JP2013021326A - スーパーキャパシタセルおよびそれらのセルを複数備えてなるスーパーキャパシタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】単位セルを直列に配置して可撓かつ漏れのないパッケージに封入して備えているスーパーキャパシタセル、ならびにいくつかのそのようなセルからなるスーパーキャパシタモジュールを提供する。
【解決手段】セル１は、直列かつ横並びに配置されてパッケージ２０に包まれたｎ個の単位セル１０を備えており、当該セルが、上側および下側の２つの集電部分３１、３２によって前記上側および下側の電極をそれぞれ覆う複数の集電体３３、３４、３５、３６を、前記パッケージの内側に備えている。隣り同士の単位セルからなる少なくとも１つのペアが、該ペアに共通の１つの上側または下側集電体３３、３４によって覆われ、上側および／または下側の２つの断ち切られた集電体３５、３６が、当該セルの２つの端部に形成され、該エッジ３７部分を覆う絶縁接着材料によって互いに電気的に絶縁されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、単位セルを直列に配置して可撓かつ漏れのないパッケージに封入して備えているスーパーキャパシタセル、ならびにいくつかのそのようなセルからなる少なくとも１つのスタックを剛体ハウジング内に備えており、スーパーキャパシタを形成することが可能であるスーパーキャパシタモジュールに関する。本発明は、これらに限られるわけではないが、とりわけ自動車または航空機に備えられるように設計されたスーパーキャパシタに適用可能である。

スーパーキャパシタは、電気エネルギを高出力で運ぶことを必要とする用途にとくに好都合な電気エネルギ貯蔵システムである。高出力の電池と比べ、素速い充電および放電が可能であり、寿命も長いため、いくつかの用途において有望な候補となっている。スーパーキャパシタは、大きな比表面積を有する２枚の導電性の多孔質電極を組み合わせて構成され、それらの電極が、イオン性電解質に浸され、イオンの伝導を可能にしつつ電極間の電気的接触を防止する「セパレータ」として知られる絶縁膜によって隔てられている。各々の電極が、外部のシステムとの電流の交換を可能にする金属集電体に接触している。２つの電極間に加えられる電位差の影響下で、電解質中に存在するイオンが反対の電荷を有する電極表面によって引き付けられ、各々電極の界面に電気化学二重層が形成される。このようにして、電気エネルギが電荷の分離によって静電的に蓄えられる。スーパーキャパシタの容量Ｃの式は、従来からのコンデンサの式と同一であり、すなわち
Ｃ＝ε・Ｓ／ｅ
であって、εは媒体の誘電率を指し、Ｓが二重層によって占められる表面積を指し、ｅが二重層の厚さを指す。

しかしながら、スーパーキャパシタにおいて達成できる容量は、通常はカーボン主体の最大化された比表面積を有する電極の使用および電気化学二重層の極度の微細さ（典型的には、数ナノメートルの厚さ）ゆえに、従来からのコンデンサにおいて一般的に到達される容量よりもはるかに大きい。これらのカーボン主体の電極は、必然的に、電荷の移動を保証するために導電性でなければならず、イオン電荷の移動および大きな表面積にわたる電気二重層の形成を保証するために多孔性でなければならず、エネルギを消費しかねない不要な反応を防止するために化学的に不活性でなければならない。

スーパーキャパシタ装置の主要な設計パラメータは、総貯蔵エネルギ、最大出力、ならびにこれら２つの量の質量および体積密度（すなわち、エネルギ密度および出力密度）である。一般に、対象とする用途に応じて、これらのパラメータの間の妥協に到達しなければならない。静的な大量貯蔵装置などの一部の用途は、とりわけ大きな貯蔵容量を必要とし、最大出力は実際のところ制限因子ではない一方で、鉄道設備などの他の用途は、高いエネルギおよび出力を必要とし、重量および体積についての制約は実際には厳しくなく、自動車または航空機への適用は、エネルギ／出力の重量および体積についてのきわめて厳しい制約との妥協を必要とすることに、注意すべきである。

スーパーキャパシタに蓄えられるエネルギＥは、コンデンサについての従来からの式に従って定められ、すなわち
Ｅ＝１／２・Ｃ・Ｖ^２
であり、ここでＶはスーパーキャパシタの電位である。

容量および電位が、エネルギにおける高性能を促進するために最適化を必要とする２つの基本的なパラメータであり、電位が、主として電解質の性質に依存し、とりわけその電気化学的な安定性に依存し（主たる種類の電解質が、有機塩を有機溶媒に分散させてなる有機電解質および水性電解質であることに注意すべきである）、容量は、この電解質が実際にアクセスできる多孔質の組織に依存する。

