KR20120069706A - 폼 전극 구조물 형성 방법 - Google Patents

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존 케이 웨스트
줄리어스 레갈라도
신 저우
넬슨 시타
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지4 시너제틱스 인크.
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Abstract

전극 구조물은 전자 도전성 기판과 접촉하는 전자 도전성 폼을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 폼은 기판과 접촉하는 다공성 전구체 물질을 전자 도전성 물질로 코팅하고 전구체 물질을 실질적으로 제거함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 폼은 기판과 접촉하는 합성 물질의 비도전성 구성성분을 제거하고, 도전성 구성성분을 기판과 접촉하여 남김으로써 형성될 수 있다. 전극 구조물은 전자 도전성 물질로 코팅되거나 고온에서 소결되어 내구성 및 도전성을 개선할 수 있다.

Description

폼 전극 구조물 형성 방법{METHODS FOR FORMING FOAMED ELECTRODE STRUCTURES}
관련 출원의 교차 참조
이 출원은 2009년 9월 4일자 출원한 미국 가출원 제61/239,910호를 우선권 주장하며, 이 우선권 출원의 전체 내용은 인용에 의해 여기에 통합된다.
발명의 분야
본 발명은 전극 형성에 관한 것이고, 특히, 전자 도전성 폼(foam) 및 전자 도전성 기판을 포함한 전극 구조물을 생성하기 위한 처리 기술에 관한 것이다.
전극은 어떤 매체에 전자를 공급하거나 매체로부터 전자를 제거하기 위해 사용되고, 전형적으로 금속 또는 금속 합금으로 제조된다. 전기화학 전지(cell)는 전기화학적 상호작용 중에 전자 운송 및 전송을 위해 전극을 사용한다. 배터리 또는 전기화학적 저장 장치는 방전 또는 충전 처리에 각각 대응하는 갈바닉(galvanic) 및 전해 용량 둘 다에서 전극을 사용할 수 있다. 전기화학적 반응은 일반적으로 전해질과 전극의 계면에서 또는 그 부근에서 발생하며, 전극은 외부 회로에까지 연장할 수 있고, 이것을 통하여 전력이 인가 또는 추출될 수 있다.
전극은 전형적으로 전력을 끌어내거나 및/또는 공급하기 위해 집전기(current collector)와 접촉하도록 배치된다. 시스템 손실을 줄이기 위해, 전극과 집전기 사이의 계면에서는 충분한 전기 접촉이 있어야 한다. 이 계면의 품질은 전극 및 집전기를 제조할 때 사용된 처리 단계 및 2개의 구성성분을 전기적으로 접촉하여 배치하기 위해 사용된 조립 단계에 따라 달라질 수 있다.
전술한 조립을 달성하는 전극과 집전기를 제조하기 위해 전형적으로 기계적 및 화학적 상호작용을 포함하는 많은 처리 단계가 필요하다. 이러한 많은 처리 단계는 가끔 복수의 하위 조립품(subassembly)들을 이용하기 때문에 비용이 증가하고, 하부구조 필요조건이 증가하며, 제조 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 전극 구조물을 제조하기 위해 필요한 처리 단계들을 줄이거나 및/또는 통합하는 것이 바람직하다.
전술한 사항에 비추어, 하나 이상의 전자 도전성 기판과 접촉하는 하나 이상의 전자 도전성 폼을 포함한 전극 구조물을 형성하는 기법, 조성물 및 장치를 제공한다. 일부 실시예에 있어서, 본 발명은 전자 도전성 기판 위에 직접 전자 도전성 폼을 형성하는 기술을 제공한다. 일부 방법에 있어서, 전자 도전성 기판 위에 직접 전자 도전성 폼을 형성하는 것은 전극 구조물을 형성하기 위한 처리 단계들을 감소시키거나 통합하거나 또는 감소 및 통합할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 전구체(precursor) 물질이 전자 도전성 기판(예를 들면 금속)과 접촉하도록 배치되고, 이때 기판의 표면과 전구체 물질 사이에는 계면이 존재한다. 전구체 물질은 중합체 폼, 중합체 슬러리, 건조된 중합체 슬러리, 임의의 다른 적당한 전구체 물질, 또는 이들의 임의의 적당한 조합일 수 있다. 일부 실시예에서, 기판과 접촉하는 전구체 물질은 기판과 접촉하고 있는 동안 추가로 처리(예를 들면, 건조, 경화)될 수 있다. 예를 들면, 서로 접촉하는 전구체 물질과 기판의 하위 조립품에 도금 또는 코팅 처리를 적용할 수 있다. 도금 또는 코팅 처리는 전구체 물질의 전체 부피에 걸쳐 전자 도전성 네트워크를 형성하도록 전자 도전성 물질(예를 들면, 금속)로 전구체 물질 및 기판의 전부 또는 일부를 코팅하는 것을 포함할 수 있다. 도금된 전구체 물질뿐만 아니라 도금된 전구체 물질의 하나 이상의 구성성분들이 실질적으로 제거(예를 들면, 열분해)되고, 이로써 기판과 접촉하는 전자 도전성 폼을 남길 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 활성 물질이 전구체 물질에 포함되거나, 및/또는 활성 물질이 전자 도전성 폼에 도입될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 폼은 고온에서 소결될 수 있다. 기판과 폼은 평평한 판형, 곡면 판형, 돔형, 임의의 다른 적당한 형상 또는 이들의 조합을 포함한 임의의 적당한 형상으로 될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 복수의 제1 입자가 복수의 제2 입자 및 액체 작용제와 결합하여 슬러리를 형성할 수 있다. 슬러리는 적어도 하나의 전자 도전성 구성성분 및 적어도 하나의 전자 비도전성 구성성분을 포함할 수 있고, 전자 비도전성 구성성분은, 비제한적인 예를 들자면, 중합체 입자, 결합제, 액체 작용제, 임의의 다른 적당한 전자 비도전성 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 전자 도전성 기판의 표면에는 적어도 하나의 연속적인 슬러리 층이 형성될 수 있다. 슬러리 층은 두께가 균일하거나 불균일할 수 있고, 기판의 표면에서 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 일부 실시예에서는 하나 이상의 연속적인 층이 기판의 표면에 형성될 수 있다.
액체 작용제의 실질적으로 전부(즉, 전부 또는 거의 전부)가 적어도 하나의 연속적인 슬러리 층으로부터 제거되어 고체 합성 물질을 남길 수 있고, 이때 고체 합성 물질은 기판 표면과 접촉을 유지할 수 있다. 예를 들면, 액체 작용제가 건조, 가열, 임의의 다른 적당한 제거 처리, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 제거될 수 있다. 복수의 제1 입자의 실질적으로 전부가 합성 물질로부터 제거(예를 들면, 열분해)될 수 있고, 이때 남아있는 복수의 제2 입자들이 기판과 접촉하는 대응하는 전자 도전성 폼을 형성할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 합성 물질은 전자 도전성 기판과 접촉하도록 배치될 수 있다. 합성 물질은 적어도 하나의 전자 도전성 구성성분 및 적어도 하나의 전자 비도전성 구성성분을 포함할 수 있고, 전자 비도전성 구성성분은, 비제한적인 예를 들자면, 중합체 폼, 건조된 중합체 슬러리, 임의의 다른 적당한 전자 비도전성 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 합성 물질은 2개 이상 유형의 입자를 포함한 합성 슬러리일 수 있다. 예를 들면, 합성 물질은 액체 작용제(예를 들면, 유기 용매), 전자 도전성 입자(예를 들면, 금속) 및 전자 비도전성 입자(예를 들면, 중합체)를 포함한 슬러리일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 합성 슬러리는 기판과 접촉하고 있는 동안 추가로 처리(예를 들면, 건조, 경화)될 수 있다. 전자 비도전성 구성성분, 또는 임의의 다른 구성성분은 건조된 합성 슬러리로부터 실질적으로 제거(예를 들면, 열분해)되어 기판과 접촉하는 전자 도전성 폼을 남길 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 쌍극성 전극 유닛(BPU)의 예시적인 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 도 1의 BPU를 적층한 예시적인 구조물의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 단극성 전극 유닛(MPU)의 예시적인 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 도 3에 도시한 MPU를 2개 포함한 장치의 예시적인 구조물의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적인 고체상 폼의 정육면체 부분을 보인 도이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 절개면을 가진 예시적인 전극 구조물을 보인 도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 생성하는 예시적인 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 생성하는 예시적인 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 생성하는 예시적인 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 생성하는 예시적인 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따른 기판과 접촉된 전구체 물질의 예시적인 측면 확대도이다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 선 XII-XII를 따라 취한, 도 11의 요소들의 예시적인 상부 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전구체 물질과 기판 사이의 계면의 예시적인 부분 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전자 도전성 물질로 코팅된, 도 13의 계면의 예시적인 부분 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 도 14의 계면의 예시적인 부분 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 기판과 접촉된 합성 물질의 예시적인 측면 확대도이다.
