KR102071269B1 - 프린트된 산화은 배터리들 - Google Patents

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존 구스타프손
윌리암 존스톤 레이
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Abstract

에너지 저장 디바이스, 예컨대 산화은 배터리는, 은-함유 캐소드 및 이온성 액체를 갖는 전해질을 포함할 수 있다. 이온성 액체의 음이온은 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 이온성 액체의 양이온은 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 에너지 저장 디바이스는 프린트된 또는 비-프린트된 분리막을 포함할 수 있다. 프린트된 분리막은 전해질 및 용해된 셀룰로오스 파우더를 포함하는 겔을 포함할 수 있다. 비-프린트된 분리막은 전해질 및 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스를 포함하는 겔을 포함할 수 있다. 에너지 저장 디바이스 제조 프로세스는 플라즈마 처리를 각각의 캐소드, 애노드, 분리막, 및 집전체들의 표면에 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마 처리 프로세스는 처리된 표면에 걸쳐 습윤성, 접착력, 전자 및/또는 이온 전송을 개선시킬 수 있다.

Description

프린트된 산화은 배터리들 {PRINTED SILVER OXIDE BATTERIES}
관련 출원들에 대한 참조
본 출원은 “비-알카라인 전해질을 갖는 프린트 가능한 산화은 배터리들(PRINTABLE SILVER OXIDE BATTERIES WITH NON-ALKALINE ELECTROLYTE)” 제목으로 2013년 7월 17일에 출원된 U.S. 가특허 출원 일련 번호. 61/847,479의 이익을 주장하고, 이는 그 전체가 참조로서 본 출원에 통합된다.
본 출원과 함께 출원된 출원 데이터 시트내에서 식별되는 해외 또는 국내 우선권 주장의 임의 및 모든 출원들은 37 C.F.R. § 1.57 하에서의 참조로서 본 출원에 통합된다.
분야
본 출원은 에너지 저장 디바이스들, 보다 상세하게는 프린트된 에너지 저장 디바이스들에 관한 것이다.
에너지 저장 디바이스들, 예컨대 은-함유 일차 또는 2차 배터리들 (예를 들어, 산화은 배터리들)은 증가된 에너지 저장 성능을 갖고 및/또는 빠르게 충전 및/또는 방전 될 수 있는 희망하는 에너지 및/또는 전력 밀도 성능들을 제공할 수 있다. 은-함유 배터리들은 플랫한(flat) 방전 전압 커브 (예를 들어, 일정한 전압 성능을 제공하는 것)을 제공할 수 있고, 낮은 유지보수 및/또는 동작에 안전할 수 있다. 은-함유 배터리들은 또한 비-독성 및/또는 비-폭발성 컴포넌트들로 만들어질 수 있다.
통상적으로 이용 가능한 은-함유 배터리들은 이들 배터리들의 제조 및/또는 운송에 어려움 및/또는 증가된 비용들에 원인이 될 수 있는 여러 단점들을 가진다.
에너지 저장 디바이스는 은-함유 캐소드(cathode), 및 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 은-함유 캐소드는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 디바이스는 애노드(anode)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 애노드는 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 캐소드 및 상기 애노드 중 적어도 하나는 프린트된다.
일부 실시예들에서, 상기 애노드 및 상기 캐소드 중 적어도 하나는 전도성 첨가제(conductive additive)를 포함할 수 있다. 상기 전도성 첨가제는 전도성 탄소 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전도성 탄소는 흑연, 그래핀, 및 탄소 나노튜브들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 캐소드 및 애노드 중 적어도 하나는 폴리머 바인더(polymer binder)를 포함할 수 있다. 상기 폴리머 바인더는 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐 클로라이드; 폴리이미드 폴리머 및 공중합체들 (지방족, 방향족 및 세미-방향족 폴리이미드를 포함하는), 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 폴리머 및 공중합체들 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 알릴메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리클로로프렌, 폴리에테르설폰, 나일론, 스티렌-아크릴로니트릴 수지; 폴리에틸렌 글리콜, 점토(clays) 예컨대 헥토라이트 점토, 가라마이트 점토, 유기변성된 점토; 사카라이드 및 폴리사카라이드 예컨대 구아 검, 크산탄 검, 전분, 부틸 고무, 아가로스, 펙틴; 셀룰로오스 및 변형된 셀룰로오스 예컨대 하이드록실 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 메틸셀룰로오스, 메톡시 셀룰로오스, 메톡시 메틸셀룰로오스, 메톡시 프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스, 카복시 메틸셀룰로오스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록실 에틸셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에틸 에테르, 및 키토산 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 디바이스는 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 분리막(separator)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 분리막은 상기 전해질를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 분리막은 프린트된다.
상기 프린트된 분리막은 용해된 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 프린트된 분리막의 상기 용해된 셀룰로오스는 리그닌, 코튼, 레이온, 재생 셀룰로오스, α-셀룰로오스, 우드, 크실란, 리오셀, 및 버개스 중 적어도 하나로부터 용해된 셀룰로오스를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 분리막은 비-프린트된다. 상기 비-프린트된 분리막은 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 비-프린트된 분리막은 보로실리케이트 유리, 석면, 포타슘 티타네이트 파이버들, 및 지르코늄 옥사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 비-프린트된 분리막은 폴리아미드, 폴리올레핀, 및 섬유 소시지 케이싱(fibrous sausage casing) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 디바이스는 적어도 하나의 집전체(current collector)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 집전체는 상기 캐소드 또는 상기 애노드과 접촉하거나 또는 바로 인접한다. 일부 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 집전체는 금속 포일(metallic foil)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 그 위에 상기 에너지 저장 디바이스가 제조되는 기판은 상기 적어도 하나의 집전체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 집전체는 프린트된 집전체이다.
일부 실시예들에서, 상기 캐소드, 애노드, 적어도 하나의 집전체, 및 분리막중 적어도 하나는 표면 변형 프로세스(surface modification process)에 의해 처리된 표면을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 캐소드, 애노드, 적어도 하나의 집전체, 및 분리막 각각은 표면 변형 프로세스에 의해 처리된 표면을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판의 표면은 상기 표면 변형 프로세스에 의해 처리될 수 있다. 상기 표면 변형 프로세스는 플라즈마 처리 프로세스를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체(basic ionic liquid)이다. 일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온(cation)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전해질은 이온 전도도를 개선하도록 구성된 첨가제(additive)를 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 유기 용매(organic solvent)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 유기 용매는 에테르, 에스테르류, 알킬 카보네이트, 및 니트릴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 염(염)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 염은 리튬, 아연, 카드뮴, 니켈, 알루미늄, 은, 코발트에서 선택된 양이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 염은 트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로포스페이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 헥사플루오로포스페이트, 테트라플루오로보레이트, 에틸 설페이트, 디메틸 포스페이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 메탄설포네이트, 트리플레이트, 트리시아노메타나이드, 디부틸포스페이트, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 비스-2,4,4-(트리메틸펜틸) 포스피네이트, 아이오다이드, 클로라이드, 브로마이드, 나이트레이트, 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트에서 선택된 음이온을 포함할 수 있다.
에너지 저장 디바이스의 전극을 위한 잉크는 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트, 전극 활성 컴포넌트(electrode active component), 및 용매로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전극 활성 컴포넌트는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다. 일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 용매는 물, 알코올들 예컨대 메탄올, 에탄올, N-프로판올 (1-프로판올, 2-프로판올 (이소프로판올 또는 IPA), 1-메톡시-2-프로판올을 포함하는), 부탄올 (1-부탄올, 2-부탄올 (이소부탄올)을 포함하는), 펜타놀 (1-펜타놀, 2-펜타놀, 3-펜타놀을 포함하는), 헥사놀 (1-헥사놀, 2-헥사놀, 3-헥사놀을 포함하는), 옥타놀, N-옥타놀 (1-옥타놀, 2-옥타놀, 3-옥타놀을 포함하는), 테트라하이드로푸르푸릴 알코올 (THFA), 사이클로헥사놀, 사이클로펜타놀, 테르피네올; 락톤 예컨대 부틸 락톤; 에테르 예컨대 메틸 에틸 에테르, 디에틸 에테르, 에틸 프로필 에테르, 및 폴리에테르; 디케톤들 및 고리형 케톤들을 포함하는 케톤들, 예컨대 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 사이클로헵타논, 사이클로옥타논, 아세톤, 벤조페논, 아세틸아세톤, 아세토페논, 사이클로프로파논, 이소포론, 메틸 에틸 케톤; 에스테르류 예컨태 에틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 디메틸 아디페이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디메틸 글루타레이트, 디메틸 석시네이트, 글리세린 아세테이트, 카복실레이트; 카보네이트 예컨대 프로필렌 카보네이트; 폴리올 (또는 액체 폴리올), 글리세롤 및 다른 중합체 폴리올 또는 글리콜 예컨대 글리세린, 디올, 트리올, 테트라올, 펜타올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리콜 에테르, 글리콜 에테르 아세테이트 1,4-부탄디올, 1,2-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,2-펜탄디올, 에토헥사디올, p-멘탄-3,8-디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올; 테트라메틸 우레아, n-메틸피롤리돈, 아세토니트릴, 테트라하이드로푸란 (THF), 디메틸 포름아미드 (DMF), N-메틸 포름아미드 (NMF), 디메틸 설폭사이드 (DMSO); 티오닐 클로라이드; 술푸릴 클로라이드; 사이클로헥사논, 디메틸 아세트아미드, 디메틸 설폭사이드, 트리에틸 포스페이트, 및 이소포론 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 잉크는 폴리머 바인더를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리머 바인더는 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐 클로라이드; 폴리이미드 폴리머 및 공중합체들 (지방족, 방향족 및 세미-방향족 폴리이미드를 포함하는), 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 폴리머 및 공중합체들 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 알릴메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리클로로프렌, 폴리에테르설폰, 나일론, 스티렌-아크릴로니트릴 수지; 폴리에틸렌 글리콜, 점토 예컨대 헥토라이트 점토, 가라마이트 점토, 유기변성된 점토; 사카라이드 및 폴리사카라이드 예컨대 구아 검, 크산탄 검, 전분, 부틸 고무, 아가로스, 펙틴; 셀룰로오스 및 변형된 셀룰로오스 예컨대 하이드록실 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 메틸셀룰로오스, 메톡시 셀룰로오스, 메톡시 메틸셀룰로오스, 메톡시 프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스, 카복시 메틸셀룰로오스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록실 에틸셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에틸 에테르, 및 키토산 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 잉크는 전도성 첨가제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전도성 첨가제는 전도성 탄소 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
에너지 저장 디바이스의 분리막을 위한 잉크는 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트, 및 용해된 셀룰로오스로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다. 일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 용해된 셀룰로오스는 리그닌, 코튼, 레이온, 재생(regenerated) 셀룰로오스, α-셀룰로오스, 우드, 크실란, 리오셀, 및 버개스 중 적어도 하나로부터 용해된 셀룰로오스를 포함할 수 있다.