単位スーパーキャパシタセル（「単位セル」は、本明細書において、公知のやり方で、スーパーキャパシタの自立した動作のために必要であり、当然ながら電解質で含浸された２つのカーボン主体の多孔質電極を絶縁膜で隔てて備えている最小サイズの基本セルを意味するものと理解される）は、通常は、電流を２つの電極まで運ぶことができる２つの集電体を備えている。高出力の動作に達することができるために、単位セルにおける電流の通過に対する抵抗は、この抵抗がジュール加熱による損失につながり、スーパーキャパシタの効率を低下させるという事実ゆえに、きわめて小さくなければならない。この抵抗は、単位セルの種々の構成要素の抵抗の合計であり、とりわけ電解質の抵抗および集電体の抵抗の合計である。集電体の抵抗の寄与分を抑えるために、集電体に高い伝導度の金属を使用する必要があり、さらにはそのような金属が、安価かつ容易に形作ることが可能でなければならず、とりわけ銅およびアルミニウムでなければならない。しかしながら、水性電解質の場合には、これらの金属の使用が、それらが水性の溶液において典型的に使用される酸化電位において腐食を生じるという事実ゆえに、化学的および電気化学的な安定性という問題を引き起こす。

スーパーキャパシタセル（「セル」は、公知の様相で、本明細書において、１つ以上の単位セルを互いに接続して構成された物理ユニットを意味する）は、膜によって隔てられた少なくとも２つのカーボン主体の電極および２つの集電体だけでなく、さらに気体および液体を通さない漏れのないパッケージならびにパッケージの漏れのない非透過性の閉鎖を保証する構成要素で構成される。しかしながら、電極の活物質だけがセルのエネルギ貯蔵機能に貢献するため、パッケージを含む他の構成要素の重量および体積を、セルの性能を制限することなく最小限にしなければならない。

一般的に言うと、スーパーキャパシタモジュールの設計パラメータは、セルを直列または並列に接続することによるモジュールの対象となる用途および使用の環境に依存して、動作電圧および総容量に関して表現される。直列接続は、セルの端子をまたぐ単位電圧の加算を可能にするが、総容量（その逆数が、単位用量の逆数の和に等しい）については不利である。これと対照的に、セルの並列接続は、セルの容量の足し合わせを可能にするが、各セルの端子をまたぐ電圧は変わらない。

この文脈において、単位セルの積み重ねを２枚のパッケージ用プラスチックフィルムで包んでなり、プラスチックフィルムの接合部に集電体が接着または溶着されているスーパーキャパシタの使用を教示している米国特許第６９９８１９０号明細書に言及することができる。

本発明の１つの目的は、ｎ個の単位セル（ｎ≧２）を直列に並べて配置して可撓かつ漏れのないパッケージに包んでなるスーパーキャパシタセルであって、上述の欠点のすべての克服を可能にし、とりわけ当該セルを当該セルを取り入れるスーパーキャパシタモジュールに適合させ、すなわち用途および対象とされる使用環境へと適合させることを可能にするアップグレード可能な構造を有すると同時に、公知のスーパーキャパシタの性能特性ならびに（限られたサイズのモジュールアーキテクチャのための）大きすぎないサイズおよび（単位セルの低い公称電圧に鑑みた大きなモジュールアーキテクチャのための）小さすぎないサイズを維持するスーパーキャパシタセルを提供することにある。

本発明によるそのようなセルは、上側および下側の２つの多孔質電極と、前記電極を互いに隔てる電気絶縁膜と、前記電極が浸されるイオン性電解質とを備える各々の単位セルを有しており、当該セルが、前記パッケージの内側に上側および下側の２つの集電部分によって前記上側および下側の電極をそれぞれ覆う複数の集電体を備えており、このセルが、隣り同士の前記単位セルからなる少なくとも１つのペアが、該ペアに共通の１つの前記上側または下側集電体によって覆われており、上側および／または下側の２つの断ち切られた集電体が、当該セルの２つのそれぞれの端部に形成され、前記集電体のうちの隣り合う２つの集電体が、向かい合うエッジ部分をそれぞれ終端としており、該エッジ部分が、これらの平坦な部分を覆う絶縁接着材料によって互いに電気的に絶縁されているようなセルである。

一般的に言うと、前記上側および下側の集電部分が、ｎ個の単位セルについて、ｎ＋１に等しい総数の前記集電体（すなわち、前記共通の集電体および前記断ち切られた集電体）を定めている。

本発明の別の特徴によれば、前記少なくとも１つのペアの前記単位セルが、前記上側または下側の集電部分の第１の連続部分を含む接続部によって互いに接続されるとともに、対向する前記下側または上側の集電部分の第２の不連続部分によって互いに隔てられ、前記第１の部分は、前記共通の集電体の中央部によって定められ、前記第２の部分は、前記隣り合う集電体の前記エッジ部分を有する部位によって定められ、該部位は、前記絶縁接着材料によって前記中央部へとシールされる。

好都合には、前記パッケージを、前記少なくとも１つのペアの２つの前記単位セルの間の前記第１の連続部分および前記第２の不連続部分のそれぞれの外面へと、前記絶縁接着材料によってシールすることができる。

