KR20200113232A - 누설이 개선된 슈퍼 커패시터를 포함하는 전기 회로 - Google Patents

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Abstract

대체로 평평한 표면을 갖는 기판을 포함하는 전기 회로가 제공된다. 슈퍼 커패시터 조립체는 종 방향으로 길이를 갖는 컨테이너를 포함한다. 슈퍼 커패시터 조립체는 컨테이너 내에 봉입되는 전극 조립체를 포함하고, 전극 조립체는 젤리-롤 구성을 할 수 있다. 약 0 내지 약 30도의 각도가 컨테이너의 종 방향과 기판의 대체로 평평한 표면 사이에 형성된다.

Description

누설이 개선된 슈퍼 커패시터를 포함하는 전기 회로
본 출원은 2018년 2월 22일에 출원한 미국 가출원 번호 제62/633,811호의 우선권을 주장하며, 본 명세서에는 상기 미국 가출원의 내용이 참조로서 통합된다.
전자 디바이스, 전기 기계 디바이스, 전기 화학 디바이스, 및 다른 유용한 디바이스에 전력을 제공하기 위해 전기 에너지 저장 셀이 널리 사용된다. 예를 들어, 이중층 슈퍼 커패시터에는 액체 전해질이 주입되어 있는 탄소 입자(예를 들어, 활성탄)를 함유하는 한 쌍의 분극성 전극을 활용할 수 있다. 입자들의 유효 표면적과 전극 사이의 간격이 작아 큰 정전 용량 값을 획득할 수 있다.
전기 회로는 예컨대 인쇄 회로 기판(PCB)와 같은 기판 위에 형성되되, 다양한 부품을 기판에 표면 장착함으로써 형성될 수 있다. 슈퍼 커패시터는 소형 인수에 상당한 에너지 저장을 제공하도록 표면 장착될 수 있다.
하지만, 표면 장착된 슈퍼 커패시터들과 PCB 사이의 한정된 공간에 열과 습기가 축적되어, 부식 또는 다른 손상을 야기할 수 있다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터들은 전기 리드(lead)를 사용하여 PCB에 연결될 수 있다. 이러한 리드는 열을 발생시키고, 심지어는 슈퍼 커패시터들과 PCB 사이의 한정된 공간 내에 전기 분해 반응을 일으킬 수 있다. 그 결과, 수소 가스, 산소 가스 및 수증기가 침투하여, 슈퍼 커패시터를 손상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전기 회로는 대체로 평평한 표면을 포함하는 기판과 슈퍼 커패시터 조립체를 포함할 수 있다. 슈퍼 커패시터 조립체는 컨테이너 내부에 봉입되는 전극 조립체를 포함할 수 있고, 전극 조립체는 젤리-롤(jelly-roll) 구성을 가질 수 있다. 컨테이너의 종 방향과 기판의 대체로 평평한 표면 사이에는 어떤 각도가 형성될 수 있다. 상기 각도는 약 0 내지 약 30도일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제품의 유량을 측정하는 측정계는 대체로 평평한 표면을 구비하는 기판과 슈퍼 커패시터 조립체를 포함할 수 있다. 슈퍼 커패시터 조립체는 종 방향으로 길이를 갖는 컨테이너를 포함할 수 있다. 슈퍼 커패시터 조립체는 컨테이너 내에 봉입되고 젤리-롤 구성을 갖는 전극 조립체를 포함할 수 있다. 컨테이너의 종 방향과 기판의 대체로 평평한 표면 사이에는 각도가 형성될 수 있다. 상기 각도는 약 0 내지 약 30도일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 전기 회로는 기판과 기판에 장착되어 있는 슈퍼 커패시터 조립체를 포함한다. 슈퍼 커패시터 조립체는 종 방향으로 길이를 갖는 컨테이너를 포함한다. 슈퍼 커패시터 조립체는 컨테이너 내에 봉입되는 전극 조립체를 포함하며, 전극 조립체는 젤리-롤 구성을 갖는다. 슈퍼 커패시터의 종 방향은 대체로 수평 방향으로 연장한다.
본 개시의 다른 특징들 및 양태들이 이하에 더욱 상세하게 설명된다.
본 발명의, 통상의 기술자를 위한 최선의 개시를 포함한 완전하고 사용 가능한 개시가 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 설명되며, 이는 이하의 도면들을 참조한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 양태들에 따른 슈퍼 커패시터 조립체의 일 실시예의 개략적인 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 각각, 본 개시의 양태들에 따른 슈퍼 커패시터 조립체를 포함하는 전기 회로의 일 실시예의 사시도 및 측부 정면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각, 본 개시의 양태들에 따른 슈퍼 커패시터 조립체를 포함하는 전기 회로의 또 다른 실시예의 사시도 및 측부 정면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각, 본 개시의 양태들에 따른 슈퍼 커패시터 조립체를 포함하는 전기 회로의 또 다른 실시예의 사시도 및 측부 정면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각, 본 개시의 양태들에 따른 슈퍼 커패시터 조립체를 포함하는 전기 회로의 또 다른 실시예의 사시도 및 측부 정면도이다.
도 6a는 본 개시의 양태들에 따른 슈퍼 커패시터 조립체를 포함하는, 전력 사용량을 측정하기 위한 측정계의 일 실시예의 사시도이다.
도 6b는 본 개시의 양태들에 따른 슈퍼 커패시터 조립체를 포함하는, 전력 사용량을 측정하기 위한 측정계의 일 실시예의 개략도이다.
봉 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복 사용은 본 개시의 동일하거나 유사한 특징 및 요소들을 나타내기 위한 것이다.
통상의 기술자는, 본 명세서가 예시적인 실시예들의 설명일 뿐, 본 개시의 더 넓은 양태들을 제한하는 것으로서 의도된 것은 아니며, 더 넓은 양태들이 예시적인 구조로서 실시되는 것임을 이해해야 한다.
본 개시의 양태들은 예컨대 PCB와 같은 기판을 포함하는 전기 회로에 대한 것이다. 기판은 대체로 평평한 표면을 가질 수 있다. 전기 회로는 종 방향으로 길이를 갖는 컨테이너를 포함하는 슈퍼 커패시터 조립체도 포함할 수 있다. 슈퍼 커패시터 조립체는 컨테이너 내부에 봉입되고 젤리-롤 구성을 갖는 전극 조립체를 포함할 수 있다.
본 발명의 발명자들은, 실시되는 특정 구성과 상관없이, 슈퍼 커패시터 조립체의 배향에 대한 선택적인 제어를 통해 보다 튼튼한 전기 회로를 획득할 수 있음을 발견하였다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터의 컨테이너의 종 방향과 기판의 대체로 평평한 표면 사이에 어떤 각도가 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 각도는 약 0 내지 약 75도일 수 있고, 일부 실시예에서는 약 0 내지 약 60도, 일부 실시예에서는 약 0 내지 약 45도, 일부 실시예에서는 약 0 내지 약 30도, 일부 실시예에서는 약 0 내지 약 20도, 일부 실시예에서는 약 0 내지 약 15도, 그리고 일부 실시예에서는 약 0 내지 약 10도일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 상기 각도는 약 0도일 수 있다.
환언하면, 일부 실시예에서는, 슈퍼 커패시터 조립체가 일반적으로 기판의 대체로 평평한 표면에 평행한 방향으로 연장할 수 있다. 이러한 구성은 슈퍼 커패시터 조립체의 전기 리드들 주위에(컨테이너의 단부 근처에 위치될 수 있음) 및/또는 슈퍼 커패시터 조립체와 기판 사이에 열 및/또는 습기 축적을 감소시켜, 부식 손상을 감소 또는 방지할 수 있다.
일부 실시예에서, 슈퍼 커패시터 조립체는 일반적으로, 중력이 슈퍼 커패시터 조립체의 다양한 밀봉부의 누설을 촉진시키지 않도록, 수평 방향으로 연장할 수 있다. 이러한 밀봉은 슈퍼 커패시터 조립체의 일 단부 또는 양 단부에 위치된다. 예를 들어, 밀봉부는 하우징과 그 안에 있는 슈퍼 커패시터를 밀봉하기 위해, 슈퍼 커패시터 조립체의 하우징을 통해 연장하는 리드 둘레에 및/또는 슈퍼 커패시터 조립체의 하우징의 뚜껑과 본체 사이에 위치될 수 있다. 이러한 구성은 슈퍼 커패시터 조립체의 누설을 방지 또는 감소시킬 수 있다.
