KR20110045092A - 고전압 ｅｄｌｃ 셀 및 이의 제조방법 - Google Patents

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토르 이. 에일러트센
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이옥서스, 인크.
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Abstract

본 발명의 전극 제조방법은 회전식 리소그래피 프린터(rotary lithographic printer)를 사용하여 기판의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함한다. 전극 잉크는 기판상에서 건조될 수 있다. 세퍼레이터 재료는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 부분 상에 프린팅된다. 밀봉제(sealant) 벽은 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 부분 주위에 프린팅된다.

Description

고전압 ＥＤＬＣ 셀 및 이의 제조방법{HIGH VOLTAGE EDLC CELL AND METHOD FOR THE MANUFACTURE THEREOF}
관련 출원에 관한 참조
본 출원은 2008년 8월 28일자로 출원된 미국 특허출원 제12/229,922호, 제목 "고전압 EDLC 셀 및 이의 제조방법(High Voltage EDLC Cell and Method for the Manufacture Thereof)"의 일부계속출원이며 이에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있다. 본 출원은 또한 2008년 5월 8일자로 출원되어 계류중인 미국 특허출원 제12/151,811호, 제목 "전기 이중층 커패시터의 제조를 위한 전극 구조(Electrode Structure for the Manufacture of an Electric Double Layer Capacitor)"에 관한 것으로서, 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
본 발명은 고전압 전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)에 관한 것으로, 특히 EDLC의 높은 커패시턴스와 낮은 저항을 유지하면서 고전압 EDLC용 전극을 형성하는 재료, 제조 방법 및 프로토타입 설계에 관한 것이다.
전기화학적 이중층 커패시터(EDLC)는 한 전극이 캐소드(cathode)로 작용하며 나머지 전극이 애노드(anode)로 작용하는 방식으로 배치된 2개의 전극으로 구성된 에너지 저장 장치이며, 2개의 직렬 커패시터로 몰딩될 수 있는 구조를 형성한다. 이 장치는 그 값이 장치의 유효 직렬 저항(ESR)에 의해 지시될 수 있는 높은 전력 밀도(즉, ESR이 낮아질수록 전력 밀도가 증가함)를 특징으로 한다. EDLC의 제조에 사용되는 활성탄(activated carbon)의 유효 표면 및 이중층을 형성하는 전해질(electrolyte) 분자와 전극 사이의 간격으로 인해 EDLC의 커패시턴스는 클 수 있다. EDLC의 커패시턴스는 공식 C = kA/d 을 이용하여 산출될 수 있는데, 여기서 k는 비례상수이며, A는 활성탄의 유효 표면적이고, d는 전극과 전해질 분자 사이의 간격이다.
EDLC 장치는 전해질로 습윤되어 밀봉된 패키지에 전극과 세퍼레이터 재료(separator material)를 수용함으로써 제조될 수 있다. 결과물인 장치는 단일 셀 EDLC 장치이다. 이 장치는 공업용 전원장치, UPS(무정전 전원장치), 전기 자동차, 휴대전화, 및 가전제품을 비제한적으로 포함하는 광범위한 용례에 사용될 수 있다.
공지된 EDLC는 전해질로 인한 제한인 약 2.7V의 공칭 전압 정격으로 작동한다. 몇몇 용례에서, 특정 용례의 요구를 충족하기 위해 단일 EDLC 셀보다 많은 EDLC 셀이 요구된다. 예를 들어, 고전압에서 작동하는 복합 장치(composite device)를 제공하기 위해 하나 이상의 EDLC 장치가 직렬로 커플링될 수 있다. 그러나 직렬 셀의 개수가 증가함에 따라 셀들의 밸런싱(balance)이 맞춰지지 않는다면, 복합 장치의 빠른 고장이 야기될 수 있다. 또한, 직렬 셀들의 ESR의 증가는 전력 밀도의 감소를 초래할 수 있다.
본 발명의 전극 제조방법은 회전식 리소그래피 프린터(rotary lithographic printer)를 사용하여 기판의 일부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함한다. 전극 잉크는 기판상에서 건조된다. 세퍼레이터 재료는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 일부분 상에 프린팅된다. 밀봉제(sealant) 벽은 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 부분 주위에 프린팅된다.
도 1은 일 실시예에 따른 전극의 다양한 영역의 스테이징(staging)에 사용되는 기본 구성요소(component) 형상을 나타낸다.
도 1a는 일 실시예에 따른 회전식 리소그래피 프린터의 개략도이다.
도 1b 내지 도 1d는 도 1a의 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 프린팅된 각종 전극 어레이의 개략도이다.
도 1e는 일 실시예에 따른 전극 프린팅 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 구성요소 선정 및 이 구성요소의 구체적인 배치를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따라 각각의 셀을 순차적으로 완성하는 데 사용되는 절첩 구조 패턴(folding organization pattern)을 나타낸다.
도 3a는 일 실시예에 따라 병렬 연결된 전극의 3개의 스택(stack)의 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따라, 절첩 시 어떻게 보여지는 지를 나타내는 구성요소 패턴이 전면으로부터 이면으로 순차적으로 도시되어 있는, 한 전극의 개방도(open view)이다.
도 5는 일 실시예에 따라 전압을 증분(increment)으로 적층(stack)하는 데 사용되는 인터페이스 구성요소와 고전압 스택의 블록 구조를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 상세한 고전압 EDLC의 개략도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 고전압 EDLC 구조를 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따라 고전압 EDLC에 부가되는 열전달 재료를 나타낸다.
도 9는 일 실시예에 따른 최종 고전압 설계 패키징의 개략도를 나타낸다.
일부 실시예에서, 전극 제조 방법은 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 일부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함한다. 전극 잉크는 기판상에서 건조될 수 있다. 세퍼레이터 재료는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 일부분 상에 프린팅된다. 밀봉제 벽은 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 부분의 주위에 프린팅된다.
일부 실시예에서, 회전식 리소그래피 프린터는 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼을 포함할 수 있다. 메쉬(mesh)는 제1 회전 드럼에 커플링된다. 전극 잉크는 제1 회전 드럼에 의해 메쉬를 통과하여 기판의 일부분 상으로 가압되도록 구성될 수 있다. 유사하게, 세퍼레이터 재료는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 잉크의 적어도 일부분을 넘어서 기판상으로 가압되도록 구성된다.
일부 실시예에서, 전극 제조 방법은 기판 상에서 잉크가 패턴을 형성하도록 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함한다. 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분으로부터의 각각의 부분은 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분으로부터의 나머지 부분들과 상호 배타적(exclusive)이다. 전극 잉크는 기판상에서 건조될 수 있다. 세퍼레이터 재료는 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분으로부터의 적어도 한 부분의 상부에 프린팅된다.
개별적인 전기화학적 셀은 전해질의 항복 한계(breakdown limit)로 인하여 유한한 전압 스탠드오프(voltage standoff)를 갖는데, 전해질의 항복 한계는 일반적으로 2.5V 내지 2.7V의 범위이다. 몇몇 실시예에서, 제조 프로세스는 기판 상에서 생성될 다수의 개별적인 하프 셀(half-cell)을 허용하는데, 기판은 직렬 연결된 저전압 셀의 스택을 형성하기 위하여 또 다른 기판과 함께 접힐 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 하프 셀은 기판 상의 실질적으로 유사한 형상의 부분의 매트릭스(matrix)에서 리소그래피 프린팅 전극 잉크에 의해 제조될 수 있다. 유사하게, 밀봉제 벽은 유사한 형상의 부분 주위에 프린팅될 수 있으며, 세퍼레이터 재료는 전극 잉크 상에 프린팅될 수 있다. 전압 스탠드오프는 각각의 스택 내의 이러한 셀의 개수에 의존하여 셀의 밸런싱 문제를 제거한다.
일부 실시예에서, 단일 셀 복합 장치는 단일 패키지에 수많은 개별 셀을 사용하도록 설계되어, 종래의 EDLC보다 더 높은 전압 스탠드오프(standoff)를 갖는 "단일 셀" EDLC 장치를 생성한다. 이러한 EDLC는 중량이 경량이고, 체적이 작고, 셀 밸런싱에서 비롯된 복잡함이 본질적으로 없을 수 있다. EDLC는 리소그래피로(lithographically) 형성된 교번식 개재 전극을 갖는 단위 셀 구조체와, 전극들 사이에 배치되고 또한 리소그래피로 형성된 사전 형성된 세퍼레이터를 구비한다. 전해질은 EDLC 내에 채워진다. 전극은 하프 셀 스트립(half-cell strip)으로 언급되는 기판상에 정확한 간격으로 리소그래피로 프린팅될 수 있다. 프린팅 프로세스의 제1 패스(pass)에서, 정사각형 또는 직사각형 영역의 어레이가 형성되고, 전극 잉크가 기판상에 프린팅된다. 프린팅 프로세스는 탄소 층의 두께를 변경시키는데, 이는 하프 셀 스트립의 전체 에너지 밀도에 영향을 미친다. 제2 패스에서, 각각의 전극 주위에 밀봉제 재료의 경계가 형성된다. 제3 패스에서, 하프 셀 스트립의 절반상에 세퍼레이터 재료가 프린팅된다. 이후, 스트립이 결합되어 완성된 EDLC 셀을 형성한다. 또한 추가 커패시턴스를 포함하여 전극의 개개의 스택의 확장이 제공되는데, 이들은 전극들 중 하나에 전류 콜렉터(collector)의 여분의 길이를 허용하고, 부품 배치를 연속적으로 전진시키고, 또는 확장 피스(extension piece)를 함께 음파 용접(sonic welding) 또는 열 (스폿) 용접함으로써, 접속하게 된다.