好ましくは、３個以上の単位セルが使用され、少なくとも２つの前記連続したペアが、前記２つの集電部分において当該セルに沿って互い違いの様相で交互に位置する少なくとも２つの上側および下側のそれぞれの前記共通の集電体と、同じく前記集電部分において交互に位置する少なくとも２つの上側および下側のそれぞれの前記不連続部分とを定めている。

本発明の別の好ましい特徴によれば、とりわけ自動車への応用に関して、前記上側および下側の電極の各々が、カーボンモノリスから形成され、さらには／あるいは前記電解質が、水性である。

モノリシックカーボンの使用は、導電性の多孔質カーボンを不活性な有機結合剤および溶媒に分散させ、次いで得られたペーストを集電体へと広げることによって得られるモノリシックでない電極と比べ、エネルギ密度の改善によって単位セルについて高い質量容量を得ることを可能にすることに注目すべきである。実際、そのような結合剤は、エネルギの貯蔵に役立つことなく各々の単位セルを厚くかつ重くするという欠点を有する。したがって、高い貯蔵エネルギおよび高いエネルギ密度に達するために、活物質をモノリスの形態で単位セルに取り入れることがきわめて好都合である（すなわち、活物質を分散させるための不活性な結合剤が不要であることで、達成できる質量および体積エネルギ密度が改善される）。

また、例えば硫酸、塩化カリウム、硫酸カリウム、あるいは酸性、アルカリ性、または中性の溶液中の他の塩の水溶液からなる水性電解質が、高価であり、可燃性であり、毒性があり、汚染の可能性があり、したがって例えば自動車において使用の安全性の問題を引き起こす有機電解質と対照的に、安価かつ不燃性であるという利点を有することにも、注目すべきである。したがって、これらの水性電解質を、適用できる電位（典型的には、１．２Ｖ）が有機電解質において適用できる電位（典型的には、２．７Ｖ）と比べて低いという相対的な欠点を有するが、そのような車両において好都合に使用することができる。

この好ましい事例において、とりわけモノリシックカーボン主体の電極および水性電解質が使用される自動車に関して、前記集電体の各々が、好都合には金属導体を備えることができ、該金属導体を、前記パッケージに接する外面ならびに前記対向する下側および上側の集電体へと向いた内面のそれぞれについて、前記電解質に対する保護のためのポリマー層で覆うことができる。

各々の電極の活物質がカーボンモノリスの形態である好ましい事例において、各々の集電体の２つの面を覆うこの保護層は、このモノリスと集電体の金属導体との間に良好な接触を得ることを好都合に可能にすると同時に、水溶液において腐食を被りやすいこの導体を保護することを可能にする。結果として、各々の電極と電極を覆う集電体との間の電気的な接触が改善され、したがってこの活物質と隣接する金属導体との間の界面の抵抗を最小限にすることができる。

やはり好ましい実施の形態によれば、前記パッケージが、折り返された１枚の変形可能フィルムまたは２枚の変形可能フィルムを備え、該フィルムは、金属で被覆されていても、されていなくてもよい多層のプラスチック材料からなり、該フィルムの上側および下側の２つの面が、隣り合うペアの前記単位セルの間および当該セルの端縁において、前記単位セル内にデッドボリュームを定めるように、好ましくは熱シールによってシールされ、前記パッケージは、好ましくは５０μｍ〜２００μｍの間の範囲の厚さを有する。

本発明によるこのパッケージが、あまり密度が高くなく、あるいはあまり厚くなく、従って比較的軽量であるように選択されるが、耐漏れ性および不浸透性という機能を満たさなければならないことに、注意すべきである。

スーパーキャパシタを形成することが可能である本発明によるスーパーキャパシタモジュールは、
・好ましくは平行六面体の形態であり、互いにはんだ付けまたは接着される２つの部品からなる剛体ハウジングと、
・前記ハウジングの底壁に配置されたｍ個のセル（ｍ≧２）からなり、各々のセルが直列かつ横並びに配置されて可撓かつ漏れのないパッケージに包まれたｎ個の単位セル（ｎ≧２）を含んでいる少なくとも１つの積層体と、
・前記ハウジングの上壁および前記少なくとも１つの積層体に最も近い前記セルを押すことによって前記少なくとも１つの積層体を圧力下に維持するための手段とを備えており、
本発明のこのモジュールが、前記セルの各々が上述のようなセルであることを特徴とする。

好都合には、このモジュールが、５個以上のセルからなる前記積層体を備えることができ、各々のセルが、５個以上の単位セルを備えることができる。

本発明の別の特徴によれば、前記圧力下に維持するための手段が、ばねまたは空気クッションなどの少なくとも１つの力戻し手段を備えることができ、該手段が、前記上壁および前記少なくとも１つの積層体に最も近い前記セルに対して取り付けられ、随意により前記電極のそれぞれの表面への力の分布を最適化するために、前記最も近いセルと前記力戻し手段との間に配置された少なくとも１枚のプレートに組み合わせられる。