슈퍼 커패시터 구성
본 발명의 모듈에는 일반적으로 수많은 다양한 개별적인 슈퍼 커패시터들 중 임의의 것이 사용될 수 있다. 하지만, 일반적으로 말하면, 슈퍼 커패시터는 하우징의 내부에 포함되고 옵션적으로는 밀봉되는 전극 조립체와 전해질을 포함한다. 예를 들어, 전극 조립체는 제1 집전체에 전기적으로 커플링되는 제1 탄소질 코팅(예를 들어, 활성탄 입자)을 포함하는 제1 전극과, 제2 전기 집천체에 전기적으로 커플링되는 제2 탄소질 코팅(예를 들어, 활성탄 입자)을 포함하는 제2 전극을 포함할 수 있다. 특히, 슈퍼 커패시터가 다수의 에너지 저장 셀을 포함하는 경우, 희망한다면 추가적인 집전체가 사용될 수도 있음을 이해해야 한다. 집전체들은 동일한 재료 또는 서로 다른 재료로 형성될 수 있다. 이와 상관없이, 각각의 집전체는 통상적으로, 예컨대 알루미늄, 스테인리스 강, 니켈, 은, 팔라듐 등과 같은 도전 재료 뿐 아니라 이들의 합금을 포함하는 기판으로 형성된다. 본 발명에 사용하기에는 알루미늄 및 알루미늄 합금이 특히 적절하다. 기판은 포일, 시트, 플레이트, 메쉬 등의 형태일 수 있다. 기판은 또한, 약 200마이크로미터 이하, 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 100마이크로미터, 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 80마이크로미터, 그리고 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 50마이크로미터와 같이 비교적 작은 두께를 가질 수 있다. 필수적인 것은 아니지만, 기판의 표면이 예컨대 워싱(washing), 에칭, 블라스팅 등과 같이 옵션적으로 거칠게 형성될 수 있다. 수치와 함께 사용되는 “약”이라는 용어는 제시된 양의 20% 이내를 지칭하도록 의도된다.
제1 및 제2 탄소질 코팅은 각각 제1 및 제2 전기 집천체에 전기적으로 커플링될 수도 있다. 이들은 동일하거나 서로 다른 종류의 재료로 형성될 수 있고, 하나 또는 다수의 층을 포함할 수 있지만, 각각의 탄소질 코팅은 일반적으로 활성 입자를 포함하는 적어도 하나의 층을 포함한다. 어떤 실시예에서는 예를 들어, 활성탄 층이 전기 집전체의 위에 직접적으로 위치될 수 있고, 옵션적으로는 그 층이 단 하나의 탄소질 코팅 층일 수 있다. 적절한 활성탄 입자들의 예시로는, 예를 들어 코코넛 껍질-기반 활성탄, 석유 코크스-기반 활성탄, 피치-기반 활성탄, 폴리염화비닐리덴-기반 활성탄, 페놀 수지-기반 활성탄, 폴리아크릴로니트릴-기반 활성탄, 및 예컨대 석탄, 숯 또는 다른 천연 유기 자원과 같은 천연 자원으로부터 획득한 활성탄을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서는, 하나 이상의 충전-방전 사이클을 경험한 이후에 특정 종류의 전해질에 대한 이온 이동도 개선을 돕기 위해, 예컨대 입자 크기 분포, 표면적, 및 기공 크기 분포와 같은 활성탄 입자의 특정 양태를 선택적으로 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 입자들의 부피 중 적어도 50%(D50사이즈)는 약 0.01 내지 약 30마이크로미터, 일부 실시예에서는 약 0.1 내지 20마이크로미터, 일부 실시예에서는 약 0.5 내지 약 10마이크로미터 범위의 크기를 가질 수 있다. 유사하게, 입자들의 부피 중 적어도 90%(D90 사이즈)는 약 2 내지 약 40마이크로미터, 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 30마이크로미터, 그리고 일부 실시예에서는 약 5 내지 약 15마이크로미터 범위의 크기를 가질 수 있다. 또한, BET 표면은 약 900m2/g 내지 약 3,000m2/g, 일부 시시예에서는 약 1,000m2/g 내지 약 2,500m2/g, 그리고 일부 실시예에서는 약 1,100m2/g 내지 약 1,800m2/g 범위일 수 있다.
특정 크기와 표면적을 갖는 것 이외에, 활성탄 입자들은 특정한 크기 분포를 갖는 기공을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 크기가 약 2나노미터보다 작은 기공(즉, “마이크로포어”)의 양이 전체 기공 부피의 약 50부피% 이하, 일부 실시예에서는 약 30부피%이하, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.1부피% 내지 15부피%를 제공할 수 있다. 유사하게, 크기가 약 2나노미터 내지 약 50나노미터인 기공들(즉, ”메소포어”)은 약 20부피% 내지 약 80부피%, 일부 실시예에서는 약 25부피% 내지 약 75부피%, 그리고 일부 실시예에서는 약 35부피% 내지 약 65부피%일 수 있다. 마지막으로, 크기가 약 50나노미터보다 큰 기공(즉, “메크로포어”)의 양은 약 1부피% 내지 약 50부피%, 일부 실시예에서는 약 5부피% 내지 약 40부피%, 그리고 일부 실싱에서는 약 10부피% 내지 약 35부피%일 수 있다. 탄소 입자들의 전체 기공 부피는 약 0.2cm3/g 내지 약 1.5cm3/g, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.4cm3/g 내지 약 1.0cm3/g일 수 있으며, 기공 폭의 중앙값은 약 8나노미터 이하, 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 5나노미터, 그리고 일부 실시예에서는 약 2 내지 약 4나노미터일 수 있다. 기공 크기와 총 기공 부피는 당해 기술분야에서 잘 알려진 것과 같이, 질소 흡착을 이용하여 측정되고 바렛-조이너-할렌다(“BJH”: Barett-Joyner-Halenda) 기법에 의해 분석될 수 있다.
희망하는 경우, 제1 및/또는 제2 탄소질 코팅에서 바인더는 탄소 100 단위(part)당 약 60단위 이하, 일부 실시예에서는 40단위 이하, 그리고 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 25 단위의 양만큼 존재할 수 있다. 예를 들어, 바인더가 탄소질 코팅의 총 무게의 약 15중량%이하, 일부 실시예에서는 약 10중량% 이하, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.5중량% 내지 약 5중량%를 구성할 수 있다. 다양한 적절한 바인더 중 임의의 것이 전극에 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서는 예컨대 스티렌-부타디엔 코폴리머, 폴리비닐 아세테이트 호모폴리머, 비닐-아세테이트 에틸렌 코폴리머, 비닐-아세테이트 아크릴릭 코폴리머, 에틸렌-비닐 클로라이드 코폴리머, 에틸렌-비닐 클로라이드-비닐 아세테이트 터폴리머, 아크릴릭 폴리비닐 클로라이드 폴리머, 아크릴릭 폴리머, 니트릴 폴리머, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌이나 폴리비닐리덴 플로라이드와 같은 플루오로폴리머, 폴리올레핀 등뿐 아니라 이들의 혼합물과 같은 불수용성 유기 바인더가 사용될 수 있다. 예컨대 다당류 및 그 유도체와 같은 수용성 유기 바인더가 사용될 수도 있다. 하나의 특정 실시예에서, 다당류는 예컨대 알킬 셀룰로오스 에테르(예를 들어, 메틸 셀룰로오스 및 에틸 셀룰로오스); 히드록시알킬 셀룰로오스 에테르(예를 들어, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스, 히드록시프로필 히드록시부틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 히드록시프로필 셀룰로오스, 히드록시에틸 히드록시부틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 히드록시프로필 히드록시부틸 셀룰로오스 등); 알킬 히드록시알킬 셀룰로오스 에테르(예를 들어, 메틸 히드록시에틸 셀룰로오스, 메틸 히드록시프로필 셀룰로오스, 에틸 히드록시에틸 셀룰로오스, 및 메틸 에틸 히드록시프로필 셀룰로오스); 카르복시알킬 셀룰로오스 에테르(예를 들어, 카르복시메틸 셀룰로오스); 등과 같은 비이온성 셀롤로오스 에테르뿐 아니라, 예컨대 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스와 같이 전술한 것들 중 임의의 것의 프로톤화된 염(protonated salt)일 수 있다.
