KR20030060883A - 전기화학적 이중층 캐패시터 - Google Patents

전기화학적 이중층 캐패시터 Download PDF

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KR20030060883A
KR20030060883A KR10-2003-7003035A KR20037003035A KR20030060883A KR 20030060883 A KR20030060883 A KR 20030060883A KR 20037003035 A KR20037003035 A KR 20037003035A KR 20030060883 A KR20030060883 A KR 20030060883A
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세르게이 니콜라에비치 라즈모브
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세르게이 비탈리에비치 리트비넨코
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유니버셜 리소시즈 에이지
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Abstract

본 발명은 전기공학에 관한 것으로, 높은 비에너지 및 전력특성을 가지고, 빠른 속도로 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 전기화학적 이중층 캐패시터를 생산하기 위해 사용될 수 있다. 상기 발명의 본질은 분극성 음전극(2)의 활성물이 유기 전도성 폴리머이거나 탄소 또는 폴리머 물질을 기초로 하는 합성물이라는 사실에 있다. 격리판(3)은 부가적 산소 분자가 통과할 수 있는 구멍이 제공된다. 상기 분극성 음전극(2)은 폴리아닐린 합성물 및 활성탄소 물질로 만들어지거나 활성탄소 물질 합성물 및 폴리피롤으로 만들어진다. 무기산 또는 혼합물의 수용액, 또는 그 염의 수용액, 또는 산과 염의 틱소트로픽 혼합물, 또는 양성자 전도성 화합물이 전해질로서 사용될 수 있다는데 특징이 있다.

Description

전기화학적 이중층 캐패시터{ELECTROCHEMICAL DOUBLE-LAYER CAPACITOR}
현재, 다양한 물질로 만들어지는 액체 전해질(liquid electrolyte) 및 전극을 포함하고, 넓은 비표면적(specific surface)을 가지는 전기 이중층을 구비한 전기화학 캐패시터가 공지되어 있다(US Patent 4,697,224, Int. Cl. H 01 G 9/00, 1987).
또한, 다양한 물질로 만들어지는 고체 전해질(solid electrolyte) 및 전극을 포함하고, 넓은 비표면적(specific surface)을 가지는 전기 이중층을 구비한 전기화학 캐패시터가 공지되어 있다(US Patent 4,713,734, Int. Cl. H 01 G 9/00, 1987).
수산화 니켈(nickel hydroxide) 및 활성 탄소-섬유 직물(activated carbon-fiber fabric)이 양전극 및 음전극으로서 대응되게 사용되는 캐패시터에 대해서 특정 파라미터의 좋은 평가가 얻어져 왔었다.(WO 97/07518, Int. Cl. H 01 G9/05, 1997).
이 캐패시터의 최대 전압은 1.4V이며, 비캐패시턴스 및 비에너지는 46F/sm3및 45J/sm3에 대응된다.
기술적으로 제안된 가장 근접한 아날로그적 해결책은, 하우징과, 그 안에 설치되는 비-분극성 양전극 및 분극성 음전극과, 그들을 격리하는 다공성의 격리판(seperator)과, 이산화 납(lead dioxide)를 포함하는 비-분극성(positive non-polarizable electrode)양 전극의 활성물(active mass)인, 전해질을 포함하는 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터이다(PCT/RU 97/00353, Int. Cl. H 01 G 9/00, 1997).
분극성 음전극은 탄소 물질로 만들어 진다.
이 캐패시터의 동작 전압 범위는 2.2÷0.8V이고, 비(比)에너지는 56.2J/g(270J/sm3)이다.
공지된 디자인에서 사용되는 격리판은 150mm 보다는 작은 두께로 만들어진다.
이 캐패시터의 비에너지 파라미터는 다른 공지된 캐패시터와 비교하여 가장 높다.
기술의 급속한 발전은 새로운 활성물이 전극을 제조하는데 사용되는, 근본적으로 새로운 형태의 전기화학 캐패시터를 만들 수 있게 하고, 그들의 응용 범위가 매우 넓어지도록 하였다.
