KR200266590Y1 - 전기이중층 캐패시터 - Google Patents

Abstract

사용 중 음극의 부반응생성물에 기인하여 발생할 가능성이 있는 전해액의 누액을 방지하고, 외부공기 유입을 방지하기 위해서 화성처리를 통해 표면에 산화막이 형성된 음극 단자와 내알칼리성이 강한 개스킷을 포함하는 권취형 전기이중층 캐패시터가 개시되어 있다. 상기 전기이중층 캐패시터는 활물질이 부착된 전극군을 내장하는 하우징을 구비한다. 하우징의 일측에는 상기 하우징의 내,외부를 차단하는 고무전이 구비된다. 고무전을 관통하여 외부로 돌출되는 양극 단자 및 음극 단자는 전극군에 연결된 양극 및 음극 리드선과 각각 연결된다. 고무전과 접촉되는 상기 양극 단자 및 음극 단자의 표면에는 화성처리에 의한 산화막이 형성된다. 상기와 같이 양극 단자 및 음극 단자를 상기 산화막에 의해 전기적으로 절연시킴으로서 수분의 환원 반응을 방지하고, 이에 따른 고무전의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 내알칼리성이 강한 개스킷을 사용하여 전해액의 누액을 방지함으로서 수명이 연장된다.

Description

전기이중층 캐패시터{Electric Double-Layer Capacitor}

본 고안은 전기이중층 캐패시터에 관한 것으로서, 전해액의 누설을 방지하는 전기이중층 캐패시터에 관한 것이다.

일반적으로, 전기이중층 캐패시터는 크게 전기 에너지를 저장하는 활물질과 활물질로부터 방출되거나 공급되는 전하의 이동 통로 역할을 하는 집전체로 구성된 양극과 음극, 그리고 양극과 음극 사이에 위치하며 전기적으로 양극과 음극을 절연시키면서 이온의 전도를 가능케하는 다공성 종이나 다공성 고분자로 만들어진 분리막, 전극과 분리막에 함침되어 있으며 전극에 이온을 공급하고 이온의 전도를 가능케 하는 전해액, 그리고 각 구성 요소를 밀폐된 상태로 보존하기 위한 하우징, 그리고 전기에너지 저장장치를 외부와 연결시키는 터미널로 구성되어 있다.

일반적으로 1F ~ 100F 내외의 축전용량을 갖는 전기이중층 캐패시터를 권취형으로 제작하는 경우에는 공정이 확립되어 있는 전해콘덴서의 외장형으로 제작한다. 알루미늄 전해콘덴서는 컵 형상을 갖고, 활물질이 붙어있는 집전체를 내장하는알루미늄 재질의 하우징과 상기 하우징의 내,외부를 차단하는 고무전 및 상기 집전체와 연결되어 있는 양극 단자와 음극 단자를 구비한다.

보통의 권취형 알루미늄 전해콘덴서에서는 도 1과 같이 양극과 음극에 각기 다른 종류의 처리가 된 알루미늄 화성박(10)을 사용하며, 알루미늄 화성박(10) 사이에 다공성 고분자를 사용한 전해지(12)가 들어가서 전해액의 이동통로 및 전기적으로 절연시켜주는 역할을 하게 된다.

권취형으로 전기이중층 캐패시터를 제작하는 경우에도 알루미늄 전해콘덴서와 같은 구조를 가지게 되는데, 알루미늄 전해콘덴서와 다른 점은 양극과 음극에 각각 활물질로 사용되는 활성탄이 코팅되어 있거나 알루미늄 메쉬에 활성탄 페이스트를 붙인 점이다.

활성탄 대신 활성탄소섬유를 에너지를 구현하는 활물질로 사용하는 경우도 있는데, 이 때는 활성탄과는 달리 활성탄소섬유의 한 면에 알루미늄 분말을 스퍼터링한 후, 그 면을 알루미늄 포일에 접촉시키고, 알루미늄 포일을 단자에 연결하는 방식으로 제작된다.