제1 및/또는 제2 탄소질 코팅의 활성탄 층 및/또는 제1 및/또는 제2 탄소질 코팅의 다른 층에는 다른 재료가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서는, 전기 전도성을 더욱 증가시키기 위해 전도성 향상제가 사용될 수 있다. 예시적인 전도성 향상제는 예를 들어, 카본 블랙, 흑연(천연 또는 인조), 흑연, 탄소 나노 튜브, 나노 와이어 또는 나노 튜브, 금속 섬유, 그래핀 등뿐 아니라 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 특히, 카본 블랙이 적절하다. 전도성 향상제가 사용될 경우, 전도성 향상제는 통상적으로 탄소질 코팅에서 활성 탄소 입자들의 100단위 당, 약 60단위 이하, 일부 실시예에서는 40단위 이하, 그리고 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 25단위만큼을 구성한다. 전도성 향상제는 예를 들어, 탄소질 코팅의 총 무게의 약 15중량% 이하, 일부 실시예에서는 약 10중량% 이하, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.5중량% 내지 약 5중량%를 구성한다. 유사하게, 활성탄소 입자들은 통상적으로 탄소질 코팅의 약 90중량% 이상, 일부 실시예에서는 약 95중량% 내지 약 99.5중량%를 구성한다.
전해질 코팅을 집전체에 도포하는 특정 방식은 예컨대 인쇄(예를 들어, 로토 그라비어), 스프레이, 슬롯-다이 코팅, 드롭-코팅, 딥-코팅 등과 같이 통상의 기술자에게 잘 공지되어 있기 때문에 달라질 수 있다. 도포되는 방식에 상관없이, 만들어진 전극은 통상적으로 코팅에서 수분을 제거하기 위해 예컨대 약 100℃이상, 일부 실시예에서는 약 200℃ 이상, 그리고 일부 실시예에서는 약 300℃ 내지 약 500℃의 온도에서 건조된다. 전극은 슈퍼 커패시터의 용적 효율을 최적화하기 위해 압축(예를 들어, 압착(calendered))될 수도 있다. 임의의 옵션적인 압축 이후의 각각의 탄소질 코팅의 두께는 일반적으로 슈퍼 커패시터의 희망하는 전기적 성능 및 작동 범위에 기초하여 달라질 수 있다. 하지만, 통상적으로 코팅의 두께는 약 20 내지 약 200마이크로미터, 30내지 약 150마이크로미터, 그리고 일부 실시예에서는 약 40 내지 약 100마이크로미터일 수 있다. 코팅은 집전체의 일측 또는 양측에 존재할 수 있다. 이와는 상과 없이, 전체 전극(집전체 및 옵션적인 압축 이후의 탄소질 코팅(들) 포함)의 두께는 통상적으로 약 20 내지 약 350마이크로미터, 일부 실시예에서는 약 30 내지 약 300마이크로미터, 그리고 일부 실시예에서는 약 50 내지 약 250마이크로미터 범위 내에 있다.
전극 조립체는 통상적으로, 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치되는 분리막도 포함한다. 희망하는 경우, 전극 조립체에는 또 다른 분리막들도 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 분리막이 제1 전극이나 제2 전극 위에, 또는 두 전극 위에 위치될 수 있다. 분리막들은 하나의 전극을 다른 전극으로부터 전기적으로 절연시켜, 전기 쇼트(short) 방지를 도우면서, 두 전극 사이의 이온 전달은 가능하게 할 수 있다. 특정 실시예에서는, 예를 들어 셀룰로오스 섬유성 재료(예를 들어, 에어레이드 종이 웹, 습식(wet-laid) 종이 웹 등), 부직포 재료(예를 들어, 폴리올레핀 부직 웹), 부직포, 필름(예를 들어, 폴리올레핀 필름) 등을 포함하는 분리막이 사용될 수 있다. 슈퍼 커패시터에 사용하기에는 예컨대 천연 섬유, 합성 섬유 등을 포함하는 재료와 같이 셀룰로오스 섬유 재료가 특히 적절하다. 슈퍼 커패시터에 사용하기에 적절한 셀룰로오스 섬유의 특정 예시로는 예를 들어, 견목 펄프 섬유, 연목 펄프 섬유, 레이온 섬유, 재생 셀룰로오스 섬유 등을 포함할 수 있다. 사용되는 특정 재료와는 상관없이, 분리막은 통상적으로 두께가 약 5 내지 약 150마이크로미터, 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 100마이크로미터, 그리고 일부 실시예에서는 약 20 내지 약 80마이크로미터이다.
전극 조립체의 부품들이 함께 조합되는 방식은 통상의 기술자가 아는 바와 같이 다양할 수 있다. 예를 들어, 전극들과 분리막은 처음에 접혀있거나, 권취되어 있거나, 또는 전극 조립체 형태로 함께 접촉되어 있을 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 전극들, 분리막 및 옵션적인 전해질은 “젤리-롤” 구성을 가지는 전극 조립체로 권취될 수 있다. 예를 들어, 도 1a를 참조하면, 제1 전극(1102), 제2 전극(1104), 및 전극들(1102, 1104) 사이에 위치되는 분리막(1106)을 포함하는 이러한 젤리롤 전극 조립체(1100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 이러한 특정 실시예에서, 전극 조립체(1100)는 제2 전극(1104) 위에 위치되는 또 하나의 분리막(1108)도 포함한다. 이러한 방식으로, 전극들의 두 코팅된 표면의 각각이 분리막에 의해 분리되고, 이로 인해 단위 체적당 표면적과 용량을 최대화한다. 필수적인 것은 아니지만, 전극(1102, 1104)들은 이 실시예에서, 각각의 접촉 엣지가 제1 분리막(1106)과 제2 분리막(1108) 각각의 제1 및 제2 엣지를 지나 연장하도록 오프셋된다. 이는 특히, 전극들 사이에서의 전류 흐름으로 인한 “단락(shorting)” 방지를 도울 수 있다.
슈퍼 커패시터를 형성하기 위해, 전극들과 분리막이 함께 전극 조립체를 형성하도록 조립되기 전, 조립되는 중, 및/또는 조립된 후에 제1 전극과 제2 전극에 이온 접촉하도록 전해질이 배치된다. 일반적으로 전해질은 본질적으로 비수성이므로, 적어도 하나의 비수 용매를 함유한다. 슈퍼 커패시터의 작동 온도 범위를 확장하는 것을 돕기 위해, 통상적으로 비수 용매는 끓는 온도가 예컨대 약 150℃ 이상, 일부 실시예에서는 약 200℃ 이상, 그리고 일부 실시예에서는 약 220℃ 내지 약 300℃와 같이 비교적 높은 것이 바람직하다. 끓는 점이 높은, 특히 적절한 용매로는 예를 들어, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트 등과 같은 환형 카보네이트 용매를 포함할 수 있다. 물론, 다른 비수 용매를 단독으로 또는 환형 카보네이트 용매와 함께 사용할 수도 있다. 이러한 용매의 예시로는, 예를 들어 열린-사슬 카보네이트(예를 들어, 디메틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 등), 지방족 모노카르복실레이트(예를 들어, 메틸 아세테이트, 메틸 프로피오네이트 등), 락톤 용매(예를 들어, 부티로락톤 발레로락톤 등), 니트릴(예를 들어, 아세토니트릴, 글루타르니트릴, 아디포니트릴, 메톡시아세토니트릴, 3-메톡시프로피오니트릴 등), 아미드(예를 들어, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디에틸아세트아마이드, N-메틸피롤리디논), 알칸(예를 들어, 니트로메탄, 니트로에탄 등), 황 화합물(예를 들어, 술포란, 디메틸 술폭시드 등); 등을 포함할 수 있다.
전해질은 또한, 비수 용매에 용해되어 있는 적어도 하나의 이온성 액체를 함유할 수 있다. 이온성 액체의 농도는 달라질 수 있지만, 이온성 액체는 통상적으로 비교적 높은 농도로 존재하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이온성 액체는 전해질의 리터당 약 0.8몰(M) 이상, 일부 실시예에서는 약 1.0몰 이상, 일부 실시예에서는 약 1.2M 이상, 그리고 일부 실시예에서는 약 1.3 내지 약 1.8M의 양으로 존재할 수 있다.
