KR20170121739A - 전기 이중층 소자 - Google Patents

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KR20170121739A
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electric double
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유성욱
이규정
김영진
안형식
최정호
최영석
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Abstract

본 발명은 제1포트홈(51) 및 제2포트홈(52)에 우레탄수지(53)를 투입시킬 때 제1포켓(51a) 및 제2포켓(52a)에 신속하게 흘러 들어가 채워지면서 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)에 긴밀하게 밀착 경화되도록 하여 제1터미널(21) 및 제1쓰루홀(41) 사이의 틈새 그리고 제2터미널(22) 및 제2쓰루홀(42) 사이의 틈새를 통한 양이온의 누출을 더욱 철저하게 방지하여 수명을 상대적으로 크게 늘릴 수 있는 전기 이중층 소자에 관한 것이다.

Description

전기 이중층 소자{ELECTRIC DOUBLE LAYER DEVICE}
본 발명은 전기 이중층 소자에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 수명 보장과 더불어 깔끔한 외관까지 보장할 수 있는 전기 이중층 소자를 제공함에 있다.
일반적으로 전기 이중층 소자는 전지(Battery), 캐패시터(Capacitor) 또는 전해 콘덴서(Electrolytic Condenser)와 같이 전기 에너지를 저장하는 소자로서 통전이 가능한 전극을 사용하여 전기적인 충전과 방전을 행하며, 휴대폰, GPS수신기, MP3 플레이어 또는 메모리 백업의 용도로 사용되거나 풍력, 쏠라(Solar), 전기 자동차 혹은 하이브리드(hybrid) 자동차의 모터 구동 등의 목적으로 사용되고 있다.
전기 이중층 소자로서 캐패시터를 하나의 예로 들 수 있다.
전기 이중층 캐패시터는 활성탄 전극과 유기계 전해질의 경계면에 정전층을 만들어 전기 이중층 상태를 유전체의 기능으로 이용해 전지와 마찬가지로 전기를 축적시키는 기능을 한다.
특히, 고체전극과 고체 또는 액체상태의 전해질 사이에 발생하는 전기 이중층에 축적되는 전하를 이용한다.
캐패시터의 경우는 전지와 비교해 에너지 밀도가 낮지만 순간적으로 높은 출력을 나타내는 파워밀도 면에서 우수한 특성을 보이고 있으며, 수십만 회를 웃도는 반영구적인 수명 등으로 여러 분야에 응용되고 있다.
전기 이중층 캐패시터의 원리로서는 한 쌍의 고체전극을 전해질이온 용액 속에 넣어서 직류전압을 걸어주면 양극으로 분극된 전극에는 음이온이, 음극으로 분극된 전극에는 양이온이 정전적으로 유도되어 전극과 전해질 계면에 전기 이중층을 형성하게 된다. 특히, 활성탄의 경우에는 무수히 많은 세공이 분포해 전기 이중층이 자연스럽게 형성된다.
이때, 전기 이중층 캐패시터의 구성은 전극, 세퍼레이터, 전해질, 집전체와 케이스로 구성된다.
이중에서 캐패시터의 가장 핵심이 되는 부분은 전극에 사용되는 재료의 선택이라 할 수 있으나, 여러 다른 구성요소들에 의해 정전용량 역시 변하게 된다.
그리고, 전극재료는 전기전도성이 크고 비표면적이 높아야 하며 전기화학적으로 안정되어야 한다.
다음으로, 전기 이중층 소자로서 전지(Battery)를 하나의 예로 들 수 있다.
전지는 그 내부에 들어있는 화학물질(활물질; active material)의 화학 에너지를 전기 화학적 산화-환원반응(redox reaction)을 통하여 전기 에너지(electrical energy)로 변환하는 소자를 말한다.
전지는 두 개 이상의 전기 화학적 셀(cell)의 집합체를 나타내지만, 보통 단위 전지(single cell)에도 사용되고 있다. 이러한 전지는 화학반응 대신 전기 화학반응이 일어나 전자가 도선을 통하여 외부로 흐를 수 있도록 이루어져 있으며, 도선을 통하여 흐르는 전자는 전기 에너지의 원천이 되어 전기적인 유용함을 제공한다.