1F ~ 100F 내외의 전기이중층 캐패시터에서, 활성탄에 바인더를 혼합하여 활물질로 사용하는 경우에는 권취형이 밀도 증가 및 저항 감소의 측면에서 큰 이점을 가지고 있다.

100F 이상의 전기이중층 캐패시터에서는 리드 인출이 쉽지 않아서 저항이 커지기 때문에 전해 콘덴서의 디자인을 그대로 적용하는데는 무리가 있으므로, 권취형으로 제작하여 단자에 연결시키는 리드의 숫자를 늘리거나 필름형 캐패시터와 같이 집전체의 한 쪽을 길게 인출해서 리드에 직접 닿게 하는 방법을 사용하기도 한다.

그리고, 각형 전기이중층 캐패시터로 제작하는 경우도 있는데, 이 때는 권취형으로 제작하지 않고, 전극을 한 장씩 적층하며, 집전체를 따로 인출하여 단자에 연결하게 된다.

현재 일반적인 전기이중층 캐패시터의 사용전압은 2.3V ~ 3.0V 정도이다. 사용 전압이 2V보다 크기 위해서는 반드시 비프로톤성 극성 유기 전해질(aprotic polar organic electrolyte)을 사용해야만 한다. 이는 내부에 수소 이온이 생성되지 않는 비프로톤성 용매이어야 전기화학적 안정 전위가 크고, 내부 이온의 전도도가 크기 때문이다. 그래서 보통의 캐패시터에서는 유기 전해질로 비프로톤성 극성의 특징을 갖는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)나 아세토나이트릴(Acetonitrile)을 주로 사용한다. 2V 이상의 사용전압을 갖는 캐패시터에서 사용전압은 양극과 음극에서의 축전 용량 비에 따라서 적절히 양극과 음극으로 분배되는 데, 일반적으로 음극으로 1.0V ~ 1.7V의 전위가 인가되고 나머지 전위가 양극에 인가된다. 그런데, 음극으로 1.2V 이상의 전위가 인가되면 음극에서 아래와 같은 물의 환원반응이 발생한다. 환원반응에 참여하는 물은 전해질 내의 물이거나 전극 표면에 흡착되어 있는 물일수도 있고, 셀 내부나 외부에서 공급된 공기 중의 수증기일수도 있다.

상기와 같은 물의 환원 반응에 의해서 물에서부터 수산화 이온(hydroxideion)이 생성된다. 그런데, 셀 내부는 수분이 거의 없는 환경이기 때문에 수산화 이온의 반응성은 상당히 커지고 강한 염기(strong base) 혹은 친핵성 반응물질(neucleophile)로써 작용하게 된다. 물로부터 생성된 수산화 이온은 전해액 내부에 존재하면서 전해액을 분해시키거나, 내부의 고분자 물질 등 화학적 안정성이 취약한 물질을 분해시키는 역할을 하게 된다. 특히 전기이중층 캐패시터는 빠른 충방전 속도와 100,000 사이클 이상의 수명을 필수로 하기 때문에 오랜 시간 동안의 사용이나, 고온에서 사용하는 경우에 이 반응이 더욱 촉진되어 캐패시터의 열화를 촉진시키게 된다.

현재 100F 미만의 축전용량을 가지는 전기이중층 캐패시터는 앞서 언급한 대로 알루미늄 전해콘덴서의 외장형으로 제작하게 되는데, 알루미늄 전해콘덴서에서는 인가되는 전압의 대부분이 양극에 인가되기 때문에 양극 단자를 화성하여 알루미늄 산화막을 두껍게 입혀서 사용한다.

하지만, 전기이중층 캐패시터에서는 인가전압의 분배 형태가 알루미늄 전해 콘덴서와는 전혀 다르다. 전해콘덴서에서 양극 쪽에 대부분의 인가전압이 걸리고, 음극에는 거의 전압이 인가되지 않은 것과는 달리 전기이중층 캐패시터에는 음극에 오히려 더 큰 전압이 인가되게 된다.

앞서 언급한 바와 같이 음극쪽으로 1.2V 이상의 전위가 인가되면 물의 환원반응이 발생하게 되는데, 물의 환원 반응시에 발생하는 OH-에 의해서 고무가 부식될 가능성이 존재한다.