이온성 액체의 녹는점은 일반적으로, 예컨대 약 400℃이하, 일부 실시예에서는 약 350℃이하, 일부 실시예에서는 약 1℃ 내지 약 100℃, 그리고 일부 실시예에서는 5℃ 내지 약 50℃로 비교적 낮다. 염은 양이온종 및 반대 이온을 함유한다. 양이온종은 “양이온 중심(cationic center)”으로서, 적어도 하나의 헤테로 원자를 구비하는 화합물(예를 들어, 질소 또는 인)을 함유한다. 이러한 헤테로 원자 화합물의 예시로는, 예를 들어 암모늄과 같은 비치환된 또는 치환된 유기 제4급(organoquaternary) 암모늄 화합물(예를 들어, 트리메틸암모늄, 테트라데틸암모늄 등), 피리디늄, 피리다지늄(pyridazinium), 피라미디늄(pyramidinium), 피라지늄, 이미다졸륨, 피라졸륨, 옥사졸륨, 트리아졸륨, 티아졸륨, 퀴놀리늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 두 개 이상의 고리가 스피로 원자(예를 들어, 탄소, 헤테로 원자 등)에 의해 서로 연결되어 있는 제4급 암모늄 스피로 화합물, 제4급 암모늄 축합 고리 구조(예를 들어, 퀴놀리늄, 이소퀴놀리늄 등) 등을 포함한다. 예를 들어, 하나의 특정 실시예에서, 양이온 종은 예컨대 환형 고리를 구비하는 대칭성 또는 비대칭성 N-스피로바이사이클릭 화합물과 같은 N-스피로바이사이클릭 화합물일 수 있다. 이러한 화학물의 한 예시는 다음의 구조를 가지며, 이때 m과 n은 독립적으로 3 내지 7, 일부 실시예에서는 4 내지 5(예를 들어, 피롤리디늄 또는 피페리디늄)의 숫자이다.
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유사하게, 양이온 종에 대한 적절한 반대 이온은, 할로겐(예를 들어, 염화물, 브롬화물, 요오드화물 등); 황산염 또는 술폰산염(예를 들어, 메틸 설페이트, 에틸 설페이트, 부틸 설페이트, 헥실 설페이트, 옥틸 설페이트, 하이드로겐 설페이트, 메탄 술포네이트, 도데실벤젠 술포네이트, 도데실설페이트, 트리플루오로메탄 술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 소듐 도데실에톡시설페이트 등); 술포석시네이트; 아마이드(예를 들어, 디시안아마이드); 이미드(예를 들어, 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 비스(트리플루오로메틸)이미드 등); 붕산염(예를 들어, 테트라플루오로보레이트, 테트라시아노보레이트, 비스[옥살라토]보레이트, 비스[살리실라토]보레이트 등); 인산염 또는 포스피네이트(예를 들어, 헥사플루오로포스페이트, 디에틸포스페이트, 비스(펜타플루오로에틸)포스피네이트, 트리스(펜타플루오로에틸)-트리플루오로포스페이트, 트리스(노나플루오로부틸)트리플루오로포스페이트 등); 안티몬산염(예를 들어, 헥사플루오로안티모네이트); 알루민산염(예를 들어, 테트라클로로알루미네이트); 지방산 카르복실레이트(예를 들어, 올레산염, 이소스테아레이트, 펜타데카플루오로옥타노에이트 등); 시안산염; 아세트산염 등뿐 아니라, 전술한 것들 중 임의의 것의 조합을 포함할 수 있다.
적절한 이온성 액체의 몇 가지 예시로는, 예를 들어 스피로-(1,1')-비피롤리디늄 테트라플루오로보레이트, 트리에틸메틸 암모늄 테트라플루오로보레이트, 테트라에틸 암모늄 테트라플루오로보레이트, 스피로-(1,1')-비피롤리디늄 아이오다이드, 트리에틸메틸 암무늄 아이오다이드, 테트라에틸 암모늄 아이오다이드, 메틸트리에틸 암모늄 테트라플루오로보레이트, 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 테트라에틸암모늄 헥사플루오로포스페이트 등을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 슈퍼 커패시터는 내부에 전극 조립체와 전해질이 수용되어 있고 옵션적으로는 밀봉되어 있는 하우징도 포함한다. 하우징의 본질은 희망하는 대로 달라질 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 하우징은 예컨대 탄탈륨, 니오븀, 알루미늄, 니켈, 하프늄, 티타늄, 구리, 은, 강(예를 들어, 스테인리스 강), 이들의 합금, 이들의 합성물(예를 들어, 전기 전도성 산화물로 코팅된 금속) 등과 같은 금속 컨테이너(“캔”)를 포함할 수 있다. 본 발명에 사용하기에는 알루미늄이 특히 적절하다. 금속 컨테이너는 예컨대 원통형, D자-형 등과 같은 다양한 형상 중 임의의 것을 가질 수 있다. 원통-형의 컨테이너가 특히 적절하다.
전극 조립체는 다양한 다른 기법을 사용하여 원통형 하우징 내에 밀봉될 수 있다. 하우징의 본질은 희망하는 대로 변형될 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 하우징은 예컨대 탄탈륨, 니오븀, 알루미늄, 니켈, 하프늄, 티타늄, 구리, 은, 강(예를 들어, 스테인리스), 이들의 합금, 이들의 합성물(예를 들어, 전기 전도성 산화물로 코팅된 금속) 등과 같이 금속 컨테이너(“캔”)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 하우징은 임의의 적절한 플라스틱 재료(예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 등)을 포함할 수 있다. 컨테이너는 예컨대 원통형, D자-형상 등과 같이 다양한 형상 중 임의의 것을 가질 수 있다. 원통 형의 컨테이너가 특히 적절하다.
도 1b를 참조하면, 젤리롤 구성으로 함께 권취되어 있는 층들(106)을 포함하는 전극 조립체(108)를 포함하는 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 일 실시예가 도시되어 있다. 이러한 특정 실시예에서, 슈퍼 커패시터는, 디스크-형 부분(134), 돌출(stud) 부분(136), 및 잠금 장치(138)(예를 들어, 나사)를 포함하는 제1 집전체 디스크(114)를 포함한다. 집전체 디스크(114)가 전극 조립체의 중앙에 형성되어 있는 중공 코어(160)의 제1 단부와 정렬되면, 돌출 부분(136)이 개구 내에 삽입되어, 디스크-형 부분(134)이 제1 접착 엣지(110)에서 전극 조립체(108)의 제1 단부에 안착된다. 뚜껑(118)이 제1 단자 기둥(116)에 용접(예를 들어, 레이저 용접)되고, 예를 들어 나삿니가 있을 수 있는 소켓이 잠금 장치(138)에 결합된다. 슈퍼 커패시터는 디스크-형 부분(142), 돌출 부분(140), 및 제2 단자 기둥(144)을 포함하는 제2 집전체 디스크(120)도 포함한다. 제2 집전체 디스크(120)가 중공 코어(160)의 제2 단부와 정렬되고, 돌출 부분(140)이 코어의 개구 내에 삽입되어, 집전체 디스크 부분(142)이 전극 조립체(108)의 제2 단부에 안착한다.
그 후에 컨테이너(122)(예를 들어, 원통-형 캔)가 전극 조립체(108) 위로 슬라이드 하여, 제2 집전체 디스크(120)가 컨테이너(122)에 먼저 진입하고, 제1 절연 와셔(124)를 지나고, 컨테이너(122)의 단부에 있는 축 방향 홀을 지나, 제2 절연 와셔(126)를 지나게 된다. 제2 집전체 디스크(120)도 평 와셔(128)와 스프링 와셔(130)를 통과한다. 잠금 너트(132)가 스프링 와셔(130) 위에 조여져서, 스프링 와셔(130)가 평 와셔(128)에 대해 가압되고, 이로 인해 평 와셔(128)가 제2 절연 와셔(126)에 대해 가압된다. 제2 절연 와셔(126)는 금속 컨테이너(122)의 축 방향 홀의 외측 주변부에 대해 가압되고, 제2 집전체 디스크(120)가 이러한 축 방향을 향한 가압력에 의해 눌려지면(drawn), 제1 절연 와셔(124)가 제2 집전체 디스크(120)와 컨테이너(122)의 축 방향 홀의 내측 주변부 사이에서 가압된다. 제1 절연 와셔(124)의 플랜지는 제2 집전체 디스크(120)와 축 방향 홀의 림 사이의 전기 접촉을 억제한다. 동시에, 뚜껑(118)이 컨테이너(122)의 개구 내로 삽입되어(drawn), 뚜껑(118)의 림이 컨테이너(122)의 개구의 립(lip) 바로 내측에 안착된다. 그 다음, 뚜껑(118)의 림이 컨테이너(122)의 개구의 립에 용접된다.