상기 잉크는 유기 용매를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 유기 용매는 극성 비양자성(polar aprotic) 유기 용매를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 극성 비양자성 유기 용매는 트리에탄올아민, 에틸렌다이아민, 펜틸아민, N-메틸모르폴린 N-옥사이드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 및 테트라부틸암모늄 플루오라이드 트리하이드레이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 용해된 셀룰로오스는 전처리 프로세스(pretreatment processs)를 받은 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전처리 프로세스는 상기 셀룰로오스의 기계적 밀링(mechanical milling), 마이크로파 방사를 상기 셀룰로오스에 인가, 및 초음파 방사를 상기 셀룰로오스에 인가 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
에너지 저장 디바이스의 전극은 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트, 및 전극 활성 컴포넌트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다.
상기 전극은 상기 에너지 저장 디바이스의 캐소드일 수 있고, 및 상기 캐소드의 상기 전극 활성 컴포넌트는 은-함유 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 은 함유 컴포넌트는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극은 상기 에너지 저장 디바이스의 애노드일 수 있고, 및 상기 에너지 저장 디바이스는 산화은 배터리일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 애노드의 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 애노드의 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다. 일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극은 폴리머 바인더를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 폴리머 바인더는 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐 클로라이드; 폴리이미드 폴리머 및 공중합체들 (지방족, 방향족 및 세미-방향족 폴리이미드를 포함하는), 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 폴리머 및 공중합체들 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 알릴메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리클로로프렌, 폴리에테르설폰, 나일론, 스티렌-아크릴로니트릴 수지; 폴리에틸렌 글리콜, 점토 예컨대 헥토라이트 점토, 가라마이트 점토, 유기변성된 점토; 사카라이드 및 폴리사카라이드 예컨대 구아 검, 크산탄 검, 전분, 부틸 고무, 아가로스, 펙틴; 셀룰로오스 및 변형된 셀룰로오스 예컨대 하이드록실 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 메틸셀룰로오스, 메톡시 셀룰로오스, 메톡시 메틸셀룰로오스, 메톡시 프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스, 카복시 메틸셀룰로오스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록실 에틸셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에틸 에테르, 및 키토산 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극은 전도성 첨가제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전도성 첨가제는 전도성 탄소 및 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 에너지 저장 디바이스는 일차(primary) 산화은 배터리 및 2차(secondary) 산화은 배터리 중 적어도 하나일 수 있다.
에너지 저장 디바이스를 위한 분리막은 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스를 갖는 멤브레인(membrane), 및 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 디바이스는 산화은 배터리일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다.
일부 실시예들에서, 상기 분리막은 비-프린트된 분리막이다. 일부 실시예들에서, 상기 비-프린트된 분리막은 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 분리막은 프린트된 분리막이다. 일부 실시예들에서, 상기 프린트된 분리막의 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스는 완전히 용해된다. 상기 완전히 용해된 셀룰로오스는 리그닌, 코튼, 레이온, 재생 셀룰로오스, α-셀룰로오스, 우드, 크실란, 리오셀, 및 버개스 중 적어도 하나로부터의 용해된 셀룰로오스를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 완전히 용해된 셀룰로오스는 전처리 프로세스를 받은 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전처리 프로세스는 상기 셀룰로오스의 기계적 밀링, 마이크로파 방사를 상기 셀룰로오스에 인가, 및 초음파 방사를 상기 셀룰로오스에 인가 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 에너지 저장 디바이스는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2)중 적어도 하나를 갖는 캐소드를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 에너지 저장 디바이스는 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 갖는 애노드를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 디바이스의 제조 동안에 에너지 저장 디바이스의 표면을 처리하기 위한 프로세스는 플라즈마 처리 프로세스를 상기 표면에 적용하는 단계, 상기 플라즈마 처리 프로세스는 상기 표면의 습윤성, 접착력, 상기 표면에 걸쳐서 전자 전도도 및 상기 표면에 걸쳐서 이온 전도도 중 적어도 하나를 증가시키도록 구성되고, 및 상기 에너지 저장 디바이스의 후속 층을 상기 처리된 표면 위에 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 후속 층을 도포하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 후속 층을 상기 처리된 표면 위에 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 대기압(atmospheric pressure)하에서 그리고 약 25℃의 온도에서 플라즈마 소스를 상기 에너지 저장 디바이스의 표면에 지향시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 프로세스는 처리되고 있는 상기 표면의 유형 및/또는 수행될 표면 변형의 유형에 기초하여 상기 플라즈마 처리 프로세스의 적어도 하나의 파라미터를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 산소 가스 함유 플라즈마(oxygen gas 함유 plasma)를 상기 에너지 저장 디바이스의 표면에 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 질소 가스, 수소 가스 및 탄소 테트라플루오라이드 가스 중 적어도 하나를 갖는 플라즈마를, 상기 에너지 저장 디바이스의 표면에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 에너지 저장 디바이스는 집전체를 포함할 수 있고, 및 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 집전체의 표면에 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 에너지 저장 디바이스는 전극을 포함할 수 있고, 및 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 전극의 표면에 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 에너지 저장 디바이스는 분리막을 포함할 수 있고, 및 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 분리막의 표면에 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 처리 프로세스는 상기 처리된 표면에 걸쳐서 전자 전도도를 증가시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 처리 프로세스는 상기 처리된 표면에 걸쳐서 이온 전도도를 증가시키도록 구성될 수 있다.
상기 프로세스는 플라즈마 처리 프로세스를 그 위에 상기 에너지 저장 디바이스가 제조되는 기판의 표면에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 에너지 저장 디바이스는 배터리일 수 있다. 상기 배터리는 일차 산화은 배터리 및 제 2 산화은 배터리 중 적어도 하나일 수 있다.
에너지 저장 디바이스를 제조하는 방법은 상기 에너지 저장 디바이스의 전극을 프린팅하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 전극은 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다. 일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 디바이스는 산화은 배터리일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전극은 상기 에너지 저장 디바이스의 캐소드일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전극은 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전극은 상기 에너지 저장 디바이스의 애노드일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전극은 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전극은 폴리머 바인더, 전도성 첨가제, 및 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 분리막을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 분리막을 제공하는 단계는 상기 분리막을 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 분리막을 프린팅하는 단계는 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계는 상기 셀룰로오스 재료를 이온성 액체를 포함하는 소킹 화학물질(soaking chemistry)에 침지시키는 단계(immersing)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 클로라이드, 아세테이트, 메탄설포네이트, 브로마이드, 및 포메이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 기계적인 밀링, 초음파 방사, 및 마이크로파 방사 중 적어도 하나를 상기 셀룰로오스 재료에 적용함으로써 상기 셀룰로오스 재료를 전처리하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 극성 비양자성 유기 용매를 상기 용해된 셀룰로오스 재료에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 극성 비양자성 유기 용매는 트리에탄올아민, 에틸렌다이아민, 펜틸아민, N-메틸모르폴린 N-옥사이드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 및 테트라부틸암모늄 플루오라이드 트리하이드레이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 분리막을 제공하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 전극과 제 2 전극 사이에 상기 분리막을 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 분리막을 삽입하는 단계는 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계는 재생 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계는 상기 셀룰로오스 재료를 이온성 액체를 포함하는 소킹 화학물질에 침지시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 클로라이드, 아세테이트, 메탄설포네이트, 브로마이드, 및 포메이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 전해질을 상기 에너지 저장 디바이스에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전해질은 상기 이온성 액체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전해질은 추가로 전도성 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 전도성 첨가제는 유기 용매 및 염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 집전체를 상기 전극에 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 집전체를 결합시키는 단계는 전도성 포일을 상기 전극에 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 집전체를 결합시키는 단계는 상기 집전체 위에 상기 전극을 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 플라즈마 처리 프로세스를 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 전극, 분리막, 및 집전체 중 적어도 하나의 표면에 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 플라즈마 처리 프로세스를 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 전극, 분리막, 및 집전체의 각각의 표면에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 처리 프로세스는 상기 처리된 표면에 걸쳐 이온 전도도 및 표면에 걸쳐 전자 전도도 및 표면의 습윤성(wettability), 표면의 접착력(adhesion) 중 적어도 하나를 개선시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 산소, 수소, 질소 및 탄소 테트라플루오라이드 가스 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계는 또는 상기 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계는 상기 셀룰로오스 재료를 상기 셀룰로오스 재료를 기초로 한 제 1 이온 전도도(ionic conductivity) 및 제 1 용해 효과(dissolution effect)를 갖는 제 1 이온성 액체, 및 상기 셀룰로오스 재료를 기초로 한 상기 제 1 이온 전도도보다 더 큰 제 2 이온 전도도 및 제 2 용해 효과를 갖는 제 2 이온성 액체를 갖는 혼합물로 하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제 2 용해 효과는 상기 제 1 용해 효과 보다 작다.
일부 실시예들에서, 상기 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계는 또는 상기 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계는 상기 셀룰로오스 재료를 상기 셀룰로오스 재료를 기초로 한 제 1 이온 전도도 및 제 1 용해 효과를 갖는 제 1 이온성 액체, 및 상기 제 1 용해 효과보다 작은 상기 셀룰로오스 재료를 기초로 한 제 2 용해 효과 및 제 2 이온 전도도를 갖는 제 2 이온성 액체를 갖는 혼합물로 하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제 2 이온 전도도는 상기 제 1 이온 전도도보다 더 크다.
에너지 저장 디바이스는 은-함유 캐소드, 애노드, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 분리막, 및 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 은-함유 캐소드는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 애노드는 아연을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전해질은 이온 전도도를 개선하도록 구성된 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 유기 용매를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 유기 용매는 에테르, 에스테르류, 알킬 카보네이트, 및 니트릴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 분리막은 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 상기 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스는 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스를 포함할 수 있다.