좋은 결과들을 얻었음에도 불구하고, 현재 캐패시터의 비에너지 특성 및 전력특성의 향상의 문제와 폭 넓은 용도를 위한 비용 감소의 문제가 사실상 남아있다.
본 발명은 전기공학 분야에 관한 것으로, 전기 이중층과, 높은 비에너지(specific energy)와, 전력특성을 가지고, 고속으로 전력을 저장하고 방출할 수 있는 전기화학 캐패시터를 제조하는데 사용될 수 있다.
상기 전기화학 캐패시터(electrochemical)는: - 전기적 전달 전원(electrical transport power supply); - 하이브리드 전달(hybrid transport)수단의 일부분인 보조 여기장치; - 내부 연소 엔진을 위한 시동기(starter); - 다양한 형태의 전자장비를 위한 전원으로서 사용될 수 있다.
도 1은 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터의 단면도,
도 2는 도 1의 A도,
도 3은 충전 전류가 5A와 동일한 방전 시간으로부터 전극 Hg-HgSO4에 대하여 양(φ+)전극 및 음(φ-)전극의 전위와 캐패시터(U) 상의 전압과의 의존관계를 나타내는 도면,
도 4는 충전 전류가 25A와 동일한 방전 시간으로부터 전극 Hg-HgSO4에 대하여 양(φ+) 및 음(φ-) 전극의 전위와 캐패시터(U) 상의 전압과의 의존관계를 나타내는 도면이다.
제안된 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터에 의해 해결되는 문제들은 다음과 같다:
- 에너지 농도 증가;
- 비전력 특성 증가;
- 누설-방지 및 유지 보수가 불필요
- 전기화학 캐패시터의 비용 감소
제안된 발명에서의 기술적 결과들은, 하우징과, 그 안에 설치되는 비-분극성 양전극 및 분극성 음전극과, 그들을 격리하는 다공성의 격리판과, 이산화 납(lead dioxide)를 포함하는 비-분극성 양전극(positive non-polarizable electrode)의 활성물(active mass)인, 전해질을 포함하는 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터의 생성에 의해서 얻어진다. 본 발명에 따른 커패시터에 있어서, 분극성 음전극의 상기 활성물은 유기 전도성 폴리머(organic electric conductive polymer) 또는 탄소 및 유기 폴리머 물질을 기초로 하여 만들어진 합성물이고, 상기 격리판은 산소분자의 부가적인 통과를 제공하는 구멍을 가진다.
또한, 본 발명은, 분극성 음전극이 폴리아닐린(polyaniline) 합성물 및 활성탄소 물질로 만들어지거나, 활성탄소 물질과 폴리피롤(polypyrrole)의 합성물로 만들어지거나, 전도성 폴리머 폴리피롤으로 만들어지는데 특징이 있다.
또한, 본 발명은, 무기산(inorganic acid) 또는 그 혼합물의 수용액(aqueous solution), 또는 그 염의 수용액, 또는 산과 염의 틱소트로픽(tixotropic) 혼합물(mixture), 또는 양성자 전도성(proton-conductive) 화합물이 전해질로서 사용될 수 있다는데 특징이 있다.
다양한 전극이 상기 전극을 가지는 캐패시터에 사용될 수 있음에도 불구하고, 무기산 또는 그 염의 수용액의 사용이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터가 누설-방지로 만들어지는데 특징이 있다.
음전극 캐패시턴스는 다음 2개의 병렬 프로세스의 합이다:
a) 전기 이중층의 형성
b) 산화환원반응(redox reactions).
대개, 상기 산화환원반응은 상기 전기 이중층의 충전과 방전의 속도와 비교하여 매우 낮은 속도로 진행된다.
활성탄소 물질 내에서 산화환원반응의 캐패시턴스는 전기 이중층 캐패시턴스에서 보다 3 ~ 5배 더 높다.
따라서, 캐패시터의 에너지 및 전력특성을 향상시키기 위해서는, a) 음전극의 비캐패시턴스를 증가시키는 것과, b) 음전극의 전체 캐패시턴스로의 전기 이중층 캐패시턴스의 기여를 증가시키는 것과, c) 산화환원반응의 속도를 증가시키는 것이 필요하다.
