KR20200024769A - 슈퍼커패시터 디바이스 - Google Patents
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Abstract
전기 디바이스가 제공된다. 전기 디바이스는, 디바이스의 할당된 듀티를 수행하기 위한 적어도 하나의 동작 엘리먼트; 동작 엘리먼트에 전력을 공급하고 그리고/또는 연관된 배터리를 재충전하기 위한, 나노-탄소 함유 전극들, 이온성 액체 전해질, 및 이온-투과성 멤브레인으로 구성된 슈퍼커패시터; 외부 전력 소스에 의해 슈퍼커패시터를 재충전하기 위한 충전 회로; 동작 엘리먼트의 동작을 제어하기 위한 제어 회로; 슈퍼커패시터 및/또는 동작 엘리먼트의 성능의 하나 이상의 파라미터 특성을 모니터링하고, 대응하는 상태 정보를 생성하기 위한 모니터링 회로; 상태 정보를 포함하는 제1 신호를 원격 수신 위치에 송신하기 위한 송신기; 및 제어 유닛 그리고 선택적으로는 동작 엘리먼트에 의해 작동될 명령들을 포함하는 제2 신호를 원격 수신 위치로부터 수신하기 위한 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 데이터 스트림을 원격 위치로 송신하고 데이터의 분석에 기초하여 원격 위치로부터 명령들을 수신하도록 구성된 슈퍼커패시터를 포함하는 전기 디바이스에 관한 것이다.
제US20120274273호의 문단들 299-209에서 페이스메이커와 같은 단일 플랫폼 디바이스에 에너지, 통신 및 전자기기들을 통합하는 집적-회로 배터리 디바이스를 설명한다.
제WO2014066824호는 일반적으로, 슈퍼커패시터, 및 소형 이식형 의료 디바이스들을 위한 배열을 설명한다.
제US20130106341호는 휴대용 전자 디바이스들을 위한 하이브리드 배터리 시스템을 교시한다.
제WO2016075431호와 같은 이전의 출원들에서, 우리는 다양한 에너지-저장 애플리케이션들에서 종래의 리튬-이온 배터리들보다 성능이 우수한 나노-탄소 함유 전극들 및 이온성 액체 전해질들에 기초한 재충전 가능 배터리 충전기들 및 새로운 슈퍼커패시터 셀들을 개시하였다. 특히, 이들 셀들은 훨씬 더 긴 유용한 사이클 수명들을 나타내며; 예컨대, 충전-유지 용량의 현저한 감소 또는 전기 저항의 증가 없이, 100,000 또는 1,000,000 충전/방전 사이클에 도달한다. 이는, 많은 경우들에서, 그 셀들의 유용성이 이들이 전력을 공급하도록 설계된 동작 엘리먼트들을 넘어설 수 있는 것을 의미한다.
결과적으로, 이러한 셀들은, 부품들의 정기적인 교체가 바람직하지 않거나(예컨대, 디바이스가 방수되도록 설계되거나), 또는 디바이스가 배치된 환경에 대한 접근이 어렵거나 접근에 지장이 있거나 위험할 수 있는 디바이스 분야들에 대해 매우 매력적이다. 예컨대, 비상 조명 또는 환경-모니터링 시스템들에서, 셀은 빌딩의 패브릭에 영구적으로 내장될 수 있다.
이러한 접근법이 채택되는 경우, 기술적 이유들로 인해, 디바이스는, 송신기/수신기에 의해 외부 세계에 원격으로 링크된 제어 시스템을 더 포함하는 것이 매우 바람직하며, 그에 따라, 디바이스 및 셀 자체의 성능이 면밀히 모니터링될 수 있고, 비상 사태가 발생하거나 동작 요건들이 변경되는 경우 조정될 수 있다. 이러한 조정(들)은, 특정 상황들(상이한 날씨, 상이한 계절들, 일반적인 빌딩 유지 보수 동안 등)에서의 디바이스의 스위치 온 또는 오프, 슈퍼커패시터의 충전 및 방전 주기의 변경, 또는 디바이스의 임박한 고장에 대한 경고 이전의 변경과 같은 형태일 수 있다. 이는 또한, 디바이스의 에너지 소비가 원격으로 제어될 수 있게 할 수 있으며, 이는, 에너지가 현재 계량(metered) 또는 페이고(pay-as-you-go) 기반으로 제공되는 상황들에서 매우 바람직할 수 있다.