잠금 너트(132)가 스프링 와셔(130)에 대해 체결되고 나면, 축 방향 홀, 제1 절연 와셔(124), 제2 절연 와셔(126), 및 제2 집전체 디스크(120) 사이에 밀봉이 형성될 수 있다. 유사하게, 컨테이너(122)의 립으로의 뚜껑(118)의 용접과, 제1 단자 기둥(116)으로의 뚜껑(118)의 용접은 또 다른 밀봉을 형성할 수 있다. 뚜껑(118)에 있는 홀(146)은 전술한 전해질을 위한 충전 포트로서의 역할을 하도록 개방된 채 유지될 수 있다. 일단 전해질이 상기 캔에 들어가면(즉, 전술한 바와 같이 진공 하에서 캔 내로 주입되고 나면), 부싱(148)이 홀(146) 내로 삽입되어, 홀(146)의 내측 엣지에서 플랜지(150)에 대해 안착된다. 부싱(148)은 예를 들어, 플러그(152)를 수용하도록 만들어진 중공 원통 형상일 수 있다. 원통 형상인 플러그(152)가 부싱(148)의 중심으로 가압되어, 부싱(148)을 홀(146)의 내측을 향해 가압하고, 홀(146), 부싱(148), 및 플러그(152) 사이에 밀봉을 형성한다. 플러그(152)와 부싱(148)은 슈퍼 커패시터 내에 사전 결정된 수준의 압력이 형성되면 제거(dislodge)되어, 과압 안전 메커니즘이 형성되도록 선택될 수 있다.
전술한 실시예들은 일반적으로 커패시터에 단일의 전기 화학 셀의 사용한 것을 참조한다. 하지만, 물론 본 발명의 커패시터가 두 개 이상의 전기 화학 셀을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 이러한 하나의 실시예에서, 커패시터는 동일하거나 서로 다른 2개 이상의 전기 화학 셀의 스택(stack)을 포함할 수 있다.
그 결과, 슈퍼 커패시터는 우수한 전기 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터는 인가 전압 없이 23℃의 온도에서 120Hz 주파수로 측정했을 때, 1세제곱 센티미터 당 약 6패럿(“F/cm3”), 일부 실시예에서는 약 8F/cm3이상, 일부 실시예에서는 약 9 내지 100F/cm3, 그리고 일부 실시예에서는 약 10 내지 약 80F/cm3의 정전 용량을 가질 수 있다. 슈퍼 커패시터는 등가 직렬 저항(ESR)도 낮을 수 있는데, 이는 인가 전압 없이 23℃의 온도에서 100kHz 주파수에서 약 150미리옴(mΩ) 이하, 일부 실시예에서는 약 125mΩ, 일부 실시예에서는 약 0.01 내지 약 100mΩ, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.05 내지 약 70mΩ으로 결정된다.
특히, 슈퍼 커패시터는 고온에 노출되었을 때에도 훌륭한 전기적 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터는 온도가 약 80℃ 이상, 일부 실시예에서는 약 100℃ 내지 약 150℃, 그리고 일부 실시예에서는 약 105℃ 내지 약 130℃(예를 들어, 85℃ 또는 105℃)인 분위기에 접촉하도록 배치될 수 있다. 정전 용량과 ESR 값은 이러한 온도에서도 예컨대 약 100시간 이상, 일부 실시예에서는 약 300시간 내지 약 5000시간, 그리고 일부 실시예에서는 약 600시간 내지 약 4500시간(예를 들어, 168, 336, 504, 672, 840, 1008, 1512, 2040, 3024, 또는 4032시간)과 같이 상당한 시간 동안 안정적으로 유지될 수 있다.
예를 들어, 하나의 실시예에서, 슈퍼 커패시터가 고온 분위기(예를 들어, 85℃ 또는 105℃)에 처음 노출되었을 때의 정전 용량 값에 대한, 슈퍼 커패시터가 1008시간 동안 고온 분위기에 노출되고 난 이후의 정전 용량 값의 비는 약 0.75 이상, 일부 실시예에서는 약 0.8 내지 1.0, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.85 내지 1.0이다. 이러한 높은 정전 용량 값은 예컨대 전압이 인가되었을 때 및/또는 습한 분위기와 같이 다양한 극한 조건에서도 유지될 수 있다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터가 전압이 인가되기 전에 고온 분위기(예를 들어, 85℃ 또는 105℃)에 처음 노출되었을 때의 정전 용량 값에 대한, 고온 분위기와 인가 전압에 노출되고 난 이후의 슈퍼 커패시터의 정전 용량 값의 비는, 약 0.60 이상, 일부 실시예에서는 약 0.65 내지 1.0, 그리고 일부 실시예에서는 약 7.0 내지 1.0일 수 있다. 예를 들어, 전압은 약 1볼트 이상, 일부 실시예에서는 약 1.5볼트 이상, 그리고 일부 실시예에서는 약 2 내지 약 10볼트(예를 들어, 2.1볼트)일 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 전술한 비율은 1008시간 이상의 시간 동안 유지될 수 있다. 슈퍼 커패시터는 또한, 예컨대 상대 습도가 약 40% 이상, 일부 실시예에서는 약 45% 이상, 일부 실시예에서는 약 50% 이상, 그리고 일부 실시예에서는 약 70% 이상(예를 들어, 약 75% 내지 100%)인 분위기와 접촉하도록 배치되었을 때와 같이, 높은 습도 수준에 노출되었을 때에도 전술한 정전 용량 값을 유지할 수 있다. 예를 들어, 상대 습도는 ASTM E337-02, 방법A(2007)에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터가 고습(예를 들어, 85%)에 노출되기 전에 고온(예를 들어, 85℃ 또는 105℃)에만 노출되었을 때의 초기 정전 용량 값에 대한, 고온과 고습에 노출되고 난 이후의 슈퍼 커패시터의 정전 용량 값의 비율은, 약 0.7 이상, 일부 실시예에서는 약 0.75 내지 1.0, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.80 내지 1.0일 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 이러한 비율은 1008시간 이상의 시간 동안 유지될 수 있다.
이러한 온도에서 예컨대 전술한 것과 같은 상당한 시간 동안 ESR도 안정적으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 슈퍼 커패시터가 고온 분위기(예를 들어, 85℃ 또는 105℃)에 처음 노출되었을 때의 ESR에 대한, 1008시간 동안 고온 분위기에 노출되고 난 이후의 슈퍼 커패시터의 ESR의 비율은, 약 1.5 이하, 일부 실시예에서는 약 1.2 이하, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.2 내지 약 1이다. 특히, 이러한 낮은 ESR 값은 예컨대 고압이 인가되었을 때 및/또는 전술한 것과 같은 습한 분위기에서와 같이 다양한 극한 조건에서도 유지될 수 있다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터가 전압이 인가되기 전 고온 분위기(예를 들어, 85℃ 또는 105℃)에 노출되었을 때의 초기 ESR에 대한, 고온 분위기 및 인가 전압에 노출되고 난 이후의 슈퍼 커패시터의 ESR의 비율은, 약 1.8 이하, 일부 실시예에서는 약 1.7 이하, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.2 내지 약 1.6일 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 전술한 비율은 1008시간 이상의 시간 동안 유지될 수 있다. 슈퍼 커패시터는 또한 높은 습도 수준에 노출되었을 때에도 전술한 ESR 값을 유지할 수 있다. 예를 들어, 고습(예를 들어, 85%)에 노출되기 전에 고온 분위기(예를 들어, 85℃ 또는 105℃)에 노출되었을 때의 슈퍼 커패시터의 초기 정전 용량 값에 대한, 고온 분위기 및 고습에 노출되고 난 이후의 슈퍼 커패시터의 ESR의 비율은 약 1.5 이하, 일부 실시예에서는 약 1.4 이하, 그리고 일부 실시예에서는 약 0.2 내지 약 1.2일 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 이러한 비율은 1008 시간 이상 동안 유지될 수 있다.
일부 실시예에서, 슈퍼 커패시터는 약 1F 내지 약 1,500F, 일부 실시예에서는 약 100F 내지 약 1,000F 범위의 정전 용량을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 슈퍼 커패시터의 동작 전압은 약 2V 내지 약 4V, 예컨대 약 2.7V일 수 있다.
슈퍼 커패시터는 임의의 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 슈퍼 커패시터의 컨테이너의 길이는 약 10mm 내지 약 250mm, 일부 실시예에서는 약 20mm 내지 약 120mm일 수 있다. 일부 실시예에서, 슈퍼 커패시터의 컨테이너는 대체로 직경이 약 3mm 내지 약 70mm, 그리고 일부 실시예에서는 약 8mm 내지 약 40mm인 원통 형상일 수 있다.