일부 실시예는 단일의 고전압 EDLC 셀을 위한 제조 단계를 포함한다. 하기에서 58 패럿의 예시적인 커패시턴스 및 15 볼트의 전압 스탠드오프가 이용된다. 이러한 예시는 규격인 것으로 받아들여지지는 않으며; 오히려, 이는 개념을 설명하기 위한 임의의 선택인 것으로 해석되어야 한다. 방법이 가상적인 임의의 다른 커패시턴스 및 전압 스택으로 확장될 수 있다.
도 1은 제조 프로세스의 여러 단계 전체에 걸쳐 전극(예를 들어, 하프 셀)을 도시한다. 전극의 제조 단계의 평면도는, 도 1의 상단부에서 보여지는 도면 부호 10, 11, 12, 13, 14, 및 15로 식별되고, 단일 및 이중 층 전극의 각각의 단면 두께는, 도 1의 하단부에서 보여지는 도면 부호 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 및 24로 식별된다.
전류 콜렉터(예를 들어, 기판)(10, 16)는 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전류 콜렉터(10, 16)는 캐패시터 등급 알루미늄(예를 들어, 99.99% 순수 알루미늄)으로 구성된다. 다른 실시예에서, 전류 콜렉터는 탄탈 및/또는 기타 등등으로 구성될 수 있다. 전류 콜렉터(10, 16)는 시트에 이용될 수 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 시트는 30㎛의 두께와, 50mm의 폭과, 50mm의 길이를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 시트는 임의의 적절한 크기일 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 시트는 40㎛의 두께를 가질 수 있다. 기판 재료는 대형 롤에서 획득될 수 있고, 특정 장치의 제조를 위해 적절한 치수로 분할(slit)될 수 있다. 일부 실시예에서, 기판 재료를 적절한 치수로 분할하는 데 문구용 칼(stationary knife)이 사용된다. 이러한 문구용 칼은 기판상의 롤링된 에지를 유도하지 않는 깨끗하고 정확한 절단부를 만드는데 사용될 수 있다. 전술된 프로세스는, 가상적인 임의의 크기의 캐패시터에 사용될 수 있고, 장치 커패시턴스는 본원에 더 자세히 기술되는 하프 셀 구조체의 크기에 의존한다.
일부 실시예에서, 전류 콜렉터(10, 16)는 세척될 수 있다. 이러한 세척은, 본원에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 전극 재료가 전류 콜렉터(10, 16)에 형성될 때, 전류 콜렉터가, 전극 재료와 전류 콜렉터(10, 16) 사이의 접합의 강도를 감소시킬 수 있는 오염물을 형성하는 것을 막을 수 있다. 예를 들어, 알루미늄은, 산소 대기에 노출될 때, 알루미늄 전류 콜렉터와의 접합으로부터 전극 재료를 방해할 수 있는 오염물(예를 들어, 알루미늄 산화물)을 빠르게 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 플라즈마 에칭은 전류 콜렉터(10, 16)를 세척하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 플라즈마 에칭은, 본원에 더 자세히 설명되는 바와 같이 프린팅 프로세스의 일부로 이용될 수 있다. 이와 같이, 장치[예를 들어 도 1a에 도시된 장치(50)]는 전류 콜렉터(10, 16)에 전극 잉크를 프린팅하기 전에 전류 콜렉터(10, 16)를 플라즈마 에칭할 수 있다. 다른 실시예에서, 전류 콜렉터(10, 16)를 세척하는데 고전압 코로나 방전이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 화학적 부식액 배스(bath)가 이러한 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서는, 산화층이 비교적 단시간에 알루미늄 전류 콜렉터상에 재형성될 수 있기 때문에, 전극 재료는, 전류 콜렉터가 배스로부터 제거된 후에 바로 전류 콜렉터에 프린팅될 수 있다.
홀(11)은 전류 콜렉터(10, 16)에 형성된다. 홀(11)은 임의의 적절한 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 홀(11)은 예를 들어, 드릴링되거나, 커팅되거나, 및/또는 다르게 형성될 수 있다. 홀(11)은 다른 전류 콜렉터에 형성된 홀과 정렬될 수 있다. 전해질은 본원에 더 자세히 기술되는 바와 같이, 홀을 통해 셀의 스택 내에 삽입될 수 있다.
밀봉제 재료(12)는 전류 콜렉터(13)의 주연부 주위에 형성된다. 밀봉제 재료(12)는 본원에 더 자세히 기술되는 바와 같이, 탄화 재료를 둘러쌀 밀봉제 벽을 생성한다. 밀봉제 재료(12)는, 셀과 외부 대기 사이에 기밀식으로 밀봉된 배리어를 형성하기 위해, 다른 전류 콜렉터(13)상의 밀봉제 재료에 부착하도록 구성된 폴리머일 수 있다. 이런 방식으로, 두 개의 하프 셀은 전체 셀을 만들기 위해 결합된다. 일부 실시예에서, 폴리비닐리덴 불화물(PVDF) 재료, 예를 들어, 솔베이-솔레시스(Solvay-Solexis)에 의해 제조된 솔리프(Solef) 1008이 이용될 수 있다. 이러한 재료는 작동 온도, 표면 접착성, 가요성, 및 화학적 용해도와 같은 원하는 특성을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서는, CL-5-1 밀봉제 재료가 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 밀봉제 재료(12)는 [예를 들어, 밀봉제 재료(12)가 전류 콜렉터(13)의 양 측부 모두에 프린팅될 때] 단일 측부(19)에 대해 100㎛ 보다 작은 두께를 가지고 있을 수 있고, 이중 측면 부품(20)에 대해 170㎛보다 작을 두께를 가질 수 있다. 본원에 더 기술되는 바와 같이, 밀봉제 재료는 적층 프로세스, 스크린 프린팅 및/또는 평판 프린팅을 통해 적용될 수 있다. 밀봉제 재료(12)는 셀로부터 전해질의 누설을 막고 전해질 노출로부터의 부패에 면역력을 갖는, 전류 콜렉터(13)의 주연부 주위의 벽을 형성한다.
일부 실시예에서, 밀봉제 재료가 형성된 전류 콜렉터의 일부는, 전류 콜렉터의 제1 표면에 형성된 밀봉제 재료가 전류 콜렉터의 제2 표면에 형성된 밀봉제 재료와 결합될 수 있도록, 마이크로 홀로 천공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 예를 들어, 전류 콜렉터의 제1 표면의 밀봉제 재료는 모놀리식으로 형성되고 및/또는 전류 콜렉터의 제2 표면의 밀봉제 재료와 융합될 수 있다. 이는 전류 콜렉터의 두 표면모두의 밀봉제 재료에 의해 생성된 벽이 안정화되게 도울 수 있다.
전극 잉크는 전류 콜렉터(14)에 도포된다. 전류 콜렉터(14)의 단일 측부에 도포되는 전극 잉크를 갖는 전류 콜렉터(14)의 측면(21)과 전류 콜렉터(14)의 두 측부 모두에 도포되는 전극 잉크를 갖는 전류 콜렉터(14)의 측면(22)이 도 1에 도시된다. 전극 잉크는 임의의 적절한 전극 잉크일 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 전극 잉크는, 본원에 전문이 참조로 통합된, 2008년 5월 8일 출원된 발명의 명칭이 "전기 이중 층 캐패시터의 제조를 위한 전극 구조체(Electrode Structure for the Manufacture of an Electric Double Layer Capacitor)"인 미국 특허 출원 번호 제12/151,811호에서 기술된 것과 유사한 탄소 슬러리(carbon slurry)일 수 있다. 전극 잉크는 주로 활성탄(예를 들어, MSP-20)과, 소량의 도전성 탄소[예를 들어, 수퍼 P(Super P)]와, 러버라이저(rubberizer)(예를 들어, BM-400-B)와, 바인더(binder)[예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐피롤리돈(PVP)]와, 충전제(예를 들어, Cab-o-sil)와, 증류수 및/또는 다른 첨가제[예를 들어, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)]로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전극 잉크는 특정 순서로 성분의 적절한 비율을 혼합하고, 그 자체와 용매를 함께 반씩 혼합함으로써 형성될 수 있다. 일단 혼합되면, 전극 잉크는 전류 콜렉터(예를 들어, 기판)에 도포될 수 있다. 전극 잉크 혼합물은, 특정 캐스트 성분 용액을 촉진하는 전극 잉크의 커패시턴스를 증가시키고 접합 저항을 감소시키는 전기적 특성을 개선시킨다. 다른 실시예에서, 전극 잉크는 세라믹 및/또는 기타 등등을 포함할 수 있다.