이제 우리는 이 접근법을 우리의 슈퍼커패시터 셀들에 적용하여, 고도의 원격 제어성을 나타낼 뿐만 아니라 전력-소스의 교체가 바람직하지 않은 상황들에서도 사용될 수 있는 디바이스들을 생성하였다. 따라서, 본 발명에 따르면, 전기 디바이스가 제공되며, 그 전기 디바이스는:
● 디바이스의 할당된 듀티(duty)를 수행하기 위한 적어도 하나의 동작 엘리먼트;
● 동작 엘리먼트에 전력을 공급하고 그리고/또는 연관된 배터리를 재충전하기 위한, 나노-탄소 함유 전극들, 이온성 액체 전해질, 및 이온-투과성 멤브레인으로 구성된 슈퍼커패시터;
● 외부 전력 소스에 의해 슈퍼커패시터를 재충전하기 위한 충전 회로;
● 동작 엘리먼트의 동작을 제어하기 위한 제어 회로;
● 슈퍼커패시터 및/또는 동작 엘리먼트의 성능의 하나 이상의 파라미터 특성을 모니터링하고, 대응하는 상태 정보를 생성하기 위한 모니터링 회로;
● 상태 정보를 포함하는 제1 신호를 원격 수신 위치에 송신하기 위한 송신기; 및
● 제어 유닛 그리고 선택적으로는 동작 엘리먼트에 의해 작동될 명령들을 포함하는 제2 신호를 원격 수신 위치로부터 수신하기 위한 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
디바이스의 다른 구성 부분들은 광범위한 동작 엘리먼트들에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 동작 엘리먼트는 백열 전구 또는 조명 유닛, 특히, 주 전력 고장 또는 중단 시 기능 가능할 필요가 있는 것이다. 다른 실시예에서, 동작 엘리먼트는 환경-모니터링 디바이스, 이를테면, 연기, 일산화 탄소 또는 다른 가스 검출기이다. 또 다른 실시예에서, 동작 엘리먼트는 '모트(mote)'라고 업계에서 종종 지칭되는 센서 노드이며, 여기서, 센서는, 보고 목적으로, 중요 물리적 파라미터, 이를테면, 온도, 압력, 진동, 힘, 두께 등을 감지한다. 종종, 이러한 모트들은 다수의 위치들에서 산업 플랜트(팩토리들, 광산들, 정유 공장들, 및 화학 플랜트 및 저장 유닛) 상에 배치되며, 무선 또는 영구 케이블 네트워크를 통해 서로 그리고/또는 중앙 데이터-수신 위치에 연결된다. 또 다른 실시예에서, 동작 엘리먼트는, 소매 소비자, 또는 도매 또는 산업 고객에게 전기 에너지를 제공하고, 동작 엘리먼트는 변조-방지되도록 설계되거나 또는 외상성 사건들로부터 보호되거나 다른 방식으로 내성이 있는 케이싱으로 밀폐되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 슈퍼커패시터의 나노-탄소 함유 전극들은, 나노-탄소 컴포넌트들을 포함하는 탄소 전하-운반 엘리먼트들로 구성된 층으로 코팅된 얇은 가요성 시트(예컨대, 알루미늄, 은, 또는 구리 포일)의 형태의 전기-전도성 금속 전류 콜렉터를 필수적으로 포함하여 구성된 애노드 및 캐소드 표면들을 포함한다. 다른 실시예에서, 이들 애노드 및 캐소드 표면들 중 적어도 일부는 동일한 시트의 대향 면 상에 배치된다. 적합하게, 이들 전하-운반 엘리먼트들 중 적어도 일부는 10 미크론 미만의 평균 최장 치수(average longest dimension)를 갖는 탄소 입자들이다. 바람직하게, 이들 입자들은 중간공극도를 나타내고, 중공극들은 2 내지 50 나노미터의 사이즈 범위 내에 있다. 다른 실시예에서, 탄소 전하-운반 엘리먼트들은 최종 슈퍼커패시터에 어느 정도의 의사커패시턴스 거동(pseudocapacitance behaviour)을 부여할 수 있는 재료들의 나노입자들에 의해 보충될 수 있으며, 그 재료들은, 예컨대, 니켈, 망간, 루테늄, 비스무트, 텅스텐, 또는 몰리브덴을 포함하는 하나 초과의 산화 상태를 갖는 전이 금속 또는 리튬과 같은 금속의 염, 수산화물, 및 산화물이다.