본 발명에서, 상기 조건들은 유기 화합물 및 탄소 물질을 기초로 하는 다양한 합성물을 이용함으로써 만족된다.
여기서 제안된 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터의 본질은, 특정 실시예 및 도면과 함께, 이하, 전자물리적 전극 프로세스의 구조의 기술에 의해서 설명될 것이다.
전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터의 최적 실시예
전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터는 비-분극성 양전극(1)과, 분극성 음전극(2)과, 격리판(separator)(3)과, 상기 분극성 전극의 전류 컬렉터(4)를 포함한다. 상기 전극 유닛은 필요한 양의 전해질(미도시)이 주입되고, 전류 도입선(current lead)(6)의 용접밀봉을 가지는 하우징(5) 내에 설치된다. 상기 캐패시터에는 비상 밸브(7)가 제공된다.
상기 분극성 음전극(2)의 활성물은 탄소 또는 유기 폴리머 물질을 포함하는 합성물을 포함한다.
탄소 물질과 다르게, 상기 합성 물질은 산화환원 프로세스의 캐패시턴스 보다 매우 큰 전기 이중층의 캐패시턴스를 가지고, 이것은 상기 제안된 캐패시터의 비전력(specific power)특성을 상당히 증가시키는 원인이 된다.
충전 또는 방전을 할 때, 음전극에서, 아래의 프로세스가 진행된다:
H+/e + H[S] ↔ 2H++ [S] + 2e … (1)
여기서, H+/e는 상기 음전극의 전개면(developed surface)의 표면 근처층에 존재하는 준-자유전자(quasi-free electron)와 정전기력에 의해 상호작용하는 양성자(H+)로부터 형성되는 상기 전기 이중층이고; H[S]는 약하게 속박되거나 준-자유인 수소 원자가 참여하여 산화환원반응이 이루어진다.
양전극(3)에서, 전해질로 황산 수용액을 사용한 때, 다음과 같은 반응이 진행된다:
PbO2+ 4H++ S04 2-+ 2e ↔ PbSO4+ 2H2O … (2)
식(1)과 (2)로부터, 양전극에서 자유 전하 캐리어가 제2종의 위상 전이의 결과로서 나타나고, 음전극에서 자유상태로 이거나, 약하게 속박된 상태인 것이 도출된다.
양전극 및 음전극에서 전하 충전 현상의 원인이 다르기 때문에, 전극에서 전하가 자유 상태에 있는 종래의 캐패시터와는 달리, 상기 제안된 캐패시터는 불균질하다.
전기 이중층을 가지는 제안된 전기화학 캐패시터에서, 전해질로서 농도 1.27g/sm3를 가지는 황산 수용액을 사용할 때, 최상의 결과가 얻어졌 왔다.
음전극(2)은, (주로, 탄소-섬유 직물의 형태인)활성 탄소, 폴리아닐린(polyaniline), 페놀(phenol), 히드로퀴논(hydroquinone) 및 폴리피롤(polypyrrole)을 기초로 하여 AXB1-X(A와 B는 성분 심볼이고,X는 전체 합성물 질량에 대하여 성분 A의 질량이고,1-X는 전체 합성물 질량에 대하여 성분 B의 질량이다)형태의 2-성분 합성물질로 제조되었다. x의 값은 0에서 1까지 변한다.
상기 얻어진 합성물질은 진한 황산에서 전기화학적 처리에 의해 중합된다.
전극으로서 황산 수용액을 이용할 때, 전기화학 캐패시터에서 음전극의 전기 이중층 형태는 충방전 처리 동안에 변한다. 상기 충전된 캐패시터의 양전극(1)의 전위는 수소 전극 전위에 대하여 1.7V이고, 음전극(2)의 전위는 - 0.5V이다.
상기 음전극(2)의 전기 이중층은 전해질-음전극 격리점의 경계 상에 위치하는 양성자와 상기 전개면의 표면 근처층에 위치하는 자유전자로 이루어진다.
