CN108475590B

CN108475590B - 高电压装置

Info

Publication number: CN108475590B
Application number: CN201780007612.5A
Authority: CN
Inventors: 理查德·贝利·卡内尔; 马厄·F·埃尔-卡迪
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: IL260398B; KR102645603B1; US10892109B2; US10614968B2; CN108475590A; AU2017209117B2; US11842850B2; IL260398A; CA3009208A1; JP2019508885A; EP3405966A4; JP7150328B2; US20210118628A1; KR20180098664A; US20170213657A1; TWI791426B; EP3405966A1; AU2017209117A1; TW201801111A; US20200090880A1

Abstract

本公开提供了可避免当前储能技术的缺点的超级电容器。本文提供了超级电容器装置及其制造方法，所述方法包括在集电器上制造或合成活性材料和/或制造超级电容器电极以形成超级电容器电极和装置的平面和堆叠阵列。本文所公开的原型超级电容器与商用超级电容器相比可展现改进的性能。另外，本公开提供了一种通过掩模和蚀刻来制造超级电容器的简单而又通用的技术。

Description

高电压装置

背景技术

高性能储能装置的发展在广泛的应用中得到很大的关注。虽然正常电子装置发展迅速，但根据摩尔定律，电池仅有稍微的进步，这主要是由于当前材料的能量密度和容量的限制。

发明概要

本发明者已认识到，具有减少的充电时间和增加的电荷密度的电池对便携式电子设备和可更新能源装置的设计和使用具有深远影响。本文提供了超级电容器的方法、装置和***。所述方法可包括在集电器上制造(或合成)活性材料和/或制造超级电容器电极。一些实施方案提供用于制造(或合成)平面和堆叠的电极阵列和/或用于制造(或合成)超级电容器的方法、装置和***。

本文所提供的公开内容的第一方面是包括电极阵列的超级电容器装置，其中每个电极包括：集电器；和在集电器的第一表面的一部分上的活性材料。

在一些实施方案中，第一方面的超级电容器还包括在集电器的第二表面的一部分上的活性材料。

在一些实施方案中，阵列中的每个电极通过间隙与后续电极隔开。

在一些实施方案中，所述集电器包括金属薄膜或聚合物薄膜或其任何组合，其中所述金属薄膜包含银、铜、金、铝、钙、钨、锌、钨、黄铜、青铜、镍、锂、铁、铂、锡、碳钢、铅、钛、不锈钢、汞、铬、砷化镓或其任何组合，且其中所述聚合物薄膜包含聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基、聚吡咯、聚咔唑、聚吲哚、聚氮呯(polyazepinem)、聚苯胺、聚噻吩、聚3,4-亚乙基二氧噻吩、聚对亚苯基硫醚、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基或其任何组合。

在一些实施方案中，活性材料包括两个或更多个分隔且互连的层。在一些实施方案中，活性材料包含碳、活性炭、石墨烯、聚苯胺、聚噻吩、基于互连波纹状碳的网状物(ICCN)或其任何组合。在一些实施方案中，活性材料具有每克约250平方米至每克约3,500平方米的表面密度。在一些实施方案中，活性材料具有约750西门子/米至约3,000西门子/米的电导率。

在一些实施方案中，所述电极阵列是平面电极阵列。在其它这种实施方案中，电解质是含水的，其中电极的数目为约5个，且跨越电极阵列产生的电压电位为约2.5V至约10V。在其它这种实施方案中，电解质包含在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)，其中电极的数目为约5个，且跨越电极阵列产生的电压电位为约6V至约24V。在其它这种实施方案中，电解质是含水的，其中电极的数目为约180个，且跨越电极阵列产生的电压电位为约100V至约360V。在其它这种实施方案中，电解质包含在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)，其中电极的数目为约72个，且跨越电极阵列产生的电压电位为约100V至约360V。

在一些实施方案中，电极阵列是堆叠的电极阵列。

在一些实施方案中，第一方面的超级电容器装置还包括至少一个或多个隔板和支撑件，其中所述至少一个或多个隔板和支撑件被定位在一对相邻电极之间。

在一些实施方案中，第一方面的超级电容器装置还包括电解质，其中电解质是液体、固体、凝胶或其任何组合，包含聚合物、二氧化硅、煅制二氧化硅、煅制二氧化硅纳米粉末、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、磷酸、四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)、乙腈、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸乙醇铵、二羧酸盐、***素、一磷酸腺苷、一磷酸鸟苷、对氨基马尿酸盐、聚硅氧烷、聚磷腈、氢氧化钾、聚乙烯醇或其任何组合。

本文所提供的公开内容的第二方面是一种制造超级电容器的方法，所述方法包括制造电极阵列，包括：将活性材料施加于集电器的第一表面的一部分上；以及干燥集电器上的活性材料，其中每个电极通过间隙与后续电极隔开。

在一些实施方案中，第二方面的方法还包括：将活性材料施加于集电器的第二表面的一部分上；及干燥集电器上的活性材料。

在一些实施方案中，至少一个或多个胶带和掩模屏蔽衬底的一部分，由此防止活性材料施加于衬底的屏蔽部分上。

在一些实施方案中，活性材料是以浆料形式施加。在一些实施方案中，通过刮刀刀片将浆料施加于衬底上。在一些实施方案中，活性材料施加于集电器的第一表面上的过程与活性材料施加于集电器的第二表面上的过程是同时进行的。

在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在约40℃至约160℃的温度下进行。在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在约6小时至约24小时的时间段内进行。

在一些实施方案中，电极阵列包括平面电极阵列。在一些实施方案中，平面电极阵列是通过蚀刻或切割活性材料和集电器来制造。

在一些实施方案中，电极阵列包括堆叠的电极阵列。

在一些实施方案中，第二方面的方法还包括将至少一个或多个隔板和支撑件定位在一对连续电极之间。

在一些实施方案中，第二方面的方法还包括：将电解质分散在电极阵列上；将电极阵列包裹在护套中；以及将所包裹的电极阵列***外壳中。

在一些实施方案中，电解质是液体、固体、凝胶或其任何组合，包含聚合物、二氧化硅、煅制二氧化硅、煅制二氧化硅纳米粉末、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、磷酸、四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)、乙腈、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸乙醇铵、二羧酸盐、***素、一磷酸腺苷、一磷酸鸟苷、对氨基马尿酸盐、聚硅氧烷、聚磷腈、氢氧化钾、聚乙烯醇或其任何组合。

附图简述

本公开的新颖特征特别阐述于所附权利要求书中。通过参照以下给出说明性实施方案的详细描述和附图(在本文中也称为“图(FIG)”和“图(FIGs)”)可以更好地理解本发明的特征和优点，在这些实施方案中使用了本公开的原理，在这些图中：

图1A-D示出了具有多个电极的超级电容器的示例性图示。

图2示出了具有180个电池的超级电容器的示例性图示。

图3A-B示出了单面电极和双面电极的示例性图示。

图4A-B示出了组装的超级电容器的示例性正视截面图和俯视截面图。

图5A-B示出了具有支撑件的组装的超级电容器的示例性正视截面图，和支撑的双面电极的示例性图示。

图6A-C示出了封装的单电池超级电容器的示例性分解图、透视图和俯视图。

图7示出了活性材料施加于集电器上的示例性图像。

图8示出了施加于集电器上的活性材料的示例性图像。

图9A-B示出了在干燥和胶带移除之后的电极的示例性图像。

图10示出了制造图案化平面电极的示例性图像。

图11示出了在电化学试验期间的高电压超级电容器的示例性图像。

图12A-E示出了示例性超级电容器装置在不同扫描速率下的循环伏安(CV)图。

图13示出了示例性超级电容器装置在不同扫描速率下的循环伏安(CV)图的叠加。

图14示出了示例性超级电容器在恒定电流下的充电和放电性能。

图15示出了示例性超级电容器的瓦尔堡阻抗。

具体实施方式

本发明者已认识到，对于混杂材料的改进设计及混合材料集成到微型超级电容器中的需要，以简化具有微米间隔的3D微电极的微加工。

本公开提供了一种用于制造超级电容器的简单而又通用的技术。本公开提供了一种用于制备和/或集成超级电容器以用于高电压应用的方法。在一些实施方案中，本公开提供了一种用于直接制备和集成超级电容器以用于高电压应用的方法。超级电容器可包括单独的电化学电池的阵列。在一些实施方案中，单独的电化学电极的阵列可在同一平面中且以一步来直接制造。此配置可对电压和电流输出提供很好的控制。在一些实施方案中，所述阵列可与太阳能电极集成以用于高效的太阳能收集和储存。在一些实施方案中，所述装置是用于高电压应用的集成的超级电容器。

本公开的一方面提供了一种包括电极阵列的超级电容器装置，其中每个电极包括：集电器；和在集电器的第一表面的一部分上的活性材料。在一些实施方案中，集电器包括在集电器的第二表面的一部分上的活性材料。在一些实施方案中，阵列中的电极通过间隙与后续电极隔开。