일 실시예에서, 상기 층은, 폴리머 결합제 매트릭스에 매립된 탄소 입자들로 구성되고, 입자들 대 결합제의 중량 비율이 0.2:1 내지 20:1의 범위에 있는 것을 특징으로 한다. 다른 실시예에서, 결합제는 전기 전도성이다. 또 다른 실시예에서, 탄소 입자들은 그래핀 입자들을 포함하며; 또 다른 실시예에서, 이들은 탄소 나노튜브들을 포함한다. 일 바람직한 실시예에서, 그래핀과 탄소 나노튜브들의 혼합물이 채용되며, 선택적으로, 그 혼합물에 활성탄이 존재한다. 또 다른 적합한 실시예에서, 탄소 입자들은 이들 3개의 컴포넌트들의 혼합물을 포함하며, 그 혼합물에는 활성탄, 탄소 나노튜브들, 및 그래핀이 0.5-2000:0.5-100:1; 바람직하게는 0.5-1500:0.5-80:1의 중량 비율로 존재한다.
활성탄이라는 용어는, 표면적이 전형적으로 500 m2g-1 초과, 바람직하게는 1500 내지 2500 m2g-1이고, 1 미크론 미만의 평균 입자 사이즈를 갖는 고 순도의 임의의 비정질 탄소를 의미한다. 그러한 재료들은 다수의 상업적 소스들로부터 쉽게 입수 가능하다. 전형적으로 사용되는 탄소 나노튜브들은 2-500 미크론(바람직하게는 100-300 미크론) 범위의 평균 길이 및 100-150 나노미터의 범위의 평균 직경을 갖는다. 나노튜브들은 단일벽형 또는 다중벽형, 또는 이들의 혼합일 수 있다.
그래핀이라는 용어는 입자들의 구조가 실질적으로 2-차원인 탄소의 동소체를 의미한다. 극단적으로, 이들 입자들은 흑연 구조를 갖는 단일 원자-층 소판들을 포함하지만, 본 발명의 목적을 위해, 이 컴포넌트는 층층이 적층된 소수의 그러한 소판들(platelets), 예컨대 1개 내지 20개, 바람직하게는 1개 내지 10개의 소판들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이들 소판들은 비-산화 형태이다. 다른 실시예에서, 소판들은 독립적으로, 투과 전자 현미경으로 측정 시, 1 내지 4000 나노미터, 바람직하게는 20 내지 3000 나노미터 또는 10 내지 2000 나노미터의 범위의 평균 치수들을 갖는다. 그러한 재료들을 제조하기 위해 임의의 알려져 있는 방법이 사용될 수 있는데, 이는 또한, 상업적으로; 예컨대, 영국의 토마스 스완 리미티드(Thomas Swann Limited)에 의한 상표명 Elicarb® 하에 입수 가능하다.