더욱 구체적으로, 전지는 집전체 위에 씌워진 양극(cathode or positive electrode)과 음극(anode or negative electrode)이라는 활물질 들을 가지고 있고, 세퍼레이터에 의해 서로 떨어져 있으며, 또한 두 전극사이의 이온 전달을 가능하게 하는 전해질(electrolyte)에 담겨져 있다.
전등, 기계 및 기구 등을 작동하기 위해서는 전지의 두 전극 사이에 충분한 전압과 전류가 생성될 수 있도록 적절한 전극물질과 전해질이 선정되어 특별한 구조로 배열되어져야 한다.
예를 들어, 외부 도선으로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 양극과, 음극 활물질이 산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 음극, 그리고 양극의 환원반응 및 음극의 산화반응이 화학적 조화를 이루도록 물질의 이동을 가능하게 하는 전해질, 더불어 양극과 음극의 물리적 접촉 방지를 위한 세퍼레이터 등이 상호 작용되어 화학적 에너지를 전기적 에너지로 제공할 수 있도록 배열되어야 하는 것이다.
이와 같이 배열된 전지의 음극은 기본적으로 전자를 내어주고 자신은 산화되며, 양극은 전자를 받아(양이온과 함께) 자신은 환원되어 전지가 외부 부하와 연결되어 작동할 때 두 전극은 각각 전기 화학적으로 변화를 일으켜 전기적인 일을 하게 된다.
이때, 음극의 산화반응에 의해 생성된 전자는 외부 부하를 경유하여 양극으로 이동하고 양극에 이르러 양극 물질과 환원반응을 일으켜, 전해질 내에서 음극과 양극 방향으로의 anion(negative ion)과 cation(positive ion)의 물질이동에 의한 전하의 흐름을 완성한다.
이렇게 전해질 내부에서는 외부도선에서 계속해서 전하가 흐르도록 반응을 일으키고 이에 힘입어 그 전하로의 전기적인 일을 하게 되는 것이다.
전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 배터리, 고분자 전해질을 사용하는 경우는 리튬 폴리머 배터리라고 한다.
도 1은 일반적인 전기 이중층 소자의 구조를 나타내는 개략도이고, 도 2는 일반적인 전기 이중층 소자에 응용된 전기 이중층 캐패시터의 충전원리를 설명하기 위한 개략도이며, 도 3은 일반적인 전기 이중층 소자에 응용된 전기 이중층 캐패시터의 충방전원리를 설명하기 위한 회로도이다.
일반적인 전기 이중층 소자(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 전극(10), 전해액(20), 집전체(30), 세퍼레이터(40), 제 1 리드단자(61) 및 제 2 리드단자(62)를 포함한다.
이때, 전기 이중층 소자(100)를 전지로 비유할 경우, 그 내부에 들어있는 화학물질(활물질; active material)의 화학 에너지를 전기 화학적 산화-환원반응을 통하여 전기 에너지로 변환시키게 될 것이고, 집전체(30) 위에 씌워진 전극(10)은 양극과 음극이라는 활물질을 갖게 된다.
반면, 전기 이중층 소자(100)를 캐패시터로 비유하면서 그 특성을 더욱 구체적으로 설명하면, 서로 다른 두 전극(10) 사이에 존재하는 계면에서 +, - 전하가 단거리에 접하여 배열된 분포를 이용하여 에너지를 저장하고, farad 단위의 높은 정전용량 특성을 나타내며 충·방전 사이클에 의한 성능변화 및 열화가 극히 작은 특성을 가지게 된다.
