차원 및/또는 구성)을 가진다. 예를 들어, 실시 예에 따른 에너지 저장 장치는 약 540 볼트의 장치 작동 전압, 약 0.034 패럿의 캐패시턴스 값, 또는 약 2.8 와트-시간의 에너지 성능을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 개별적 울트라 캐패시터 셀의 작동 전압은 약 3.0 볼트이다.
도 7은 적층된 형상에서 복수개의 울트라 캐패시터 셀을 포함한 에너지 저장 장치를 제조하기 위한 단계의 예를 나타낸다. 블록(block; 502)에서, 복수 개의 울트라 캐패시터 셀이 형성된다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상 복수개의 울트라 캐패시터 셀은 여기서 진술된 것처럼 하나 또는 그 이상의 단계에 따라 형성될 수 있다. 블록(block; 504)에서, 복수개의 울트라 캐패시터 셀은 복수개의 울트라 캐패시터 셀을 포함한 스택(stack)을 형성하기 위하여 다른 것 위에 놓여질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 울트라 캐패시터 셀은 적층된 형상을 가진 에너지 저장 장치의 형성을 용이하게 하기 위하여 다른 것 위에 나란히 놓이며 또는 하나가 놓여질 수 있으며 쌓일 수 있다(aligned and stacked one). 인접한 울트라 캐패시터 셀은 다른 것 위에 놓여질 수 있으며 서로 전기적 접속을 할 수 있고 두 개의 인접한 울트라 캐패시터 셀은 전기적 시리즈(series)로 나란히 놓이거나 연결 될 수 있다. 일 실시예에서, 여기서 진술된 대로, 적층된 형상을 가진 에너지 저장 장치 안의 두 개의 인접한 에너지 저장 셀은 두 개의 개별적인 인접한 흑연 필름을 가지는 대신 하나의 지속적인 또는 실질적으로 지속적인 흑연 필름을 공유한다. 예를 들어, 제 1의 인접한 에너지 저장 셀의 제 1 전극 디바이더 링은 공유된 흑연 필름의 제 1 표면에 연결 될 수 있고 제 2의 인접한 에너지 저장 셀의 제 2 전극 디바이더 링은 제 1 에너지 저장 셀 및 제 2 에너지 저장 셀 각각의 밀봉된 인클로져(enclosure)의 제조를 용이하게 하기 위하여 공유된 흑연 필름의 제 2 대항된 표면에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 인접한 에너지 저장 셀의 나머지는 여기에 진술된 하나 또는 그 이상의 단계를 이용하여 제조될 수 있다. 블록(block; 506)에서, 제 1 전기적 전도성 구성요소는 복수 개의 적층된 울트라 캐패시터 셀 안에서 제 1 울트라 캐패시터 셀의 제 1 흑연 필름처럼, 울트라 캐패시터 셀의 흑연 필름에 부착될 수 있다. 블록(block; 508)에서, 제 2 전기적 전도성 구성요소는 복수 개의 적층된 울트라 캐패시터 셀 안에서 마지막 울트라 캐패시터 셀의 제 2 흑연 필름처럼, 울트라 캐패시터 셀의 흑연 필름에 부착될 수 있다. 제 1 및 제 2 전기적 전도성 구성요소는 여기서 나타난 하나 또는 그 이상의 단계에 따라 상응하는 울트라 캐패시터 셀의 각각에 부착될 수 있다.
본 발명이 특정한 실시 예들과 예들의 문맥에서 개시되었지만, 본 발명은 다른 대안적인 실시 예 및 / 또는 본 발명의 용도 및 명백한 변형 및 균등 물에 특별히 개시된 실시 넘어 연장 당업자에 의해 이해 될 것이다. 본 발명의 실시 예들의 여러 가지 변형이 도시되고 상세히 설명되었지만 또한, 본 발명의 범위 내에 있는 다른 변형은, 본 명세서에 기초하여 당업자에게 명백 할 것이다. 또한 다양한 조합 또는 특정 특징 및 실시 예들의 양상들의 서브 조합이 이루어질 수 있음을 고려되고, 여전히 본 발명의 범위 내에 포함된다. 이는 개시된 실시 예들의 다양한 특징 및 측면과 함께, 또는 개시된 본 발명의 실시 예들의 다양한 형태를 형성하기 위해 서로에 대해 치환 될 수 있음을 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 발명의 범위는 상술 한 특정 실시 예에 의해 제한되지 않는 것을 의도한다.
여기에 제공된 제목은 편의를 위한 것이고, 반드시 여기에 개시된 장치 및 방법의 범위 나 의미에 영향을 주지 않는다.
