KR20200128393A - 산화환원 및 이온-흡착 전극 및 에너지 저장 디바이스 - Google Patents

산화환원 및 이온-흡착 전극 및 에너지 저장 디바이스 Download PDF

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KR20200128393A
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리처드 비. 카너
미르 파즈롤라 모우사비
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Abstract

본 명세서에서는 이중층 수산화물, 전도성 스캐폴드, 및 제1 집전 장치를 포함하는, 제1 전극; 수산화물 및 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극; 세퍼레이터; 및 전해질을 포함하는, 에너지 저장 디바이스가 제공된다. 일부 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 디바이스 화학, 활성 물질 및 전해질의 특정 조합은 고전압에서 동작하며 하나의 디바이스에서 배터리의 용량 및 슈퍼 커패시터의 출력 성능을 나타내는 저장 디바이스를 형성한다.

Description

산화환원 및 이온-흡착 전극 및 에너지 저장 디바이스
전자공학에 대한 전세계 시장, 예컨대 스마트폰, 동력 도구, 전기 자동차, 그리드 안정화 디바이스 및 휴대용 컴퓨터는 전기 디바이스의 연구개발 및 광범위한 사용의 결과로서 지속적으로 성장하고 발전하고 있다. 다수의 이러한 디바이스는 휴대용이며 재충전 가능하도록 설계되어 있기 때문에, 이들은 필요한 전류를 공급하기 위해 에너지 저장 디바이스에 의존한다. 그러나, 기존의 배터리 및 커패시터(capacitor)는 전기 디바이스의 설계 및 효용에 대해 상당한 제한을 제시하는 에너지 밀도, 출력 밀도, 라이프 사이클 및 재충전 시간을 가진다.
본 명세서에 제공된 제1 양상은 이중층 수산화물(layered double hydroxide), 전도성 스캐폴드(conductive scaffold) 및 제1 집전 장치(first current collector)를 포함하는 제1 전극이다.
일부 실시형태에서, 이중층 수산화물은 금속성 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물, 알루미늄-철 이중층 수산화물, 크로뮴-철 이중층 수산화물, 인듐-철 이중층 수산화물, 망간-철 이중층 수산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 망간-철 이중층 수산화물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1 내지 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 적어도 약 1:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 최대 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1 내지 약 1.5:1, 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 2.5:1, 약 1:1 내지 약 3:1, 약 1:1 내지 약 3.5:1, 약 1:1 내지 약 4:1, 약 1:1 내지 약 4.5:1, 약 1:1 내지 약 5:1, 약 1:1 내지 약 5.5:1, 약 1:1 내지 약 6:1, 약 1.5:1 내지 약 2:1, 약 1.5:1 내지 약 2.5:1, 약 1.5:1 내지 약 3:1, 약 1.5:1 내지 약 3.5:1, 약 1.5:1 내지 약 4:1, 약 1.5:1 내지 약 4.5:1, 약 1.5:1 내지 약 5:1, 약 1.5:1 내지 약 5.5:1, 약 1.5:1 내지 약 6:1, 약 2:1 내지 약 2.5:1, 약 2:1 내지 약 3:1, 약 2:1 내지 약 3.5:1, 약 2:1 내지 약 4:1, 약 2:1 내지 약 4.5:1, 약 2:1 내지 약 5:1, 약 2:1 내지 약 5.5:1, 약 2:1 내지 약 6:1, 약 2.5:1 내지 약 3:1, 약 2.5:1 내지 약 3.5:1, 약 2.5:1 내지 약 4:1, 약 2.5:1 내지 약 4.5:1, 약 2.5:1 내지 약 5:1, 약 2.5:1 내지 약 5.5:1, 약 2.5:1 내지 약 6:1, 약 3:1 내지 약 3.5:1, 약 3:1 내지 약 4:1, 약 3:1 내지 약 4.5:1, 약 3:1 내지 약 5:1, 약 3:1 내지 약 5.5:1, 약 3:1 내지 약 6:1, 약 3.5:1 내지 약 4:1, 약 3.5:1 내지 약 4.5:1, 약 3.5:1 내지 약 5:1, 약 3.5:1 내지 약 5.5:1, 약 3.5:1 내지 약 6:1, 약 4:1 내지 약 4.5:1, 약 4:1 내지 약 5:1, 약 4:1 내지 약 5.5:1, 약 4:1 내지 약 6:1, 약 4.5:1 내지 약 5:1, 약 4.5:1 내지 약 5.5:1, 약 4.5:1 내지 약 6:1, 약 5:1 내지 약 5.5:1, 약 5:1 내지 약 6:1, 또는 약 5.5:1 내지 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1, 약 1.5:1, 약 2:1, 약 2.5:1, 약 3:1, 약 3.5:1, 약 4:1, 약 4.5:1, 약 5:1, 약 5.5:1, 또는 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 적어도 약 1:1, 약 1.5:1, 약 2:1, 약 2.5:1, 약 3:1, 약 3.5:1, 약 4:1, 약 4.5:1, 약 5:1, 약 5.5:1, 또는 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 최대 약 1:1, 약 1.5:1, 약 2:1, 약 2.5:1, 약 3:1, 약 3.5:1, 약 4:1, 약 4.5:1, 약 5:1, 약 5.5:1, 또는 약 6:1이다.
일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼(conductive foam), 전도성 에어로겔(conductive aerogel), 금속성 이오노겔(ionogel), 탄소 나노튜브, 탄소 나노시트, 활성탄, 탄소 직물(carbon cloth), 카본 블랙 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 3차원 스캐폴드를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 탄소 폼, 그래핀 폼(graphene foam), 그래파이트 폼(graphite foam), 탄소 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 에어로겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 에어로겔은 탄소 에어로겔, 그래핀 에어로겔, 그래파이트 에어로겔, 탄소 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 3차원(3D) 전도성 에어로겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 3D 전도성 에어로겔은 3D 탄소 에어로겔, 3D 그래핀 에어로겔, 3D 그래파이트 에어로겔, 3D 탄소 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 금속성 이오노겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이오노겔은 탄소 이오노겔, 그래핀 이오노겔, 그래파이트 이오노겔, 전도성 중합체, 전도성 세라믹 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1 내지 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 적어도 약 0.2:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 최대 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1 내지 약 0.4:1, 약 0.2:1 내지 약 0.6:1, 약 0.2:1 내지 약 0.8:1, 약 0.2:1 내지 약 1:1, 약 0.2:1 내지 약 1.2:1, 약 0.2:1 내지 약 1.4:1, 약 0.2:1 내지 약 1.6:1, 약 0.2:1 내지 약 1.8:1, 약 0.2:1 내지 약 2:1, 약 0.2:1 내지 약 2.2:1, 약 0.2:1 내지 약 2.4:1, 약 0.4:1 내지 약 0.6:1, 약 0.4:1 내지 약 0.8:1, 약 0.4:1 내지 약 1:1, 약 0.4:1 내지 약 1.2:1, 약 0.4:1 내지 약 1.4:1, 약 0.4:1 내지 약 1.6:1, 약 0.4:1 내지 약 1.8:1, 약 0.4:1 내지 약 2:1, 약 0.4:1 내지 약 2.2:1, 약 0.4:1 내지 약 2.4:1, 약 0.6:1 내지 약 0.8:1, 약 0.6:1 내지 약 1:1, 약 0.6:1 내지 약 1.2:1, 약 0.6:1 내지 약 1.4:1, 약 0.6:1 내지 약 1.6:1, 약 0.6:1 내지 약 1.8:1, 약 0.6:1 내지 약 2:1, 약 0.6:1 내지 약 2.2:1, 약 0.6:1 내지 약 2.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1:1, 약 0.8:1 내지 약 1.2:1, 약 0.8:1 내지 약 1.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1.6:1, 약 0.8:1 내지 약 1.8:1, 약 0.8:1 내지 약 2:1, 약 0.8:1 내지 약 2.2:1, 약 0.8:1 내지 약 2.4:1, 약 1:1 내지 약 1.2:1, 약 1:1 내지 약 1.4:1, 약 1:1 내지 약 1.6:1, 약 1:1 내지 약 1.8:1, 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 2.2:1, 약 1:1 내지 약 2.4:1, 약 1.2:1 내지 약 1.4:1, 약 1.2:1 내지 약 1.6:1, 약 1.2:1 내지 약 1.8:1, 약 1.2:1 내지 약 2:1, 약 1.2:1 내지 약 2.2:1, 약 1.2:1 내지 약 2.4:1, 약 1.4:1 내지 약 1.6:1, 약 1.4:1 내지 약 1.8:1, 약 1.4:1 내지 약 2:1, 약 1.4:1 내지 약 2.2:1, 약 1.4:1 내지 약 2.4:1, 약 1.6:1 내지 약 1.8:1, 약 1.6:1 내지 약 2:1, 약 1.6:1 내지 약 2.2:1, 약 1.6:1 내지 약 2.4:1, 약 1.8:1 내지 약 2:1, 약 1.8:1 내지 약 2.2:1, 약 1.8:1 내지 약 2.4:1, 약 2:1 내지 약 2.2:1, 약 2:1 내지 약 2.4:1, 또는 약 2.2:1 내지 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1, 약 0.4:1, 약 0.6:1, 약 0.8:1, 약 1:1, 약 1.2:1, 약 1.4:1, 약 1.6:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 2.2:1, 또는 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 적어도 약 0.2:1, 약 0.4:1, 약 0.6:1, 약 0.8:1, 약 1:1, 약 1.2:1, 약 1.4:1, 약 1.6:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 2.2:1, 또는 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 최대 약 0.2:1, 약 0.4:1, 약 0.6:1, 약 0.8:1, 약 1:1, 약 1.2:1, 약 1.4:1, 약 1.6:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 2.2:1, 또는 약 2.4:1이다.
일부 실시형태에서, 제1 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 적어도 약 500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 최대 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 750F/g, 약 500F/g 내지 약 1,000F/g, 약 500F/g 내지 약 1,250F/g, 약 500F/g 내지 약 1,500F/g, 약 500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,000F/g, 약 750F/g 내지 약 1,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,750F/g, 약 750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,250F/g, 또는 약 2,000F/g 내지 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g, 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 또는 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 1,150F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 적어도 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 또는 약 2,250F/g이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량(gravimetric capacity)이 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 30mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 최대 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 또는 약 110mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 양극으로서 사용되도록 배치되어 있다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다.
본 명세서에 제공된 제2 양상은 수산화물 및 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극이다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화알루미늄, 수산화암모늄, 수산화비소, 수산화바륨, 수산화베릴륨, 수산화비스무트(III), 수산화붕소, 수산화카드뮴, 수산화칼슘, 수산화세륨(III), 수산화세슘, 수산화크로뮴(II), 수산화크로뮴(III), 수산화크로뮴(V), 수산화크로뮴(VI), 수산화코발트(II), 수산화코발트(III), 수산화구리(I), 수산화구리(II), 수산화갈륨(II), 수산화갈륨(III), 수산화금(I), 수산화금(III), 수산화인듐(I), 수산화인듐(II), 수산화인듐(III), 수산화이리듐(III), 수산화철(II), 수산화철(III), 수산화란타넘, 수산화납(II), 수산화납(IV), 수산화리튬, 수산화마그네슘, 망간(II), 수산화망간(III), 수산화망간(IV), 수산화망간(VII), 수산화수은(I), 수산화수은(II), 수산화몰리브데넘, 수산화네오디뮴, 옥소-수산화니켈, 수산화니켈(II), 수산화니켈(III), 수산화나이오븀, 수산화오스뮴(IV), 수산화팔라듐(II), 수산화팔라듐(IV), 수산화백금(II), 수산화백금(IV), 수산화플루토늄(IV), 수산화칼륨 수산화라듐, 수산화루비듐, 수산화루테늄(III) 수산화스칸듐, 수산화규소, 수산화은, 수산화나트륨, 수산화스트론튬, 수산화탄탈럼(V), 수산화테크네튬(II), 수산화테트라메틸수산화암모늄, 수산화탈륨(I), 수산화탈륨(III), 수산화토륨, 수산화주석(II), 수산화주석(IV), 수산화티타늄(II), 수산화티타늄(III), 수산화티타늄(IV), 수산화텅스텐(II), 수산화우라닐, 바나듐(II), 수산화바나듐(III), 수산화바나듐(V), 수산화이터븀, 수산화이트륨, 수산화아연, 수산화지르코늄을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(II)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(III)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III)을 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노입자, 수산화물 나노파우더, 수산화물 나노 꽃(nanoflower), 수산화물 나노플레이크, 수산화물 나노점(nanodot), 수산화물 나노막대, 수산화물 나노체인(nanochain), 수산화물 나노섬유, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노플라트렛(nanoplatelet), 수산화물 나노리본, 수산화물 나노링, 수산화물 나노시트, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노파우더를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(III) 나노시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II) 나노플레이크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 제2 집전 장치 상에 증착된다. 일부 실시형태에서, 제2 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 적어도 약 500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 최대 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 750F/g, 약 500F/g 내지 약 1,000F/g, 약 500F/g 내지 약 1,250F/g, 약 500F/g 내지 약 1,500F/g, 약 500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 500F/g 내지 약 2,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,000F/g, 약 750F/g 내지 약 1,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,750F/g, 약 750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 750F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,500F/g, 약 2,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 2,000F/g 내지 약 2,500F/g, 또는 약 2,250F/g 내지 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g, 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 2,250F/g, 또는 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 적어도 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 2,250F/g, 또는 약 2,500F/g이다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 30mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 최대 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 또는 약 110mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다.
본 명세서에 제공된 제3 양상은 이중층 수산화물, 전도성 스캐폴드, 및 제1 집전 장치를 포함하는 제1 전극; 수산화물 및 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극; 세퍼레이터; 및 전해질을 포함하는, 에너지 저장 디바이스이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 이중층 수산화물, 전도성 스캐폴드, 및 제1 집전 장치를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 스캐폴드를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전도성 스캐폴드를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 제1 집전 장치를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 수산화물 및 제2 집전 장치를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전해질은 염기 및 전도성 첨가제를 포함한다. 일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스 내의 전해질의 구체적 선택은 상당히 높은 에너지 밀도를 가능하게 한다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 이중층 수산화물, 전도성 스캐폴드 및 제1 집전 장치를 포함하는 제1 전극, 수산화물 및 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극, 세퍼레이터, 및 전해질을 포함한다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 산화환원 반응과 이온 흡착 둘 다를 통해 에너지를 저장한다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 배터리, 슈퍼 커패시터, 하이브리드 슈퍼 커패시터, 슈도커패시터(pseudocapacitor) 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 이중층 수산화물, 전도성 스캐폴드, 및 제1 집전 장치를 포함한다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물은 금속성 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물은 아연계 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물, 알루미늄-철 이중층 수산화물, 크로뮴-철 이중층 수산화물, 인듐-철 이중층 수산화물, 망간-철 이중층 수산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 망간-철 이중층 수산화물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼, 전도성 에어로겔, 금속성 이오노겔, 탄소 나노튜브, 탄소 나노시트, 활성탄, 탄소 직물, 카본 블랙 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 3D 스캐폴드를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 탄소 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 에어로겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 에어로겔은 탄소 에어로겔, 그래핀 에어로겔, 그래파이트 에어로겔, 탄소 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 3D 전도성 에어로겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 3D 전도성 에어로겔은 3D 탄소 에어로겔, 3D 그래핀 에어로겔, 3D 그래파이트 에어로겔, 3D 탄소 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 금속성 이오노겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이오노겔은 탄소 이오노겔, 그래핀 이오노겔, 그래파이트 이오노겔을 포함하고, 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 금속을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속은 알루미늄, 구리, 탄소, 철, 은, 금, 팔라듐, 백금, 이리듐, 백금 이리듐 합금, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 탄탈럼, 타이타늄, 텅스텐, 폴리실리콘, 인듐 주석 산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 중합체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리플루오렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리페닐렌, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 폴리피렌, 폴리아줄렌, 폴리나프탈렌, 폴리카바졸, 폴리인돌, 폴리아제핀, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌 설파이드), 폴리(아세틸렌), 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 세라믹을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 세라믹은 티탄산지르코늄바륨, 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산마그네슘, 티탄산칼슘마그네슘, 티탄산아연, 티탄산란타넘, 티탄산 네오디뮴, 지르콘산바륨, 지르콘산칼슘, 나이오븀산 납 마그네슘, 나이오븀산 납 아연, 나이오븀산리튬, 주석산바륨, 주석산칼슘, 규산마그네슘알루미늄, 규산마그네슘, 탄탈산바륨, 이산화타이타늄, 산화나이오븀, 지르코니아, 실리카, 사파이어, 산화베릴륨, 티탄산지르코늄주석 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 2종 이상의 물질 또는 요소의 합금으로 구성된다.
일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1 내지 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 적어도 약 0.2:1, 약 0.4:1, 약 0.6:1, 약 0.8:1, 약 1:1, 약 1.2:1, 약 1.4:1, 약 1.6:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 2.2:1, 또는 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 최대 약 0.2:1, 약 0.4:1, 약 0.6:1, 약 0.8:1, 약 1:1, 약 1.2:1, 약 1.4:1, 약 1.6:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 2.2:1, 또는 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1 내지 약 0.4:1, 약 0.2:1 내지 약 0.6:1, 약 0.2:1 내지 약 0.8:1, 약 0.2:1 내지 약 1:1, 약 0.2:1 내지 약 1.2:1, 약 0.2:1 내지 약 1.4:1, 약 0.2:1 내지 약 1.6:1, 약 0.2:1 내지 약 1.8:1, 약 0.2:1 내지 약 2:1, 약 0.2:1 내지 약 2.2:1, 약 0.2:1 내지 약 2.4:1, 약 0.4:1 내지 약 0.6:1, 약 0.4:1 내지 약 0.8:1, 약 0.4:1 내지 약 1:1, 약 0.4:1 내지 약 1.2:1, 약 0.4:1 내지 약 1.4:1, 약 0.4:1 내지 약 1.6:1, 약 0.4:1 내지 약 1.8:1, 약 0.4:1 내지 약 2:1, 약 0.4:1 내지 약 2.2:1, 약 0.4:1 내지 약 2.4:1, 약 0.6:1 내지 약 0.8:1, 약 0.6:1 내지 약 1:1, 약 0.6:1 내지 약 1.2:1, 약 0.6:1 내지 약 1.4:1, 약 0.6:1 내지 약 1.6:1, 약 0.6:1 내지 약 1.8:1, 약 0.6:1 내지 약 2:1, 약 0.6:1 내지 약 2.2:1, 약 0.6:1 내지 약 2.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1:1, 약 0.8:1 내지 약 1.2:1, 약 0.8:1 내지 약 1.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1.6:1, 약 0.8:1 내지 약 1.8:1, 약 0.8:1 내지 약 2:1, 약 0.8:1 내지 약 2.2:1, 약 0.8:1 내지 약 2.4:1, 약 1:1 내지 약 1.2:1, 약 1:1 내지 약 1.4:1, 약 1:1 내지 약 1.6:1, 약 1:1 내지 약 1.8:1, 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 2.2:1, 약 1:1 내지 약 2.4:1, 약 1.2:1 내지 약 1.4:1, 약 1.2:1 내지 약 1.6:1, 약 1.2:1 내지 약 1.8:1, 약 1.2:1 내지 약 2:1, 약 1.2:1 내지 약 2.2:1, 약 1.2:1 내지 약 2.4:1, 약 1.4:1 내지 약 1.6:1, 약 1.4:1 내지 약 1.8:1, 약 1.4:1 내지 약 2:1, 약 1.4:1 내지 약 2.2:1, 약 1.4:1 내지 약 2.4:1, 약 1.6:1 내지 약 1.8:1, 약 1.6:1 내지 약 2:1, 약 1.6:1 내지 약 2.2:1, 약 1.6:1 내지 약 2.4:1, 약 1.8:1 내지 약 2:1, 약 1.8:1 내지 약 2.2:1, 약 1.8:1 내지 약 2.4:1, 약 2:1 내지 약 2.2:1, 약 2:1 내지 약 2.4:1, 또는 약 2.2:1 내지 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1, 약 0.4:1, 약 0.6:1, 약 0.8:1, 약 1:1, 약 1.2:1, 약 1.4:1, 약 1.6:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 2.2:1, 또는 약 2.4:1이다.
일부 실시형태에서, 제1 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 집전 장치는 전국에서 활성 물질을 따라서 전도 경로를 제공하는 전도성 물질의 그리드(grid) 또는 시트(sheet)이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 적어도 약 500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 최대 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 750F/g, 약 500F/g 내지 약 1,000F/g, 약 500F/g 내지 약 1,250F/g, 약 500F/g 내지 약 1,500F/g, 약 500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,000F/g, 약 750F/g 내지 약 1,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,750F/g, 약 750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,250F/g, 또는 약 2,000F/g 내지 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g, 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 또는 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 1,150F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 적어도 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 또는 2,250F/g이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 30mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 최대 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 또는 약 110mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 수산화물 및 제2 집전 장치를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화알루미늄, 수산화암모늄, 수산화비소, 수산화바륨, 수산화베릴륨, 수산화비스무트(III), 수산화붕소, 수산화카드뮴, 수산화칼슘, 수산화세륨(III), 수산화세슘, 수산화크로뮴(II), 수산화크로뮴(III), 수산화크로뮴(V), 수산화크로뮴(VI), 수산화코발트(II), 수산화코발트(III), 수산화구리(I), 수산화구리(II), 수산화갈륨(II), 수산화갈륨(III), 수산화금(I), 수산화금(III), 수산화인듐(I), 수산화인듐(II), 수산화인듐(III), 수산화이리듐(III), 수산화철(II), 수산화철(III), 수산화란타넘, 수산화납(II), 수산화납(IV), 수산화리튬, 수산화마그네슘, 망간(II), 수산화망간(III), 수산화망간(IV), 수산화망간(VII), 수산화수은(I), 수산화수은(II), 수산화몰리브데넘, 수산화네오디뮴, 옥소-수산화니켈, 수산화니켈(II), 수산화니켈(III), 수산화나이오븀, 수산화오스뮴(IV), 수산화팔라듐(II), 수산화팔라듐(IV), 수산화백금(II), 수산화백금(IV), 수산화플루토늄(IV), 수산화칼륨 수산화라듐, 수산화루비듐, 수산화루테늄(III) 수산화스칸듐, 수산화규소, 수산화은, 수산화나트륨, 수산화스트론튬, 수산화탄탈럼(V), 수산화테크네튬(II), 수산화테트라메틸수산화암모늄, 수산화탈륨(I), 수산화탈륨(III), 수산화토륨, 수산화주석(II), 수산화주석(IV), 수산화티타늄(II), 수산화티타늄(III), 수산화티타늄(IV), 수산화텅스텐(II), 수산화우라닐, 바나듐(II), 수산화바나듐(III), 수산화바나듐(V), 수산화이터븀, 수산화이트륨, 수산화아연, 수산화지르코늄을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노플레이크, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노파우더, 수산화물 나노 꽃, 수산화물 나노점, 수산화물 나노막대, 수산화물 나노체인, 수산화물 나노섬유, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노플라트렛, 수산화물 나노리본, 수산화물 나노링, 수산화물 나노시트, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화팔라듐(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화팔라듐(IV)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II)를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 제2 집전 장치 상에 증착된다. 일부 실시형태에서, 제2 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 적어도 약 500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 최대 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 750F/g, 약 500F/g 내지 약 1,000F/g, 약 500F/g 내지 약 1,250F/g, 약 500F/g 내지 약 1,500F/g, 약 500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 500F/g 내지 약 2,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,000F/g, 약 750F/g 내지 약 1,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,750F/g, 약 750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 750F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,500F/g, 약 2,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 2,000F/g 내지 약 2,500F/g, 또는 약 2,250F/g 내지 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g, 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 2,250F/g, 또는 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 적어도 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 2,250F/g, 또는 약 2,500F/g이다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 30mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 최대 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 또는 약 110mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, the 제1 전극과 제2 전극은 동일하다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다.
일부 실시형태에서, 전해질은 수성 전해질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전해질은 알칼리성 전해질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전해질은 염기를 포함한다. 일부 실시형태에서, 염기는 강염기를 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐, 수산화세슘, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화스트론튬, 수산화바륨 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 수산화칼륨을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 수산화칼슘을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 수산화나트륨을 포함한다.
일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 전이금속 산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전이금속 산화물은 산화나트륨(I), 산화칼륨(I), 산화철(II), 산화마그네슘(II), 산화칼슘(II), 산화크로뮴(III), 산화구리(I), 산화아연(II) 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 반도전성 물질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 반도전성 물질은 염화제1구리, 인화카드뮴, 비소화카드뮴, 안티몬화카드뮴, 인화아연, 비소화아연, 안티몬화아연, 셀렌화카드뮴, 황화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 셀렌화아연, 황화아연, 텔루르화아연, 산화아연 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 산화나트륨(I)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 산화철(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 산화아연을 포함한다.
일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 약 1M 내지 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 적어도 약 1M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 최대 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 약 1M 내지 약 2M, 약 1M 내지 약 3M, 약 1M 내지 약 4M, 약 1M 내지 약 5M, 약 1M 내지 약 6M, 약 1M 내지 약 7M, 약 1M 내지 약 8M, 약 1M 내지 약 9M, 약 1M 내지 약 10M, 약 1M 내지 약 11M, 약 1M 내지 약 12M, 약 2M 내지 약 3M, 약 2M 내지 약 4M, 약 2M 내지 약 5M, 약 2M 내지 약 6M, 약 2M 내지 약 7M, 약 2M 내지 약 8M, 약 2M 내지 약 9M, 약 2M 내지 약 10M, 약 2M 내지 약 11M, 약 2M 내지 약 12M, 약 3M 내지 약 4M, 약 3M 내지 약 5M, 약 3M 내지 약 6M, 약 3M 내지 약 7M, 약 3M 내지 약 8M, 약 3M 내지 약 9M, 약 3M 내지 약 10M, 약 3M 내지 약 11M, 약 3M 내지 약 12M, 약 4M 내지 약 5M, 약 4M 내지 약 6M, 약 4M 내지 약 7M, 약 4M 내지 약 8M, 약 4M 내지 약 9M, 약 4M 내지 약 10M, 약 4M 내지 약 11M, 약 4M 내지 약 12M, 약 5M 내지 약 6M, 약 5M 내지 약 7M, 약 5M 내지 약 8M, 약 5M 내지 약 9M, 약 5M 내지 약 10M, 약 5M 내지 약 11M, 약 5M 내지 약 12M, 약 6M 내지 약 7M, 약 6M 내지 약 8M, 약 6M 내지 약 9M, 약 6M 내지 약 10M, 약 6M 내지 약 11M, 약 6M 내지 약 12M, 약 7M 내지 약 8M, 약 7M 내지 약 9M, 약 7M 내지 약 10M, 약 7M 내지 약 11M, 약 7M 내지 약 12M, 약 8M 내지 약 9M, 약 8M 내지 약 10M, 약 8M 내지 약 11M, 약 8M 내지 약 12M, 약 9M 내지 약 10M, 약 9M 내지 약 11M, 약 9M 내지 약 12M, 약 10M 내지 약 11M, 약 10M 내지 약 12M, 또는 약 11M 내지 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 약 1M, 약 2M, 약 3M, 약 4M, 약 5M, 약 6M, 약 7M, 약 8M, 약 9M, 약 10M, 약 11M, 또는 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 적어도 약 2M, 약 3M, 약 4M, 약 5M, 약 6M, 약 7M, 약 8M, 약 9M, 약 10M, 약 11M, 또는 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 최대 약 1M, 약 2M, 약 3M, 약 4M, 약 5M, 약 6M, 약 7M, 약 8M, 약 9M, 약 10M 또는 약 11M이다.