그리고, 전극(10)은 비표면적이 큰 활성탄(activated carbon)을 사용하여 전해액(20)과의 계면에서 형성된 전기 이중층에 의한 전하를 저장하고, 이러한 전극(10)은 전기적 특성 중 정전용량(capacitance)과 내부저항 특성이 성능평가의 가장 중요한 기준이 되므로 그 소재의 자체 비저항이 낮아야 하고 다공질 구조체이어야 하며, 다공질 구조 중 세공크기 및 분포가 단순하고 일정범위에 편중되어야 한다. 이러한 전극(10) 소재의 특성은 전기 이중층 캐패시터의 고유 충·방전 특성을 지배한다.
따라서, 현재 전극(10)으로 비표면적이 넓고 가격이 저렴한 활성탄소계를 많이 사용하고 있으며 에너지 밀도를 높이기 위하여 금속산화물 및 전도성고분자를 이용한 연구가 증가되고 있다.
한편, 전해액(20)은 유기용매와 4급 암모늄염(유기계), 황산수용액(수용액계) 등을 사용한다. 유기용매 전해액 중에서 PC와 ethylmethyl carbonate(EMC) 그리고 PC와 dimethoxyethane(DME)을 일정비율 혼합시켜 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
유기계 전해액을 사용한 전기 이중층 캐패시터(100)의 면적당 정전용량은 4∼6㎌/㎠이며, 유기계보다 수용액계의 전기 전도도가 높기 때문에 수용액계 전해액의 경우에는 5∼10㎌/㎠으로 수용액계 전해액이 우수한 특성을 나타내기도 하나 potential window가 좁고 분해가 일어나는 등의 단점이 있기도 한다.
세퍼레이터(40)는 부직포, 다공질 polyethylene(PE), 다공질 polypropylene(PP) film 등을 사용한다.
전기 이중층 캐패시터의 충전원리는 도 1에 도시된 바와 같이 세퍼레이터(40)를 사이에 두고 두 전극(10)과 전해액(20)이 대립하고 있는 상황에서 도 2의 전기 이중층 캐패시터의 충전원리를 설명하기 위한 개략도에 도시된 바와 같이 외부로부터 전기 에너지의 공급이 없는 상태에서는 내부의 전하분포가 불균일한 bulk 상태가 되어 전극(10)간 전위차가 0이 되고, 도 3의 전기 이중층 캐패시터의 충방전원리를 설명하기 위한 회로도에 도시된 바와 같이 외부로부터 전기 에너지가 공급되면 내부의 전하분포가 균일하게 형성되어 도 2에 도시된 바와 같이 두 전극(10) 사이에 전위차 2Φ1 전압의 에너지가 충전된다.
이때, 전기 에너지의 공급이 중단되더라도 이미 형성된 전기 이중층은 소멸되지 않으며 충전된 전기 에너지는 그대로 유지 보존된다.
선행기술문헌(대한민국 공개특허 제2009-0118328호; 모듈형 전기 이중층 커패시터 및 그 제조방법)
도 4는 선행기술문헌에 따른 전기 이중층 커패시터의 제작과정을 도시한 공정도이고, 도 5는 선행기술문헌에 따른 일체형 전기 이중층 커패시터의 제조방법을 설명하기 위한 구성도이며, 도 6은 선행기술문헌에 따른 전기 이중층 커패시터에 구성되는 전극소자의 제작과정을 설명하기 위한 구성도이다.
일반적으로 충전/방전이 가능한 이차전지, 예를 들어 전해 콘덴서, 전기 이중층 커패시터(EDLC) 등의 에너지 저장장치는 젤리롤 형태의 권취형(Winding-Type)이 많이 사용되고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 권취형 에너지 저장장치, 예를 들어, 권취형 전기 이중층 커패시터(EDLC : Electrochemical Double Layer Capacitors) 등은 주로 알루미늄(Al) 재질의 원통형 케이스(20)와, 케이스(20)에 내장된 권취소자(10)를 포함한다.
권취소자(10)는 띠 형상의 전극 적층체 즉, 양극 및 음극의 전극소자와, 상기 양극과 음극의 전극소자의 사이에 개재된 전해질로 이루어지는 띠 형상의 전극 적층체를 원통형으로 권취, 즉 와인딩(Winding)한 후, 와인딩된 형태가 풀리지 않도록 외부를 테이핑(Taping)하여 형성된다.