도 17은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 선 XVII-XVII을 따라 취한, 도 16의 요소들의 예시적인 상부 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 합성 물질과 기판 사이의 계면의 예시적인 부분 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전자 도전성 폼과 기판 사이의 계면의 예시적인 부분 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 합성 물질과 기판 사이의 계면의 예시적인 부분 단면도이다.
도 21은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전자 도전성 폼과 기판 사이의 계면의 예시적인 부분 단면도이다.
본 발명은 하나 이상의 전자 도전성 기판과 접촉하는 하나 이상의 전자 도전성 폼을 포함한 전극 구조물을 형성하는 방법, 조성물 및 장치를 제공한다. 본 발명은 전자 도전성 기판 위에 직접 전자 도전성 폼을 형성하는 방법, 조성물 및 장치를 제공한다. 본 발명의 전극 구조물 및 조립체는 예를 들면 전기 에너지 또는 전류를 저장하거나 제공하는 배터리, 커패시터 또는 임의의 다른 에너지 저장 장치, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 에너지 저장 장치에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 전극 구조물 및 조립체는 단극성 전극 유닛(mono-polar electrode unit; MPU) 또는 쌍극성 전극 유닛(bi-polar electrode unit; BPU)에서 구현될 수 있고, MPU 또는 BPU의 하나 이상의 표면에 적용될 수 있다. 비록 본 발명이 여기에서 적층형 에너지 저장 장치와 관련하여 설명되지만, 여기에서 설명하는 개념은, 비제한적인 예를 들자면, 평행 판형, 분광형, 폴드형, 권취형 및/또는 쌍극성 구성, 임의의 다른 적당한 구성 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 임의의 셀간(intercellular) 전극 구성에도 적용할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 전극은 다공성 구조 또는 도전성 폼을 포함하여 계면 면적을 증가시킬 수 있고, 이것은 분자(예를 들면, 물) 및/또는 이온(예를 들면, 수산기 이온)과 같은 화합물의 운송을 개선할 수 있다. 전기화학적 반응은 활성 물질, 전해질 및 전자 도전성 구성성분 사이의 계면에서 또는 그 부근에서 발생할 수 있다. 증가된 계면 면적은 전기화학적 장치의 충전율 및 방전율을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 예시된 기법, 조성물 및 장치는 적당한 기판과 접촉하는 다공성 구조물 또는 도전성 폼을 구비한 전극을 제공할 수 있다.
본 발명은 전자 도전성 기판과 접촉하는 전자 도전성 전극을 형성하는 방법, 조성물 및 장치를 포함한다. 전극은 예를 들면 다공성 전구체 물질을 전자 도전성 물질로 코팅함으로써, 또는 고체 합성 물질의 하나 이상의 구성성분을 제거함으로써, 또는 상기 2가지 처리에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 네트워크 또는 폼은 기판의 하나 이상의 표면 위에 직접 형성될 수 있다.
이제, 본 발명을 예시적인 실시예를 나타내는 도 1~21을 참조하면서 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 BPU(100)의 예시적인 구조물의 개략적인 단면도이다. 예시적인 BPU(100)는 양극 활성 물질 전극 층(104), 전자 도전성 불투과성 기판(106) 및 음극 활성 물질 전극 층(108)을 포함한다. 양전극 층(104)과 음전극 층(108)은 기판(106)의 반대측면에 제공된다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 도 1의 BPU(100)의 예시적인 적층 구조물(200)의 개략적 단면도이다. 복수의 BPU(202)가 적층 구조(200)로 배열될 수 있다. 적층물(200) 내에서, 하나의 BPU의 양전극 층(204)이 인접 BPU의 음전극 층(208)에 대향되고 전해질 층(210)이 각 BPU 사이에 위치되도록 전해질 층(210)이 2개의 인접한 BPU 사이에 제공된다. 격리판(separator)이 하나 이상의 전해질 층(210)에 제공되어 대향하는 양전극 층과 음전극 층을 전기적으로 분리할 수 있다. 격리판은 재결합을 위해 인접 전극 유닛들 사이에서 이온 이동을 허용하지만, 인접 전극들 사이에서 전자 이동을 실질적으로 금지한다. 여기에서 규정하는 것처럼, "셀" 또는 "셀 세그멘트"(222)는 제1 BPU(202)의 기판(206)과 양전극 층(204), 제1 BPU(202)에 인접한 제2 BPU(202)의 음전극 층(208)과 기판(206), 및 제1 BPU(202)와 제2 BPU(202) 사이의 전해질 층(210)으로 이루어진 구성성분을 말한다. 각각의 셀 세그멘트(222)의 각각의 불투과성 기판(206)은 적용가능한 인접 셀 세그멘트(222)에 의해 공유될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따른 MPU(300)의 예시적인 구조물의 개략적인 단면도이다. 예시적인 MPU(300)는 활성 물질 전극 층(304)과 전자 도전성 불투과성 기판(306)을 포함한다. 활성 물질 전극 층(304)은 임의의 적당한 양극 또는 음극 활성 물질일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 도 3에 도시한 MPU를 2개 포함한 장치의 예시적인 구조물의 개략적인 단면도이다. 양극 및 음극 활성 물질을 각각 구비한 2개의 MPU(300)가 적층되어 전기화학 장치(400)를 형성할 수 있다. 하나의 MPU(300)의 양전극 층(404)이 다른 MPU(300)의 음전극 층(408)에 대향하고 전해질 층(410)이 각 MPU 사이에 위치되도록 전해질 층(410)이 2개의 MPU(300) 사이에 제공된다. 격리판이 전해질 층(410)에 제공되어 대향하는 양전극 층과 음전극 층을 전기적으로 분리한다. 비록 도시하지는 않았지만, 일부 실시예에 있어서, 양극 활성 물질 및 음극 활성 물질을 각각 구비한 2개의 MPU가 적당한 전해질 층과 함께 적층물(200)에 추가되어 쌍극성 배터리를 형성할 수 있다. 쌍극성 배터리와 배터리 적층물은 오그(Ogf) 등의 미국 특허 출원 제11/417,489호, 오그 등의 미국 특허 출원 제12/069,793호, 및 웨스트(West) 등의 미국 특허 출원 제12/258,854에 자세히 설명되어 있고, 상기 특허 출원들은 인용에 의해 그 전체 내용이 여기에 통합된다.
전극 유닛을 형성하기 위해 사용되는 기판(예를 들면, 기판(106, 206, 406, 416))은, 비제한적인 예를 들자면, 구멍이 없는 금속 포일, 알루미늄 포일, 스테인레스 스틸 포일, 니켈 및 알루미늄을 포함한 피복재, 구리 및 알루미늄을 포함한 피복재, 니켈 도금 스틸, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 알루미늄, 금, 은, 임의의 다른 적당한 전자 도전성 및 불투과성 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함하는 임의의 적당한 전자 도전성 및 불투과성 또는 실질적 불투과성 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 기판은 하나 이상의 적당한 금속 또는 금속들의 조합(예를 들면, 합금, 고용체, 도금된 금속)으로 형성될 수 있다. 각 기판은 특정 실시예에서 서로 접착된 2개 이상의 금속 포일 시트로 구성될 수 있다. 각 BPU의 기판은 전형적으로 두께가 0.025~5 밀리미터이고, 각 MPU의 기판은 두께가 0.025~30 밀리미터이며 예를 들면 ESD에 대한 단자 또는 부단자(sub-terminal)로서 작용한다. 예를 들면, 금속화 폼은 예를 들면 평평한 금속막 또는 금속 포일의 임의의 적당한 기판 물질과 결합하여, 셀 세그멘트의 활성 물질들 간의 저항이 전극 전체에 걸쳐 도전성 매트릭스를 확장함으로써 감소되게 할 수 있다.
본 발명의 전극 유닛을 형성하기 위해 기판 위에 제공된 양전극 층(예를 들면, 양전극 층(104, 204, 404))은, 비제한적인 예를 들자면, 수산화니켈(Ni(OH)2), 아연(Zn), 임의의 다른 적당한 물질, 또는 이들의 조합을 포함한 임의의 적당한 활성 물질로 형성될 수 있다. 양극 활성 물질은 소결 및 주입되거나, 수성 결합제로 코팅되어 눌러지거나, 유기 결합제로 코팅되어 눌러지거나, 또는 도전성 매트릭스에서 다른 지원 화학물질과 함께 양극 활성 물질을 포함하도록 임의의 다른 적당한 기술에 의해 내포될 수 있다. 전극 유닛의 양전극 층은, 그 매트릭스에 주입되어 예컨대 팽창을 감소시키도록, 비제한적인 예를 들자면, 금속 수소화물(MH), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 임의의 다른 적당한 물질, 또는 이들의 조합을 포함한 입자들을 가질 수 있다. 이것은 예를 들면 주기 수명(cycle life)을 증가시키고, 재결합을 개선하며, 셀 세그멘트 내의 압력을 감소시킨다. MH와 같은 이들 입자는 Ni(OH)2와 같은 활성 물질 페이스트의 본딩 내에 또한 함유되어 전극 내의 도전성을 개선하고 재결합을 지원할 수 있다.