在一些实施方案中，活性材料包含碳、活性炭、石墨烯、聚苯胺、聚噻吩、基于互连波纹状碳的网状物(ICCN)或其任何组合。

在一些实施方案中，集电器包括金属薄膜或聚合物薄膜或其任何组合。在一些实施方案中，金属薄膜包含银、铜、金、铝、钙、钨、锌、钨、黄铜、青铜、镍、锂、铁、铂、锡、碳钢、铅、钛、不锈钢、汞、铬、砷化镓或其任何组合。在一些实施方案中，聚合物薄膜包含聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基、聚吡咯、聚咔唑、聚吲哚、聚氮呯、聚苯胺、聚噻吩、聚3,4-亚乙基二氧噻吩、聚对亚苯基硫醚、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基或其任何组合。

在一些实施方案中，集电器的厚度为约50纳米至约200纳米。在一些实施方案中，集电器的厚度为至少约50纳米。在一些实施方案中，集电器的厚度为至多约200纳米。在一些实施方案中，集电器的厚度为约50纳米至约75纳米、约50纳米至约100纳米、约50纳米至约125纳米、约50纳米至约150纳米、约50纳米至约175纳米、约50纳米至约200纳米、约75纳米至约100纳米、约75纳米至约125纳米、约75纳米至约150纳米、约75纳米至约175纳米、约75纳米至约200纳米、约100纳米至约125纳米、约100纳米至约150纳米、约100纳米至约175纳米、约100纳米至约200纳米、约125纳米至约150纳米、约125纳米至约175纳米、约125纳米至约200纳米、约150纳米至约175纳米、约150纳米至约200纳米或约175纳米至约200纳米。

在一些实施方案中，活性材料包括两个或更多个分隔且互连的层。在一些实施方案中，层为波纹的。在一些实施方案中，层为单原子厚的。

在一些实施方案中，层的一部分是由至少约1纳米(nm)的距离隔开。在一些实施方案中，层的一部分是由至多约150nm的距离隔开。在一些实施方案中，层的一部分是由约1nm至约150nm的距离隔开。在一些实施方案中，层的一部分是由以下距离隔开：约1nm至约5nm、约1nm至约10nm、约1nm至约25nm、约1nm至约50nm、约1nm至约100nm、约1nm至约150nm、约5nm至约10nm、约5nm至约25nm、约5nm至约50nm、约5nm至约100nm、约5nm至约150nm、约10nm至约25nm、约10nm至约50nm、约10nm至约100nm、约10nm至约150nm、约25nm至约50nm、约25nm至约100nm、约25nm至约150nm、约50nm至约100nm、约50nm至约150nm或约100nm至约150nm。

在一些实施方案中，活性材料具有每克至少约250平方米(m²/g)的表面密度。在一些实施方案中，活性材料具有至多约3,500m²/g的表面密度。在一些实施方案中，活性材料具有约250m²/g至约3,500m²/g的表面密度。在一些实施方案中，活性材料具有以下表面密度：约250m²/g至约500m²/g、约250m²/g至约750m²/g、约250m²/g至约1,000m²/g、约250m²/g至约1,500m²/g、约250m²/g至约2,000m²/g、约250m²/g至约2,500m²/g、约250m²/g至约3,000m²/g、约250m²/g至约3,500m²/g、约500m²/g至约750m²/g、约500m²/g至约1,000m²/g、约500m²/g至约1,500m²/g、约500m²/g至约2,000m²/g、约500m²/g至约2,500m²/g、约500m²/g至约3,000m²/g、约500m²/g至约3,500m²/g、约750m²/g至约1,000m²/g、约750m²/g至约1,500m²/g、约750m²/g至约2,000m²/g、约750m²/g至约2,500m²/g、约750m²/g至约3,000m²/g、约750m²/g至约3,500m²/g、约1,000m²/g至约1,500m²/g、约1,000m²/g至约2,000m²/g、约1,000m²/g至约2,500m²/g、约1,000m²/g至约3,000m²/g、约1,000m²/g至约3,500m²/g、约1,500m²/g至约2,000m²/g、约1,500m²/g至约2,500m²/g、约1,500m²/g至约3,000m²/g、约1,500m²/g至约3,500m²/g、约2,000m²/g至约2,500m²/g、约2,000m²/g至约3,000m²/g、约2,000m²/g至约3,500m²/g、约2,500m²/g至约3,000m²/g、约2,500m²/g至约3,500m²/g或约3,000m²/g至约3,500m²/g。

在一些实施方案中，活性材料具有至少约750西门子/米(S/m)的电导率。在一些实施方案中，活性材料具有至多约3,000S/m的电导率。在一些实施方案中，活性材料具有约750S/m至约3,000S/m的电导率。在一些实施方案中，活性材料具有以下电导率：约750S/m至约1,000S/m、约750S/m至约1,500S/m、约750S/m至约2,000S/m、约750S/m至约2,500S/m、约750S/m至约3,000S/m、约1,000S/m至约1,500S/m、约1,000S/m至约2,000S/m、约1,000S/m至约2,500S/m、约1,000S/m至约3,000S/m、约1,500S/m至约2,000S/m、约1,500S/m至约2,500S/m、约1,500S/m至约3,000S/m、约2,000S/m至约2,500S/m、约2,000S/m至约3,000S/m或约2,500S/m至约3,000S/m。

在一些实施方案中，所述两个或更多个电极是以阵列方式排布。在一些实施方案中，阵列中的每个电极通过间隙与后续电极隔开。

在一些实施方案中，所述阵列是平面阵列。在一些实施方案中，电极的数目为至少约2个。

在一些实施方案中，间隙的宽度为至少约10μm。在一些实施方案中，间隙的宽度为至多约2,000μm。在一些实施方案中，间隙的宽度为约10μm至约2,000μm。在一些实施方案中，间隙的宽度为约10μm至约25μm、约10μm至约50μm、约10μm至约100μm、约10μm至约500μm、约10μm至约1,000μm、约10μm至约1,500μm、约10μm至约2,000μm、约25μm至约50μm、约25μm至约100μm、约25μm至约500μm、约25μm至约1,000μm、约25μm至约1,500μm、约25μm至约2,000μm、约50μm至约100μm、约50μm至约500μm、约50μm至约1,000μm、约50μm至约1,500μm、约50μm至约2,000μm、约100μm至约500μm、约100μm至约1,000μm、约100μm至约1,500μm、约100μm至约2,000μm、约500μm至约1,000μm、约500μm至约1,500μm、约500μm至约2,000μm、约1,000μm至约1,500μm、约1,000μm至约2,000μm或约1,500μm至约2,000μm。

在一些实施方案中，超级电容器装置还包括电解质。在一些实施方案中，电解质是液体、固体、凝胶或其任何组合。在一些实施方案中，电解质包含聚合物、二氧化硅、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、磷酸、四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)、乙腈、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸乙醇铵、二羧酸盐、***素、一磷酸腺苷、一磷酸鸟苷、对氨基马尿酸盐、聚硅氧烷、聚磷腈、氢氧化钾、聚乙烯醇或其任何组合。在一些实施方案中，二氧化硅是煅制二氧化硅。在一些实施方案中，二氧化硅是煅制二氧化硅和/或呈纳米粉末形式。

在一些实施方案中，电解质是含水的且其中电极的数目为约5个。在此实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为至少约2.5伏特(V)。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为至多约10V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为约2.5V至约10V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为约2.5V至约3V、约2.5V至约4V、约2.5V至约5V、约2.5V至约6V、约2.5V至约8V、约2.5V至约10V、约3V至约4V、约3V至约5V、约3V至约6V、约3V至约8V、约3V至约10V、约4V至约5V、约4V至约6V、约4V至约8V、约4V至约10V、约5V至约6V、约5V至约8V、约5V至约10V、约6V至约8V、约6V至约10V或约8V至约10V。

在一些实施方案中，电解质包含在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)且其中电极的数目为约5个。在此实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为至少约6V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为至多约24V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为约6V至约24V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为约6V至约8V、约6V至约10V、约6V至约12V、约6V至约14V、约6V至约16V、约6V至约18V、约6V至约20V、约6V至约22V、约6V至约24V、约8V至约10V、约8V至约12V、约8V至约14V、约8V至约16V、约8V至约18V、约8V至约20V、约8V至约22V、约8V至约24V、约10V至约12V、约10V至约14V、约10V至约16V、约10V至约18V、约10V至约20V、约10V至约22V、约10V至约24V、约12V至约14V、约12V至约16V、约12V至约18V、约12V至约20V、约12V至约22V、约12V至约24V、约14V至约16V、约14V至约18V、约14V至约20V、约14V至约22V、约14V至约24V、约16V至约18V、约16V至约20V、约16V至约22V、约16V至约24V、约18V至约20V、约18V至约22V、约18V至约24V、约20V至约22V、约20V至约24V或约22V至约24V。