이와 같이 형성된 권취소자(10)는 전해액에 함침된 후, 원통형 케이스(20) 내부에 내장되며, 권취소자(10)의 상부에는 단자판(30)이 설치되고, 단자판(30)에는 러그(Lug) 또는 스크류(Screw) 타입의 외부단자(40)가 체결된다.
또한, 케이스(20)의 상부에는 단자판(30)이 아래로 밀리는 것을 방지하는 목부(21)가 함몰되게 형성되며, 권취소자(10)는 케이스(20)에 위와 같은 목부(21)가 형성된 후 내장되고, 권취소자(10)와 외부단자(40)는 단자(23)에 의해 전기적으로 연결된다. 이후, 케이스(20)의 상부 단부(22)를 구부리는 커링(Curling) 공정을 통해 단자판(30)이 케이스(20) 내에 고정되면서 조립 완료된다.
한편, 전극소자(100)는 도 6의 상부측에 도시된 도면을 참조하여 보면, 통상적인 알루미늄 포일(foil)과 같은 전극 집전시트(111)와, 집전시트(111)에 도포된 전극활물질(112)로 구성된다.
전극활물질(112)은 주로 활성탄을 주재료로 하는 전도성 페이스트의 도포에 의해 형성된다.
전극소자(100)에는 단자(120)가 결합되는데, 이때 먼저 단자(120)가 결합될 부위를 긁어내어 전극활물질(112)을 제거한 다음 천공한 후, 리벳팅(rivetting) 등의 공정으로 단자(120)를 결합시키는 구성으로 이루어진다.
본원 출원인은 선행기술문헌을 개량 발전시켜 본 발명에 따른 전기 이중층 소자를 제안하고자 한다.
대한민국 공개특허 제2009-0118328호; 모듈형 전기 이중층 커패시터 및 그 제조방법
본 발명의 목적은 양이온의 누출을 철저히 방지하여 젖음현상을 없애면서 수명을 상대적으로 늘릴 수 있도록 한 전기 이중층 소자를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 작업성을 보장하면서도 깔끔한 외관의 마무리까지 보장케 한 전기 이중층 소자를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 알루미늄터미널의 부식을 미연에 방지할 수 있는 전기 이중층 소자를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 고무전 상부로 돌출된 볼륨턱의 중앙을 미리 낮게 하면서 오목부를 가질 수 있도록 하여 케이스의 비딩시 볼륨턱의 중앙이 높아지더라도 평탄하게 유지될 수 있도록 하여 회로기판에 제1터미널 및 제2터미널을 접속시킬 때 보다 안정되게 탑재되도록 할 수 있는 전기 이중층 소자를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 우레탄수지의 계면 결합력을 증진시킬 수 있도록 한 전기 이중층 소자를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 우레탄수지의 고착력을 극대화시킬 수 있도록 한 전기 이중층 소자를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
세퍼레이팅시트에 의해 격리되면서 와인딩되는 제1집전시트 및 제2집전시트를 지닌 와인딩 전극유닛과, 상기 제1집전시트 및 제2집전시트에 각각 접속된 제1터미널 및 제2터미널과, 상기 와인딩 전극유닛을 수용하는 케이스와, 상기 케이스를 커버링하면서 상기 제1터미널 및 제2터미널을 각각 통과시켜 외부로 노출시키도록 뚫려진 제1쓰루홀 및 제2쓰루홀을 지닌 고무전을 포함하는 전기 이중층 소자에 있어서,
상기 고무전의 외부로 노출된 상기 제1터미널 및 제1쓰루홀 사이의 틈새 그리고 제2터미널 및 제2쓰루홀 사이의 틈새를 각각 메워주는 우레탄 포팅부를 포함하고,
상기 우레탄 포팅부는 상기 제1터미널 및 제2터미널이 통과되는 상기 제1쓰루홀 및 제2쓰루홀 주위의 상기 고무전 상부로 돌출된 볼륨턱에 의해 상대적으로 낮게 각각 마련되는 제1포트홈 및 제2포트홈과, 상기 제1포트홈 및 제2포트홈에 각각 채워져 경화되는 우레탄수지를 포함하고,
상기 제1포트홈은 상기 제1쓰루홀의 내경을 따라 함몰 성형되어 상기 우레탄수지를 받아들여 채우면서 상기 제1터미널에 밀착 경화되도록 하는 제1포켓을 구비하고,
상기 제2포트홈은 상기 제2쓰루홀의 내경을 따라 함몰 성형되어 상기 우레탄수지를 받아들여 채우면서 상기 제2터미널에 밀착 경화되도록 하는 제2포켓을 구비하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