100 : 울트라 캐패시터 셀
102 : 제1 흑연 필름
104 : 제2 흑연 필름
106 : 전극 디바이더 링
108 : 제1 엣지
110 : 제2 대향된 엣지

Claims (24)

  1. 제1 흑연 필름;
    제2 흑연 필름; 및
    상기 제1 흑연 필름 및 상기 제2 흑연 필름 사이에 배치된 전극 디바이더 링
    을 포함하고,
    상기 제1 흑연 필름, 상기 제2 흑연 필름 및 상기 전극 디바이더 링은 밀봉된 인클로져를 형성하며,
    상기 전극 디바이더 링의 제1 엣지의 적어도 일 부분은 상기 제1 흑연 필름으로 연장되고, 상기 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지의 적어도 일 부분은 상기 제2 흑연 필름으로 연장되는,
    에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 디바이더 링의 제1 엣지의 적어도 한 부분은 상기 제1 흑연 필름으로 연장되고, 상기 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지의 적어도 한 부분은 상기 제2 흑연 필름으로 연장되는, 에너지 저장 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 엣지 및 상기 제2 대향된 엣지 중 적어도 하나는 돌출부 및 함몰부 중 적어도 하나를 포함하는, 에너지 저장 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부 및 함몰부 중 적어도 하나는 전극 디바이더 링 엣지의 전체 길이를 따라 연장되는, 에너지 저장 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 디바이더 링을 향하는 상기 제1 흑연 필름의 표면에 있는 제1 전극 필름 및 상기 전극 디바이더 링을 향하는 상기 제2 흑연 필름의 표면에 있는 제2 전극 필름을 더 포함하는, 에너지 저장 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극 필름 및 상기 제2 전극 필름 사이의 격리판을 더 포함하는, 에너지 저장 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극 필름 및 상기 제2 전극 필름 중 적어도 하나는 활성탄 재료, 그라핀 재료 및 산화물 재료 중 적어도 하나를 더 포함하는, 에너지 저장 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    수성 전해질을 더 포함하는, 에너지 저장 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    비-수성 전해질을 더 포함하는, 에너지 저장 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 울트라 캐패시터를 포함하는, 에너지 저장 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 베터리를 포함하는, 에너지 저장 장치.
  12. 적층된 형상으로 하나 위에 그 다음이 위치된 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들을 포함하고,
    상기 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들 중 적어도 하나는,
    제1 흑연 필름;
    제2 흑연 필름; 및
    상기 제1 흑연 필름 및 상기 제2 흑연 필름 사이에 배치된 전극 디바이더 링을 포함하고,
    상기 제1 흑연 필름, 상기 제2 흑연 필름 및 상기 전극 디바이더 링은 밀봉된 인클로져를 형성하고,
    상기 전극 디바이더 링의 제1 엣지의 적어도 일 부분은 상기 제1 흑연 필름으로 연장되고, 상기 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지의 적어도 일 부분은 상기 제2 흑연 필름으로 연장되는,
    에너지 저장 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들의 상기 적어도 하나의 상기 제2 흑연 필름은 인접한 개별적인 에너지 저장 장치의 제1 흑연 필름에 인접하고, 상기 인접한 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름은 전기적 시리즈에서 상기 인접한 개별적인 에너지 저장 장치들을 연결하기 위해 전기적으로 연결되는, 에너지 저장 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 인접한 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름은 서로 직접 접속되는, 에너지 저장 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    제1 개별적인 에너지 저장 장치의 제1 흑연 필름에서 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들의 스택의 상단에 연결되는 제1 전기적 전도성 구성요소 및
    마지막 개별적인 에너지 저장 장치의 제2 흑연 필름에서 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들의 스택의 하단에 연결되는 제2 전기적 전도성 구성요소를 더 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들의 중 적어도 하나는 울트라 캐패시터를 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 개별적인 에너지 저장 장치들의 중 적어도 하나는 베터리를 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  18. 전극 디바이더 링, 제1 흑연 필름 및 제2 흑연 필름을 제공하는 단계;
    상기 전극 디바이더 링의 제1 엣지를 프레스하여 상기 제1 엣지가 상기 제1 흑연 필름의 표면으로 연장되는 단계; 및
    상기 전극 디바이더 링의 제2 대향된 엣지를 프레스하여 밀봉된 인클로져를 형성하도록 제2 엣지가 상기 제2 흑연 필름의 표면으로 연장되는 단계;
    를 포함하고,
    상기 밀봉된 인클로져는 대향되는 면들로서 상기 제1 흑연 필름의 상기 표면 및 상기 제2 흑연 필름의 상기 표면을 지니는, 에너지 저장 장치를 제조하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 흑연 필름의 상기 표면 위에 제1 전극 필름을 부착하는 단계 및 상기 제2 흑연 필름의 상기 표면 위에 제2 전극 필름을 부착하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 밀봉된 인클로져를 형성하기 위하여 상기 제2 흑연 필름의 상기 표면에 상기 전극 디바이더 링의 상기 제2 대향된 엣지를 프레스하는 단계 이전에 상기 제1 전극 필름 및 상기 제2 전극 필름을 주입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 전극 디바이더 링 사이에서 상기 제1 전극 필름 위에 격리판을 배치시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 전극 필름 위에 상기 격리판을 배치시키기 이전에 전해질과 함께 상기 격리판을 주입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 울트라 캐패시터를 포함하는, 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 베터리를 포함하는, 방법.
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