상기 충전된 캐패시터의 개방 회로(VOC)의 전압은: UVOC= φ+- φ_= 1.7V-(-0.5V)=2.2V이다.
방전시에, 음전극(2)의 전기 이중층의 자유전자는 PbO2전극의 양전하와 재결합된다. 이것은 음전극의 전위를 높이고, 방출된 양성자를 양전극으로 이동시킨다.
이 프로세스는 음전극(2)의 전위가 +0.4V에 도달할 때까지 진행된다. 상기 전위가 이 값에 도달한 후에, 양성자 및 전자에 기인한 상기 전기 이중층이 완전히 사라지고, 음전극(2)의 표면 근접층에 있는 이온 HSO4 -와 자유 정공에 의해, 새로운 전기 이중층이 형성된다. 이 프로세스는 방전의 끝까지 진행된다.
전체적으로, 이 프로세스는 아래의 공식에 의해 특징지워진다.
H+/e + HSO4 -↔ H++ HSO4 -/p + 2e … (3)
여기서, p는 정공 전하이다.
상기 제안된 캐패시터의 이점은 음전극에서 수소를 재결합시키는 탁월한 능력이다. 이에 의해, 상기 캐패시터가 완벽하게 누설-방지되게 하고, 유지보수를 불필요하게 만든다.
충전의 끝에서나, 상기 캐패시터를 재충전 할 때, 상기 양전극으로부터 수소의 방출이 일어나고, 상기 음전극으로부터는 거의 수소가 방출되지 않는다.
수소 분자가 상기 음전극의 다공성 공간 속으로 이동한 후에, 수소와 상기 전기 이중층의 양성자와의 재결합이 물을 생성하면서 일어나고, 즉 수소 사이클(hydrogen cycle)이 행해진다.
상기 음전극에서 수소 재결합의 속도는 다소 높고, 그 값은 상기 캐패시터의 체적내에서 수소 압력에 의한다. 수소 압력이 높아질 때, 상기 수소 재결합의 속도는 상당히 증가하고, 이에 의해, 15 ~ 20분이 지나면, 상기 누설-방지 캐패시터의 완전한 충전이 이루어지게 한다.
충전할 때, 상기 양전극(1)에서 방출되는 수소의 재결합 속도를 증가시키기 위해서, 상기 다공성 격리판(3)이 사용되고, 상기 격리판은 이온에 더하여 수소분자를 보다 효율적으로 통과시킨다.
상기 캐패시터가 완전 충전되는 경우에, 상기 캐패시터의 상기 하우징(1) 내부에 가스의 잉여압력(redundant pressure)은 60 - 70 kPa을 초과하지 않고, 충전이 완료된 후에, 상기 잉여압력은 30 - 40분 동안에 실질적으로 완전히 사라진다.
본 캐패시터의 연속적인 사이클링(15분 동안 충전이 행해지고, 30분 동안 방전이 행해진다)의 경우에 있어서, 상기 체적내에서 상기 잉여압력은 70kPa를 초과하지 않는다.
상기 음전극(2)에서의 수소 변환 속도를 증가시키기 위해서, 상기 전기 캐패시턴스를 형성하는 프로세스에 기여가 작은 상기 음전극(2)의 큰 구멍들의 상당 부분이 전해질로 가득차지 않게하고, 수소의 신속한 변환을 촉진하도록, 상기 캐패시터에서 상기 전해질의 양은 정규화 된다.
실시예1
상기 캐패시터는 도 1에 도시된 구조도에 따라 만들어졌다.
질량 110g과 기하학적 부피 140×80×1.6mm3을 가지고, 이산화 납(lead dioxide)(PbO2)을 포함하는 물질로 만들어진 전극은 상기 캐패시터에서 (비-분극성)양전극(1)으로서 사용되었다.