다른 실시예에서, 탄소 전하-운반 엘리먼트들은 최대 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 전도성 탄소를 더 포함할 수 있다. 적합하게, 이 전도성 탄소는 다결정질 구조 및 1 내지 500 m2g-1 범위의 표면적을 갖는 고도의 전도성 비-흑연 탄소(non-graphitic carbon)를 포함한다. 일 실시예에서, 이는 카본 블랙; 예컨대, 리튬-이온 배터리들에서 전도성 첨가제로서 사용된 재료 중 하나(예컨대, Timcal SuperC65® 및/또는 Timcal SuperC45)이다.
일 실시예에서, 제조 후에 전극들 내의 잔류 수분은 100 ppm 미만; 바람직하게는 50 ppm 미만이어야 한다.
또 다른 실시예에서, 탄소-함유 애노드(들) 및 캐소드(들)는 서로 비대칭이며; 다시 말하면, 이들은 상이한 두께 - 예컨대 상이한 두께들의 층들을 갖거나, 또는 의사커패시턴스 효과가 부가된 첨가제들을 갖는다.
전도성 결합제로 넘어가면, 이는 하나 이상의 전기 전도성 폴리머들로 적합하게 구성되고, 바람직하게는 셀룰로스 유도체, 폴리머 엘라스토머, 또는 이들의 혼합물들로부터 선택된다. 일 실시예에서, 셀룰로스 유도체는 카르복시알킬 셀룰로스, 예컨대 카르복시메틸 셀룰로스이다. 다른 실시예에서, 엘라스토머는 스티렌-부타디엔 고무 또는 동등한 특성들을 갖는 재료이다.
적합하게, 복합 층 내의 다양한 컴포넌트들의 총 전하-수용 표면적은 > 250 m2g-1, 바람직하게는 > 260 m2g-1이다.
다른 실시예에서, 전극은 자립형이고, 금속 전류 콜렉터를 채용하지 않고, 그리고 5 내지 15 중량%의 폴리머 결합제에 균일하게 분산된 5 내지 25 중량%의 전도성 탄소 및 75 내지 90 중량%의 활성탄의 나노-탄소 함유 매트릭스(matrix)를 필수적으로 포함하여 구성된 강성 또는 기계적 탄성의 전기-전도성 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그러한 시트들의 적합한 예들은, 코인 셀들에서 측정될 때, 0.4 g/cm3 초과의 밀도, 100 F/g 초과의 평균 중량 커패시턴스(gravimetric capacitance), 및 30 옴 미만의 등가 직렬 저항(equivalent series resistance; ESR)을 가질 것이다.
이온성 액체 전해질로 넘어가면, 이온성 액체 전해질은 적합하게, 유기 이온성 염(organic ionic salt)을 포함하며, 그 유기 이온성 염은 100 ℃ 미만에서 용융되고, 바람직하게는 주변 온도들 이하에서 용융된다. 다른 실시예에서, 이온성 액체 전해질은 하나 이상의 이온성 액체들로 구성된 혼합물이고, 그 혼합물은 25 ℃에서 10 내지 80 센티푸아즈(centipoise); 바람직하게는 20 내지 50 센티푸아즈의 범위의 점도를 갖는다. 또 다른 실시예에서, 전해질은 적어도 2개의 컴포넌트들(이 중 하나는 이온성 액체임)의 공융 혼합물(eutectic mixture) 또는 거의-공융 혼합물(near-eutectic mixture)이다. 적합하게, 이들 혼합물들은 100 ℃ 미만, 바람직하게는 50 ℃ 미만; 그리고 더 바람직하게는 30 ℃ 미만의 용융점을 갖는다. 공융 거동은 라울의 법칙에 기초하여 예상될 수 있는 것이 비하여 주어진 조성 범위에 걸쳐 용융점이 상당히 강하되는 2개 이상의 컴포넌트의 이들 혼합물의 잘-알려져 있는 특성이다. 여기서, "공융 또는 거의-공융 혼합물"이라는 용어는 그에 따라, 용융점이 그러한 강하를 나타내는 본 발명에 따른 컴포넌트의 임의의 혼합물을 포함하는 것으로 해석되어야 하며; 실제 공융점에서 50% 초과의 강하, 바람직하게는 90% 초과의 강하를 갖는 혼합물이 가장 바람직하다. 특히 바람직한 실시예에서, 공융 조성 그 자체가 전해질로서 채용된다. 다른 실시예에서, 채용되는 이온성 액체들 중 적어도 하나는 3v 초과의 전기화학적 윈도우를 갖는다.