본 발명은 제1터미널 및 제1쓰루홀 사이의 틈새 그리고 제2터미널 및 제2쓰루홀 사이의 틈새를 각각 메워주는 우레탄 포팅부를 더 구비시켜 양이온의 누출을 철저히 방지하여 젖음현상을 없애면서 수명을 상대적으로 늘릴 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 고무전의 상부로 돌출된 볼륨턱에 의해 상대적으로 낮게 마련되는 제1포트홈 및 제2포트홈에 우레탄수지를 신속 용이하게 투입시킬 수 있도록 하여 작업성을 보장하면서도 우레탄수지의 투입 후 주변으로 퍼지는 현상을 극소화시켜 깔끔한 외관까지 보장케 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 제1포트홈 및 제2포트홈에 우레탄수지를 투입시킬 때 제1포켓 및 제2포켓에 신속하게 흘러 들어가 채워지면서 제1터미널 및 제2터미널에 각각 긴밀하게 밀착 경화됨으로써 제1터미널 및 제1쓰루홀 사이의 틈새 그리고 제2터미널 및 제2쓰루홀 사이의 틈새를 통한 양이온의 누출을 더욱 철저하게 방지하여 수명을 상대적으로 더욱 크게 늘릴 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 알루미늄터미널을 미리 아노다이징 처리하여 산화알루미늄피막이 형성되도록 하여 수명 보장을 가능케 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 고무전 상부로 돌출된 볼륨턱의 중앙을 미리 낮게 하여 오목부를 가질 수 있도록 하여 케이스의 비딩시 볼륨턱의 중앙이 높아지더라도 평탄하게 유지될 수 있도록 하여 회로기판에 제1터미널 및 제2터미널을 접속시킬 때 보다 안정되게 탑재되도록 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 우레탄수지의 계면 결합력을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 우레탄수지의 고착력을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 전기 이중층 소자의 구조를 나타내는 개략도.
도 2는 일반적인 전기 이중층 소자에 응용된 전기 이중층 캐패시터의 충전원리를 설명하기 위한 개략도.
도 3은 일반적인 전기 이중층 소자에 응용된 전기 이중층 캐패시터의 충방전원리를 설명하기 위한 회로도.
도 4는 선행기술문헌에 따른 전기 이중층 커패시터의 제작과정을 도시한 공정도.
도 5는 선행기술문헌에 따른 일체형 전기 이중층 커패시터의 제조방법을 설명하기 위한 구성도.
도 6은 선행기술문헌에 따른 전기 이중층 커패시터에 구성되는 전극소자의 제작과정을 설명하기 위한 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 전기 이중층 소자를 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 전기 이중층 소자를 나타내는 분해 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 전기 이중층 소자를 나타내는 종단면도.
도 10은 본 발명에 따른 전기 이중층 소자에 적용된 와인딩 전극유닛을 나타내는 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 전기 이중층 소자에 적용된 제1터미널 및 제2터미널을 나타내는 사시도.
도 12a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 이중층 소자에 적용된 고무전을 나타내는 사시도.
도 12b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 이중층 소자에 적용된 고무전을 나타내는 단면도.
본 발명에 따른 전기 이중층 소자의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 전기 이중층 소자를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 전기 이중층 소자를 나타내는 분해 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 전기 이중층 소자를 나타내는 종단면도이다.