EDLC 카본 전극의 주성분인 활성탄은 고압 EDLC 분야에서 커패시티브 저장을 생성하기 위해 이용되는 상당한 노출 표면 영역을 제공한다. 셀의 커패시턴스는 셀 내 활성탄의 체적에 비례한다. 일부 실시예에서, 셀 체적과 단위 체적당 특정 커패시턴스를 곱함으로써 특정치가 도출될 수 있으며, 단위 체적당 특정 커패시턴스는 적절한 두께에 이르기까지 비교적 일정하다. 다른 실시예에서, 커패시턴스는 단위 면적당 특정 커패시턴스와 셀 면적을 곱함으로써 도출될 수 있다. 본 명세서에서 구체적으로 부연 설명된 바와 같이, 다수개의 셀을 직렬 및 병렬로 배열함으로써 전극의 ESR를 감소시켜 전극의 전력 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 이런 배열은 장치의 전류 통전 성능을 향상시킬 수도 있다.
다른 분야에서는 전력 밀도 대 에너지 밀도의 상대적 중요성에 대해 언급한다. 제조 프로세스는 양자 중 어느 하나를 우선적으로 처리하도록 조절될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들면 전류 콜렉터(current collector)에서의 전극 잉크의 두께와 전류 콜렉터에서의 밀봉제 재료의 접착제 두께는 셀에 의해 공급되는 에너지를 증가시키기 위해 증가될 수 있다. 본 명세서에 추가 설명된 바와 같이, 전류 콜렉터에서의 전극 잉크의 두께는 리소그래피 프린팅 프로세스에 사용되는 스크린(예를 들면, 메쉬)의 두께에 따라 변경될 수 있다. 전술한 바와 같이 두께를 제어함으로써 개별 하프 셀(half-cell)의 에너지 밀도를 차례로 변화시킨다.
EDLC 장치의 동작 전압을 최대화하기 위해, 프로톤 컨덕터(proton conductor) 또는 세퍼레이터(15)는 하프 셀을 전기적으로 절연시키지만 화학적으로 분리하지 않도록 개별 분극 하프 셀(polarized half-cells)들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 세퍼레이터(15)는 특정 충전 이온만이 세퍼레이터(15)를 통과할 수 있도록 구성될 수도 있다. 또한, 세퍼레이터(15)는 활성탄에 흡수되지 않은 자유 전해질(free electrolyte)의 제한된 양을 저장할 수도 있다. 세퍼레이터(15)는 본 명세서에서 구체적으로 부연설명된 리소그래피 기술을 이용하여 하프 셀 스트립들 중 하나에 삽입되거나 프린팅될 수 있다.
EDLC가 작동중 충전되거나 방전될 때 세퍼레이터(15)에는 수직 및 수평 방향으로 높은 기계적 스트레스가 가해진다. 세퍼레이터(15)는 일 방향 또는 반대방향에서 상수로서, 그리고 주파수 의존량과 같은 일부 반응 성분으로서 측정된 자체 저항량을 포함한다. 일부 실시예에서, 선행 위치(precession location), 재료 농도, 공간, 크기 및 적응도가 중요한 파라미터이고 이들이 리소그래피 프린팅 프로세스에 의해 용이하게 달성될 수 있기 때문에, 리소그래피 프린팅 프로세스가 전극 잉크 상에 세퍼레이터 재료를 프린팅하기 위해 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 세퍼레이터(15)는 예를 들면 솔베이 솔레시스에 의해 제조된 Solef 6020과 같은 폴리비닐리덴 불화물(polyvinylidene fluoride; PVDF)로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 세퍼레이터는 러버라이저(rubberizer; 예를 들면, BM-440-B), 바인더[예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone; PVP)], 충전제(예를 들면, cab-o-sil), 증류수 및/또는 다른 첨가제로 구성될 수 있다. 이런 실시예에서, cab-o-sil은 전해질 이온이 세퍼레이터 재료를 관통할 수 있도록 구성되는 투과성 멤브레인을 형성한다.
세퍼레이터(15)는 본 명세서에 보다 구체적으로 설명된 바와 같이 미리 준비된 건조된 전극 잉크상에 스크린되거나 및/또는 리소그래피 프린팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들면 세퍼레이터(15)는 25 ㎛의 최대 적용 두께와, 균일하게 분포된 공극도 분포(PSD)를 갖는 25 내지 50 ㎛의 공극 크기와, 균일한 세퍼레이터 매트릭스 성분을 가질 수 있다. 공극 크기는 셀에서 전해질 이동 속도에 영향을 미친다. 예를 들어, 크기가 작은 공극은 셀에서 전해질 이동 속도를 감소시킬 수 있으며, 이는 커패시터의 반응을 감소시킬 수 있다. 최종 고압 EDLC의 전력 또는 에너지 요구조건에 따라, 스크린 적용 프로세스는 다른 재료 또는 제조 결함을 보상할 수 있다. 스크린 세퍼레이터를 구비한 단일 편방향 전극(23)과 스크린 세퍼레이터를 구비한 양방향 전극(24; 예를 들면, 전류 콜렉터의 양면에 프린팅된 하프 셀)이 도 1에 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 세퍼레이터는 두 개의 하프 셀이 상호 단락되는 것을 방지하기 위해 충분한 절연을 제공하도록 가능한 얇게 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나의 세퍼레이터(15)만이 각각의 하프 셀 조립체 사이에 필요할 수 있으며, 따라서 스크린 어플리케이터(screening applicator)로부터 다른 배치가 가능할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에 보다 구체적으로 설명된 바와 같이, 세퍼레이터(15)가 모든 전류 콜렉터에 프린팅되지는 않는다. 완성된 하프 셀이 전류 콜렉터의 제1 표면에 프린팅된 후, 유사한 프로세스를 이용하여 전류 콜렉터의 제2 표면에 하프 셀이 프린팅될 수 있다.
다른 실시예에서, 세퍼레이터는 프린팅 외에 다른 방법을 이용하여 미리 준비된 건조된 전극 잉크 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 사전 제작된 세퍼레이터 시트는 건조된 전극 잉크 상에 배치되거나 및/또는 적층될 수 있다. 이런 실시예에 사용되는 일부 세퍼레이터 재료는 건식 전극 잉크 상에 배치되기 전에 형성된 경우 최상으로 작동한다. 이런 재료는 Celgard 및 NKK와 같은 제조사로부터 구입 가능하다. 이런 세퍼레이터 재료의 작동 파라미터는 제조업자에 의해 미리 정해지고 시험될 수 있지만, 재료는 다양한 조건하에서 시험된 바와 같이 작동할 수 있다. 이런 세퍼레이터는 전극이 제조될 때 전극 잉크 위의 전류 콜렉터에 물리적으로 가해질 수 있고, 또는 이런 세퍼레이터는 전극을 조립하기 전에 적층될 수 있다.
도 1a는 도 1b 내지 도 1d에 도시되고 설명된 하프 셀과 같은 전극을 제조하기 위해 사용되는 회전식 리소그래피 프린터(50)를 개략적으로 도시하고 있다. 회전식 리소그래피 프린터(50)는 제1 쌍의 회전 드럼(57), 제2 쌍의 회전 드럼(58)과, 제3 쌍의 회전 드럼(59)을 포함한다. 제1 쌍의 회전 드럼(57)은 상부 드럼(51)과 저부 드럼(52)을 포함한다. 상부 드럼(51)은 전극 잉크를 함유한 프린트 헤드이다. 일부 실시예에서, (도 1a에 도시되지 않은) 외측 메쉬층이 상부 드럼(51)에 결합된다. 상부 드럼은 전류 콜렉터가 상부 드럼(51) 및 저부 드럼(52) 사이를 통과할 때 외측 메쉬층을 통해 전류 콜렉터(예를 들면, 기판) 상에 전극 잉크를 가압하도록 구성된다.