やはり好都合には、前記ハウジングの好ましくは前記底壁に位置する外面が、固定用の輪を受けるガイドおよび収容部を随意により形成する当該モジュールの機械的な補強のためのリブおよびセレーションを有する。

本発明の別の特徴によれば、このモジュールが、すべての前記セルが２つの末端集電ブロックによって互いに電気的に接続されている１つの前記積層体を備えることができ、前記２つの末端集電ブロックが、当該モジュールの２つの端子に相当する２つの金属ラグへとそれぞれ接続され、各々のラグが、はんだ付け、ろう付け、または機械的な接触によって前記隣接する集電ブロックへと組み付けられた前記ハウジングの内部の１つのラグ端と、接続要素を受けるように設計された前記ハウジングの外部の１つのラグ自由端とを有する。

好都合には、前記ラグだけが前記ハウジングから突き出し、これらのラグは、同一または同一でない前記底壁からの高さにおいて前記集電ブロックへと組み付けられており、これらのラグの前記自由端が、好ましくは前記底壁に隣接する様相および前記上壁に隣接する様相で前記ハウジングからそれぞれ突き出している。

本発明の他の特徴、利点、および詳細が、あくまでも本発明を限定するものではない例として添付の図面を参照しつつ提示される本発明の一典型的な実施の形態についての以下の説明を検討することで、明らかになるであろう。

いくつかの単位セルを備える本発明の一典型的な実施の形態によるスーパーキャパシタセルの一部分の斜視および横断面の概略図である。 図２は、図１の枠内領域に対応するやはり斜視および横断面の詳細図であり、このセルの隣り同士の単位セルの間の各々の接続部の構造を示しており、図３は、図２の集電体の拡大詳細図であり、この集電体の構造を横断面にて示している。 図２は、図１の枠内領域に対応するやはり斜視および横断面の詳細図であり、このセルの隣り同士の単位セルの間の各々の接続部の構造を示しており、図３は、図２の集電体の拡大詳細図であり、この集電体の構造を横断面にて示している。 例えば図１のセルなどからなる積層体が組み込まれている本発明の一例によるスーパーキャパシタモジュールの概略の横断面図である。

図１のセル１は、この例では、ｎ＝５個の単位セル１０を直列かつ横並びに配置し、変形可能かつ漏れのない２枚の可撓プラスチックフィルム（上側のフィルム２１および下側のフィルム２２）で構成されるパッケージ２０（変種として、このパッケージは、折り返された１枚の可撓かつ変形可能な漏れのないフィルムから形成されてもよい）に包んで備えている。各々の単位セル１０は、カーボンモノリスでそれぞれ製作され、電気絶縁膜１３によって隔てられ、イオン水性電解質（見て取ることができない）に浸されている２つの多孔質電極（上側の電極１１および下側の電極１２）を備えている。

セル１は、パッケージ２０の内側に、集電ユニット３０を備えており、集電ユニットの２つの集電部分（上側の集電部分３１および下側の集電部分３２）が、上側の電極１１および下側の電極１２をそれぞれ覆っている。

本発明によれば、隣り同士の単位セル１０からなる各ペアが、一方ではこのペアに共通の上側集電体３３または下側集電体３４によって覆われ、他方ではこの共通の下側集電体３４または上側集電体３３の２つの部位によって覆われ、セル１が線の端部に２つの断ち切られた集電体３５および３６を有していることに、注目すべきである。「断ち切られた集電体」は、本明細書において、この共通の集電体３３、３４の約半分の部分だけしか有さないという意味で、セル１の各々の電気接続端において断ち切られた共通の集電体３３、３４を意味すると理解される。換言すると、各々の共通の集電体３３、３４が、隣り合う２つの単位セル１０の間で共有され、２つの連続する共通の集電体３３および３４が、膜１３を含むセル１の長手方向の中央面の各側に配置され、すなわちこれらの共通の集電体３３、３４が、上側集電部分３１および下側集電部分３２の間のこの平面に関して交互に向かい合って配置されている。

さらに、図１に見て取ることができるとおり、隣り合う２つの集電体３３、３４、３５、３６は、向かい合うエッジ部分３７をそれぞれ終端としており、これらのエッジ部分３７が、これらのエッジ部分３７を覆う絶縁接着フィルム３８ａによって互いに電気的に絶縁されており、後述されるとおり、絶縁接着フィルム３８ａは、これらのエッジ部分３７を腐食から保護するだけでなく、これらの隣接するコネクタ３３〜３６が互いに触れて短絡を形成することも防止している。

図１の例において、このセル１は、２つの上側の共通の集電体３３と、２つの下側の共通の集電体３４と、上側の断ち切られた集電体３５と、下側の断ち切られた集電体３６とを備えており、合計で６つの集電体３３〜３６を備えている。