본 발명에 따른 전기 이중층 소자는 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 세퍼레이팅시트(13)에 의해 격리되면서 와인딩되는 제1집전시트(11) 및 제2집전시트(12)를 지닌 와인딩 전극유닛(10)과, 제1집전시트(11) 및 제2집전시트(12)에 각각 접속된 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)과, 와인딩 전극유닛(10)을 수용하는 케이스(30)와, 케이스(30)를 커버링하면서 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)을 각각 통과시켜 외부로 노출시키도록 뚫려진 제1쓰루홀(41) 및 제2쓰루홀(42)을 지닌 고무전(40)을 포함한다.
도 10은 본 발명에 따른 전기 이중층 소자에 적용된 와인딩 전극유닛을 나타내는 구성도이다.
제1집전시트(11) 및 제2집전시트(12)는 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이 전극활물질이 도포된 알루미늄포일(foil)로 이루어져 양극집전체 및 음극집전체로서 활용될 수 있고, 전극활물질은 주로 활성탄을 주재료로 하는 전도성 페이스트로 이루어질 수 있으며, 이들 제1집전시트(11) 및 제2집전시트(12)로 이루어진 와인딩 전극유닛(10)을 전해액 속에 함침시킨 후 케이스(30) 속에 집어넣고 고무전(40)을 향한 케이스(30)의 상단부를 비딩(Beading) 및 컬링(Curling)함으로써 그 결합을 완료할 수 있게 된다.
이때, 양극집전체로 활용되는 제1집전시트(11)에 접속된 제1터미널(21)은 양극단자로 쓰여지고, 나아가 음극집전체로 활용되는 제2집전시트(12)에 접속된 제2터미널(22)은 음극단자로 쓰여진다.
이러한 구조의 전기 이중층 소자를 90％의 상대습도, 60℃의 온도 환경에서 2.7V로서 가속시험을 한 결과 음극단자로 쓰여지는 제2터미널(22)과 제2쓰루홀(42) 사이의 틈새로 양이온이 빠져나오면서 외부의 습도와 상호 작용되어 젖음현상이 발생되어 그 수명이 약 1000시간으로 제한될 수밖에 없는 한계를 안고 있었다.
이에, 본 발명에서는 제1터미널(21) 및 제1쓰루홀(41) 사이의 틈새 그리고 제2터미널(22) 및 제2쓰루홀(42) 사이의 틈새를 각각 메워주는 우레탄 포팅부(50)를 더 구비시켜 양이온의 누출을 철저히 방지하여 그 수명을 상대적으로 늘릴 수 있도록 한 것이다.
더욱 구체적으로, 우레탄 포팅부(50)는 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)이 통과되는 제1쓰루홀(41) 및 제2쓰루홀(42) 주위의 고무전(40) 상부로 돌출된 볼륨턱(43)에 의해 상대적으로 낮게 각각 마련되는 제1포트홈(51) 및 제2포트홈(52)과, 이들 제1포트홈(51) 및 제2포트홈(52)에 각각 채워져 경화되는 우레탄수지(53)로 이루어질 수 있다.
고무전(40)의 상부로 돌출된 볼륨턱(43)에 의해 상대적으로 낮게 마련되는 제1포트홈(51) 및 제2포트홈(52)에 우레탄수지(53)를 신속 용이하게 투입시킬 수 있게 되어 작업성을 보장하면서도 우레탄수지(53)의 투입 후 주변으로 퍼지는 현상을 극소화시켜 깔끔한 외관의 마무리까지 보장케 할 수 있게 된다.
도 12a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 이중층 소자에 적용된 고무전(비딩 후의 모습)을 나타내는 사시도이고, 도 12b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 이중층 소자에 적용된 고무전(비딩 전의 모습)을 나타내는 단면도이다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 제1포트홈(51)은 제1쓰루홀(41)의 내경을 따라 함몰 성형되어 우레탄수지(53)를 받아들여 채우면서 제1터미널(21)에 밀착 경화되도록 하는 제1포켓(51a)을 구비하고, 제2포트홈(52)은 제2쓰루홀(42)의 내경을 따라 함몰 성형되어 우레탄수지(53)를 받아들여 채우면서 제2터미널(22)에 밀착 경화되도록 하는 제2포켓(52a)을 구비한다.