상부 드럼(51)은 도 1a의 화살표(AA)로 도시된 방향으로 중심축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 이와 유사하게, 저부 드럼(52)은 도 1a의 화살표(BB)로 도시된 방향으로 중심축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 따라서, 기판이 상부 드럼(51)과 저부 드럼(52) 사이를 통과할 때, 기판은 도 1a의 화살표(CC)로 도시된 방향을 따라 이동하게 된다. 이는 기판이 화살표(CC)로 도시된 방향을 따라 이동될 때 상부 드럼(51)이 기판상에 전극 잉크를 프린팅하는 것을 가능케 한다.
일부 실시예에서, 상부 드럼(51)은 기판을 가로질러 일정 패턴으로 전극 잉크를 프린팅한다. 이런 실시예에서, 예를 들면 상부 드럼(51)은 기판의 긴 스트립을 가로질러 직사각형 어레이를 프린팅할 수 있다. 이런 직사각형 어레이는 도 1b 내지 도 1d에 도시된 직사각형 어레이와 유사할 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 다른 패턴, 가령 예를 들면 삼각형, 원형, 타원형 및/또는 기타의 패턴이 프린팅될 수 있다.
기판상에 프린팅된 전극 잉크의 두께는 상부 드럼(51)에 결합된 외측 메쉬층을 변경함으로써 달라질 수 있다. 예를 들면, 전극 잉크의 두꺼운 층이 요구되면, 외측 메쉬층의 두께를 증가시키면 된다. 또한, 전극 잉크의 얇은 층이 요구되면, 외측 메쉬층의 두께를 감소시키면 된다. 전극 잉크의 두께의 변경은 장치의 커패시턴스를 변경시킨다. 전극 잉크의 최적 두께는 샘플을 프린팅하여 샘플의 단위 체적당 커패시턴스를 측정함으로써 결정될 수 있다. 전극 잉크가 너무 두꺼우면, 전류 콜렉터로부터 멀리 이격된 전극 잉크는 의도한 바와 같이 기능하지 않고, 전해질 이온의 이동을 저감시켜 세퍼레이터 층을 가로지르는 전도율을 감소시킬 수 있다. 전극 잉크가 너무 얇으면, 장치의 커패시턴스는 최적의 두께를 구비한 전극 잉크 층을 갖는 전극의 커패시턴스보다 작을 수 있다.
제1 쌍의 회전 드럼(57)과 유사하게, 제2 쌍의 회전 드럼(58)은 상부 드럼(53)과 저부 드럼(54)을 포함한다. 상부 드럼(53)은 도 1a의 화살표(AA)로 도시된 방향으로 중심축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 이와 유사하게, 저부 드럼(54)은 도 1a의 화살표(BB)로 도시된 방향으로 중심축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 따라서, 기판이 상부 드럼(53)과 저부 드럼(54) 사이를 통과할 때, 기판은 도 1a의 화살표(CC)로 도시된 방향으로 이동하게 된다.
상부 드럼(53)은 세퍼레이터 재료를 함유하는 프린트 헤드이다. 일부 실시예에서, (도 1a에 도시되지 않은) 외측 메쉬층은 상부 드럼(53)에 결합된다. 상부 드럼(53)은 기판이 상부 드럼(53)과 저부 드럼(54) 사이를 통과할 때, 외측 메쉬층을 통해 전극 잉크가 프린팅된 기판상에 세퍼레이터 재료를 가압하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 상부 드럼(53)은 전극 잉크를 가로지른 패턴으로 기판에 세퍼레이터 재료를 프린팅한다. 이러한 실시예에서, 예를 들면, 상부 드럼(51)은 전극 잉크가 프린팅된 기판의 일부를 가로질러 직사각형 스트립의 어레이를 프린팅할 수 있다. 이러한 직사각형 스트립의 어레이는 도 1b 및 도 1d에 도시된 것들과 유사할 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 다른 패턴이 프린팅될 수 있다.
전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 세퍼레이터 재료는 모든 전류 콜렉터 상에 프린팅되지 않는다. 예를 들면, 도 1c는 세퍼레이터 재료가 프린팅되지 않은 하프-셀(1030)을 갖는 기판(1020)의 스트립을 도시한다. 이러한 결과를 달성하기 위해, 상부 드럼(53)은 세퍼레이터 재료를 일부 전류 콜렉터 상에는 프린팅되고 다른 전류 콜렉터 상에는 프린팅되지 않도록 구성될 수 있다.
제1 쌍의 회전 드럼(57) 및 제2 쌍의 회전 드럼(59)과 유사하게, 제3 쌍의 회전 드럼(59)은 상부 드럼(55) 및 저부 드럼(56)을 포함한다. 상부 드럼(55) 및 저부 드럼(56)은 상기 전술된 상부 드럼(51) 및 저부 드럼(52)과 유사하게 회전하도록 구성된다. 상부 드럼(55)은 밀봉제 재료를 포함하는 프린트 헤드이다. 몇몇 실시예에서, 외부 메쉬 층(도 1a에 도시되지 않음)은 상부 드럼(55)에 결합된다. 상부 드럼(55)은 기판이 상부 드럼(53)과 저부 드럼(54) 사이로 지나갈 때 밀봉제 재료를 외부 메쉬 층을 통하여 그리고 기판 상으로 가압하도록 구성된다. 밀봉제 재료는 전극 잉크가 프린팅되는 기판의 일부를 밀봉제 재료가 둘러싸도록 프린팅될 수 있다.
사용 시에, 기판 재료의 일 편(예를 들면, 알루미늄)은 지점(60)에서 장치(50) 내에 삽입된다. 회전 드럼 쌍(57, 58, 59)의 회전 운동으로 인해, 기판 재료는 화살표(CC)로 도시된 방향으로 이동된다. 기판 재료가 제1 쌍의 회전 드럼(57)을 통과할 때, 상부 회전 드럼(51)은 기판 상에 전극 잉크를 프린팅한다. 상기 전술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 상부 회전 드럼(51)은 기판 상에 예를 들어 직사각형의 어레이와 같이 전극 잉크의 패턴을 프린팅할 수 있다.
이후, 기판 재료의 일 편은 제1 쌍의 회전 드럼(57)으로부터 제2 쌍의 회전 드럼(58)으로 지나간다. 제1 쌍의 회전 드럼(57)과 제2 쌍의 회전 드럼(58) 사이의 거리는, 제1 쌍의 회전 드럼(57)에 의해 기판에 프린팅되는 전극 잉크가 기판이 제2 쌍의 회전 드럼(58)에 도달하기 전에 기판 상에서 건조될 수 있게 하도록 충분히 크다. 몇몇 실시예에서, 전극 잉크는 세퍼레이터 재료를 기판에 프린팅하기 전에 건조될 필요가 없다. 기판이 제2 쌍의 회전 드럼(58)과 접촉한 후에, 상부 회전 드럼(53)은 세퍼레이터 재료를 바람직한 패턴 및 위치에서 기판 상에 프린팅한다. 몇몇 실시예에서, 예를 들면, 세퍼레이터 재료는 하프-셀의 단지 일부에 프린팅된다. 이후, 소정 편의 기판 재료는 제2 쌍의 회전 드럼(58)으로부터 제3 쌍의 회전 드럼(59)으로 지나간다. 상부 회전 드럼(55)은 전극 잉크가 프린팅된 기판의 일부의 주연부 주위에 밀봉제 재료를 프린팅한다.
이후, 프린팅된 기판(예를 들면, 완성된 하프-셀 스트립)은 지점(62)에서 장치를 배출할 수 있다. 이후, 소정 편의 기판 재료는 전극 잉크, 밀봉제 재료 그리고 선택적으로, 세퍼레이터 재료가 기판의 제2 표면에 프린팅되도록, 뒤집혀서 장치(50)를 통하여 삽입될 수 있다. 구성요소가 기판의 제2 표면에 프린팅될 때 기판의 제1 표면에 이미 프린팅된 구성요소(예를 들면, 전극 잉크, 세퍼레이터 재료 및 밀봉제 재료)의 위치 설정은, 장치(50)에 위치 설정된 광학 센서(미도시)를 사용하여 모니터링될 수 있다. 이러한 광학 센서는 기판의 제2 표면에 프린팅된 하프-셀이 기판의 제1 표면에 프린팅된 하프-셀과 정렬된다는 것을 보장하도록 도울 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 다른 적절한 방법 및/또는 장치는 구성요소가 기판의 제2 표면에 프린팅될 때 기판의 제1 표면에 이미 프린팅된 구성요소의 위치 설정을 모니터링하는데 사용된다. 또 다른 실시예에서, 하프-셀은 상부 회전 드럼이 기판의 제1 표면에 하프-셀을 프린팅할 때 저부 회전 드럼에 의해 기판의 제2 표면에 프린팅된다. 이러한 실시예에서, 하프-셀을 기판의 양측에 프린팅하기 위해서 장치(50)를 통과하는 단 한 번의 통과(single pass)가 필요하다.