在一些实施方案中，电解质是含水的且其中电极的数目为约180个。在此实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为至少约100V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为至多约360V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为约100V至约360V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为约100V至约150V、约100V至约200V、约100V至约250V、约100V至约300V、约100V至约360V、约150V至约200V、约150V至约250V、约150V至约300V、约150V至约360V、约200V至约250V、约200V至约300V、约200V至约360V、约250V至约300V、约250V至约360V或约300V至约360V。

在一些实施方案中，电解质包含在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)且其中电极的数目为约72个。在此实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为至少约100V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为至多约360V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为约100V至约360V。在一些实施方案中，跨越电极阵列产生的电压电位为约100V至约150V、约100V至约200V、约100V至约250V、约100V至约300V、约100V至约360V、约150V至约200V、约150V至约250V、约150V至约300V、约150V至约360V、约200V至约250V、约200V至约300V、约200V至约360V、约250V至约300V、约250V至约360V或约300V至约360V。

在一些实施方案中，电极阵列是堆叠的电极阵列。在一些实施方案中，堆叠的电极阵列包括多个电极。

在一些实施方案中，电极为单面电极，其中集电器的第一表面含有活性材料。在一些实施方案中，电极为双面电极，其中集电器的第一表面和相反的第二表面含有活性材料。

在一些实施方案中，超级电容器包括在集电器的第二表面上的活性材料。在一些实施方案中，集电器的第一表面的一部分没有被活性材料覆盖。在一些实施方案中，集电器的第二表面的一部分没有被活性材料覆盖。

在一些实施方案中，堆叠阵列中的远端电极包括单面电极。在一些实施方案中，远端电极的集电器的第一表面面朝内。在一些实施方案中，双面电极位于两个单面电极之间。在一些实施方案中，堆叠阵列中的双面活性电极的数目为至少约1个。

在一些实施方案中，隔板被定位在每对相邻电极之间。在一些实施方案中，隔板是由以下材料构成：棉花、纤维素、尼龙、聚酯、玻璃、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、塑料、陶瓷、橡胶、石棉、木材或其任何组合。

在一些实施方案中，堆叠阵列还包括可定位于一对相邻的单面活性电极的第一面之间的支撑件。在一些实施方案中，支撑件是由以下材料构成：钢、不锈钢、铝、木材、玻璃、塑料、碳纤维、玻璃纤维、金属或其任何组合。

本文所提供的第二方面是一种制造超级电容器的方法，所述方法包括：制造电极阵列，所述制造包括：覆盖集电器的第一表面的一部分；将活性材料施加于集电器的第一表面上；以及干燥集电器上的活性材料。

在一些实施方案中，第二方面还包括覆盖集电器的第二表面的一部分；将活性材料施加于集电器的第二表面上；以及干燥集电器上的活性材料。

在一些实施方案中，集电器包括金属薄膜或聚合物薄膜或其任何组合。在一些实施方案中，金属薄膜包含银、铜、金、铝、钙、钨、锌、黄铜、青铜、镍、锂、铁、铂、锡、碳钢、铅、钛、不锈钢、汞、铬、砷化镓或其任何组合。在一些实施方案中，聚合物薄膜包含聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基、聚吡咯、聚咔唑、聚吲哚、聚氮呯、聚苯胺、聚噻吩、聚3,4-亚乙基二氧噻吩、聚对亚苯基硫醚、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基或其任何组合。

在一些实施方案中，集电器的厚度为至少约50nm。在一些实施方案中，集电器的厚度为至多约200nm。在一些实施方案中，集电器的厚度为约50nm至约200nm。在一些实施方案中，集电器的厚度为约50nm至约75nm、约50nm至约100nm、约50nm至约125nm、约50nm至约150nm、约50nm至约175nm、约50nm至约200nm、约75nm至约100nm、约75nm至约125nm、约75nm至约150nm、约75nm至约175nm、约75nm至约200nm、约100nm至约125nm、约100nm至约150nm、约100nm至约175nm、约100nm至约200nm、约125nm至约150nm、约125nm至约175nm、约125nm至约200nm、约150nm至约175nm、约150nm至约200nm或约175nm至约200nm。

一些实施方案还包括将集电器附着于衬底的步骤。在一些实施方案中，衬底包括木材、玻璃、塑料、碳纤维、玻璃纤维、金属或其任何组合。

在一些实施方案中，集电器是由胶带或掩模部分地覆盖。在一些实施方案中，胶带包括Kapton胶带、双面活性电极胶带、管道胶带、电工胶带、细胶带、电器胶带、gorilla胶带、掩蔽胶带、透明胶带、医用胶带、铁氟龙胶带或其任何组合。

在一些实施方案中，活性材料呈浆料的形式。在一些实施方案中，通过刮刀刀片将浆料施加于衬底上。在一些实施方案中，活性材料施加于集电器的第一表面上的过程与活性材料施加于集电器的第二表面上的过程是同时进行的。

在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在至少约40℃的温度下进行。在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在至多约160℃的温度下进行。在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在约40℃至约160℃的温度下进行。在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在以下温度下进行：约40℃至约60℃、约40℃至约80℃、约40℃至约100℃、约40℃至约120℃、约40℃至约140℃、约40℃至约160℃、约60℃至约80℃、约60℃至约100℃、约60℃至约120℃、约60℃至约140℃、约60℃至约160℃、约80℃至约100℃、约80℃至约120℃、约80℃至约140℃、约80℃至约160℃、约100℃至约120℃、约100℃至约140℃、约100℃至约160℃、约120℃至约140℃、约120℃至约160℃或约140℃至约160℃。

在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在至少约6小时的时间段内进行。在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在至多约24小时的时间段内进行。在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在约6小时至约24小时的时间段内进行。在一些实施方案中，集电器上的活性材料的干燥是在以下时间段内进行：约6小时至约8小时、约6小时至约10小时、约6小时至约12小时、约6小时至约16小时、约6小时至约20小时、约6小时至约24小时、约8小时至约10小时、约8小时至约12小时、约8小时至约16小时、约8小时至约20小时、约8小时至约24小时、约10小时至约12小时、约10小时至约16小时、约10小时至约20小时、约10小时至约24小时、约12小时至约16小时、约12小时至约20小时、约12小时至约24小时、约16小时至约20小时、约16小时至约24小时或约20小时至约24小时。

在一些实施方案中，第二方面还包括形成两个或更多个电极的阵列的步骤，其中每个电极通过间隙与后续电极隔开。在一些实施方案中，所述阵列为平面阵列，且其中平面阵列包括单面活性电极、双面活性电极或其任何组合。在一些实施方案中，平面阵列是通过蚀刻或切割活性材料和集电器来制造。在一些实施方案中，蚀刻或切割集电器上的活性材料和集电器的过程是通过激光、刀具、刀片、剪刀或其任何组合进行。

在一些实施方案中，第二方面还包括将电解质分散于电极上。在一些实施方案中，电解质是液体、固体、凝胶或其任何组合。在一些实施方案中，电解质包含聚合物、二氧化硅、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、磷酸、四氟硼酸四乙基铵、乙腈、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸乙醇铵、二羧酸盐、***素、一磷酸腺苷、一磷酸鸟苷、对氨基马尿酸盐、聚硅氧烷、聚磷腈或其任何组合。在一些实施方案中，二氧化硅是锻制的。在一些实施方案中，二氧化硅是锻制的和/或呈纳米粉末形式。

在一些实施方案中，阵列是堆叠阵列。在一些实施方案中，堆叠阵列包括多个电极。在一些实施方案中，堆叠阵列中的远端电极仅在集电器的第一表面上具有活性材料，且其中集电器的第一表面面朝内。在一些实施方案中，堆叠阵列包括一个或多个电极，所述电极在其集电器的第一和第二表面上都具有活性材料，其中在其集电器的第一和第二表面上都具有活性材料的所述一个或多个电极可定位在单面活性电极之间。

在一些实施方案中，隔板定位在每对连续电极之间。在一些实施方案中，隔板是由以下材料构成：棉花、纤维素、尼龙、聚酯、玻璃、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、塑料、陶瓷、橡胶、石棉、木材或其任何组合。

在一些实施方案中，堆叠阵列还包括定位在电极与后续电极之间的支撑件。在一些实施方案中，支撑件是由以下材料构成：钢、不锈钢、铝、木材、玻璃、塑料、碳纤维、玻璃纤维、金属或其任何组合。

在一些实施方案中，第二方面还包括：将电解质分散在堆叠阵列上；将堆叠阵列包裹在护套中；将所包裹的堆叠阵列***外壳中；或其任何组合。

在一些实施方案中，电解质是液体、固体、凝胶或其任何组合。在一些实施方案中，电解质包含聚合物、二氧化硅、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、磷酸、四氟硼酸四乙基铵、乙腈、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸乙醇铵、二羧酸盐、***素、一磷酸腺苷、一磷酸鸟苷、对氨基马尿酸盐、聚硅氧烷、聚磷腈或其任何组合。在一些实施方案中，二氧化硅是锻制的。在一些实施方案中，二氧化硅是锻制的和/或呈纳米粉末形式。