일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 전기 단락을 방지하기 위해 제1 전극과 제2 전극 사이에 설정 거리를 유지하는 한편, 이온 전하 운반체의 수송을 가능하게 한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치된 투과성 막을 포함한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 부직포 섬유, 중합체 필름, 세라믹, 자연 발생적 물질, 지지된 액체막 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 부직포 섬유는 면, 나일론, 폴리에스터, 유리 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 중합체 필름은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리염화비닐 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 자연 발생적 물질은 고무, 석면, 목재 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 지지된 액체막은 미소공성 세퍼레이터 내에 함유된 고체 및 액체상을 포함한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 방향이 있게 배향된 섬유의 시트, 망 또는 매트, 무작위로 배향된 섬유 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 단일층을 포함한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 복수의 층을 포함한다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 적어도 약 400Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 최대 약 1,600Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 약 400Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 1,300Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 1,300Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 또는 약 1,400Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 약 400Wh/㎏, 약 500Wh/㎏, 약 600Wh/㎏, 약 700Wh/㎏, 약 800Wh/㎏, 약 900Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏, 약 1,300Wh/㎏, 약 1,400Wh/㎏, 또는 약 1,600Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 적어도 약 500Wh/㎏, 약 600Wh/㎏, 약 700Wh/㎏, 약 800Wh/㎏, 약 900Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏, 약 1,300Wh/㎏, 약 1,400Wh/㎏, 또는 약 1,600Wh/㎏이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 약 200Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 적어도 약 200Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 최대 약 800Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 약 200Wh/㎏ 내지 약 250Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 300Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 350Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 400Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 300Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 350Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 400Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 350Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 400Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 400Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 550Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 550Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 550Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 550Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 650Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 650Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 또는 약 700Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 약 200Wh/㎏, 약 250Wh/㎏, 약 300Wh/㎏, 약 350Wh/㎏, 약 400Wh/㎏, 약 450Wh/㎏, 약 500Wh/㎏, 약 550Wh/㎏, 약 600Wh/㎏, 약 650Wh/㎏, 약 700Wh/㎏, 또는 약 800Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 적어도 약 250Wh/㎏, 약 300Wh/㎏, 약 350Wh/㎏, 약 400Wh/㎏, 약 450Wh/㎏, 약 500Wh/㎏, 약 550Wh/㎏, 약 600Wh/㎏, 약 650Wh/㎏, 약 700Wh/㎏, 또는 약 800Wh/㎏이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 적어도 약 300Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 최대 약 1,500Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 약 300Wh/ℓ 내지 약 400Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 500Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 600Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 700Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 500Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 600Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 700Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 600Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 700Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 700Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 1,200Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 1,200Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 또는 약 1,300Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 약 300Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ, 약 1,200Wh/ℓ, 약 1,300Wh/ℓ, 또는 약 1,500Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 적어도 약 400Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ, 약 1,200Wh/ℓ, 약 1,300Wh/ℓ, 또는 약 1,500Wh/ℓ이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 비출력 밀도가 약 75㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 비출력 밀도가 적어도 약 75㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 비출력 밀도가 최대 약 275㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 비출력 밀도가 약 75㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 75㎾/㎏ 내지 약 125㎾/㎏, 약 75㎾/㎏ 내지 약 150㎾/㎏, 약 75㎾/㎏ 내지 약 175㎾/㎏, 약 75㎾/㎏ 내지 약 200㎾/㎏, 약 75㎾/㎏ 내지 약 225㎾/㎏, 약 75㎾/㎏ 내지 약 250㎾/㎏, 약 75㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 125㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 150㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 175㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 200㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 225㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 250㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏, 약 125㎾/㎏ 내지 약 150㎾/㎏, 약 125㎾/㎏ 내지 약 175㎾/㎏, 약 125㎾/㎏ 내지 약 200㎾/㎏, 약 125㎾/㎏ 내지 약 225㎾/㎏, 약 125㎾/㎏ 내지 약 250㎾/㎏, 약 125㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏, 약 150㎾/㎏ 내지 약 175㎾/㎏, 약 150㎾/㎏ 내지 약 200㎾/㎏, 약 150㎾/㎏ 내지 약 225㎾/㎏, 약 150㎾/㎏ 내지 약 250㎾/㎏, 약 150㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏, 약 175㎾/㎏ 내지 약 200㎾/㎏, 약 175㎾/㎏ 내지 약 225㎾/㎏, 약 175㎾/㎏ 내지 약 250㎾/㎏, 약 175㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏, 약 200㎾/㎏ 내지 약 225㎾/㎏, 약 200㎾/㎏ 내지 약 250㎾/㎏, 약 200㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏, 약 225㎾/㎏ 내지 약 250㎾/㎏, 약 225㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏, 또는 약 250㎾/㎏ 내지 약 275㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 비출력 밀도가 약 75㎾/㎏, 약 100㎾/㎏, 약 125㎾/㎏, 약 150㎾/㎏, 약 175㎾/㎏, 약 200㎾/㎏, 약 225㎾/㎏, 약 250㎾/㎏, 또는 약 275㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 비출력 밀도가 적어도 약 100㎾/㎏, 약 125㎾/㎏, 약 150㎾/㎏, 약 175㎾/㎏, 약 200㎾/㎏, 약 225㎾/㎏, 약 250㎾/㎏, 또는 약 275㎾/㎏이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 약 30㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 적어도 약 30㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 최대 약 120㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 약 30㎾/㎏ 내지 약 40㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 50㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 60㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 70㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 50㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 60㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 70㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 60㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 70㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 70㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 80㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 80㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 80㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 80㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 90㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 90㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 90㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 또는 약 110㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 약 30㎾/㎏, 약 40㎾/㎏, 약 50㎾/㎏, 약 60㎾/㎏, 약 70㎾/㎏, 약 80㎾/㎏, 약 90㎾/㎏, 약 100㎾/㎏, 약 110㎾/㎏, 또는 약 120㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 적어도 약 40㎾/㎏, 약 50㎾/㎏, 약 60㎾/㎏, 약 70㎾/㎏, 약 80㎾/㎏, 약 90㎾/㎏, 약 100㎾/㎏, 약 110㎾/㎏, 또는 약 120㎾/㎏이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh 내지 약 10,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 적어도 약 2,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 최대 약 10,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh 내지 약 2,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 3,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 3,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 4,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 3,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 3,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 4,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 4,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 10,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 3,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 4,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 4,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 4,500mAh, 약 3,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 3,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 10,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 4,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 4,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 4,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 10,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 5,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 10,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 7,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 7,000mAh 내지 약 10,000mAh, 또는 약 8,000mAh 내지 약 10,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh, 약 2,500mAh, 약 3,000mAh, 약 3,500mAh, 약 4,000mAh, 약 4,500mAh, 약 5,000mAh, 약 5,500mAh, 약 6,000mAh, 약 7,000mAh, 약 8,000mAh, 또는 약 10,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 적어도 약 2,500mAh, 약 3,000mAh, 약 3,500mAh, 약 4,000mAh, 약 4,500mAh, 약 5,000mAh, 약 5,500mAh, 약 6,000mAh, 약 7,000mAh, 약 8,000mAh, 또는 약 10,000mAh이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh 내지 약 8,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 적어도 약 2,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 최대 약 8,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh 내지 약 2,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 3,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 3,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 4,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 3,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 3,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 4,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 4,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 3,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 4,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 4,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 4,500mAh, 약 3,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 3,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 4,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 4,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 4,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 5,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 8,000mAh, 또는 약 7,000mAh 내지 약 8,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh, 약 2,500mAh, 약 3,000mAh, 약 3,500mAh, 약 4,000mAh, 약 4,500mAh, 약 5,000mAh, 약 5,500mAh, 약 6,000mAh, 약 7,000mAh, 또는 약 8,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 적어도 약 2,500mAh, 약 3,000mAh, 약 3,500mAh, 약 4,000mAh, 약 4,500mAh, 약 5,000mAh, 약 5,500mAh, 약 6,000mAh, 약 7,000mAh, 또는 약 8,000mAh이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g 내지 약 1,000mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 250mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 1,000mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 700mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 700mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 또는 약 800mAh/g 내지 약 1,000mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g, 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 약 650mAh/g, 약 700mAh/g, 약 800mAh/g, 또는 약 1,000mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 약 650mAh/g, 약 700mAh/g, 약 800mAh/g, 또는 약 1,000mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g 내지 약 800mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 250mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 800mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 800mAh/g, 또는 약 700mAh/g 내지 약 800mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g, 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 약 650mAh/g, 약 700mAh/g, 또는 약 800mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 약 650mAh/g, 약 700mAh/g, 또는 약 800mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 150mAh/g 내지 약 650mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 650mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 150mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 650mAh/g, 또는 약 600mAh/g 내지 약 650mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 150mAh/g, 약 200mAh/g, 약 250mAh/g, 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 또는 약 650mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 200mAh/g, 약 250mAh/g, 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 또는 약 650mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 90mAh/g 내지 약 350mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 90mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 350mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 125mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 175mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 125mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 175mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 175mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 175mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 275mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 275mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 275mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 350mAh/g, 또는 약 325mAh/g 내지 약 350mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 125mAh/g, 약 150mAh/g, 약 175mAh/g, 약 200mAh/g, 약 225mAh/g, 약 250mAh/g, 약 275mAh/g, 약 300mAh/g, 약 325mAh/g, 또는 약 350mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 100mAh/g, 약 125mAh/g, 약 150mAh/g, 약 175mAh/g, 약 200mAh/g, 약 225mAh/g, 약 250mAh/g, 약 275mAh/g, 약 300mAh/g, 약 325mAh/g, 또는 약 350mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 60mAh/g 내지 약 240mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 60mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 240mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 160mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 160mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 160mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 160mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 180mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 180mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 180mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 240mAh/g, 또는 약 220mAh/g 내지 약 240mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 60mAh/g, 약 80mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 140mAh/g, 약 160mAh/g, 약 180mAh/g, 약 200mAh/g, 약 220mAh/g, 또는 약 240mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 80mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 140mAh/g, 약 160mAh/g, 약 180mAh/g, 약 200mAh/g, 약 220mAh/g, 또는 약 240mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 45mAh/g 내지 약 180mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 45mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 180mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 45mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 180mAh/g, 또는 약 160mAh/g 내지 약 180mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 45mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 130mAh/g, 약 140mAh/g, 약 150mAh/g, 약 160mAh/g, 또는 약 180mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 130mAh/g, 약 140mAh/g, 약 150mAh/g, 약 160mAh/g, 또는 약 180mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 35mAh/g 내지 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 35mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 35mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 150mAh/g, 또는 약 140mAh/g 내지 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 35mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 130mAh/g, 약 140mAh/g, 또는 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 130mAh/g, 약 140mAh/g, 또는 약 150mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율(charge rate)이 약 5mAh/g 내지 약 1,600mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 적어도 약 5mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 최대 약 1,600mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 약 5mAh/g 내지 약 10mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 20mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 20mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 1,000mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 1,000mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 또는 약 1,200mAh/g 내지 약 1,600mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 약 5mAh/g, 약 10mAh/g, 약 20mAh/g, 약 50mAh/g, 약 100mAh/g, 약 200mAh/g, 약 500mAh/g, 약 1,000mAh/g, 약 1,200mAh/g, 또는 약 1,600mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 적어도 약 10mAh/g, 약 20mAh/g, 약 50mAh/g, 약 100mAh/g, 약 200mAh/g, 약 500mAh/g, 약 1,000mAh/g, 약 1,200mAh/g, 또는 약 1,600mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 약 1.5초 내지 약 3,000초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 적어도 약 1.5초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 최대 약 3,000초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 약 1.5초 내지 약 2초, 약 1.5초 내지 약 5초, 약 1.5초 내지 약 10초, 약 1.5초 내지 약 20초, 약 1.5초 내지 약 50초, 약 1.5초 내지 약 100초, 약 1.5초 내지 약 200초, 약 1.5초 내지 약 500초, 약 1.5초 내지 약 1,000초, 약 1.5초 내지 약 2,000초, 약 1.5초 내지 약 3,000초, 약 2초 내지 약 5초, 약 2초 내지 약 10초, 약 2초 내지 약 20초, 약 2초 내지 약 50초, 약 2초 내지 약 100초, 약 2초 내지 약 200초, 약 2초 내지 약 500초, 약 2초 내지 약 1,000초, 약 2초 내지 약 2,000초, 약 2초 내지 약 3,000초, 약 5초 내지 약 10초, 약 5초 내지 약 20초, 약 5초 내지 약 50초, 약 5초 내지 약 100초, 약 5초 내지 약 200초, 약 5초 내지 약 500초, 약 5초 내지 약 1,000초, 약 5초 내지 약 2,000초, 약 5초 내지 약 3,000초, 약 10초 내지 약 20초, 약 10초 내지 약 50초, 약 10초 내지 약 100초, 약 10초 내지 약 200초, 약 10초 내지 약 500초, 약 10초 내지 약 1,000초, 약 10초 내지 약 2,000초, 약 10초 내지 약 3,000초, 약 20초 내지 약 50초, 약 20초 내지 약 100초, 약 20초 내지 약 200초, 약 20초 내지 약 500초, 약 20초 내지 약 1,000초, 약 20초 내지 약 2,000초, 약 20초 내지 약 3,000초, 약 50초 내지 약 100초, 약 50초 내지 약 200초, 약 50초 내지 약 500초, 약 50초 내지 약 1,000초, 약 50초 내지 약 2,000초, 약 50초 내지 약 3,000초, 약 100초 내지 약 200초, 약 100초 내지 약 500초, 약 100초 내지 약 1,000초, 약 100초 내지 약 2,000초, 약 100초 내지 약 3,000초, 약 200초 내지 약 500초, 약 200초 내지 약 1,000초, 약 200초 내지 약 2,000초, 약 200초 내지 약 3,000초, 약 500초 내지 약 1,000초, 약 500초 내지 약 2,000초, 약 500초 내지 약 3,000초, 약 1,000초 내지 약 2,000초, 약 1,000초 내지 약 3,000초, 또는 약 2,000초 내지 약 3,000초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 약 1.5초, 약 2초, 약 5초, 약 10초, 약 20초, 약 50초, 약 100초, 약 200초, 약 500초, 약 1,000초, 약 2,000초, 또는 약 3,000초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 최대 약 1.5초, 약 2초, 약 5초, 약 10초, 약 20초, 약 50초, 약 100초, 약 200초, 약 500초, 약 1,000초, 약 2,000초, 또는 약 3,000초이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률(form factor)에서 등가직렬저항이 약 2밀리옴 내지 약 10밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 적어도 약 2밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 최대 약 10밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 약 2밀리옴 내지 약 2.5밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 3밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 3.5밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 4밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 3밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 3.5밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 4밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 3.5밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 4밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 4밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 5밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 5밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 5밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 5밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 6밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 6밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 6밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 7밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 7밀리옴 내지 약 10밀리옴, 또는 약 8밀리옴 내지 약 10밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 약 2밀리옴, 약 2.5밀리옴, 약 3밀리옴, 약 3.5밀리옴, 약 4밀리옴, 약 4.5밀리옴, 약 5밀리옴, 약 6밀리옴, 약 7밀리옴, 약 8밀리옴, 또는 약 10밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 최대 약 2밀리옴, 약 2.5밀리옴, 약 3밀리옴, 약 3.5밀리옴, 약 4밀리옴, 약 4.5밀리옴, 약 5밀리옴, 약 6밀리옴, 약 7밀리옴, 또는 약 8밀리옴이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 약 500주기 내지 약 10,000주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 적어도 약 500주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 최대 약 10,000주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 약 500주기 내지 약 600주기, 약 500주기 내지 약 700주기, 약 500주기 내지 약 800주기, 약 500주기 내지 약 1,000주기, 약 500주기 내지 약 2,000주기, 약 500주기 내지 약 3,000주기, 약 500주기 내지 약 5,000주기, 약 500주기 내지 약 6,000주기, 약 500주기 내지 약 7,000주기, 약 500주기 내지 약 8,000주기, 약 500주기 내지 약 10,000주기, 약 600주기 내지 약 700주기, 약 600주기 내지 약 800주기, 약 600주기 내지 약 1,000주기, 약 600주기 내지 약 2,000주기, 약 600주기 내지 약 3,000주기, 약 600주기 내지 약 5,000주기, 약 600주기 내지 약 6,000주기, 약 600주기 내지 약 7,000주기, 약 600주기 내지 약 8,000주기, 약 600주기 내지 약 10,000주기, 약 700주기 내지 약 800주기, 약 700주기 내지 약 1,000주기, 약 700주기 내지 약 2,000주기, 약 700주기 내지 약 3,000주기, 약 700주기 내지 약 5,000주기, 약 700주기 내지 약 6,000주기, 약 700주기 내지 약 7,000주기, 약 700주기 내지 약 8,000주기, 약 700주기 내지 약 10,000주기, 약 800주기 내지 약 1,000주기, 약 800주기 내지 약 2,000주기, 약 800주기 내지 약 3,000주기, 약 800주기 내지 약 5,000주기, 약 800주기 내지 약 6,000주기, 약 800주기 내지 약 7,000주기, 약 800주기 내지 약 8,000주기, 약 800주기 내지 약 10,000주기, 약 1,000주기 내지 약 2,000주기, 약 1,000주기 내지 약 3,000주기, 약 1,000주기 내지 약 5,000주기, 약 1,000주기 내지 약 6,000주기, 약 1,000주기 내지 약 7,000주기, 약 1,000주기 내지 약 8,000주기, 약 1,000주기 내지 약 10,000주기, 약 2,000주기 내지 약 3,000주기, 약 2,000주기 내지 약 5,000주기, 약 2,000주기 내지 약 6,000주기, 약 2,000주기 내지 약 7,000주기, 약 2,000주기 내지 약 8,000주기, 약 2,000주기 내지 약 10,000주기, 약 3,000주기 내지 약 5,000주기, 약 3,000주기 내지 약 6,000주기, 약 3,000주기 내지 약 7,000주기, 약 3,000주기 내지 약 8,000주기, 약 3,000주기 내지 약 10,000주기, 약 5,000주기 내지 약 6,000주기, 약 5,000주기 내지 약 7,000주기, 약 5,000주기 내지 약 8,000주기, 약 5,000주기 내지 약 10,000주기, 약 6,000주기 내지 약 7,000주기, 약 6,000주기 내지 약 8,000주기, 약 6,000주기 내지 약 10,000주기, 약 7,000주기 내지 약 8,000주기, 약 7,000주기 내지 약 10,000주기, 또는 약 8,000주기 내지 약 10,000주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 약 500주기, 약 600주기, 약 700주기, 약 800주기, 약 1,000주기, 약 2,000주기, 약 3,000주기, 약 5,000주기, 약 6,000주기, 약 7,000주기, 약 8,000주기, 또는 약 10,000주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 적어도 약 600주기, 약 700주기, 약 800주기, 약 1,000주기, 약 2,000주기, 약 3,000주기, 약 5,000주기, 약 6,000주기, 약 7,000주기, 약 8,000주기, 또는 약 10,000주기이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 약 10% 내지 약 30%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 적어도 약 10%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 최대 약 30%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 약 10% 내지 약 12%, 약 10% 내지 약 14%, 약 10% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 18%, 약 10% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 22%, 약 10% 내지 약 24%, 약 10% 내지 약 26%, 약 10% 내지 약 28%, 약 10% 내지 약 30%, 약 12% 내지 약 14%, 약 12% 내지 약 16%, 약 12% 내지 약 18%, 약 12% 내지 약 20%, 약 12% 내지 약 22%, 약 12% 내지 약 24%, 약 12% 내지 약 26%, 약 12% 내지 약 28%, 약 12% 내지 약 30%, 약 14% 내지 약 16%, 약 14% 내지 약 18%, 약 14% 내지 약 20%, 약 14% 내지 약 22%, 약 14% 내지 약 24%, 약 14% 내지 약 26%, 약 14% 내지 약 28%, 약 14% 내지 약 30%, 약 16% 내지 약 18%, 약 16% 내지 약 20%, 약 16% 내지 약 22%, 약 16% 내지 약 24%, 약 16% 내지 약 26%, 약 16% 내지 약 28%, 약 16% 내지 약 30%, 약 18% 내지 약 20%, 약 18% 내지 약 22%, 약 18% 내지 약 24%, 약 18% 내지 약 26%, 약 18% 내지 약 28%, 약 18% 내지 약 30%, 약 20% 내지 약 22%, 약 20% 내지 약 24%, 약 20% 내지 약 26%, 약 20% 내지 약 28%, 약 20% 내지 약 30%, 약 22% 내지 약 24%, 약 22% 내지 약 26%, 약 22% 내지 약 28%, 약 22% 내지 약 30%, 약 24% 내지 약 26%, 약 24% 내지 약 28%, 약 24% 내지 약 30%, 약 26% 내지 약 28%, 약 26% 내지 약 30%, 또는 약 28% 내지 약 30%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 22%, 약 24%, 약 26%, 약 28%, 또는 약 30%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 최대 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 22%, 약 24%, 약 26%, 또는 약 28%만큼 감소된다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 리튬-이온 배터리, 리튬-이온 커패시터, 알칼리성 슈퍼 커패시터, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-금속-수소화물 배터리, 납-산 배터리, 또는 니켈-아연 배터리가 아니다.
본 명세서에 제공된 제4 양상은 용액을 형성하는 단계; 용액을 교반시키는 단계; 용액을 가열하는 단계; 용액을 냉각시키는 단계; 용매에서 용액을 린스하는 단계; 및 용액을 냉동-건조시키는 단계를 포함하는, 전극을 형성하는 방법이다.
일부 실시형태에서, 용액은 환원제, 조해액(deliquescence) 및 탄소계 분산물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 환원제는 유레아, 시트르산, 아스코르브산, 하이드라진 수화물, 하이드로퀴논, 수소화붕소나트륨, 브로민화수소, 아이오딘화수소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 유레아를 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 하이드로퀴논을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 아스코르브산을 포함한다.
일부 실시형태에서, 조해액은 염을 포함한다. 일부 실시형태에서, 염은 시트르산염, 염화물염, 질산염 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 시트르산염은 시트르산아연(III), 시트르산아연(III) 6수화물, 시트르산철(III), 시트르산철(III) 6수화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 염화물염은 염화아연(III), 질산아연(III) 6수화물, 염화철(III), 염화철(III) 6수화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 질산염은 질산아연(III), 질산아연(III) 6수화물, 질산철(III), 질산철(III) 6수화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 조해액은 질산아연(III) 6수화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 조해액은 질산철(III)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 조해액은 질산아연(II) 6수화물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 탄소계 폼, 탄소계 에어로겔, 탄소계 하이드로겔, 탄소계 이오노겔, 탄소계 나노시트, 탄소 나노튜브, 탄소 나노시트, 탄소 직물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 그래핀, 그래핀 산화물, 그래파이트, 활성탄, 카본 블랙 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 탄소 나노튜브를 포함한다. 일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 그래핀 산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 활성탄을 포함한다.
일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 약 30% 내지 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 적어도 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 최대 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 약 30% 내지 약 35%, 약 30% 내지 약 40%, 약 30% 내지 약 45%, 약 30% 내지 약 50%, 약 30% 내지 약 55%, 약 30% 내지 약 60%, 약 30% 내지 약 65%, 약 30% 내지 약 70%, 약 30% 내지 약 75%, 약 30% 내지 약 80%, 약 30% 내지 약 90%, 약 35% 내지 약 40%, 약 35% 내지 약 45%, 약 35% 내지 약 50%, 약 35% 내지 약 55%, 약 35% 내지 약 60%, 약 35% 내지 약 65%, 약 35% 내지 약 70%, 약 35% 내지 약 75%, 약 35% 내지 약 80%, 약 35% 내지 약 90%, 약 40% 내지 약 45%, 약 40% 내지 약 50%, 약 40% 내지 약 55%, 약 40% 내지 약 60%, 약 40% 내지 약 65%, 약 40% 내지 약 70%, 약 40% 내지 약 75%, 약 40% 내지 약 80%, 약 40% 내지 약 90%, 약 45% 내지 약 50%, 약 45% 내지 약 55%, 약 45% 내지 약 60%, 약 45% 내지 약 65%, 약 45% 내지 약 70%, 약 45% 내지 약 75%, 약 45% 내지 약 80%, 약 45% 내지 약 90%, 약 50% 내지 약 55%, 약 50% 내지 약 60%, 약 50% 내지 약 65%, 약 50% 내지 약 70%, 약 50% 내지 약 75%, 약 50% 내지 약 80%, 약 50% 내지 약 90%, 약 55% 내지 약 60%, 약 55% 내지 약 65%, 약 55% 내지 약 70%, 약 55% 내지 약 75%, 약 55% 내지 약 80%, 약 55% 내지 약 90%, 약 60% 내지 약 65%, 약 60% 내지 약 70%, 약 60% 내지 약 75%, 약 60% 내지 약 80%, 약 60% 내지 약 90%, 약 65% 내지 약 70%, 약 65% 내지 약 75%, 약 65% 내지 약 80%, 약 65% 내지 약 90%, 약 70% 내지 약 75%, 약 70% 내지 약 80%, 약 70% 내지 약 90%, 약 75% 내지 약 80%, 약 75% 내지 약 90%, 또는 약 80% 내지 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 약 80%, 또는 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 적어도 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 약 80%, 또는 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 최대 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 또는 약 80%이다.
일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 약 5% 내지 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 적어도 약 5%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 최대 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 약 5% 내지 약 6%, 약 5% 내지 약 8%, 약 5% 내지 약 10%, 약 5% 내지 약 12%, 약 5% 내지 약 14%, 약 5% 내지 약 16%, 약 5% 내지 약 18%, 약 5% 내지 약 20%, 약 5% 내지 약 25%, 약 5% 내지 약 30%, 약 6% 내지 약 8%, 약 6% 내지 약 10%, 약 6% 내지 약 12%, 약 6% 내지 약 14%, 약 6% 내지 약 16%, 약 6% 내지 약 18%, 약 6% 내지 약 20%, 약 6% 내지 약 25%, 약 6% 내지 약 30%, 약 8% 내지 약 10%, 약 8% 내지 약 12%, 약 8% 내지 약 14%, 약 8% 내지 약 16%, 약 8% 내지 약 18%, 약 8% 내지 약 20%, 약 8% 내지 약 25%, 약 8% 내지 약 30%, 약 10% 내지 약 12%, 약 10% 내지 약 14%, 약 10% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 18%, 약 10% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 25%, 약 10% 내지 약 30%, 약 12% 내지 약 14%, 약 12% 내지 약 16%, 약 12% 내지 약 18%, 약 12% 내지 약 20%, 약 12% 내지 약 25%, 약 12% 내지 약 30%, 약 14% 내지 약 16%, 약 14% 내지 약 18%, 약 14% 내지 약 20%, 약 14% 내지 약 25%, 약 14% 내지 약 30%, 약 16% 내지 약 18%, 약 16% 내지 약 20%, 약 16% 내지 약 25%, 약 16% 내지 약 30%, 약 18% 내지 약 20%, 약 18% 내지 약 25%, 약 18% 내지 약 30%, 약 20% 내지 약 25%, 약 20% 내지 약 30%, 또는 약 25% 내지 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 약 5%, 약 6%, 약 8%, 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 25%, 또는 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 적어도 약 6%, 약 8%, 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 25%, 또는 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 최대 약 5%, 약 6%, 약 8%, 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 또는 약 25%이다.