에너지 저장 디바이스의 전극을 위한 잉크는 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트, 전극 활성 컴포넌트, 및 용매로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전극 활성 컴포넌트는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 용매는 테트라메틸 우레아, n-메틸피롤리돈, 및 트리에틸 포스페이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
에너지 저장 디바이스를 제조하는 방법은 기판위에 제 1 전극을 프린팅하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제 1 전극은 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 디바이스는 산화은 배터리일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 제 1 전극 위에 제 2 전극을 형성하는 단계; 및 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스를 포함하는 분리막을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 분리막은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 있다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은, 상기 제 1 전극을 프린팅하기에 앞서서, 상기 기판의 표면을 플라즈마 처리하는 단계, 상기 분리막을 형성하기에 앞서서, 상기 제 1 전극의 표면을 플라즈마 처리하는 단계, 및 상기 제 2 전극을 프린팅하기에 앞서서, 상기 분리막의 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 처리하는 단계는 상기 플라즈마 처리된 상기 기판의 표면, 상기 플라즈마 처리된 상기 제 1 전극의 표면, 및 상기 플라즈마 처리된 상기 분리막의 표면의 접착력, 습윤성, 및 이온 전도도 중 적어도 하나를 개선시킨다.
종래 기술에 비하여 성취된 장점들 및 본 발명을 요약하는 목적을 위하여, 임의의 오브젝트들 및 장점들이 본 출원에서 설명된다. 물론, 모든 오브젝트들 또는 장점들이 반드시 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 필요가 없다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, 당해 기술분야의 통상의 기술자들은 본 발명은 다른 오브젝트들 또는 장점들을 반드시 성취하지 않고서 한가지 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 또는 최적화하는 방식으로 구체화되거나 또는 실행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이들 실시예들의 전부가 본 출원에 개시된 본 발명의 범위내에 있는 것으로 의도된다. 이들 및 다른 실시예들은 첨부한 도면들을 참조하는 이하의 상세한 설명으로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자들에게 쉽게 명확해 질 것이며, 본 발명은 임의의 특정 개시된 실시예(들)에 제한되지 않는다.
본 발명의 이들 및 다른 특징부들, 측면들, 및 장점들은 본 발명을 제한하지 않고 임의의 실시예들을 예시하도록 의도된 임의의 실시예들의 도면들을 참고로 하여 설명된다.
도 1 은 예제 에너지 저장 디바이스의 개략적인 단면 측면도 또는 정면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예제 에너지 저장 디바이스에 대한 배터리 전위(battery potential) 대 방전 시간(time of discharge)의 그래프이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 예제 에너지 저장 디바이스에 대한 배터리 전위 대 방전 시간의 그래프이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 예제 에너지 저장 디바이스에 대한 배터리 전위 대 방전 시간의 그래프이다.
도면들 5a 및 5b는 다른 실시예에 따른 예제 에너지 저장 디바이스에 대한 배터리 전위 대 방전 시간의 그래프이다.
비록 임의의 실시예들 및 예들이 이하에서 설명되지만, 관련 기술 분야에 통상의 기술자들은 본 발명은 그것의 구체적으로 개시된 실시예들 및/또는 사용들이외에 및 명백한 수정예들 및 등가물들까지 확장되는 것을 인식할 것이다. 따라서, 본 출원에 개시된 발명의 범위는 이하에서 설명된 임의의 특정 실시예들에 의해 제한되지 않아햐 하는 것으로 의되된다.
은-함유 캐소드 (예를 들어, 산화은 아연 배터리들)를 포함하는 일차 또는 2차 배터리들을 포함하는 통상적으로 이용 가능한 은-함유 배터리들은, 전형적으로 알카라인계(alkaline based) 전해질, 예컨대 알칼리 하이드로사이드 (예를 들어, 소듐 하이드로사이드 (NaOH), 및/또는 포타슘 하이드로사이드 (KOH))를 포함하는 수용액을 사용하고, 약 1.2 Volts (V) (예를 들어, 카드뮴 (Cd) 함유 및/또는 철 (Fe) 함유 애노드를 갖는 은-함유 배터리들), 및 약 1.5 V 내지 약 1.8 V (예를 들어, 아연 (Zn) 함유 애노드를 갖는 은-함유 배터리들)의 동작 전압들을 제공할 수 있다. 수용성 알카라인계의 전해질은 화학적으로 활동적(aggressive)일 수 있고 은-함유 배터리들의 제조에 사용되는 제조 방비를 부식시킬 수 있다. 만약 배터리들이 적절하게 밀봉된 않고 및/또는 수용성 전해질의 기화를 축소 또는 피하기 위해 배터리들의 제조 동안에 적절한 절차들이 수행되지 않으면 은-함유 배터리들내 수용성 알카라인계의 전해질은 기화할 수 있다.
본 출원에서 설명된 에너지 저장 디바이스들은 일차(primary) 또는 2차 은-함유 배터리일 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스는 은-함유 캐소드 (예를 들어, 산화은을 포함하는 캐소드) 및 아연-함유 애노드를 갖는 은-함유 일차 배터리 또는 은-함유 2차 배터리일 수 있다. 통상적으로 이용 가능한 은-함유 배터리들에 반하여, 에너지 저장 디바이스는 하나 이상의 이온성 액체들, 예컨대 희망하는 에너지 저장 디바이스 전기적 및/또는 수명 성능들을 가능하게 하고 및/또는 에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 다른 컴포넌트들과의 희망하는 상호작용을 제공하도록 구성된 이온성 액체들을 포함하는 전해질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 이온성 액체들은 염기성 이온성 액체들일 수 있고, 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 포함할 수 있고, 및/또는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함할 수 있다. 디바이스의 하나 또는 다수의 부분들, 예컨대 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이의 분리막은, 전해질(electrolyte)을 포함할 수 있다. 이온성 액체들은 비-부식성 및/또는 비-휘발성일 수 있어서, 이온성 액체들을 포함하는 전해질의 사용은 에너지 저장 디바이스들의 제조 및/또는 운송을 위한 프로세스들의 단순화를 가능하게 할 수 있다.
상기 에너지 저장 디바이스는 그것의 캐소드와 애노드 사이에 셀룰로오스를 포함하는 분리막을 포함할 수 있다. 분리막은 프린트될 수 있고, 예를 들어 용해된 셀룰로오스를 이용하여 제조된다. 분리막은 대안적으로 비-프린트될 수 있고, 예를 들어 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스를 이용하여 제조된다.
에너지 저장 디바이스를 제조하기 위한 프로세스는 표면 변형 프로세스(surface modification process), 예컨대 플라즈마 처리 프로세스를 포함할 수 있다. 플라즈마 처리 프로세스는 표면상에 에너지 저장 디바이스의 컴포넌트를 위치시키기 전에 적용될 수 있고, 개선된 접착력, 습윤성, 이온 전도도 (예를 들어, 분리막과 전극 사이의 표면에 걸쳐 이온 전도도를 개선시킴), 및/또는 전자 전도도(electron conductivity) (예를 들어, 집전체와 전극사이의 표면에 걸쳐 전자 전도도를 개선시킴)을 갖는 처리된 표면을 제공한다. 예를 들어, 플라즈마 처리 프로세스는 처리된 표면상으로 에너지 저장 디바이스의 후속 컴포넌트를 위치시키기 전에 에너지 저장 디바이스의 각각의 컴포넌트의 표면에 적용될 수 있다. 플라즈마 처리 프로세스는 기판 표면 위에 에너지 저장 디바이스의 컴포넌트들을 조립하기 전에 기판 표면에 적용될 수 있다. 본 출원에서 설명된 에너지 저장 디바이스들은 바람직하게는 비-독성 및/또는 비-활동적인 재료들 및/또는 프로세스들을 이용하여 제조될 수 있어서, 에너지 저장 디바이스들의 제조 및/또는 운송을 가능하게 한다.
도 1 은 예제 에너지 저장 디바이스 (10), 예컨대 은-함유 배터리 (예를 들어, 일차 또는 2차 은-함유 배터리)의 개략적인 단면 측면도 또는 정면도를 도시한다. 에너지 저장 디바이스(10)의 컴포넌트들은 기판 (12)위에 층들로서 조립될 수 있다. 에너지 저장 디바이스 (10)는 기판 (12) 위에 제 1 전극 (16), 제 1 전극 (16) 위에 분리막 (18), 및 분리막 (18) 위에 제 2 전극 (20)을 포함한다. 에너지 저장 디바이스 (10)는 기판 (12) 위에 제 1 집전체 (14)을 선택적으로 포함할 수 있고, 및 제 1 전극 (16)은 제 1 집전체 (12)에 결합되어 제 1 집전체 위에 있을 수 있다. 에너지 저장 디바이스 (10)는 제 2 전극 (20)에 결합되고 그 위에 있는 제 2 집전체 (22)를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스 (10)의 집전체(들), 전극들, 및 분리막의 하나, 일부 또는 전부는 앞에서-제조된 컴포넌트에 인접하거나 또는 바로 위에 있을 수 있는데, 예를 들어 제 1 집전체 (14)는 기판 (12) 에 인접하거나 또는 바로 위에 있고 , 제 1 전극 (16)는 제 1 집전체 (14) 에 인접하거나 또는 바로 위에 있고, 분리막 (18)는 제 1 전극 (16) 에 인접하거나 또는 바로 위에 있고, 제 2 전극 (20)는 분리막 (18)에 인접하거나 또는 바로 위에 있고, 및/또는 제 2 집전체 (22)는 제 2 전극 (20)에 인접하거나 또는 바로 위에 있다. 에너지 저장 디바이스 (10)의 각각의 층의 두께는 디바이스 (10)의 원하는 응용 (예를 들어, 희망하는 에너지 저장 용량 및/또는 저항(resistance))에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스 (10)의 하나 이상의 층들의 두께는 약 0.5 마이크로미터 또는 마이크론들 (μm) 내지 약 1,000 μm일 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판 (12)은 에너지 저장 디바이스 (10)를 위한 집전체로서 역할을 할 수 있다. 도 1에 관련하여, 전기적으로 전도성 기판 (12)은 에너지 저장 디바이스 (10)를 위한 제 1 집전체의 역할을 할 수 있다. 임의의 이런 실시예들에서, 제 1 전극 (16)는 제 1 집전체 (14) 없이 기판 (12) 에 결합되고 그 위에 있을 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극 (16)은 개재하는 제 1 집전체 (14) 없이 기판 (12)에 인접하거나 또는 바로 위에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스 (10)는 기판 (12) 위에 프린트된 하나 이상의 컴포넌트들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 1 집전체 (14), 제 1 전극 (16), 분리막 (18), 제 2 전극 (20), 및 제 2 집전체 (22)의 각각은 프린트될 수 있다. 예를 들어, 제 1 집전체 (14)는 기판 (12) 위에 프린트될 수 있고, 이어서 제 1 집전체 (14) 위에 프린트된 제 1 전극 (16)의 프린팅이 이어질 수 있다. 그런다음 분리막 (18)가 제 1 전극 (16) 위에 프린트될 수 있고, 제 2 전극이 분리막 (18) 위에 프린트될 수 있다. 이어서, 제 2 집전체 (22)는 제 2 전극 (20) 위에 프린트될 수 있다.