일반적으로 전해콘덴서 제작시 사용되는 고무전은 부틸고무로 화학적 안정성이 크다고 알려진 고무이다. 하지만, 고분자의 특성상 OH- 같은 친핵체에는 화학적 안정성이 떨어지며, 고온에서 장시간 사용시 친핵체와의 반응에 의한 고무전의 부식이 발생할 가능성이 높아진다.

특히, 이러한 물의 분해 반응이 발생할 가능성이 큰 곳은 전기이중층 캐패시터 내부에서 음극 단자와 고무전이 서로 접촉된 부분에 전기이중층 캐패시터에서 사용되는 전해액이 닿아 있고, 하우징 내에 수십 ppm이상의 수분이 존재할 때이다. 유기전해질을 사용하는 전기이중층 캐패시터의 경우 미량의 수분이 불순물로 작용하여 상기 반응의 원인이 되며 기체 발생, 용량 감소, 저항 증가 등 열화의 주원인이 된다. 하지만, 제작 공정상 수분을 완전히 제거하는 것은 불가능하며, 이러한 수분의 존재는 고무전의 부식에 영향을 미치게 된다.

그래서, 고온에서 오랜 시간 사용하는 경우 음극 단자 주변이 부식되어 있고, 단자구멍이 커져 있는 것을 발견할 수 있다.

이와 같이 고무전이 부식되면, 캐패시터 내부로 외부 공기가 유입되거나 내부 전해액의 누액 가능성이 커지기 때문에 이러한 현상을 가능한 방지하여야 할 필요가 있다.

한편, 100F 급 이상의 큰 축전용량을 가지는 캐패시터에서도 이것은 더욱 중요한 문제가 된다. 100F 급 이하의 캐패시터에서는 캐패시터의 크기가 커지기 때문에 고무전을 직접적으로 사용하는 컬링(curling) 공정이 어려워지며, 고무전 대신 딱딱한 플라스틱 재질의 커버 주변에 탄성이 있는 고무를 감아서 컬링을 하게 된다. 또한, 100F 급 이상의 캐패시터에서는 전해액의 누액을 막기 위해서 커버와 단자의 사이에 전해액 누액을 방지하기 위한 개스킷을 설치할 필요가 있다. 그리고, 직육면체 형태로 제작하는 경우에는 외장 케이스는 알루미늄 등의 금속으로 제작하는 경우가 많으며, 이때 외장 케이스와 양극, 음극 단자 사이의 전기적 접촉을 방지하고 단자 사이에서의 전해액 누액을 막기 위해서 개스킷을 사용해야만 한다. 개스킷은 일반적으로 탄성이 있는 고무를 사용하는데, 개스킷으로 사용되는 고무도 100F 이하 용량의 캐패시터와 같이 수분에 의해서 생성되는 부산물인 OH-에 의해서 부식될 가능성이 존재한다.

특히, 이러한 점은 사용전압을 상승시키고자 할 때, 더욱 두드러지는 문제이다. 현재의 캐패시터 특성상 사용전압을 상승시키게 되면, 양극 쪽의 누설전류가 더 커지기 때문에 음극 쪽으로 더 큰 전위가 인가되게 된다. 활물질의 전기화학적 안정성은 음극쪽으로 더 전위가 인가되어도 큰 문제가 없지만, 반면에 외장재료의 경우에는 물에서 기인하는 수산화이온의 영향으로 안정성이 떨어져서 셀의 열화를 촉진시킬 가능성이 더욱 커지므로 사용전압을 상승시키기 위해서는 외장재료의 안정성을 증가시킬 필요가 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 고무전과 개스킷의 부식을 방지하여 내부에 충전되는 전해액의 누액을 방지하는 전기이중층 캐패시터를 제공하는데 있다.

도 1은 권취형 알루미늄 전해콘덴서의 전극군을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 고안의 제1실시예에 따른 권취형 전기이중층 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시한 음극 단자를 나타내는 사시도이다.

도 4는 본 고안의 제2실시예에 따른 권취형 전기이중층 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 5는 도 4에 도시한 커버를 나타내는 분해 사시도이다.