일부 실시예에서, 각 구성요소(예를 들어 전극 잉크, 세퍼레이터 재료 및 밀봉제 재료)가 적용될 때, 만족스런 건조 온도를 유지하기 위해 오일 가열될 수 있는 큰 둥근 드럼 상에 기판이 감겨질 때, 건조 시간이 변할 수 있다(예를 들어 길거나 짧을 수 있다). 또한, 큰 드럼은 보다 작은 영역 길이에서 더 많은 기판 재료를 허용하는 저장 차량으로 고려될 수 있고, 이것을 컴팩트 릴로 압축시키지 않아서 밀봉제 재료 및 전극 잉크의 완전성을 손상시킬 수 있다.
기판에 전극 잉크 및 세퍼레이터를 프린팅한 후에 기판에 밀봉제 재료를 프린팅하는 것으로 도 1a에 도시되지만, 밀봉제 재료는 프린팅 프로세스에서의 임의의 시점에서도 기판에 프린팅될 수 있다. 일부 실시예에서 예를 들어 밀봉제 재료는 전극 잉크 및 밀봉제 재료를 기판에 프린팅하기 전에 기판에 프린팅된다. 다른 실시예에서, 밀봉제 재료는 기판에 전극 잉크를 프린팅한 이후이지만 기판에 밀봉제 재료를 프린팅하기 이전에 기판에 프린팅된다.
3개의 회전 드럼 쌍(57, 58, 59)을 갖는 것으로서 도 1a에 도시되지만, 다른 실시예에서 장치는 단일 회전 드럼 쌍을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상부 회전 드럼은 프린팅 프로세스의 각 스테이지에서 재구성될 수 있다. 예를 들면, 상부 회전 드럼은 먼저 전극 잉크를 기판에 프린팅하도록 구성될 수 있다. 이후 기판은 회전 드럼 쌍 사이로 지나갈 수 있고 전극 잉크는 기판에 프린팅될 수 있다. 이후 상부 회전 드럼은 세퍼레이터 재료를 기판에 프린팅하도록 재구성될 수 있고, 기판은 세퍼레이터 재료가 기판에 프린팅되도록 두 번째로 회전 드럼 쌍 사이로 통과될 수 있다. 이후 상부 회전 드럼은 밀봉제 재료를 기판에 프린팅하도록 재구성될 수 있고, 기판은 밀봉제 재료가 기판에 프린팅되도록 세 번째로 회전 드럼 쌍 사이로 통과될 수 있다.
도 1b 내지 도 1d는 예를 들어 도 1a의 장치(50)를 사용하여 프린팅되는 하프-셀 스트립의 예를 도시한다. 도 1b는 예를 들어 4개의 하프-셀(1010)이 상부에 프린팅되어 있는 기판(1000)을 도시한다. 전극 잉크, 세퍼레이터 재료 및 밀봉제 재료는 4개의 하프-셀(1010) 각각에 프린팅된다. 도 1c는 4개의 하프-셀(1030)이 상부에 프린팅되어 있는 기판(1020)을 도시한다. 세퍼레이터 재료는 기판(1020)의 4개의 하프-셀(1030)에 프린팅되지 않는다. 본원의 추가적 세부 사항에 기술된 바와 같이, 기판(1000)은 직렬로 연결된 복수의 전극 셀을 형성하기 위해 기판(1020)과 결합될 수 있다.
도 1b 및 도 1c는 기판에 프린팅된 단일 행의 하프-셀을 도시하고, 도 1d는 2개 행의 하프-셀(1050, 1060)이 프린팅된 기판(1040)을 도시한다. 세퍼레이터 재료는 다른 하프-셀(1050)에 프린팅되지 않으면서 몇몇의 하프-셀(1060)에 프린팅된다. 몇몇 실시예에서, 기판(1040)은 각 행에 있는 전극들 사이의 직렬 연결과, 2개 행에 있는 전극들 사이의 병렬 연결을 제공하기 위해 절첩될 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 개수의 행 및 열의 임의의 개수의 하프-셀이 기판에 프린팅될 수 있다. 예를 들면, 도 3은 각각 5개의 하프-셀을 갖는 2개의 기판을 도시한다.
도 1e는 전극의 하프-셀을 기판에 프린팅하는 방법(1070)을 도시하는 흐름도이다. 이 방법은 1072에서, 기판을 세정하는 것을 포함한다. 기판은 예를 들어 플라스마 에칭에 의해 세정될 수 있다. 이러한 세정은 전극 재료가 전류 콜렉터에 프린팅될 때 전극 재료와 전류 콜렉터 사이의 결합 강도를 감소시킬 수 있는 오염물을 전류 콜렉터가 형성하는 것을 방지하도록 도울 수 있다.
1074에서, 기판에 개구가 형성된다. 상기 전술된 바와 같이, 개구는 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있고, 전해질은 이하에서 더 상세히 설명될 바와 같이 장치가 완성될 때 개구 내에 삽입될 수 있다. 전극 잉크는 1076에서, 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 일부에 프린팅된다. 전극 잉크는 활성탄을 포함할 수 있고, 상기에 도시되고 기술된 전극 잉크와 유사할 수 있다. 또한, 회전식 리소그래피 프린터는 도 1a에 도시되고 기술된 장치(50)와 유사할 수 있다.
전극 잉크는 1078에서, 기판 상에서 건조되는 것이 허용된다. 세퍼레이터 재료는 1080에서, 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 일부에 프린팅된다. 세퍼레이터 재료는 상기 도시되고 기술된 세퍼레이터 재료와 유사할 수 있다. 더욱이, 세퍼레이터 재료는 도 1b에서 기판(1000)의 하프-셀(1010) 상에 도시된 예를 들어 바둑판 형상과 같은 특정 패턴으로 기판의 일부에 프린팅될 수 있다. 1082에서, 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 일부 주위에 밀봉제 벽이 프린팅된다. 밀봉제 벽은 완성된 전체 셀을 생성하기 위해 하프-셀을 또 다른 하프-셀과 밀폐식 밀봉하는데 사용될 수 있다.
도 2는 프린팅 프로세스 내의 다른 단계들에서 제1 기판(100)의 전방 측면(105, 110, 115) 및 후방 측면(120, 125, 130)과 제2 기판(150)의 전방 측면(155, 160) 및 후방 측면(165, 170)을 도시하는 리소그래피 구성요소 플레이트를 열거한다. 프린팅 프로세스의 각각의 구성요소(예를 들어, 전극 잉크, 세퍼레이터 재료 및 밀봉제 재료)은 구성요소들이 완료될 때까지 기판(100, 150) 상에 순차적으로 적용된다. 구성요소들은 위에서 기술한 바와 같이 기판(100, 150)의 각각의 측면에 적용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터 재료는 제2 기판(150)에 적용되지 않는다.
전극 구성요소들이 고전압 EDLC 내로 어떻게 조립되는지에 관한 상세한 정보는 도 3에 도시된 샘플 90도 리소그래피 구성요소 절첩 도식(lithographic component folding scheme)에 의해 먼저 참조된다. 제1 하프 셀 스트립(280)은 요소(115 및 130)들을 포함하고(도 2), 제2 하프 셀 스트립(290)은 서로 90도 오프셋으로 배치된 요소(160 및 170)들을 포함하고(도 2)(200), 양쪽 하프 셀 스트립(280, 290)들은 위로 면하는 각각의 전방 측면들을 구비한다. 제1 하프 셀 스트립(280)의 하프 셀들 상에 세퍼레이터 재료가 프린트되는 반면에 제2 하프 셀 스트립(290)의 하프 셀들 상에는 세퍼레이터 재료가 프린트되지 않는다. 제1 하프 셀 스트립(280)의 하프 셀들이 제2 하프 셀 스트립(290)의 하프 셀들에 연결될 때, 각각의 완전한 셀은 전극 잉크들 사이에 세퍼레이터 재료를 구비할 것이다.