일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스 (10)는 부분적으로 프린트될 수 있다. 예를 들어, 제 1 집전체 (14), 분리막 (18), 및 제 2 집전체 (22) 중 하나 이상은 프린트되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제 1 집전체 (14) 및 제 2 집전체 (22)중 하나이상은 프린트되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리막 (18)는 프린트되지 않는다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스 (10)의 적어도 일부는 하나 이상의 상업적으로 이용 가능한 집전체들 (예를 들어, 금속 포일(foil), 예컨대 알루미늄 포일 및/또는 니켈 포일) 및/또는 상업적으로 이용 가능한 분리막들을 이용하여 조립될 수 있다.
기판 (12)은 여러 가지 전도성 및/또는 비-전도성 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 기판 (12)은 흑연 페이퍼, 그래핀 페이퍼, 알루미늄 (Al) 포일, 구리 (Cu) 포일, 스테인리스 스틸 (SS) 포일, 니켈 (Ni), 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다. 비-전도성 기판 (12)은 폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름, 탄소 폼(carbon foam), 폴리카보네이트 필름, 페이퍼, 코팅된 페이퍼 (예를 들어, 플라스틱 코팅된 페이퍼), 파이버 페이퍼, 카드보드, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스를 위한 전해질은 하나 이상의 이온성 액체들 및/또는 하나 이상의 전도성 첨가제들을 포함한다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스, 예컨대 일차 은-함유 배터리 또는 이차 은 함유 배터리는, 에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 다른 컴포넌트들과의 희망하는 상호작용 및/또는 희망하는 전기적 성능들을 가능하게 하기 위해서 선택된 하나 이상의 이온성 액체들을 포함하는 전해질을 이용하여 제조될 수 있다. 전통적인 전해질들, 예를 들어 알칼리 금속 하이드로사이드의 수용액을 포함하는 전해질들 대신에 하나 이상의 이온성 액체들을 포함하는 전해질들의 사용은 하나 이상의많은 장점들을 제공할 수 있다. 이온성 액체들을 포함하는 전해질들은 예를 들어 수용성 알카라인계의 전해질에 비교되어 덜 휘발성이고 및/또는 그것들보다 덜 화학적으로 활동적일 수 있다. 덜 화학적으로 활동적인(aggressive) 전해질들 및/또는 덜 휘발성 전해질들은 에너지 저장 디바이스의 제조, 예를 들어 부식성 및/또는 휘발성 재료들을 취급하기 위한 툴들 및/또는 절차들을 배제하거나 또는 줄이는 것을 가능하게 할 수 있다. 축소된 휘발성은 에너지 저장 디바이스의 제조, 운송, 및/또는 저장 동안에 전해질의 기화를 줄이거나 또는 배제하기 위한 에너지 저장 디바이스의 제조에서의 특정한 밀봉 프로세스를 줄이거나 또는 배제할 수 있다. 덜 부식성인 전해질들은 화학적으로 부식성 재료들을 취급하기 위한 특별한 툴들의 사용을 줄이거나 배제할 수 있다. 덜 화학적으로 활동적인 및/또는 덜 휘발성인 전해질들은 에너지 저장 디바이스의 프린팅을 가능하게 할 수 있고, 예를 들어 에너지 저장 디바이스의 적어도 하나의 층, 일부 층들, 대부분의 층들, 또는 모든 층들은 프린트될 수 있다(예를 들어, 집전체들, 전극들 및 분리막이 프린트된다). 완전히 프린트된 에너지 저장 디바이스는 제조 프로세스의 단순화를 가능하게 하여, 예컨대 롤 투 롤(roll-to-roll) 프로세스로의 각각의 층을 위한 제조 프로세스들의 통합을 단순화시켜, 디바이스 제조의 제조비용을 줄인다.
일부 이온성 액체들은 은-함유 배터리들에 대하여 부적절할 수 있다. 예를 들어, 부적절한 이온성 액체를 이용하여 제조된 은-함유 배터리는 희망하는 전기적 및/또는 수명 성능들을 제공하지 않을 수 있고, 예컨대 희망하는 동작 전압들에서 동작할 수 있는 에너지 저장 디바이스를 제공하는 것에 실패할 수 있다. 이하의 이온성 액체들 중 하나이상을 포함하는 전해질을 이용하여 제조된 은-함유 배터리 (예를 들어, 산화은을 포함하는 캐소드를 갖는 배터리)는 약 1.1 V 보다 작은 동작 전압을 제공할 수 있다: 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플레이트; 1-메틸-3-프로필이미다졸륨 포스페이트; 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로포스페이트; 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드; 디에틸메틸설포늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸설페이트; 1-메틸-1-프로필피페리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드; 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라시아노보레이트; 및 1-에틸-3-메틸피리디늄 퍼플루오로부타네 설포네이트(perfluorobutanesulfonate). 이들 은-함유 배터리들은 본 출원에서 설명된 캐소드 및 애노드를 포함하는 산화은 배터리들일 수 있고, 본 출원에서 설명된 하나 이상의 프로세스들에 따라 그리고 비-프린트된 분리막 (예를 들어, 보로실리케이트 유리 (BSG) 또는 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스, 예컨대 Cellophane®을 포함하는 비-프린트된 분리막)을 이용하여 제조된다.
에너지 저장 디바이스 (예를 들어, 일차 또는 2차 은 함유 배터리를 위한)를 위한 적절한 이온성 액체들은, 예를 들어 희망하는 이온 전도도, 이온 해리 율(rate of ionic dissociation), 에너지 저장 디바이스의 동작 상태들에 걸친 안정성, 및/또는 에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 다른 컴포넌트들과의 화학적 호환성을 포함하는 다양한 희망하는 특성들을 제공하도록 선택될 수 있다. 본 출원에서 보다 상세하게 설명될 것처럼, 전해질의 하나 이상의 이온성 액체들은 에너지 저장 디바이스 분리막의 하나 이상의 컴포넌트들과의 희망하는 상호작용을 가능하게 하기 위해서 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적절한 전해질은 (예를 들어, 실온에서, 예컨대 약 25 ℃의 온도에서) 센티미터 당 약 0.1 밀리-지멘스(milli-Siemens) (mS/cm) 내지 약 200 mS/cm 사이의 이온 전도도를 가질 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스는, 약 1 mS/cm 내지 약 50 mS/cm을 포함하여 약 1 mS/cm 내지 약 100 mS/cm 사이의 이온 전도도를 갖는 전해질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스의 전해질의 컴포넌트들 (예를 들어, 전해질의 하나 이상의 이온성 액체들 및/또는 전도성 첨가제들)은 희망하는 에너지 저장 디바이스 동작 전압, 용량, 저항, 및/또는 수명 성능을 가능하게 하도록 선택된다. 일부 실시예들에서, 전해질은 약 1.1 V보다 더 큰, 예를 들어, 약 1.1 V 내지 약 1.5 V 동작 전압에서 에너지 저장 디바이스의 동작을 가능하게 하도록 선택된다. 예를 들어, 하나 이상의 이온성 액체들의 전해질은 희망하는 전기적 및/또는 수명 성능 (예를 들어, 희망하는 동작 전압에서의 에너지 저장 디바이스의 동작)를 갖는 에너지 저장 디바이스를 제공하는 것을 가능하게 하도록 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적절한 이온성 액체는 염기성 이온성 액체일 수 있다. 일부 실시예들에서, 적절한 이온성 액체는: 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트 에서 선택된 음이온을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 적절한 이온성 액체들은 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및/또는 포스포늄을 포함하는 하나 이상의 양이온들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이온성 액체는: 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 디에틸메틸설포늄, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함하는 양이온을 포함할 수 있다.
이하의 이온성 액체들 중 하나 이상을 이용하여 제조된 은-함유 배터리 (예를 들어, 산화은을 포함하는 캐소드를 갖는 배터리)는 약 1.1 V과 약 1.3 V 사이의 동작 전위를 제공할 수 있다: 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로아세테이트. 이하의 이온성 액체들 중 하나 이상을 이용하여 제조된 은-함유 배터리는 약 1.3 V이상인 동작 전압 값들을 제공할 수 있다: 트리부틸(테트라데실)포스포늄 메탄설포네이트 (예를 들어, 산화은 배터리는 약 1.4 V의 동작 전압을 제공할 수 있다); 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트 (예를 들어, 산화은 배터리는 약 1.5 V의 동작 전압을 제공할 수 있다); 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트 (예를 들어, 산화은 배터리는 약 1.35 V의 동작 전압을 제공할 수 있다); 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트 (예를 들어, 산화은 배터리는 약 1.5 V의 동작 전압을 제공할 수 있다). 이들 은-함유 배터리들은 본 출원에서 설명된 캐소드 및 애노드를 포함하는 산화은 배터리들일 수 있고, 본 출원에서 설명된 하나 이상의 프로세스들에 따라 및 비-프린트된 분리막 (예를 들어, BSG 또는 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스, 예컨대 Cellophane®를 포함하는 비-프린트된 분리막)를 이용하여 제조된다.
임의의 특정 동작 모드 또는 이론에 제한됨이 없이, 상대적으로 짧은 포화된 지방족 탄소 체인을 갖는 양이온은 이온 해리(ionic dissociation)을 가능하게 할 수 있고, 개선된 에너지 저장 디바이스 성능을 가능하게 할 수 있다. 임의의 특정 동작 모드 또는 이론에 제한됨이 없이, 이온성 액체의 탄소 체인의 길이에서의 증가는 이온성 액체를 포함하는 혼합물의 점도에 비례할 수 있고, 이온성 액체를 포함하는 혼합물의 점도는 혼합물의 전도도에 반 비례할 수 있어서 이온성 액체의 탄소 체인의 길이에서의 감소는 이온성 액체를 포함하는 혼합물의 전도도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 양이온은, 적어도 부분적으로, 그것의 상대적으로 짧은 포화된 지방족 탄소 체인 때문에 은-함유 배터리에 적절할 수 있고, 축소된 점도 및 증가된 이온 전도도를 제공한다.