도 6은 도 4에 도시한 개스킷을 나타내는 사시도이다.

도 7은 본 고안의 제3실시예에 따른 각형 전기이중층 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 8은 도 7에 도시한 제1개스킷을 나타내는 사시도이다.

도 9는 도 7에 도시한 제2개스킷을 나타내는 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 알루미늄 화성박 12 : 전해지

100, 200, 300 : 전극군 102, 202, 302 : 하우징

104a, 204a, 304a : 양극 리드선 104b, 204b, 304b : 음극 리드선

106, 206, 306 : 양극 단자 108, 208, 308 : 음극 단자

110, 210 : 커버 112 : 산화알루미늄막

212 : 컬링용 고무링 214, 314 : 너트

216 : 개스킷 316a : 제1개스킷

316b : 제2개스킷

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일측면에 따른 전기이중층 캐패시터는활물질이 부착된 양극 및 음극을 포함하는 전극군을 내장하고, 일측이 개방된 하우징, 상기 하우징의 개방된 일측에 삽입되어 상기 하우징의 내,외부를 차단하는 커버, 상기 양극과 연결되고, 상기 커버를 관통하여 상기 하우징의 외부로 돌출되는 양극 단자 및 상기 음극과 연결되고, 상기 양극 단자가 관통되는 부위와 다른 부위에서 상기 커버를 관통하여 상기 하우징의 외부로 돌출되고, 표면에 산화막이 형성된 음극 단자를 포함한다.

여기서, 상기 음극 단자는 알루미늄으로 이루어지고, 상기 커버를 관통하는 부위의 표면에 산화알루미늄막이 형성된다. 그리고, 상기 전기이중층 캐패시터는 상기 양극 및 음극 단자를 둘러싸고, 상기 커버와 접촉되도록 설치되어 상기 하우징의 내,외부를 실링(sealing)하고, 내알칼리성이 강한 재질로 이루어지는 개스킷을 더 포함한다. 상기 개스킷은 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 및 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 다른 측면에 따른 전기이중층 캐패시터는 밀폐된 공간을 갖고, 상기 공간에 활물질이 부착된 양극 및 음극을 포함하는 전극군을 내장하는 하우징, 상기 양극과 연결되고, 상기 하우징의 일측을 관통하여 상기 하우징의 외부로 돌출되는 양극 단자, 상기 음극과 연결되고, 상기 양극 단자가 관통되는 부위와 다른 부위에서 상기 하우징의 상기 일측을 관통하여 상기 하우징의 외부로 돌출되는 음극 단자 및 상기 양극 및 음극 단자를 각각 둘러싸고, 상기 하우징과 접촉되도록 설치되어 상기 하우징의 내,외부를 실링하고, 상기 양극및 음극 단자와 상기 하우징을 전기적으로 절연시키고, 내알칼리성이 강한 재질로 이루어지는 개스킷을 포함한다.

여기서, 상기 음극 단자는 알루미늄으로 이루어지고, 표면에 산화알루미늄막이 형성되고, 상기 개스킷은 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 및 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어진다.

상기 전기이중층 캐패시터의 음극 단자는 알루미늄으로 이루어지고, 그 표면의 산화알루미늄막에 의해 전기적으로 절연되어 있으며 상기 음극 단자에 인가되는 전위에 따른 수분의 환원반응이 발생하더라도 환원반응 생성물인 수산화 이온과 같은 알칼리에 강한 개스킷을 사용하기 때문에 고무의 부식반응이 거의 일어나지 않게 된다. 즉, 장시간 사용시 약간 발생할 수도 있으나, 전해액의 누액을 일으킬 정도까지 부식이 심화되지는 않는다. 이러한 이유로, 상기 개스킷을 사용하여 상기 하우징 내부에 충전되는 전해액의 누액을 방지할 수 있다.

따라서, 상기 전기이중층 캐패시터의 음극 단자는 그 표면의 산화막에 의해 전기적으로 절연되어 있으므로 상기 음극 단자에 인가되는 전위에 따른 수분의 환원반응을 방지할 수 있다. 또한, 상기 개스킷을 사용하여 상기 하우징 내부에 충전되는 전해액의 누액을 방지할 수 있다.