在一些实施方案中，外壳包括：两个或更多个端子；垫圈；容器；或其任何组合。

当结合以下描述和附图考虑时将进一步领会和理解本公开的其它目标和优点。虽然以下说明可含有描述本公开的具体实施方案的细节，但不应将其看作是对本公开的范围的限制，而是作为优选实施方案的范例。对于本公开的每个方面，如本文所建议，本领域普通技术人员已知许多变化都是可能的。可在不背离本公开的精神下，在其范围内做出多种改变和修改。

超级电容器

超级电容器(也称为“超电容器”)为大功率密度储能装置，其具有比正常电容器高得多的电容，近年来已引起了相当多的关注，并且由于当前的工艺进步而越来越多地用作便携式电子装置、医疗装置和混合动力电动车辆中的大功率密度储能资源。

超级电容器为有吸引力的储能装置，因为其与常规电池的数小时相比展现数秒量级的超快充电和放电时间。另外，超级电容器可在混合动力和电动车辆、消费电子设备及空间和军事应用的进展中起重要作用。然而，目前的超级电容器经常需要呈串联、并联或其组合形式封装的多个电池以满足便携式电子设备的能量和功率需求。

在一些实施方案中，超级电容器或电化学电容器是由两个或更多个被离子渗透膜(隔板)分隔的电极和将电极在离子上连接的电解质构成，而当电极通过外加电压被极化时，电解质中的离子形成与电极的极性相反极性的双电层。

超级电容器可根据它们的电荷储存机制被划分为双电层电容器(EDLC)或氧化还原超级电容器。在一些实施方案中，超级电容器可为双层超级电容器、赝电容器或复合型超级电容器。

本公开的高电压装置(“装置”)可包括互连电池，而每个电池包括两个或更多个以间隙距离分隔开的电极。在一些实施方案中，电池可为电化学电池(例如，单个超级电容器电池)。两个或更多个电池可互连，以例如实现高电压(和/或其它目的)。

在一些实施方案中，超级电容器可形成有堆叠(或夹层)结构。在一些实施方案中，堆叠结构是由两个或更多个面对面组装的薄膜电极构成，这些电极被防止电学短路的隔板隔开。

在一些实施方案中，超级电容器可以平面结构形成。在一些实施方案中，平面超级电容器是由以平面构型设计的电极构成。平面超级电容器与堆叠设计相比有几个优点。第一，具有在同一平面中的电极的超级电容器可与芯片上集成相容。第二，电解质中离子的行进距离(即，超级电容器中的主要性能系数)可得到良好控制并缩短，同时消除对堆叠超级电容器中所需的隔板的需要。第三，所述结构可扩展至三维，以增加其密度，同时保持平均离子扩散路径。此构造因此可具有实现大功率密度和高能密度的潜力。另外，在一些实施方案中，平面中装置可展现几个电池的简单结构，这些电池可一步组装。在一些实施方案中，可使用一个封装来封装所制造的平面电池阵列。

电极

在一些实施方案中，电化学电池中的电极包括集电器和活性材料，并且当电子离开电池内的活性材料并发生氧化时，被当作阳极，或当电子进入电池内的活性材料并发生还原时，被当作阴极。根据电流通过电池的方向，每个电极可变为阳极或阴极。

在一些实施方案中，单面电极是由集电器和活性材料构成，其中活性材料仅设置在集电器的一个面上。

在一些实施方案中，双面电极是由集电器和活性材料构成，其中活性材料设置在集电器的两个相反面上。

在一些实施方案中，设置在两个单面电极之间并由间隙与两个单面电极分隔开的双面电极(其中活性材料面朝内)形成双电池超级电容器。

通常用于超级电容器电极中的材料包括过渡金属氧化物、导电聚合物和高表面碳。

集电器

在一些实施方案中，集电器将电极连接到电容器的端子上。在一些实施方案中，集电器为导电的、化学上稳定的且耐腐蚀的箔或涂层。在一些实施方案中，集电器可包含银、铜、金、铝、钙、钨、锌、钨、黄铜、青铜、镍、锂、铁、铂、锡、碳钢、铅、钛、不锈钢、汞、铬、砷化镓、聚酰亚胺、聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基、聚吡咯、聚咔唑、聚吲哚、聚氮呯、聚苯胺、聚噻吩、聚3,4-亚乙基二氧噻吩、聚对亚苯基硫醚、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基或其任何组合。

在一些实施方案中，集电器的厚度为约50纳米至约200纳米。

活性材料

在一些实施方案中，活性材料是电极内参与电化学充电和放电反应的组分，并且可包含碳质的和/或其它合适的材料。在一些实施方案中，活性材料包含碳、活性炭、碳布、碳纤维、无定形碳、玻璃碳、碳纳米泡沫、碳气凝胶、石墨烯、聚苯胺、聚噻吩、互连波纹状碳基网络(ICCN)或其任何组合。

在一些实施方案中，ICCN包含多个扩张和互连的碳层。在一些实施方案中，每个碳层都是二维的，是单原子厚的碳片。在一些实施方案中，一个或多个扩张和互连的碳层包含单原子厚的波纹状碳片。ICCN可展现高表面积和高电导率。

在某些实施方案中，术语“扩张”是指彼此远离扩张的多个碳层，而相邻碳层的一部分是以至少约2纳米(nm)间隔开。在一些实施方案中，相邻碳层的至少一部分是以大于或等于约1nm的间隙隔开。

在一些实施方案中，多个碳层具有至少约750西门子/米(S/m)的电导率。在一些实施方案中，多个碳层具有至多约3,000S/m的电导率。在一些实施方案中，多个碳层具有约750S/m至约3,000S/m的电导率。

在一些实施方案中，多个碳层具有至少约250平方米/克(m²/g)的表面密度。在一些实施方案中，多个碳层具有至多约3,500m²/g的表面密度。在一些实施方案中，多个碳层具有约250m²/g至约3,500m²/g的表面密度。

电解质

在一些实施方案中，电解质是当溶于极性溶剂中时产生导电溶液的物质。在一些实施方案中，如果在这种溶液上施加电位，那么溶液的阳离子被吸引到有大量电子的电极，而阴离子被吸引到缺乏电子的电极。阴离子和阳离子在溶液内以相反方向的运动引出了电流。

在一些实施方案中，电解质可包括含水电解质、有机电解质、基于离子液体的电解质或其任何组合。在一些实施方案中，电解质可为液体、固体或凝胶(离子凝胶)。在一些实施方案中，离子液体可与另一种固体组分如聚合物、二氧化硅或煅制二氧化硅混杂以形成凝胶样电解质。在一些实施方案中，含水电解质可与例如聚合物混杂以形成凝胶样电解质(也称为“水凝胶”或“水凝胶-聚合物”)。在一些实施方案中，有机电解质可与例如聚合物混杂以形成凝胶样电解质。在一些实施方案中，电解质包括含水氢氧化钾、包含聚(乙烯醇)(PVA)-H₂SO₄或PVA-H₃PO₄的水凝胶、磷酸(H₃PO₄)水溶液、溶于乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMIMBF₄)、包含与离子液体(例如，1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIMNTf₂))混合的煅制二氧化硅(例如，煅制二氧化硅纳米粉末)的离子凝胶或其任何组合。

隔板

在一些实施方案中，隔板是置于电池或超级电容器的阳极与阴极电极之间的可渗透膜。在一些实施方案中，隔板在两个相邻电极之间保持间隙距离以防止电学短路，同时还容许在电化学电池中的电流通路期间闭合回路所需的离子电荷载体的传输。在一些实施方案中，隔板吸收电解质以增加电极之间的电导率。

隔板可为液体电解质储能装置中的关键部件，因为它的结构和性质显著地影响储能装置的性能特征，如其能量和功率密度、循环寿命和安全性。在一些实施方案中，隔板是由聚合膜构成，所述聚合膜关于电解质和电极材料形成化学上和电化学上稳定的微孔层，并展现足以承受电池构造和使用的机械强度。在一些实施方案中，隔板包括单层/片或多层/片材料。在一些实施方案中，隔板包括非纺织纤维(其包括定向或无规定向纤维的网或垫)、支撑液膜(在微孔结构内包括固体和液体材料)、聚合物或其任何组合。

在一些实施方案中，隔板位于两个电极的活性材料表面之间。

在一些实施方案中，聚合物电解质与碱金属盐形成络合物，其产生用作固体电解质的离子导体。在一些实施方案中，固体离子导体既可用作隔板也可用作电解质。

在一些实施方案中，隔板是由以下材料构成：棉花、纤维素、尼龙、聚酯、玻璃、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、塑料、陶瓷、橡胶、石棉、木材或其任何组合。

支撑件

在一些实施方案中，支撑件是置于超级电容器电极之间的导电材料，它增加了超级电容器装置的刚性。在一些实施方案中，支撑件置于两个电极之间，其与无活性材料涂层的集电器的每个表面接触。

在一些实施方案中，支撑件是由包括以下的任何导电材料构成：钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞或其任何组合。