본 발명의 전극 유닛을 형성하기 위해 기판 위에 제공된 음전극 층(예를 들면, 음전극 층(108, 208, 408))은, 비제한적인 예를 들자면, MH, 카드뮴(Cd), 망간(Mn), Ag, 임의의 다른 적당한 물질, 또는 이들의 조합을 포함한 임의의 적당한 활성 물질로 형성될 수 있다. 음극 활성 물질은 소결되거나, 수성 결합제로 코팅되어 눌러지거나, 유기 결합제로 코팅되어 눌러지거나, 또는 도전성 매트릭스에서 다른 지원 화학물질과 함께 음극 활성 물질을 포함하도록 임의의 다른 적당한 기술에 의해 내포될 수 있다. 음전극 측은, 음극 물질 매트릭스에 주입되어 예컨대 구조를 안정화시키고, 산화를 감소시키며, 주기 수명을 연장시키도록, 비제한적인 예를 들자면, Ni, Zn, Al, 임의의 다른 적당한 물질, 또는 이들의 조합을 포함한 화학물질을 가질 수 있다.
비제한적인 예를 들어서, 유기 카르복시메틸셀룰로스(CMC), 크립톤 고무, PTFE(테프론), 임의의 다른 적당한 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함한 각종 적당한 결합제가 활성 물질과 혼합되거나 다른 방식으로 활성 물질에 도입되어 활성 물질과 기판, 고체상 폼, 임의의 다른 적당한 구성성분, 또는 이들의 임의의 적당한 조합 간의 접촉을 유지할 수 있다. 임의의 적당한 결합제는 슬러리 또는 다른 적당한 혼합물에 포함되어 접착력, 응집력, 또는 다른 적당한 속성, 또는 이들의 조합을 증가시킬 수 있다.
ESD의 각 전해질 층의 격리판은 2개의 인접 전극 유닛들을 전기적으로 격리시키는 한편, 상기 전극 유닛들 간에 이온 이동을 허용하는 임의의 적당한 물질로 형성될 수 있다. 격리판은 충진(filling)을 개선하기 위해 셀룰로스 수퍼 업소버를 내포할 수 있고, 주기 수명을 증가시키기 위한 전해질 저장소(electrolyte reservoir)로서 작용할 수 있으며, 상기 격리판은 예를 들면 폴리업소브 다이어퍼(polyabsorb diaper) 물질로 제조될 수 있다. 따라서, 격리판은 전하가 ESD에 인가될 때 이전에 흡수된 전해질을 배출할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 격리판은 정상 셀보다 낮은 밀도로 더 두껍게 될 수 있기 때문에, 전극간 스페이스(inter-electrode spacing; IES)가 정상의 경우보다 더 높게 시작할 수 있고 그 수명 이상으로 ESD의 용량(또는 C-레이트)을 유지하고 ESD의 수명을 연장하도록 계속적으로 감소될 수 있다.
격리판은 단락을 감소시키고 재결합을 개선하기 위해 전극 유닛에서 활성 물질의 표면에 접착된 비교적 얇은 물질일 수 있다. 이 격리판 물질은 예를 들면 스프레이, 코팅, 압축 또는 이들의 조합으로 처리될 수 있다. 격리판은 격리판에 부착된 재결합 작용제(agent)를 가질 수 있다. 이 작용제는 격리판의 구조 내에 주입될 수 있고(예를 들면, 이 주입은 상기 작용제를 격리판 섬유에 결합하기 위해 폴리비닐 알콜(PVA 또는 PVOH)을 이용한 습식 공정으로 작용제를 물리적으로 트랩핑함으로써 행하여질 수 있고, 또는 작용제는 전착(electro-deposition)에 의해 격리판 구조 내에 넣어질 수 있다), 또는 상기 작용제는 예를 들면 기상 증착에 의해 표면상에서 층을 이룰 수 있다. 격리판은 예를 들면 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 임의의 다른 적당한 물질, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 임의의 적당한 물질로 구성될 수 있다. 격리판은, 비제한적인 예를 들자면, 납(Pb), Ag, 백금(Pt), Pd, 임의의 다른 적당한 물질, 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함하는, 재결합을 효과적으로 지원하는 작용제를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 작용제는 임의의 전자 도전성 구성성분 또는 물질로부터 실질적으로 절연된다(예를 들면, 접촉되지 않는다). 예를 들면, 일부 구성에서, 작용제는 작용제가 전자 도전성 전극 또는 기판과 접촉하지 않도록 격리판 물질 시트들 사이에 배치될 수 있다. 만일 셀의 기판이 서로를 향해 이동하면 격리판이 저항을 나타낼 수 있지만, 격리판은 편향하지 않도록 충분히 딱딱한 기판을 사용하는 본 발명의 특정 실시예에서 제공되지 않을 수 있다.
ESD의 각 전해질 층의 전해질은 도전성 매질을 생성하도록 용해 또는 용융될 때 이온화할 수 있는 임의의 적당한 화학적 화합물로 형성될 수 있다. 전해질은 비제한적인 예를 들자면 NiMH를 비롯한 임의의 적당한 ESD의 표준 전해질일 수 있다. 전해질은, 비제한적인 예를 들자면, 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(CaOH), 수산화칼륨(KOH), 임의의 다른 적당한 물질, 또는 이들의 조합을 포함한 추가적인 화학 물질일 수 있다. 전해질은 또한 재결합을 개선하기 위해, 비제한적인 예로서 Ag(OH)2를 포함한 특정의 첨가제를 또한 내포할 수 있다. 전해질은 또한 저온 성능을 개선하기 위해 예를 들면 수산화루비듐(RbOH)을 또한 내포할 수 있다. 전해질은 격리판 내에서 동결되고, 그 다음에 ESD가 완전하게 조립된 후에 해동될 수 있다. 이것은 가스켓이 그 인접하는 전극 유닛과 실질적으로 액체가 새지 않는(fluid tight) 밀봉을 형성하기 전에 특히 점성 전해질이 ESD의 전극 유닛 적층물에 삽입될 수 있게 한다.
전극은 전자 도전성 네트워크 또는 구성성분을 포함할 수 있다. 전자 도전성 네트워크 또는 구성성분은 오옴 저항을 감소시키고 전기화학적 상호작용을 위한 계면 면적을 증가시킬 수 있다. 예를 들어서, 도 4에 도시한 적층물(400)에 있어서, 전해질(410)과 양전극 층(404) 또는 음전극 층(408) 사이의 계면은 평평한 2차원 표면으로 나타난다. 에너지 저장 장치의 일부 실시예에서 평평한 계면이 사용되지만, 전극은 다공성 구조를 또한 가질 수 있다. 다공성 구조는 전극과 전해질 사이의 계면 면적을 증가시키고, 이것은 달성가능한 충전 또는 방전율을 증가시킬 수 있다. 활성 물질은 도전성 구성성분 또는 네트워크와 혼합되거나 이들에 적용되어 더 큰 표면적 이상으로 계면을 연장할 수 있다. 전기화학적 상호작용은 활성 물질, 전해질, 및 전자 도전성 물질 사이의 계면에서 발생할 수 있다.
전자 도전성 기판은 불투과성이고 누설 또는 단락 회로를 방지한다. 일부 구성에 있어서, 하나 이상의 다공성 전극은 도 1~4에 도시된 것처럼 전자 도전성 비공성(non-porous) 기판과 접촉된 채 유지될 수 있다. 이 구성은 외부 회로와 전극 사이에서 전자 이동을 가능하게 한다.