절첩 패턴은 개별 구성요소들이 어떻게 정렬되는지를 보여준다. 하프 셀 스트립(280)의 절첩 패턴(200)으로 시작하며, 제1 저부 구성요소(201)는 본 명세서에서 더 상세하게 기술된 블록 조립체를 위한 베어 알루미늄 상태(bare aluminum ready)를 갖는다. 초기에, 하프 셀 스트립(290)은 하프 셀 스트립(280)의 상부에서 활주하여 제1 완전 셀 구성요소를 형성한다. 이어서, 하프 셀 스트립(290)은 도면부호 205에서 화살표(206)에 의해 도시된 방향으로 하프 셀 스트립(280) 위로 절첩된다. 이러한 절첩은 제2 완전 셀 구성요소를 형성한다. 이어서, 하프 셀 스트립(290)은 도면부호 210에서 화살표(211)에 의해 도시된 방향으로 하프 셀 스트립(280) 위로 절첩된다. 이러한 절첩은 제3 완전 셀 구성요소를 형성한다. 이러한 절첩 프로세스는 마지막 절첩 패턴(240)이 화살표(241)에 의해 도시된 방향으로 하프 셀 스트립(280) 위로 하프 셀 스트립(290)을 절첩시킬 때까지 단계(215, 220, 225, 230 및 235)들에서 반복되고, 추가적인 커패시티브 블록의 상부의 하프 셀 스트립(290)의 상단부 구성요소(245)로 작업이 완료된다. 이러한 절첩 프로세스는 직렬로 서로 연결된 다수의 완전 셀 스택을 생성한다. 예를 들어, 도 3에서, 절첩 프로세스는 직렬로 연결된 한 스택의 9개의 완전 셀들을 생성한다.
각각의 이들 전극 조립체들이 세워질 때, 특정한 섹션들을 위해 목표로 선정되고, 블록 및 블록 인터페이스 연결 영역으로서 형성된다. 블록 영역이 가장 간단하다. 이러한 영역에서, 두 개의 전극들이 한데 감겨서, 그들 사이에 개재된 단지 하나의 얇은 세퍼레이터와 함께 탄소-대-탄소 인터페이스를 결합시킨다. 각각의 전극이 전진하게 될 때, 각각의 전극이 서로에 대해 다른 전극과 직렬로 아래로 위치되면서 제2 전극에 대해 90도로 절첩된다. 두 번째마다 전극은 아래로 위치되고, 부가적인 커패시티브 구성요소가 생성된다. 각각의 전극은 전류 콜렉터 매칭의 연속적인 길이로 이러한 직렬 방식으로 인터페이싱되는 한, 커패시턴스는 추가된다.
전극의 초반부에서, 탄소 질량이 없는 알루미늄 전류 콜렉터 구성요소가 제공된다[예를 들어, 도 3에서 저부 구성요소(201)]. 또한, 이것은 완성된 EDLC 블록[예를 들어, 도 3에서 구성요소(245)]의 맨 끝(very end)에서 일어난다. EDLC가 포지티브 및 네거티브 파워 소스에 먼저 연결될 때, 이들 베어 알루미늄 세그먼트들은 적어도 일 측면 상에서 단자 인터페이스로서 작용한다.
도 3의 절첩 프로세스(200)에 의해 생성된 스택은 병렬로 다른 유사한 스택들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 3a는 컨덕터(260)(예를 들어, 한 조각의 알루미늄)에 의해 병렬로 서로 연결된 4개의 스택(255)들을 도시한다. 구체적으로, 컨덕터(260)는 각각의 스택(255)의 상부 베어 구성요소[예를 들어, 도 3의 구성요소(245)]에 연결된다. 유사하게, 4개의 스택(255) 각각의 저부 베어 구성요소[예를 들어, 구성요소(201)]는 (도 3a에 도시되지 않은) 컨덕터에 의해 바닥 베어 구성요소에 연결된다. 이러한 직렬/병렬 구성(예를 들어, 각각의 스택 내에서 직렬로 연결된 셀 및 각각의 스택들 사이에서 병렬로 연결된 셀)은 장치의 전력 밀도를 증가시킬 수 있다. 이러한 구성들은 ESR을 감소시키고 이에 따라 전력 밀도를 증가시키며 단일 스택의 셀들 보다 더 많은 강건한 전류 통전 성능을 갖는다.
이들 구성요소 영역의 구조적 크기 및 구성에 따라서, 병렬 및/또는 직렬의 구획에서의 배향 길이, 폭 및 두께는 각각 더 큰 커패시턴스 및/또는 전압 스탠드오프(standoff) 능력을 제공한다. 다수의 하프 셀 스트립을 예시하는 것은 직렬로 개개의 셀(n)[예를 들어, 각각의 스택(255)에서의 셀의 개수]과 병렬 스택(m)[예를 들어, 스택(255)의 개수]과 함께 EDLC 장치를 형성하여 결합되었다. 각각의 스택의 커패시턴스는 각각의 스택에서의 셀들의 개수에 의해 나누어진 각각의 셀의 커패시턴스와 동등할 수 있다(C스택 = C셀/n). 각각의 스택의 전압 스탠드오프는 각각의 스택에서 셀들의 2.5배 개수와 동등할 수 있다(V스탠드오프 = 2.5 X n). 장치의 커패시턴스는 각각의 스택의 셀들의 개수에 의해 나누어진 각각의 셀의 커패시턴스로 곱한 스택의 개수와 동등할 수 있다[C전체 = (m X C셀)/n]. 이러한 장치의 ESR은 스택(ESR전체 = ESR스트립/m)의 수로 나누어진 각각의 스택의 ESR일 수 있다.
도 4는 층 세부를 표시하는 단일 전극 커패시티브 세그먼트 절첩도(300)를 도시한다. 세그먼트의 하나의 측면은 용례 및 원하는 종결 방법에 따라 구성요소(305) 또는 양쪽 측면들을 포함하는 재료가 없다. 노출된 한 측면만의 전극을 고려하면, 다른 측면은 카본 혼합물만으로 구성되는 구성요소 또는 세퍼레이터와 같은 추가 구성요소를 구비할 수 있다.
도 5는 직렬로 함께 연결된 3개의 스택 셀(405, 406, 407)을 갖는 장치(400)를 도시한다. 이것은 장치(400)의 전압 스탠드오프를 증가시키도록 행해질 수 있다. 일부 실시예에서, 스택-대-스택 인터페이스(415)는 제2 스택의 셀(406)에 제1 스택의 셀(405)을 연결시키도록 사용될 수 있다. 제1 스택(405)을 제2 스택(406)에 연결하는데 있어서, 스택-대-스택 인터페이스(415)는 최외측 베어 전극[예를 들어, 도 3에서 구성요소(245)] 외의 다른 전극에 연결될 수 있다. 예를 들어, 스택-대-스택 인터페이스(415)는 최외측 베어 전극 외의 다른 제1 스택(405)에서의 제2 전극에 연결될 수 있다.
스택-대-스택 인터페이스(415)는 제2 스택(406)에 연결되고, 제1 스택(405)과 제2 스택(406)을 전기적으로 연결한다. 스택-대-스택 인터페이스(415)는 제2 스택(406)의 최외측 베어 전극 또는 제2 스택(406)에서의 제2 전극에 연결될 수 있다. 스택-대-스택 인터페이스(415)는 초음파 용접 또는 유사한 것과 같은 적합한 방법에 의해 제1 스택(405) 및 제2 스택(406)에 연결될 수 있다. 얻어진 연쇄 연결(concatenated linkage)은 완성된 EDLC 전압 요구량에 이르도록 적층할 수 있도록 필요한 전압 분할을 가능하게 한다.
개구(410)는 구성요소가 세퍼레이터 재료를 포함하든 포함하지 않든 간에 각각의 구성요소 영역에 의해 형성된다. 이들 개구(410)들은 전해질이 폐쇄된 캐비티 전체에 걸쳐서 충전되고, 다공성 활성탄을 배어들게 하도록, 그리고 세퍼레이터를 포화시키도록 허용한다. 이들 개구(410)가 단지 셀의 스택마다 스루-연결되고(thru-connected), 각각의 스택은 그 자신의 포텐셜에서 유지되기 때문에, 개구(410)는 전해질이 개구(410) 내로 삽입된 후에 플러깅될 수 있다. 가능한 낮은 산소 레벨을 유지하고 완성된 충전을 보장하기 위해서, 스택은 먼저 진공화시키고 다시 충전되고, 공기 오염물질이 재충전될 때 전해질 내에 조기 브레이크다운(premature breakdown)을 형성하여 남아 있지 않도록 질소로 진공을 대체한다. 일단 질소가 탄소 및 세퍼레이터 재료를 포화시키면, 프로세스는 역전되어 전해물이 질소로 대체하는 것을 허용한다. 밀봉은 Solef 1008로 제공될 수 있고 슬러그 내로 형성될 수 있고 구멍을 통해 스택 내로 주입될 수 있다. 플러그가 주입될 때, 캐비티 내로 진입하는 재료를 먼저 팽창시키도록 가열될 수 있고 이어서 캐비티의 외부 상의 부드럽고 얇은 외곽선을 제공하도록 냉각될 수 있다.
스택은 원하는 커패시턴스를 얻도록 필요한 만큼 많은 셀 구성요소들을 포함할 수 있다. 스택들 사이의 스택-대-스택 인터페이스는 가능한 짧게 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 스택들 사이의 스택-대-스택 인터페이스는 길이에서 단지 하나의 구성요소일 수 있다. 특정한 용례를 위해 필요한 전압 스탠드오프를 공급하도록 필요한 만큼 많은 스택-대-스택 인터페이스가 존재할 수 있다.