일 실시예에서, 채용되는 전해질은 제US5827602호 또는 제WO2011/100232호에서 설명되는 이온성 액체들 중 적어도 하나로 구성된 혼합물, 예컨대 공융 또는 거의-공융 혼합물이며, 제US5827602호 또는 제WO2011/100232호에서 완전한 리스팅이 독자에게 안내된다. 다른 실시예에서, 혼합물은 상기 이온성 액체들 중 적어도 2개로 구성된다.
적합하게, 따라서, 채용되는 이온성 액체 또는 전해질에서 채용되는 이온성 액체들 중 하나는 알킬 또는 치환-알킬 피리디늄, 피리다지늄, 피리미디늄, 피라지늄, 이미다졸륨, 피페리디늄, 피롤리디늄, 피라졸륨, 티아졸륨, 옥사졸륨, 트리아졸륨, 또는 아제파늄 양이온의 4차 염이다. 그러한 경우에, 각각의 양이온과 연관된 상대-음이온은 크고 다원자성이며, 50 또는 100 옹스트롬을 초과하는 반 데르 발스 볼륨을 갖는 것이 바람직하다(예컨대, 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되는 예시적인 예를 제공하는 제US 5827602호를 참조한다). 또한, 음이온이 양이온에 대하여 비대칭이되도록 음이온이 선택되어 액체 내의 이온이 쉽게 밀집되지 않아 결정화를 발생시키지 않는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 상대-음이온은, 테트라플루오로보레이트, 헥사플루오로포스페이트, 디시아나미드, 비스(플루오로설포닐)이미드(FSI), 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드(TFSI), 또는 비스(퍼플루오로 C2 내지 C4 알킬설포닐)이미드, 예컨대 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드 음이온들, 또는 이들의 유사체로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 다른 바람직한 실시예에서, 이온 액체(들)는 이들 음이온의 C1 내지 C4 알킬 치환 이미다졸륨, 피페리디늄, 또는 피롤리디늄 염들로부터 선택되며, 양이온들 및 음이온들의 임의의 치환은 본원에 개시되는 바와 같이 구상된다. 이러한 리스트 중에서, 다음의 이원계들: 피페리디늄 염과 이미다졸륨 염; 피페리디늄 염과 피롤리디늄 염, 및 이미다졸륨 염과 피롤리디늄 염이 바람직하다. 대안적인 실시예에서, 이원계는, (a) 피페리듐 염과 위에서 언급된 음이온들 중 하나의 임의의 치환 벌키 4차 암모늄 염; 예컨대, 그 트리알킬(알콕실알킬)암모늄 염(여기서, 알킬 또는 알콕시 모이어티들은 독립적으로 1개, 2개, 3개, 또는 4개의 탄소 원자를 가짐), 또는 (b) 제WO2011/100232에서 예시된 아제파늄 염들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 모든 경우에서, 채용되는 염들은 바람직하게, 3 볼트 초과의 전기화학적 윈도우 및 30 ℃ 미만의 용융점을 각각 가져야 한다.
채용될 수 있는 전해질들의 특정 비-제한적인 예들은 다음의 양이온들; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨(EMIM), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨(BMIM), 1-메틸-1-프로필피롤리디늄, 1-메틸-1-부틸피롤리디늄, 및 위에서 언급된 음이온들로부터 유도된 염들, 또는 염들의 혼합물들을 포함한다. 일 실시예에서, 전해질은 이들 양이온들의 하나 이상의 테트라플루오로보레이트, FSI, 또는 TFSI 염들이다. 다른 실시예에서, 전해질은 방법의 단계(a)에서 사용되는 염과 동일한 염이다.