본 출원에서 설명된, 에너지 저장 디바이스는 희망하는 에너지 저장 디바이스 전기적 성능들을 제공하기 위해서 및/또는 에너지 저장 디바이스의 제조를 가능하게 하기 위해서 선택된 이온성 액체들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 메탄설포네이트 음이온을 갖는 이온성 액체는 상대적으로 더 높은 동작 전압들에서 에너지 저장 디바이스의 동작을 가능하게 하고 및/또는 상대적으로 높은 용량 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 메탄설포네이트 음이온 (예를 들어, 예컨대 약 25 ℃에서 미터 당 약 0.26 지멘스(Siemens) (S/m)의 이온 전도도를 갖는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트)를 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질을 갖는 산화은 아연 배터리 는 약 1.35 V의 동작 전압을 가질 수 있다. 아세테이트 음이온을 갖는 이온성 액체는 에너지 저장 디바이스를 위한 분리막의 제조 (예를 들어, 본 출원에 더 상세하게 설명될 셀룰로오스-함유 분리막 멤브레인을 제조하기 위한 셀룰로오스의 용해)를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 (예를 들어, 실온에서, 예컨대 약 25 ℃에서 약 0.25 S/m의 이온 전도도를 갖는)는 효율적인 셀룰로오스의 용해를 가능하게 할 수 있지만, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트를 포함하는 전해질을 이용하는 산화은 아연 배터리는 약 1.2 V 의 상대적으로 더 낮은 동작 전압 및/또는 상대적으로 더 낮은 용량 성능을 제공할 수 있다 (예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트를 포함하는 전해질을 갖는 산화은 아연 배터리에 비교되었을 때). 메틸설페이트 음이온 (예를 들어, 실온에서, 예컨대 약 25 ℃에서 약 0.6 S/m 의 이온 전도도를 갖는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트)을 포함하는 이온성 액체는 상대적으로 더 높은 동작 전압들 에서 에너지 저장 디바이스의 동작을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스는 예를 들어 임의 에너지 저장 디바이스 전기적 성능들을 제공하기 위해서 및/또는 에너지 저장 디바이스의 제조를 가능하게 하기 위해서 선택된 메탄설포네이트, 아세테이트, 및 메틸설페이트 음이온들 중 두개 이상을 포함하는 이온성 액체들의 혼합물을 이용하여 제조될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전해질은 전해질 이온 전도도를 증가시킬 수 있는 하나 이상의 유기 용매들 및/또는 하나 이상의 염들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온성 액체에 하나 이상의 유기 용매들 및/또는 하나 이상의 염들의 첨가는 약 10 배 내지 약 50배까지 전해질의 이온 전도도의 증가를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전해질은 2원(binary) 또는 3원(ternary)의 혼합물이다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스, 예컨대 일차 또는 2차 은-함유 배터리는, 전해질 하나 이상의 이온성 액체들, 하나 이상의 유기 용매들, 및/또는 하나 이상의 염들 의 혼합물을 포함하는 전해질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전해질은 하나 초과의 이온성 액체를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전해질은 하나 초과의 유기 용매 및/또는 하나 초과의 염을 포함한다. 일부 실시예들에서, 전해질은 하나 이상의 유기 용매들의 약 0.1 중량 % 내지 약 10 중량 %를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전해질은 하나 이상의 염들의 약 0.1 중량 % 내지 약 5 중량 %를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전해질들을 위한 적절한 유기 용매들은 에너지 저장 디바이스의 동작 상태들하에서 원하는 안정성을 가질 수 있다 (예를 들어, 에너지 저장 디바이스의 동작 전압들하에서의 희망하는 열적, 화학적, 및/또는 전기화학적 안정성). 적절한 유기 용매들은 전해질의 하나 이상의 이온성 액체들의 증가된 이온 해리를 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전해질들을 위한 유기 용매들은 에너지 저장 디바이스의 제조동안에 희망하지 않는 기화를 줄이기 위해 희망하는 기화 온도를 가질 수 있다.
전해질을 위한 적절한 유기 용매 첨가제들의 예들은: 에테르 (예를 들어, 디에틸 에테르, 테트라하이드로푸란, 2-메틸테트라하이드로푸란, 디에톡시에탄, 1,3-다이옥솔레인); 에스테르류 (예를 들어, 메틸 포메이트, 감마-부티로락톤, 메틸 아세테이트); 알킬 카보네이트 (예를 들어, 디메틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트); 니트릴 (예를 들어, 아디포니트릴, 아세토니트릴, 글루타르니트릴); 그것의 조합들; 및/또는유사한 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전해질을 위한 적절한 염 첨가제들의 예들은 리튬, 아연, 카드뮴, 니켈, 알루미늄, 은, 코발트, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함하는 양이온을 갖는 유기 또는 무기 염들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 염 첨가제는 전해질의 이온성 액체의 음이온과 동일한 음이온을 포함할 수 있다. 전해질의 적절한 염 첨가제들을 위한 음이온들의 예들은 트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로포스페이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 헥사플루오로포스페이트, 테트라플루오로보레이트, 에틸 설페이트, 디메틸 포스페이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 메탄설포네이트, 트리플레이트, 트리시아노메타나이드, 디부틸포스페이트, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 비스-2,4,4-(트리메틸펜틸) 포스피네이트, 아이오다이드, 클로라이드, 브로마이드, 나이트레이트, 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 플루오로아세테이트, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것 을 포함할 수 있다.
적절한 집전체들 (예를 들어, 도 1에 에너지 저장 디바이스 (10)의 제 1 집전체 (14) 및/또는 제 2 집전체 (22))은 하나 이상의 전기적으로 전도성 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 집전체는 비-프린트된다. 예를 들어, 비-프린트된 집전체는 알루미늄 (Al) 포일, 니켈 (Ni) 포일, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함하는 금속 포일을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 집전체는 프린트된다. 일부 실시예들에서, 프린트된 집전체는 니켈을 포함할 수 있다. 니켈-함유 프린트된 집전체들의 예들은 2013년 12 월 27일에 출원된 PCT 특허 출원 번호. PCT/US2013/078059에 제공되고, 이는 그 전체가 참조로서 본 출원에 통합된다. 일부 실시예들에서, 프린트된 집전체는 복수개의 규조각(diatom frustules) (예를 들어, 전도성 코팅들 및/또는 특징부들을 포함하는)을 포함한다. 규조각을 포함하는 프린트된 집전체들의 예들은 2014년 1월 22일에 출원된 U.S. 특허 출원 번호. 14/161,658에 제공되고, 이는 그 전체가 참조로서 본 출원에 통합된다.
일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 전극들은 프린트된다 (예를 들어, 도 1에 에너지 저장 디바이스 (10)의 제 1 전극 (16) 및/또는 제 2 전극 (20)). 도 1을 다시 참조하여, 일부 실시예들에서, 제 1 전극 (16) 및 제 2 전극 (20) 둘 모두가 프린트된다. 제 1 전극 (16) 및 제 2 전극 (20) 중 하나는 에너지 저장 디바이스 캐소드(cathode)를 포함할 수 있고, 제 1 전극 (16) 및 제 2 전극 (20) 중 다른 것은 에너지 저장 디바이스 애노드(anode)를 포함할 수 있다. 캐소드 및 애노드 중 하나 또는 둘모두는 전극 활성 컴포넌트, 전해질, 전도성 첨가제, 및/또는 폴리머 바인더를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극 활성 컴포넌트 및/또는 전도성 첨가제는 전극내로의 통합을 가능하게 하도록 구성된 입자 사이즈들을 가질 수 있어서 전극은 프린트될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전도성 첨가제 및/또는 전극 활성 컴포넌트의 입자들은 약 30 μm 이하의 직경 및/또는 최장의 크기(dimension)를 가질 수 있다.
에너지 저장 디바이스의 캐소드는 에너지 저장 디바이스 캐소드를 위한 전극 활성 컴포넌트, 예컨대 은-함유 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐소드는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 은(I) 옥사이드 (Ag2O) 및 망간(IV) 옥사이드 (MnO2)을 포함하는 혼합물(mixture), 은(I) 옥사이드 (Ag2O) 및 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH)을 포함하는 혼합물, 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2), 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다. 애노드는 에너지 저장 디바이스 애노드를 위한 전극 활성 컴포넌트, 예컨대 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 수소, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 애노드는 아연 파우더(zinc powder)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 전극들은 전극의 전기 전도도를 증가시키도록 구성된 전도성 첨가제를 포함할 수 있다. 전도성 첨가제는 전도성 탄소, 예컨대 흑연, 그래핀, 탄소 나노튜브들 (예를 들어, 단일 벽(single-walled) 및/또는 다중 벽(multi-walled) 탄소 나노튜브들), 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전도성 첨가제는 금속 파우더를 포함한다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스의 캐소드를 위한 전도성 첨가제는 은, 주석 (Sn), 리튬 (Li), 코발트 (Co), 니켈 (Ni), 티타늄 (Ti), 크롬 (Cr), 철 (Fe), 망간 (Mn), 루테늄 (Ru), 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함하는 파우더 (예를 들어, 플레이크(flake)들, 입자들, 튜브들, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함하는)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 전극들은 폴리머 바인더를 포함할 수 있다. 바인더를 적절한 폴리머는 하나 이상의 희망하는 특성들, 예컨대 에너지 저장 디바이스의 동작 상태들 (예를 들어, 에너지 저장 디바이스의 동작 전압) 하에서의 보여지는 화학적, 열적, 및/또는 전기화학적 안정성에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적절한 폴리머 바인더들은 하나 이상의 플루오르화된 폴리머(fluorinated polymer)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플루오르화된 폴리머는 에너지 저장 디바이스의 동작 전압 하에서의 희망하는 화학적, 열적, 및/또는 전기화학적 안정성을 보여줄 수 있다.