より具体的には、図２に見て取ることができるとおり、各々のペアの単位セル１０が、共通の集電体３３、３４の中央部分によって定められる集電部分３１または３２の第１の連続部分４１を含む接続部４０によってつなぎ合わせられ、エッジ部分３７を含む隣り同士の集電体３３〜３６の部位（絶縁接着フィルム３８ａによってこの中央部分４１へとシールされている）によって定められる他方の集電部分３２または３１の第２の対向する不連続部分４２によって互いに隔てられている。

各々の集電体３３〜３６が、好都合には両面が薄い上側保護フィルム３９ｂおよび下側保護フィルム３９ｃによって覆われた金属導体３９ａを備えることを、図３の拡大図において見て取ることができ、２つのさらなる絶縁接着フィルム３８ｂおよび３８ｃ（例えば、各々の連続部分４１を対面する不連続部分４２へと接合するフィルム３８ａと同じ材料を使用している）が、一方では上側の集電部分３１の各々の不連続部分４２と上側のパッケージ用フィルム２１との間に接着の界面をもたらし（フィルム３８ｂ）、他方では下側の集電部分３２の各々の連続部分４１と下側のパッケージ用フィルム２２との間に接着の界面をもたらし（フィルム３８ｃ）ていることを、図２の詳細図において見て取ることができる。

この接着および電気絶縁のフィルムが、とりわけ、この材料が集電体３３〜３６の上側および下側の各々の保護層３９ｂおよび３９ｃと対応するパッケージ用フィルム２１および２２との間の界面に配置されるという事実ゆえに、単位セル１０の間の接続部４０を漏れのない様相で閉じ込めることによって、隣り合う２つの単位セル１０の間のはんだ付けの助けをもたらすことに、注目すべきである。

また、この絶縁接着材料が、流動して各々の集電体３３〜３６の金属導体の裸のエッジ部分３７（保護層３９ｂおよび３９ｃで覆われていない）の間に残された空き領域を満たす（図２においては、分かり易さのために、このエッジ部分３７の間の領域が、絶縁材料の流動前の絶縁材料の存在しない状態で図示されている）ことによって、これらのエッジ部分３７の保護を可能にし、したがってロールとしての集電体ユニット３０を広げ、あるいはインラインディッピング（ｉｎ−ｌｉｎｅ ｄｉｐｐｉｎｇ）し、次いで切り分けを行なうことによって集電体３３〜３６を作成できることにも、注目すべきである。この切り分けによって裸のエッジ部分３７が露出されるが、裸のエッジ部分３７は、フィルム３８ａが配置されることによって保護され、フィルム３８ａが、隣り合う２つの集電体３３〜３６の間に絶縁をもたらし、集電体間の接触に起因する短絡を防止する。

したがって、この絶縁接着材料は、集電体３３〜３６を覆い、これらの集電体３３〜３６の接続部４０へと（この部分４０の各側にわずかに張り出しつつ）平たく貼り付けられた細い矩形のタブの形態の形状を有するフィルム３８ａ、３８ｂ、３８ｃの形態で配置される。各々の連続部４１および不連続部４２のそれぞれの内面の間に配置されてこれらに接触する各々の中央の接着フィルム３８ａについて図２に見て取ることができるダンベルの形態が、電極１１および１２の厚さならびに上側および下側の各々のフィルム３８ｂおよび３８ｃの間の接触に起因してセル１の変形時に各々のフィルム３８ａが被る変形によって、切り分けおよびセル１の組み立ての作業の後で初めて得られることに、注意すべきである。

直列に接続された単位セル１０の間に漏れのないシールをもたらすために、パッケージ２０の封止が、例えば熱シールによって実行されるが、変種として、単位セル１０の間の接続部に対応する各々の間隔２３ならびにパッケージ２０の２つの長手縁２４および２５における冷間シールまたは接着も可能である。

このパッケージ２０に使用することができる材料として、アルミめっきされていても、されていなくてもよく、高い不透過性を有し、直列に横並びに接続されたｎ個の単位セル１０を囲むために必要な全長にわたって延びる１つ以上のプラスチック多層フィルム２１および２２を挙げることができる。好ましくは、５０μｍ〜２００μｍの間の範囲にあってよい厚さを有するＰＥ／ＰＡ／ＰＥ（ポリエチレン／ポリアミド／ポリエチレン）の三層フィルムが使用される。

パッケージ用フィルム２１および２２について選択される形状は、最初のサイクルにおける単位セル１０の脱気に必要な空間を形成するために、ｎ個の単位セル１０の各々の内側にデッドボリュームを含むために充分な幅を有さなければならないような形状である。次いで、単位セル１０が、余分の気体を逃がすことができるように真空中で再切断され、電極１１および１２の可能なかぎり近くで再びはんだ付けされる。また、このデッドボリュームは、電解質による電極１１および１２の充てんに必要なサイクル動作の継続期間のために、電解質の一時的なリザーバの形成も可能にする。