다른 실시예에서, 이온성 액체는 4차 암모늄 양이온, 이를테면 N,N-디에틸-N-메틸-N-(2-메 톡시에틸)암모늄(DEME), 및 이의 동족체들의 염이다.
적합하게, 이온성 액체의 수분 함유량은 100 ppm 미만, 바람직하게는 50 ppm 미만이다.
인접 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에서 전해질에 위치된 이온-투과성 멤브레인은 폴리머 또는 유사한 다공성 재료로 제조되는 것이 적합하다.
충전 회로는 전형적으로, 슈퍼커패시터에 DC 전력을 공급하도록 설계된 것이며, 전력 소스가 AC 메인들인 경우, 정류기를 더 포함할 것이다.
모니터링 회로는 동작 엘리먼트 및/또는 슈퍼커패시터의 성능의 하나 이상의 파라미터 특성을 모니터링하는 기능을 수행한다. 일 실시예에서, 모니터링되는 파라미터(들)는 슈퍼커패시터의 전기 저항 및/또는 충전 상태를 포함한다. 다른 실시예에서, 모니터링되는 파라미터(들)는 슈퍼커패시터가 겪은 충전/방전 사이클들의 수의 카운트를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 모니터링되는 파라미터(들)는 디바이스의 위치 또는 동작 엘리먼트의 마모-특성들을 포함한다. 그러한 파라미터들의 변화들은 슈퍼커패시터 및/또는 동작 엘리먼트의 상태의 전류, 전압 또는 저항 변화 또는 프로파일 특성으로서 나타나게 될 수 있으며, 이는 대응하는 데이터 스트림으로 이루어질 수 있고, 그 데이터 스트림은 원격 위치로의 온워드(onward) 송신을 위해 송신기에 전달되며, 그 원격 위치에서, 그 데이터 스트림이 분석되고 그리고/또는 컴퓨터 데이터베이스에 저장된다. 적합하게, 이 송신기는 Wi-Fi 가능하거나, 블루투스 가능하거나, 또는 고정 지상 통신선, 예컨대 전화선에 의해 원격 위치에 연결된다. 송신기는 또한, 라디오 또는 마이크로파에 의해 연결될 수 있다. 송신 주기는 수신 위치로부터의 지시에 따라 조정될 수 있다.
디바이스에는 마찬가지로 수신기가 제공되며, 그 수신기는 또한, Wi-Fi 가능하거나, 블루투스 가능하거나, 또는 고정 지상 통신선, 라디오, 또는 마이크로파에 의해 원격 위치에 연결되며, 일 실시예에서, 이 수신기는 제어 유닛 및/또는 동작 엘리먼트 또는 슈퍼커패시터에 의한 구현을 위하여 원격 위치로부터의 명령들을 수신하기 위해 송신기와 통합될 수 있다.
일 실시예에서, 디바이스의 전기 컴포넌트들의 일부 또는 모두는 견고한 쉘 (Shell), 예컨대, 절연, 방수, 또는 부식 또는 충격-저항 쉘에 위치된다. 다른 실시예에서, 쉘은 단단하며, 금속 또는 엔지니어링 플라스틱과 같은 내구성이 강한 재료로 제조된다. 대안적으로, 쉘은 가요성이며, 폴리머 막, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 등으로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 쉘은 외부 전력 소스에 연결된 대응하는 도킹 위치에 도킹하도록 구성되고, 충전 회로와 협동하도록 구성된다. 선택적으로, 전기 디바이스는 동작 엘리먼트를 위한 일차 또는 이차 전력 소스로서 리튬-이온 배터리를 더 포함한다. 리튬-이온 배터리가 포함되는 경우, 컴포넌트들은, 슈퍼커패시터의 듀티가 배터리의 트리클-충전(trickle charging)을 포함하거나 또는 배터리의 트리클-충전으로 제한되도록 적합하게 배열된다.