密封件

在一些实施方案中，密封件是用于防止电解质从超级电容器电池中漏泄并可能造成短路。另外，密封件可通过限制一个或多个超级电容器电池来增加堆叠的超级电容器装置的刚性和持久性。在一些实施方案中，密封件可由耐化学性的防水材料形成，这种材料一旦与电解质接触不会降解。在一些实施方案中，密封件是由粘胶、环氧树脂、树脂、管筒、塑料、玻璃纤维、玻璃或其任何组合构成。

外壳

在一些实施方案中，超级电容器装置的部件存放于外壳内以增加耐久性并防止电解质泄露。在一些实施方案中，外壳包括预制部件、围绕超级电容器部件形成的部件或其任何组合。在一些实施方案中，外壳充当负或正端子。在一些实施方案中，超级电容器装置的外壳是由以下材料构成：金属、塑料、木材、碳纤维、玻璃纤维、玻璃或其任何组合。

在一些实施方案中，超级电容器装置的外壳另外包括接头、端子、垫圈或其任何组合。在一些实施方案中，接头将电力从密封的电极传输到正端子或负端子。在一些实施方案中，正端子或负端子将密封电极连接到消耗其中储存的能量的电子装置上。在一些实施方案中，接头和端子可由包括以下的任何导电材料构成：钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞或其任何组合。在一些实施方案中，接头和端子可由含有导电材料的迹线的聚合物构成。在一些实施方案中，垫圈是由包括以下的耐水性材料构成：塑料、金属、树脂或其任何组合。

对附图的参考

高电压超级电容器装置的示例性图示示于图1A-1D中。如图1A的示例性单电池线性超级电容器装置100包括两条导线103和两个电极110的阵列，而每个电极110包括集电器101和活性材料102。单一超级电容器电池是由被电介质间隙分隔开的一对电极110定义。

图1B示出了示例性2-电池线性超级电容器装置150，其包括一个等面电极120和两个不等面电极110的线性阵列，其中等面电极120含有集电器被活性材料102覆盖的一部分，且其中不等面电极110含有集电器被活性材料102覆盖的两个远端部分。在一些实施方案中，不等面电极110经排布以使得其被活性材料覆盖的那侧在阵列内于远端对齐。在一些实施方案中，2-电池线性超级电容器装置150能够产生两倍于单电池超级电容器装置100的电压。图1C示出了示例性5-电池线性超级电容器装置160，其包括四个等面电极120和两个不等面电极110的线性阵列。在一些实施方案中，5-电池线性超级电容器装置160能够产生五倍于单电池超级电容器装置100的电压。

如图1B和1C，分别地，阵列中的远端电极包括不等面电极110，而1或4近端电极包括等面电极120。另外，每对连续电极是由设定的间隙距离隔开，所述间隙距离充当绝缘层(或介电分隔体)。

如图1B-1D中所见，远端不等面电极110的集电器101的一部分没有被活性材料102覆盖，以便允许导线103的粘附，从而能够实现与其它装置或装置部件如端子的电连接。另外，如图1B-1D，近端等面电极120的集电器101的一部分没有被活性材料102覆盖，以形成电池之间的边界。

除了图1A-C中展示的单电池超级电容器装置100和线性超级电容器装置150 160之外，图2中所示的示例性平面超级电容器装置200可包括一系列的180个电极的二维阵列，其中所述系列电极中的第一和最后一个电极为不等面电极210，其中在二维电极阵列的每行中不是所述系列电极中的第一或最后一个电极的远端电极包括C形等面电极230，且其中在二维电极阵列的每行中的近端电极包括等面电极220。在一些实施方案中，180-电池线性超级电容器装置200能够产生180倍于单电池超级电容器装置的电压。

原则上，对可在二维平面系列中排布的电池的数目没有限制。仅仅单元操作所需的电压可限定单元所需的电极总数。

图3A和3B分别示出了单面电极300和双面电极310的示例性图示，其中单面电极300包括集电器301及沉积在集电器301的第一表面上的活性材料302，且其中双面电极310包括集电器301及沉积在集电器301的第一和相反的第二表面上的活性材料302。

在一些实施方案中，图1-2的示例性超级电容器装置100 200中所示的不等面电极110 210、等面电极120 220或C形等面电极230可包括单面电极300或双面电极310或其任何组合。

在一些实施方案中，堆叠的电池阵列可被组装到单个封装中。图4A-B示出了堆叠的超级电容器装置组装件400的第一优选模式的示例性正视截面图和俯视截面图，所述装置组装件400包括电极堆叠450、外壳403、接头404、正端子405、负端子406和垫圈407，其中电极堆叠450包括两个单面电极410、一个或多个双面电极420、一个或多个隔板401及密封件402。在一些实施方案中，电极堆叠450中的远端电极为单面电极410，其中不含活性材料的每个单面电极410的表面面朝外。

在一些实施方案中，隔板401被***每个电极之间以提供绝缘层并防止短路。在一些实施方案中，电解质沉积于每个单面电极410和双面电极420上，其中密封件402防止电解质泄漏和潜在的短路。在一些实施方案中，电极堆叠450通过外壳403来保护。在一些实施方案中，外壳403含有两个接头404，所述接头404将电力从电极堆叠450传输到正端子405或负端子406；和/或垫圈407，其密封了外壳403的内容物。

虽然图4A-B中所示的示例性堆叠的超级电容器装置组装件400包括电极堆叠450及两个单面电极410和一个双面电极420，但替代的超级电容器装置组装件可包括任意数目的双面电极420。

图5A示出了超级电容器装置组装件500的第二优选模式的示例性截面图，其中电极堆叠550包括一个或多个单面电极510。如所示，电极堆叠550中的每个远端单面电极510(不含活性材料)的第一表面面朝外。在一些实施方案中，隔板501被***每个单面电极510的第一表面之间，且支撑件502被***每个单面电极510的第二表面之间。

在一些实施方案中，如图5B，支撑件502可附着于两个集电器的第一表面之间，之后将活性材料设置于每个集电器上以形成支撑的双面电极560。

图6A-C示出了示例性封装的单电池超级电容器600的图示，所述超级电容器600包括外壳603、两个单面电极610、隔板620、正端子605和垫圈607。在一些实施方案中，封装的单电池超级电容器600另外包括设置在单面电极610上的电解质。

在一些实施方案中，示例性封装的单电池超级电容器600通过以下步骤来制造：将活性材料面朝上的第一单面电极610***外壳603中，将隔板620置于第一单面电极610上，将活性材料面朝下的第二单面电极610置于隔板620的顶上，***正端子605和垫圈607，将外壳603卷边以确保其内的内容物，或其任何组合。

在一些实施方案中，支撑件是由任何刚性的、导电的和耐化学性的材料构成，如不锈钢、塑料、金属、玻璃或其任何组合。

在一些实施方案中，单面超级电容器电极是通过以下步骤来制造：部分地覆盖集电器的第一表面，将活性材料施加于集电器的第一表面上并且干燥集电器上的活性材料以形成单面电极。

在一些实施方案中，双面超级电容器电极是通过以下步骤来制造：部分地覆盖单面电极的集电器的第二表面，将活性材料施加于单面电极集电器的第二表面上并且干燥集电器上的活性材料以形成双面电极。在其它实施方案，双面电极可通过同时涂覆集电器的第一和第二表面并干燥集电器上的活性材料来制造。

施加活性材料于集电器的第一或第二表面上的示例性方法的图像示于图7中，其中使用刮刀刀片702将均匀厚度的活性材料浆料701施加于集电器上，且其中使用胶带703来覆盖并防止活性材料浆料701施加于集电器的第一和/或第二表面的一部分上。在一些实施方案中，刮刀刀片是一种将液体或浆料均匀地分布于表面上的装置。在其它实施方案中，使用凹版印刷机来保持均匀的活性材料厚度。在其它实施方案中，掩模被用于覆盖，并防止活性材料浆料701施加于集电器的第一和/或第二表面的部分上。所生成的电极示于图8中。

在一些实施方案中，将集电器附着于衬底704上，以使集电器稳定和变平。在示例性方法中，如图7，胶带703被用于覆盖集电器的第一表面的部分并且使集电器附着于衬底704。在一些实施方案中，胶带703包括Kapton胶带、聚酰亚胺、双面胶带、管道胶带、电工胶带、细胶带、电器胶带、gorilla胶带、掩蔽胶带、透明胶带、医用胶带、铁氟龙胶带或其任何组合。在一些实施方案中，衬底704包括玻璃、木材、泡沫、碳纤维、玻璃纤维、塑料、金属或其任何组合。

施加于集电器801上的活性材料的示例性图像示于图8中。

在一些实施方案中，活性材料是在施加于集电器上之后干燥。在一些实施方案中，活性材料和集电器是在烘箱中干燥。在一些实施方案中，活性材料和集电器是在约40℃至160℃的温度下干燥。在一些实施方案中，将活性材料和集电器干燥持续约6小时至24小时的时间段。图9A-B示出了在胶带及胶带上的过量活性材料已被除去之后，干燥的电极900和剥离的电极910的示例性图像。