여기에서 사용되는 용어 "폼"(foam)은 고체상 다공성 구조물, 또는 기공(pore)을 가진 고체상 네트워크를 의미한다. 폼은 가스로 채워지거나 진공일 수 있는, 또는 부분적으로 또는 전체적으로 가스, 액체, 페이스트, 입자, 임의의 다른 적당한 물질 또는 이들의 조합으로 채워질 수 있는 보이드(void)를 내포할 수 있다. 다공성(porosity)은 보이드에 의해 점유되는 폼 부피의 일부를 묘사한다. 폼은 하나 이상의 고체 구성성분을 내포하고 다른 물질들의 복합체를 포함할 수 있다. 개방 셀 폼은 기공들이 상호접속되는 폼을 말한다. 개방 셀 폼은 폼 전체에 걸쳐서 및 폼과 주변 환경 사이에서 반응물, 생산물, 전해질, 이온 또는 기타의 화합물이 분자 이동할 수 있게 한다. 폐쇄 셀 폼은 서로로부터 밀폐된 기공들을 포함하여 화합물이 폼을 통하여 이동하는 것을 효과적으로 방지한다. 이하의 설명에서, 용어 폼은 개방 셀 폼을 말하는 것으로 한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적인 폼(500)의 정육면체 부분을 보인 것이다. 고체상 구성성분(502)는 전체적으로 산재되어 다공성을 나타내는 복수의 기공(504)을 포함한다. 폼(500)은 기공(504)보다 상대적으로 더 작은 공간 규모를 가진 복수의 기공(506)을 포함할 수 있다. 기공(506)은 폼(500)을 생성하기 위해 사용되는 전자 도전성 입자의 특성을 가질 수 있다. 기공(504)은 폼 전체에 걸쳐 실질적으로 상호접속된 네트워크를 형성하여 운송 처리가 발생할 수 있게 한다. 기공(504)은 임의의 적당한 형상 및 크기 분포를 가질 수 있다. 기공(504)은 예를 들면 전구체 물질의 형상 및 크기 특성을 가질 수 있다(예를 들면, 중합체 입자). 폼(500)의 다공성은 0과 1 사이의 임의의 적당한 값을 가질 수 있고, 더 큰 다공성은 1에 더 가까운 값과 관련된다. 더 큰 다공성 값은 폼의 표면적의 더 큰 값에 대응한다. 일부 실시예에 있어서, 폼(500)은 하나 이상의 전자 도전성 화합물(예를 들면, 금속), 하나 이상의 활성 물질(예를 들면, Ni(OH)2), 하나 이상의 결합제, 임의의 다른 적당한 물질 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예에 따라서 절개면을 가진 예시적인 전극 구조물(600)을 보인 것이다. 전극 구조물(600)은 폼(602)과 기판(606)을 포함한다. 폼(602)과 기판(606)은 접촉 평면으로서 계면(610)을 공유할 수 있다. 계면(610)은 적어도 2개의 구성성분, 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합이 접촉되는 공간에서의 평면 또는 경로를 나타낸다. 여기에서 사용하는 용어 "계면"은 슬러리와 기판, 고체 폼과 기판, 임의의 2개의 적당한 구성성분, 임의의 적당한 구성성분와 비고체상 간에 실질적으로 평평한 접촉 영역, 또는 2개의 별도의 물질 또는 구성성분 간의 임의의 다른 접촉 평면을 말한다. 비록 평평한 디스크 형상으로 도시되어 있지만, 전극 구조물(600)은 임의의 적당한 형상, 곡면(예를 들면, 돔 형상), 두께(층의 두께), 상대적 크기(기판과 폼 중에서), 상대적 두께(기판과 폼 중에서), 임의의 다른 특성 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 가질 수 있다. 폼(602)과 기판(606)은 단면이 실질적으로 원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 육각형, 타원형, 및 임의의 다른 적당한 단면, 또는 상기 형상들의 조합으로 된 임의의 적당한 삼차원 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에 있어서, 폼(602)은 사각형 단면을 가진 평행육면체이고 기판(606)은 원통형일 수 있다. 폼(602)은 하나 이상의 전자 도전성 구성성분(예를 들면, 금속), 하나 이상의 활성 물질(예를 들면, Ni(OH)2), 하나 이상의 결합제, 임의의 다른 적당한 물질 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 활성 물질은 구조물(600)의 조립 또는 생성 후에 폼(602)에 도입될 수 있다.
전자 도전성 기판과 접촉하는 전자 도전성 폼을 생성하기 위한 일부 예시적인 기술은 본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적인 도 7~10과 관련하여 설명될 것이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 생성하는 예시적인 흐름도(700)를 보인 것이다. 처리 단계 702는 예를 들면 중합체 폼과 같은 전구체 물질을 준비하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 702는 예를 들면 발포제를 이용하여 중합체 폼을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 중합체 폼을 제조하기 위해 임의의 적당한 기술 또는 기술들의 조합을 사용할 수 있다고 이해될 것이다. 처리 단계 702는 중합체 폼을 세정하는 단계, 중합체 폼을 에칭하는 단계, 중합체 폼의 크기 또는 형상을 조정하는 단계(예를 들면, 절단, 연마, 분할, 구멍뚫기, 기계가공), 전하를 수용하도록 중합체를 처리하는 단계, 중합체를 충전하는 단계, 임의의 다른 적당한 제조 기술 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 중합체 폼은, 비제한적인 예를 들자면, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리카보네이트, 임의의 다른 적당한 중합체 또는 이들의 조합을 포함하는 탄소 기반 중합체, 및 임의의 적당한 첨가제로 구성될 수 있다. 중합체 물질은 고체 물질의 형상 특성을 실질적으로 유지할 수 있다. 중합체 물질은 고온에서 열분해 또는 탄화될 수 있다.
중합체 폼은 처리 단계 704에서 전자 도전성 물질로 도금 또는 다른 방식으로 코팅될 수 있다. 도전성 코팅은 금속(예를 들면, 니켈), 임의의 다른 적당한 전자 도전성 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합으로 된 임의의 적당한 유형일 수 있다. 처리 단계 704는 전기 도금, 무전해 도금, 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 임의의 다른 적당한 도금 또는 코팅 기술 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 702 및 704는 전자 도전성 구성성분 또는 코팅 물질을 가진 합성 폼을 만들 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 활성 전극 물질은 처리 단계 704 중에 합성 폼에 첨가될 수 있다.
중합체 전구체는 코팅 처리(704) 후에 도 7의 처리 단계 706으로 도시한 것처럼 제거될 수 있다. 처리 단계 706은 폼을 환원(예를 들면, 형성 가스, 수소, 습윤성 수소, 희석된 수소) 또는 실질적으로 불활성(예를 들면, 이원자 질소, 아르곤, 헬륨) 분위기에서 유지하면서 코팅된 폼의 온도를 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 실질적인 산소 또는 산소 함유 화합물 없이 상승된 온도는 중합체 구성성분의 유기 물질의 열적 분해(예를 들면, 열분해, 탄화)를 유도할 수 있다. 중합체 구성성분은 더 가벼운 화합물로 분해되고, 고체 폼의 나머지 구성성분들을 증발, 탈착 또는 다른 방식으로 남기고 기체 상태로 진입한다. 중합체는 또한 고체 폼으로 유지될 수 있는 고체, 탄소 풍부 화합물 또는 잔류물로 분해될 수 있다. 처리 단계 706은 중합체 구성성분이 일부 또는 실질적으로 전부가 분해, 탄화, 기체상 진입 또는 이들의 임의의 조합으로 분해되게 하는 처리를 포함할 수 있다. 처리 단계 706은 중합체 구성성분 및 관련된 분해 생성물을 실질적으로 전부 제거할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 706은 임의의 적당한 환경에서 온도를 섭씨 300도 이상으로 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 처리 단계 706은 또한 폼의 도전성, 접속성, 내구성, 다른 적당한 특성 또는 이들의 임의 조합을 증가시키기 위해 예를 들면 동일한 고온 또는 다른 고온에서 나머지 전자 도전성 폼을 소결 또는 다른 방식으로 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 처리 단계 708에서, 전자 도전성 불투과성 기판이 준비될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 기판은 예를 들면 쌍극성 또는 단극성 판과 같이 일부 치수에서 금속 폼보다 더 클 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 기판은 예를 들면, 기판이 하나 이상의 탭(tab)으로 되는 실시예와 같이 일부 치수에서 폼보다 상대적으로 더 작을 수 있다. 기판은 임의의 적당한 전자 도전성 및 불투과성 물질로 형성될 수 있다. 기판은 임의 형상의 평평한 판(예를 들면, 디스크), 임의 형상의 곡면 판(예를 들면, 돔), 얇은 포일, 또는 임의의 적당한 단면을 가진 임의의 다른 적당한 형상으로 될 수 있다. 기판은 하나 이상의 구성성분(예를 들면, 합성물)를 포함할 수 있다. 처리 단계 708은 기판 세정, 기판의 표면 마무리의 조정(예를 들면, 폴리싱(polishing), 거칠게하기(roughening)), 기판 에칭, 기판의 크기 또는 형상 조정(예를 들면, 절단하기, 연마하기, 분할하기, 구멍뚫기, 기계가공하기), 임의의 다른 적당한 준비 단계 또는 이들의 임의의 적당한 조합과 같은 준비 단계들을 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 처리 단계 710에서, 전자 도전성 기판과 전자 도전성 폼은 함께 부착될 수 있다. 