폴리머 바인더 및/또는 폴리머 바인더(polymer binder)를 위한 전구체(precursor)는 : 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐 클로라이드; 폴리이미드 폴리머 및 공중합체들 (지방족, 방향족 및 세미-방향족 폴리이미드를 포함하는), 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 폴리머 및 공중합체들 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 알릴메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리클로로프렌, 폴리에테르설폰, 나일론, 스티렌-아크릴로니트릴 수지; 폴리에틸렌 글리콜, 점토 예컨대 헥토라이트 점토, 가라마이트 점토, 유기변성된 점토; 사카라이드 및 폴리사카라이드 예컨대 구아 검, 크산탄 검, 전분, 부틸 고무, 아가로스, 펙틴; 셀룰로오스 및 변형된 셀룰로오스 예컨대 하이드록실 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 메틸셀룰로오스, 메톡시 셀룰로오스, 메톡시 메틸셀룰로오스, 메톡시 프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스, 카복시 메틸셀룰로오스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록실 에틸셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에틸 에테르, 키토산, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다.
본 출원에서 설명된, 에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 전극들은 프린트될 수 있다. 하나 이상의 전극들을 프린트하기 위해 사용된 잉크내 용매의 함유물은 하나 이상의 전극들의 프린팅을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적절한 용매들은 예를 들어 용매를 사용하여 제형된 잉크들의 축소된 기화율을 가능하게 하기 위해서 상대적으로 높은 비등점(boiling point)들을 가질 수 있다. 잉크들의 축소된 기화율은 잉크 제조, 잉크 프린팅 동안에 및/또는 잉크 혼합물들의 저장동안에 용매 손실을 줄일 수 있다. 일부 실시예들에서, 프린트된 잉크에 남아있는 용매는 잉크 프린팅에 이어지는 건조 프로세스 (예를 들어, 경화 프로세스)동안에 기화될 수 있다. 예를 들어, 전극 프린팅을 위해 사용된 잉크내 모든 용매 또는 실질적으로 모든 용매는 전극 제조 프로세스에서 기화될 수 있어서 마감된 프린트된 전극 층에는 용매는 없거나 또는 무시가능한 양이 남아 있는다.
에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 전극들을 위한 용매는: 물, 알코올들 예컨대 메탄올, 에탄올, N-프로판올 (1-프로판올, 2-프로판올 (이소프로판올 또는 IPA), 1-메톡시-2-프로판올을 포함하는), 부탄올 ( 1-부탄올, 2-부탄올 (이소부탄올)을 포함하는), 펜타놀 (1-펜타놀, 2-펜타놀, 3-펜타놀을 포함하는), 헥사놀 (1-헥사놀, 2-헥사놀, 3-헥사놀을 포함하는), 옥타놀, N-옥타놀 (1-옥타놀, 2-옥타놀, 3-옥타놀을 포함하는), 테트라하이드로푸르푸릴 알코올 (THFA), 사이클로헥사놀, 사이클로펜타놀, 테르피네올; 락톤 예컨대 부틸 락톤; 에테르 예컨대 메틸 에틸 에테르, 디에틸 에테르, 에틸 프로필 에테르, 및 폴리에테르; 디케톤들 및 고리형 케톤들을 포함하는 케톤들, 예컨대 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 사이클로헵타논, 사이클로옥타논, 아세톤, 벤조페논, 아세틸아세톤, 아세토페논, 사이클로프로파논, 이소포론, 메틸 에틸 케톤; 에스테르류 예컨대 에틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 디메틸 아디페이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디메틸 글루타레이트, 디메틸 석시네이트, 글리세린 아세테이트, 카복실레이트; 카보네이트 예컨대 프로필렌 카보네이트; 폴리올 (또는 액체 폴리올), 글리세롤 및 다른 중합체 폴리올 또는 글리콜 예컨대 글리세린, 디올, 트리올, 테트라올, 펜타올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리콜 에테르, 글리콜 에테르 아세테이트 1,4-부탄디올, 1,2-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,2-펜탄디올, 에토헥사디올, p-멘탄-3,8-디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올; 테트라메틸 우레아, n-메틸피롤리돈, 아세토니트릴, 테트라하이드로푸란 (THF), 디메틸 포름아미드 (DMF), N-메틸 포름아미드 (NMF), 디메틸 설폭사이드 (DMSO); 티오닐 클로라이드; 술푸릴 클로라이드; 사이클로헥사논, 디메틸 아세트아미드, 디메틸 설폭사이드, 트리에틸 포스페이트, 이소포론, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다.
에너지 저장 디바이스의 전극들 프린팅을 위한 잉크들의 중량 %에 의한 조성물들의 예들이 이하에 열거된다.
은-함유 캐소드를 프린팅하는데 사용되는 잉크들을 위한 조성물들의 예들:
은 (I) 옥사이드 (Ag2O) - 약 30 wt% 내지 약 80 wt%
흑연 - 약 0.5 wt% 내지 약 10 wt%
폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF, 예를 들어, Kynar® HSV 900 등급 PVDF) - 약 0.2 wt% 내지 약 5 wt%
용매 (예를 들어, 테트라메틸 우레아, n-메틸피롤리돈 및/또는 트리에틸포스페이트) - 약 30 wt% 내지 약 70 wt%
아연-함유 애노드를 프린팅하는데 사용되는 잉크들을 위한 조성물들의 예들:
아연 (예를 들어, 아연 더스트(dust)) - 약 55 wt% 내지 약 85 wt %
전해질 (예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트, 및/또는 하나 이상의 다른 이온성 액체들) - 약 0.1 wt% 내지 약 10 wt%
폴리비닐 알코올 (PVA, 예를 들어, 약 6000 Daltons (Da) 및/또는 약 13000 Da의 분자량을 갖는 PVA ) 및/또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF, 예를 들어, Kynar® HSV 900 등급 PVDF) - 약 2 wt% 내지 약 5 wt%
용매 (예를 들어, n-메틸피롤리돈) - 약 10 wt% 내지 약 40 wt%
상기에서 열거된 잉크 조성물들을 이용하여 프린트된 전극들의, 중량%로, 조성물들의 예들이 이하에 열거된다.
프린트된 은 함유 캐소드를 위한 조성물들의 예들:
은 (I) 옥사이드 (Ag2O) - 약 60 wt% 내지 약 95 wt%
흑연 - 약 3 wt% 내지 약 20 wt%
폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF, 예를 들어, Kynar® HSV 900 등급 PVDF) - 약 0.3 wt% 내지 약 6 wt%
프린트된 아연 함유 애노드를 위한 조성물들의 예들:
아연 (예를 들어, 아연 더스트(dust)) - 약 75 wt% 내지 약 98 wt%
전해질 (예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트, 및/또는 하나 이상의 다른 이온성 액체들) - 약 0.15 wt% 내지 약 7 wt%
폴리비닐 알코올 (PVA, 예를 들어, 약 6000 Daltons (Da) 및/또는 약 13000 Da의 분자량을 갖는 PVA) 및/또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF, 예를 들어, Kynar® HSV 900 등급 PVDF) - 약 2 wt% 내지 약 6 wt%
에너지 저장 디바이스의 적절한 분리막은 에너지 저장 디바이스의 전극들 사이에 이온 전송을 허용하여 전해질 이온들의 투과가능하게 할 수 있고, 동시에 예를 들어 에너지 저장 디바이스의 전극들 사이에 물리적 분리를 제공함으로써 전극들 사이의 전기적 절연을 가능하게할 수 있다. 분리막은 에너지 저장 디바이스 전해질과 화학적으로 호환 가능하고 이온들이 거기를 통과하여 지나가는 것을 허용하고 동시에 전극 활성 입자들이 한 전극에서 다른 전극으로 이동하는 것을 방지하도록 구성된 다공성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리막은 예를 들어, 에너지 저장 디바이스의 전극들 사이에 희망하는 이온 전송을 가능하게 하는 충분한 전해질이 있는 충분한 양의 전해질을 흡수하는 것이 가능하도록 구성된 재료로 만들어 질 수 있다.
일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스의 분리막은 에너지 저장 디바이스의 하나의 전극에서의 활성-입자 함유 성장들이 에너지 저장 디바이스를 전기적으로 쇼트시키는 것을 금지 또는 방지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 아연-함유 덴드라이트는 에너지 저장 디바이스의 동작 동안에, 예컨대 에너지 저장 디바이스의 충전 프로세스 동안에 에너지 저장 디바이스의 아연-함유 애노드를 형성할 수 있다. 분리막은 에너지 저장 디바이스의 전기적 쇼트를 금지 또는 방지하도록 하기 위해서 아연 덴드라이트가 에너지 저장 디바이스의 캐소드를 물리적으로 컨택하는 것을 금지 또는 방지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 분리막은 하나의 전극으로부터 다른 전극으로의 활성 전극 이온들 및/또는 나노입자들 (예를 들어, 약 10 나노미터들 (nm) 내지 약 50 nm 사이의 직경 및/또는 최장의 크기를 갖는 나노입자들)의 이동, 예컨대 은-함유 캐소드로부터 에너지 저장 디바이스의 애노드 (예를 들어, 에너지 저장 디바이스의 아연-함유 애노드)로 은 이온들 및/또는 나노입자들의 이동을 금지 또는 방지하도록 구성될 수 있다.
에너지 저장 디바이스는 프린트된 또는 비-프린트된 분리막을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비-프린트된 분리막은 하나 이상의 인조 폴리머 멤브레인들로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 비-프린트된 분리막은 셀룰로오스 (예를 들어, 적어도 부분적으로 용해된 Cellophane®), 폴리아미드 (예를 들어, 나일론), 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌, 방사-그라프된(radiation-grafted) 폴리에틸렌), 섬유 소시지 케이싱, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비-프린트된 분리막은 하나 이상의 무기 멤브레인들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 비-프린트된 분리막은 보로실리케이트 유리, 석면, 포타슘 티타네이트 파이버들, 지르코늄 옥사이드, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다.
상업적으로 이용 가능한 분리막 멤브레인들은 은 함유 배터리를 포함하는 에너지 저장 디바이스에 적절하지 않을 수 있다. 이하의 상업적으로 이용 가능한 분리막 멤브레인들은 연장된 시간 기간 동안에 전기적 절연을 제공할 수 없다는 것이 알려져 있다: Celgard® 폴리프로필렌 멤브레인 3401, Celgard® 폴리프로필렌 멤브레인 3501, Celgard® 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 2340 멤브레인, Celgard® 폴리프로필렌 멤브레인 5550 멤브레인, 나일론 멤브레인 (예를 들어, 약 0.1 μm의 사이즈를 갖는 기공들을 포함하고, 및 약 30 μm의 두께를 갖는 나일론 멤브레인), 폴리에테르설폰 멤브레인, 및 메틸셀룰로오스 멤브레인 (예를 들어, 약 0.1 μm의 사이즈를 갖는 기공들을 포함하는 메틸셀룰로오스 멤브레인). 예를 들어, 은 함유 배터리들의 캐소드로부터 블랙 채색된 산화은의 시각적 사인(sign)들은 배터리들의 충전 및 방전 기간 후에 아연 전극의 표면상에서 관측된다 (예를 들어, 배터리들의 방전 전에 및/또는 방전동안에 전해질의 수단에 의한 배터리들의 분리막들을 통과하는 콜로이드성 은 전송 때문에).