상기 음극 단자의 산화과정은 일반적인 화성공정을 통해서 이루어질 수 있는 것으로 음극 단자를 화성액에 침지시킨 후 전류를 인가하여 상기 음극 단자의 표면에 산화막을 형성한다. 이외에도 여러 가지 공지 산화막 형성과정을 적용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안의 제1실시예에 따른 권취형 전기이중층 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 양극 및 음극을 포함하는 권취형 전극군(100)을 내장하는 하우징(102)이 도시되어 있다. 상기 권취형 전극군(100)은 활물질로 사용되는 활성탄이 각각 코팅되어 있는 양극 및 음극과 상기 양극 및 음극 사이에 배치되어 절연체 역할을 하는 분리막을 적층시키고, 이를 원통 형상으로 권취함으로서 형성된다.

상기 전극군에는 양극 및 음극에 연결되는 양극 리드선(104a) 및 음극 리드선(104b)이 각각 형성되고, 각각의 리드선(104a, 104b)은 하우징(102)의 외부로 돌출되는 양극 단자(106) 및 음극 단자(108)에 각각 연결된다.

하우징(102)은 알루미늄으로 이루어진 컵 형상을 갖고, 하우징(102)의 개방된 일측에는 하우징(102)의 내,외부를 차단시키는 커버(110)가 삽입되어 장착된다. 여기서, 커버(110)는 일반적으로 사용되는 고무전이며, 양극 단자(106) 및 음극 단자(108)가 커버(110)를 관통하여 외부로 돌출된다.

양극 단자(106) 및 음극 단자(108)는 알루미늄 재질로 이루어지고, 커버(110)를 관통하는 부위의 표면은 화성처리를 통해 산화알루미늄막이 형성된다. 양극 단자(106) 및 음극 단자(108)는 하우징(102)의 내부에서 상기 양극 및 음극의 리드선들과 각각 용접 및 리벳 이음에 의해 연결된다.

도 3은 도 2에 도시한 음극 단자를 나타내는 사시도이다.

도 3을 참조하면, 가는 막대 형상을 갖는 음극 단자(108)가 도시되어 있다. 음극 단자(108)의 일측 표면은 화성 처리를 통해 산화알루미늄막(112)이 형성되어 있다.

따라서, 하우징의 내,외부를 차단하는 커버를 관통하여 외부로 돌출되는 음극 단자를 절연시킬 수 있고, 커버로 사용되는 고무전이 물의 환원 반응에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 고안의 제2실시예에 따른 권취형 전기이중층 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 100F 이상의 용량을 갖는 전기이중층 캐패시터의 경우 도 2에 도시한 일반적인 커버를 사용할 수 없다. 이는 전기이중층 캐패시터의 크기가 커짐에 따라 일반적인 컬링 공정으로 커버로 사용되는 고무전을 형성할 수 없기 때문이다. 따라서, 100F 이상의 용량을 갖는 전기이중층 캐패시터의 경우에는 단단한 재질의 플라스틱에 컬링용 고무링(212)을 부착시켜서 커버(210)를 형성한다.

도시된 전기이중층 캐패시터는 도 2에 도시한 것과 동일하게 알루미늄 재질로 이루어지는 하우징(202)과 하우징(202)의 내부에 내장되고, 양극 및 음극을 포함하는 권취형 전극군(200)을 포함한다. 또한, 상기와 같이 형성되는 커버(210)가 하우징(202)의 개방된 일측에 삽입되어 하우징(202)의 내,외부를 차단함으로서 하우징(202)의 내부에 충전되는 전해액의 누액을 방지한다.

이때, 플라스틱으로 이루어지는 커버(210)를 관통하는 양극 및 음극단자(206, 208)는 머리부를 갖는 볼트 형상을 갖고, 하우징(202)의 내측에서 커버(210)를 관통하여 외측으로 돌출되고, 상기 돌출된 부위에 너트(214)가 조립되어 커버(210)에 각각 고정된다. 여기서, 양극 단자(206) 및 음극 단자(208)의 형상 및 조립 방법은 다양한 형태로 변경될 수 있으며, 상기 형상 및 조립 방법에 본 고안이 한정되지는 않는다.