일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 약 10% 내지 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 적어도 약 10%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 최대 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 약 10% 내지 약 12%, 약 10% 내지 약 14%, 약 10% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 18%, 약 10% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 24%, 약 10% 내지 약 28%, 약 10% 내지 약 32%, 약 10% 내지 약 34%, 약 10% 내지 약 40%, 약 12% 내지 약 14%, 약 12% 내지 약 16%, 약 12% 내지 약 18%, 약 12% 내지 약 20%, 약 12% 내지 약 24%, 약 12% 내지 약 28%, 약 12% 내지 약 32%, 약 12% 내지 약 34%, 약 12% 내지 약 40%, 약 14% 내지 약 16%, 약 14% 내지 약 18%, 약 14% 내지 약 20%, 약 14% 내지 약 24%, 약 14% 내지 약 28%, 약 14% 내지 약 32%, 약 14% 내지 약 34%, 약 14% 내지 약 40%, 약 16% 내지 약 18%, 약 16% 내지 약 20%, 약 16% 내지 약 24%, 약 16% 내지 약 28%, 약 16% 내지 약 32%, 약 16% 내지 약 34%, 약 16% 내지 약 40%, 약 18% 내지 약 20%, 약 18% 내지 약 24%, 약 18% 내지 약 28%, 약 18% 내지 약 32%, 약 18% 내지 약 34%, 약 18% 내지 약 40%, 약 20% 내지 약 24%, 약 20% 내지 약 28%, 약 20% 내지 약 32%, 약 20% 내지 약 34%, 약 20% 내지 약 40%, 약 24% 내지 약 28%, 약 24% 내지 약 32%, 약 24% 내지 약 34%, 약 24% 내지 약 40%, 약 28% 내지 약 32%, 약 28% 내지 약 34%, 약 28% 내지 약 40%, 약 32% 내지 약 34%, 약 32% 내지 약 40%, 또는 약 34% 내지 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 24%, 약 28%, 약 32%, 약 34%, 또는 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 적어도 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 24%, 약 28%, 약 32%, 약 34%, 또는 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 최대 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 24%, 약 28%, 약 32%, 또는 약 34%이다.
일부 실시형태에서, 용액은 약 10분 내지 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 10분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 10분 내지 약 15분, 약 10분 내지 약 20분, 약 10분 내지 약 25분, 약 10분 내지 약 30분, 약 10분 내지 약 35분, 약 10분 내지 약 40분, 약 10분 내지 약 45분, 약 10분 내지 약 50분, 약 10분 내지 약 55분, 약 10분 내지 약 60분, 약 15분 내지 약 20분, 약 15분 내지 약 25분, 약 15분 내지 약 30분, 약 15분 내지 약 35분, 약 15분 내지 약 40분, 약 15분 내지 약 45분, 약 15분 내지 약 50분, 약 15분 내지 약 55분, 약 15분 내지 약 60분, 약 20분 내지 약 25분, 약 20분 내지 약 30분, 약 20분 내지 약 35분, 약 20분 내지 약 40분, 약 20분 내지 약 45분, 약 20분 내지 약 50분, 약 20분 내지 약 55분, 약 20분 내지 약 60분, 약 25분 내지 약 30분, 약 25분 내지 약 35분, 약 25분 내지 약 40분, 약 25분 내지 약 45분, 약 25분 내지 약 50분, 약 25분 내지 약 55분, 약 25분 내지 약 60분, 약 30분 내지 약 35분, 약 30분 내지 약 40분, 약 30분 내지 약 45분, 약 30분 내지 약 50분, 약 30분 내지 약 55분, 약 30분 내지 약 60분, 약 35분 내지 약 40분, 약 35분 내지 약 45분, 약 35분 내지 약 50분, 약 35분 내지 약 55분, 약 35분 내지 약 60분, 약 40분 내지 약 45분, 약 40분 내지 약 50분, 약 40분 내지 약 55분, 약 40분 내지 약 60분, 약 45분 내지 약 50분, 약 45분 내지 약 55분, 약 45분 내지 약 60분, 약 50분 내지 약 55분, 약 50분 내지 약 60분 또는 약 55분 내지 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분 또는 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분 또는 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분 또는 약 55분의 일정 기간 동안 교반된다.
일부 실시형태에서, 용액은 오토클레이브, 오븐, 난방기, 분젠버너(Bunsen burner), 열 교환기, 마이크로웨이브, 또는 이들의 임의의 조합물에 의해 가열된다.
일부 실시형태에서, 용액은 약 80℃ 내지 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 80℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 80℃ 내지 약 100℃, 약 80℃ 내지 약 120℃, 약 80℃ 내지 약 140℃, 약 80℃ 내지 약 160℃, 약 80℃ 내지 약 180℃, 약 80℃ 내지 약 200℃, 약 80℃ 내지 약 240℃, 약 80℃ 내지 약 280℃, 약 80℃ 내지 약 320℃, 약 80℃ 내지 약 360℃, 약 100℃ 내지 약 120℃, 약 100℃ 내지 약 140℃, 약 100℃ 내지 약 160℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 약 100℃ 내지 약 200℃, 약 100℃ 내지 약 240℃, 약 100℃ 내지 약 280℃, 약 100℃ 내지 약 320℃, 약 100℃ 내지 약 360℃, 약 120℃ 내지 약 140℃, 약 120℃ 내지 약 160℃, 약 120℃ 내지 약 180℃, 약 120℃ 내지 약 200℃, 약 120℃ 내지 약 240℃, 약 120℃ 내지 약 280℃, 약 120℃ 내지 약 320℃, 약 120℃ 내지 약 360℃, 약 140℃ 내지 약 160℃, 약 140℃ 내지 약 180℃, 약 140℃ 내지 약 200℃, 약 140℃ 내지 약 240℃, 약 140℃ 내지 약 280℃, 약 140℃ 내지 약 320℃, 약 140℃ 내지 약 360℃, 약 160℃ 내지 약 180℃, 약 160℃ 내지 약 200℃, 약 160℃ 내지 약 240℃, 약 160℃ 내지 약 280℃, 약 160℃ 내지 약 320℃, 약 160℃ 내지 약 360℃, 약 180℃ 내지 약 200℃, 약 180℃ 내지 약 240℃, 약 180℃ 내지 약 280℃, 약 180℃ 내지 약 320℃, 약 180℃ 내지 약 360℃, 약 200℃ 내지 약 240℃, 약 200℃ 내지 약 280℃, 약 200℃ 내지 약 320℃, 약 200℃ 내지 약 360℃, 약 240℃ 내지 약 280℃, 약 240℃ 내지 약 320℃, 약 240℃ 내지 약 360℃, 약 280℃ 내지 약 320℃, 약 280℃ 내지 약 360℃, 또는 약 320℃ 내지 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 80℃, 약 100℃, 약 120℃, 약 140℃, 약 160℃, 약 180℃, 약 200℃, 약 240℃, 약 280℃, 약 320℃, 또는 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 100℃, 약 120℃, 약 140℃, 약 160℃, 약 180℃, 약 200℃, 약 240℃, 약 280℃, 약 320℃, 또는 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 80℃, 약 100℃, 약 120℃, 약 140℃, 약 160℃, 약 180℃, 약 200℃, 약 240℃, 약 280℃, 또는 약 320℃의 온도에서 가열된다.
일부 실시형태에서, 용액은 약 4시간 내지 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 4시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 4시간 내지 약 5시간, 약 4시간 내지 약 6시간, 약 4시간 내지 약 7시간, 약 4시간 내지 약 8시간, 약 4시간 내지 약 9시간, 약 4시간 내지 약 10시간, 약 4시간 내지 약 11시간, 약 4시간 내지 약 12시간, 약 4시간 내지 약 13시간, 약 4시간 내지 약 14시간, 약 4시간 내지 약 16시간, 약 5시간 내지 약 6시간, 약 5시간 내지 약 7시간, 약 5시간 내지 약 8시간, 약 5시간 내지 약 9시간, 약 5시간 내지 약 10시간, 약 5시간 내지 약 11시간, 약 5시간 내지 약 12시간, 약 5시간 내지 약 13시간, 약 5시간 내지 약 14시간, 약 5시간 내지 약 16시간, 약 6시간 내지 약 7시간, 약 6시간 내지 약 8시간, 약 6시간 내지 약 9시간, 약 6시간 내지 약 10시간, 약 6시간 내지 약 11시간, 약 6시간 내지 약 12시간, 약 6시간 내지 약 13시간, 약 6시간 내지 약 14시간, 약 6시간 내지 약 16시간, 약 7시간 내지 약 8시간, 약 7시간 내지 약 9시간, 약 7시간 내지 약 10시간, 약 7시간 내지 약 11시간, 약 7시간 내지 약 12시간, 약 7시간 내지 약 13시간, 약 7시간 내지 약 14시간, 약 7시간 내지 약 16시간, 약 8시간 내지 약 9시간, 약 8시간 내지 약 10시간, 약 8시간 내지 약 11시간, 약 8시간 내지 약 12시간, 약 8시간 내지 약 13시간, 약 8시간 내지 약 14시간, 약 8시간 내지 약 16시간, 약 9시간 내지 약 10시간, 약 9시간 내지 약 11시간, 약 9시간 내지 약 12시간, 약 9시간 내지 약 13시간, 약 9시간 내지 약 14시간, 약 9시간 내지 약 16시간, 약 10시간 내지 약 11시간, 약 10시간 내지 약 12시간, 약 10시간 내지 약 13시간, 약 10시간 내지 약 14시간, 약 10시간 내지 약 16시간, 약 11시간 내지 약 12시간, 약 11시간 내지 약 13시간, 약 11시간 내지 약 14시간, 약 11시간 내지 약 16시간, 약 12시간 내지 약 13시간, 약 12시간 내지 약 14시간, 약 12시간 내지 약 16시간, 약 13시간 내지 약 14시간, 약 13시간 내지 약 16시간, 또는 약 14시간 내지 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간, 약 8시간, 약 9시간, 약 10시간, 약 11시간, 약 12시간, 약 13시간, 약 14시간, 또는 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간, 약 8시간, 약 9시간, 약 10시간, 약 11시간, 약 12시간, 약 13시간, 약 14시간, 또는 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간, 약 8시간, 약 9시간, 약 10시간, 약 11시간, 약 12시간, 약 13시간, 또는 약 14시간의 일정 기간 동안 가열된다.
일부 실시형태에서, 용매는 탈이온수, 아세톤, 물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 용매는 탈이온수를 포함한다. 일부 실시형태에서, 용액은 냉동-건조된다. 일부 실시형태에서, 용액은 냉동-건조된다. 일부 실시형태에서, 용액은 진공 하에 냉동-건조이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다.
본 명세서에 제공된 제5 양상은 전도성 스캐폴드를 산에서 처리함으로써 제2 집전 장치를 형성하는 단계; 탈이온수, 아세톤, 물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는 용매에서 제2 집전 장치를 세척하는 단계; 제2 집전 장치 상에 수산화물을 증착시키는 단계; 및 전극을 연속적 전위 주사(potential sweep)에 제시하는 단계를 포함하는 전극을 형성하는 방법이다.
일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼, 그래핀 에어로겔, 비정질 탄소 폼, 박층 그래파이트 폼, 탄소 나노튜브, 탄소 나노시트 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 산은 강산을 포함한다. 일부 실시형태에서, 산은 과염소산, 브롬화수소산, 아이오딘화수소산, 황산, 메탄설폰산, p-톨루엔설폰산, 염산 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 산은 브롬화수소산을 포함한다. 일부 실시형태에서, 산은 염산을 포함한다.
일부 실시형태에서, 산은 농도가 약 1M 내지 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 적어도 약 1M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 최대 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 약 1M 내지 약 1.5M, 약 1M 내지 약 2M, 약 1M 내지 약 2.5M, 약 1M 내지 약 3M, 약 1M 내지 약 3.5M, 약 1M 내지 약 4M, 약 1M 내지 약 4.5M, 약 1M 내지 약 5M, 약 1M 내지 약 5.5M, 약 1M 내지 약 6M, 약 1.5M 내지 약 2M, 약 1.5M 내지 약 2.5M, 약 1.5M 내지 약 3M, 약 1.5M 내지 약 3.5M, 약 1.5M 내지 약 4M, 약 1.5M 내지 약 4.5M, 약 1.5M 내지 약 5M, 약 1.5M 내지 약 5.5M, 약 1.5M 내지 약 6M, 약 2M 내지 약 2.5M, 약 2M 내지 약 3M, 약 2M 내지 약 3.5M, 약 2M 내지 약 4M, 약 2M 내지 약 4.5M, 약 2M 내지 약 5M, 약 2M 내지 약 5.5M, 약 2M 내지 약 6M, 약 2.5M 내지 약 3M, 약 2.5M 내지 약 3.5M, 약 2.5M 내지 약 4M, 약 2.5M 내지 약 4.5M, 약 2.5M 내지 약 5M, 약 2.5M 내지 약 5.5M, 약 2.5M 내지 약 6M, 약 3M 내지 약 3.5M, 약 3M 내지 약 4M, 약 3M 내지 약 4.5M, 약 3M 내지 약 5M, 약 3M 내지 약 5.5M, 약 3M 내지 약 6M, 약 3.5M 내지 약 4M, 약 3.5M 내지 약 4.5M, 약 3.5M 내지 약 5M, 약 3.5M 내지 약 5.5M, 약 3.5M 내지 약 6M, 약 4M 내지 약 4.5M, 약 4M 내지 약 5M, 약 4M 내지 약 5.5M, 약 4M 내지 약 6M, 약 4.5M 내지 약 5M, 약 4.5M 내지 약 5.5M, 약 4.5M 내지 약 6M, 약 5M 내지 약 5.5M, 약 5M 내지 약 6M, 또는 약 5.5M 내지 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 약 1M, 약 1.5M, 약 2M, 약 2.5M, 약 3M, 약 3.5M, 약 4M, 약 4.5M, 약 5M, 약 5.5M, 또는 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 적어도 약 1.5M, 약 2M, 약 2.5M, 약 3M, 약 3.5M, 약 4M, 약 4.5M, 약 5M, 약 5.5M, 또는 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 최대 약 1M, 약 1.5M, 약 2M, 약 2.5M, 약 3M, 약 3.5M, 약 4M, 약 4.5M, 약 5M, 또는 약 5.5M이다.
일부 실시형태에서, 전도성 폼은 약 1분 내지 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 적어도 약 1분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 최대 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 약 1분 내지 약 2분, 약 1분 내지 약 4분, 약 1분 내지 약 6분, 약 1분 내지 약 8분, 약 1분 내지 약 10분, 약 1분 내지 약 14분, 약 1분 내지 약 18분, 약 1분 내지 약 22분, 약 1분 내지 약 26분, 약 1분 내지 약 30분, 약 2분 내지 약 4분, 약 2분 내지 약 6분, 약 2분 내지 약 8분, 약 2분 내지 약 10분, 약 2분 내지 약 14분, 약 2분 내지 약 18분, 약 2분 내지 약 22분, 약 2분 내지 약 26분, 약 2분 내지 약 30분, 약 4분 내지 약 6분, 약 4분 내지 약 8분, 약 4분 내지 약 10분, 약 4분 내지 약 14분, 약 4분 내지 약 18분, 약 4분 내지 약 22분, 약 4분 내지 약 26분, 약 4분 내지 약 30분, 약 6분 내지 약 8분, 약 6분 내지 약 10분, 약 6분 내지 약 14분, 약 6분 내지 약 18분, 약 6분 내지 약 22분, 약 6분 내지 약 26분, 약 6분 내지 약 30분, 약 8분 내지 약 10분, 약 8분 내지 약 14분, 약 8분 내지 약 18분, 약 8분 내지 약 22분, 약 8분 내지 약 26분, 약 8분 내지 약 30분, 약 10분 내지 약 14분, 약 10분 내지 약 18분, 약 10분 내지 약 22분, 약 10분 내지 약 26분, 약 10분 내지 약 30분, 약 14분 내지 약 18분, 약 14분 내지 약 22분, 약 14분 내지 약 26분, 약 14분 내지 약 30분, 약 18분 내지 약 22분, 약 18분 내지 약 26분, 약 18분 내지 약 30분, 약 22분 내지 약 26분, 약 22분 내지 약 30분 또는 약 26분 내지 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 약 1분, 약 2분, 약 4분, 약 6분, 약 8분, 약 10분, 약 14분, 약 18분, 약 22분, 약 26분 또는 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 적어도 약 2분, 약 4분, 약 6분, 약 8분, 약 10분, 약 14분, 약 18분, 약 22분, 약 26분 또는 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 최대 약 1분, 약 2분, 약 4분, 약 6분, 약 8분, 약 10분, 약 14분, 약 18분, 약 22분 또는 약 26분의 일정 기간 동안 처리된다.
일부 실시형태에서, 전도성 폼은 탈이온수, 아세톤, 물, 또는 이들의 임의의 조합물에서 세척된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 탈이온수에서 세척된다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화알루미늄, 수산화암모늄, 수산화비소, 수산화바륨, 수산화베릴륨, 수산화비스무트(III), 수산화붕소, 수산화카드뮴, 수산화칼슘, 수산화세륨(III), 수산화세슘, 수산화크로뮴(II), 수산화크로뮴(III), 수산화크로뮴(V), 수산화크로뮴(VI), 수산화코발트(II), 수산화코발트(III), 수산화구리(I), 수산화구리(II), 수산화갈륨(II), 수산화갈륨(III), 수산화금(I), 수산화금(III), 수산화인듐(I), 수산화인듐(II), 수산화인듐(III), 수산화이리듐(III), 수산화철(II), 수산화철(III), 수산화란타넘, 수산화납(II), 수산화납(IV), 수산화리튬, 수산화마그네슘, 망간(II), 수산화망간(III), 수산화망간(IV), 수산화망간(VII), 수산화수은(I), 수산화수은(II), 수산화몰리브데넘, 수산화네오디뮴, 옥소-수산화니켈, 수산화니켈(II), 수산화니켈(III), 수산화나이오븀, 수산화오스뮴(IV), 수산화팔라듐(II), 수산화팔라듐(IV), 수산화백금(II), 수산화백금(IV), 수산화플루토늄(IV), 수산화칼륨 수산화라듐, 수산화루비듐, 수산화루테늄(III) 수산화스칸듐, 수산화규소, 수산화은, 수산화나트륨, 수산화스트론튬, 수산화탄탈럼(V), 수산화테크네튬(II), 수산화테트라메틸수산화암모늄, 수산화탈륨(I), 수산화탈륨(III), 수산화토륨, 수산화주석(II), 수산화주석(IV), 수산화티타늄(II), 수산화티타늄(III), 수산화티타늄(IV), 수산화텅스텐(II), 수산화우라닐, 바나듐(II), 수산화바나듐(III), 수산화바나듐(V), 수산화이터븀, 수산화이트륨, 수산화아연, 수산화지르코늄 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화팔라듐(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화팔라듐(IV)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II)를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노플레이크, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노파우더, 수산화물 나노 꽃, 수산화물 나노점, 수산화물 나노막대, 수산화물 나노체인, 수산화물 나노섬유, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노플라트렛, 수산화물 나노리본, 수산화물 나노링, 수산화물 나노시트, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노플레이크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(III) 나노시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II) 나노플레이크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 제2 집전 장치 상에 수산화물을 증착시키는 것은 전기화학적 증착, 전착 도장, 전기영동 증착, 마이크로웨이브 합성, 광열 증착, 열분해 레이저 증착, 열수 합성, 또는 이들의 임의의 조합물에 의해 제2 집전 장치 상에 수산화물을 증착시키는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전기화학적 증착은 순환 전압전류법을 포함한다. 일부 실시형태에서, 순환 전압전류법은 제2 집전 장치에 연속적 전위 주사를 적용하는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 제2 집전 장치에 연속적 전위 주사를 적용하는 것은 촉매에서 제2 집전 장치에 연속적 전위 주사를 적용하는 것을 포함한다.
일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 -2.4V 내지 약 -0.3V의 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 적어도 약 -2.4V의 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 최대 약 -0.3V의 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 -0.3V 내지 약 -0.5V, 약 -0.3V 내지 약 -0.9V, 약 -0.3V 내지 약 -1.1V, 약 -0.3V 내지 약 -1.3V, 약 -0.3V 내지 약 -1.5V, 약 -0.3V 내지 약 -1.7V, 약 -0.3V 내지 약 -1.9V, 약 -0.3V 내지 약 -2.1V, 약 -0.3V 내지 약 -2.3V, 약 -0.3V 내지 약 -2.4V, 약 -0.5V 내지 약 -0.9V, 약 -0.5V 내지 약 -1.1V, 약 -0.5V 내지 약 -1.3V, 약 -0.5V 내지 약 -1.5V, 약 -0.5V 내지 약 -1.7V, 약 -0.5V 내지 약 -1.9V, 약 -0.5V 내지 약 -2.1V, 약 -0.5V 내지 약 -2.3V, 약 -0.5V 내지 약 -2.4V, 약 -0.9V 내지 약 -1.1V, 약 -0.9V 내지 약 -1.3V, 약 -0.9V 내지 약 -1.5V, 약 -0.9V 내지 약 -1.7V, 약 -0.9V 내지 약 -1.9V, 약 -0.9V 내지 약 -2.1V, 약 -0.9V 내지 약 -2.3V, 약 -0.9V 내지 약 -2.4V, 약 -1.1V 내지 약 -1.3V, 약 -1.1V 내지 약 -1.5V, 약 -1.1V 내지 약 -1.7V, 약 -1.1V 내지 약 -1.9V, 약 -1.1V 내지 약 -2.1V, 약 -1.1V 내지 약 -2.3V, 약 -1.1V 내지 약 -2.4V, 약 -1.3V 내지 약 -1.5V, 약 -1.3V 내지 약 -1.7V, 약 -1.3V 내지 약 -1.9V, 약 -1.3V 내지 약 -2.1V, 약 -1.3V 내지 약 -2.3V, 약 -1.3V 내지 약 -2.4V, 약 -1.5V 내지 약 -1.7V, 약 -1.5V 내지 약 -1.9V, 약 -1.5V 내지 약 -2.1V, 약 -1.5V 내지 약 -2.3V, 약 -1.5V 내지 약 -2.4V, 약 -1.7V 내지 약 -1.9V, 약 -1.7V 내지 약 -2.1V, 약 -1.7V 내지 약 -2.3V, 약 -1.7V 내지 약 -2.4V, 약 -1.9V 내지 약 -2.1V, 약 -1.9V 내지 약 -2.3V, 약 -1.9V 내지 약 -2.4V, 약 -2.1V 내지 약 -2.3V, 약 -2.1V 내지 약 -2.4V, 또는 약 -2.3V 내지 약 -2.4V의 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 -0.3V, 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 약 -2.3V, 또는 약 -2.4V의 제2 집전 장치에 대한 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 적어도 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 약 -2.3V, 또는 약 -2.4V의 제2 집전 장치에 대한 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 최대 약 -0.3V, 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 또는 약 -2.1V, 약 -2.3V의 제2 집전 장치에 대한 전압에서 수행된다.
일부 실시형태에서, 약 50㎷/s 내지 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 적어도 약 50㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 최대 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 50㎷/s 내지 약 60㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 70㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 80㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 90㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 70㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 80㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 90㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 80㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 90㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 90㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 120㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 120㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 120㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 120㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 130㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 130㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 130㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 140㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 140㎷/s 내지 약 175㎷/s, 또는 약 160㎷/s 내지 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 50㎷/s, 약 60㎷/s, 약 70㎷/s, 약 80㎷/s, 약 90㎷/s, 약 100㎷/s, 약 110㎷/s, 약 120㎷/s, 약 130㎷/s, 약 140㎷/s, 약 160㎷/s, 또는 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 적어도 약 60㎷/s, 약 70㎷/s, 약 80㎷/s, 약 90㎷/s, 약 100㎷/s, 약 110㎷/s, 약 120㎷/s, 약 130㎷/s, 약 140㎷/s, 약 160㎷/s, 또는 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 최대 약 50㎷/s, 약 60㎷/s, 약 70㎷/s, 약 80㎷/s, 약 90㎷/s, 약 100㎷/s, 약 110㎷/s, 약 120㎷/s, 약 130㎷/s, 약 140㎷/s, 또는 약 160㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다.
일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 전극에 대해 약 50㎷/s 내지 약 175㎷/s의 스캔 속도로 약 -0.3V 내지 약 -2.4V의 전압을 적용하는 것을 포함한다.
일부 실시형태에서, 촉매는 아세트산니켈, 염화니켈, 황산니켈(II)암모늄 6수화물, 탄산니켈, 아세트산니켈(II), 아세트산니켈(II) 4수화물, 브로민화니켈(II) 2-메톡시에틸, 브로민화니켈(II), 브로민화니켈(II) 수화물, 브로민화니켈(II) 3수화물, 탄산니켈(II), 탄산니켈(II) 수산화물 4수화물, 염화니켈(II), 염화니켈(II) 6수화물, 염화니켈(II) 수화물, 사이클로헥산뷰티르산니켈(II), 플루오린화니켈(II), 헥사플루오로규산니켈(II) 6수화물, 수산화니켈(II), 수산화니켈(II) 아이오딘화물 무수물, 아이오딘화니켈(II), 질산니켈(II) 6수화물, 옥살산니켈(II) 2수화물, 과염소산니켈(II) 6수화물, 설팜산니켈(II) 4수화물, 황산니켈(II), 황산니켈(II) 7수화물, 파라과아이오딘산염 칼륨 니켈(IV), 테트라사이아노니켈산칼륨(II) 수화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 촉매는 탄산니켈을 포함한다. 일부 실시형태에서, 촉매는 질산니켈(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 촉매는 아세트산니켈을 포함한다.
일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 약 50mM 내지 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 적어도 약 50mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 최대 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 약 50mM 내지 약 60mM, 약 50mM 내지 약 70mM, 약 50mM 내지 약 80mM, 약 50mM 내지 약 90mM, 약 50mM 내지 약 100mM, 약 50mM 내지 약 120mM, 약 50mM 내지 약 140mM, 약 50mM 내지 약 160mM, 약 50mM 내지 약 180mM, 약 50mM 내지 약 200mM, 약 60mM 내지 약 70mM, 약 60mM 내지 약 80mM, 약 60mM 내지 약 90mM, 약 60mM 내지 약 100mM, 약 60mM 내지 약 120mM, 약 60mM 내지 약 140mM, 약 60mM 내지 약 160mM, 약 60mM 내지 약 180mM, 약 60mM 내지 약 200mM, 약 70mM 내지 약 80mM, 약 70mM 내지 약 90mM, 약 70mM 내지 약 100mM, 약 70mM 내지 약 120mM, 약 70mM 내지 약 140mM, 약 70mM 내지 약 160mM, 약 70mM 내지 약 180mM, 약 70mM 내지 약 200mM, 약 80mM 내지 약 90mM, 약 80mM 내지 약 100mM, 약 80mM 내지 약 120mM, 약 80mM 내지 약 140mM, 약 80mM 내지 약 160mM, 약 80mM 내지 약 180mM, 약 80mM 내지 약 200mM, 약 90mM 내지 약 100mM, 약 90mM 내지 약 120mM, 약 90mM 내지 약 140mM, 약 90mM 내지 약 160mM, 약 90mM 내지 약 180mM, 약 90mM 내지 약 200mM, 약 100mM 내지 약 120mM, 약 100mM 내지 약 140mM, 약 100mM 내지 약 160mM, 약 100mM 내지 약 180mM, 약 100mM 내지 약 200mM, 약 120mM 내지 약 140mM, 약 120mM 내지 약 160mM, 약 120mM 내지 약 180mM, 약 120mM 내지 약 200mM, 약 140mM 내지 약 160mM, 약 140mM 내지 약 180mM, 약 140mM 내지 약 200mM, 약 160mM 내지 약 180mM, 약 160mM 내지 약 200mM, 또는 약 180mM 내지 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 약 50mM, 약 60mM, 약 70mM, 약 80mM, 약 90mM, 약 100mM, 약 120mM, 약 140mM, 약 160mM, 약 180mM, 또는 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 적어도 약 60mM, 약 70mM, 약 80mM, 약 90mM, 약 100mM, 약 120mM, 약 140mM, 약 160mM, 약 180mM, 또는 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 최대 약 50mM, 약 60mM, 약 70mM, 약 80mM, 약 90mM, 약 100mM, 약 120mM, 약 140mM, 약 160mM, 또는 약 180mM이다.