다른 실시예에서, Wi-Fi 또는 블루투스를 가능하게 하는 네트워크에 의해 원격 위치에 있는 공통 수신/송신 스테이션에 선택적으로 링크되거나, 또는 함께 링크된 위에서 설명된 컴포넌트들 중 일부 또는 모두를 포함하는 복수의 유닛들이 제공된다. 이 실시예에서, 네트워크는 조명 시스템, 알람 시스템, 유해 물질들에 대한 검출 시스템, 또는 산업용 제어 시스템을 포함하는 것이 적합하다.
Claims (15)
- 전기 디바이스로서,
● 상기 디바이스의 할당된 듀티(duty)를 수행하기 위한 적어도 하나의 동작 엘리먼트;
● 상기 동작 엘리먼트에 전력을 공급하고 그리고/또는 연관된 배터리를 재충전하기 위한, 나노-탄소 함유 전극들, 이온성 액체 전해질, 및 이온-투과성 멤브레인으로 구성된 슈퍼커패시터;
● 외부 전력 소스에 의해 상기 슈퍼커패시터를 재충전하기 위한 충전 회로;
● 상기 동작 엘리먼트의 동작을 제어하기 위한 제어 회로;
● 상기 슈퍼커패시터 및/또는 상기 동작 엘리먼트의 성능의 하나 이상의 파라미터 특성을 모니터링하고, 대응하는 상태 정보를 생성하기 위한 모니터링 회로;
● 상기 상태 정보를 포함하는 제1 신호를 원격 수신 위치에 송신하기 위한 송신기; 및
● 제어 유닛 그리고 선택적으로는 상기 동작 엘리먼트에 의해 작동될 명령들을 포함하는 제2 신호를 상기 원격 수신 위치로부터 수신하기 위한 수신기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항에 있어서,
모니터링되는 파라미터(들)는 상기 슈퍼커패시터의 충전 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
모니터링되는 파라미터(들)는 상기 슈퍼커패시터의 커패시턴스 및/또는 전기 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
모니터링되는 파라미터(들)는 슈퍼커패시터 충전 및 방전 사이클들의 수의 카운트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
모니터링되는 파라미터(들)는 상기 디바이스의 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 디바이스는 전동 공구(power tool)이며,
모니터링되는 파라미터(들)는 상기 동작 엘리먼트의 마모-특성들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송신기 및 상기 수신기는 전화선, 라디오, 마이크로파, 블루투스, 또는 Wi-Fi에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 디바이스는 상기 디바이스의 전기 컴포넌트들을 수용하기 위한 견고한 쉘(robust shell)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제8항에 있어서,
상기 쉘은 상기 외부 전력 소스에 연결된 대응하는 도킹 위치와 도킹하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슈퍼커패시터로부터 트리클-충전(trickle-charge)을 수용하도록 구성된 리튬-이온 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
나노-탄소 함유 탄소 전극들은,
전도성 폴리머 매트릭스에 매립된, 그래핀, 탄소 나노튜브들, 또는 이들의 혼합물들로부터 선택되는, 나노-탄소 함유 컴포넌트들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제11항에 있어서,
상기 나노-탄소 함유 탄소 전극들은 1 내지 500 m2g-1의 범위 내의 표면적 및 다결정질 구조를 갖는 비-흑연 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온성 액체는,
양이온들; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 (EMIM), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 (BMIM), 1-메틸-1-프로필피롤리디늄, 1-메틸-1-부틸피롤리디늄 중 하나 이상, 및
음이온들; 테트라플루오로보레이트, FSI 또는 TFSI 중 하나 이상
을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전기 디바이스. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전기 디바이스들의 네트워크로서,
Wi-Fi 또는 블루투스에 의해 원격 위치에 있는 공통 수신/송신 스테이션에 링크되는 것을 특징으로 하는,
네트워크. - 제14항에 있어서,
조명 시스템, 알람 시스템, 유해 물질들에 대한 검출 시스템, 또는 산업용 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는,
네트워크.
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