그런데, 상기와 같은 조립 방법의 경우 커버(210)에 형성되어 양극 및 음극 단자(206, 208)가 관통되는 홀과 양극 및 음극 단자(206, 208) 사이에서 전해액의 누액이 발생된다. 특히, 전해액으로 아세토나이트릴과 같은 휘발성이 강한 액체를 사용할 경우, 양극 및 음극 단자(206, 208) 부분에서 전해액의 누액이 지속적으로 일어나게 된다. 상기와 같은 전해액의 누액을 방지하기 위해 상기 머리부와 커버(210) 사이에 고무 재질로 형성되는 개스킷(216)이 설치된다.

한편, 양극 및 음극 단자(206, 208)는 알루미늄 재질로 이루어지고, 물의 환원 반응에 의해 개스킷(216)이 부식되는 것을 방지하기 위해 개스킷(216)과 접촉하는 상기 양극 및 음극 단자(206, 208)의 표면에는 화성 처리를 통해 산화알루미늄막을 형성시킨다.

이와 같이 전해액의 누액을 막고, 전기절연을 위해서 사용하는 개스킷(216)은 상기 물의 환원 반응에 의해 생성되는 수산화 이온에 안정성이 큰 고무를 선택하는 것이 바람직하다. 상기 수산화 이온에 안정성이 큰 고무와 가장 근사한 것은 여러 종류의 고무 중에서 내알칼리성이 큰 것이 특히 유리하다. 일반적으로 알려진 바로는 내알칼리성이 큰 고무로는 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 부틸고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 등이 있으며, 음극 단자(208)에 개스킷(216)으로 이 고무를 사용하는 것이 전해액 누액 방지를 위해서 필수적이다.

그리고, 양극 및 음극 단자(206, 208)의 머리부에는 하우징(202)에 내장되는 권취형 전극군(200)과 연결된 양극 리드선(204a) 및 음극 리드선(204b)이 연결된다. 이때, 상기 각각의 머리부와 양극 및 음극 리드선(204a, 204b)은 리벳 이음 또는 초음파 용접에 의해 연결된다.

도 5는 도 4에 도시한 커버를 나타내는 분해 사시도이고, 도 6은 도 4에 도시한 개스킷을 나타내는 사시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 하우징의 내,외부를 차단하는 커버(210)는 플라스틱 재질로 이루어지고, 원형의 플레이트 형상을 갖는다. 상기 원형의 플레이트의 주연 부위를 따라 컬링용 고무링(212)을 부착하기 위한 계단부가 형성되고, 상기 계단부에 컬링용 고무링(212)이 부착된다. 그리고, 양극 및 음극 단자가 관통되는 두 개의 홀이 형성되어 있다.

개스킷(216)은 내알칼리성이 강한 고무로 형성되고, 상기 양극 및 음극 단자가 관통되는 홀이 형성되어 있으며, 원형 링 형상을 갖는다. 따라서, 개스킷(216)은 하우징 내부에 충전되는 전해액의 누액을 방지하는 실링 역할을 하게 된다.

도 7은 본 고안의 제3실시예에 따른 각형 전기이중층 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 7을 참조하면, 100F 이상의 용량을 갖는 각형 전기이중층 캐패시터가 도시되어 있다. 상기 각형 전기이중층 캐패시터는 직육면체 형상을 갖고, 알루미늄 재질로 이루어지는 하우징(302)을 포함한다. 하우징(302)의 일측에는 양극 단자(306) 및 음극 단자(308)가 조립되는 두 개의 관통공이 형성되어 있다. 상기 일측을 관통하여 설치되는 양극 및 음극 단자(306, 308)는 머리부를 갖는 볼트 형상을 갖고, 하우징(302)을 내측에서 상기 일측을 관통하여 외측으로 돌출되고, 상기 돌출된 단부에 너트(314)가 체결됨으로서 하우징(302)에 고정된다.