케이싱
일부 실시예에서, 슈퍼 커패시터 조립체의 하우징 위에는 예를 들어 열경화성 수지로 이루어진 케이싱(예를 들어, 봉합재(encapsulant) 층)이 형성될 수 있다. 이러한 수지의 예시로는 예를 들어, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 멜라민 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 등을 포함한다. 봉합재 층에 사용하기에는 에폭시 수지가 특히 적절하다. 예를 들어, 적절한 에폭시 수지의 예시로는 예컨대 비스페놀 A 타입 에폭시 수지, 비스페놀 F 타입 에폭시 수지, 페놀 노볼락 타입 에폭시 수지, 오르토크레졸 노볼락 타입 에폭시 수지, 브롬화 에폭시 수지 및 바이페닐 타입 에폭시 수지와 같은 글리시딜 에테르 타입 에폭시 수지, 고리형(cyclic) 지방족 에폭시 수지, 글리시딜 에스테르 타입 에폭시 수지, 글리시딜아민 타입 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 타입 에폭시 수지, 나프탈렌 타입 에폭시 수지, 페놀 아르알킬 타입 에폭시 수지, 싸이클로펜타디엔 타입 에폭시 수지, 페테로사이클릭 에폭시 수지 등을 포함한다.
희망하는 경우, 경화 촉진을 돕기 위해 봉합재 층에는 경화제도 사용될 수 있다. 경화제가 사용되는 경우, 경화제는 통상적으로 봉합재 층의 약 0.1 내지 약 20중량%를 구성한다. 예시적인 경화제로는 예를 들어, 아민, 과산화물, 무수물, 페놀 화합물, 실란, 산 무수물 화합물 및 이들의 조합을 포함한다. 적절한 경화제의 특정 예시들은 디시안디아미드, 1-(2 시아노에틸) 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-벤질 2-메틸이미다졸, 에틸 시아노 프로필 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 1-시아노에딜-2-메틸이미다졸, 2,4-디시아노-6,2-메틸이미다졸릴-(1)-에틸-s-트리아진, 및 2,4-디시아노-6,2-운데실이미다졸릴-(1)-에틸-s-트리아진, 이미다졸륨 염(예컨대 1-시아노에딜-2-운데실이미다졸륨 트리멜리테이트, 2-메틸이미다졸륨 이소시안우레이트, 2-에틸-4-메틸이미다졸륨 테트라페닐보레이트, 및 2-에틸-1,4-디메틸이미다졸륨 테트라페닐보레이트 등이다. 또 다른 유용한 경화제로는 예컨대 트리부틸포스핀, 트리페닐포스핀, 트리스(디메톡시페닐)포스핀, 트리스(히드록시프로필)포스핀, 및 트리스(시아노에틸)포스핀)과 같은 포스핀 화합물; 예컨대 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 메틸트리부틸포스포늄-테트라페닐보레이트, 및 메틸트리시아노에틸포스포늄 테트라페닐보레이트)와 같은 포스포늄 염; 예컨대 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 벤질메틸아민, 테트라메틸부틸구아니딘, N-메틸피페라진, 및 2-디메틸아미노-1-피롤린과 같은 아민; 예컨대 트리에틸암모늄 테트라페놀보레이트와 같은 암모늄 염; 예컨대 1,5-디아자바이시클로[5,4,0]-7-운데센, 1,5-디아카바이시클로[4,3,0]-5-노넨, 및 1,4-디아자바이시클로[2,2,2]-옥탄과 같은 디아자바이시클로 화합물; 예컨대 테트라페닐보레이트, 페닐염, 페놀노볼락 염, 및 2-에틸헥사노익 산염과 같은 디아자바이시클로 화합물의 염 등을 포함한다.
예컨대 광개시제, 점도 개질제, 현탁 보조 물질, 응력 감소 물질, 비-전도성 충전제, 안정제 등과 같은 또 다른 첨가제도 사용될 수 있다. 적절한 광 개시제로는 예를 들어, 벤조인, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 n-프로필 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르, 2,2 디히드록시-2-페닐아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 2,2-디에톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디에톡시아세토페논, 벤조페논, 4,4-비스디알릴아미노벤조페논, 4-디메틸아미노펜조익 산, 알킬 4-디메틸아미노벤조에이트, 2-에틸안트라퀴논, 잔톤, 티오크산톤, 2-클로로티오산톤(cholorothioxanthone) 등을 포함할 수 있다. 유사하게, 비-전도성 충전제로는 예컨대 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화마그네슘, 산화철, 산화구리, 제올라이트, 실리케이트, 점토(예를 들어, 스멕타이트 점도) 등과 같은 무기 산화물 입자들뿐 아니라 이들의 화합물(예를 들어, 알루미나-코팅된 실리카 입자들) 및 혼합물을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서는, 장벽층의 봉합재 층과 결합(예컨대 실리콘-산소 결합을 통한 결합)하는 능력을 강화시키기 위해, 예컨대 실리카 및/또는 실리케이트와 같은 실리콘 원자를 포함하는 충전제가 특히 적절할 수 있다. 이러한 충전제가 사용될 때, 충전제는 예를 들어 봉합재 층의 약 20중량% 내지 약 95중량%, 일부 실시예에서는 약 50중량% 내지 약 85%를 구성할 수 있다.
전기 회로
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 양태들에 따른 전기 회로(200)를 도시한다. 전기 회로(200)는 대체로 평평한 표면(204)을 구비하는 기판(202)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기판(202)은 당해 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이, 내부 및/또는 표면-인쇄된 전기 접속부(connections)를 구비하는 인쇄 회로 기판일 수 있다.
슈퍼 커패시터 조립체(100)가 기판(202)에 장착되거나, 인접하게 지지되도록 구성될 수 있다. 슈퍼 커패시터 조립체(100)를 기판(202)에 장착하기 위해 임의의 적절한 장착 구조체(mounting structure)가 사용될 수 있다. 이러한 장착 구조체는 명확성을 위해 도면에서 생략된다. 슈퍼 커패시터 조립체(100)는 종 방향(208)으로 길이(206)를 갖는 컨테이너(205)를 포함할 수 있다. 도 2b를 참조하면, 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 컨테이너(205)의 종 방향(208)과 기판(202)의 대체로 평평한 표면(204) 사이에는 각도(210)가 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서 상기 각도(210)는 약 0 내지 약 75도일 수 있다.
일부 실시예에서, 기판(202)은 한 쌍의 전기 접속부(212)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전기 접속부(212)들은 솔더 패드(solder pad), 소켓 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 슈퍼 커패시터 조립체(100)는 한 쌍의 리드(214)를 포함할 수 있다. 각각의 리드(214)는 한 쌍의 전기 접속부(212) 중 하나와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 리드(214)들은 슈퍼 커패시터 조립체(100) 내에 있는 전극들과도 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 리드(214)에 인접하고 및/또는 슈퍼 커패시터 조립체(100)와 기판(202) 사이의 영역(216)(삼각형을 형성하는 점선으로 표시됨)은 일반적으로 (예를 들어, 자연 대류를 통한) 공기 순환을 위해 개방될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서 전기 리드(214)에 인접한 및/또는 슈퍼 커패시터 조립체(100)와 기판(202) 사이의 공기 유동은 열 및/또는 습도 축적을 감소시킬 수 있다. 이는 슈퍼 커패시터 조립체(100) 및/또는 기판(202)의 부식 또는 다른 손상을 방지할 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 일부 실시예에서 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 컨테이너(206)의 종 방향(208)과 기판(202)의 대체로 평평한 표면(204) 사이의 각도는 약 0도일 수 있다. 환언하면, 슈퍼 커패시터 조립체(100)는 일반적으로, 기판(202)의 대체로 평평한 표면(204)에 평행한 방향으로 연장할 수 있다. 슈퍼 커패시터 조립체(100)는 제1 단부면(218)과 제2 단부면(220)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 전기 리드(214)의 각각은 제1 단부면(218)으로부터 연장할 수 있다. 전기 리드(214)에 인접한 영역(216)은 일반적으로 (예를 들어, 자연 대류를 통한) 공기 유동을 위해 개방될 수 있다. 이는, 열 및/또는 습도 축적을 방지하여 (예를 들어, 전기 분해에 의해 생성되는 수증기 및 가스로부터) 슈퍼 커패시터 조립체(100) 및/또는 기판(202)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 일부 실시예에서, 하나의 전기 리드(214)가 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 제1 단부면(218)으로부터 연장할 수 있고, 다른 전기 리드(214)는 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 제2 단부면(220)으로부터 연장할 수 있다. 이러한 구조는 리드(214)에 인접한 영역(216)에서 열 및/또는 습도가 상승하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 전기 리드(214)들을 통해 흐르는 전류는 열을 생성할 수 있다. 따라서, 리드(214)들을 양반대에 있는 단부면(218, 220)들로 분리시킴으로써, 상기 영역에서의 열 축적이 더 감소될 수 있고, 이로 인해 슈퍼 커패시터 조립체(100) 및/또는 기판(202)의 잠재적인 손상을 감소시킬 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일부 실시예에서, 전기 리드(214)들이 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 본체 둘레를 둘러싸서, 전기 접속부(212)들에 연결될 수 있다. 전기 접속부(212)들은 예를 들어 솔더 패드로서 구성될 수 있다. 이러한 구조는 기계적 안정성 향상 및/또는 전기 접속의 개선을 제공할 수 있다. 개선된 전기 접속은 리드(214)들을 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 열을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 슈퍼 커패시터 조립체(100) 및/또는 기판(202)의 잠재적인 손상을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 슈퍼 커패시터 조립체(100)는, 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 컨테이너(205)의 종 방향(208)이 하향 중력에 대해 수평 방향으로 연장하도록, 수평으로 배향될 수 있다. 이러한 구조는 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 리드(215) 주변의 임의의 밀봉 및/또는 슈퍼 커패시터 조립체(100)를 폐쇄되게 밀봉하고 있는 밀봉부를 통한 누설의 경향성을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 밀봉부들은 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 하우징의 뚜껑과 메인 본체 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 하나 이상의 단부면(218, 220)이 뚜껑으로서 구성될 수 있다. 이러한 예시 중 하나인 뚜껑 구조가 도 1b를 참조하여 전술되었다.