하나의 직렬 스택 내로 부착된 결과적인 스택 캐스케이딩은 도 6에서 볼 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 완성된 발명 예시 조립체(500)는 15볼트로 정격화된 58 패럿의 커패시턴스를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 전압으로 정격화된 임의의 커패시턴스는 각각의 셀의 특성, 스택 내의 셀의 개수, 및 일렬로 연결된 스택들의 개수를 변화시킴으로써 얻어질 수 있다. 부가적으로, 위에서 기술한 바와 같이, 커패시턴스 및 정격 전압은 다수의 스택들을 병렬로 연결함으로써 변화될 수 있다. 도 6은 직렬로 서로 연결된 동일한 커패시턴스 및 구조를 갖는 6개의 스택(505, 510, 515, 520, 525, 530)들을 도시한다. 전체 전압(540)은 구조물 및 전해질 내에서 스택의 개수에 의해 결정될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전해질은 예를 들어 TEABF4/아세토니트릴 또는 TEABF4/프로필렌 카보네이트 및/또는 TEMABF4/아세토니트릴 또는 TEABF4/프로필렌 카보네이트일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 스택(505, 510, 515, 520, 525, 530)들은 위의 전해질이 사용될 때 2.7 또는 2.5 볼트의 정격 전압을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 전극(590)은 폭(592)이 50mm이고 높이(594)가 50mm일 수 있다. 다른 실시예에서, 전극은 임의의 다른 적절한 폭 및/또는 높이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 전극의 주변부 상에 프린팅된 밀봉제 재료(596, 598)는 5mm보다 작은 폭을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 밀봉제 재료는 5mm보다 큰 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 전극(590)은 전류 콜렉터의 양 측면 상에 프린팅된 전극 잉크를 포함하여 대략 162㎛ 폭을 가질 수 있다. 동시 계속 출원 제12/151,811에 개시된 기술을 사용하여 표면적, 활성탄 혼합 및 사용된 재료의 양을 측정하면, 구체적인 커패시턴스가 결정될 수 있다. 위의 정보로부터, 계산된 커패시턴스는 단일 전극 조립체의 구체적인 용량을 곱한 전극의 유효 체적(working volume)과 동일하다. 예를 들어 58패럿, 15V 조립체에서, 계산된 용량은 대략 10.14패럿일 수 있다.
전극 조립체(600)는 개별 층 및 실제 배치 순서를 보여준다. 전극 잉크가 양면에 프린팅된 제1 전극(605, 610, 615)이 세퍼레이터(620)에 인접하여 알루미늄 전류 콜렉터(610)의 상부에 배치된다. 전극 잉크가 양면에 프린팅된 제2 전극(625, 630, 635)이 알루미늄 전류 콜렉터(630)의 상부에 배치된다. 예를 들어 58패럿, 15V 조립체에서, 공칭 두께(605-635)가 얻어질 수 있고, 357㎛ 또는 0.357mm의 총 전극 조립체 두께(640)를 갖는 것으로 요약된다.
스택 또는 전압 세그먼트(550)는 일부 실시예에서 350패럿 스택 조립체에 사용될 수 있는 각각의 전극의 35개 구성요소 또는 총 70개의 하프-셀을 보여준다. 그러한 예에서, 스택(585)의 결과적인 총 두께는 12.6mm일 수 있다. 스택의 각각의 단부는 스택 대 스택 인터페이스(560, 575)를 갖는다(도 6). 그러한 스택 대 스택 인터페이스(560, 575)는 도 5에 도시되고 설명된 스택 대 스택 인터페이스(415, 420)와 구조적으로 그리고 기능적으로 유사하다. 각각의 스택 단부는 연장되어 나가는 상이한 전극 극성을 가지며, 따라서 직렬 접속성을 형성한다.
각각의 전극에 형성된 구멍은 다른 전극(555, 580)에 형성된 구멍과 정렬된다(도 6). 상술한 바와 같이, 전해질이 이 구멍을 통해 장치 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 개별 블록이 전해질로 충전된 후에, 구멍들은 PVDF 호모폴리머로 채워지고 밀봉되어, 표면 상에 균일한 마감처리를 남긴다. 각각의 블록 섹션은 전체 스택이 완성될 때까지 유사하게 전해질로 충전된다. 각각의 블록은 기계적으로 그리고 전기적으로 임시 끼워맞춤되기 때문에, 용량 및 전압 내성과 같은 사전 용인 테스트가 이 제조 단계에서 평가될 수 있다. 도 7은 완성된 예시적인 고전압 스택(700)의 반분해도이다. 연장된 전기 단부 전류 콜렉터 구성요소 네거티브(710) 및 포지티브(715), 스택 대 스택 인터페이스(705) 및 용량성 스택 섹션(720, 725, 730, 735, 740, 745)이 상세 분해도로 도시되어 있다.
일부 실시예에서, 직렬로 상호 결합된 다수의 스택 섹션(720, 725, 730, 735, 740, 745)(예를 들어 다수의 유닛 셀)을 갖는 고전압 스택(700)이 하나 이상의 다른 고전압 스택에 병렬로 결합될 수 있다. 이것은 도 3a와 관련하여 도시되고 설명된 병렬 접속과 유사할 수 있다.
일부 실시예에서, 내부의 가열된 질량체를 외부의 냉각기 환경으로 제거하기 위한 효율적인 열전달 기구가 사용될 수 있다. 예를 들어, 고전압 EDLC가 작동함에 따라서, 지속된 전력 순환이 구조물 내에서 원치 않는 열을 발생시킨다. 도 8은 2개의 스택 대 스택 인터페이스(820)를 통해 서로 결합된 3개의 전극 스택(815)을 갖는 장치(800)를 도시한다. 전달 재료(825)가 스택 대 스택 인터페이스(820)들의 교차부에서 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 전달 재료(825)는 전도성 에폭시 및/또는 그와 유사한 얇고 다공성이며 열효율적인 전도성 전달 재료일 수 있다. 일부 실시예에서, 전달 재료는 원치않는 열을 유도하고 소산시키는데 도움이 되도록 사전 제작될 수 있다. 일부 실시예에서, 전달 재료(825)는 응용예가 지속적인 전력 순환 또는 대량의 대전된 이온 입자가 EDLC의 이중 층 사이에서 이동하는 것을 요구하는 높은 레벨의 딥 드로운 전압 서지(deep drawn voltage surge)를 요구할 때 추가될 수 있다. 추가적으로, 도 3에 설명된 90도 오프셋된 절첩 도식 및 도 7에 도시된 2개의 노출된 에지(710, 715)는 독특한 고유 열 소산기를 생성한다. 이들 노출된 알루미늄 측면 단부 영역은 내부에서 발생된 열을 도 9에 도시된 오염물 쉘 안으로 유도한다.
도 9는 최종 형태로 압축된 완성된 스택(900) 및 최종 패키지(915) 내에 배치된 완성된 스택(920)을 도시한다. 단자 접속을 위한 좌우 측면 상에 유지되는 알루미늄 전류 콜렉터 구성요소는 사전 형성된 단자 플레이트 및/또는 폴 피스에 초음파 또는 전기 스폿 용접에 의해 접속된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 완성된 스택(900)은 용접된 폴 피스(905)를 포함한다. 이들 폴 피스는 최종 패키지(915)의 일부이며, 최종 패키지(915)의 기밀 밀봉을 보장하기 위해 주연부 표면 둘레에 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 형성되는 것을 허용하도록 구성된다. 알루미늄 또는 스테인리스강 폴 피스(905)가 단부를 최종 패키지(915)로 경화시키는데 사용되어, EDLC 구성요소가 패키징을 통한 액세스를 전기적으로 얻는 것을 허용한다. 경질의 폴 피스(905)는 축적된 내부 열을 패키지의 내부로부터 외부로 보내는데 도움이 된다.
특정 작동 요건 및 환경에 맞도록 변경되는 다른 수정 및 변형이 당업자들에게 명백하기 때문에, 본 발명은 개시의 목적으로 선택된 예로 한정되는 것으로 간주되지 않으며, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않은 모든 변경 및 수정을 포괄한다.