이때, 양극 및 음극 단자(306, 308)는 하우징(302)과 동일하게 알루미늄 재질로 이루어지고, 전기절연을 위해 표면에 산화알루미늄막이 형성되어 있다. 또한, 전기절연을 위한 방법으로 상기 일측에 형성되는 관통홀에는 테프론 재질로 이루어지고, 원통 형상을 갖는 제1개스킷(316a)이 삽입되고, 제1개스킷(316a)을 관통하여 양극 및 음극 단자(306, 308)가 설치된다. 또한 양극 및 음극 단자(306, 308)의 머리부와 하우징(302)의 상기 일측이 접촉되는 것을 방지하기 위해 상기 머리부와 상기 하우징의 일측 사이에는 고무 재질로 형성되는 제2개스킷(316b)이 설치된다. 이때, 제1개스킷(316a)은 하우징(302)과 상기 너트(314)가 접촉되지 않도록 하우징(302)의 외측으로 돌출된다. 즉, 볼트 형상을 갖는 양극 및 음극 단자(306, 308)는 하우징(302)의 내측에서 제2개스킷(316b)과 상기 관통홀에 삽입되어 있는 제1개스킷(316a)을 차례로 관통하여 하우징(302)의 외측으로 돌출되고, 상기 돌출된 단부에 상기 너트(314)가 나사결합된다. 여기서, 양극 및 음극 단자(306, 308)의 형상 및 조립 방법은 다양한 형태로 변경될 수 있으며, 상기 형상 및 조립 방법에 본 고안이 한정되지는 않는다.

하우징(302)의 내부에는 직사각형 형상을 갖는 양극 및 음극을 포함하는 각형 전극군(300)이 내장되고, 상기 양극 및 음극에 연결된 양극 리드선(304a) 및 음극 리드선(304b)과 상기 볼트 형상의 양극 및 음극 단자(306, 308)의 머리부가 각각 연결된다. 이때, 상기 각각의 리드선(304a, 304b)과 상기 각각의 머리부는 리벳 이음 또는 초음파 용접에 의해 연결된다.

여기서, 하우징(302)의 내부에 충전되는 전해액의 누액을 막고, 전기절연을 위해서 사용하는 제2개스킷(316b)은 권취형 전기이중층 캐패시터와 동일하게 상기 물의 환원 반응에 의해 생성되는 수산화 이온에 안정성이 큰 고무를 선택하는 것이 바람직하다. 상기 수산화 이온에 안정성이 큰 고무는 여러 종류의 고무 중에서 내알칼리성이 큰 것이 특히 유리하다. 즉, 권취형 전기이중층 캐패시터에서 사용되는 개스킷과 동일하게 상기 내알칼리성이 큰 고무로는 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 부틸고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 등이 있다.

실제로 개스킷으로 많이 사용하는 실리콘 고무의 경우는 음극에 사용하였을 때, 60 내지 70℃의 온도에서 100시간 이상동안 사용할 경우 실리콘이 딱딱해지면서 푸석푸석해지고 부서진다. 그리고, 그 부분을 통해서 전해액이 누설되어 염이 석출되는 것을 관찰할 수 있다. 그러나 상기 내알칼리성이 강한 고무를 사용하게 되면, 상기와 같은 현상이 발생하지 않는다.

따라서, 음극에 개스킷을 사용하는 경우에는 반드시 내알칼리성이 강한 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 부틸 고무의 경우 100F 이하 전기이중층 캐패시터의 고무전으로 채용되어 사용되고 있는데, 오랜 시간 사용시 음극 쪽의 구멍이 다소 넓어지기는 하지만, 탄성도가 변하거나 물질의 변형이 심각하게 관찰되지는 않는다. 여기서, 상기 내알칼리성이 강한 고무를 상기 음극 단자에 사용할 경우 완전히 변형이 없다는 의미가 아니라 변형의 정도가 다른 고무에 비해서 상당히 작아서, 전기이중층 캐패시터의 개스킷으로 응용하여 사용할 수 있음을 의미한다.