일부 실시예들에서, 적절한 비-프린트된 분리막은 보로실리케이트 유리(borosilicate glass)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 보로실리케이트 유리로 만들어진 분리막은 은 함유 배터리의 은 함유 캐소드로부터 은 함유 배터리의 애노드로의 은 이온들의 이동, 및/또는 은 함유 배터리의 전극들 사이에 전극 활성 입자들의 이동을 방지하기에 충분한 두께를 가질 수 있다.
도 2는 에너지 저장 디바이스의 전위 성능 (V로) 대 시간(hours로)을 도시하는 에너지 저장 디바이스 전위 대 방전 커브 (210)의 시간의 그래프(200)이며, 에너지 저장 디바이스는 일정한 전류 커브 (220)에 의해 도시된 바와 같이 일정한 또는 실질적으로 일정한 전류로 방전된다. 도 2의 그래프에 해당하는 에너지 저장 디바이스는 약 0.5 in 에 0.5 in 크기에 변들을 갖는 정사각형 형상에 부분적으로 프린트된 산화은 배터리이다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스는 프린트된 제 1 집전체, 프린트된 제 2 집전체, 프린트된 캐소드, 프린트된 애노드, 및 프린트된 캐소드와 프린트된 애노드 사이에 보로실리케이트 유리를 포함하는 비-프린트된 분리막을 갖는다. 산화은 배터리의 캐소드는 약 0.033 g의 산화은의 질량이 포함하고, 및 에너지 저장은 은(silver)에 비해 화학양론에서의 초과의 아연의 양을 갖는 아연-함유 애노드를 포함한다. 에너지 저장 디바이스는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트를 포함하는 전해질을 포함한다. 분리막은 산화은을 포함하는 캐소드로부터 아연을 포함하는 애노드로의 은 이온들의 이동 및 전극들 사이에 나노입자들의 이동을 금지 또는 방지하기에 충분한 두께를 갖는 보로실리케이트 유리 층을 포함한다.비록 다른 두께들 (예를 들어, 약 1 mm 보다 더 크거나 같은) 이 또한 가능하지만, 도 2의 테스트를 의해 사용된 산화은 배터리의 보로실리케이트 유리 분리막은 약 1 mm의 두께를 갖는다.
도 2에 관련하여, 보로실리케이트 유리-함유 분리막을 포함하는 에너지 저장 디바이스는 약 1.348 V의 최초 전압을 갖는다. 에너지 저장 디바이스는 일정한 전류 커브 (220)에 의해 도시된 바와 같이 약 -100 마이크로암페어 (μA)의 일정한 전류에서 방전된다. 에너지 저장 디바이스는 약 0.9 V의 평균 동작 전압, 및 약 2.149 mAh의 용량(capacity)을 보여준다. 배터리는 약 2.8 kΩ의 평균 저항 값을 보여준다. 테스팅이 중단된 23 시간 후에 에너지 저장 디바이스의 전압은 약 0.76 V이다.
보로실리케이트 유리 분리막 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 양이온 및 메틸설페이트, 아세테이트, 또는 플루오로아세테이트를 포함하는 음이온을 포함하는 전해질을 이용하는 산화은 배터리들이 또한 실행 가능할 수 있다. 예를 들어, 보로실리케이트 유리 분리막을 이용하고 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트를 포함하는 전해질을 갖는 부분적으로 프린트된 산화은 배터리는 약 1.45 V의 최초 전위(potential)를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 분리막은 셀룰로오스를 포함한다. 에너지 저장 디바이스에서 셀룰로오스 분리막의 사용은 셀룰로오스의 생분해성 및/또는 비독성 때문에 에너지 저장 디바이스의 처분(disposal)을 가능하게 할 수 있다. 적절한 셀룰로오스계 분리막은 프린트되거나 또는 비-프린트될 수 있다.
일부 실시예들에서, 비-프린트된 분리막은 적어도 하나 이상의 이온성 액체들에 흠뻑 젖은(soaked) 및/또는 잠입된 부분적으로 용해된 셀룰로오스를 포함할 수 있다(예를 들어, 분리막은 하나 이상의 이온성 액체들을 포함할 수 있고 그리고 부분적으로 용해한 재생 셀룰로오스, 예컨대 하나 이상의 이온성 액체들을 이용한 Cellophane®로 만들어질 수 있다). 예를 들어, 비-프린트된 분리막은 재생 셀룰로오스를 기초로 희망하는 용해 효과를 제공하도록 선택된 하나 이상의 이온성 액체들에 흠뻑 젖은 및/또는 잠입된 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스를 포함하는 겔형 구조를 가질 수 있다. 처리되지 않은 재생 셀룰로오스 (예를 들어, Cellophane®)가 상업적으로 이용 가능할 수 있고 (예를 들어, 예를 들어 Innovia Films Inc., of Atlanta, Georgia, USA로부터의 약 25 μm의 두께를 갖는 Cellophane® 필름) 그리고 여러 가지 적절한 두께들을 가질 수 있다 (예를 들어, 약 1 μm 내지 약 1 mm의 두께). 이어서, 재생 셀룰로오스는 하나 이상의 이온성 액체들을 포함하는 화학물질에 흠뻑 적셔질 수 있어서 재생 셀룰로오스는 팽창될 수 있고 적어도 부분적으로 용해될 수 있고, 예를 들어, 겔형 구조(gel-like structure)의 형성을 가능하게 할 수 있다. 부분적으로-용해된 셀룰로오스는 바람직하게는 전해질의 이온들의 전도일 수 있고, 동시에 하나의 전극으로부터 다른 전극으로 전극 활성 나노입자들의 이동을 금지 또는 방지할 수 있다. 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스 재료는 에너지 저장 디바이스의 은-함유 캐소드로부터 에너지 저장 디바이스의 애노드로의 은 이온들의 이동을 금지 또는 방지하기 위해서 은 이온들과 화학적으로 반응할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스는 에너지 저장 디바이스의 아연-함유 애노드에서 아연 덴드라이트의 성장을 금지 또는 방지할 수 있다. 예를 들어, 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스는 이차 은-아연 배터리에서 아연 덴드라이트의 성장을 감속시킬 수 있다.
셀룰로오스는 물에서 및/또는 많은 유기 용매들에서 불용성일 수 있고 용해되기 어려울 수 있다. 임의의 특정 동작 모드 또는 이론에 제한됨이 없이, 셀룰로오스 용해에서의 어려움은 적어도 부분적으로, 그것의 수소 본드(bond)들 및/또는 부분적으로 결정질 구조에 특징될 수 있다고 믿어진다. 일부 실시예들에 따른, 셀룰로오스를 흠뻑 젖게 하는데 사용된 화학물질은 수소 본드들의 약화 또는 파손, 및/또는 부분적으로 결정질 구조의 약화 또는 파손을 가능하게 하기 위해서 선택된 하나 이상의 이온성 액체들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 소킹 화학물질(soaking chemistry)은 에너지 저장 디바이스 전해질 화학물질과, 및/또는 에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 호환 가능하다. 일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스 전해질은 소킹 화학물질의 하나 이상의 컴포넌트들을 포함한다. 예를 들어, 소킹 화학물질의 컴포넌트들 또한 에너지 저장 디바이스의 전해질의 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비-프린트된 분리막은 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스 및 에너지 저장 디바이스 전해질을 포함하는 겔형 구조를 가질 수 있고, 전해질은 하나 이상의 소킹 화학물질의 컴포넌트들을 포함하는 조성물을 가질 수 있다 (예를 들어, 전해질은 소킹 화학물질과 동일한 조성물을 가질 수 있다).
본 출원에서 설명된, 적절한 화학물질은 셀룰로오스를 적어도 부분적으로 용해시키는 것이 가능한 하나 이상의 이온성 액체들을 포함할 수 있다. 많은 이온성 액체들은 셀룰로오스를 용해시키는데 만족스럽지 않은 능력을 보여할 수 있다. 적절한 이온성 액체는 셀룰로오스의 수소 본드들의 약화 또는 파손, 및/또는 부분적으로 결정질 구조의 약화 또는 파손에 도움이 되는 하나 이상의 음이온들을 포함할 수 있다. 클로라이드 음이온 및/또는 아세테이트 음이온을 갖는 이온성 액체들은 셀룰로오스를 용해시키는 원하는 성능을 보여할 수 있다. 일부 실시예들에서, 셀룰로오스를 흠뻑 젖게 하는 적절한 화학물질은 메탄설포네이트 음이온, 브로마이드 음이온, 및/또는 포메이트 음이온을 포함하는 하나 이상의 이온성 액체들을 포함할 수 있다.
재생 셀룰로오스를 흠뻑 젖게 하는 프로세스의 파라미터들은 셀룰로오스가 충분하게 용해될 수 있고 동시에 계속 희망하는 구조상의 및/또는 화학적 무결성을 유지하도록 선택될 수 있다. 불충분하게 용해된 재생 셀룰로오스는 희망하는 이온 전도도를 제공하지 않을 수 있고, 반면 과도하게 용해된 재생 셀룰로오스는 에너지 저장 디바이스의 동작 동안에 구조상으로 및/또는 화학적으로 불안정할 수 있다. 예를 들어, 재생 셀룰로오스를 흠뻑 젖게 하기 위한 프로세스의 온도, 압력, 및/또는 지속기간(duration)은 셀룰로오스의 용해의 희망하는 정도를 가능하게 하기 위해 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 재생 셀룰로오스는 약 90 ℃내지 약 110 ℃의 온도에서, 약 5 min 내지 약 30 min의 지속기간 동안, 및 대기압에서 (예를 들어, 약 1 atm의 압력하에서) 하나 이상의 이온성 액체들을 포함하는 소킹 화학물질에서 흠뻑 젖을 수 있다. 예를 들어, 재생 셀룰로오스는 약 10 min 의 지속기간 동안 및 약 100 ℃의 온도로, 대기압하에서 (예를 들어, 약 1 atm의 압력하에서) 하나 이상의 이온성 액체들을 포함하는 소킹 화학물질에서 흠뻑 젖을 수 있어서, 셀룰로오스는 충분하게 용해되고 동시에 계속 에너지 저장 디바이스에 전기적 절연을 제공하고 및 전극들과 에너지 저장 디바이스의 분리막 사이의 희망하는 이온 전도도를 제공하기 위한 분리막 층으로서 충분하게 안정되도록 하기 위해 희망하는 물리적 및/또는 화학적 무결성을 유지한다.