전체 질량 18g과 기하학적 부피 140×80×1.2mm3을 가지고, 폴리아닐린 및 활성탄소 섬유로 만들어진 합성물질(PaXCf1-X)은 (분극성)음전극(2)으로서 사용되었다. 상기 음전극(2)에서 폴리아닐린의 함유량은 10%이었다. 상기 음전극(2)의 비(比)전기캐패시턴스(specific electical capacitance)는 1200F/g의 값을 가진다.
질량 13g과 기하학적 부피 140×80×0.1mm3을 가지고, 납 합금(lead alloy)으로 만들어진 전류 탭(4)을 가지는, 상기 음전극(2)은 전기적으로 연결된 2개의 부분으로 이루어진다. 상기 음전극(2)(2개의 부분)은 두께 0.08mm를 가지는 한 팩의 격리판(3) 내에 설치된 상기 양전극(1)의 양 표면에 압착된다.
농도 1.27g/sm3를 가지는 황산 수용액은 상기 전해질로서 사용되었다. 상기 전해질의 부피는 25sm3이었다.
상기 전극 유닛은 밀봉된 전류 도입선(6)을 가지는 하우징(5) 속에 설치된다.
가스의 잉여압력이 허용되는 값을 초과하는 경우에 있어서, 상기 캐패시터는 내부 체적으로부터 대기로 가스를 방출하는 비상 밸브(7)를 구비한다.
완전히 충전된 캐패시터의 전압은 2.21V와 같았다. 상기 캐패시터 상의 전압값이 0.8V에 이르기까지 5A 직류 전류에 의해 캐새피터를 방전할 때, 비산출에너지(specific yielded energy)(상기 하우징의 질량은 고려하지 않고)는 216J/g(911J/sm3)이었다.
상기 캐패시터의 질량 및 부피는 각각 190g과 45sm3이다.
상기 음전극(2)의 활성물 내에서 폴리아닐린의 함유량의 변화는, X를 0에서 0.1 - 0.15로 증가시킬 때 비캐패시턴스가 증가하고, 다음으로 점차적으로 감소하며, X가 0.9일 때, 상기 비에너지 특성은 최대 값에 비하여 1.3 - 1.4배 줄었다는 것을 보였다.
따라서, 최대의 비캐피시턴스(specific capacitance)를 얻기 위한 합성물에서 최적의 폴리아닐린 함유량은 10 - 15%이다.
방전의 시작이나 끝에서 이 캐패시터의 내부 옴 저항은 8.2×10-3Ohm이고, 상기 캐패시터 상에서 전압 1.45V일 때는 7.2×10-3Ohm으로 감소하였다.
직류에 의해 방전될 때, 상기 음전극의 전위는 거의 선형으로 변화하고 있다(도 3).
그러나, X가 0.1-0.15의 범위보다 작거나 큰 값으로 변화할 때, 음전극 전위가 방전의 끝에서 보다 빠르게 떨어지는 것이 관찰되었다.
이 실시예에서 본 것과 같이, 상기 청구된 캐패시터의 비에너지는 가장 근접한 아날로그 캐패시터의 대응하는 값에 (질량에 대해)3.8배 및 (부피에 대해)3.37배를 넘는다.
실시예 2
실시예 1에서 언급된 기하학적 파라미터를 가지는 캐패시터를 제조하였다. 상기 음전극(2)은 폴리피롤(polypyrrole)을 순차적인(subsequent) 전기화학적 중합에 의해 탄소-섬유 직물(PpxCf1-x)로 도입함에 의해서 제조되었다.
상기 음전극(2)에서 상기 폴리피롤 함유량은 18%이었다. 상기 합성 음전극(2)의 질량은 21g이었다. 상기 음전극의 비캐패시턴스는 1050F/g이었다. 농도 1.27g/sm3을 가지는 황산 수용액이 전해질로서 사용되었다.
본 캐패시터의 완전 충전 후에 전압(VOC)은 2.09V와 같았다. 5A 직류에 의해 전압 0.8V까지 방전될 때, 상기 충전된 캐패시터는 35.2kJ의 에너지를 산출하였다. (상기 하우징 질량을 고려없이) 상기 질량 및 상기 부피는 각각 195g과 46sm3와 같았다.