在一些实施方案中，平面电极阵列是通过蚀刻或切割干燥的活性材料和集电器而形成。在一些实施方案中，蚀刻或切割集电器上的活性材料和集电器的过程是由激光、刀具、刀片、剪刀或其任何组合来进行。在一些实施方案中，由此生成间隙。

在一些实施方案中，间隙的宽度为至少约10μm。在一些实施方案中，间隙的宽度为至多约2,000μm。在一些实施方案中，间隙的宽度为约10μm至约2,000μm。在一些实施方案中，间隙的宽度为约10μm至约25μm、约10μm至约50μm、约10μm至约100μm、约10μm至约500μm、约10μm至约1,000μm、约10μm至约1,500μm、约10μm至约2,000μm、约25μm至约50μm、约25μm至约100μm、约25μm至约500μm、约25μm至约1,000μm、约25μm至约1,500μm、约25μm至约2,000μm、约50μm至约100μm、约50μm至约500μm、约50μm至约1,000μm、约50μm至约1,500μm、约50μm至约2,000μm、约100μm至约500μm、约100μm至约1,000μm、约100μm至约1,500μm、约100μm至约2,000μm、约500μm至约1,000μm、约500μm至约1,500μm、约500μm至约2,000μm、约1,000μm至约1,500μm、约1,000μm至约2,000μm或约1,500μm至约2,000μm。在一些实施方案中，电池的数目为至少2个。

图10示出了通过将集电器和活性材料激光切割成图案化的电极阵列而形成的180-电池超级电容器装置900的示例性图像。在一些实施方案中，180-电池超级电容器装置1000包括单面电极、双面电极或其任何组合。

图11示出了在电化学试验期间180-电池超级电容器装置1100的示例性图像，其中电解质可设置于一个或多个电池电极上。

图12A-E示出了分别在500mV/s、100mV/s、50mV/s、30mV/s和10mV/s的扫描速率下的示例性循环伏安(CV)图。在一些实施方案中，循环伏安法是一种测量在外加电压下于电化学电池中产生的电流的电化学技术。在CV测试的一些实施方案中，在周期性相中电极电位相对时间呈线性斜变，其中在这些相的每个期间随时间过去的电压变化率被称为扫描速率。

图13示出了在不同扫描速率下示例性CV图的叠加，而图14示出了在恒定电流下充电和放电波形CV图。

图15示出了作为功能性高电压的唯一阻抗元件的瓦尔堡阻抗。在一些实施方案中，瓦尔堡扩散元件是模拟电介质光谱学中的扩散过程的等效电路部件。在一些实施方案中，等效电路是指保留给定电路的所有电特性的理论电路。

在一些实施方案中，超级电容器可由至少约2个电池构成。

在一些实施方案中，通过本文所述的方法且用含水电解质产生的示例性单电池超级电容器装置能够产生约1V的电位。

在一些实施方案中，通过本文所述的方法且用含水电解质产生的示例性5-电池超级电容器装置能够产生约2.5V至约10V的电位。

在一些实施方案中，通过本文所述的方法且用含水电解质产生的示例性72-电池超级电容器装置能够产生约6V至约24V的电位。

在一些实施方案中，通过本文所述的方法且用含水电解质产生的示例性180-电池超级电容器装置能够产生约100V至约360V的电位。

在一些实施方案中，通过本文所述的方法且用在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)电解质产生的示例性单电池超级电容器装置能够产生约2.5V至约10V的电位。

在一些实施方案中，通过本文所述的方法且用在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)电解质产生的示例性5-电池超级电容器装置能够产生约6V至约24V的电位。

在一些实施方案中，通过本文所述的方法且用在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)电解质产生的示例性72-电池超级电容器装置能够产生约100V至约360V的电位。

在一些实施方案中，通过本文所述的方法且用在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)电解质产生的示例性180-电池超级电容器装置能够产生约100V至约360V的电位。

本文所述的公开内容的方面可以组合形式使用。另外，本公开的***和方法可适于其它活性材料。例如，在(例如，通过掩蔽、涂覆、干燥及图案化电极)制造平面电池阵列时，两步电极涂覆(及其它制造步骤，例如像掩蔽)可用于制造包括不同(或不对称)活性材料的相邻电极。这种实施方案能够例如实现包括多个互连的电池组电池的电池组或包括具有不同(或不对称)电极的电池的其它装置(例如，光伏、热电或燃料电池)的制造。

术语和定义

如本文所用，且除非另外定义，术语“波纹状”是指具有一系列平行脊和沟的结构。

如本文所用，且除非另外定义，术语“比表面积”或“表面密度”是指被定义为每单位质量的材料的总表面积的固体性质。

如本文所用，且除非另外定义，术语“电导率”或“比电导”是指指定材料导电的程度，计算为材料中的电流密度与引起电流流动的电场的比率。

如本文所用，且除非另外定义，术语“平面”是指基本处于单个平面上的二维元件。

如本文所用，且除非另外定义，术语“堆叠阵列”是指元件的列、行或夹层。

如本文所用，且除非另外定义，术语“含水”意指溶剂和/或溶质的溶液，其中溶剂或溶质呈液体形式。

如本文所用，且除非另外定义，术语“凝胶”是指可具有柔软而较弱至硬质而坚韧的性质的固体胶状材料。凝胶可被定义为大致上稀释的交联***，当呈稳态时其不展现流动。

如本文所用，且除非另外定义，术语“煅制二氧化硅”或热解二氧化硅是指在火焰中产生的二氧化硅，其可由熔合成分支、链样、三维二级粒子的无定形二氧化硅的微小液滴组成，然后其可凝聚形成三级粒子。

如本文所用，且除非另外定义，术语“等面电极”是指围绕它的垂直中平面有几何对称性的电极。

如本文所用，且除非另外定义，术语“不等面电极”是指围绕它的垂直中平面无几何对称性的电极。

除非另外定义，本文所用的全部技术术语都具有本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。除非文中另外清楚陈述，如本说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“一”、“一个”及“所述”包括多个参照。除非另外说明，在本文中对“或”的任何提及旨在包括“和/或”。

如本文所用，且除非另外定义，术语“约”是指指定值加上或减去10％的范围。

虽然在本文中示出并描述了本公开的优选实施方案，但对本领域技术人员显而易见的是，这种实施方案仅作为举例来提供。本领域技术人员将在不背离本公开的情况下做出许多改变、修改和取代。应理解，对本文所述的公开内容的实施方案的各种替代可用于实践本公开。这意味着，以下权利要求限定本公开的范围并且在这些权利要求范围内的方法和结构及其等效物由此覆盖。

非限制性实施方案

以下列出了本文的装置的另外的非限制性实施方案。

本公开涉及一种用于直接制备高电压装置(例如像高电压超级电容器)的简单技术。所述高电压装置可以单个步骤制备。所述高电压装置可使用一个封装来制备。所述高电压装置可以单个步骤且使用一个封装来制备。可有利地使用一个封装来代替多个封装(例如，代替传统模块中的数百个)。在一些实施方案中，本文中的高电压装置(例如，高电压超级电容器)可具有超过约180V(且高达约540V)的电压。然而，应理解，可根据化学过程、串联的电极总数及物理尺寸实现甚至更高的电压。实例包括以单个步骤且使用一个封装(如代替多个，例如，代替传统模块中的数百个)直接制备高电压超级电容器(例如，超过约180V(且高达约540V))。

本公开的高电压装置(“装置”)可包括互连电池。在一些实施方案中，所述电极可为电化学电极(例如，单个超级电容器电池)。电极可互连，以例如实现高电压(和/或其它目的)。

装置，例如像超级电容器(例如，双层超级电容器、赝电容器或复合型超级电容器)可具有给定的类型(例如，具有给定配置或结构)。例如，两种主要类型的超级电容器在结构上可不同：夹层结构，其中两个薄膜电极用聚合物塑料隔板面对面装配在一起；和另一种结构，其是由在平面配置中设计的微电极组成。平面超级电容器与堆叠设计相比可具有几个优点。第一，在同一平面中的两个电极与芯片上集成相容。第二，电解质中离子的行进距离(即，超级电容器中的主要性能系数)可得到良好控制并缩短，同时消除对隔板(其用于夹层型超级电容器中以防止电学短路)的需要。第三，所述结构可潜在地扩展至三维，这容许更大的每单位面积负载的材料，同时使平均离子扩散路径不受影响。因此，此构造具有在小的占地面积中实现大功率密度和高能密度的潜力。

在某些实施方案中，提供了平面电极。因为平面内装置的简单结构，所以几个电极可装配在一起并单步组装，如稍后将说明的。可使用一个封装来封装所制造的平面电极阵列。

平面超级电容器是由两个碳电极组成：其中一个用作正电极且另一个用作负电极。通过将活性材料涂覆于金属片上制得电极。之间的间隔充当介电分隔体。此装置的横截面图在图中示出，其中金属箔未被覆盖的一部分用作金属垫并且用于将此电极与其它相连接。在此实施例中，根据电池组装中所用的电解质的类型，平面超级电容器电极的电压窗在约1V与2.5V之间变化。含水电解质经常产生具有约1V的电极，而当使用于乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)时，可获得高达约2.5V的电压。