도 8은 도 7에 도시한 제1개스킷을 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 7에 도시한 제2개스킷을 나타내는 사시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 제1개스킷(316a)은 원통 형상을 갖고, 상기 양극 및 음극 단자와 상기 하우징 사이를 전기적으로 절연시키기 위해 상기 하우징에 형성된 관통홀에 삽입된다. 즉, 원형의 플레이트 형상을 갖고, 상기 하우징의 내부에서 상기 하우징의 일측과 접촉되는 제2개스킷(316b)의 일측면과 접촉된다. 따라서 제1개스킷(316a) 및 제2개스킷(316b)을 관통하여 설치되는 상기 양극 및 음극 단자는 제1개스킷(316a) 및 제2개스킷(316b)에 의해 상기 하우징과 전기적으로 절연되고, 제2개스킷(316b)은 하우징 내부에 충전되는 전해액의 누액을 방지하는 실링 역할을 하게 된다.

상기와 같이 본 고안에 따르면, 권취형 전기이중층 캐패시터의 음극 단자의 표면에 화성처리에 의한 산화알루미늄막을 형성함으로서 상기 전기이중층 캐패시터의 내,외부를 차단하는 고무전과 접촉하는 상기 음극 단자를 절연시킬 수 있다.

그리고, 100F 이상의 용량을 갖는 전기이중층 캐패시터에서 양극 및 음극 단자의 전기절연과 전해액의 누액을 방지하기 위해 내알칼리성이 강한 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 중에서 선택된 하나로 이루어지는 개스킷을 사용한다. 이에 따라, 상기 음극 단자에 전위가 인가되더라도 수분의 환원 반응에 의해 생성된 수산화 이온에 의한 고무전과 개스킷의 부식이 방지되고, 장시간 사용할 경우에도 상기 고무전 및 개스킷이 변형되지 않는다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기하는 청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 활물질이 부착된 양극 및 음극을 포함하는 전극군을 내장하고, 일측이 개방된 하우징;

   상기 하우징의 개방된 일측에 삽입되어 상기 하우징의 내,외부를 차단하는 커버;

   상기 양극과 연결되고, 상기 커버를 관통하여 상기 하우징의 외부로 돌출되는 양극 단자; 및

   상기 음극과 연결되고, 상기 양극 단자가 관통되는 부위와 다른 부위에서 상기 커버를 관통하여 상기 하우징의 외부로 돌출되고, 표면에 산화막이 형성된 음극 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
2. 제1항에 있어서, 상기 음극 단자는 알루미늄으로 이루어지고, 상기 커버를 관통하는 부위의 표면에 산화알루미늄막이 형성된 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
3. 제1항에 있어서, 상기 전기이중층 캐패시터는 상기 양극 및 음극 단자를 둘러싸고, 상기 커버와 접촉되도록 설치되어 상기 하우징의 내,외부를 실링(sealing)하고, 내알칼리성이 강한 재질로 이루어지는 개스킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
4. 제3항에 있어서, 상기 개스킷은 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 및 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
5. 밀폐된 공간을 갖고, 상기 공간에 활물질이 부착된 양극 및 음극을 포함하는 전극군을 내장하는 하우징;

   상기 양극과 연결되고, 상기 하우징을 관통하여 상기 하우징의 외부로 돌출되는 양극 단자;

   상기 음극과 연결되고, 상기 양극 단자가 관통되는 부위와 다른 부위에서 상기 하우징을 관통하여 상기 하우징의 외부로 돌출되고, 표면에 산화막이 형성된 음극 단자; 및

   상기 양극 및 음극 단자를 각각 둘러싸고, 상기 하우징과 접촉되도록 설치되어 상기 하우징의 내,외부를 실링하고, 상기 양극 및 음극 단자와 상기 하우징을 전기적으로 절연시키고, 내알칼리성이 강한 재질로 이루어지는 개스킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
6. 제5항에 있어서, 상기 음극 단자는 알루미늄으로 이루어지고, 표면에 산화알루미늄막이 형성된 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
7. 제5항에 있어서, 상기 개스킷은 클로로프렌 고무, 네오프렌 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 및 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.