本出願の出願人によって製造および組み立てされた本発明によるセル１の一例は、以下を使用している。

・５０×２５ｍｍ^２の寸法および０．３ｍｍの厚さを有するカーボンのモノリシックの電極１１および１２；
・６０×３５ｍｍの寸法を有する３０μｍの厚さのセルロース膜ＳＥＰＡＲＩＯＮ（登録商標）から形成されたセパレータ；
・１ｍｏｌ／ＬのＦｉｓｃｈｅｒ硫酸からなる電解質；
・７６×５４ｍｍの寸法を有する１２．５μｍの厚さの銅導体３９ａで製作された集電体３３〜３６；
・１５×１０４ｍｍの寸法を有する５０μｍの厚さのＰＡ／ＰＥの二層からなる接着フィルム３８ａ、３８ｂ、３８ｃ；
・２６０×１０４ｍｍの寸法を有する１２０μｍの厚さのＰＥ／ＰＡ／ＰＥの三層で形成されたパッケージ用フィルム２１、２２；
・乾燥時の厚さが２０μｍであるポリマー保護層３９ｂおよび３９ｃ。

本発明によるこのセル構造１が、とりわけ以下を可能にすることに、注意すべきである。

・横並びに設定される単位セル１０の数を調整でき、したがってセル１の公称動作電圧を、対象の用途において期待される公称の電圧へと調整することができる。

・単位セル１０の数に合わせて長さを調節すべきパッケージ用フィルム２１および２２を除き、すべての構成要素についてセル１のサイズにかかわらず同一の形状を維持することができる。

・低電圧の電子および電気システムにおいて使用される通常の電圧に相当する充分に高いセル１の公称電圧を使用することができる。

・（各々の）パッケージ用フィルム２１、２２の形状をあらかじめ形成する必要がなく、（各々の）フィルム２１、２２の機械的なあらかじめの疲労の段階を回避できるだけでなく、フィルム２１、２２の可撓性を充分に利用することができる（あらかじめの形成は、電極１１、１２の配置に形状および寸法を課し、それを避けることが本発明の考え方である）。

・集電体３３〜３６のエッジ部分３７の保護にこの絶縁接着材料３８ａ、３８ｂ、３８ｃを利用することができ、保護層３９ｂおよび３９ｃの適用後の集電体３３〜３６の切断およびこの絶縁接着材料によるエッジ部分３７の保護により、セル１のサイズに応じた同一の準備および集電体ユニットリール３０の連続的な準備が可能である。

図４が、
・例えば互いにはんだ付けまたは接着される互いに対称な２つの部品で形成された熱硬化性プラスチック製の平行六面体の形態の剛体ハウジング５１（これら２つの部品の間の接触の構成は、高さの真ん中において水平であり、あるいは平行六面体の対角線に沿う）と、
・いくつかのセル１をハウジング５１の底壁５１ａ上に積み重ねてなり、各々のセル１が、例えば図１に関して上述したやり方と同じやり方で直列かつ横並びに配置された５つの単位セル１０を可撓かつ漏れのないパッケージ２０に包んで備えているセル１の積層体５２（図４においては、ハウジング５１がその長さ方向において切断されて図示されているため、各々のセル１について３つの単位セル１０しか見て取ることができない）と、
・例えば積層体５２の上方の単位セル１０の上側にそれぞれ取り付けられるばね５３ａからなり、ハウジング５１の上壁５１ｂおよびプレート５３ｂ（電極１１および１２の表面へと力をより良好に分布させるためにこれらの単位セル１０へと適用される）に対して設置され、ハウジング５１の上壁５１ｂおよび積層体５２の一番上のセル１を押すことによってこの積層体５２を圧力下に維持するための手段５３と
を備える本発明によるスーパーキャパシタモジュール５０の一部分を概略的に示している。

これらのプレート５３ｂは、好都合には、複合ハニカム構造または熱硬化発泡体など、低密度かつ高い機械的性能の構造で形成される。

変種として、上述の圧力下に維持するための手段は、前記上壁５１ｂと積層体５２との間に圧縮された状態で取り付けられ、ハウジング５１内の所定の位置への配置後または配置前に膨張させられる空気クッションを備えてもよい。

さらに、図４に示されているように、ハウジング５１は、好都合には、ハウジング５１の底壁５１ａの外面に、固定用の輪（図示されていない）を受けるガイド−収容部を形成することができるモジュール１の機械的な補強のためのリブ５４およびセレーション５５を有する。

積層体５２のすべてのセル１の間の接続を形成するために、これらのセル１の２つの末端の集電体５６のはんだ付け、ろう付け、または機械的な接触（例えば、リベット）による固定が、モジュール１の端子に相当する２つの金属ラグ５７（例えば、真ちゅう、銅、アルミニウム、または鋼で作られる）へとそれぞれ達成される。このようにして、集電体の末端５６の各々と隣接するラグ５７とが、接続領域５８において接続され、各々のラグ５７が、ハウジング５１の内部に位置する一端と、このハウジング５１の外部に位置し、モジュール５０のための接続装置として働く機能を有する一端５７ａとを有することに、注目すべきである。