本文中的电解质可包括例如含水的、有机的和离子液体基电解质。电解质可为液体、固体或凝胶。离子液体可与另一种固体组分如聚合物或二氧化硅(例如，煅制二氧化硅)混杂，以形成凝胶样电解质(本文中也称为“离子凝胶”)。含水电解质可与例如聚合物混杂以形成凝胶样电解质(本文中也称为“水凝胶”和“水凝胶-聚合物”)。有机电解质可与例如聚合物混杂以形成凝胶样电解质。电解质的实例可包括但不限于含水氢氧化钾、包含聚(乙烯醇)(PVA)-H₂SO₄或PVA-H₃PO₄的水凝胶、磷酸(H₃PO₄)含水电解质、溶于乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMIMBF₄)、包含与离子液体(例如，1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIMNTf₂))混合的煅制二氧化硅(例如，煅制二氧化硅纳米粉末)的离子凝胶等等。这种电解质可提供一定的电压窗范围(例如，至少约0.5V、1V、2V、3V、4V或更大)。例如，一些离子凝胶(例如，含有离子液体BMIMNTf₂的煅制二氧化硅纳米粉末)可提供约2.5V的电压窗且一些水凝胶-聚合物电解质可提供约1V的电压窗。

电极中的活性材料可包含碳质的和/或其它合适材料。举例来说，电极中的活性材料可为碳，其可为活性炭、石墨烯、互连波纹状碳基网络(ICCN)或其任何组合。

ICCN可包括多个扩张的和互连的碳层。出于本公开的目的，在某些实施方案中，术语“扩张”是指彼此远离扩张的多个碳层，意味着相邻碳层的一部分是以至少约2纳米(nm)间隔开。在一些实施方案中，相邻碳层的至少一部分是以大于或等于以下距离间隔开：约2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm。在一些实施方案中，相邻碳层的至少一部分是以小于以下距离间隔开：约3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm 9nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm。在一些实施方案中，相邻碳层的至少一部分是以介于以下之间的距离间隔开：约2nm与10nm、2nm与25nm、2nm与50nm或2nm与100nm。此外，出于本公开的目的，在某些实施方案中，多个碳层还被定义为具有大于约0.1西门子/米(S/m)的电导率。在一些实施方案中，多个碳层各自为仅具有单碳原子厚度的二维材料。在一些实施方案中，扩张和互连的碳层各自可包含至少一个或多个波纹状碳片，其厚度为单原子。

ICCN具有以下性质的组合，包括例如在扩张和互连的碳层网络中的高表面积和高电导率。在一些实施方案中，多个扩张和互连的碳层具有大于或等于约500平方米/克(m²/g)或1000m²/g的表面积。在一个实施方案中，多个扩张和互连的碳层具有大于或等于约1400m²/g的表面积。在其它实施方案中，多个扩张和互连的碳层具有大于或等于约1500m²/g、1750m²/g或2000m²/g的表面积。在又一实施方案中，表面积为约1520m²/g。在一些实施方案中，多个扩张和互连的碳层具有介于约100m²/g与1500m²/g、500m²/g与2000m²/g、1000m²/g与2500m²/g或1500m²/g与2000m²/g之间的表面积。多个扩张和互连的碳层可具有与一个或多个电导率(例如，本文所提供的一个或多个电导率)组合的这种表面积。这种组合的实例在本文中别处提供。

在一个实施方案中，多个扩张和互连的碳层产生大于或等于约1500S/m的电导率。在另一实施方案中，多个扩张和互连的碳层产生大于或等于约1600S/m的电导率。在又一实施方案中，多个扩张和互连的碳层产生约1650S/m的电导率。在仍另一实施方案中，多个扩张和互连的碳层产生大于或等于约1700S/m的电导率。在再一实施方案中，多个扩张和互连的碳层产生约1738S/m的电导率。在一些实施方案中，多个扩张和互连的碳层产生大于或等于约1800S/m、1900S/m或2000S/m的电导率。

此外，在一个实施方案中，多个扩张和互连的碳层产生大于约1700S/m的电导率和大于约1500m²/g的表面积。在另一实施方案中，多个扩张和互连的碳层产生约1650S/m的电导率和约1520m²/g的表面积。

两个电极可与两个电极之间充当接触点的未覆盖的金属部分串联地连接在一起。此组装件可产生两倍于单个电池的电压。为了进一步提高电压，更多的电极可串联地连接在一起，其中五个电极被用于得到：当使用含水电解质时高达约5V的电压且当使用于乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)时12.5V(例如，当使用含水电解质时高达约5V和/或当使用乙腈中的TEABF₄时高达约12.5V)。

原则上，对可串联地装配在一起的电极的数目没有限制。仅仅单元操作所需的电压可限定单元所需的电极总数。例如，当使用水基电解质时，具有约180V的电压的单元可需要将180个电极连接在一起以达到靶电压且当使用于乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)时仅需要72个电极。

由大量电极组成的单元可被分成由已知数目的电极(例如，12个电池)组成的串，且可围绕边缘制造另外的金属接触点。

涂覆于一片聚酰亚胺(Kapton)上的一卷超薄金层(100nm)被用作电池中的集电器的模型实例。替代集电器包括铝、铜、镍和不锈钢。合适的集电器可包括各种导电(例如金属)箔和/或导电涂层(例如，在聚合物或其它合适的片材上)。在图中，箔被固定在平坦的衬底如玻璃板上并且部分地被Kapton胶带覆盖。接着使用标准刮刀刀片技术将电极浆料涂覆于金属箔上。

在一些实施方案中，可直接在所选衬底上制得薄膜(例如，无转移)。所述衬底为绝缘的并可轻易用激光切割器蚀刻。在此情况下，使用一块木头，但也成功地使用其它衬底，如丙烯酸类。可轻易地在片材(黑色材料)上鉴别电极材料。这些线是在已除去Kapton胶带之后获得的未被覆盖的金属部分。

激光切割器被用于蚀刻(或图案化)单个电池。示出了最终单元。电极的尺寸及它们之间的间距(即，电介质尺寸)可通过激光工作台来控制。

将凝胶电解质的液滴添加到每个单个电极中以使得电极能够存储电荷。然后测试单元的工作电压、额定电容、内部电阻、周期和储存寿命。

在某些实施方案中，提供了堆叠电极。可使用一个封装来封装所制造的堆叠电极阵列。

超级电容器电极可包括用一层多孔碳(例如活性炭)涂覆的铝箔。这种电极可通过在垂直方向上堆叠单个电极代替平坦结构中的平面扩展而在高电压超级电容器的组装件中使用。

使用夹层结构，其中用聚合物塑料隔板和几滴电解质将两个薄膜电极面对面装配在一起以容许电荷存储。在此实施例中，从侧面密封单个电极以使得其不会泄露液体电解质并防止与其它电池的短路。具有内部耐化学性的热收缩管是用于容许在垂直方向上组装几个电极的粘胶。

通过在铝箔上涂覆一层碳简单地制造单面涂覆电极和双面涂覆电极。双面电极可以两个步骤制得，其中将箔从一面涂覆，干燥，然后从另一面涂覆。在一些实施方案中，箔可同时涂覆于两面上。

在此结构中，电极是在彼此的顶部上堆叠。电极的总数根据需要的电压而变化。金属接头连接至底部和顶部电极以便允许与正和负端子的内部连接。塑料垫圈18被用于防止正端子与负端子之间的短路。

使用具有不锈钢(或其它合适材料)垫片(盘状物)的完全组装的高电压超级电容器以给出单元物理稳健性(例如，以承受在组装期间由热收缩管产生的压力)。此实施例中的电极可为例如单面涂覆电极或双面涂覆电极，如在本文中别处所述。

电极可包括与正(电极)端子接触的高密度聚乙烯(HDPE)绝缘体。正端子又与正(电极)板接触。正极板可包括一种或多种活性电极材料，例如像石墨烯。活性电极材料可配备在正极板的一侧上。正极板可被定位以便所述板的包括石墨烯(或本文中的任何其它活性材料)的那侧面向纸层(例如，向下(“侧面向下”))。在纸层的另一侧，负(电极)板6与纸层接触。负极板可包括一种或多种活性电极材料，例如像石墨烯。活性电极材料可配备在负极板的一侧上。负极板6可被定位以便所述板的包括石墨烯(或本文中的任何其它活性材料)的那侧面向纸层(例如，向上(“侧面向上”))。正极板和/或负极板的活性材料可例如如本文中别处所述(例如通过涂覆)来配备或制造。负极板的另一侧被覆盖或包封在电极外壳中。可预形成电极外壳。电极层的至少一部分可为电极饱和的。例如，电解质饱和可存在于所有层之间。

在一些实施方案中，单电极可具有约20毫米(mm)的外径。电极外壳可从上到下包封电极的边缘(即，跨越所有层)。可形成电极外壳。在电池的顶部，电极外壳可在HDPE绝缘体的边缘上形成凸缘。在电池的底部，电极外壳可在电极外壳的边缘上形成凸缘。