기판과 폼은 접촉하여 배치되어 폼과 기판의 하나 이상의 표면 사이에 계면을 형성한다. 일부 실시예에 있어서, 하나 이상의 폼이 처리 단계 710에서 특정의 기판 또는 탭과 접촉하여 배치될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 하나 이상의 기판 또는 탭은 처리 단계 710에서 특정의 탭과 접촉하여 배치될 수 있다. 기판과 폼은 기계적 클램핑, 접착, 스폿 용접, 구성성분들 사이에서 중력에 의해 비제로 수직항력이 발생하도록 수직 방식으로 기판과 폼을 배치함으로써 방위를 유지하기, 임의의 다른 적당한 접착 기술 또는 이들의 임의의 조합에 의해 접촉을 유지할 수 있다. 처리 단계 710은 하나 이상의 기판과 하나 이상의 폼 사이에 내구성있는 접착을 생성하기 위한 접착, 소결, 납땜, 용접, 임의의 다른 적당한 기술 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 처리 단계 710 후에, 전극 구조물은 장치(예를 들면, ESD)에의 조립, 활성 물질의 첨가, 소결, 임의의 다른 추가의 처리 단계 또는 이들의 적당한 조합을 행할 준비가 된다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 생성하기 위한 예시적인 흐름도(800)를 보인 것이다. 처리 단계 802는 하나 이상의 구성성분을 포함한 합성 물질을 준비하는 단계를 포함한다. 합성 물질은 중합체 입자, 중합체 폼, 결합제, 전자 도전성 입자(예를 들면, 금속 입자), 탄소 입자, 활성 물질, 코팅된 물질, 액체(예를 들면, 물, 유기 용매), 임의의 다른 적당한 구성성분 또는 이들의 임의의 적당한 조합과 같은 구성성분들을 포함할 수 있다. 합성 물질은 슬러리, 페이스트, 고체 폼, 고체 입자, 코팅된 고체 구성성분(예를 들면, 코팅된 중합체 폼), 임의의 다른 적당한 폼 또는 이들의 조합의 형태를 가질 수 있다. 처리 단계 802는 혼합하기, 섞기, 휘젓기, 음파처리(예를 들면, 음파를 인가하여 입자들을 휘젓기), 볼밀링, 연마, 사이징(예를 들면, 체질하기), 건조, 코팅(예를 들면, 전기도금, 무전해 도금, CVD, PVD), 소결, 합성 물질을 준비하기 위한 임의의 다른 적당한 처리 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 처리 단계 804에서, 합성 물질은 하나 이상의 기판과 접촉하도록 배치된다. 합성 물질은 기판의 하나 이상의 표면에 하나 이상의 연속적인 층으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 합성 물질은 평평한 기판의 양쪽면에 별도의 층으로서 도포될 수 있다(예를 들면, BPU). 일부 실시예에서는 다른 합성 물질(예를 들면, 다른 조성물)이 단일 기판과 접촉하도록 배치될 수 있다(예를 들면, BPU). 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 804는 예를 들면 닥터 블레이딩, 스핀 코팅, 화면 인쇄, 임의의 다른 적당한 슬러리 도포 기술 또는 이들의 임의의 적당한 조합에 의해서 슬러리 합성 물질을 기판에 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 804는 예를 들면 기판에 대하여 고체 합성 물질을 기계적으로 클램핑하기, 기판에 고체 합성 물질을 접착하기, 기판에 고체 합성 물질을 압착하기, 구성성분들 사이에서 중력에 의해 비제로 수직항력이 발생하도록 수직 방식으로 하나의 구성성분 위에 다른 구성성분을 배치함으로써 방위를 유지하기, 임의의 다른 적당한 접착 기술 또는 이들의 임의의 적당한 조합과 같은 기술에 의해 기판과 접촉하도록 고체 합성 물질을 배치 및 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 처리 단계 806에서, 기판과 접촉하는 합성 물질의 하나 이상의 전자 도전성 구성성분이 제거될 수 있다. 처리 단계 806은 합성 물질과 기판을 환원(예를 들면, 형성 가스, 수소, 습윤성 수소, 희석된 수소) 또는 실질적으로 불활성(예를 들면, 이원자 질소, 아르곤, 헬륨) 분위기에서 유지하면서 합성 물질과 기판의 온도를 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 처리 단계 806은 화학적 침출, 용해, 임의의 다른 적당한 저온(예를 들면, 섭씨 100도 미만) 기술 또는 이들의 조합을 행하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 806은 도 7에 도시된 처리 단계 706에 대응할 수 있다. 처리 단계 806 후의 결과적인 구조물은 비공성 전자 도전성 기판에 접촉된 다공성 전자 도전성 고체를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 806 후의 결과적인 구조물은 활성 물질, 결합제, 임의의 다른 적당한 물질 또는 구성성분, 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 처리 단계 806 후에, 전극 구조물은 ESD와 같은 장치에의 조립, 활성 물질의 첨가, 전자 도전성 물질로의 코팅, 소결, 임의의 다른 추가의 처리 또는 조립 단계 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 행할 준비가 된다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 생성하기 위한 예시적인 흐름도(900)를 보인 것이다. 도 9에 도시된 처리 단계 902는 예를 들면 중합체 폼 또는 중합체 슬러리와 같은 전구체 물질이 준비된다. 전구체 물질은 고체, 액체, 또는 임의의 적당한 조합(예를 들면, 슬러리, 콜로이드, 현탁액)일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전구체는 중합체 슬러리일 수 있고, 중합체 입자, 하나 이상의 액체 작용제(예를 들면, 유기 용매, 물, 알콜), 하나 이상의 결합제, 활성 물질, 탄소(예를 들면, 흑연), 임의의 다른 적당한 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 중합체 입자는 임의의 적당한 형상 또는 크기 분포를 가질 수 있다. 중합체 입자는 임의의 적당한 유형의 중합체 또는 중합체의 조합을 포함할 수 있다. 처리 단계 902는 혼합, 섞기, 휘젓기, 음파처리, 볼 밀링, 연마, 사이징(예를 들면, 체질하기), 건조, 임의의 다른 적당한 준비 단계 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전구체는 임의 유형의 적당한 중합체 또는 중합체의 조합으로부터 생성된 중합체 폼일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 902는 중합체 폼을 세정하는 단계, 중합체 폼을 에칭하는 단계, 중합체 폼의 크기 또는 형상을 조정하는 단계(예를 들면, 절단, 연마, 분할, 구멍뚫기, 기계가공), 전하를 수용하도록 중합체를 처리하는 단계, 중합체를 전기적으로 충전하는 단계, 임의의 다른 적당한 준비 기술 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 처리 단계 904에서, 처리 단계 902의 전구체 물질이 적당한 기판의 하나 이상의 표면에 도포된다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 904는 닥터 블레이딩, 스핀 코팅, 화면 인쇄, 임의의 다른 적당한 슬러리 도포 기술 또는 이들의 임의의 적당한 조합에 의해 슬러리를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 임의의 적당한 형상을 가진 하나 이상의 금형(mold)을 이용해서 처리 단계 902의 슬러리를 특정의 형상으로 유지할 수 있다. 예를 들면, 기판과 접촉하는 원통형 금형을 이용해서, 처리 단계 902의 슬러리가 흘러나오거나 다른 방식으로 변형되는 것을 방지하면서 처리 단계 902의 슬러리를 원통 형상으로 유지할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 금형은 슬러리를 기판에 도포한 후에 임의의 적당한 처리 단계에서 제거될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 904는 예를 들면 중합체 폼과 같은 고체 전구체 물질을 기판에 대하여 기계적으로 클램핑 또는 접착하는 단계를 포함할 수 있다. 고체 전구체 물질과 기판 사이에 접촉을 유지하기 위해 임의의 적당한 접착 기술을 이용할 수 있다.
도 9에 도시된 처리 단계 906에서, 기판과 접촉하는 전구체 물질은 추가로 처리될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전구체 슬러리는 건조될 수 있다(예를 들면, 하나 이상의 액체 구성성분의 일부 또는 전부가 제거될 수 있다). 건조 처리(906)는 잔류 구성성분(예를 들면, 나머지 슬러리 구성성분)에 경직성을 제공할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 건조 처리(906)는 잔류 구성성분들이 형상을 유지하여 금형(만일 사용되었으면)을 제거할 수 있게 한다. 일부 실시예에 있어서, 건조 처리(906)는 잔류 구성성분들의 집합에 다공성을 제공할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 건조 처리(906)는 가열하기, 기판 및 슬러리를 미리 정해진 기체 환경(예를 들면 가열된 아르곤)에 두기, 임의의 다른 적당한 건조 처리 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 906은 전자 도전성 물질로 코팅하기 위한 전구체 물질을 준비하는 임의의 적당한 처리 단계를 포함할 수 있다. 처리 단계 906은 예를 들면 전구체 물질이 고체인 실시예와 같은 일부 실시예에서 건너뛸 수 있다.