이 소자의 내부 옴 저항은 방전의 시작부터 끝까지 약간 변화하며, 평균적으로 9.3×10-3Ohm이었다.
상기 음전극(2)에서 상기 폴리피롤의 질량을 0에서 80%까지 변화는 다음을 보여준다.
- X를 0에서 0.2로 증가시킬 때, 상기 음전극의 비캐패시턴스는 620F/g로부터 1050F/g로 증가한다.
- 다음으로, 폴리피롤 질량을 증가시키면, 상기 캐패시턴스는 920F/g로 감소한다.
최대의 비캐패시턴스를 얻기 위한, 합성물에서 최적의 폴리피롤 함유량은 20%이다.
실시예 3
큰 방전 전력을 얻기 위한, 얇은 양전극(1)과 음전극(2)을 가지는 전기화학 캐패시터가 제조되었다.
질량이 17g인 상기 양전극(1)은 기하학적 파라미터 140×80×0.4mm3을 가졌다. 질량 4,7g인 상기 음전극(2)의 활성물은 부피가 140×80×0.3mm3인 2부분으로 이루어지고, 0.45g의 폴리아닐린을 순차적인 중합에 의해 탄소 섬유 매트릭스로 도입함으로써 제조하였다. 상기 음전극의 상기 전류 탭(4)은 부피 140×80×0.1mm3을 가졌다.
상기 캐패시터의 조립의 프로세스는 실시예 1에서 기술되었던 것과 비슷하게 이루어졌다.
(상기 하우징의 질량을 고려하지 않고) 상기 캐패시터 질량은 65g이었다. 농도 1.27g/sm3를 가지는 황산 수용액이 전해질(6)로서 사용되었다.
25A, 60A 및 100A의 직류를 가지고 0.8V의 전압까지 방전될 때, 본 발명의 캐패시터는 각각 6kJ, 4.2kJ 및 3.1kJ의 에너지를 산출하였다.
100A 직류 전류에 의해 방전될 때, 평균 비전력은 1.90W/g이다. 방전의 시작과 끝에서 상기 캐패시터의 내부 옴 저항은 5.2×10-3Ohm과 실질적으로 비슷하거나 같았다.
25A 보다 작은 직류 전류에 의해 방전될 때, 상기 캐패시터의 전압과 상기 양전극(1) 및 상기 음전극(2)의 전위는 상기 방전 시간에 거의 선형 종속한다(도 4).
상기 방전 전류의 부가적인 증가는 상기 음전극(2) 전위의 선형종속의 붕괴를 초래하고, 따라서, 상기 캐패시터 상의 전압의 선형종속의 붕괴를 초래한다.
이것은 방전 프로세스에서 산화환원반응의 관여와, 상기 전기 이중층을 방전시키는 속도보다 낮은 반응 속도와 실질적으로 관련이 있으며, 음전극의 활성 물질이 오직 탄소 물질로만 이루어져 있는 상기 캐패시터에서 강하게 일어난다.
실시예 3에서, 상기 제안된 캐패시터가 높은 방전 전력을 제공할 수 있다는 것이 분명하게 나타나며, 그 값은 상기 전극을 제조하기 위한 기술을 향상시킬 때 상당히 높아 질 것이다.
실시예 4
전도성 폴리머 폴리피롤로 만들어진 음전극(2)을 가지는 상기 전기화학 캐패시터가 제조되었다.
먼저, 폴리피롤 막(film)은 진한 황산에서 긴 전기화학적 처리를 받는다. 세척 및 건조 후에, 기하학적 부피가 140×80×0.4mm3이고 질량이 3.56g인 전극이 만들어졌다.
(활성물 PbO2를 가지는) 양전극(1)은 질량 18g과 부피 140×80×0.4mm3을 가졌다.
상기 캐패시터의 조립 프로세스는 실시예 1에서와 비슷하게 이루어졌고(도 1), (상기 하우징의 질량은 고려하지 않고) 그 질량은 69g이었다.
농도 1.27g/sm3를 가지는 황산 수용액을 전해질로 사용하였다. 완전히 충전된 캐패시터의 전압은 1.98V와 같았다.