슈퍼 커패시터 조립체(100)의 리드(214)들과 기판(202)의 전기 접속부(212)들은 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전기 리드(214)들은 슈퍼 커패시터에 부착되어 하나 이상의 단부면(118, 220)으로부터 돌출하는 리드 와이어(예를 들어, 레이디얼 리드)로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전기 리드(214)들은 전술한 것과 같은 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 장착을 용이하게 하기 위해, 슈퍼 커패시터 조립체(100)의 종 방향(208)에 대해 수직 방향으로 연장하도록 사전에 굽혀질 수 있다(pre-bent).
다른 실시예에서, 전기 리드(214)들은 솔더 핀 리드로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 솔더 핀 리드는 와이어가 홀을 향해 후크되어 탭에 솔더링될 수 있도록, 그 안에 홀을 구비하는 탭을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 한 쌍의 전기 리드들은 예를 들어 용접 가능한 핀 리드로서 구성될 수 있다.
적용예
본 명세서에서 설명되는 전기 회로의 다양한 실시예들은 임의의 적절한 종류의 전기 부품에서 적용예를 찾을 수 있다. 예시적인 적용예로는 전력 측정계(power meter), UPS(uninterruptible power suppliers), 및 예컨대 RAM에 대한 전력 백업과 같은 컴퓨터 적용을 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 전기 회로는 제품의 (예를 들어, 전기, 물, 가스 등)의 유량을 측정하는 측정계에서의 특정한 적용예를 찾을 수 있다.
예를 들어, 전력 측정계는 (예를 들어, 주거용 및/또는 상업용 건물의) 전력 사용을 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 전력 측정계(예를 들어, “스마트” 전력 측정계)는 파워 그리드의 개선된 모니터링 및/또는 관리를 위해 측정된 전력 소비에 대한 데이터를 무선으로 통신할 수 있다. 예를 들어, 스마트 전력 측정계는 유틸리티 스테이션 및/또는 개인 컴퓨팅 디바이스로 전력 사용량(usage)을 전송(communicate)할 수 있다. 이는 거주자가 그들의 집 또는 아파트에서의 전력 사용량을 모니터링할 수 있도록 하며, 이는 보다 효율적으로 전력을 사용 및 관리할 수 있도록 한다.
본 개시의 양태들에 따르면, 전력 측정계는 본 명세서에서 설명된 것과 같은 슈퍼 커패시터 및/또는 전기 회로를 사용할 수 있다. 슈퍼 커패시터(들)은 전력 측정계 회로에서 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터(들)은 정전 및/또는 전력 결함(glitches)의 경우 백-업 전력을 공급할 수 있다. 이는 전력 측정계의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 전력 측정계는 전력 결함 또는 전력 측정계가 정상적으로 작동하지 못하도록 할 수 있는 (기계) 이상에도 불구하고 전력 사용량에 대한 정보를 계속해서 전송할 수 있다.
슈퍼 커패시터들은 전력 측정계 내의 배터리 및/또는 전력 공급 회로의 수명을 연장시킬 수도 있다. 예를 들어, 슈퍼 커패시터(들)은 전력 측정계에 의한 불규칙적인 또는 과도한 전력 수요를 충족할 수 있도록 도울 수 있으며, 이는 배터리 및/또는 전력 공급 회로를 보호하는 것을 도울 수 있다.
전력 측정계
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일부 실시예에서 측정계는 전력 측정계(4000)로서 구성될 수 있고, 예컨대 PCB와 같은 기판(202)에 장착되는 적어도 하나의 슈퍼 커패시터 조립체(100)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 측정계(4000)는 슈퍼 커패시터 조립체(100)들과 전기적으로 연결되는 배터리(4004)도 포함할 수 있다. 슈퍼 커패시터 조립체(100)들은 전술한 바와 같이, 과도한 전력 수요 또는 배터리 문제(failure)가 발생했을 때에 백업 전력 공급을 제공하도록 구성될 수 있다.
전력 측정계(4000)는 “스마트” 전력 측정계로서 구성될 수 있고, 예컨대 임의의 적절한 무선 통신 프로토콜을 사용하는 근거리 통신망과 같은 임의의 적절한 네트워크 및/또는 예컨대 임의의 적절한 통신 프로토콜(예를 들어, TCP/IP, HTTP, SMTP, FTP)를 이용하는 광역 통신망과 같은 더 넓은 네트워크를 통해 데이터를 전송 및/또는 수신하도록 구성되는 무선 통신 유닛(406)을 포함할 수 있다. 전력 측정계(4000)는 유틸리티 공급자 및/또는 유저 컴퓨팅 디바이스에 모니터링을 위해 전력 사용량을 전송하도록 구성될 수 있다.
전력 측정계(4000)는 디스플레이(4008) 및/또는 유저 입력 디바이스도 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(4008)는 터치 스크린으로 구성되어 사용자가 터치 스크린을 사용하여 정보(예를 들어, 설정, 알림 등)를 입력할 수 있도록 할 수 있다.
전력 측정계(4000)는 전력 사용 요금(usage rate)을 측정하도록 구성되는 센서(4010)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 센서(4010)는 전력 측정계(4000)를 통해 흐른 전력의 측정값을 나타내는 아날로그 신호(예를 들어, 전압 또는 전류)를 검출하도록 구성되는 A/D 변환기를 포함할 수 있다. 예를 들어, A/D 변환기(4010)는 각각의 전력 공급자(4012)(예를 들어, 발전소에 의해 공급되는 전력망)과 전력 소비자(4014)(예를 들어, 주거용 및/또는 상업용 건물)에 전기적으로 연결될 수 있다. A/D 변환기(4010)는 아날로그 신호를 전력 사용 요금을 나타내는 디지털 신호로 변환할 수 있다.
전력 측정계(4000)는 마이크로 컴퓨터(4016)도 포함할 수 있다. 일반적으로, 마이크로 컴퓨터(4016)는 예컨대 컴퓨팅 디바이스 또는 컴퓨팅 디바이스들의 임의의 조함과 같이 임의의 적절한 프로세서-기방 디바이스(들)에 대응할 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 마이크로 컴퓨터(4016)는 하나 이상의 프로세서(들)(4018)과, 컴퓨터-구현되는 다양한 기능들을 수행하도록 구성되는 관련 메모리 디바이스(들)(4020)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 “프로세서”라는 용어는 당해 기술 분야에서 사용되는 것과 같이 컴퓨터에 포함되는 집적 회로뿐만 아니라, 프로그램 가능 논리 제어 장치(PLC), 주문형 반도체 및 다른 프로그램 가능 회로를 지칭한다. 또한, 메모리 디바이스(들)은 일반적으로 메모리 소자(들)로서, 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, RAM), 컴퓨터 판독 가능 비-휘발 매체(예를 들어, 플래시 메모리), CD-ROM, 및/또는 다른 적절한 메모리 소자를 포함할 수 있지만, 이에 국한된 것은 아니다. 이러한 메모리 디바이스(들)은 일반적으로 프로세서(들)에 의해 구현되었을 때 다양한 컴퓨터-구현되는 기능을 수행하도록 제어기를 설정(configure)하는 적절한 컴퓨터-판독 가능 명령어를 저장하도록 구성될 수 있다.