일부 실시형태에서, 전기화학적 증착은 제2 집전 장치에 정전압을 적용하는 것을 포함한다.
일부 실시형태에서, 정전압은 약 -2.4V 내지 약 -0.3V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 적어도 약 -2.4V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 최대 약 -0.3V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 약 -0.3V 내지 약 -0.5V, 약 -0.3V 내지 약 -0.9V, 약 -0.3V 내지 약 -1.1V, 약 -0.3V 내지 약 -1.3V, 약 -0.3V 내지 약 -1.5V, 약 -0.3V 내지 약 -1.7V, 약 -0.3V 내지 약 -1.9V, 약 -0.3V 내지 약 -2.1V, 약 -0.3V 내지 약 -2.3V, 약 -0.3V 내지 약 -2.4V, 약 -0.5V 내지 약 -0.9V, 약 -0.5V 내지 약 -1.1V, 약 -0.5V 내지 약 -1.3V, 약 -0.5V 내지 약 -1.5V, 약 -0.5V 내지 약 -1.7V, 약 -0.5V 내지 약 -1.9V, 약 -0.5V 내지 약 -2.1V, 약 -0.5V 내지 약 -2.3V, 약 -0.5V 내지 약 -2.4V, 약 -0.9V 내지 약 -1.1V, 약 -0.9V 내지 약 -1.3V, 약 -0.9V 내지 약 -1.5V, 약 -0.9V 내지 약 -1.7V, 약 -0.9V 내지 약 -1.9V, 약 -0.9V 내지 약 -2.1V, 약 -0.9V 내지 약 -2.3V, 약 -0.9V 내지 약 -2.4V, 약 -1.1V 내지 약 -1.3V, 약 -1.1V 내지 약 -1.5V, 약 -1.1V 내지 약 -1.7V, 약 -1.1V 내지 약 -1.9V, 약 -1.1V 내지 약 -2.1V, 약 -1.1V 내지 약 -2.3V, 약 -1.1V 내지 약 -2.4V, 약 -1.3V 내지 약 -1.5V, 약 -1.3V 내지 약 -1.7V, 약 -1.3V 내지 약 -1.9V, 약 -1.3V 내지 약 -2.1V, 약 -1.3V 내지 약 -2.3V, 약 -1.3V 내지 약 -2.4V, 약 -1.5V 내지 약 -1.7V, 약 -1.5V 내지 약 -1.9V, 약 -1.5V 내지 약 -2.1V, 약 -1.5V 내지 약 -2.3V, 약 -1.5V 내지 약 -2.4V, 약 -1.7V 내지 약 -1.9V, 약 -1.7V 내지 약 -2.1V, 약 -1.7V 내지 약 -2.3V, 약 -1.7V 내지 약 -2.4V, 약 -1.9V 내지 약 -2.1V, 약 -1.9V 내지 약 -2.3V, 약 -1.9V 내지 약 -2.4V, 약 -2.1V 내지 약 -2.3V, 약 -2.1V 내지 약 -2.4V, 또는 약 -2.3V 내지 약 -2.4V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 약 -0.3V, 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 약 -2.3V, 또는 약 -2.4V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 적어도 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 약 -2.3V, 또는 약 -2.4V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 최대 약 -0.3V, 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 또는 약 -2.3V이다.
일부 실시형태에서, 열수 합성은 수용액에서 제2 집전 장치를 함침시키는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수용액아세트산은, 염화물, 질산염, 환원제 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 수용액아세트산은을 포함한다. 일부 실시형태에서, 아세트산염은 아세트산알루미늄, 아세토타르타르산알루미늄, 다이아세트산알루미늄, 설프아세트산알루미늄, 트라이아세트산알루미늄, 아세트산암모늄, 아세트산안티모니(III), 아세트산바륨, 염기성 아세트산베릴륨, 아세트산비스무트(III), 아세트산카드뮴, 아세트산세슘, 아세트산칼슘, 아세트산 칼슘 마그네슘, 카모스타트(camostat), 아세트산크로뮴 수산화물, 아세트산크로뮴(II), 브로민화클리디늄, 아세트산코발트(II), 아세트산구리(II), 데스-마틴 페리오디난(다이아세톡시아이오도) 벤젠, 철(II) 아세트산염, 철(III) 아세트산염, 아세트산납(II), 아세트산납(IV), 아세트산리튬, 아세트산마그네슘, 아세트산망간(II), 망간(III) 아세트산염, 아세트산수은(II), 아세트산메톡시에틸수은, 아세트산 몰리브데넘(II), 넥세리딘(nexeridine), 아세트산니켈(II), 아세트산팔라듐(II), 파리스 그린, 아세트산백금(II), 아세트산칼륨, 프로파니디드, 아세트산로듐(II), 사트라플라틴(satraplatin), 아세트산은, 아세트산나트륨, 클로로아세트산나트륨, 다이아세트산나트륨, 트라이아세톡시보로하이드라이드나트륨, 아세트산탈륨, 틸라퍼틴, 트라이암시놀론 헥사아세토나이드, 트라이에틸아세트산암모늄, 우라닐 아세트산염, 아세트산 우라닐 아연, 백금 촉매, 아세트산아연 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 수용액은 염화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 염화물은 삼염화알루미늄, 염화암모늄, 염화바륨, 염화바륨 2수화물, 염화칼슘, 염화칼슘 2수화물, 염화코발트(II) 6수화물, 염화코발트(III), 염화구리(II), 염화구리(II) 2수화물, 염화철(II), 염화철(III), 염화철(III) 6수화물, 염화납(II), 염화납(IV), 염화마그네슘, 염화마그네슘 6수화물, 염화망간(II) 4수화물, 염화망간(IV), 염화수은(I), 염화니켈(II) 6수화물, 염화니켈(III), 오염화인, 삼염화인, 염화칼륨, 염화은, 염화나트륨, 염화스트론튬, 육염화황, 염화주석(IV) 5수화물, 염화아연 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 수용액은 질산염을 포함한다. 일부 실시형태에서, 질산염은 질산알루미늄, 질산바륨, 질산베릴륨, 질산카드뮴, 질산칼슘, 질산세슘, 질산크로뮴, 질산코발트, 질산제2구리, 질산 다이사이클로헥실암모늄, 질산디디뮴, 질산에코나졸, 질산제2철, 질산갈륨, 질산구아니딘, 질산란타넘 6수화물, 질산납, 질산리튬, 질산마그네슘, 질산망간, 질산제2수은, 질산제1수은, 질산니켈, 아질산니켈, 아질산칼륨, 질산은, 질산나트륨, 질산스트론튬, 질산탈륨, 질산우라닐, 질산아연암모늄, 질산아연, 질산지르코늄 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 수용액은 환원제를 포함한다. 일부 실시형태에서, 환원제는 유레아, 시트르산, 아스코르브산, 하이드라진 수화물, 하이드로퀴논, 수소화붕소나트륨, 브로민화수소, 아이오딘화수소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서 열분해는 약 150℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 적어도 약 150℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 최대 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 약 150℃ 내지 약 200℃, 약 150℃ 내지 약 250℃, 약 150℃ 내지 약 300℃, 약 150℃ 내지 약 350℃, 약 150℃ 내지 약 400℃, 약 200℃ 내지 약 250℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 약 200℃ 내지 약 350℃, 약 200℃ 내지 약 400℃, 약 250℃ 내지 약 300℃, 약 250℃ 내지 약 350℃, 약 250℃ 내지 약 400℃, 약 300℃ 내지 약 350℃, 약 300℃ 내지 약 400℃, 또는 약 350℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 약 150℃, 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 약 350℃, 또는 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 적어도 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 약 350℃, 또는 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 최대 약 150℃, 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 또는 약 350℃의 온도에서 수행된다.
본 개시내용의 신규한 특징은 첨부하는 청구범위에서 상세하게 제시된다. 본 개시내용의 특징 및 이점의 더 양호한 이해는 본 개시내용의 원칙이 이용되는 예시적 실시형태를 제시하는 다음의 상세한 설명 및 수반하는 도면을 참고로 하여 얻을 것이다:
도 1은 예시적인 에너지 저장 디바이스의 개략적 다이어그램을 도시한 도면.
도 2A는 3차원 그래핀 에어로겔(3DGA)을 포함하는 예시적인 제1 전극의 주사 전자 현미경 영상을 도시한 도면.
도 2B는 이중층 수산화물(LDH)을 포함하는 예시적인 제1 전극의 주사 전자 현미경 영상을 도시한 도면.
도 3은 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 에너지-분산 X-선(EDS) 스펙트럼을 도시한 도면.
도 4A는 그래핀 산화물(GO)을 포함하는 예시적인 제1 전극 및 3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 X-선 광전자 스펙트럼(XPS)을 도시한 도면.
도 4B는 Zn-Fe LDH를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 XPS 그래프를 도시한 도면.
도 5A는 GO를 포함하는 예시적인 제1 전극의 C1s XPS 그래프를 도시한 도면.
도 5B는 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 C1s XPS 그래프를 도시한 도면.
도 5C는 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 Zn2p XPS 그래프를 도시한 도면.
도 5D는 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 Fe2p XPS 그래프를 도시한 도면.
도 6은 GO, 3DGA 및 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 라만 스펙트럼을 도시한 도면.
도 7은 3.0M KOH 전해질에서 20㎷/s의 스캔 속도로 기록된, 3DGA의 6가지 농도로 3DGA, Zn-Fe LDH 및 Zn-Fe LDH를 포함하는 예시적인 제1 전극의 순환 전압전류법(CV) 그래프를 도시한 도면.
도 8은 20㎷/s의 스캔 속도로 ZnO-포화 KOH 용액에서, Zn-Fe LDH를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 CV 그래프를 도시한 도면.
도 9는 ZnO-포화 KOH 용액에서 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 상이한 스캔 속도에서의 CV 그래프를 도시한 도면.
도 10은 아연 대 철 질량비가 1:3이고, Zn-Fe 대 GO 질량비는 1:1인 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 상이한 스캔 속도에서의 CV 그래프를 도시한 도면.
도 11은 아연 대 철 질량비가 1:3이고 Zn-Fe 대 GO 질량비가 1:1인, Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 스캔 속도 및 활성 물질 비용량을 비교하는 그래프를 도시한 도면.
도 12는 상이한 스캔 속도로 3.0M KOH 중의 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제2 전극을 포함하는 3E 전지의 CV 그래프를 도시한 도면.
도 13은 상이한 전류 밀도로 KOH 중의 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제2 전극을 포함하는 3E 전지의 충전-방전 그래프를 도시한 도면.
도 14A는 3E 전지 에너지 저장 디바이스에서 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제2 전극의 CV 그래프를 도시한 도면.
도 14B는 10㎷/s의 스캔 속도로 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 ZnO-포화 KOH 용액 중의 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제2 전극을 포함하는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 CV 그래프를 도시한 도면.
도 15A는 1C 내지 4C의 방전율에서 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 ZnO-포화 KOH 전해질 중의 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제1 전극을 포함하는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 갈바닉 충전/방전(galvanic charge/discharge: GCD) 그래프를 도시한 도면.
도 15B는 10C 내지 80C의 방전율로 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 ZnO-포화 KOH 전해질 중의 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제1 전극을 포함하는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 GCD 그래프를 도시한 도면.
도 15C는 100C 내지 200C의 방전율로 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 ZnO-포화 KOH 전해질 중의 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제1 전극을 포함하는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 GCD 그래프를 도시한 도면.
도 15D는 1C 내지 200C의 방전율로 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 ZnO-포화 KOH 전해질 중의 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제1 전극을 포함하는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 GCD 그래프를 도시한 도면.
도 16은 본 개시내용의 예시적인 에너지 저장 디바이스에 대한 방전율과 방전 용량 간의 관계를 나타내는 그래프를 도시한 도면.
도 17은 본 개시내용의 예시적인 에너지 저장 디바이스의 나이퀴스트(Nyquist) 플롯을 도시한 도면.
도 18A는 예시적인 제2 전극의 나이퀴스트 플롯을 도시한 도면.
도 18B는 예시적인 제2 전극의 고주파 임피던스 스펙트럼을 도시한 도면.
도 19는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 실험 전기화학적 임피던스 분광학(electrochemical impedance spectroscopy: EIS) 측정에 적합화된 등가 회로를 도시한 도면.
도 20A는 본 에너지 저장 디바이스의 용량 및 동작 전압을 본 개시내용의 예시적인 에너지 저장 디바이스와 비교하는 그래프를 도시한 도면.
도 20B는 본 에너지 저장 디바이스의 중량측정 에너지 밀도 및 체적측정 에너지 밀도를 본 개시내용의 예시적인 에너지 저장 디바이스와 비교하는 그래프를 도시한 도면.
도 20C는 본 에너지 저장 디바이스의 에너지 밀도 및 출력 밀도를 본 개시내용의 예시적인 에너지 저장 디바이스와 비교하는 그래프를 도시한 도면.
리튬 이온 배터리는 이들의 휴대성, 높은 에너지 밀도 및 낮은 자기 방전 때문에 전자공학에서 에너지 저장 디바이스로서 널리 사용된다. 불행하게도, 본 리튬 이온 배터리 기술은 2016년 9월에 삼성(Samsung)의 갤럭시노트 7(Galaxy Note 7)의 리콜을 촉발시킨 배터리 화재와 같은 안전성 문제를 나타낸다. 추가적으로, 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 나타내지만, 이러한 디바이스는 종종 전형적으로 3㎾/㎏ 미만의 낮은 출력 밀도를 나타내며, 이러한 에너지 저장 디바이스에 대한 재충전 시간은 대략 몇 시간이다.
이렇게 해서, 가벼운 중량이고, 구조적으로 가요성이며, 높은 출력 밀도, 높은 에너지 밀도 및 연장된 주기의 수명을 나타내는, 안전하고 강력한 에너지 저장 디바이스에 대한 오래된 생각과 충족되지 않은 필요가 있다. 또한, 단시간에 다량의 에너지를 저장하도록 배치되고, 전자 디바이스에서 사용하기 위한 에너지를 서서히 그리고 제어 가능하게 방출하는 전극 및 전해질 물질에 대한 현재의 충족되지 않은 필요가 있다.
제1 전극
본 명세서의 특정 실시형태에서, 이중층 수산화물, 전도성 스캐폴드, 및 제1 집전 장치를 포함하는 제1 전극이 기재된다.
일부 실시형태에서, 이중층 수산화물은 금속성 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물, 알루미늄-철 이중층 수산화물, 크로뮴-철 이중층 수산화물, 인듐-철 이중층 수산화물, 망간-철 이중층 수산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 망간-철 이중층 수산화물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1 내지 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 적어도 약 1:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 최대 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1 내지 약 1.5:1, 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 2.5:1, 약 1:1 내지 약 3:1, 약 1:1 내지 약 3.5:1, 약 1:1 내지 약 4:1, 약 1:1 내지 약 4.5:1, 약 1:1 내지 약 5:1, 약 1:1 내지 약 5.5:1, 약 1:1 내지 약 6:1, 약 1.5:1 내지 약 2:1, 약 1.5:1 내지 약 2.5:1, 약 1.5:1 내지 약 3:1, 약 1.5:1 내지 약 3.5:1, 약 1.5:1 내지 약 4:1, 약 1.5:1 내지 약 4.5:1, 약 1.5:1 내지 약 5:1, 약 1.5:1 내지 약 5.5:1, 약 1.5:1 내지 약 6:1, 약 2:1 내지 약 2.5:1, 약 2:1 내지 약 3:1, 약 2:1 내지 약 3.5:1, 약 2:1 내지 약 4:1, 약 2:1 내지 약 4.5:1, 약 2:1 내지 약 5:1, 약 2:1 내지 약 5.5:1, 약 2:1 내지 약 6:1, 약 2.5:1 내지 약 3:1, 약 2.5:1 내지 약 3.5:1, 약 2.5:1 내지 약 4:1, 약 2.5:1 내지 약 4.5:1, 약 2.5:1 내지 약 5:1, 약 2.5:1 내지 약 5.5:1, 약 2.5:1 내지 약 6:1, 약 3:1 내지 약 3.5:1, 약 3:1 내지 약 4:1, 약 3:1 내지 약 4.5:1, 약 3:1 내지 약 5:1, 약 3:1 내지 약 5.5:1, 약 3:1 내지 약 6:1, 약 3.5:1 내지 약 4:1, 약 3.5:1 내지 약 4.5:1, 약 3.5:1 내지 약 5:1, 약 3.5:1 내지 약 5.5:1, 약 3.5:1 내지 약 6:1, 약 4:1 내지 약 4.5:1, 약 4:1 내지 약 5:1, 약 4:1 내지 약 5.5:1, 약 4:1 내지 약 6:1, 약 4.5:1 내지 약 5:1, 약 4.5:1 내지 약 5.5:1, 약 4.5:1 내지 약 6:1, 약 5:1 내지 약 5.5:1, 약 5:1 내지 약 6:1, 또는 약 5.5:1 내지 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1, 약 1.5:1, 약 2:1, 약 2.5:1, 약 3:1, 약 3.5:1, 약 4:1, 약 4.5:1, 약 5:1, 약 5.5:1, 또는 약 6:1이다.
일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼, 전도성 에어로겔, 금속성 이오노겔, 탄소 나노튜브, 탄소 나노시트, 활성탄, 탄소 직물, 카본 블랙 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 3차원(3D) 스캐폴드를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 탄소 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 에어로겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 에어로겔은 탄소 에어로겔, 그래핀 에어로겔, 그래파이트 에어로겔, 탄소 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 3D 전도성 에어로겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 3D 전도성 에어로겔은 3D 탄소 에어로겔, 3D 그래핀 에어로겔, 3D 그래파이트 에어로겔, 3D 탄소 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 금속성 이오노겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이오노겔은 탄소 이오노겔, 그래핀 이오노겔, 그래파이트 이오노겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 금속을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속은 알루미늄, 구리, 탄소, 철, 은, 금, 팔라듐, 백금, 이리듐, 백금 이리듐 합금, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 탄탈럼, 타이타늄, 텅스텐, 폴리실리콘, 인듐 주석 산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 중합체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리플루오렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리페닐렌, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 폴리피렌 폴리아줄렌, 폴리나프탈렌, 폴리카바졸, 폴리인돌, 폴리아제핀, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌 설파이드), 폴리(아세틸렌, 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 세라믹을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 세라믹은 티탄산지르코늄바륨, 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산마그네슘, 티탄산칼슘마그네슘, 티탄산아연, 티탄산란타넘, 티탄산 네오디뮴, 지르콘산바륨, 지르콘산칼슘, 나이오븀산납마그네슘, 나이오븀산납아연, 나이오븀산리튬, 주석산바륨, 주석산칼슘, 규산마그네슘알루미늄, 규산마그네슘, 탄탈산바륨, 이산화타이타늄, 산화나이오븀, 지르코니아, 실리카, 사파이어, 산화베릴륨, 티탄산지르코늄주석 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 둘 이상의 물질 또는 원소의 합금으로 구성된다.
일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1 내지 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 적어도 약 0.2:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 최대 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1 내지 약 0.4:1, 약 0.2:1 내지 약 0.6:1, 약 0.2:1 내지 약 0.8:1, 약 0.2:1 내지 약 1:1, 약 0.2:1 내지 약 1.2:1, 약 0.2:1 내지 약 1.4:1, 약 0.2:1 내지 약 1.6:1, 약 0.2:1 내지 약 1.8:1, 약 0.2:1 내지 약 2:1, 약 0.2:1 내지 약 2.2:1, 약 0.2:1 내지 약 2.4:1, 약 0.4:1 내지 약 0.6:1, 약 0.4:1 내지 약 0.8:1, 약 0.4:1 내지 약 1:1, 약 0.4:1 내지 약 1.2:1, 약 0.4:1 내지 약 1.4:1, 약 0.4:1 내지 약 1.6:1, 약 0.4:1 내지 약 1.8:1, 약 0.4:1 내지 약 2:1, 약 0.4:1 내지 약 2.2:1, 약 0.4:1 내지 약 2.4:1, 약 0.6:1 내지 약 0.8:1, 약 0.6:1 내지 약 1:1, 약 0.6:1 내지 약 1.2:1, 약 0.6:1 내지 약 1.4:1, 약 0.6:1 내지 약 1.6:1, 약 0.6:1 내지 약 1.8:1, 약 0.6:1 내지 약 2:1, 약 0.6:1 내지 약 2.2:1, 약 0.6:1 내지 약 2.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1:1, 약 0.8:1 내지 약 1.2:1, 약 0.8:1 내지 약 1.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1.6:1, 약 0.8:1 내지 약 1.8:1, 약 0.8:1 내지 약 2:1, 약 0.8:1 내지 약 2.2:1, 약 0.8:1 내지 약 2.4:1, 약 1:1 내지 약 1.2:1, 약 1:1 내지 약 1.4:1, 약 1:1 내지 약 1.6:1, 약 1:1 내지 약 1.8:1, 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 2.2:1, 약 1:1 내지 약 2.4:1, 약 1.2:1 내지 약 1.4:1, 약 1.2:1 내지 약 1.6:1, 약 1.2:1 내지 약 1.8:1, 약 1.2:1 내지 약 2:1, 약 1.2:1 내지 약 2.2:1, 약 1.2:1 내지 약 2.4:1, 약 1.4:1 내지 약 1.6:1, 약 1.4:1 내지 약 1.8:1, 약 1.4:1 내지 약 2:1, 약 1.4:1 내지 약 2.2:1, 약 1.4:1 내지 약 2.4:1, 약 1.6:1 내지 약 1.8:1, 약 1.6:1 내지 약 2:1, 약 1.6:1 내지 약 2.2:1, 약 1.6:1 내지 약 2.4:1, 약 1.8:1 내지 약 2:1, 약 1.8:1 내지 약 2.2:1, 약 1.8:1 내지 약 2.4:1, 약 2:1 내지 약 2.2:1, 약 2:1 내지 약 2.4:1, 또는 약 2.2:1 내지 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1, 약 0.4:1, 약 0.6:1, 약 0.8:1, 약 1:1, 약 1.2:1, 약 1.4:1, 약 1.6:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 2.2:1, 또는 약 2.4:1이다.
일부 실시형태에서, 제1 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 전도성 폼은 폼 체적의 대부분을 포함하는 기체가 채워진 기공을 갖는 고체 금속으로 이루어진 전지 구조이다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 밀폐형 셀(closed-cell) 폼을 포함하되, 기공은 밀봉된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 개방형 셀(opened-cell) 폼을 포함하되, 기공은 개방된다.
일부 실시형태에서, 에어로겔은 겔로부터 유래된 합성, 다공성, 초경량 물질이며, 이때 겔의 액체 성분은 기체로 대체되어 저밀도 물질을 형성한다. 일부 실시형태에서, 이오노겔은 액상 내에서 고체 상호연결 네트워크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 이오노겔은 기질 내에 고정된 이온 전도성 액체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 기질은 중합체 기질이다.
일부 실시형태에서, 탄소 나노튜브는 원통형 나노구조를 갖는 탄소의 동소체이다. 일부 실시형태에서, 탄소 나노시트는 2차원 나노구조를 갖는 탄소의 동소체이다. 일부 실시형태에서, 탄소 나노시트는 그래핀을 포함한다. 일부 실시형태에서, 활성숯으로도 불리는 활성탄은 높은 표면적과 함께 작고, 낮은 체적의 기공을 갖는 탄소 형태를 포함한다. 일부 실시형태에서, 카본 블랙은 높은 표면적 대 체적비를 갖는 파라결정질(paracrystalline) 탄소의 형태이다.
일부 실시형태에서, 제1 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 집전 장치는 전극 내 활성 물질을 따라서 전도성 경로를 제공하는 전도성 물질의 그리드 또는 시트이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 적어도 약 500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 최대 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 750F/g, 약 500F/g 내지 약 1,000F/g, 약 500F/g 내지 약 1,250F/g, 약 500F/g 내지 약 1,500F/g, 약 500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,000F/g, 약 750F/g 내지 약 1,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,750F/g, 약 750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,250F/g, 또는 약 2,000F/g 내지 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g, 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 또는 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 1,150F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 적어도 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g 또는 약 2,250F/g이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 30mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 최대 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 또는 약 110mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다.
3차원 그래핀 에어로겔(3DGA)을 포함하는 예시적인 전극 및 이중층 수산화물을 포함하는 예시적인 전극의 주사 전자 현미경 이미지를 각각 도 2A 및 도 2B에 나타낸다. Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 구성요소 성분은 도 3의 에너지-분산 X-선(EDS) 스펙트럼 및 이하의 표 1에서의 정량적 결과에 나타낸다.
Figure pct00001
일부 실시형태에서, 제1 전극은 그래핀 산화물(GO)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 3DGA를 포함한다. 도 4A는 GO를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극을 특성규명하는 X-선 광전자 스펙트럼(XPS) 그래프이다. GO를 포함하는 예시적인 제1 전극은 도 5A에 따른 C1s XPS 그래프에서 추가로 특성규명된다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 Zn-Fe LDH를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함한다. 도 4B는 Zn-Fe 이중층 수산화물(LDH)을 포함하는 예시적인 제1 전극 및 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극을 특성규명하는 XPS 그래프이다. Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극은 도 5B에 따른 C1s XPS 그래프, 도 5C에 따른 Zn2p XPS 그래프 및 도 5D에 따른 Fe 2p XPS 그래프에서 추가로 특성규명된다.
도 6은 GO, 3DGA 및 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 라만 스펙트럼을 도시한 도면.
20㎷/s의 스캔 속도로 그리고 3.0M KOH 전해질에서 3DGA, Zn-Fe LDH 및 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 성능에 대한 3DGA 농도의 효과를 도 7에 따른 CV 그래프에 나타낸다. 도 7 및 이하의 표 2에 따른, 샘플 I 내지 VI로 표지한 예시적인 Zn-Fe LDH/3DGA 제1 전극 중 여섯은 각각 3:1의 Zn 대 Fe 비, 및 2:5 내지 7:5의 3DGA의 6가지 다른 농도를 포함한다. 나타낸 바와 같이, Zn-Fe 대 GO 비가 1:1인 예시적인 Zn-Fe LDH/3DGA - IV 샘플 전극은 예시적인 샘플에서 중에서 약 160mAh/g의 가장 높은 용량을 나타낸다.
