KR20000070032A - 이중 전기층을 갖는 캐패시터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 전극이 탄소 재료로 제조되고 다른 전극이 납 이산화물을 함유한 재료로 제조되는 이중 전기층 캐패시터에 관한 것이다.

상기 캐패시터는 특정 특성이 개선되고 제조 비용이 낮아진다.

Description

이중 전기층을 갖는 캐패시터 {CAPACITOR WITH DUAL ELECTRIC LAYER}

현재 종래 기술로 공지된 것에는 고표면적을 가지는 다양한 재료로 제조된 액체 전해질과 전극을 갖는 이중 전기층 캐패시터이다(예를 들면, 미국 특허 제4,313,084호(1982), 미국 특허 제4,713,734호(1987), 및 독일 특허 제3,210420호(1983)). 양호한 결과는 전극 재료로서 여러가지 활성화된 탄소를 사용할때 얻어진다. 이런 캐패시터의 특정 캐패시턴스는 2 F/cu.cm를 초과하는 반면, 비 양성자성(aprotic) 전해질의 사용이 캐패시터 동작 전압을 2-3까지 증가시킬 수 있다(미국 특허 제4,697,224호(1987), Nat. Tech. Report, 180, 26, #2, 220-230쪽).

기술적 사상과 얻을 수 있는 효과에 대하여 가장 근접하는 제안된 발명은 2개의 전극(예를 들면, 탄소 섬유질 재료로 제조된 분극화 (네거티브) 전극과 니켈 산화물로 제조된 비분극화 전극)과 액체 전해질(예를 들면, 3 내지 7 mol/lit의 농도를 갖는 수성 알칼리 금속 수소화물)을 포함하는 DEL 캐패시터이다. 상기 캐패시터의 최대 전압은 1.4V이고, 특정 캐패시턴스와 특정 에너지는 각각 46 F/cu.cm과 45 J/cu.cm이다(1997. 2.27에 제출된 WO 97/07518 참조).

본 발명은 전기 공학에 관한 것으로서, 특히 고파워 특성을 가지고 고속으로 파워를 저장하고 출력할 수 있는 이중 전기층(DEL : dual electric layer) 캐패시터에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예를 설명하는 도면이다.

DEL 캐패시터의 개선을 목표로 하는 다수의 기술적 해결책이 있음에도 불구하고, 이들의 특정 특성을 얼마나 증진시킬 수 있는가 하는 문제가 여전히 긴급한 문제로 남아 있다. 그러므로, 특히 여기에 공지된 캐패시터에 의해 얻을 수 있는 특정 캐패시턴스와 특정 에너지의 값 뿐만 아니라 전기적으로 구동되는 운송 설비에 이들을 사용할때의 비용 한계 등이 문제가 된다.

따라서 본 발명의 목적은 DEL 캐패시터의 최고 에너지 밀도와 최저 비용을 얻는 것이다.

상기 목적은 분극화 캐패시터 전극이 탄소 재료로 제조되고 비분극화 전극이 활성 성분으로서 납 이산화물을 사용한 재료로 제조됨으로써 달성된다.

이런 전극의 조합을 가지는 캐패시터가 다양한 전해질의 사용을 가능케 하더라도, 무기산의 수용액과 그것의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

DEL 캐패시터의 특정 에너지가 증가될 수 있게 관리되고 이들의 비용이 감소될 수 있는 것은 이전에 개시된 해결책 때문이다. 증가된 특정 에너지는 2.2-2.6 V에 달하는 캐패시터 동작 전압의 증가 뿐만 아니라 알칼리 용액과 비교할때 산 용액에서 얻을 수 있는 탄소 재료의 캐패시턴스에서의 1.2-1.4 배 증가에 기인한다.

본 발명에 따라 초래되는 DEL 캐패시터의 비용은 니켈 산화물보다 더 값싼 납 이산화물 전극의 사용 때문에 감소된다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예가 도면을 참조로 상세히 기술될 것이다.

캐패시터에서의 (비분극화) 양전극(1)으로서 사용된 것은 납 이산화물(PbO₂)을 함유하고 125x70x0.8 ㎜의 기하학적 치수를 가지는 재료로 제조된 것이고, (분극화) 음전극(2)으로서 사용된 것은 125x70x1.21 ㎜의 기하학적 치수를 가지는 활성화된 탄소 섬유로 제조된 직물이다. 상기 음전극은 512.3 F/g의 특정 캐패시턴스를 가진다. 납 전류 리드(3)를 갖고 12.8 g의 전체 무게와 중량과 125x70x0.2 ㎜의 기하학적 치수를 가지는 상기 음전극(2)은 2개의 전기적으로 상호 접속된 피스로 구성되고, 0.1 ㎜ 두께의 폴리프로필렌 분리기 백(4)내에 배치된다. 상기 음전극의 2개의 피스는 양전극 표면에 대해 양쪽에 밀어넣어진다. 전해질로서 사용된 것은 1.25 g/cu.cm의 밀도를 가지는 수성 황산이다.

상기 캐패시터는 2.5 A 전류로 방전된다. 상기 방전 전압은 2.2에서 0.8 V로 강하된다.

상기 방전 조건하에서 상기 캐패시터의 특정 에너지는 56.2 J/g (270 J/cu.cm)이다. 상기 캐패시터의 내부 저항은 10.1x10^-3ohm이다. 상기 비분극화 납 이산화물 전극에 걸친 전위는 방전 절차 동안 1.71에서 1.625 V로 강하된다. 다시 말해서, 수직적으로 일정하게 유지된다.

본 발명에 따른 캐패시터는 다수의 캐패시터의 직렬과 병렬 접속 실행 및 그것을 기초로 다양한 캐패시터 뱅크를 준비가능하게 한다.

확장된 방전 전압 범위로 캐패시터의 특정 에너지가 증가한다.

여기에 개시된 보기는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이다. 따라서 당업자들은 여러가지 분명한 변경과 변형을 이끌어 낼 수 있다. 그러므로, 여기에 개시된 캐패시터의 어떤 실시예는 실용적인데, 전해질이 표면 장력에 의해 전극 사이에 구속되므로 특정 저장기(jar) 또는 셸이 채워질 전해질을 위해 요구되지않을 수 있다. 어떤 실시예에서 전해질로서 사용된 것이 수성 무기산이라고 인용되더라도, 예를 들어 수성 무기염, 요변성(thixotropic) 산과 염의 혼합물, 및 양자-전도 고체 전해질[막(membranes)]과 같은 어떤 다른 전해질이 사용될 수 있다.

비록 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 변형이 이루어진다는 것을 인식할 것이다.

Claims (4)

1. 이중 전기층 캐패시터에 있어서,

   탄소 재료로 제조되는 분극화 전극;

   납 이산화물을 함유한 재료로 제조되는 비분극화 전극; 및

   전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 전기층 캐패시터.
2. 이중 전기층 캐패시터에 있어서,

   탄소 재료로 제조되는 분극화 전극;

   납 이산화물을 함유한 재료로 제조되는 비분극화 전극;

   전해질; 및

   상기 전극과 전해질이 수용되는 저장기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 전기층 캐패시터.
3. 제1항 또는 제2항중 어느 한항에 있어서, 상기 전극들을 분리시키는 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 전기층 캐패시터.
4. 제1항 또는 제2항중 어느 한항에 있어서, 상기 전해질은 무기산의 수용액과 그것의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이중 전기층 캐패시터.