제1포트홈(51) 및 제2포트홈(52)에 우레탄수지(53)를 투입시킬 때 제1포켓(51a) 및 제2포켓(52a)에 신속하게 흘러 들어가 채워지면서 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)에 각각 긴밀하게 밀착 경화됨으로써 제1터미널(21) 및 제1쓰루홀(41) 사이의 틈새 그리고 제2터미널(22) 및 제2쓰루홀(42) 사이의 틈새를 통한 양이온의 누출을 더욱 철저하게 방지하여 수명을 상대적으로 더욱 크게 늘릴 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 전기 이중층 소자는 고무전(40) 상부로 돌출된 볼륨턱(43)은 중앙으로 갈수록 낮아진 후 케이스(30)의 비딩시 높아져 평탄하게 되는 오목부(43a)를 가질 수 있다.
케이스(30)와 고무전(40)의 밀착 결합을 위하여 케이스(30)를 비딩할 경우 고무전(40)의 측면이 줄어드는 반면 와인딩 전극유닛(10)의 반대쪽인 볼륨턱(43)의 상부 중앙이 볼록하게 솟아오르게 되는데, 이러할 경우 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)을 미 도시된 회로기판에 접속시킬 때 볼륨턱(43)의 볼록한 부분에 의해 안정적으로 탑재되지 못하는 현상이 발생하게 된다.
본 발명에서는 이러한 현상을 감안하여 고무전(40) 상부로 돌출된 볼륨턱(43)의 중앙을 미리 낮게 하면서 오목부(43a)를 가질 수 있도록 하여 케이스(30)의 비딩시 볼륨턱(43)의 중앙이 높아지더라도 평탄하게 유지될 수 있도록 하여 회로기판에 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)을 접속시킬 때 안정되게 탑재되도록 하는 것이다.
다른 한편으로, 제1포트홈(51) 및 제2포트홈(52)은 우레탄수지(53)의 계면 결합력을 증진시키기 위해 요철(B)을 가질 수 있으며, 이러한 요철(B)은 고무전(40)을 성형할 때 금형 표면을 아크 방전처리하여 부여하거나 고무전(40)을 샌드 페이퍼(Sand Paper)로 연마하거나 샌드 블라스트(Sand Blast)를 통한 기계적 에칭 또는 화학적 에칭으로 부여할 수 있다.
나아가, 제1포트홈(51) 및 제2포트홈(52)에 프라이머 접착제를 도포한 후 우레탄수지(53)를 채울 수 있도록 하여 우레탄수지(53)의 고착력을 극대화시킬 수 있도록 하고, 이때 프라이머 접착제는 Ethyl Acetate 계열의 접착제일 수 있음은 물론이다.
더 나아가, 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)은 제1집전시트(11) 및 제2집전시트(12)에 각각 접속되어 제1쓰루홀(41) 및 제2쓰루홀(42)에 끼워지는 알루미늄터미널(A)과, 이 알루미늄터미널(A)에 용접되어 고무전(40)의 외부로 노출되는 아우터터미널(T)[철단자에 구리도금 및 주석도금을 한 단자]을 포함할 수 있고, 특히 알루미늄터미널(A)을 아노다이징 처리시켜 산화알루미늄피막(A1)을 형성시킬 수 있도록 한다.
알루미늄터미널(A)은 쉽게 산화되어 부식되는 문제점이 있는데, 이렇게 부식될 경우 수명단축은 물론이거니와 양이온의 누출을 가속시켜 젖음현상에 의한 자체 부식을 더욱 가중시키게 된다.