Figure pct00002
도 8은 20㎷/s의 스캔 속도로 ZnO-포화 KOH 용액 중의 Zn-Fe LDH를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 CV 그래프를 도시한 도면. 도 9는 ZnO-포화 KOH 용액 중에서 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 상이한 스캔 속도에서의 CV 그래프를 도시한 도면.
최종적으로, 아연 대 철 질량비가 1:3이고, Zn-Fe 대 GO 질량비가 1:1인 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극의 성능은 도 10에서 CV 그래프에 따른 상이한 스캔 속도를 나타낸다. 또한, 예시적인 전극의 스캔 속도와 활성 물질 비용량 간의 관계를 도 11에 나타내어, 스캔 속도가 0㎷/s로부터 200㎷/s까지 증가함에 따라 전극은 약 70%의 용량 보유를 유지한다.
제2 전극
본 명세서의 특정 실시형태에서, 수산화물 및 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극이 기재된다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화알루미늄, 수산화암모늄, 수산화비소, 수산화바륨, 수산화베릴륨, 수산화비스무트(III), 수산화붕소, 수산화카드뮴, 수산화칼슘, 수산화세륨(III), 수산화세슘, 수산화크로뮴(II), 수산화크로뮴(III), 수산화크로뮴(V), 수산화크로뮴(VI), 수산화코발트(II), 수산화코발트(III), 수산화구리(I), 수산화구리(II), 수산화갈륨(II), 수산화갈륨(III), 수산화금(I), 수산화금(III), 수산화인듐(I), 수산화인듐(II), 수산화인듐(III), 수산화이리듐(III), 수산화철(II), 수산화철(III), 수산화란타넘, 수산화납(II), 수산화납(IV), 수산화리튬, 수산화마그네슘, 망간(II), 수산화망간(III), 수산화망간(IV), 수산화망간(VII), 수산화수은(I), 수산화수은(II), 수산화몰리브데넘, 수산화네오디뮴, 옥소-수산화니켈, 수산화니켈(II), 수산화니켈(III), 수산화나이오븀, 수산화오스뮴(IV), 수산화팔라듐(II), 수산화팔라듐(IV), 수산화백금(II), 수산화백금(IV), 수산화플루토늄(IV), 수산화칼륨 수산화라듐, 수산화루비듐, 수산화루테늄(III) 수산화스칸듐, 수산화규소, 수산화은, 수산화나트륨, 수산화스트론튬, 수산화탄탈럼(V), 수산화테크네튬(II), 수산화테트라메틸수산화암모늄, 수산화탈륨(I), 수산화탈륨(III), 수산화토륨, 수산화주석(II), 수산화주석(IV), 수산화티타늄(II), 수산화티타늄(III), 수산화티타늄(IV), 수산화텅스텐(II), 수산화우라닐, 바나듐(II), 수산화바나듐(III), 수산화바나듐(V), 수산화이터븀, 수산화이트륨, 수산화아연, 수산화지르코늄을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노플레이크, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노파우더, 수산화물 나노 꽃, 수산화물 나노점, 수산화물 나노막대, 수산화물 나노체인, 수산화물 나노섬유, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노플라트렛, 수산화물 나노리본, 수산화물 나노링, 수산화물 나노시트, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(II)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(III)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III)을 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(III) 나노시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II) 나노플레이크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 제2 집전 장치 상에 증착된다.
일부 실시형태에서, 제2 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 적어도 약 500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 최대 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 750F/g, 약 500F/g 내지 약 1,000F/g, 약 500F/g 내지 약 1,250F/g, 약 500F/g 내지 약 1,500F/g, 약 500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 500F/g 내지 약 2,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,000F/g, 약 750F/g 내지 약 1,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,750F/g, 약 750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 750F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,500F/g, 약 2,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 2,000F/g 내지 약 2,500F/g, 또는 약 2,250F/g 내지 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g, 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 2,250F/g, 또는 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 적어도 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 2,250F/g, 또는 약 2,500F/g이다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 30mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 최대 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 또는 약 110mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 Ni(OH)2를 포함한다. 3E 전지 내 Ni(OH)2 및 3.0M KOH를 포함하는 예시적인 제2 전극의 성능 특징을 상이한 전류 밀도에서 도 12의 CV 그래프에 따라 그리고 도 13의 충전 방전 그래프에 따라, 상이한 스캔 속도로 나타낸다. 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 제2 전극에 대한 전위 대 시간 곡선의 방전 부분은 균일하게 그리고 점진적으로 방전시킨다.
에너지 저장 디바이스
본 명세서에서 도 1에 따르면 제1 전극(101), 제2 전극(102), 세퍼레이터(107) 및 전해질(108)을 포함하는 에너지 저장 디바이스가 제공된다. 일부 실시형태에서, 제1 전극(101)은 이중층 수산화물(104), 전도성 스캐폴드(105) 및 제1 집전 장치(103)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 제2 전극(102)은 수산화물(110) 및 제2 집전 장치(111)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전해질(108)은 염기 및 전도성 첨가제(109)를 포함한다.
일부 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 디바이스 화학, 활성 물질 및 전해질의 특정 조합은 높은 전압에서 동작하고 하나의 다바이스에서 배터리의 용량과 슈퍼 커패시터의 전력 성능을 둘 다 나타내는 에너지 저장 디바이스를 형성한다. 일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 전통적인 리튬 이온 배터리보다 더 많은 전하를 저장한다.
일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 다수의 다른 에너지 저장 디바이스를 생산하는 데 필수적인 비용이 드는 "건조실"에 대한 필요 없이 공기 중에서 조립된다. 일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 토류-풍부(earth-abundant) 원소, 예컨대, 이하로 제한되는 것은 아니지만, 니켈, 아연, 철 및 탄소로부터 주로 형성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 이온 흡착과 함께 산화환원 반응 둘 다를 통해 에너지를 저장한다. 산화환원 반응은 원자의 산화 상태가 화학적종 간의 전자 전달에 의해 변화되는 화학적 반응이다. 전기흡착 또는 개재(intercalation)로도 알려진 이온 흡착은 가역적 패러데이 전하-이동(faradaic charge-transfer)을 초래하는 전극의 입자간 기공을 통한 이동을 포함한다. 이온 흡착과 함께 산화환원 반응 둘 다를 통해 에너지를 저장하는 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스의 능력은 빠른 충전율, 정지 방전율(steady discharge rate), 고출력 및 에너지 밀도, 및 고용량을 가능하게 한다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 이중층 수산화물, 전도성 스캐폴드, 및 제1 집전 장치를 포함한다.
일부 실시형태에서, 이중층 수산화물은 금속성 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물, 알루미늄-철 이중층 수산화물, 크로뮴-철 이중층 수산화물, 인듐-철 이중층 수산화물, 망간-철 이중층 수산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 망간-철 이중층 수산화물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 금속성 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1 내지 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 적어도 약 1:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 최대 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1 내지 약 1.5:1, 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 2.5:1, 약 1:1 내지 약 3:1, 약 1:1 내지 약 3.5:1, 약 1:1 내지 약 4:1, 약 1:1 내지 약 4.5:1, 약 1:1 내지 약 5:1, 약 1:1 내지 약 5.5:1, 약 1:1 내지 약 6:1, 약 1.5:1 내지 약 2:1, 약 1.5:1 내지 약 2.5:1, 약 1.5:1 내지 약 3:1, 약 1.5:1 내지 약 3.5:1, 약 1.5:1 내지 약 4:1, 약 1.5:1 내지 약 4.5:1, 약 1.5:1 내지 약 5:1, 약 1.5:1 내지 약 5.5:1, 약 1.5:1 내지 약 6:1, 약 2:1 내지 약 2.5:1, 약 2:1 내지 약 3:1, 약 2:1 내지 약 3.5:1, 약 2:1 내지 약 4:1, 약 2:1 내지 약 4.5:1, 약 2:1 내지 약 5:1, 약 2:1 내지 약 5.5:1, 약 2:1 내지 약 6:1, 약 2.5:1 내지 약 3:1, 약 2.5:1 내지 약 3.5:1, 약 2.5:1 내지 약 4:1, 약 2.5:1 내지 약 4.5:1, 약 2.5:1 내지 약 5:1, 약 2.5:1 내지 약 5.5:1, 약 2.5:1 내지 약 6:1, 약 3:1 내지 약 3.5:1, 약 3:1 내지 약 4:1, 약 3:1 내지 약 4.5:1, 약 3:1 내지 약 5:1, 약 3:1 내지 약 5.5:1, 약 3:1 내지 약 6:1, 약 3.5:1 내지 약 4:1, 약 3.5:1 내지 약 4.5:1, 약 3.5:1 내지 약 5:1, 약 3.5:1 내지 약 5.5:1, 약 3.5:1 내지 약 6:1, 약 4:1 내지 약 4.5:1, 약 4:1 내지 약 5:1, 약 4:1 내지 약 5.5:1, 약 4:1 내지 약 6:1, 약 4.5:1 내지 약 5:1, 약 4.5:1 내지 약 5.5:1, 약 4.5:1 내지 약 6:1, 약 5:1 내지 약 5.5:1, 약 5:1 내지 약 6:1, 또는 약 5.5:1 내지 약 6:1이다. 일부 실시형태에서, 아연과 철 사이의 비는 약 1:1, 약 1.5:1, 약 2:1, 약 2.5:1, 약 3:1, 약 3.5:1, 약 4:1, 약 4.5:1, 약 5:1, 약 5.5:1, 또는 약 6:1이다.
일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼, 전도성 에어로겔, 금속성 이오노겔, 탄소 나노튜브, 탄소 나노시트, 활성탄, 탄소 직물, 카본 블랙 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 3D 스캐폴드를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 탄소 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 에어로겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 에어로겔은 탄소 에어로겔, 그래핀 에어로겔, 그래파이트 에어로겔, 탄소 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 3D 전도성 에어로겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 3D 전도성 에어로겔은 3D 탄소 에어로겔, 3D 그래핀 에어로겔, 3D 그래파이트 에어로겔, 3D 탄소 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 금속성 이오노겔을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속성 이오노겔은 탄소 이오노겔, 그래핀 이오노겔, 그래파이트 이오노겔을 포함하고, 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 금속을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속은 알루미늄, 구리, 탄소, 철, 은, 금, 팔라듐, 백금, 이리듐, 백금 이리듐 합금, 루테늄, 로듐, 오스뮴, 탄탈럼, 타이타늄, 텅스텐, 폴리실리콘, 인듐 주석 산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 중합체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 중합체는 트랜스-폴리아세틸렌, 폴리플루오렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리페닐렌, 폴리아닐린, 폴리(p-페닐렌 비닐렌), 폴리피렌 폴리아줄렌, 폴리나프탈렌, 폴리카바졸, 폴리인돌, 폴리아제핀, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌 설파이드), 폴리(아세틸렌, 폴리(p-페닐렌 비닐렌) 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 전도성 세라믹. 일부 실시형태에서, 전도성 세라믹은 티탄산지르코늄바륨, 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산마그네슘, 티탄산칼슘마그네슘, 티탄산아연, 티탄산란타넘, 티탄산 네오디뮴, 지르콘산바륨, 지르콘산칼슘, 나이오븀산납마그네슘, 나이오븀산납아연, 나이오븀산리튬, 주석산바륨, 주석산칼슘, 규산마그네슘알루미늄, 규산마그네슘, 탄탈산바륨, 이산화타이타늄, 산화나이오븀, 지르코니아, 실리카, 사파이어, 산화베릴륨, 티탄산지르코늄주석 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 스캐폴드는 둘 이상의 물질 또는 원소의 합금으로 구성된다.
일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1 내지 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 적어도 약 0.2:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 최대 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1 내지 약 0.4:1, 약 0.2:1 내지 약 0.6:1, 약 0.2:1 내지 약 0.8:1, 약 0.2:1 내지 약 1:1, 약 0.2:1 내지 약 1.2:1, 약 0.2:1 내지 약 1.4:1, 약 0.2:1 내지 약 1.6:1, 약 0.2:1 내지 약 1.8:1, 약 0.2:1 내지 약 2:1, 약 0.2:1 내지 약 2.2:1, 약 0.2:1 내지 약 2.4:1, 약 0.4:1 내지 약 0.6:1, 약 0.4:1 내지 약 0.8:1, 약 0.4:1 내지 약 1:1, 약 0.4:1 내지 약 1.2:1, 약 0.4:1 내지 약 1.4:1, 약 0.4:1 내지 약 1.6:1, 약 0.4:1 내지 약 1.8:1, 약 0.4:1 내지 약 2:1, 약 0.4:1 내지 약 2.2:1, 약 0.4:1 내지 약 2.4:1, 약 0.6:1 내지 약 0.8:1, 약 0.6:1 내지 약 1:1, 약 0.6:1 내지 약 1.2:1, 약 0.6:1 내지 약 1.4:1, 약 0.6:1 내지 약 1.6:1, 약 0.6:1 내지 약 1.8:1, 약 0.6:1 내지 약 2:1, 약 0.6:1 내지 약 2.2:1, 약 0.6:1 내지 약 2.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1:1, 약 0.8:1 내지 약 1.2:1, 약 0.8:1 내지 약 1.4:1, 약 0.8:1 내지 약 1.6:1, 약 0.8:1 내지 약 1.8:1, 약 0.8:1 내지 약 2:1, 약 0.8:1 내지 약 2.2:1, 약 0.8:1 내지 약 2.4:1, 약 1:1 내지 약 1.2:1, 약 1:1 내지 약 1.4:1, 약 1:1 내지 약 1.6:1, 약 1:1 내지 약 1.8:1, 약 1:1 내지 약 2:1, 약 1:1 내지 약 2.2:1, 약 1:1 내지 약 2.4:1, 약 1.2:1 내지 약 1.4:1, 약 1.2:1 내지 약 1.6:1, 약 1.2:1 내지 약 1.8:1, 약 1.2:1 내지 약 2:1, 약 1.2:1 내지 약 2.2:1, 약 1.2:1 내지 약 2.4:1, 약 1.4:1 내지 약 1.6:1, 약 1.4:1 내지 약 1.8:1, 약 1.4:1 내지 약 2:1, 약 1.4:1 내지 약 2.2:1, 약 1.4:1 내지 약 2.4:1, 약 1.6:1 내지 약 1.8:1, 약 1.6:1 내지 약 2:1, 약 1.6:1 내지 약 2.2:1, 약 1.6:1 내지 약 2.4:1, 약 1.8:1 내지 약 2:1, 약 1.8:1 내지 약 2.2:1, 약 1.8:1 내지 약 2.4:1, 약 2:1 내지 약 2.2:1, 약 2:1 내지 약 2.4:1, 또는 약 2.2:1 내지 약 2.4:1이다. 일부 실시형태에서, 이중층 수산화물과 전도성 스캐폴드 간의 질량비는 약 0.2:1, 약 0.4:1, 약 0.6:1, 약 0.8:1, 약 1:1, 약 1.2:1, 약 1.4:1, 약 1.6:1, 약 1.8:1, 약 2:1, 약 2.2:1, 또는 약 2.4:1이다.
일부 실시형태에서, 제1 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼. 일부 실시형태에서, 집전 장치는 전극 내 활성 물질을 따라서 전도성 경로를 제공하는 전도성 물질의 그리드 또는 시트이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 적어도 약 500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 최대 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 750F/g, 약 500F/g 내지 약 1,000F/g, 약 500F/g 내지 약 1,250F/g, 약 500F/g 내지 약 1,500F/g, 약 500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,000F/g, 약 750F/g 내지 약 1,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,750F/g, 약 750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,250F/g, 또는 약 2,000F/g 내지 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 500F/g, 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 또는 약 2,250F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 약 1,150F/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 전기용량이 적어도 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g 또는 약 2,250F/g이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 30mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 최대 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 또는 약 110mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 수산화물 및 제2 집전 장치를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화알루미늄, 수산화암모늄, 수산화비소, 수산화바륨, 수산화베릴륨, 수산화비스무트(III), 수산화붕소, 수산화카드뮴, 수산화칼슘, 수산화세륨(III), 수산화세슘, 수산화크로뮴(II), 수산화크로뮴(III), 수산화크로뮴(V), 수산화크로뮴(VI), 수산화코발트(II), 수산화코발트(III), 수산화구리(I), 수산화구리(II), 수산화갈륨(II), 수산화갈륨(III), 수산화금(I), 수산화금(III), 수산화인듐(I), 수산화인듐(II), 수산화인듐(III), 수산화이리듐(III), 수산화철(II), 수산화철(III), 수산화란타넘, 수산화납(II), 수산화납(IV), 수산화리튬, 수산화마그네슘, 망간(II), 수산화망간(III), 수산화망간(IV), 수산화망간(VII), 수산화수은(I), 수산화수은(II), 수산화몰리브데넘, 수산화네오디뮴, 니켈 옥소-수산화물, 수산화니켈(II), 수산화니켈(III), 수산화나이오븀, 수산화오스뮴(IV), 수산화팔라듐(II), 수산화팔라듐(IV), 수산화백금(II), 수산화백금(IV), 수산화플루토늄(IV), 수산화칼륨 수산화라듐, 수산화루비듐, 수산화루테늄(III) 수산화스칸듐, 수산화규소, 수산화은, 수산화나트륨, 수산화스트론튬, 수산화탄탈럼(V), 수산화테크네튬(II), 수산화테트라메틸수산화암모늄, 수산화탈륨(I), 수산화탈륨(III), 수산화토륨, 수산화주석(II), 수산화주석(IV), 수산화티타늄(II), 수산화티타늄(III), 수산화티타늄(IV), 수산화텅스텐(II), 수산화우라닐, 바나듐(II), 수산화바나듐(III), 수산화바나듐(V), 수산화이터븀, 수산화이트륨, 수산화아연, 수산화지르코늄을 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노플레이크, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노파우더, 수산화물 나노 꽃, 수산화물 나노점, 수산화물 나노막대, 수산화물 나노체인, 수산화물 나노섬유, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노플라트렛, 수산화물 나노리본, 수산화물 나노링, 수산화물 나노시트, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화팔라듐(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화팔라듐(IV)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II)를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(III) 나노시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II) 나노플레이크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 제2 집전 장치 상에 증착된다. 일부 실시형태에서, 제2 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 적어도 약 500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 최대 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g 내지 약 750F/g, 약 500F/g 내지 약 1,000F/g, 약 500F/g 내지 약 1,250F/g, 약 500F/g 내지 약 1,500F/g, 약 500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 500F/g 내지 약 2,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,000F/g, 약 750F/g 내지 약 1,250F/g, 약 750F/g 내지 약 1,500F/g, 약 750F/g 내지 약 1,750F/g, 약 750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 750F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,000F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,000F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,500F/g, 약 1,250F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,250F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,500F/g 내지 약 1,750F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,500F/g 내지 약 2,500F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,000F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,250F/g, 약 1,750F/g 내지 약 2,500F/g, 약 2,000F/g 내지 약 2,250F/g, 약 2,000F/g 내지 약 2,500F/g, 또는 약 2,250F/g 내지 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 약 500F/g, 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 2,250F/g, 또는 약 2,500F/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 전기용량이 적어도 약 750F/g, 약 1,000F/g, 약 1,250F/g, 약 1,500F/g, 약 1,750F/g, 약 2,000F/g, 약 2,250F/g, 또는 약 2,500F/g이다.
일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 30mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 최대 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 30mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 110mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 또는 약 110mAh/g 내지 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 약 30mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 110mAh/g, 또는 약 120mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제2 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제1 전극과 제2 전극은 동일하다.
전해질은 용매에 용해될 때 전기적으로 전도성인 용액을 생성하는 물질이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 수성 전해질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전해질은 알칼리성 전해질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전해질은 염기 및 전도성 첨가제를 포함한다.
일부 실시형태에서, 염기는 강염기를 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐, 수산화세슘, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화스트론튬, 수산화바륨 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 수산화칼륨을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 수산화칼슘을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 수산화나트륨을 포함한다.
일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 전이금속 산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전이금속 산화물은 산화나트륨(I), 산화칼륨(I), 산화철(II), 산화마그네슘(II), 산화칼슘(II), 산화크로뮴(III), 산화구리(I), 산화아연(II) 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 반도전성 물질을 포함한다. 일부 실시형태에서, 반도전성 물질은 염화제1구리, 인화카드뮴, 비소화카드뮴, 안티몬화카드뮴, 인화아연, 비소화아연, 안티몬화아연, 셀렌화카드뮴, 황화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 셀렌화아연, 황화아연, 텔루르화아연, 산화아연 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 산화나트륨(I)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 산화철(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 첨가제는 산화아연을 포함한다.
일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 약 1M 내지 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 적어도 약 1M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 최대 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 약 1M 내지 약 2M, 약 1M 내지 약 3M, 약 1M 내지 약 4M, 약 1M 내지 약 5M, 약 1M 내지 약 6M, 약 1M 내지 약 7M, 약 1M 내지 약 8M, 약 1M 내지 약 9M, 약 1M 내지 약 10M, 약 1M 내지 약 11M, 약 1M 내지 약 12M, 약 2M 내지 약 3M, 약 2M 내지 약 4M, 약 2M 내지 약 5M, 약 2M 내지 약 6M, 약 2M 내지 약 7M, 약 2M 내지 약 8M, 약 2M 내지 약 9M, 약 2M 내지 약 10M, 약 2M 내지 약 11M, 약 2M 내지 약 12M, 약 3M 내지 약 4M, 약 3M 내지 약 5M, 약 3M 내지 약 6M, 약 3M 내지 약 7M, 약 3M 내지 약 8M, 약 3M 내지 약 9M, 약 3M 내지 약 10M, 약 3M 내지 약 11M, 약 3M 내지 약 12M, 약 4M 내지 약 5M, 약 4M 내지 약 6M, 약 4M 내지 약 7M, 약 4M 내지 약 8M, 약 4M 내지 약 9M, 약 4M 내지 약 10M, 약 4M 내지 약 11M, 약 4M 내지 약 12M, 약 5M 내지 약 6M, 약 5M 내지 약 7M, 약 5M 내지 약 8M, 약 5M 내지 약 9M, 약 5M 내지 약 10M, 약 5M 내지 약 11M, 약 5M 내지 약 12M, 약 6M 내지 약 7M, 약 6M 내지 약 8M, 약 6M 내지 약 9M, 약 6M 내지 약 10M, 약 6M 내지 약 11M, 약 6M 내지 약 12M, 약 7M 내지 약 8M, 약 7M 내지 약 9M, 약 7M 내지 약 10M, 약 7M 내지 약 11M, 약 7M 내지 약 12M, 약 8M 내지 약 9M, 약 8M 내지 약 10M, 약 8M 내지 약 11M, 약 8M 내지 약 12M, 약 9M 내지 약 10M, 약 9M 내지 약 11M, 약 9M 내지 약 12M, 약 10M 내지 약 11M, 약 10M 내지 약 12M, 또는 약 11M 내지 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 약 1M, 약 2M, 약 3M, 약 4M, 약 5M, 약 6M, 약 7M, 약 8M, 약 9M, 약 10M, 약 11M, 또는 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 적어도 약 2M, 약 3M, 약 4M, 약 5M, 약 6M, 약 7M, 약 8M, 약 9M, 약 10M, 약 11M, 또는 약 12M이다. 일부 실시형태에서, 전해질은 농도가 최대 약 1M, 약 2M, 약 3M, 약 4M, 약 5M, 약 6M, 약 7M, 약 8M, 약 9M, 약 10M, 또는 약 11M이다.
일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스 내에서 전해질의 구체적 선택은 상당히 높은 에너지 밀도를 가능하게 한다.
일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 전기 단락을 방지하기 위해 제1 전극과 제2 전극 간의 설정 거리를 유지하는 한편, 이온 전하 운반체의 이동을 가능하게 한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 투과성 막을 포함한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 부직포 섬유, 중합체 필름, 세라믹, 자연 발생적 물질, 지지된 액체막 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 부직포 섬유는 면, 나일론, 폴리에스터, 유리 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 중합체 필름은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리염화비닐 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 자연 발생적 물질은 고무, 석면, 목재 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서 지지된 액체막은 미소공성 세퍼레이터 내에 함유된 고체 및 액체상을 포함한다.
일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 방향이 있게 배향된 섬유의 시트, 망 또는 매트, 무작위로 배향된 섬유 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 단일층을 포함한다. 일부 실시형태에서, 세퍼레이터는 복수의 층을 포함한다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 제1 전극 및 Ni(OH)2를 포함하는 제2 전극, 및 ZnO-포화 KOH를 포함하는 전해질을 포함한다. 이들 실시형태에서, 제1 전극 내의 전기화학적 반응은 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00003
이들 실시형태에서, 제2 전극 내의 전기화학적 반응은 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00004
이들 실시형태에서, 전해질 내의 전기화학적 반응은 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00005
일부 실시형태에서, 이들 반응의 조합은 에너지 저장 디바이스가 산화환원 반응과 이온 흡착 둘 다를 통해 에너지를 저장하는 것을 가능하게 하며, 이는 높은 전압에서 동작하고, 하나의 디바이스에서 배터리의 용량과 슈퍼 커패시터의 출력 성능을 둘 다 나타낸다.
에너지 저장 디바이스의 성능
도 20B, 및 이하의 표 3에 따르면, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 현재 입수 가능한 에너지 저장 디바이스, 예컨대 리튬-이온 에너지 디바이스, 납-산 에너지 디바이스, 니켈-카드뮴 에너지 디바이스, 니켈-금속 수화물 에너지 디바이스 및 니켈-아연 에너지 디바이스에 비해 우수한 중량측정 에너지 밀도, 충전율 및 충전 시간을 나타낸다.
Figure pct00006
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 적어도 약 400Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 최대 약 1,600Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 약 400Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 700Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 900Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 800Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,000Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 900Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,100Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏ 내지 약 1,200Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏ 내지 약 1,300Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 약 1,300Wh/㎏ 내지 약 1,400Wh/㎏, 약 1,300Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏, 또는 약 1,400Wh/㎏ 내지 약 1,600Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 약 400Wh/㎏, 약 500Wh/㎏, 약 600Wh/㎏, 약 700Wh/㎏, 약 800Wh/㎏, 약 900Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏, 약 1,300Wh/㎏, 약 1,400Wh/㎏, 또는 약 1,600Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 적어도 약 500Wh/㎏, 약 600Wh/㎏, 약 700Wh/㎏, 약 800Wh/㎏, 약 900Wh/㎏, 약 1,000Wh/㎏, 약 1,100Wh/㎏, 약 1,200Wh/㎏, 약 1,300Wh/㎏, 약 1,400Wh/㎏, 또는 약 1,600Wh/㎏이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중력측정 에너지 밀도가 약 200Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 적어도 약 200Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 최대 약 800Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 약 200Wh/㎏ 내지 약 250Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 300Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 350Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 400Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 200Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 300Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 350Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 400Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 250Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 350Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 400Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 300Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 400Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 350Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 450Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 400Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 500Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 450Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 550Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 500Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 550Wh/㎏ 내지 약 600Wh/㎏, 약 550Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 550Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 550Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 650Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 600Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 약 650Wh/㎏ 내지 약 700Wh/㎏, 약 650Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏, 또는 약 700Wh/㎏ 내지 약 800Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 약 200Wh/㎏, 약 250Wh/㎏, 약 300Wh/㎏, 약 350Wh/㎏, 약 400Wh/㎏, 약 450Wh/㎏, 약 500Wh/㎏, 약 550Wh/㎏, 약 600Wh/㎏, 약 650Wh/㎏, 약 700Wh/㎏, 또는 약 800Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 중량 측정 에너지 밀도가 적어도 약 250Wh/㎏, 약 300Wh/㎏, 약 350Wh/㎏, 약 400Wh/㎏, 약 450Wh/㎏, 약 500Wh/㎏, 약 550Wh/㎏, 약 600Wh/㎏, 약 650Wh/㎏, 약 700Wh/㎏, 또는 약 800Wh/㎏이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 적어도 약 300Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 최대 약 1,500Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 약 300Wh/ℓ 내지 약 400Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 500Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 600Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 700Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 300Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 500Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 600Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 700Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 600Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 700Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 700Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 800Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 900Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,000Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ 내지 약 1,100Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ 내지 약 1,200Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 약 1,200Wh/ℓ 내지 약 1,300Wh/ℓ, 약 1,200Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ, 또는 약 1,300Wh/ℓ 내지 약 1,500Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 약 300Wh/ℓ, 약 400Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ, 약 1,200Wh/ℓ, 약 1,300Wh/ℓ, 또는 약 1,500Wh/ℓ이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 체적측정 에너지 밀도가 적어도 약 400Wh/ℓ, 약 500Wh/ℓ, 약 600Wh/ℓ, 약 700Wh/ℓ, 약 800Wh/ℓ, 약 900Wh/ℓ, 약 1,000Wh/ℓ, 약 1,100Wh/ℓ, 약 1,200Wh/ℓ, 약 1,300Wh/ℓ, 또는 약 1,500Wh/ℓ이다.