도 9에 도시된 처리 단계 908에서, 기판에 접촉된 처리된 전구체 물질은 적당한 물질로 코팅될 수 있다. 코팅 처리(908)는 전기 도금, 무전해 도금, CVD, PVD, 임의의 다른 적당한 도금 또는 코팅 기술, 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 코팅 처리(908)의 일부로서 다공성 구조물에 활성 물질이 첨가될 수 있다(예를 들면, 코팅 처리의 전에 또는 후에). 처리 단계 908 후의 결과적인 구조물은 불투과성의 전자 도전성 기판과 접촉된 다공성의 전자 도전성 네트워크(또는 폼) 및 전구체 물질 구성성분을 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 처리 단계 910에서, 기판에 접촉된 전구체 물질의 하나 이상의 구성성분이 제거될 수 있다. 처리 단계 910은 합성 물질과 기판을 환원(예를 들면, 형성 가스, 수소, 습윤성 수소, 희석된 수소) 또는 실질적으로 불활성(예를 들면, 이원자 질소, 아르곤, 헬륨) 분위기에서 유지하면서 합성 물질과 기판의 온도를 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 처리 단계 910은 화학적 침출, 용해, 임의의 다른 적당한 저온(예를 들면, 섭씨 100도 미만) 기술 또는 이들의 조합을 행하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 처리 단계 910은 도 7에 도시된 처리 단계 706에 대응할 수 있다. 처리 단계 910 후의 결과적인 구조물은 불투과성 전자 도전성 기판에 접촉된 다공성 전자 도전성 네트워크 또는 폼을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 910 후의 결과적인 구조물은 활성 물질, 결합제, 임의의 다른 적당한 물질 또는 구성성분, 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 처리 단계 910 후에, 전극 구조물은 장치(예를 들면, ESD)에의 조립, 활성 물질의 첨가, 전자 도전성 물질로의 코팅, 소결, 임의의 다른 추가의 처리 또는 이들의 적당한 조합을 행할 준비가 된다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 생성하기 위한 예시적인 흐름도(1000)를 보인 것이다. 도 10에 도시된 처리 단계 1002에서, 전자 도전성 입자(예를 들면 금속 입자) 및 중합체 입자의 임의의 적당한 조합(임의의 적당한 크기 및 형상의 것), 하나 이상의 액체 작용제(예를 들면, 유기 용매, 물, 알콜), 활성 물질, 결합제, 탄소(예를 들면, 흑연), 또는 임의의 다른 적당한 물질을 포함한 슬러리가 준비된다. 하나 이상의 전자 도전성 구성성분은 임의의 적당한 형상 또는 크기 분포를 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 입자들은 반드시 동일한 크기 및 형상을 가질 필요가 없다. 전자 도전성 입자들은 임의의 적당한 유형의 중합체 또는 중합체의 조합을 포함할 수 있다. 처리 단계 1002는 혼합, 섞기, 휘젓기, 음파처리, 볼 밀링, 연마, 사이징(예를 들면, 체질하기), 건조, 임의의 다른 적당한 준비 처리 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 처리 단계 1004에서, 처리 단계 1002의 슬러리가 적당한 기판의 하나 이상의 표면에 도포된다. 처리 단계 1004는 닥터 블레이딩, 스핀 코팅, 화면 인쇄, 임의의 다른 적당한 슬러리 도포 기술 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 임의의 적당한 형상을 가진 하나 이상의 금형을 이용해서 처리 단계 1002의 슬러리를 기판 위에서 특정의 형상으로 유지할 수 있다. 예를 들면, 기판과 접촉하는 직사각형 프리즘 금형을 이용해서, 처리 단계 1002의 슬러리가 흘러나오거나 다른 방식으로 변형되는 것을 방지하면서 처리 단계 1002의 슬러리를 직사각형 프리즘 형상으로 유지할 수 있다.
도 10에 도시된 처리 단계 1006에서, 처리 단계 1004의 기판과 접촉하는 처리 단계 1002의 슬러리가 건조될 수 있다(예를 들면, 하나 이상의 액체 구성성분의 일부 또는 전부가 제거될 수 있다). 건조 처리(1006)는 예를 들면, 나머지 슬러리 구성성분과 같은 잔류 구성성분에 경직성을 제공할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 건조 처리(1006)는 잔류 구성성분들이 형상을 유지하여 금형(만일 사용되었으면)을 제거할 수 있게 한다. 일부 실시예에 있어서, 건조 처리(1006)는 잔류 구성성분들의 집합에 다공성을 제공할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 건조 처리(1006)는 가열하기, 처리 단계 1004의 기판 및 처리 단계 1002의 슬러리를 미리 정해진 기체 환경(예를 들면 가열된 아르곤)에 두기, 임의의 다른 적당한 건조 처리 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 처리 단계 1008에서, 기판에 접촉된 건조된 슬러리 잔류 구성성분의 전자 도전성 구성성분이 제거된다. 처리 단계 1008은 잔류 구성성분 및 기판을 환원(예를 들면, 형성 가스, 수소, 습윤성 수소, 희석된 수소) 또는 실질적으로 불활성(예를 들면, 이원자 질소, 아르곤, 헬륨) 분위기에서 유지하면서 처리 단계 1006의 기판과 잔류 구성성분의 온도를 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 처리 단계 1008은 화학적 침출, 용해, 임의의 다른 적당한 저온(예를 들면, 섭씨 100도 미만) 기술 또는 이들의 조합을 행하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 처리 단계 1008은 도 7에 도시된 처리 단계 706에 대응할 수 있다. 처리 단계 1008 후의 결과적인 구조물은 불투과성 전자 도전성 기판에 접촉된 전자 도전성 폼을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 처리 단계 1008 후의 결과적인 구조물은 활성 물질, 결합제, 임의의 다른 적당한 물질 또는 구성성분, 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 처리 단계 1008 후에, 전극 구조물은 장치(예를 들면, ESD)에의 조립, 활성 물질의 첨가, 소결, 전자 도전성 물질로의 코팅, 임의의 다른 추가의 처리 단계 또는 이들의 적당한 조합을 행할 준비가 된다.
흐름도(700~1000)의 각 단계들은 예시적인 것으로 이해하여야 한다. 흐름도(700~1000)의 임의의 단계들은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 수정되거나, 생략되거나, 재배열되거나, 흐름도(700~1000)의 다른 단계들과 결합되거나, 또는 추가의 단계로 보충될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 제조하는 예시적인 처리는 도 11~15를 참조하여 자세히 설명될 것이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따라서 기판(1106)에 접촉된 전구체 물질(1102)의 예시적인 측면 확대도이다. 도 12는 본 발명의 일부 실시예에 따라서 도 11의 선 XII-XII를 따라 취한 도 11의 요소들의 예시적인 상부 평면도이다. 전구체 물질(1102)은 계면(1110)에서 기판(1106)과 접촉하는 것으로 도시되어 있다. 기판(1106)과 전구체 물질(1102)은 임의의 적당한 형상, 단면 형상, 곡률, 두께(임의의 층(1106 또는 1102)의 두께), 상대적 크기(기판과 전구체 물질 중에서), 상대적 두께(기판과 전구체 물질 중에서), 임의의 다른 특성 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 가질 수 있다. 전구체 물질(1102)은 전극 물질을 형성하기 위한 임의의 적당한 물질일 수 있고, 중합체 폼, 합성 물질(예를 들면, 도 8의 흐름도(800)에서 설명한 합성 물질), 건조된 중합체 슬러리(예를 들면, 도 9의 처리 단계 906에서 설명한 건조된 슬러리), 결합제, 임의의 다른 적당한 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예에 따른 전구체 물질(1302)과 기판(1306) 간의 계면 영역(1300)의 예시적인 부분 단면도이다. 도 13에 도시된 계면 영역(1300)은 도 11에 도시된 계면(1110)에 대응하고 개략적인 확대도로 나타낸 것이다. 일부 실시예에 있어서, 전구체 물질(1302)은 고체 구성성분(1304)와 기공 네트워크(1308)를 포함한다. 기공 네트워크(1308)는 임의의 적당한 크기 및/또는 형상의 기공들을 포함한다. 비록 도 13에는 입자들이 원형 단면을 갖는 것으로서 도시되었지만, 전구체 물질(1302)은 고체상 및 기공 네트워크(예를 들면, 임의의 적당한 다공성 고체)를 포함한 임의의 적당한 단면 형상을 가질 수 있다. 도 13에 도시된 것처럼 3차원 다공성 고체의 예시적이고 개략적인 2차원 단면 표시는 고체(또는 기공)의 일부 접속을 보여주지 못하고 있지만, 그럼에도 불구하고 그러한 접속이 존재할 수 있다고 이해하여야 한다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전자 도전성 물질(1412)로 코팅된 도 13의 전구체 물질(1302) 및 기판(1306) 간의 계면 영역(1400)의 예시적인 부분 단면도이다. 계면 영역(1400)은 계면 영역(1300)의 코팅 처리(예를 들면, 도 9의 처리 단계 908) 후에 도 13의 전구체 물질(1302)과 기판(1306) 간의 계면을 보인 것이다. 코팅 물질(1412)은 전구체 물질(1302)의 표면의 일부 또는 전부에 도포되어 코팅된 전구체 물질(1402)을 형성할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 코팅 처리는 기판(1306)을 코팅 물질(1410)로 코팅하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 코팅 물질(1410)과 코팅 물질(1412)은 접촉되어서 예를 들면 전자 전도가 가능하게 한다. 코팅된 전구체 물질(1402)은 다공성을 제공하는 기공 네트워크(1408)를 포함할 수 있다. 기공 네트워크(1408)는 코팅 처리 전의 기공 네트워크(1308)와 실질적으로 대응할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 도 14의 기판(1306)과 전자 도전성 네트워크(1502) 간의 계면 영역(1500)의 예시적인 부분 단면도이다. 계면 영역(1500)은 예를 들면 도 9의 처리 단계 910에서 설명한 바와 같이, 코팅된 전구체 물질(1402)의 하나 이상의 구성성분을 제거한 후에 도 14의 전구체 물질(1402)과 기판(1306) 간의 예시적인 계면을 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 네트워크(1502)는 실질적으로 코팅(1412)에 대응한다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 네트워크(1502)는 기공 네트워크(1408)로부터 발생할 수 있는 기공 네트워크(1508)를 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 기공 네트워크(1514)는 코팅된 전구체 물질(1402)에서 하나 이상의 적당한 구성성분을 제거함으로써 발생할 수 있다. 기공 네트워크(1514)는 기공 네트워크(1508)와 다른 특성(예를 들면, 기공 크기, 상호접속성)을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 기공 네트워크(1508)와 기공 네트워크(1514)는 코팅된 전구체 물질(1402)에서 하나 이상의 구성성분을 제거한 후에 단일 기공 네트워크를 형성할 수 있다. 비록 도 15에는 전구체 물질(1302)의 완전한 제거를 보이고 있지만, 전구체 물질(1302)의 하나 이상의 구성성분이 제거되지 않을 수 있다고 이해하여야 한다. 전자 도전성 네크워크(1502)는 전자 도전성이거나 또는 다른 방식으로 전구체 물질(1302)로부터 잔류하는 하나 이상의 구성성분을 포함할 수 있다고 또한 이해하여야 한다. 계면 영역(1500)을 포함한 전극 구조물은 전자 도전성 물질로 도금되거나 또는 다른 방식으로 코팅될 수 있다. 계면 영역(1500)을 포함한 전극 구조물은 코팅된 전구체 물질(1402)에서 하나 이상의 적당한 구성성분을 제거하는 동안 또는 그 후에 소결될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따른 전극 구조물을 제조하는 예시적인 처리는 도 16~21을 참조하여 자세히 설명된다.