상기 캐패시터 상의 전압이 0.8V에 이를 때까지, 0.5A 직류 전류에 의해 방전될 때, 전기 캐패시턴스 및 산출된 에너지는 각각 4.6kF와 7.41kJ의 값을 가진다.
이 캐패시터의 내부 옴 저항은 실시예 3에서 기술된 캐패시터의 내부 옴 저항보다 2.4배 더 높다.
방전 전력이 증가할 때, 산출된 에너지의 단순 감소가 발생하고, 50A 전류에 의해 방전될 때(방전의 평균 비전력이 0.78W/g), 산출된 에너지는 2.31kJ과 같다.
방전 시간으로부터 방전 전류가 12A보다 클 때, 음전극(2) 전위 및 상기 캐패시터 상의 전압의 선형종속의 편차가 발생하고, 방전 전류가 증가함에 따라, 또한, 상기 편차가 값이 증가한다.
상기 음전극을 제조하는 기술을 향상시킬 때, 내부 옴 저항을 감소시키는 것과, 비에너지 및 전력특성을 증가시키는 것과, 동작 전압의 범위를 넓히는 것이 성취될 것은 분명하다.
이와 같이, 앞서 언급된 실시예들은, 전기 이중층을 가지는 상기 제안된 전기화학 캐패시터에서, 합성물질 또는 전도성 유기 폴리머를 이산화 납을 포함하는 양전극을 가지는 한쌍의 음전극의 활성물로서 사용할 때, 그 에너지 및 전력특성은 가장 근접한 아날로그적 해결책의 대응하는 특성들 보다 뛰어나다.
분명하게, 상기 음전극의 합성물질의 비용이 활성탄소 물질의 비용을 넘지 않기 때문에, 상기 제안된 캐패시터의 저장된 에너지 당 비용은 가장 근접한 아날로그적 해결책보다 상당히 낮을 것이고, 본 캐패시터의 비에너지는 3.8배 더 높을 것이다.
상기 청구된 발명은 구성소자의 병렬 및 직렬 모두를 행할 수 있도록 하고, 그를 기초로 하여, 다양한 값들의 동작 전압 및 캐패시턴스를 위한 캐패시터 배터리들을 만들 수 있도록 한다.
상기 캐패시터는 전극 및 하우징의 다양한 형태 및 구성을 가질 수 있다. 개시된 실시예들은 단지 본 발명의 몇가지 특징들을 설명할 뿐이며, 그 가능성들을 제한하지는 않는다. 분명히 다른 기술적 변화를 캐패시터에 도입함으로써 상기 캐패시터의 특성들을 향상시킬 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터로서,
    하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되는 비-분극성 양전극 및 분극성 음전극과, 상기 전극들을 격리하는 다공성(porous) 격리판 및 전해질을 포함하고,
    상기 비-분극성 양전극의 활성물은 이산화 납(lead dioxide)을 포함하며,
    상기 분극성 음전극의 활성물은 유기 전도성 폴리머이거나 탄소와 유기 폴리머 물질을 기초로 하여 만들어진 합성물질이고,
    상기 음전극의 큰 구멍의 부분이 전해질로 채워져 있지 않고, 상기 격리판 구멍을 통해 산소 분자의 부가적인 이동을 가능케 하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분극성 음전극이 폴리아닐린(polyaniline) 및 활성탄소 물질의 합성물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분극성 음전극이 활성탄소 물질 및 폴리피롤(polypyrrole)의 합성물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분극성 음전극이 전도성 폴리머 폴리피롤(polypyrrole)로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    무기산(inorganic acid) 또는 그 혼합물의 수용액(aqueous solution), 또는 그 염의 수용액, 또는 산과 염의 틱소트로픽(tixotropic) 혼합물(mixture), 고체 양성자 전도성(proton-conductive) 화합물이 상기 전해질로서 사용되는 것을 특징으로 하는 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐패시터가 누설-방지되도록 만들어진 것을 특징으로 하는 전기 이중층을 가지는 전기화학 캐패시터.
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