도 20C에 따른 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 비출력 밀도가 약 75Wh/㎏ 내지 약 270Wh/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 활성 물질 비출력 밀도가 약 140㎾/㎏이다. 대조적으로, 리튬-이온 배터리, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-금속-수소화물 배터리 및 납-산 배터리의 총 에너지 밀도는 200Wh/㎏ 미만이다. 추가로 대조적인 고출력 리튬-이온 배터리는 에너지 밀도가 100Wh/㎏ 미만이고, 상업적 슈퍼 커패시터는 에너지 밀도가 40Wh/㎏ 미만을 나타낸다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 약 30㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 적어도 약 30㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 최대 약 120㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 약 30㎾/㎏ 내지 약 40㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 50㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 60㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 70㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 30㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 50㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 60㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 70㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 40㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 60㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 70㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 50㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 70㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 60㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 80㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 70㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 80㎾/㎏ 내지 약 90㎾/㎏, 약 80㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 80㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 80㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 90㎾/㎏ 내지 약 100㎾/㎏, 약 90㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 90㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 110㎾/㎏, 약 100㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏, 또는 약 110㎾/㎏ 내지 약 120㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 약 30㎾/㎏, 약 40㎾/㎏, 약 50㎾/㎏, 약 60㎾/㎏, 약 70㎾/㎏, 약 80㎾/㎏, 약 90㎾/㎏, 약 100㎾/㎏, 약 110㎾/㎏, 또는 약 120㎾/㎏이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 총 출력 밀도가 적어도 약 40㎾/㎏, 약 50㎾/㎏, 약 60㎾/㎏, 약 70㎾/㎏, 약 80㎾/㎏, 약 90㎾/㎏, 약 100㎾/㎏, 약 110㎾/㎏, 또는 약 120㎾/㎏이다.
대조적으로, 리튬-이온 배터리, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-금속-수소화물 배터리 및 납-산 배터리의 총 출력 밀도는 10㎾/㎏ 미만이다.
일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 동일한 조건하에 시험한 상업적으로 입수 가능한 에너지 저장 디바이스보다 우수한 용량을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 디바이스 화학, 활성 물질 및 전해질의 특정 조합은 고전압에서 동작하며 하나의 디바이스에서 배터리의 용량과 슈퍼 커패시터의 출력 성능을 둘 다 나타내는 에너지 저장 디바이스를 형성한다. 일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 전통적인 리튬 이온 배터리보다 더 많은 전하를 저장한다.
추가로, 도 20A는 본 명세서에 기재된 예시적인 에너지 저장 디바이스의 용량 및 동작 전압이 현재의 에너지 저장 디바이스를 상당히 능가한다는 것을 나타낸다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh 내지 약 10,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 적어도 약 2,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 최대 약 10,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh 내지 약 2,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 3,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 3,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 4,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 3,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 3,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 4,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 4,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 10,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 3,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 4,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 4,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 4,500mAh, 약 3,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 3,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 10,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 4,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 4,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 4,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 10,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 5,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 10,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 10,000mAh, 약 7,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 7,000mAh 내지 약 10,000mAh, 또는 약 8,000mAh 내지 약 10,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh, 약 2,500mAh, 약 3,000mAh, 약 3,500mAh, 약 4,000mAh, 약 4,500mAh, 약 5,000mAh, 약 5,500mAh, 약 6,000mAh, 약 7,000mAh, 약 8,000mAh, 또는 약 10,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.7V의 전압에서의 전지-비용량이 적어도 약 2,500mAh, 약 3,000mAh, 약 3,500mAh, 약 4,000mAh, 약 4,500mAh, 약 5,000mAh, 약 5,500mAh, 약 6,000mAh, 약 7,000mAh, 약 8,000mAh, 또는 약 10,000mAh이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh 내지 약 8,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 적어도 약 2,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 최대 약 8,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh 내지 약 2,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 3,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 3,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 4,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 2,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 2,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 3,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 3,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 4,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 4,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 2,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 2,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 3,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 4,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 3,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 3,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 4,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 4,500mAh, 약 3,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 3,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 3,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 4,500mAh, 약 4,000mAh 내지 약 5,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 4,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 4,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 5,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 5,500mAh, 약 4,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 4,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 5,500mAh, 약 5,000mAh 내지 약 6,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 5,000mAh 내지 약 8,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 6,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 7,000mAh, 약 5,500mAh 내지 약 8,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 7,000mAh, 약 6,000mAh 내지 약 8,000mAh, 또는 약 7,000mAh 내지 약 8,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 약 2,000mAh, 약 2,500mAh, 약 3,000mAh, 약 3,500mAh, 약 4,000mAh, 약 4,500mAh, 약 5,000mAh, 약 5,500mAh, 약 6,000mAh, 약 7,000mAh, 또는 약 8,000mAh이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1.5V의 전압에서의 전지-비용량이 적어도 약 2,500mAh, 약 3,000mAh, 약 3,500mAh, 약 4,000mAh, 약 4,500mAh, 약 5,000mAh, 약 5,500mAh, 약 6,000mAh, 약 7,000mAh, 또는 약 8,000mAh이다.
대조적으로, 리튬-이온 배터리, 알칼리성 슈퍼 커패시터, 니켈-카드뮴 배터리 및 니켈-금속-수소화물 배터리는 각각 2.2 V 내지 3.8V, 1.3 V 내지 1.6V, 1.15 내지 1.25 내지 1.1 V 내지 1.25V의 동작 전압에서, 각각 50mAh, 20mAh, 1,000mAh 및 2,600mAh 미만의 용량을 가진다.
이렇게 해서, 본 명세서에 기재된 디바이스 화학, 활성 물질 및 전해질의 특정 조합은 고전압에서 동작하고 하나의 디바이스에서 배터리의 용량과 슈퍼 커패시터의 출력 성능을 둘 다 나타내는 에너지 저장 디바이스를 형성한다. 본 명세서에 기재된 에너지 저장 디바이스의 우수한 전기적 성능은 빠르고 신뢰할 수 있는 전기 전하 저장 및 제공을 가능하게 한다.
도 16 및 이하의 표 4에 따라, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 상당히 유리한 비용량 및 충전율을 나타낸다.
Figure pct00007
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g 내지 약 1,000mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 250mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 1,000mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 700mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 700mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 또는 약 800mAh/g 내지 약 1,000mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g, 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 약 650mAh/g, 약 700mAh/g, 약 800mAh/g, 또는 약 1,000mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 1C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 약 650mAh/g, 약 700mAh/g, 약 800mAh/g, 또는 약 1,000mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g 내지 약 800mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 250mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 800mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 600mAh/g 내지 약 800mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 700mAh/g, 약 650mAh/g 내지 약 800mAh/g, 또는 약 700mAh/g 내지 약 800mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 250mAh/g, 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 약 650mAh/g, 약 700mAh/g, 또는 약 800mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 2C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 약 650mAh/g, 약 700mAh/g, 또는 약 800mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 150mAh/g 내지 약 650mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 650mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 150mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 400mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 350mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 450mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 400mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 450mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 550mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 650mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 600mAh/g, 약 550mAh/g 내지 약 650mAh/g, 또는 약 600mAh/g 내지 약 650mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 150mAh/g, 약 200mAh/g, 약 250mAh/g, 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 또는 약 650mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 10C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 200mAh/g, 약 250mAh/g, 약 300mAh/g, 약 350mAh/g, 약 400mAh/g, 약 450mAh/g, 약 500mAh/g, 약 550mAh/g, 약 600mAh/g, 또는 약 650mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 90mAh/g 내지 약 350mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 90mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 350mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 125mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 175mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 125mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 175mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 175mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 125mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 175mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 175mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 225mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 250mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 225mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 275mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 250mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 275mAh/g 내지 약 300mAh/g, 약 275mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 275mAh/g 내지 약 350mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 325mAh/g, 약 300mAh/g 내지 약 350mAh/g, 또는 약 325mAh/g 내지 약 350mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 125mAh/g, 약 150mAh/g, 약 175mAh/g, 약 200mAh/g, 약 225mAh/g, 약 250mAh/g, 약 275mAh/g, 약 300mAh/g, 약 325mAh/g, 또는 약 350mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 60C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 100mAh/g, 약 125mAh/g, 약 150mAh/g, 약 175mAh/g, 약 200mAh/g, 약 225mAh/g, 약 250mAh/g, 약 275mAh/g, 약 300mAh/g, 약 325mAh/g, 또는 약 350mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 60mAh/g 내지 약 240mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 60mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 240mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 160mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 160mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 160mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 160mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 180mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 180mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 180mAh/g 내지 약 240mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 220mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 240mAh/g, 또는 약 220mAh/g 내지 약 240mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 60mAh/g, 약 80mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 140mAh/g, 약 160mAh/g, 약 180mAh/g, 약 200mAh/g, 약 220mAh/g, 또는 약 240mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 80mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 140mAh/g, 약 160mAh/g, 약 180mAh/g, 약 200mAh/g, 약 220mAh/g, 또는 약 240mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 45mAh/g 내지 약 180mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 45mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 180mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 45mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 45mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 140mAh/g 내지 약 180mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 160mAh/g, 약 150mAh/g 내지 약 180mAh/g, 또는 약 160mAh/g 내지 약 180mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 45mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 130mAh/g, 약 140mAh/g, 약 150mAh/g, 약 160mAh/g, 또는 약 180mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 160C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 130mAh/g, 약 140mAh/g, 약 150mAh/g, 약 160mAh/g, 또는 약 180mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 35mAh/g 내지 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 35mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 최대 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 35mAh/g 내지 약 40mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 35mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 40mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 60mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 70mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 60mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 80mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 70mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 90mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 80mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 90mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 120mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 130mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 120mAh/g 내지 약 150mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 140mAh/g, 약 130mAh/g 내지 약 150mAh/g, 또는 약 140mAh/g 내지 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 약 35mAh/g, 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 130mAh/g, 약 140mAh/g, 또는 약 150mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 200C의 방전율에서의 중량측정 용량이 적어도 약 40mAh/g, 약 50mAh/g, 약 60mAh/g, 약 70mAh/g, 약 80mAh/g, 약 90mAh/g, 약 100mAh/g, 약 120mAh/g, 약 130mAh/g, 약 140mAh/g, 또는 약 150mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 약 5mAh/g 내지 약 1,600mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 적어도 약 5mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 최대 약 1,600mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 약 5mAh/g 내지 약 10mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 20mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 5mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 20mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 10mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 50mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 20mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 100mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 50mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 200mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 100mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 500mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 200mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 1,000mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 500mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 약 1,000mAh/g 내지 약 1,200mAh/g, 약 1,000mAh/g 내지 약 1,600mAh/g, 또는 약 1,200mAh/g 내지 약 1,600mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 약 5mAh/g, 약 10mAh/g, 약 20mAh/g, 약 50mAh/g, 약 100mAh/g, 약 200mAh/g, 약 500mAh/g, 약 1,000mAh/g, 약 1,200mAh/g, 또는 약 1,600mAh/g이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전율이 적어도 약 10mAh/g, 약 20mAh/g, 약 50mAh/g, 약 100mAh/g, 약 200mAh/g, 약 500mAh/g, 약 1,000mAh/g, 약 1,200mAh/g, 또는 약 1,600mAh/g이다.
일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 최대 약 847C의 우수한 속도 용량(rate capability) 및 초고속 충전/방전율을 나타낸다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 약 100C 내지 약 1,600C에서 충전율을 가진다. 충전율 또는 C-속도는 에너지 저장 디바이스가 그의 최대 용량에 대해 충전 속도의 측정값이다. 충전율이 0.5C, 1C 및 200C인 에너지 저장 디바이스는 완전한 충전까지 각각 2시간, 1시간 및 18초 걸린다.
일부 실시형태에서, 본 개시내용의 에너지 저장 디바이스는 단지 몇 초에 재충전될 수 있으며, 통상적인 배터리를 충전시키는 시간에 비교된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 약 1.5초 내지 약 3,000초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 적어도 약 1.5초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 최대 약 3,000초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 약 1.5초 내지 약 2초, 약 1.5초 내지 약 5초, 약 1.5초 내지 약 10초, 약 1.5초 내지 약 20초, 약 1.5초 내지 약 50초, 약 1.5초 내지 약 100초, 약 1.5초 내지 약 200초, 약 1.5초 내지 약 500초, 약 1.5초 내지 약 1,000초, 약 1.5초 내지 약 2,000초, 약 1.5초 내지 약 3,000초, 약 2초 내지 약 5초, 약 2초 내지 약 10초, 약 2초 내지 약 20초, 약 2초 내지 약 50초, 약 2초 내지 약 100초, 약 2초 내지 약 200초, 약 2초 내지 약 500초, 약 2초 내지 약 1,000초, 약 2초 내지 약 2,000초, 약 2초 내지 약 3,000초, 약 5초 내지 약 10초, 약 5초 내지 약 20초, 약 5초 내지 약 50초, 약 5초 내지 약 100초, 약 5초 내지 약 200초, 약 5초 내지 약 500초, 약 5초 내지 약 1,000초, 약 5초 내지 약 2,000초, 약 5초 내지 약 3,000초, 약 10초 내지 약 20초, 약 10초 내지 약 50초, 약 10초 내지 약 100초, 약 10초 내지 약 200초, 약 10초 내지 약 500초, 약 10초 내지 약 1,000초, 약 10초 내지 약 2,000초, 약 10초 내지 약 3,000초, 약 20초 내지 약 50초, 약 20초 내지 약 100초, 약 20초 내지 약 200초, 약 20초 내지 약 500초, 약 20초 내지 약 1,000초, 약 20초 내지 약 2,000초, 약 20초 내지 약 3,000초, 약 50초 내지 약 100초, 약 50초 내지 약 200초, 약 50초 내지 약 500초, 약 50초 내지 약 1,000초, 약 50초 내지 약 2,000초, 약 50초 내지 약 3,000초, 약 100초 내지 약 200초, 약 100초 내지 약 500초, 약 100초 내지 약 1,000초, 약 100초 내지 약 2,000초, 약 100초 내지 약 3,000초, 약 200초 내지 약 500초, 약 200초 내지 약 1,000초, 약 200초 내지 약 2,000초, 약 200초 내지 약 3,000초, 약 500초 내지 약 1,000초, 약 500초 내지 약 2,000초, 약 500초 내지 약 3,000초, 약 1,000초 내지 약 2,000초, 약 1,000초 내지 약 3,000초, 또는 약 2,000초 내지 약 3,000초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 약 1.5초, 약 2초, 약 5초, 약 10초, 약 20초, 약 50초, 약 100초, 약 200초, 약 500초, 약 1,000초, 약 2,000초, 또는 약 3,000초이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 재충전 시간이 최대 약 1.5초, 약 2초, 약 5초, 약 10초, 약 20초, 약 50초, 약 100초, 약 200초, 약 500초, 약 1,000초, 약 2,000초, 또는 약 3,000초이다.
18650 파형률은 에너지 저장 디바이스의 크기를 직경이 약 16㎜이고 길이가 약 65㎜인 원이 되는 것으로 정한다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서 등가직렬저항이 약 2밀리옴 내지 약 10밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 적어도 약 2밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 최대 약 10밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 약 2밀리옴 내지 약 2.5밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 3밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 3.5밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 4밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 2밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 3밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 3.5밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 4밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 2.5밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 3.5밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 4밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 3밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 4밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 3.5밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 4.5밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 4밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 5밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 4.5밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 5밀리옴 내지 약 6밀리옴, 약 5밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 5밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 5밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 6밀리옴 내지 약 7밀리옴, 약 6밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 6밀리옴 내지 약 10밀리옴, 약 7밀리옴 내지 약 8밀리옴, 약 7밀리옴 내지 약 10밀리옴, 또는 약 8밀리옴 내지 약 10밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 약 2밀리옴, 약 2.5밀리옴, 약 3밀리옴, 약 3.5밀리옴, 약 4밀리옴, 약 4.5밀리옴, 약 5밀리옴, 약 6밀리옴, 약 7밀리옴, 약 8밀리옴, 또는 약 10밀리옴이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 18650 파형률에서의 등가직렬저항이 최대 약 2밀리옴, 약 2.5밀리옴, 약 3밀리옴, 약 3.5밀리옴, 약 4밀리옴, 약 4.5밀리옴, 약 5밀리옴, 약 6밀리옴, 약 7밀리옴, 또는 약 8밀리옴이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 약 500주기 내지 약 10,000주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 적어도 약 500주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 최대 약 10,000주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 약 500주기 내지 약 600주기, 약 500주기 내지 약 700주기, 약 500주기 내지 약 800주기, 약 500주기 내지 약 1,000주기, 약 500주기 내지 약 2,000주기, 약 500주기 내지 약 3,000주기, 약 500주기 내지 약 5,000주기, 약 500주기 내지 약 6,000주기, 약 500주기 내지 약 7,000주기, 약 500주기 내지 약 8,000주기, 약 500주기 내지 약 10,000주기, 약 600주기 내지 약 700주기, 약 600주기 내지 약 800주기, 약 600주기 내지 약 1,000주기, 약 600주기 내지 약 2,000주기, 약 600주기 내지 약 3,000주기, 약 600주기 내지 약 5,000주기, 약 600주기 내지 약 6,000주기, 약 600주기 내지 약 7,000주기, 약 600주기 내지 약 8,000주기, 약 600주기 내지 약 10,000주기, 약 700주기 내지 약 800주기, 약 700주기 내지 약 1,000주기, 약 700주기 내지 약 2,000주기, 약 700주기 내지 약 3,000주기, 약 700주기 내지 약 5,000주기, 약 700주기 내지 약 6,000주기, 약 700주기 내지 약 7,000주기, 약 700주기 내지 약 8,000주기, 약 700주기 내지 약 10,000주기, 약 800주기 내지 약 1,000주기, 약 800주기 내지 약 2,000주기, 약 800주기 내지 약 3,000주기, 약 800주기 내지 약 5,000주기, 약 800주기 내지 약 6,000주기, 약 800주기 내지 약 7,000주기, 약 800주기 내지 약 8,000주기, 약 800주기 내지 약 10,000주기, 약 1,000주기 내지 약 2,000주기, 약 1,000주기 내지 약 3,000주기, 약 1,000주기 내지 약 5,000주기, 약 1,000주기 내지 약 6,000주기, 약 1,000주기 내지 약 7,000주기, 약 1,000주기 내지 약 8,000주기, 약 1,000주기 내지 약 10,000주기, 약 2,000주기 내지 약 3,000주기, 약 2,000주기 내지 약 5,000주기, 약 2,000주기 내지 약 6,000주기, 약 2,000주기 내지 약 7,000주기, 약 2,000주기 내지 약 8,000주기, 약 2,000주기 내지 약 10,000주기, 약 3,000주기 내지 약 5,000주기, 약 3,000주기 내지 약 6,000주기, 약 3,000주기 내지 약 7,000주기, 약 3,000주기 내지 약 8,000주기, 약 3,000주기 내지 약 10,000주기, 약 5,000주기 내지 약 6,000주기, 약 5,000주기 내지 약 7,000주기, 약 5,000주기 내지 약 8,000주기, 약 5,000주기 내지 약 10,000주기, 약 6,000주기 내지 약 7,000주기, 약 6,000주기 내지 약 8,000주기, 약 6,000주기 내지 약 10,000주기, 약 7,000주기 내지 약 8,000주기, 약 7,000주기 내지 약 10,000주기, 또는 약 8,000주기 내지 약 10,000주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 약 500주기, 약 600주기, 약 700주기, 약 800주기, 약 1,000주기, 약 2,000주기, 약 3,000주기, 약 5,000주기, 약 6,000주기, 약 7,000주기, 약 8,000주기, 또는 약 10,000주기이다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 충전/방전 라이프타임이 적어도 약 600주기, 약 700주기, 약 800주기, 약 1,000주기, 약 2,000주기, 약 3,000주기, 약 5,000주기, 약 6,000주기, 약 7,000주기, 약 8,000주기, 또는 약 10,000주기이다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 약 10% 내지 약 30%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 적어도 약 10%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 최대 약 30%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 약 10% 내지 약 12%, 약 10% 내지 약 14%, 약 10% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 18%, 약 10% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 22%, 약 10% 내지 약 24%, 약 10% 내지 약 26%, 약 10% 내지 약 28%, 약 10% 내지 약 30%, 약 12% 내지 약 14%, 약 12% 내지 약 16%, 약 12% 내지 약 18%, 약 12% 내지 약 20%, 약 12% 내지 약 22%, 약 12% 내지 약 24%, 약 12% 내지 약 26%, 약 12% 내지 약 28%, 약 12% 내지 약 30%, 약 14% 내지 약 16%, 약 14% 내지 약 18%, 약 14% 내지 약 20%, 약 14% 내지 약 22%, 약 14% 내지 약 24%, 약 14% 내지 약 26%, 약 14% 내지 약 28%, 약 14% 내지 약 30%, 약 16% 내지 약 18%, 약 16% 내지 약 20%, 약 16% 내지 약 22%, 약 16% 내지 약 24%, 약 16% 내지 약 26%, 약 16% 내지 약 28%, 약 16% 내지 약 30%, 약 18% 내지 약 20%, 약 18% 내지 약 22%, 약 18% 내지 약 24%, 약 18% 내지 약 26%, 약 18% 내지 약 28%, 약 18% 내지 약 30%, 약 20% 내지 약 22%, 약 20% 내지 약 24%, 약 20% 내지 약 26%, 약 20% 내지 약 28%, 약 20% 내지 약 30%, 약 22% 내지 약 24%, 약 22% 내지 약 26%, 약 22% 내지 약 28%, 약 22% 내지 약 30%, 약 24% 내지 약 26%, 약 24% 내지 약 28%, 약 24% 내지 약 30%, 약 26% 내지 약 28%, 약 26% 내지 약 30%, 또는 약 28% 내지 약 30%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 22%, 약 24%, 약 26%, 약 28%, 또는 약 30%만큼 감소된다. 일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 용량, 출력 밀도 및 에너지 밀도 중 적어도 하나가 약 10,000주기 후에 최대 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 22%, 약 24%, 약 26%, 또는 약 28%만큼 감소된다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 제1 전극 및 Ni(OH)2를 포함하는 제2 전극을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극의 성능 특징 각각은 도 14A에 따라 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 예시적인 제1 전극 및 Ni(OH)2를 포함하는 예시적인 제2 전극을 포함하는 3E 전지 에너지 저장 디바이스의 CV 그래프에 따라 나타낸다.
일부 실시형태에서, 에너지 저장 디바이스는 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 제1 전극, Ni(OH)2를 포함하는 제2 전극 및 ZnO-포화 KOH 용액을 포함하는 전해질을 포함한다. 10㎷/s의 스캔 속도로 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 제1 전극, Ni(OH)2를 포함하는 제2 전극 및 ZnO-포화 KOH 용액을 포함하는 전해질을 포함하는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 성능 특징은 도 14B의 CV 그래프에 따라 나타낸다. 추가로, 1C 내지 4C, 10C 내지 80C, 100C 내지 200C, 및 1C 내지 200C의 방전율로 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 제1 전극, Ni(OH)2를 포함하는 제2 전극 및 ZnO-포화 KOH 용액을 포함하는 전해질을 포함하는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 성능 특징은 각각 도 15A 내지 도 15D에서 갈바닉 충전/방전(GCD) 그래프에 따라 나타낸다. 도 15A 내지 도 15D에서 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 에너지 저장 디바이스는 정지 방전율을 나타내어, 방전 내내 높은 에너지 및 파워 출력을 가능하게 한다.
추가적으로, 도 17은 Zn-Fe LDH/3DGA를 포함하는 제1 전극, Ni(OH)2를 포함하는 제2 전극 및 ZnO-포화 KOH 용액을 포함하는 전해질을 포함하는 예시적인 에너지 저장 디바이스의 나이퀴스트 플롯을 나타낸다.
3E 전지 내 Ni(OH)2 및 3.0M KOH를 포함하는 예시적인 제2 전극의 성능 특징은 도 18A의 나이퀴스트 플롯 및 도 18B에 따른 고주파수 임피던스 스펙트럼에 의해 추가로 특성규명된다.
최종적으로, 도 19는 도 17의 실험 전기화학적 임피던스 분광학(EIS) 측정에 적합화된 등가의 회로의 도시이다. 도 19에서의 도시에 따른 등가 회로 특징을 이하의 표 5에 열거한다.
Figure pct00008
제1 전극을 형성하는 방법
본 명세서의 특정 실시형태에서, 용액을 형성하는 단계; 용액을 교반시키는 단계; 용액을 가열하는 단계; 용액을 냉각시키는 단계; 용매에서 용액을 린스하는 단계; 및 용액을 냉동-건조시키는 단계를 포함하는 제1 전극을 형성하는 방법이 제공된다.
일부 실시형태에서, 용액은 환원제, 조해액 및 탄소계 분산물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 환원제는 유레아, 시트르산, 아스코르브산, 하이드라진 수화물, 하이드로퀴논, 수소화붕소나트륨, 브로민화수소, 아이오딘화수소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 유레아를 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 하이드로퀴논을 포함한다. 일부 실시형태에서, 강염기는 아스코르브산을 포함한다.
일부 실시형태에서, 조해액은 염을 포함한다. 일부 실시형태에서, 염은 시트르산염, 염화물염, 질산염 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 시트르산염은 시트르산아연(III), 시트르산아연(III) 6수화물, 시트르산철(III), 시트르산철(III) 6수화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 염화물염은 염화아연(III), 질산아연(III) 6수화물, 염화철(III), 염화철(III) 6수화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 질산염은 질산아연(III), 질산아연(III) 6수화물, 질산철(III), 질산철(III) 6수화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 조해액은 질산아연(III) 6수화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 조해액은 질산철(III)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 조해액은 질산아연(II) 6수화물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 탄소계 폼, 탄소계 에어로겔, 탄소계 하이드로겔, 탄소계 이오노겔, 탄소계 나노시트, 탄소 나노튜브, 탄소 나노시트, 탄소 직물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 그래핀, 그래핀 산화물, 그래파이트, 활성탄, 카본 블랙 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 탄소 나노튜브를 포함한다. 일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 그래핀 산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 탄소계 분산물은 활성탄을 포함한다.