도 16은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 기판(1606)에 접촉된 합성 물질(1602)의 예시적인 측면 확대도이다. 도 17은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 도 16의 선 XVII-XVII를 따라 취한 도 16의 요소들의 예시적인 상부 평면도이다. 합성 물질(1602)은 계면(1610)에서 기판(1606)과 접촉하는 것으로 도시되어 있다. 기판(1606)과 합성 물질(1602)은 임의의 적당한 형상, 단면 형상, 곡률, 두께(임의의 층(1606 또는 1602)의 두께), 상대적 크기(기판과 합성 물질 중에서), 상대적 두께(기판과 합성 물질 중에서), 임의의 다른 특성 또는 이들의 임의의 적당한 조합을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 합성 물질(1602)은 도 10의 처리 단계 1006과 관련하여 위에서 설명한 건조된 슬러리를 포함할 수 있다. 합성 물질(1602)은 전극 물질을 형성하기 위한 임의의 적당한 물질일 수 있고, 전자 도전성 물질과, 중합체 폼, 전자 도전성 입자(예를 들면, 중합체 입자), 합성 물질(예를 들면, 도 8의 처리 단계 802에서 설명한 합성 물질), 결합제, 임의의 다른 적당한 물질 또는 이들의 임의의 적당한 조합 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일부 실시예에 따른 합성 물질(1802)과 기판(1806) 간의 계면 영역(1800)의 예시적인 부분 단면도이다. 도 18에 도시된 계면 영역(1800)은 도 16에 도시된 계면(1610)에 대응하고 개략적인 확대도로 나타낸 것이다. 일부 실시예에 있어서, 합성 물질(1802)은 고체 구성성분(1808, 1810)와 기공 네트워크(1812)를 포함한다. 고체 구성성분(1808, 1810) 중의 하나 또는 둘 다는 전자 도전성이다. 기공 네트워크(1812)는 임의의 적당한 크기 및/또는 형상의 기공들을 포함한다. 비록 도 18에는 입자들이 원형 단면을 갖는 것으로서 도시되었지만, 합성 물질(1802)은 고체상 및 기공 네트워크(예를 들면, 임의의 적당한 다공성 고체)를 포함한 임의의 적당한 단면 형상을 가질 수 있다. 합성 물질(1802)은 1보다 더 큰 임의 수의 구성성분들을 임의의 적당한 조합으로 포함할 수 있다. 도 18에 도시된 것처럼 3차원 다공성 고체의 예시적이고 개략적인 2차원 단면 표시는 고체(또는 기공)의 일부 접속을 보여주지 못하고 있지만, 그럼에도 불구하고 그러한 접속이 존재할 수 있다고 이해하여야 한다.
도 19는 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전자 도전성 물질(1902)과 기판(1806) 간의 계면 영역(1900)의 예시적인 부분 단면도이다. 일부 실시예에 있어서, 계면 영역(1900)은 예를 들면 도 8의 처리 단계 806 또는 도 10의 처리 단계 1008에서 설명한 바와 같이, 합성 물질(1802)의 하나 이상의 구성성분을 제거한 후에 도 18의 합성 물질(1802)과 기판(1806) 간의 계면을 보인 것이다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 네트워크(1902)는 합성 물질(1802)의 하나 이상의 구성성분에 대응할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 네트워크(1902)는 기공 네트워크(1912)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 기공 네트워크(1912)는 합성 물질(1802)에서 하나 이상의 구성성분을 제거함으로써 부분적으로 발생할 수 있다. 합성 물질(1802)의 하나 이상의 구성성분은 제거되지 않을 수 있다고 이해하여야 한다. 전자 도전성 네크워크(1902)는 전자 도전성이거나 또는 다른 방식으로 합성 물질(1802)로부터 잔류하는 하나 이상의 구성성분을 포함할 수 있다고 또한 이해하여야 한다. 일부 실시예에 있어서, 계면 영역(1900)을 포함한 전극 구조물은 합성 물질(1802)에서 하나 이상의 적당한 구성성분을 제거하는 동안 또는 그 후에 소결될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 합성 물질(2002)과 기판(2006) 간의 계면 영역(2000)의 예시적인 부분 단면도이다. 도 20에 도시된 계면 영역(2000)은 도 16에 도시된 계면(1610)에 대응하고 개략적인 확대도로 나타낸 것이다. 일부 실시예에 있어서, 합성 물질(2002)은 고체 구성성분(2008, 2010)와 기공 네트워크(2012)를 포함한다. 고체 구성성분(2008, 2010) 중의 하나 또는 둘 다는 전자 도전성이다. 고체 구성성분(2008, 2010)는 임의의 적당한 크기 분포 및/또는 형상 분포를 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 고체 구성성분(2008, 2010)는 다른 크기 분포 및/또는 형상 분포를 가질 수 있다. 기공 네트워크(2012)는 임의의 적당한 크기 및/또는 형상의 기공들을 포함한다. 비록 도 20에는 입자들이 원형 단면을 갖는 것으로서 도시되었지만, 합성 물질(2002)은 고체상 및 기공 네트워크(예를 들면, 임의의 적당한 다공성 고체)를 포함한 임의의 적당한 단면 형상을 가질 수 있다. 합성 물질(2002)은 1보다 더 큰 임의 수의 구성성분들을 임의의 적당한 조합으로 포함할 수 있다. 도 20에 도시된 것처럼 3차원 다공성 고체의 예시적이고 개략적인 2차원 단면 표시는 고체(또는 기공)의 일부 접속을 보여주지 못하고 있지만, 그럼에도 불구하고 그러한 접속이 존재할 수 있다고 이해하여야 한다.
도 21은 본 발명의 일부 실시예에 따른, 전자 도전성 폼(2102)과 기판(2006) 간의 계면 영역(2100)의 예시적인 부분 단면도이다. 계면 영역(2100)은 예를 들면 도 8의 처리 단계 806 또는 도 10의 처리 단계 1008에서 설명한 바와 같이, 합성 물질(2002)의 하나 이상의 구성성분을 제거한 후에 도 21의 합성 물질(2002)과 기판(2006) 간의 예시적인 계면을 보인 것이다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 폼(2102)는 합성 물질(2002)의 하나 이상의 구성성분에 대응할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전자 도전성 폼(2102)은 기공 네트워크(2112)와 기공 네트워크(2114)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 기공 네트워크(2112)는 기공 네트워크(2012)에 대응할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 기공 네트워크(2114)는 합성 물질(2002)에서 하나 이상의 구성성분을 제거함으로써 부분적으로 발생할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 기공 네트워크(2112, 2114)는 단일 기공 네트워크를 형성할 수 있다. 합성 물질(2002)의 하나 이상의 구성성분은 제거되지 않을 수 있다고 이해하여야 한다. 전자 도전성 폼(2102)은 전자 도전성이거나 또는 다른 방식으로 합성 물질(2002)로부터 잔류하는 하나 이상의 구성성분을 포함할 수 있다고 또한 이해하여야 한다.