마이크로 컴퓨터(4016)는 무선 통신 유닛(4006), 디스플레이(4008), 및/또는 A/D 변환기(4010)에 통신 가능하게 커플링될 수 있다. 마이크로 컴퓨터(4016)는 전력 사용 요금을 나타내는 신호들을 센서(4010)로부터 수신하고, 수신된 신호에 기초하여 전력 사용 요금을 계산하도록 구성될 수 있다. 마이크로 컴퓨터(4016)는 또한, 무선 통신 유닛(4006)을 통해 전력 사용 요금을 전송하고, 및/또는 디스플레이(4008)의 작동을 제어하여, 전력 사용 요금이 디스플레이(4008)에 나타날 수 있도록 구성될 수 있다.
스마트 계측기(4000)는 전력 공급 회로(4002)도 포함할 수 있다. 전력 공급 회로(4022)는 슈퍼 커패시터 조립체(100), 배터리(4004), 및/또는 전력 공급자(4012)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 회로(4005)는 적어도 하나의 슈퍼 커패시터 조립체(100), 배터리(4004), 및/또는 전력 공급자(4012)로부터 마이크로 컴퓨터(4012), 무선 통신 유닛(4006), 디스플레이(4006) 및/또는 A/D 변환기(4010)로 공급되는 전력을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전력 공급자(4012)에 의해 공급된 전력이 중단되거나 및/또는 불규칙적이 되었을 경우, 전력 공급 회로(4022)는 배터리 및/또는 슈퍼 커패시터 조립체(100)로부터 전력을 당겨와서, 스마트 계측기(4000)에 포함되는 다른 부품들의 수요를 충족시킬 수 있다.
스마트 전력 계측기(4000)는 “사물 인터넷(IoT)” 디바이스로서 구성될 수 있다. 마이크로 컴퓨터(4016)는 다른 다양한 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 컴퓨터(4016)는 전력 사용 요금이 사전 결정된 임계값을 초과할 때를 검출하여 알림을 (무선 통신 유닛(4006)을 통해) 전송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 마이크로 컴퓨터(4016)는 예컨대 스마트 가전과 같은 개별적인 전력-소비 디바이스들과 (무선 통신 유닛(4006)을 통해) 무선 통신하도록 구성될 수도 있다. 마이크로 컴퓨터(4016)는 A/C 변환기(4010)에 의해 검출된 총 전력 사용 요금에 대한 이러한 가전에 의해 사용된 전력을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 컴퓨터(4016)는 주어진 기간(예를 들어, 한달) 동안 사용되는 총 전력과 개별적인 전력-소비 디바이스(예를 들어, 스마트 가전)에 의해 사용되는 전력의 비율을 나타내는 개요를 집계하도록 구성될 수 있다. 마이크로 컴퓨터(4016)는 무선 통신 유닛(4006)을 통해 예를 들어 주택 거주자에게 개요를 전송하도록 구성될 수 있다.
수도 및 가스 측정계
다른 실시예에서, 측정계는 수도 또는 가스 측정계로서 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 센서(4010)는 유동 변환기일 수 있고, 공급원으로부터 소비자 유닛(예를 들어, 거주 또는 상업용 건물)로의 물 또는 가스의 유량을 나타내는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 배터리(4004) 및/또는 슈퍼 커패시터 조립체(100)는 측량계를 위한 단일 전력 공급원일 수 있다. 따라서, 전력 공급 회로(4022)는 배터리(4004) 및 슈퍼 커패시터 조립체(100)로부터 측량계의 다른 부품들로 공급되는 전력을 조절하도록 구성될 수 있다. 배터리 고장의 경우, 슈퍼 커패시터 조립체(100)가 추가적인 시간 동안 전력을 제공하여, 측량계가 배터리(4004)가 고장났다는 것과 수리가 필요하다는 것을 나타내는 신호를 무선 통신 유닛(4006)을 통해 전송할 수 있도록 한다.
본 발명은 그 특정 실시예에 대해 상세하게 설명되었지만, 통상의 기술자라면, 전술한 것을 이해하면 이러한 실시예들에 대한 대안, 변화 및 등가물을 용이하게 만들 수 있을 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 제한되는 것이 아니라 예시적인 것이며, 본 개시는 통상의 기술자에게 자명한 바와 같이, 본 발명에 대한 수정, 변형 및/또는 추가사항을 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 대체로(generally) 평평한 표면을 포함하는 기판; 및
    종 방향으로 길이를 갖는 컨테이너를 포함하는 슈퍼 커패시터 조립체로, 슈퍼 커패시터는 컨테이너 내부에 봉입되는 전극 조립체를 포함하고, 전극 조립체는 젤리-롤 구성을 갖는, 슈퍼 커패시터 조립체;를 포함하는 전기 회로에 있어서,
    컨테이너의 종 방향과 기판의 대체로 평평한 표면 사이에는 각도가 형성되되, 상기 각도가 약 0 내지 약 30도인 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    슈퍼 커패시터 조립체는 슈퍼 커패시터 조립체의 종 방향이 대체로 수평 방향으로 연장하도록 기판에 장착되는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각도가 약 0도인 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    기판이 한 쌍의 전기 접속부를 추가적으로 포함하고;
    슈퍼 커패시터 조립체는, 슈퍼 커패시터 조립체를 한 쌍의 전기 접속부의 각각에 전기적으로 연결하는 한 쌍의 전기 리드를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    컨테이너가 제1 단부면과, 제1 단부면으로부터 종 방향으로 이격되어 있는 제2 단부면을 포함하고, 한 쌍의 전기 리드의 각각이 제1 단부면으로부터 연장하는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    컨테이너가 제1 단부면과, 제1 단부면으로부터 종 방향으로 이격되어 있는 제2 단부면을 포함하고;
    한 쌍의 전기 리드 중 하나는 컨테이너의 제1 단부면으로부터 연장하고;
    한 쌍의 전기 리드 중 다른 하나는 컨테이너의 제2 단부면으로부터 연장하는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    컨테이너가 제1 단부면과, 제1 단부면으로부터 종 방향으로 이격되어 있는 제2 단부면을 포함하고;
    컨테이너가 제1 단부면과 제2 단부면 중 적어도 한 쪽이 밀봉되는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    슈퍼 커패시터 조립체의 정전 용량이 약 1F 내지 약 1,500F인 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    슈퍼 커패시터 조립체의 작동 전압이 약 2V 내지 약 4V인 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    컨테이너의 길이가 약 10mm 내지 약 250mm인 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  11. 제1항에 있어서,
    컨테이너가 대체로 원통 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    컨테이너가 약 5mm 내지 약 70mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  13. 제1항에 있어서,
    한 쌍의 전기 리드가 레이디얼(radial) 리드로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  14. 제1항에 있어서,
    한 쌍의 전기 리드가 솔더 핀 리드(solder pin leads)로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  15. 제1항에 있어서,
    한 쌍의 전기 리드가 용접 가능한 핀 리드로서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
  16. 제품의 유량을 측정하는 측정계로,
    대체로 평평한 표면을 포함하는 기판; 및
    종 방향으로 길이를 갖는 컨테이너를 포함하는 슈퍼 커패시터 조립체로서, 컨테이너 내에 봉입되고 젤리-롤 구성을 갖는 전극 조립체를 포함하는 슈퍼 커패시터;를 포함하는 측정계에 있어서,
    컨테이너의 종 방향과 기판의 대체로 평평한 표면 사이에는 각도가 형성되되, 상기 각도가 약 0 내지 30도인 것을 특징으로 하는, 측정계.
  17. 제16항에 있어서,
    전기, 가스, 물 중 적어도 하나의 유량을 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 측정계.
  18. 제16항에 있어서,
    기판이 대체로 평평한 표면이 수평 방향으로 연장하도록 장착되는 것을 특징으로 하는, 측정계.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 각도가 약 0도인 것을 특징으로 하는, 측정계.
  20. 기판; 및
    기판에 장착되는 슈퍼 커패시터 조립체로서, 슈퍼 커패시터 조립체는 종 방향으로 길이를 갖는 컨테이너를 포함하고, 컨테이너 내에 봉입되되 젤리-롤 구성을 갖는 전극 조립체를 포함하는, 슈퍼 커패시터 조립체;를 포함하는 전기 회로에 있어서,
    슈퍼 커패시터의 종 방향이 대체로 수평 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는, 전기 회로.
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