일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 약 30% 내지 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 적어도 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 최대 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 약 30% 내지 약 35%, 약 30% 내지 약 40%, 약 30% 내지 약 45%, 약 30% 내지 약 50%, 약 30% 내지 약 55%, 약 30% 내지 약 60%, 약 30% 내지 약 65%, 약 30% 내지 약 70%, 약 30% 내지 약 75%, 약 30% 내지 약 80%, 약 30% 내지 약 90%, 약 35% 내지 약 40%, 약 35% 내지 약 45%, 약 35% 내지 약 50%, 약 35% 내지 약 55%, 약 35% 내지 약 60%, 약 35% 내지 약 65%, 약 35% 내지 약 70%, 약 35% 내지 약 75%, 약 35% 내지 약 80%, 약 35% 내지 약 90%, 약 40% 내지 약 45%, 약 40% 내지 약 50%, 약 40% 내지 약 55%, 약 40% 내지 약 60%, 약 40% 내지 약 65%, 약 40% 내지 약 70%, 약 40% 내지 약 75%, 약 40% 내지 약 80%, 약 40% 내지 약 90%, 약 45% 내지 약 50%, 약 45% 내지 약 55%, 약 45% 내지 약 60%, 약 45% 내지 약 65%, 약 45% 내지 약 70%, 약 45% 내지 약 75%, 약 45% 내지 약 80%, 약 45% 내지 약 90%, 약 50% 내지 약 55%, 약 50% 내지 약 60%, 약 50% 내지 약 65%, 약 50% 내지 약 70%, 약 50% 내지 약 75%, 약 50% 내지 약 80%, 약 50% 내지 약 90%, 약 55% 내지 약 60%, 약 55% 내지 약 65%, 약 55% 내지 약 70%, 약 55% 내지 약 75%, 약 55% 내지 약 80%, 약 55% 내지 약 90%, 약 60% 내지 약 65%, 약 60% 내지 약 70%, 약 60% 내지 약 75%, 약 60% 내지 약 80%, 약 60% 내지 약 90%, 약 65% 내지 약 70%, 약 65% 내지 약 75%, 약 65% 내지 약 80%, 약 65% 내지 약 90%, 약 70% 내지 약 75%, 약 70% 내지 약 80%, 약 70% 내지 약 90%, 약 75% 내지 약 80%, 약 75% 내지 약 90%, 또는 약 80% 내지 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 약 80%, 또는 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 적어도 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 약 80%, 또는 약 90%이다. 일부 실시형태에서, 용액 중의 환원제의 질량%는 최대 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 약 75%, 또는 약 80%이다.
일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 약 5% 내지 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 적어도 약 5%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 최대 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 약 5% 내지 약 6%, 약 5% 내지 약 8%, 약 5% 내지 약 10%, 약 5% 내지 약 12%, 약 5% 내지 약 14%, 약 5% 내지 약 16%, 약 5% 내지 약 18%, 약 5% 내지 약 20%, 약 5% 내지 약 25%, 약 5% 내지 약 30%, 약 6% 내지 약 8%, 약 6% 내지 약 10%, 약 6% 내지 약 12%, 약 6% 내지 약 14%, 약 6% 내지 약 16%, 약 6% 내지 약 18%, 약 6% 내지 약 20%, 약 6% 내지 약 25%, 약 6% 내지 약 30%, 약 8% 내지 약 10%, 약 8% 내지 약 12%, 약 8% 내지 약 14%, 약 8% 내지 약 16%, 약 8% 내지 약 18%, 약 8% 내지 약 20%, 약 8% 내지 약 25%, 약 8% 내지 약 30%, 약 10% 내지 약 12%, 약 10% 내지 약 14%, 약 10% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 18%, 약 10% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 25%, 약 10% 내지 약 30%, 약 12% 내지 약 14%, 약 12% 내지 약 16%, 약 12% 내지 약 18%, 약 12% 내지 약 20%, 약 12% 내지 약 25%, 약 12% 내지 약 30%, 약 14% 내지 약 16%, 약 14% 내지 약 18%, 약 14% 내지 약 20%, 약 14% 내지 약 25%, 약 14% 내지 약 30%, 약 16% 내지 약 18%, 약 16% 내지 약 20%, 약 16% 내지 약 25%, 약 16% 내지 약 30%, 약 18% 내지 약 20%, 약 18% 내지 약 25%, 약 18% 내지 약 30%, 약 20% 내지 약 25%, 약 20% 내지 약 30%, 또는 약 25% 내지 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 약 5%, 약 6%, 약 8%, 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 25%, 또는 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 적어도 약 6%, 약 8%, 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 25%, 또는 약 30%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 조해액의 질량 백분율은 최대 약 5%, 약 6%, 약 8%, 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 또는 약 25%이다.
일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 약 10% 내지 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 적어도 약 10%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 최대 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 약 10% 내지 약 12%, 약 10% 내지 약 14%, 약 10% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 18%, 약 10% 내지 약 20%, 약 10% 내지 약 24%, 약 10% 내지 약 28%, 약 10% 내지 약 32%, 약 10% 내지 약 34%, 약 10% 내지 약 40%, 약 12% 내지 약 14%, 약 12% 내지 약 16%, 약 12% 내지 약 18%, 약 12% 내지 약 20%, 약 12% 내지 약 24%, 약 12% 내지 약 28%, 약 12% 내지 약 32%, 약 12% 내지 약 34%, 약 12% 내지 약 40%, 약 14% 내지 약 16%, 약 14% 내지 약 18%, 약 14% 내지 약 20%, 약 14% 내지 약 24%, 약 14% 내지 약 28%, 약 14% 내지 약 32%, 약 14% 내지 약 34%, 약 14% 내지 약 40%, 약 16% 내지 약 18%, 약 16% 내지 약 20%, 약 16% 내지 약 24%, 약 16% 내지 약 28%, 약 16% 내지 약 32%, 약 16% 내지 약 34%, 약 16% 내지 약 40%, 약 18% 내지 약 20%, 약 18% 내지 약 24%, 약 18% 내지 약 28%, 약 18% 내지 약 32%, 약 18% 내지 약 34%, 약 18% 내지 약 40%, 약 20% 내지 약 24%, 약 20% 내지 약 28%, 약 20% 내지 약 32%, 약 20% 내지 약 34%, 약 20% 내지 약 40%, 약 24% 내지 약 28%, 약 24% 내지 약 32%, 약 24% 내지 약 34%, 약 24% 내지 약 40%, 약 28% 내지 약 32%, 약 28% 내지 약 34%, 약 28% 내지 약 40%, 약 32% 내지 약 34%, 약 32% 내지 약 40%, 또는 약 34% 내지 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 24%, 약 28%, 약 32%, 약 34%, 또는 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 적어도 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 24%, 약 28%, 약 32%, 약 34%, 또는 약 40%이다. 일부 실시형태에서, 용액에서 탄소계 분산물의 질량 백분율은 최대 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 24%, 약 28%, 약 32%, 또는 약 34%이다.
일부 실시형태에서, 용액은 약 10분 내지 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 10분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 10분 내지 약 15분, 약 10분 내지 약 20분, 약 10분 내지 약 25분, 약 10분 내지 약 30분, 약 10분 내지 약 35분, 약 10분 내지 약 40분, 약 10분 내지 약 45분, 약 10분 내지 약 50분, 약 10분 내지 약 55분, 약 10분 내지 약 60분, 약 15분 내지 약 20분, 약 15분 내지 약 25분, 약 15분 내지 약 30분, 약 15분 내지 약 35분, 약 15분 내지 약 40분, 약 15분 내지 약 45분, 약 15분 내지 약 50분, 약 15분 내지 약 55분, 약 15분 내지 약 60분, 약 20분 내지 약 25분, 약 20분 내지 약 30분, 약 20분 내지 약 35분, 약 20분 내지 약 40분, 약 20분 내지 약 45분, 약 20분 내지 약 50분, 약 20분 내지 약 55분, 약 20분 내지 약 60분, 약 25분 내지 약 30분, 약 25분 내지 약 35분, 약 25분 내지 약 40분, 약 25분 내지 약 45분, 약 25분 내지 약 50분, 약 25분 내지 약 55분, 약 25분 내지 약 60분, 약 30분 내지 약 35분, 약 30분 내지 약 40분, 약 30분 내지 약 45분, 약 30분 내지 약 50분, 약 30분 내지 약 55분, 약 30분 내지 약 60분, 약 35분 내지 약 40분, 약 35분 내지 약 45분, 약 35분 내지 약 50분, 약 35분 내지 약 55분, 약 35분 내지 약 60분, 약 40분 내지 약 45분, 약 40분 내지 약 50분, 약 40분 내지 약 55분, 약 40분 내지 약 60분, 약 45분 내지 약 50분, 약 45분 내지 약 55분, 약 45분 내지 약 60분, 약 50분 내지 약 55분, 약 50분 내지 약 60분 또는 약 55분 내지 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분 또는 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 55분 또는 약 60분의 일정 기간 동안 교반된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분 또는 약 55분의 일정 기간 동안 교반된다.
일부 실시형태에서, 용액은 오토클레이브, 오븐, 난방기, 분젠버너, 열 교환기, 마이크로웨이브 또는 이들의 임의의 조합물에 의해 가열된다.
일부 실시형태에서, 용액은 약 80℃ 내지 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 80℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 80℃ 내지 약 100℃, 약 80℃ 내지 약 120℃, 약 80℃ 내지 약 140℃, 약 80℃ 내지 약 160℃, 약 80℃ 내지 약 180℃, 약 80℃ 내지 약 200℃, 약 80℃ 내지 약 240℃, 약 80℃ 내지 약 280℃, 약 80℃ 내지 약 320℃, 약 80℃ 내지 약 360℃, 약 100℃ 내지 약 120℃, 약 100℃ 내지 약 140℃, 약 100℃ 내지 약 160℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 약 100℃ 내지 약 200℃, 약 100℃ 내지 약 240℃, 약 100℃ 내지 약 280℃, 약 100℃ 내지 약 320℃, 약 100℃ 내지 약 360℃, 약 120℃ 내지 약 140℃, 약 120℃ 내지 약 160℃, 약 120℃ 내지 약 180℃, 약 120℃ 내지 약 200℃, 약 120℃ 내지 약 240℃, 약 120℃ 내지 약 280℃, 약 120℃ 내지 약 320℃, 약 120℃ 내지 약 360℃, 약 140℃ 내지 약 160℃, 약 140℃ 내지 약 180℃, 약 140℃ 내지 약 200℃, 약 140℃ 내지 약 240℃, 약 140℃ 내지 약 280℃, 약 140℃ 내지 약 320℃, 약 140℃ 내지 약 360℃, 약 160℃ 내지 약 180℃, 약 160℃ 내지 약 200℃, 약 160℃ 내지 약 240℃, 약 160℃ 내지 약 280℃, 약 160℃ 내지 약 320℃, 약 160℃ 내지 약 360℃, 약 180℃ 내지 약 200℃, 약 180℃ 내지 약 240℃, 약 180℃ 내지 약 280℃, 약 180℃ 내지 약 320℃, 약 180℃ 내지 약 360℃, 약 200℃ 내지 약 240℃, 약 200℃ 내지 약 280℃, 약 200℃ 내지 약 320℃, 약 200℃ 내지 약 360℃, 약 240℃ 내지 약 280℃, 약 240℃ 내지 약 320℃, 약 240℃ 내지 약 360℃, 약 280℃ 내지 약 320℃, 약 280℃ 내지 약 360℃, 또는 약 320℃ 내지 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 80℃, 약 100℃, 약 120℃, 약 140℃, 약 160℃, 약 180℃, 약 200℃, 약 240℃, 약 280℃, 약 320℃, 또는 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 100℃, 약 120℃, 약 140℃, 약 160℃, 약 180℃, 약 200℃, 약 240℃, 약 280℃, 약 320℃, 또는 약 360℃의 온도에서 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 80℃, 약 100℃, 약 120℃, 약 140℃, 약 160℃, 약 180℃, 약 200℃, 약 240℃, 약 280℃, 또는 약 320℃의 온도에서 가열된다.
일부 실시형태에서, 용액은 약 4시간 내지 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 4시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 4시간 내지 약 5시간, 약 4시간 내지 약 6시간, 약 4시간 내지 약 7시간, 약 4시간 내지 약 8시간, 약 4시간 내지 약 9시간, 약 4시간 내지 약 10시간, 약 4시간 내지 약 11시간, 약 4시간 내지 약 12시간, 약 4시간 내지 약 13시간, 약 4시간 내지 약 14시간, 약 4시간 내지 약 16시간, 약 5시간 내지 약 6시간, 약 5시간 내지 약 7시간, 약 5시간 내지 약 8시간, 약 5시간 내지 약 9시간, 약 5시간 내지 약 10시간, 약 5시간 내지 약 11시간, 약 5시간 내지 약 12시간, 약 5시간 내지 약 13시간, 약 5시간 내지 약 14시간, 약 5시간 내지 약 16시간, 약 6시간 내지 약 7시간, 약 6시간 내지 약 8시간, 약 6시간 내지 약 9시간, 약 6시간 내지 약 10시간, 약 6시간 내지 약 11시간, 약 6시간 내지 약 12시간, 약 6시간 내지 약 13시간, 약 6시간 내지 약 14시간, 약 6시간 내지 약 16시간, 약 7시간 내지 약 8시간, 약 7시간 내지 약 9시간, 약 7시간 내지 약 10시간, 약 7시간 내지 약 11시간, 약 7시간 내지 약 12시간, 약 7시간 내지 약 13시간, 약 7시간 내지 약 14시간, 약 7시간 내지 약 16시간, 약 8시간 내지 약 9시간, 약 8시간 내지 약 10시간, 약 8시간 내지 약 11시간, 약 8시간 내지 약 12시간, 약 8시간 내지 약 13시간, 약 8시간 내지 약 14시간, 약 8시간 내지 약 16시간, 약 9시간 내지 약 10시간, 약 9시간 내지 약 11시간, 약 9시간 내지 약 12시간, 약 9시간 내지 약 13시간, 약 9시간 내지 약 14시간, 약 9시간 내지 약 16시간, 약 10시간 내지 약 11시간, 약 10시간 내지 약 12시간, 약 10시간 내지 약 13시간, 약 10시간 내지 약 14시간, 약 10시간 내지 약 16시간, 약 11시간 내지 약 12시간, 약 11시간 내지 약 13시간, 약 11시간 내지 약 14시간, 약 11시간 내지 약 16시간, 약 12시간 내지 약 13시간, 약 12시간 내지 약 14시간, 약 12시간 내지 약 16시간, 약 13시간 내지 약 14시간, 약 13시간 내지 약 16시간, 또는 약 14시간 내지 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간, 약 8시간, 약 9시간, 약 10시간, 약 11시간, 약 12시간, 약 13시간, 약 14시간, 또는 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 적어도 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간, 약 8시간, 약 9시간, 약 10시간, 약 11시간, 약 12시간, 약 13시간, 약 14시간, 또는 약 16시간의 일정 기간 동안 가열된다. 일부 실시형태에서, 용액은 최대 약 4시간, 약 5시간, 약 6시간, 약 7시간, 약 8시간, 약 9시간, 약 10시간, 약 11시간, 약 12시간, 약 13시간, 또는 약 14시간의 일정 기간 동안 가열된다.
일부 실시형태에서, 용매는 탈이온수, 아세톤, 물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 용액은 냉동-건조된다. 일부 실시형태에서, 용액은 진공 하에 냉동-건조된다.
일부 실시형태에서, 제1 전극은 양극으로서 사용되도록 배치된다. 일부 실시형태에서, 제1 전극은 음극으로서 사용되도록 배치된다.
제2 전극의 형성 방법
본 명세서의 특정 실시형태에서, 산에서 전도성 스캐폴드를 처리함으로써 제2 집전 장치를 형성하는 단계, 제2 집전 장치를 세척하는 단계, 및 제2 집전 장치 상에 수산화물을 증착시키는 단계를 포함하는, 제2 전극의 형성 방법이 제공된다.
일부 실시형태에서, 제2 집전 장치는 전도성 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 알루미늄 폼, 탄소 폼, 그래핀 폼, 그래파이트 폼, 구리 폼, 니켈 폼, 팔라듐 폼, 백금 폼, 강철 폼 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래핀 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 그래파이트 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 구리 폼을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 니켈 폼을 포함한다.
일부 실시형태에서, 산은 강산을 포함한다. 일부 실시형태에서, 산은 과염소산, 브롬화수소산, 아이오딘화수소산, 황산, 메탄설폰산, p-톨루엔설폰산, 염산 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 산은 브롬화수소산을 포함한다. 일부 실시형태에서, 산은 염산을 포함한다.
일부 실시형태에서, 산은 농도가 약 1M 내지 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 적어도 약 1M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 최대 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 약 1M 내지 약 1.5M, 약 1M 내지 약 2M, 약 1M 내지 약 2.5M, 약 1M 내지 약 3M, 약 1M 내지 약 3.5M, 약 1M 내지 약 4M, 약 1M 내지 약 4.5M, 약 1M 내지 약 5M, 약 1M 내지 약 5.5M, 약 1M 내지 약 6M, 약 1.5M 내지 약 2M, 약 1.5M 내지 약 2.5M, 약 1.5M 내지 약 3M, 약 1.5M 내지 약 3.5M, 약 1.5M 내지 약 4M, 약 1.5M 내지 약 4.5M, 약 1.5M 내지 약 5M, 약 1.5M 내지 약 5.5M, 약 1.5M 내지 약 6M, 약 2M 내지 약 2.5M, 약 2M 내지 약 3M, 약 2M 내지 약 3.5M, 약 2M 내지 약 4M, 약 2M 내지 약 4.5M, 약 2M 내지 약 5M, 약 2M 내지 약 5.5M, 약 2M 내지 약 6M, 약 2.5M 내지 약 3M, 약 2.5M 내지 약 3.5M, 약 2.5M 내지 약 4M, 약 2.5M 내지 약 4.5M, 약 2.5M 내지 약 5M, 약 2.5M 내지 약 5.5M, 약 2.5M 내지 약 6M, 약 3M 내지 약 3.5M, 약 3M 내지 약 4M, 약 3M 내지 약 4.5M, 약 3M 내지 약 5M, 약 3M 내지 약 5.5M, 약 3M 내지 약 6M, 약 3.5M 내지 약 4M, 약 3.5M 내지 약 4.5M, 약 3.5M 내지 약 5M, 약 3.5M 내지 약 5.5M, 약 3.5M 내지 약 6M, 약 4M 내지 약 4.5M, 약 4M 내지 약 5M, 약 4M 내지 약 5.5M, 약 4M 내지 약 6M, 약 4.5M 내지 약 5M, 약 4.5M 내지 약 5.5M, 약 4.5M 내지 약 6M, 약 5M 내지 약 5.5M, 약 5M 내지 약 6M, 또는 약 5.5M 내지 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 약 1M, 약 1.5M, 약 2M, 약 2.5M, 약 3M, 약 3.5M, 약 4M, 약 4.5M, 약 5M, 약 5.5M, 또는 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 적어도 약 1.5M, 약 2M, 약 2.5M, 약 3M, 약 3.5M, 약 4M, 약 4.5M, 약 5M, 약 5.5M, 또는 약 6M이다. 일부 실시형태에서, 산은 농도가 최대 약 1M, 약 1.5M, 약 2M, 약 2.5M, 약 3M, 약 3.5M, 약 4M, 약 4.5M, 약 5M, 또는 약 5.5M이다.
일부 실시형태에서, 전도성 폼은 약 1분 내지 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 적어도 약 1분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 최대 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 약 1분 내지 약 2분, 약 1분 내지 약 4분, 약 1분 내지 약 6분, 약 1분 내지 약 8분, 약 1분 내지 약 10분, 약 1분 내지 약 14분, 약 1분 내지 약 18분, 약 1분 내지 약 22분, 약 1분 내지 약 26분, 약 1분 내지 약 30분, 약 2분 내지 약 4분, 약 2분 내지 약 6분, 약 2분 내지 약 8분, 약 2분 내지 약 10분, 약 2분 내지 약 14분, 약 2분 내지 약 18분, 약 2분 내지 약 22분, 약 2분 내지 약 26분, 약 2분 내지 약 30분, 약 4분 내지 약 6분, 약 4분 내지 약 8분, 약 4분 내지 약 10분, 약 4분 내지 약 14분, 약 4분 내지 약 18분, 약 4분 내지 약 22분, 약 4분 내지 약 26분, 약 4분 내지 약 30분, 약 6분 내지 약 8분, 약 6분 내지 약 10분, 약 6분 내지 약 14분, 약 6분 내지 약 18분, 약 6분 내지 약 22분, 약 6분 내지 약 26분, 약 6분 내지 약 30분, 약 8분 내지 약 10분, 약 8분 내지 약 14분, 약 8분 내지 약 18분, 약 8분 내지 약 22분, 약 8분 내지 약 26분, 약 8분 내지 약 30분, 약 10분 내지 약 14분, 약 10분 내지 약 18분, 약 10분 내지 약 22분, 약 10분 내지 약 26분, 약 10분 내지 약 30분, 약 14분 내지 약 18분, 약 14분 내지 약 22분, 약 14분 내지 약 26분, 약 14분 내지 약 30분, 약 18분 내지 약 22분, 약 18분 내지 약 26분, 약 18분 내지 약 30분, 약 22분 내지 약 26분, 약 22분 내지 약 30분 또는 약 26분 내지 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 약 1분, 약 2분, 약 4분, 약 6분, 약 8분, 약 10분, 약 14분, 약 18분, 약 22분, 약 26분 또는 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 적어도 약 2분, 약 4분, 약 6분, 약 8분, 약 10분, 약 14분, 약 18분, 약 22분, 약 26분 또는 약 30분의 일정 기간 동안 처리된다. 일부 실시형태에서, 전도성 폼은 최대 약 1분, 약 2분, 약 4분, 약 6분, 약 8분, 약 10분, 약 14분, 약 18분, 약 22분 또는 약 26분의 일정 기간 동안 처리된다.
일부 실시형태에서, 전도성 폼은 탈이온수, 아세톤, 물, 또는 이들의 임의의 조합물에서 세척된다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화알루미늄, 수산화암모늄, 수산화비소, 수산화바륨, 수산화베릴륨, 수산화비스무트(III), 수산화붕소, 수산화카드뮴, 수산화칼슘, 수산화세륨(III), 수산화세슘, 수산화크로뮴(II), 수산화크로뮴(III), 수산화크로뮴(V), 수산화크로뮴(VI), 수산화코발트(II), 수산화코발트(III), 수산화구리(I), 수산화구리(II), 수산화갈륨(II), 수산화갈륨(III), 수산화금(I), 수산화금(III), 수산화인듐(I), 수산화인듐(II), 수산화인듐(III), 수산화이리듐(III), 수산화철(II), 수산화철(III), 수산화란타넘, 수산화납(II), 수산화납(IV), 수산화리튬, 수산화마그네슘, 망간(II), 수산화망간(III), 수산화망간(IV), 수산화망간(VII), 수산화수은(I), 수산화수은(II), 수산화몰리브데넘, 수산화네오디뮴, 옥소-수산화니켈, 수산화니켈(II), 수산화니켈(III), 수산화나이오븀, 수산화오스뮴(IV), 수산화팔라듐(II), 수산화팔라듐(IV), 수산화백금(II), 수산화백금(IV), 수산화플루토늄(IV), 수산화칼륨 수산화라듐, 수산화루비듐, 수산화루테늄(III) 수산화스칸듐, 수산화규소, 수산화은, 수산화나트륨, 수산화스트론튬, 수산화탄탈럼(V), 수산화테크네튬(II), 수산화테트라메틸수산화암모늄, 수산화탈륨(I), 수산화탈륨(III), 수산화토륨, 수산화주석(II), 수산화주석(IV), 수산화티타늄(II), 수산화티타늄(III), 수산화티타늄(IV), 수산화텅스텐(II), 수산화우라닐, 바나듐(II), 수산화바나듐(III), 수산화바나듐(V), 수산화이터븀, 수산화이트륨, 수산화아연, 수산화지르코늄 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화팔라듐(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화팔라듐(IV)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II)를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노플레이크, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노파우더, 수산화물 나노 꽃, 수산화물 나노점, 수산화물 나노막대, 수산화물 나노체인, 수산화물 나노섬유, 수산화물 나노입자, 수산화물 나노플라트렛, 수산화물 나노리본, 수산화물 나노링, 수산화물 나노시트, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화물 나노플레이크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화코발트(III) 나노시트를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(III) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(I) 나노플레이크를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화구리(II) 나노파우더를 포함한다. 일부 실시형태에서, 수산화물은 수산화니켈(II) 나노플레이크를 포함한다.
일부 실시형태에서, 수산화물을 제2 집전 장치에 증착시키는 단계는 전기화학적 증착, 전착 도장, 전기영동 증착, 마이크로웨이브 합성, 광열 증착, 열분해 레이저 증착, 열수 합성, 또는 이들의 임의의 조합물에 의해 제2 집전 장치에 수산화물을 증착시키는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 전기화학적 증착은 순환 전압전류법을 포함한다. 일부 실시형태에서, 순환 전압전류법은 제2 집전 장치에 연속적 전위 주사를 적용하는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 제2 집전 장치에 연속적 전위 주사를 적용하는 것은 촉매에서 제2 집전 장치에 연속적 전위 주사를 적용하는 것을 포함한다.
일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 -2.4V 내지 약 -0.3V의 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 적어도 약 -2.4V의 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 최대 약 -0.3V의 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 -0.3V 내지 약 -0.5V, 약 -0.3V 내지 약 -0.9V, 약 -0.3V 내지 약 -1.1V, 약 -0.3V 내지 약 -1.3V, 약 -0.3V 내지 약 -1.5V, 약 -0.3V 내지 약 -1.7V, 약 -0.3V 내지 약 -1.9V, 약 -0.3V 내지 약 -2.1V, 약 -0.3V 내지 약 -2.3V, 약 -0.3V 내지 약 -2.4V, 약 -0.5V 내지 약 -0.9V, 약 -0.5V 내지 약 -1.1V, 약 -0.5V 내지 약 -1.3V, 약 -0.5V 내지 약 -1.5V, 약 -0.5V 내지 약 -1.7V, 약 -0.5V 내지 약 -1.9V, 약 -0.5V 내지 약 -2.1V, 약 -0.5V 내지 약 -2.3V, 약 -0.5V 내지 약 -2.4V, 약 -0.9V 내지 약 -1.1V, 약 -0.9V 내지 약 -1.3V, 약 -0.9V 내지 약 -1.5V, 약 -0.9V 내지 약 -1.7V, 약 -0.9V 내지 약 -1.9V, 약 -0.9V 내지 약 -2.1V, 약 -0.9V 내지 약 -2.3V, 약 -0.9V 내지 약 -2.4V, 약 -1.1V 내지 약 -1.3V, 약 -1.1V 내지 약 -1.5V, 약 -1.1V 내지 약 -1.7V, 약 -1.1V 내지 약 -1.9V, 약 -1.1V 내지 약 -2.1V, 약 -1.1V 내지 약 -2.3V, 약 -1.1V 내지 약 -2.4V, 약 -1.3V 내지 약 -1.5V, 약 -1.3V 내지 약 -1.7V, 약 -1.3V 내지 약 -1.9V, 약 -1.3V 내지 약 -2.1V, 약 -1.3V 내지 약 -2.3V, 약 -1.3V 내지 약 -2.4V, 약 -1.5V 내지 약 -1.7V, 약 -1.5V 내지 약 -1.9V, 약 -1.5V 내지 약 -2.1V, 약 -1.5V 내지 약 -2.3V, 약 -1.5V 내지 약 -2.4V, 약 -1.7V 내지 약 -1.9V, 약 -1.7V 내지 약 -2.1V, 약 -1.7V 내지 약 -2.3V, 약 -1.7V 내지 약 -2.4V, 약 -1.9V 내지 약 -2.1V, 약 -1.9V 내지 약 -2.3V, 약 -1.9V 내지 약 -2.4V, 약 -2.1V 내지 약 -2.3V, 약 -2.1V 내지 약 -2.4V, 또는 약 -2.3V 내지 약 -2.4V의 제2 집전 장치에 대한 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 -0.3V, 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 약 -2.3V, 또는 약 -2.4V의 제2 집전 장치에 대한 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 적어도 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 약 -2.3V, 또는 약 -2.4V의 제2 집전 장치에 대한 전압에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 최대 약 -0.3V, 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 또는 약 -2.1V, 약 -2.3V의 전압에서 수행된다.