방법 및 장치는 EDLC를 위한 전극을 프린팅 및 조립하는 것으로 도시되고 설명되었지만, 다른 실시예에서 그러한 방법 및 장치는 의사캐패시터(pseudocapacitor), 배터리 및/또는 전극을 갖는 임의의 다른 장치를 위한 전극을 프린팅 및/또는 조립하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 의사캐패시터는 EDLC와 유사한 구조 및 특징을 가지며, 따라서 상술한 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 의사캐패시터는 활성 재료로서 금속산화물을 갖는 하나의 전극 및 활성 재료로서 활성탄을 갖는 다른 전극을 갖는 전지를 포함한다. 금속 산화물은 상술한 방법 및 장치를 사용하여 기판 상에 프린팅될 수 있다. 의사캐패시터의 금속 산화물 전극은 EDLC와 유사한 표면 영역 저장의 사용에 추가하여 전극 표면 상의 유도 반응(예를 들어, 배터리 기술과 유사함)을 사용하여 에너지를 저장한다. 따라서, 일부 실시예에서, 의사캐패시터는 유사한 크기의 EDLC보다 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 의사캐패시터의 금속 산화물의 하중은 유사한 크기의 프린팅된 전극을 갖는 EDLC의 하중의 3배이다. 따라서, 의사캐패시터 셀은 동일한 용량을 갖는 EDLC보다 훨씬 작은 체적을 차지할 수 있다.
다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들은 한정이 아닌 예시를 위해 제시된 것이다. 상술한 방법이 특정 순서로 발생하는 특정 사건들을 지시하는 경우, 특정 사건들의 순서는 수정될 수 있다. 추가적으로, 특정 사건들은 상술한 바와 같이 순차적으로 수행될 뿐만 아니라 가능할 때에는 병렬적으로 동시에 수행될 수도 있다.
다양한 실시예들이 특정 특징 및/또는 구성요소들의 조합을 갖는 것으로 설명되었지만, 적절한 경우에 임의의 실시예들로부터의 임의의 특징 및/또는 구성요소의 조합을 갖는 다른 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 전극의 각각의 스택은 임의의 수의 셀을 포함할 수 있다.

Claims (25)

  1. 전극을 제조하는 방법이며,
    전극 잉크가 기판 상에 패턴을 형성하도록 전극 잉크를 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분 상에 프린팅하는 단계로서, 상기 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분들로부터의 각 부분은 상기 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분들로부터의 다른 부분들과 상호 배타적인, 프린팅 단계와,
    전극 잉크가 기판 상에서 건조되게 하는 단계와,
    상기 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분들로부터의 적어도 일 부분의 상부 상에 세퍼레이터 재료를 프린팅하는 단계를 포함하는
    전극 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계는, 기판의 복수의 직사각형 형상의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하되 상기 복수의 직사각형 부분들로부터의 각 직사각형 부분이 상기 복수의 직사각형 부분들로부터의 다른 직사각형 부분들과 실질적으로 정렬되게 하는 단계를 포함하는
    전극 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계는, 기판의 복수의 직사각형 형상의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 직사각형 형상의 부분들로부터의 각 직사각형 형상의 부분은 상기 복수의 직사각형 형상의 부분들로부터의 적어도 하나의 다른 직사각형 형상의 부분으로부터 일정 거리만큼 이격되는
    전극 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계는, 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼을 갖는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함하고, 제1 회전 드럼은 기판이 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼 사이를 통과할 때 전극 잉크를 메쉬를 통해 기판 상으로 가압하는
    전극 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계는, 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼을 갖는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함하고, 제1 회전 드럼은 기판이 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼 사이를 통과할 때 전극 잉크를 메쉬를 통해 기판 상으로 가압하고, 기판에 가해지는 전극 잉크의 양은 메쉬의 두께에 따라 변화하는
    전극 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    기판은 알루미늄인
    전극 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분들로부터의 각 부분을 둘러싸는 밀봉제 벽을 프린팅하는 단계를 더 포함하는
    전극 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    기판은 제1 기판이고 전극 잉크는 제1 전극 잉크이며,
    상기 방법은
    제2 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분 상에 제2 전극 잉크를 프린팅하는 단계와,
    제2 전극 잉크가 제2 기판 상에서 건조되게 하는 단계와,
    제2 전극 잉크가 세퍼레이터 재료와 접촉되도록 상기 제2 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분들로부터의 일 부분을 제1 기판의 적어도 일 부분과 결합시키는 단계를 포함하는
    전극 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    세퍼레이터 재료는 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼을 갖는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 전극 잉크의 상부 상에 프린트되고, 제1 회전 드럼은 기판이 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼 사이를 통과할 때 세퍼레이터 재료를 메쉬를 통해 전극 잉크 상으로 가압하고, 전극 잉크에 가해진 세퍼레이터 재료의 양은 메쉬의 두께에 따라 변화하는
    전극 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    기판을 목표하는 크기로 절단하는 단계를 더 포함하는
    전극 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    전극 잉크는 기판 상에 배치될 시 기판과 전기적으로 연결되는 활성탄을 포함하는
    전극 제조 방법.
  12. 전극을 제조하기 위한 시스템이며,
    제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼을 갖는 회전식 리소그래피 프린터와,
    제1 회전 드럼에 결합된 메쉬와,
    제1 회전 드럼에 의해 메쉬를 통해 기판의 일 부분 상으로 가압되도록 구성되는 전극 잉크와,
    회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 전극 잉크의 적어도 일 부분을 넘어서 기판 상으로 가압되도록 구성되는 세퍼레이터 재료를 포함하는
    전극 제조용 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    회전식 리소그래피 프린터는 제3 회전 드럼과 제4 회전 드럼을 포함하고, 기판은 제3 회전 드럼과 제4 회전 드럼 사이를 통과하도록 구성되고, 세퍼레이터 재료는 제3 회전 드럼에 의해 기판상으로 가압되도록 구성되는
    전극 제조용 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    기판은 알루미늄인
    전극 제조용 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    전극 잉크는 활성탄, 바인더 및 증류수를 포함하는
    전극 제조용 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기판의 부분은 기판의 제1 부분이고, 전극 잉크는 상기 기판의 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분 상으로 가압되도록 구성되고, 상기 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분들로부터의 각 부분은 상기 복수의 실질적으로 유사한 형상의 부분들로부터의 다른 부분들과 상호 배타적인
    전극 제조용 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    회전식 리소그래피 프린터는 제3 회전 드럼과 제4 회전 드럼을 포함하고, 기판은 제3 회전 드럼과 제4 회전 드럼 사이를 통과하도록 구성되고,
    상기 시스템은
    상기 기판의 부분을 둘러싸도록 제3 회전 드럼에 의해 기판 상으로 가압되도록 구성되는 밀봉제 재료를 더 포함하는
    전극 제조용 시스템.
  18. 제12항에 있어서,
    기판은 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼 사이를 통과하도록 구성되는
    전극 제조용 시스템.
  19. 전극을 제조하는 방법이며,
    회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 일 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계와,
    전극 잉크가 기판 상에서 건조되게 하는 단계와,
    회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 상기 기판의 부분 상에 세퍼레이터 재료를 프린팅하는 단계와,
    회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 상기 기판의 부분을 둘러싸는 밀봉제 벽을 프린팅하는 단계를 포함하는
    전극 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계는 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼을 갖는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함하고, 제1 회전 드럼은 기판이 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼 사이를 통과할 때 전극 잉크를 메쉬를 통해 상기 기판의 부분 상으로 가압하는
    전극 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 기판의 부분은 기판의 제1 부분이고,
    상기 방법은
    기판의 제1 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계와 실질적으로 동시에 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 기판의 제2 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계로서, 기판의 제1 부분은 기판의 제2 부분으로부터 일정 거리만큼 이격되는, 단계를 더 포함하는
    전극 제조 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    기판은 제1 기판이고,
    상기 방법은
    회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 제2 기판의 일 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계와,
    전극 잉크를 제2 기판 상에서 건조되게 하는 단계와,
    회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 상기 제2 기판의 부분을 둘러싸는 밀봉제 벽을 프린팅하는 단계와,
    상기 제2 기판의 부분 상에 프린팅된 전극 잉크가 상기 제1 기판의 부분 상에 프린팅된 세퍼레이터 재료와 접촉되도록 상기 제1 기판의 부분을 상기 제2 기판의 부분과 결합시키는 단계를 더 포함하는
    전극 제조 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    기판은 알루미늄인
    전극 제조 방법.
  24. 제19항에 있어서,
    기판을 목표하는 크기로 절단하는 단계를 더 포함하는
    전극 제조 방법.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 기판의 부분 상에 전극 잉크를 프린팅하는 단계는, 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼을 갖는 회전식 리소그래피 프린터를 사용하여 전극 잉크를 프린팅하는 단계를 포함하고, 제1 회전 드럼은 기판이 제1 회전 드럼과 제2 회전 드럼 사이를 통과할 때 전극 잉크를 메쉬를 통해 상기 기판의 부분 상으로 가압하고, 상기 기판의 부분에 가해진 전극 잉크의 양은 메쉬의 두께에 따라 변화하는
    전극 제조 방법.
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