电极堆叠可包括例如多个电池。单个电极的突出电极端子容许这些电极互相电连接。

本公开的方面可组合使用。例如，两个或更多个平面扩展可以适应以上提及的堆叠的一个或多个特征的配置来堆叠。在另一实施例中，以上提及的堆叠的一个或多个部件(例如，纸层、隔板或外壳部件)可以另一种堆叠配置来使用。

本公开的***和方法可适于其它活性材料。例如，在(例如，通过掩蔽、涂覆、干燥及图案化电极)制造平面电极阵列时，两步电极涂覆(及其它制造步骤，例如像掩蔽)可用于制造包括不同(或不对称)活性材料的相邻电极。这种实施方案能够例如实现包括多个互连的电池组电池的电池组或包括具有不同(或不对称)电极的电极的其它装置(例如，光伏、热电或燃料电池)的制造。

多个电极可互连以形成超级电容器和/或其它装置(例如，电池、各种类型的电容器等)。例如，至少约2、5、10、20、30、40、50、75、100、125、150、200、250、300、350、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000或更多个电极可互连(例如，串联)。在一些实施方案中，介于约50与300个之间的电极可互连。

高电压装置(例如，高电压超级电容器)可具有大于或等于以下的电压：约5V、10V、15V、20V、30V、40V、50V、60V、70V、80V、90V、100V、110V、120V、130V、140V、150V、160V、170V、180V、190V、200V、210V、220V、230V、240V、250V、260V、270V、280V、290V、300V、310V、320V、330V、340V、350V、360V、370V、380V、390V、400V、410V、420V、430V、440V、450V、460V、470V、480V、490V、500V、510V、520V、530V、540V、550V、560V、570V、580V、590V、600V、650V、700V、750V、800V、850V、900V、950V或1000V。高电压装置(例如，高电压超级电容器)可具有小于以下的电压：约10V、15V、20V、30V、40V、50V、60V、70V、80V、90V、100V、110V、120V、130V、140V、150V、160V、170V、180V、190V、200V、210V、220V、230V、240V、250V、260V、270V、280V、290V、300V、310V、320V、330V、340V、350V、360V、370V、380V、390V、400V、410V、420V、430V、440V、450V、460V、470V、480V、490V、500V、510V、520V、530V、540V、550V、560V、570V、580V、590V、600V、650V、700V、750V、800V、850V、900V、950V或1000V。在一些实施方案中，高电压装置(例如，高电压超级电容器)可具有至少约100V的电压。在一些实施方案中，高电压装置(例如，高电压超级电容器)可具有至少约180V的电压。在一些实施方案中，高电压装置(例如，高电压超级电容器)可具有高达约540V的电压。在一些实施方案中，高电压装置(例如，高电压超级电容器)可具有介于以下之间的电压：约100V与540V、180与540V、100V与200V、100V与300V、180V与300V、100V与400V、180V与400V、100V与500V、180V与500V、100V与600V、180V与600V、100V与700V或180V与700V。

本领域技术人员将认识到对本公开进行的改进和修改。所有这种改进和修改都被认为在本文所公开的概念的范围内。

Claims

1.一种超级电容器装置，其包括：

电极阵列，其中每个电极包括

集电器；和

在所述集电器的第一表面的一部分上的活性材料，

其中，所述活性材料包括两个或更多个扩张和互连的碳层，并且其中，所述碳层中的至少一个是单原子厚的波纹状碳片,

其中，相邻碳层的至少一部分以25nm至100nm的距离间隔开。

2.如权利要求1所述的超级电容器装置，其还包括在所述集电器的第二表面的一部分上的活性材料。

3.如权利要求1所述的超级电容器装置，其中在所述电极阵列中的每个电极通过间隙与后续电极隔开。

4.如权利要求1所述的超级电容器装置，其中所述集电器包括金属薄膜或聚合物薄膜或其任何组合，其中所述金属薄膜包含银、铜、金、铝、钙、钨、锌、钨、黄铜、青铜、镍、锂、铁、铂、锡、碳钢、铅、钛、不锈钢、汞、铬、砷化镓或其任何组合，且其中所述聚合物薄膜包含聚芴、聚亚苯基、聚芘、聚薁、聚萘、聚乙炔、聚对亚苯基亚乙烯基、聚吡咯、聚咔唑、聚吲哚、聚氮呯、聚苯胺、聚噻吩、聚3,4-亚乙基二氧噻吩、聚对亚苯基硫醚、聚乙炔或其任何组合。

5.如权利要求1所述的超级电容器装置，其中所述活性材料包含活性炭、石墨烯、聚苯胺、聚噻吩、互连波纹状碳基网络(ICCN)或其任何组合。

6.如权利要求1所述的超级电容器装置，其中所述活性材料具有每克250平方米至每克3,500平方米的比表面积。

7.如权利要求1所述的超级电容器装置，其中，所述活性材料具有750西门子/米至3,000西门子/米的电导率。

8.如权利要求1所述的超级电容器装置，其中所述电极阵列是平面电极阵列。

9.如权利要求8所述的超级电容器装置，其还包括含水电解质，其中电极的数目为5个，前提条件是跨越所述电极阵列产生的电压电位为2.5 V至10 V。

10.如权利要求8所述的超级电容器装置，其还包括电解质，所述电解质包含在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)，其中电极的数目为5个，前提条件是跨越所述电极阵列产生的电压电位为6 V至24 V。

11.如权利要求8所述的超级电容器装置，其还包括含水电解质，其中电极的数目为180个，前提条件是跨越所述电极阵列产生的电压电位为100 V至360 V。

12.如权利要求8所述的超级电容器装置，其还包括电解质，所述电解质包含在乙腈中的四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)，其中电极的数目为72个，前提条件是跨越所述电极阵列产生的电压电位为100 V至360 V。

13.如权利要求2所述的超级电容器装置，其中所述电极阵列是堆叠的电极阵列。

14.如权利要求13所述的超级电容器装置，还包括至少一个或多个隔板和支撑件，其中所述至少一个或多个隔板和支撑件位于一对相邻电极之间。

15.如权利要求1所述的超级电容器装置，其还包括电解质，其中所述电解质是液体、固体、凝胶或其任何组合，包含聚合物、二氧化硅、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、磷酸、四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)、乙腈、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸乙醇铵、二羧酸盐、***素、一磷酸腺苷、一磷酸鸟苷、对氨基马尿酸盐、氢氧化钾或其任何组合。

16.一种制造超级电容器装置的方法，所述方法包括：

a) 将活性材料施加于集电器的第一表面的一部分上，其中，所述活性材料包括两个或更多个扩张和互连的碳层，并且其中，所述碳层中的至少一个是单原子厚的波纹状碳片，其中，相邻碳层的至少一部分以25nm至100nm的距离间隔开；

b) 干燥所述集电器上的所述活性材料；

其中，每个电极通过间隙与后续电极隔开；

c) 将活性材料施加于所述集电器的第二表面的一部分上；

d) 干燥所述集电器上的所述活性材料以得到电极阵列；

e) 将电解质分散在所述电极阵列上；

f) 将所述电极阵列包裹在护套中；以及

g) 将所包裹的电极阵列***外壳中。

17.如权利要求16所述的方法，其中至少一个或多个胶带和掩模屏蔽所述集电器的所述第二表面的所述一部分，由此防止所述活性材料施加于所述集电器的所述第二表面的屏蔽部分上。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述活性材料是以浆料形式施加。

19.如权利要求18所述的方法，其中通过刮刀刀片将所述浆料施加于所述集电器的所述第二表面上。

20.如权利要求16所述的方法，其中所述活性材料向所述集电器的所述第一表面上的施加与所述活性材料向所述集电器的所述第二表面上的施加是同时进行。

21.如权利要求16所述的方法，其中所述集电器上的所述活性材料的干燥是在40℃至160℃的温度下进行。

22.如权利要求16所述的方法，其中所述集电器上的所述活性材料的干燥是在6小时至24小时的时间段内进行。

23.如权利要求16所述的方法，其中所述电极阵列包括平面电极阵列。

24.如权利要求23所述的方法，其中所述平面电极阵列是通过蚀刻或切割所述活性材料和所述集电器来制造。

25.如权利要求16所述的方法，其中所述电极阵列包括堆叠的电极阵列。

26.如权利要求25所述的方法，其还包括将至少一个或多个隔板和支撑件定位在一对连续电极之间。

27.如权利要求16所述的方法，其中所述电解质是液体、固体、凝胶或其任何组合，包含聚合物、二氧化硅、1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、磷酸、四氟硼酸四乙基铵(TEABF₄)、乙腈、四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、硝酸乙醇铵、二羧酸盐、***素、一磷酸腺苷、一磷酸鸟苷、对氨基马尿酸盐、氢氧化钾或其任何组合。

28.如权利要求16所述的方法，其中所述活性材料包含活性炭。

29.如权利要求16所述的方法，其中所述活性材料包含石墨烯、互连波纹状碳基网络(ICCN)或其组合。