일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 50㎷/s 내지 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 적어도 약 50㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 최대 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 50㎷/s 내지 약 60㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 70㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 80㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 90㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 50㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 70㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 80㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 90㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 60㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 80㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 90㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 70㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 90㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 80㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 100㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 90㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 110㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 100㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 120㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 110㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 120㎷/s 내지 약 130㎷/s, 약 120㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 120㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 120㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 130㎷/s 내지 약 140㎷/s, 약 130㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 130㎷/s 내지 약 175㎷/s, 약 140㎷/s 내지 약 160㎷/s, 약 140㎷/s 내지 약 175㎷/s, 또는 약 160㎷/s 내지 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 약 50㎷/s, 약 60㎷/s, 약 70㎷/s, 약 80㎷/s, 약 90㎷/s, 약 100㎷/s, 약 110㎷/s, 약 120㎷/s, 약 130㎷/s, 약 140㎷/s, 약 160㎷/s, 또는 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 적어도 약 60㎷/s, 약 70㎷/s, 약 80㎷/s, 약 90㎷/s, 약 100㎷/s, 약 110㎷/s, 약 120㎷/s, 약 130㎷/s, 약 140㎷/s, 약 160㎷/s, 또는 약 175㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 연속적 전위 주사는 최대 약 50㎷/s, 약 60㎷/s, 약 70㎷/s, 약 80㎷/s, 약 90㎷/s, 약 100㎷/s, 약 110㎷/s, 약 120㎷/s, 약 130㎷/s, 약 140㎷/s, 또는 약 160㎷/s의 스캔 속도에서 수행된다.
일부 실시형태에서, 촉매는 아세트산니켈, 염화니켈, 황산니켈(II)암모늄 6수화물, 탄산니켈, 아세트산니켈(II), 아세트산니켈(II) 4수화물, 브로민화니켈(II) 2-메톡시에틸, 브로민화니켈(II), 브로민화니켈(II) 수화물, 브로민화니켈(II) 3수화물, 탄산니켈(II), 수산화탄산니켈(II) 4수화물, 염화니켈(II), 염화니켈(II) 6수화물, 염화니켈(II) 수화물, 사이클로헥산뷰티르산니켈(II), 플루오린화니켈(II), 헥사플루오로규산니켈(II) 6수화물, 수산화니켈(II), 수산화니켈(II) 아이오딘화물 무수물, 아이오딘화니켈(II), 질산니켈(II) 6수화물, 옥살산니켈(II) 2수화물, 과염소산니켈(II) 6수화물, 설팜산니켈(II) 4수화물, 황산니켈(II), 황산니켈(II) 7수화물, 파라과아이오딘산염 칼륨 니켈(IV), 테트라사이아노니켈산칼륨(II) 수화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 촉매는 탄산니켈을 포함한다. 일부 실시형태에서, 촉매는 질산니켈(II)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 촉매는 아세트산니켈을 포함한다.
일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 약 50mM 내지 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 적어도 약 50mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 최대 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 약 50mM 내지 약 60mM, 약 50mM 내지 약 70mM, 약 50mM 내지 약 80mM, 약 50mM 내지 약 90mM, 약 50mM 내지 약 100mM, 약 50mM 내지 약 120mM, 약 50mM 내지 약 140mM, 약 50mM 내지 약 160mM, 약 50mM 내지 약 180mM, 약 50mM 내지 약 200mM, 약 60mM 내지 약 70mM, 약 60mM 내지 약 80mM, 약 60mM 내지 약 90mM, 약 60mM 내지 약 100mM, 약 60mM 내지 약 120mM, 약 60mM 내지 약 140mM, 약 60mM 내지 약 160mM, 약 60mM 내지 약 180mM, 약 60mM 내지 약 200mM, 약 70mM 내지 약 80mM, 약 70mM 내지 약 90mM, 약 70mM 내지 약 100mM, 약 70mM 내지 약 120mM, 약 70mM 내지 약 140mM, 약 70mM 내지 약 160mM, 약 70mM 내지 약 180mM, 약 70mM 내지 약 200mM, 약 80mM 내지 약 90mM, 약 80mM 내지 약 100mM, 약 80mM 내지 약 120mM, 약 80mM 내지 약 140mM, 약 80mM 내지 약 160mM, 약 80mM 내지 약 180mM, 약 80mM 내지 약 200mM, 약 90mM 내지 약 100mM, 약 90mM 내지 약 120mM, 약 90mM 내지 약 140mM, 약 90mM 내지 약 160mM, 약 90mM 내지 약 180mM, 약 90mM 내지 약 200mM, 약 100mM 내지 약 120mM, 약 100mM 내지 약 140mM, 약 100mM 내지 약 160mM, 약 100mM 내지 약 180mM, 약 100mM 내지 약 200mM, 약 120mM 내지 약 140mM, 약 120mM 내지 약 160mM, 약 120mM 내지 약 180mM, 약 120mM 내지 약 200mM, 약 140mM 내지 약 160mM, 약 140mM 내지 약 180mM, 약 140mM 내지 약 200mM, 약 160mM 내지 약 180mM, 약 160mM 내지 약 200mM, 또는 약 180mM 내지 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 약 50mM, 약 60mM, 약 70mM, 약 80mM, 약 90mM, 약 100mM, 약 120mM, 약 140mM, 약 160mM, 약 180mM, 또는 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 적어도 약 60mM, 약 70mM, 약 80mM, 약 90mM, 약 100mM, 약 120mM, 약 140mM, 약 160mM, 약 180mM, 또는 약 200mM이다. 일부 실시형태에서, 촉매는 농도가 최대 약 50mM, 약 60mM, 약 70mM, 약 80mM, 약 90mM, 약 100mM, 약 120mM, 약 140mM, 약 160mM, 또는 약 180mM이다.
일부 실시형태에서, 전기화학적 증착은 제2 집전 장치에 정전압을 적용하는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 정전압은 약 -2.4V 내지 약 -0.3V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 적어도 약 -2.4V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 최대 약 -0.3V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 약 -0.3V 내지 약 -0.5V, 약 -0.3V 내지 약 -0.9V, 약 -0.3V 내지 약 -1.1V, 약 -0.3V 내지 약 -1.3V, 약 -0.3V 내지 약 -1.5V, 약 -0.3V 내지 약 -1.7V, 약 -0.3V 내지 약 -1.9V, 약 -0.3V 내지 약 -2.1V, 약 -0.3V 내지 약 -2.3V, 약 -0.3V 내지 약 -2.4V, 약 -0.5V 내지 약 -0.9V, 약 -0.5V 내지 약 -1.1V, 약 -0.5V 내지 약 -1.3V, 약 -0.5V 내지 약 -1.5V, 약 -0.5V 내지 약 -1.7V, 약 -0.5V 내지 약 -1.9V, 약 -0.5V 내지 약 -2.1V, 약 -0.5V 내지 약 -2.3V, 약 -0.5V 내지 약 -2.4V, 약 -0.9V 내지 약 -1.1V, 약 -0.9V 내지 약 -1.3V, 약 -0.9V 내지 약 -1.5V, 약 -0.9V 내지 약 -1.7V, 약 -0.9V 내지 약 -1.9V, 약 -0.9V 내지 약 -2.1V, 약 -0.9V 내지 약 -2.3V, 약 -0.9V 내지 약 -2.4V, 약 -1.1V 내지 약 -1.3V, 약 -1.1V 내지 약 -1.5V, 약 -1.1V 내지 약 -1.7V, 약 -1.1V 내지 약 -1.9V, 약 -1.1V 내지 약 -2.1V, 약 -1.1V 내지 약 -2.3V, 약 -1.1V 내지 약 -2.4V, 약 -1.3V 내지 약 -1.5V, 약 -1.3V 내지 약 -1.7V, 약 -1.3V 내지 약 -1.9V, 약 -1.3V 내지 약 -2.1V, 약 -1.3V 내지 약 -2.3V, 약 -1.3V 내지 약 -2.4V, 약 -1.5V 내지 약 -1.7V, 약 -1.5V 내지 약 -1.9V, 약 -1.5V 내지 약 -2.1V, 약 -1.5V 내지 약 -2.3V, 약 -1.5V 내지 약 -2.4V, 약 -1.7V 내지 약 -1.9V, 약 -1.7V 내지 약 -2.1V, 약 -1.7V 내지 약 -2.3V, 약 -1.7V 내지 약 -2.4V, 약 -1.9V 내지 약 -2.1V, 약 -1.9V 내지 약 -2.3V, 약 -1.9V 내지 약 -2.4V, 약 -2.1V 내지 약 -2.3V, 약 -2.1V 내지 약 -2.4V, 또는 약 -2.3V 내지 약 -2.4V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 약 -0.3V, 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 약 -2.3V, 또는 약 -2.4V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 적어도 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 약 -2.3V, 또는 약 -2.4V이다. 일부 실시형태에서, 정전압은 최대 약 -0.3V, 약 -0.5V, 약 -0.9V, 약 -1.1V, 약 -1.3V, 약 -1.5V, 약 -1.7V, 약 -1.9V, 약 -2.1V, 또는 약 -2.3V이다.
일부 실시형태에서, 열수 합성은 수용액에서 제2 집전 장치를 함침시키는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수용액은 아세트산염, 염화물, 질산염, 환원제 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 아세트산염은 아세트산알루미늄, 아세토타르타르산알루미늄, 다이아세트산알루미늄, 설프아세트산알루미늄, 트라이아세트산알루미늄, 아세트산암모늄, 아세트산안티모니(III), 아세트산바륨, 염기성 아세트산베릴륨, 아세트산비스무트(III), 아세트산카드뮴, 아세트산세슘, 아세트산칼슘, 아세트산 칼슘 마그네슘, 카모스타트, 아세트산크로뮴 수산화물, 아세트산크로뮴(II), 브로민화클리디늄, 아세트산코발트(II), 아세트산구리(II), 데스-마틴 페리오디난, (다이아세톡시아이오도)벤젠, 철(II) 아세트산염, 아세트산철(III), 아세트산납(II), 아세트산납(IV), 아세트산리튬, 아세트산마그네슘, 아세트산망간(II), 망간(III) 아세트산염, 아세트산수은(II), 아세트산메톡시에틸수은, 아세트산 몰리브데넘(II), 넥세리딘, 아세트산니켈(II), 아세트산팔라듐(II), 파리스 그린, 아세트산백금(II), 아세트산칼륨, 프로파니디드, 아세트산로듐(II), 사트라플라틴, 아세트산은, 아세트산나트륨, 클로로아세트산나트륨, 다이아세트산나트륨, 트라이아세톡시보로하이드라이드나트륨, 아세트산탈륨, 틸라퍼틴, 트라이암시놀론 헥사아세토나이드, 트라이에틸아세트산암모늄, 우라닐 아세트산염, 아세트산 우라닐 아연, 백금 촉매, 아세트산아연 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 염화물은 삼염화알루미늄, 염화암모늄, 염화바륨, 염화바륨 2수화물, 염화칼슘, 염화칼슘 2수화물, 염화코발트(II) 6수화물, 염화코발트(III), 염화구리(II), 염화구리(II) 2수화물, 염화철(II), 염화철(III), 염화철(III) 6수화물, 염화납(II), 염화납(IV), 염화마그네슘, 염화마그네슘 6수화물, 염화망간(II) 4수화물, 염화망간(IV), 염화수은(I), 염화니켈(II) 6수화물, 염화니켈(III), 오염화인, 삼염화인, 염화칼륨, 염화은, 염화나트륨, 염화스트론튬, 육염화황, 염화주석(IV) 5수화물, 염화아연 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 질산염은 질산알루미늄, 질산바륨, 질산베릴륨, 질산카드뮴, 질산칼슘, 질산세슘, 질산크로뮴, 질산코발트, 질산제2구리, 질산 다이사이클로헥실암모늄, 질산디디뮴, 질산에코나졸, 질산제2철, 질산갈륨, 질산구아니딘, 질산란타넘 6수화물, 질산납, 질산리튬, 질산마그네슘, 질산망간, 질산제2수은, 질산제1수은, 질산니켈, 아질산니켈, 아질산칼륨, 질산은, 질산나트륨, 질산스트론튬, 질산탈륨, 질산우라닐, 질산아연암모늄, 질산아연, 질산지르코늄 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 환원제는 유레아, 시트르산, 아스코르브산, 하이드라진 수화물, 하이드로퀴논, 수소화붕소나트륨, 브로민화수소, 아이오딘화수소 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다.
일부 실시형태에서 열분해는 약 150℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 적어도 약 150℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 최대 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 약 150℃ 내지 약 200℃, 약 150℃ 내지 약 250℃, 약 150℃ 내지 약 300℃, 약 150℃ 내지 약 350℃, 약 150℃ 내지 약 400℃, 약 200℃ 내지 약 250℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 약 200℃ 내지 약 350℃, 약 200℃ 내지 약 400℃, 약 250℃ 내지 약 300℃, 약 250℃ 내지 약 350℃, 약 250℃ 내지 약 400℃, 약 300℃ 내지 약 350℃, 약 300℃ 내지 약 400℃, 또는 약 350℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 약 150℃, 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 약 350℃, 또는 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 적어도 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 약 350℃, 또는 약 400℃의 온도에서 수행된다. 일부 실시형태에서 열분해는 최대 약 150℃, 약 200℃, 약 250℃, 약 300℃, 또는 약 350℃의 온도에서 수행된다.
용어 및 정의
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어는 본 개시내용이 속하는 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 용어는 문맥에서 달리 분명하게 나타내지 않는 한 복수의 대상을 포함한다. 본 명세서에서 "또는"에 대한 임의의 언급은 달리 언급되지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 것으로 의도된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "약"은 약 10%, 5% 또는 1%만큼의 언급된 양 근처의 양(이의 증분을 포함함)을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "활성 물질 특이적"은 임의의 포장 물질을 포함하지 않는 전극 또는 에너지 저장 디바이스의 활성 물질 상에만 기반한 특성을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "전지 특이적"은 임의의 포장 물질을 포함하는 전극 또는 에너지 저장 디바이스 전체에 기반한 특성을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "충전 방전 수명"은 에너지 저장의 등급화된 용량이 약 80%만큼 감소되는 충전 및 방전 주기의 수를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "3D"는 3차원을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "GO"는 그래핀 산화물을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "GA"는 그래핀 에어로겔을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "3DGA"는 3차원 그래핀 에어로겔을 지칭한다.
동결진공건조, 얼림건조, 동결건조로도 알려져 있는 본 명세서에서 사용되는 용어 "냉동-건조"는 물질을 냉동시키고, 물질에서 냉동된 유체가 고체상으로부터 기체상으로 직접적으로 승화되는 것을 가능하게 하도록 주변 압력을 감소시키는 탈수 공정인 공정을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "LDH"는 이중층 수산화물을 지칭한다. 일부 실시형태에서, LDH는 일반적 층 순서[AcBZAcB]n로 층상화된 구조를 특징으로 하는 이온성 고체의 부류이며, 여기서 c는 금속 양이온 층을 나타내고, A 및 B는 수산화물(HO-) 음이온의 층이며, Z는 다른 음이온 및 중성 분자의 층이다.
비제한적 예
예시적인 제1 전극
실시형태 1: 제1 전극은 망간-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 3DGA를 포함하는 전도성 스캐폴드 및 그래파이트 폼을 포함하는 집전 장치를 포함한다.
실시형태 2: 제1 전극은 아연-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 그래핀 폼을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 구리 폼을 포함하는 집전 장치를 포함한다.
실시형태 3: 제1 전극은 아연-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 3DGA를 포함하는 전도성 스캐폴드 및 니켈 폼을 포함하는 집전 장치를 포함한다.
실시형태 4: 제1 전극은 크로뮴-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 그래파이트 이오노겔을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 니켈 폼을 포함하는 집전 장치를 포함한다.
실시형태 5: 제1 전극은 니켈-알루미늄 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 3DGA를 포함하는 전도성 스캐폴드 폼 및 그래파이트 폼을 포함하는 집전 장치를 포함한다.
실시형태 6: 제1 전극은 리튬-알루미늄 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 그래핀 폼을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 니켈 폼을 포함하는 집전 장치를 포함한다.
실시형태 7: 제1 전극은 니켈-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 그래파이트 이오노겔을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 구리 폼을 포함하는 집전 장치를 포함한다.
실시형태 8: 제1 전극은 아연-코발트 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 3DGA를 포함하는 전도성 스캐폴드 및 니켈 폼을 포함하는 집전 장치를 포함한다.
예시적인 에너지 저장 디바이스
실시형태 9: 에너지 저장 디바이스는 망간-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 그래핀 이오노겔을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 니켈 폼을 포함하는 제1 집전 장치를 포함하는, 제1 전극; 수산화구리(II)를 포함하는 수산화물 및 니켈 폼을 포함하는 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극; 세퍼레이터, 및 3M 산화철(II)-포화 수산화칼륨 용액을 포함하는 전해질을 포함한다.
실시형태 10: 에너지 저장 디바이스는 아연-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 그래핀 폼을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 구리 폼을 포함하는 집전 장치를 포함하는, 제1 전극; 수산화니켈(II)을 포함하는 수산화물 및 니켈 폼을 포함하는 제2 집전 장치를 포함하는, 제2 전극; 세퍼레이터, 및 6M 산화아연(II)-포화 수산화나트륨 용액을 포함하는 전해질을 포함한다.
실시형태 11: 에너지 저장 디바이스는 아연-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 3DGA를 포함하는 전도성 스캐폴드 및 니켈 폼을 포함하는 제1 집전 장치를 포함하는, 제1 전극; 수산화니켈(II)을 포함하는 수산화물 및 니켈 폼을 포함하는 제2 집전 장치를 포함하는, 제2 전극; 세퍼레이터, 및 6M 산화아연(II)-포화 수산화나트륨 용액을 포함하는 전해질을 포함한다.
실시형태 12: 에너지 저장 디바이스는 크로뮴-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 탄소 직물을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 그래핀 폼을 포함하는 제1 집전 장치를 포함하는, 제1 전극; 수산화니켈을 포함하는 수산화물 및 탄소 폼을 포함하는 제2 집전 장치를 포함하는, 제2 전극; 세퍼레이터, 및 5M 산화구리(I)-포화 수산화칼슘 용액을 포함하는 전해질을 포함한다.
실시형태 13: 에너지 저장 디바이스는 니켈-알루미늄 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 3DGA를 포함하는 전도성 스캐폴드 폼 및 그래파이트 폼을 포함하는 집전 장치를 포함하는 제1 전극; 수산화니켈을 포함하는 수산화물 및 탄소 폼을 포함하는 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극; 세퍼레이터, 및 5M 산화구리(I)-포화 수산화칼슘 용액을 포함하는 전해질을 포함한다.
실시형태 14: 에너지 저장 디바이스는 리튬-알루미늄 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 그래핀 폼을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 니켈 폼을 포함하는 집전 장치를 포함하는, 제1 전극; 수산화니켈을 포함하는 수산화물 및 탄소 폼을 포함하는 제2 집전 장치를 포함하는, 제2 전극; 세퍼레이터, 및 5M 산화구리(I)-포화 수산화칼슘 용액을 포함하는 전해질을 포함한다.
실시형태 15: 에너지 저장 디바이스는 니켈-철 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 그래파이트 이오노겔을 포함하는 전도성 스캐폴드 및 구리 폼을 포함하는 집전 장치를 포함하는 제1 전극; 수산화니켈을 포함하는 수산화물 및 탄소 폼을 포함하는 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극; 세퍼레이터, 및 5M 산화구리(I)-포화 수산화칼슘 용액을 포함하는 전해질을 포함한다.
실시형태 16: 에너지 저장 디바이스는 아연-코발트 이중층 수산화물을 포함하는 이중층 수산화물, 3DGA를 포함하는 전도성 스캐폴드 및 니켈 폼을 포함하는 집전 장치를 포함하는 제1 전극; 수산화니켈을 포함하는 수산화물 및 탄소 폼을 포함하는 제2 집전 장치를 포함하는 제2 전극; 세퍼레이터, 및 5M 산화구리(I)-포화 수산화칼슘 용액을 포함하는 전해질을 포함한다.
예시적인 제1 전극의 제조
실시형태 17: GO는 변형된 허머스 방법(modified Hummers' method)에 의해 제조하고, 혼합에 의해 수 중에서 분산시킨다. 제1 전극은 하이드로퀴논, 질산아연(II) 6수화물, 및 시트르산철(III)을 GO 수성 분산물에 연속적으로 첨가하여 복합 하이드로겔을 형성함으로써 제조한다. 이어서, 복합 하이드로겔을 교반시켜 균질한 혼합물을 형성하고 나서, 오븐에서 밀봉시킨다. 실온으로 냉각시킨 후에, 복합 하이드로겔을 수 중에 담그어서 임의의 불순물을 제거하고 냉동-건조시켰다.
실시형태 18: 변형된 허머스 방법에 의해 GO를 제조하고, 음파처리에 의해 수 중에서 분산시킨다. 제1 전극은 유레아, 질산아연(II) 6수화물, 및 질산철(III)을 GO 수성 분산물에 연속적으로 첨가하여 복합 하이드로겔을 형성함으로써 제조한다. 이어서, 복합 하이드로겔을 교반시켜 균질한 혼합물을 형성하고, 테플론-라이닝된(Teflon-lined) 오토클레이브에서 밀봉시킨다. 도움 없이 실온으로 냉각시킨 후에, 복합 하이드로겔을 탈이온수에 담그어서 임의의 불순물을 제거하고 진공 하에 냉동-건조시켰다.
실시형태 19: 변형된 허머스 방법에 의해 GO를 제조하고, 음파처리에 의해 수 중에서 분산시킨다. 제1 전극은 유레아, 질산철(II) 6수화물, 및 시트르산철(III)을 GO 수성 분산물에 연속적으로 첨가하여 복합 하이드로겔을 형성함으로써 제조한다. 이어서, 복합 하이드로겔을 가열하고, 실온으로 냉각시키고 나서, 아세톤에 담그어서 임의의 불순물을 제거하고 진공 하에 냉동-건조시켰다.
예시적인 제2 전극의 제조
실시형태 20: 니켈 폼 기판을 염산 용액으로 처리하여 표면 산화물층을 제거하고, 기판을 탈이온수로 철저히 세척하고 나서, 질산니켈(II) 6수화물의 수용액에서의 연속적 전위 주사에 의한 순환 전압전류법에 의해 기판 상에 수산화니켈(II)을 전착시킴으로써, 백금판 상대 전극, 및 Ag/AgCl 기준 전극을 갖는 3-전극 전지에서 전극을 제조하였다.
실시형태 21: 브롬화수소산 용액으로 탄소 폼 기판을 처리하고 탄산니켈 수용액에서 연속적 전위 주사에 의해 순환 전압전류법에 의해 기판 상의 수산화구리(II)를 전착시킴으로써 백금판 상대 전극, 및 Ag/AgCl 기준 전극을 갖는 3-전극 전기에서 전극을 제조하였다.

Claims (14)

  1. 에너지 저장 디바이스로서,
    제1 전극으로서,
    이중층 수산화물(layered double hydroxide);
    3차원 그래핀계 전도성 스캐폴드(three-dimensional graphene based conductive scaffold); 및
    제1 집전 장치(first current collector)
    를 포함하는, 상기 제1 전극;
    제2 전극으로서,
    수산화물; 및
    제2 집전 장치
    를 포함하는, 상기 제2 전극;
    세퍼레이터; 및
    전해질을 포함하되,
    상기 에너지 저장 디바이스는 산화환원 반응과 이온 흡착 둘 다를 통해 에너지를 저장하고; 그리고
    상기 이중층 수산화물은 아연계 이중층 수산화물, 철계 이중층 수산화물, 알루미늄계 이중층 수산화물, 크로뮴계 이중층 수산화물, 인듐계 이중층 수산화물, 망간계 이중층 수산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는 금속성 이중층 수산화물을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화환원 반응은 상기 제1 전극에서 일어나고, 수산화아연의 산화환원 반응 및 수산화철의 산화환원 반응 중 적어도 하나를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산화환원 반응은 상기 제2 전극에서 일어나고, 수산화니켈의 산화환원 반응을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이온 흡착은 상기 전해질에서 일어나고, 산화아연의 이온 흡착을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이중층 수산화물은 아연-철 이중층 수산화물, 알루미늄-철 이중층 수산화물, 크로뮴-철 이중층 수산화물, 인듐-철 이중층 수산화물, 망간-철 이중층 수산화물 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는 금속성 이중층 수산화물을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 3차원 그래핀계 전도성 스캐폴드는 전도성 폼(conductive foam), 전도성 에어로겔(conductive aerogel), 그래핀 폼(graphene foam), 그래파이트 폼(graphite foam), 그래핀 에어로겔, 그래파이트 에어로겔 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전해질은 강염기 및 전도성 첨가제를 포함하는 수성 알칼리성 전해질을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전도성 첨가제는 산화나트륨(I), 산화칼륨(I), 산화철(II), 산화마그네슘(II), 산화칼슘(II), 산화크로뮴(III), 산화구리(I), 산화아연(II), 염화제1구리, 인화카드뮴, 비소화카드뮴, 안티몬화카드뮴, 인화아연, 비소화아연, 안티몬화아연, 셀렌화카드뮴, 황화카드뮴, 텔루르화카드뮴, 셀렌화아연, 황화아연, 텔루르화아연, 산화아연 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  9. 제7항에 있어서, 상기 강염기는 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐, 수산화세슘, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화스트론튬, 수산화바륨 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 충전율(charge rate)이 적어도 약 10C인, 에너지 저장 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 재충전 시간이 최대 약 1시간인, 에너지 저장 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 전지-비용량이 적어도 약 2,500mAh인, 에너지 저장 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 활성 물질 특이적 에너지 밀도가 적어도 약 400Wh/㎏인, 에너지 저장 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 총 출력 밀도가 적어도 약 30㎾/㎏인, 에너지 저장 디바이스.
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