이러한 현상을 근본적으로 차단하기 위하여 본 발명에서는 알루미늄터미널(A)을 미리 아노다이징 처리하여 산화알루미늄피막(A1)이 형성되도록 하는 것이고, 산화알루미늄피막(A1)을 지닌 알루미늄터미널(A)을 구비한 제1터미널(21) 및 제2터미널(22)을 적용한 전기 이중층 소자를 90％의 상대습도, 60℃의 온도 환경에서 2.7V로서 가속시험을 한 결과 약 1500시간으로 그 수명을 연장할 수 있었고, 여기에 우레탄 포팅부(50)까지 적용한 본 발명에 따른 전기 이중층 소자를 동일한 조건에서 가속시험을 한 결과 약 2500시간까지 수명을 연장할 수 있었다.
본 발명은 전지(Battery), 캐패시터(Capacitor) 또는 전해 콘덴서(Electrolytic Condenser) 등과 같이 전기 에너지를 저장하는 소자 분야에 이용될 수 있다.
10 : 와인딩 전극유닛 11 : 제1집전시트
12 : 제2집전시트 13 : 세퍼레이팅시트
21 : 제1터미널 22 : 제2터미널
A : 알루미늄터미널 A1 : 산화알루미늄피막
T : 아우터터미널 30 : 케이스
40 : 고무전 41 : 제1쓰루홀
42 : 제2쓰루홀 43 : 볼륨턱
43a : 오목부 50 : 우레탄 포팅부
51 : 제1포트홈 51a : 제1포켓
52 : 제2포트홈 52a : 제2포켓
B : 요철 53 : 우레탄수지

Claims (17)

  1. 세퍼레이터에 의해 격리되고 활물질이 코팅되어 있는 제1전류 컬렉터 및 제 2전류 컬렉터를 포함하는 전극유닛;
    상기 제1전류 컬렉터 및 제 2전류 컬렉터 각각에 접속된 제1터미널 및 제2터미널;
    상기 전극유닛을 수용하는 케이스; 및
    상기 케이스를 커버하면서 상기 제1터미널 및 제2터미널을 각각 통과시키는 제1쓰루홀 및 제2쓰루홀을 지닌 클로저 (closure)를 포함하고,
    상기 제1전류 컬렉터 및 제 2전류 컬렉터 각각은 서로 연결된 내부 터미널과 외부 터미널을 포함하고,
    상기 내부 터미널은 상기 케이스와 상기 클로저 내부에 위치하며,
    상기 외부 터미널은 외부에 노출되며,
    상기 제 1 및 제 2 터미널 중 적어도 하나의 내부 터미널에는 알루미늄 산화막이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 산화막은 상기 제 1 및 제 2 터미널 각각의 내부 터미널에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 산화막은 상기 제 1 및 제 2 터미널 중 어느 하나의 내부 터미널에만 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 어느 하나의 터미널은 음극 터미널인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 산화막은 서로 두께가 다른 제 1알루미늄 산화막 및 제 2알루미늄 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 내부 터미널은 전극 유닛 내부에 위치하고 상기 제1 알루미늄 산화막이 코팅되어 있는 제 1 내부 터미널부 및 전극 유닛 외부에 위치하고 상기 제2 알루미늄 산화막이 코팅되어 있는 제 2 내부 터미널부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 1알루미늄 산화막은 상기 제 2알루미늄 산화막보다 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제 1알루미늄 산화막은 상기 제 2알루미늄 산화막보다 길이가 긴 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제 1알루미늄 산화막에는 복수개의 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제 1 내부 터미널부는 직육면체 형상을 지니고, 상기 제 2 내부 터미널부는 실린더 형상을 지니는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 내부 터미널과 상기 외부 터미널은 서로 다른 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 터미널은 알루미늄으로 형성되어 있고, 상기 외부 터미널은 철 단자에 구리 및 주석이 차례로 도금되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 쓰루홀 주위에 위치한 외부 터미널의 일부 표면에는 우레탄 수지가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이중층 소자는 전압 2.7볼트, 온도 60°C, 상대습도 90%에서 1500 시간 이상 동작가능한 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전극유닛은 와인딩 타입인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 클로저는 고무로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 산화막은 아노다이징된 알루미늄 산화막인 것을 특징으로 하는 전기 이중층 소자.
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