集電体の末端５６とラグ５７との間のこの固定は、２つのラグ５７に関して積層体５２の高さの真ん中において達成でき、あるいは図４に示した変種においては、これらのラグ５７をこの積層体５２の上部および底部にそれぞれ設けることによって達成できる。したがって、ハウジング５１の外側から見ると、この変種による２つのラグ５７は、平行六面体の向かい合う面（すなわち、底壁５１ａおよび上壁５１ｂ）の付近でハウジング５１から突き出す。

本出願の出願人によって製造および組み立てされた本発明によるハウジング５０の一例は、以下を使用している。

・ガラス繊維入りのポリアミドで作成され、４ｍｍの肉厚を有し、接着によって組み立てられて幅７０ｍｍ、長さ１８５ｍｍ、および高さ９５ｍｍの外寸を有するハウジング５１を形成する２つの同一の部品；
・セル１に２ｂａｒの接触圧を得るために必要な力を、可撓なやり方で互いに接続された５枚のプレート５３ｂによって単位セル１０の積層体５２に分散させて加える１０個のばね５３ａ；
・厚さ０．５ｍｍ、幅５０ｍｍの銅板からなり、２０ｍｍだけ突き出しており、２つの末端の集電体５６へとそれぞれはんだ付けされている２つのラグ５７。

本発明のモジュール５０が、とりわけ以下を可能にすることに注目すべきである。

・容易な適応が可能であり、ハウジング５１の高さだけを組み合わせられるセル１の数の関数として調整すればよい。

・可撓なパッケージ２０を利用し、モジュール５０の規模において圧力を積み重ねられたすべてのセル１へと伝えることができ、したがって積層体５２の形成を可能にできる（これは、このパッケージ２０が存在せず、電極１１および１２を上下に直接配置するのでは、考えることができない）。

・これらの可撓なパッケージ要素２０および上述の圧力下に維持するための手段５３による統一された圧力の印加により、加えられる圧力を維持する満足できる積層体５２が得られる。

・モジュール５０の各々の端子について１つのラグ５７による良好な接続性が得られる。

・ハウジング５１から２つのラグ５７が突き出しているだけであるため、モジュール５０の全体の良好な機械的耐性が得られる。

Claims (14)