전술한 설명은 본 발명의 원리를 예시한 것에 불과하고 이 기술에 숙련된 사람이라면 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어나지 않고 각종 수정이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 각종 방향 및 방위를 나타내는 용어, 예를 들면, "수평" 및 "수직", "상부", "하부" 및 "측면", "길이", "폭", "높이" 및 "두께", "내측" 및 "외측", "내부" 및 "외부" 등은 여기에서 단지 편의상 사용된 것이고, 이러한 용어를 사용함으로써 고정된 또는 절대적인 방향 또는 방위 제한을 의도하는 것이 아님을 또한 이해하여야 한다. 예를 들면, 본 발명의 장치뿐만 아니라 그 개개의 구성 요소들은 임의의 소정의 방위를 가질 수 있다. 만일 재방위되면, 그 설명에서 다른 방향 또는 방위 용어를 사용할 필요가 있지만, 그러한 용어가 본 발명의 범위 및 정신 내에 있는 발명의 기본적인 특성을 변경하지는 않을 것이다. 이 기술에 숙련된 사람이라면 본 발명이 제한하는 의도가 없이 단지 예시용으로 제시된 여기에서 설명한 실시예 외의 다른 실시예로 실시될 수 있음을 이해할 것이고, 본 발명은 이하의 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (44)

  1. 전극 구조물을 형성하는 방법에 있어서,
    전구체 물질과 전자 도전성 기판을 접촉하여 배치하는 단계 - 상기 기판의 표면과 상기 전구체 물질 사이에는 계면이 존재함 - ;
    상기 전구체 물질의 부피 전체에 걸쳐서 전자 도전성 네트워크를 형성하도록 전자 도전성 물질을 상기 전구체 물질에 도입하는 단계 - 전구체 물질과 기판 사이에 접촉을 유지함 - ; 및
    상기 기판과 접촉하여 대응하는 전자 도전성 폼을 형성하기 위해 상기 전구체 물질의 실질적으로 전부를 제거하는 단계
    를 포함한 전극 구조물 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전구체 물질은 중합체 폼을 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전구체 물질과 전자 도전성 기판을 접촉하여 배치하는 단계는,
    복수의 제1 입자와 액체 작용제를 결합하여 슬러리를 형성하는 단계;
    상기 전자 도전성 기판 위에 적어도 하나의 연속적인 슬러리 층을 형성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 연속적인 슬러리 층으로부터 상기 액체 작용제 모두를 제거하여 상기 전구체 물질을 남기는 단계 - 상기 전구체 물질은 상기 기판과 접촉을 유지함 -
    를 더 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극 구조물은 에너지 저장 장치에서 사용하기 위한 용도로 구성된 것인 전극 구조물 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전극 구조물에 활성 물질을 도입하는 단계를 더 포함한 전극 구조물 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전자 도전성 물질을 전구체 물질에 도입하는 단계는 전자 도전성 물질을 기판의 적어도 하나의 표면에 도입하는 단계를 더 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전자 도전성 폼은 금속을 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속은 니켈, 스틸, 알루미늄, 금, 은 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 전극 구조물 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전자 도전성 기판은 금속을 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전자 도전성 기판은 니켈, 알루미늄 포일, 스테인레스 스틸 포일, 니켈 도금 스틸, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 알루미늄, 금, 은 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 전극 구조물 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기판은 평평한 판 지오메트리를 갖는 것인 전극 구조물 형성 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기판은 곡면 판 지오메트리를 갖는 것인 전극 구조물 형성 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전구체 물질을 제거하는 단계는 미리 정해진 가스 환경에서 상기 전극 구조물의 온도를 상승시키는 단계를 더 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전구체 물질과 기판을 접촉하여 배치하는 단계는 상기 기판에 대하여 상기 전구체 물질을 기계적으로 클램핑하는 단계를 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 전구체 물질과 기판을 접촉하여 배치하는 단계는 상기 전구체 물질을 상기 기판에 접착하는 단계를 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 전자 도전성 폼과 상기 기판을 소결하는 단계를 더 포함한 전극 구조물 형성 방법.
  17. 전극 구조물을 형성하는 방법에 있어서,
    슬러리를 형성하기 위해 복수의 제1 입자, 복수의 제2 입자 및 액체 작용제를 결합하는 단계;
    전자 도전성 기판의 표면 위에 적어도 하나의 연속적인 슬러리 층을 형성하는 단계;
    고체 합성 물질을 남기도록 상기 적어도 하나의 연속적인 슬러리 층으로부터 상기 액체 작용제의 실질적으로 전부를 제거하는 단계 - 상기 고체 합성 물질은 상기 기판의 표면과 접촉을 유지함 - ; 및
    상기 합성 물질로부터 상기 복수의 제1 입자의 실질적으로 전부를 제거하는 단계 - 남아있는 상기 복수의 제2 입자는 상기 기판과 접촉하여 대응하는 전자 도전성 폼을 형성함 -
    를 포함한 전극 구조물 형성 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 복수의 제1 입자는 복수의 중합체 입자를 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 전극 구조물은 에너지 저장 장치에서 사용하기 위한 용도로 구성된 것인 전극 구조물 형성 방법.
  20. 제17항에 있어서, 활성 물질을 상기 전극 구조물에 도입하는 단계를 더 포함한 전극 구조물 형성 방법.
  21. 제17항에 있어서, 전자 도전성 물질을 상기 전극 구조물에 도입하는 단계를 더 포함한 전극 구조물 형성 방법.
  22. 제17항에 있어서, 상기 전자 도전성 폼은 금속을 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 금속은 니켈, 스틸, 알루미늄, 금, 은 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 전극 구조물 형성 방법.
  24. 제17항에 있어서, 상기 전자 도전성 기판은 금속을 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  25. 제17항에 있어서, 상기 전자 도전성 기판은 니켈, 알루미늄 포일, 스테인레스 스틸 포일, 니켈 도금 스틸, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 알루미늄, 금, 은 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 전극 구조물 형성 방법.
  26. 제17항에 있어서, 상기 전자 도전성 기판은 평평한 판 지오메트리를 갖는 것인 전극 구조물 형성 방법.
  27. 제17항에 있어서, 상기 전자 도전성 기판은 곡면 판 지오메트리를 갖는 것인 전극 구조물 형성 방법.
  28. 제17항에 있어서, 상기 복수의 제1 입자를 제거하는 단계는 미리 정해진 가스 환경에서 상기 전극 구조물의 온도를 상승시키는 단계를 더 포함한 것인 전극 구조물 형성 방법.
  29. 제17항에 있어서, 상기 전자 도전성 폼과 상기 전자 도전성 기판을 소결하는 단계를 더 포함한 전극 구조물 형성 방법.
  30. 전자 도전성 기판의 표면을 합성 물질과 접촉하여 배치하는 단계 - 상기 합성 물질은 적어도 하나의 전자 도전성 구성성분 및 적어도 하나의 전자 비도전성 구성성분을 포함함 - ; 및
    상기 합성 물질로부터 상기 전자 도전성 구성성분의 실질적으로 전부를 제거하는 단계 - 남아있는 상기 적어도 하나의 전자 도전성 구성성분이 상기 기판과 접촉하여 전자 도전성 폼을 형성함 -
    를 포함한 방법에 의해 형성된 전극 구조물.
  31. 제30항에 있어서, 상기 합성 물질은 중합체를 포함한 것인 전극 구조물.
  32. 제30항에 있어서, 상기 전극 구조물은 에너지 저장 장치에서 사용하기 위해 구성된 것인 전극 구조물.
  33. 제30항에 있어서, 활성 물질을 상기 전극 구조물에 도입하는 단계를 더 포함한 전극 구조물.
  34. 제30항에 있어서, 상기 전자 도전성 물질을 상기 전극 구조물에 도입하는 단계를 더 포함한 전극 구조물.
  35. 제30항에 있어서, 상기 전자 도전성 폼은 금속을 포함한 것인 전극 구조물.
  36. 제35항에 있어서, 상기 금속은 니켈, 스틸, 알루미늄, 금, 은 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 전극 구조물.
  37. 제30항에 있어서, 상기 전자 도전성 기판은 금속을 포함한 것인 전극 구조물.
  38. 제30항에 있어서, 상기 전자 도전성 기판은 니켈, 알루미늄 포일, 스테인레스 스틸 포일, 스테인레스 스틸, 니켈 도금 스틸, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 알루미늄, 금, 은 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 전극 구조물.
  39. 제30항에 있어서, 상기 기판은 평평한 판 지오메트리를 갖는 것인 전극 구조물.
  40. 제30항에 있어서, 상기 기판은 곡면 판 지오메트리를 갖는 것인 전극 구조물.
  41. 제30항에 있어서, 상기 전자 비도전성 구성성분은 미리 정해진 가스 환경에서 상기 전극 구조물의 온도를 상승시킴으로써 제거되는 것인 전극 구조물.
  42. 제30항에 있어서, 상기 합성 물질과 상기 기판은 접촉을 유지하도록 기계적으로 클램핑되는 것인 전극 구조물.
  43. 제30항에 있어서, 상기 합성 물질과 상기 기판은 접촉을 유지하도록 접착되는 것인 전극 구조물.
  44. 제30항에 있어서, 상기 전자 도전성 폼과 상기 기판을 소결하는 단계를 더 포함한 전극 구조물.
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