1. 上側および下側の２つの多孔質電極（１１、１２）と、前記電極を隔てる電気絶縁膜（１３）と、前記電極が浸されるイオン性電解質とを各々が有しているｎ個の単位セル（１０）（ｎ≧２）を、直列かつ横並びに配置し、可撓かつ漏れのないパッケージ（２０）に包んで備えるとともに、前記パッケージの内側に上側および下側の２つの集電部分（３１、３２）によって前記上側および下側の電極をそれぞれ覆う複数の集電体（３３、３４、３５、３６）を備えているスーパーキャパシタセル（１）であって、
   隣り同士の前記単位セルからなる少なくとも１つのペアが、該ペアに共通の１つの前記上側または下側集電体（３３、３４）によって覆われており、上側および／または下側の２つの断ち切られた集電体（３５、３６）が、当該セルの２つのそれぞれの端部に形成され、前記集電体（３３、３４、３５、３６）のうちの隣り合う２つの集電体が、向かい合うエッジ部分（３７）をそれぞれ終端としており、該エッジ部分（３７）が、該エッジ部分を覆う絶縁接着材料（３８ａ、３８ｂ）によって互いに電気的に絶縁されていることを特徴とするセル（１）。
2. 前記少なくとも１つのペアの前記単位セル（１０）が、前記上側または下側の集電部分（３１、３２）の第１の連続部分（４１）を含む接続部（４０）によって互いに接続されるとともに、対向する前記下側または上側の集電部分の第２の不連続部分（４２）によって互いに隔てられ、前記第１の部分は、前記共通の集電体（３３、３４）の中央部（４１）によって定められ、前記第２の部分は、前記隣り合う集電体（３３、３４、３５、３６）の前記エッジ部分（３７）を有する部位によって定められ、該部位は、前記絶縁接着材料（３８ａ、３８ｂ）によって前記中央部へとシールされていることを特徴とする請求項１に記載のセル（１）。
3. 前記パッケージ（２０）が、前記少なくとも１つのペアの２つの前記単位セル（１０）の間の前記第１の連続部分（４１）および前記第２の不連続部分（４２）のそれぞれの外面へと、前記絶縁接着材料（３８ｂ、３８ｃ）によってシールされることを特徴とする請求項２に記載のセル（１）。
4. ｎ≧３であり、少なくとも２つの前記連続したペアが、前記２つの集電部分（３１、３２）において当該セルに沿って互い違いの様相で交互に位置する少なくとも２つの上側および下側のそれぞれの前記共通の集電体（３３、３４）と、同じく前記集電部分において交互に位置する少なくとも２つの上側および下側のそれぞれの前記不連続部分（４２）とを定めていることを特徴とする請求項２または３に記載のセル（１）。
5. 前記上側および下側の集電部分（３１、３２）が、前記ｎ個の単位セル（１０）について、ｎ＋１に等しい総数の前記集電体（３３、３４、３５、３６）を定めていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセル（１）。
6. 前記上側および下側の電極（１１、１２）の各々が、カーボンモノリスから形成され、さらには／あるいは前記電解質が、水性であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のセル（１）。
7. 前記集電体（３３、３４、３５、３６）の各々が、金属導体（３９ａ）を備えており、該金属導体（３９ａ）が、前記パッケージ（２０）に接する外面ならびに前記対向する下側および上側の集電体へと向いた内面のそれぞれにおいて、前記電解質に対する保護のためのポリマー層（３９ｂ、３９ｃ）に覆われていることを特徴とする請求項６に記載のセル（１）。
8. 前記パッケージ（２０）が、折り返された１枚の変形可能フィルムまたは２枚の変形可能フィルム（２１、２２）を備えており、該フィルムは、金属で被覆されていても、されていなくてもよい多層のプラスチック材料からなり、該フィルムの上側および下側の２つの面が、ペアにて隣り合う前記単位セル（１０）の間および当該セルの端縁（２４、２５）において、前記単位セル内にデッドボリュームを定めるように、好ましくは熱シールによってシールされ、前記パッケージは、好ましくは５０μｍ〜２００μｍの間の範囲の厚さを有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のセル（１）。
9. スーパーキャパシタを形成することが可能であり、
   ・好ましくは平行六面体の形態であり、互いにはんだ付けまたは接着される２つの部品からなる剛体ハウジング（５１）と、
   ・前記ハウジングの底壁（５１ａ）に配置されたｍ個のセル（１）（ｍ≧２）からなり、各々のセルが直列かつ横並びに配置されて可撓かつ漏れのないパッケージ（２０）に包まれたｎ個の単位セル（１０）（ｎ≧２）を含んでいる少なくとも１つの積層体（５２）と、
   ・前記ハウジングの上壁（５１ｂ）および前記少なくとも１つの積層体に最も近い１つの前記セル（１）を押すことによって前記少なくとも１つの積層体を圧力下に維持するための手段（５３）とを備えているスーパーキャパシタモジュール（５０）であって、
   前記セルの各々が、請求項１〜８のいずれか一項に記載のセルであることを特徴とするモジュール。
10. ５個以上のセル（１）からなる１つの前記積層体（５２）を備えており、各々のセルが５個以上の単位セル（１０）を備えていることを特徴とする請求項９に記載のモジュール（５０）。
11. 前記圧力下に維持するための手段（５３）が、ばねまたは空気クッションなどの少なくとも１つの力戻し手段（５３ａ）を備えており、該手段（５３ａ）が、前記上壁（５１ｂ）および前記少なくとも１つの積層体（５２）に最も近い前記セル（１）に対して取り付けられ、随意により前記電極（１１、１２）のそれぞれの表面への力の分布を最適化するために、前記最も近いセルと前記力戻し手段との間に配置された少なくとも１枚のプレート（５３ｂ）に組み合わせられていることを特徴とする請求項９または１０に記載のモジュール（５０）。
12. 前記ハウジング（５１）の好ましくは前記底壁（５１ａ）に位置する外面が、固定用の輪を受けるガイドおよび収容部を随意により形成する当該モジュールの機械的な補強のためのリブ（５４）およびセレーション（５５）を有していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載のモジュール（５０）。
13. すべての前記セル（１）が２つの末端集電ブロック（５６）によって互いに電気的に接続されている１つの前記積層体（５２）を備えており、前記２つの末端集電ブロック（５６）が、当該モジュールの２つの端子に相当する２つの金属ラグ（５７）へとそれぞれ接続され、各々のラグが、はんだ付け（５８）、ろう付け、または機械的な接触によって前記隣接する集電ブロックへと組み付けられた前記ハウジング（５１）の内部の１つのラグ端と、接続要素を受けるように設計された前記ハウジングの外部の１つのラグ自由端（５７ａ）とを有していることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載のモジュール（５０）。
14. 前記ラグ（５７）だけが前記ハウジング（５１）から突き出しており、該ラグは、同一または同一でない前記底壁（５１ａ）からの高さにおいて前記集電ブロック（５６）へと組み付けられており、該ラグの前記自由端（５７ａ）が、好ましくは前記底壁に隣接する様相および前記上壁（５１ｂ）に隣接する様相で前記ハウジングからそれぞれ突き出していることを特徴とする請求項１３に記載のモジュール（５０）。

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