도 3은 에너지 저장 디바이스의 전위 성능(V로) 대 시간(hours로)을 도시하는 에너지 저장 디바이스 전위 대 방전 커브 (310)의 시간의 그래프(300)이며, 에너지 저장 디바이스는 일정한 전류 커브 (320)에 의해 도시된 바와 같이 일정한 또는 실질적으로 일정한 전류로 방전된다. 도 3에 해당하는 에너지 저장 디바이스는 약 0.21 g의 산화은의 질량을 포함하는 캐소드, 및 화학량론에서의 초과의 아연 양을 갖는 아연-함유 애노드를 포함하는 부분적으로 프린트된 산화은 배터리이다. 에너지 저장 디바이스는 정사각형 또는 실질적으로 정사각형 형상을 갖고, 정사각형의 변들은 약 0.5 in 에 약 0.5 in이다. 에너지 저장 디바이스는 프린트된 제 1 집전체, 프린트된 제 2 집전체, 프린트된 캐소드, 프린트된 애노드, 및 비-프린트된 분리막(separator)을 포함한다. 분리막은 Cellophane® 형태에 재생 셀룰로오스를 사용하여 만들어진다. 약 25 μm의 두께를 갖는 재생 셀룰로오스 필름은 약 10 min의 지속기간 동안, 약 100 ℃의 온도에서 및 약 대기압에서 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트를 포함하는 소킹 화학물질에서 흠뻑 젖는다.
에너지 저장 디바이스는 일정한 전류 커브 (320)에 의해 도시된 바와 같이 약 -100 μA의 일정한 또는 실질적으로 일정한 전류로 방전된다. 에너지 저장 디바이스는 약 1.34 V의 최초 전압, 및 약 2.447 mAh의 용량(capacity)을 보여준다. 산화은 배터리는 약 3 kΩ의 평균 저항 값 및 약 1 V의 평균 동작 전압을 보여준다. 도 3의 산화은 배터리는 약 0.7 V의 차단 전압(cut-off voltage)을 가지며, 이는 약 25 hours 후에 도달된다. 도 3에 해당하는 산화은 배터리는 도 2에 해당하는 산화은 배터리 (2.149 mAh)보다 14% 더 높은 용량 (2.447 mAh) 값을 보여준다.
본 출원에서 설명된, 에너지 저장 디바이스를 위한 소킹 화학물질은 효율적인 셀룰로오스의 용해을 가능하게 하여 셀룰로오스를 기초로 희망하는 용해 효과를 제공하도록 선택된 하나 이상의 이온성 액체들 (예를 들어, 아세테이트 음이온, 예컨대 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트을 포함하는 하나 이상의 이온성 액체들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트를 포함하는 소킹 화학물질은 약 5 분의 지속기간 후에 약 80 ℃의 온도에서 및 대기압하에서 (예를 들어, 약 1 atm의 압력하에서) 예컨대 재생 셀룰로오스의 충분한 용해를 제공하여 재생 셀룰로오스의 효율적인 용해를 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스의 개선된 전기적 성능 및/또는 셀룰로오스의 용해의 개선된 제어를 가능하게 하기 위해서 하나 이상의 다른 컴포넌트들이 소킹 화학물질에 포함될 수 있다(예를 들어, 셀룰로오스, 예컨대 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트의 용해를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 이온성 액체들을 포함하는 소킹 화학물질에 첨가하여). 예를 들어, 더 약한 셀룰로오스 용해 효과를 제공하는 하나 이상의 추가의 이온성 액체들 (예를 들어, 희망하는 셀룰로오스 용해 효과를 제공하기 위해 선택된 하나 이상의 이온성 액체들, 예컨대 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트를 포함하는 아세테이트 음이온을 포함하는 이온성 액체보다)이 셀룰로오스의 용해 (예를 들어, 율, 정도(extent))에서의 제어를 가능하게 하기 위해서 포함될 수 있다. 희망하는 셀룰로오스 용해 효과를 제공하기 위해 선택된 하나 이상의 이온성 액체들 및 더 약한 셀룰로오스 용해 효과를 갖는 하나 이상의 추가의 이온성 액체들을 포함하는 혼합물은 셀룰로오스를 더 제어 가능하게 및/또는 예측 가능하게 용해시킬 수 있다.
셀룰로오스에 기초한 양호한 용해 효과를 가질 수 있는 이온성 액체들은 원하는 이온 전도도가 부족할 수 있다. 일부 실시예들에서, 소킹 화학물질은 희망하는 이온 전도도를 가능하게 하기 위한 하나 이상의 추가의 이온성 액체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스의 전해질을 위해 적절한 이온성 액체들이 소킹 화학물질에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 소킹 화학물질은 증가된 에너지 저장 디바이스 전압 성능, 증가된 에너지 저장 디바이스 용량, 및/또는 축소된 에너지 저장 디바이스 저항 성능을 가능하게 하기 위해서 하나 이상의 추가의 이온성 액체들 및/또는 하나 이상의 전도성 첨가제들을 포함할 수 있다 (예를 들어, 에너지 저장 디바이스의 전극들 사이에 희망하는 이온 전도도를 가능하게 하기에 적절한 하나 이상의 전도성 첨가제들, 및/또는 하나 이상의 이온성 액체들). 에너지 저장 디바이스의 전기적 성능을 개선시키도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트들 (예를 들어, 하나 이상의 추가의 이온성 액체들 및/또는 전도성 첨가제들)은 재생 셀룰로오스에 대해 효율적인 용매가 아닐 수 있는데, 예를 들어 재생 셀룰로오스의 효율적인 용해를 제공하지 않은 것이다.
일부 실시예들에서, 소킹 화학물질에 포함된 복수개의 이온성 액체들은 셀룰로오스 용해에서의 개선된 제어 (예를 들어, 대 임의의 단일 이온성 액체 화학물질) 및 증가된 이온 전도도 (예를 들어, 대 임의 단일 이온성 액체 화학물질)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 소킹 화학물질은, 양호한 셀룰로오스의 용해를 제공할 수 있는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 에 추가하여, 메틸설페이트 음이온: 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트를 포함하는 하나 이상의 이온성 액체들을 포함할 수 있고, 이는 셀룰로오스로 형성된 분리막을 포함하는 에너지 저장 디바이스에서의 양호한 전기적 성능, 예컨대 증가된 이온 전도도, 증가된 전압 성능 (예를 들어, 증가된 최초 전압 및/또는 동작 전압), 및/또는 축소된 디바이스 저항을 제공할 수 있고, 및/또는 셀룰로오스의 용해에서의 개선된 제어를 가능하게 할 수 있다.
도 4는 에너지 저장 디바이스의 전위 성능(V로) 대 시간(hours로)을 도시하는 에너지 저장 디바이스 전위 대 방전 커브 (410)의 시간의 그래프(400)이며, 에너지 저장 디바이스는 일정한 전류 커브 (420)에 의해 도시된 바와 같이 일정한 또는 실질적으로 일정한 전류로 방전된다. 도 4에 해당하는 에너지 저장 디바이스는 부분적으로 산화은 배터리이고, 프린트된 제 1 집전체, 프린트된 제 2 집전체를 포함하고, 약 0.046g의 산화은의 질량을 포함하는 프린트된 캐소드, 및 화학량론에서의 초과의 아연 양을 갖는 프린트된 아연- 함유 애노드, 및 비-프린트된 분리막을 포함한다. 비-프린트된 분리막은 Cellophane® 형태에 재생 셀룰로오스를 사용하여 만들어진다. 재생 셀룰로오스, 약 25 μm 의 두께를 갖는 Cellophane® 필름,은 또한 에너지 저장 디바이스 전해질에 적절한 혼합물을 이용하여 흠뻑 적셔지고, 소킹 혼합물은 효율적인 셀룰로오스의 용해를 가능하도록 구성된 이온성 액체, 및 희망하는 전기적 성능을 에너지 저장 디바이스에 제공하는 것을 가능하도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트들을 포함한다. 재생 셀룰로오스은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트 및 아연 아세테이트를 포함하는 화학물질에 흠뻑 젖는다. 소킹 화학물질은 약 50 중량 % 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트 및 약 50 중량 % 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트 이온성 액체들, 및 약 0.1 moles/L (M)의 아연 아세테이트를 포함한다. 본 출원에서 설명된, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트는 재생 셀룰로오스의 효율적인 용해를 용이하게 할 수 있고, 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸설페이트 및/또는 아연 아세테이트는 혼합물의 증가된 이온 전도도(예를 들어, 증가된 동작 전위에서 에너지 저장 디바이스의 동작을 가능하게 하는 것), 및/또는 재생 셀룰로오스의 용해에서의 개선된 제어를 가능하게 할 수 있다.
도 4에 해당하는 에너지 저장 디바이스는 약 0.5 in 에 약 0.5 in의 변들을 갖는 정사각형 또는 실질적으로 정사각형 형상을 갖는다. 에너지 저장 디바이스는 약 -100 μA의 일정한 또는 실질적으로 일정한 전류로 방전되고 그리고 약 0.7V의 차단 전압(cut-off voltage)을 가지며 이는 약 16.2 시간후에 도달된다. 에너지 저장 디바이스는 약 1.50 V의 최초 전압, 약 1.2 V의 평균 동작 전압, 및 약 0.7 kΩ의 평균 저항 성능을 보여준다. 에너지 저장 디바이스의 용량은 약 1.537 mAh이다. 도 4의 산화은 배터리는 증가된 평균 동작 전압 및 축소된 평균 저항을 보여준다 (예를 들어, 도면들 2 및 3의 산화은 배터리들에 비교하여). 도면들 2 - 4에 도시된 바와 같이, 전해질의 조성물은 에너지 저장 디바이스들에 희망하는 전기적 성능들을 제공하는 것을 가능하게 하도록 조절될 수 있다.
일부 실시예들에서, 에너지 저장 디바이스의 분리막은 프린트될 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스 제 1 집전체, 제 2 집전체, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 분리막, 전부 프린트될 수 있다. 제 1 집전체, 제 2 집전체, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 분리막 전부의 프린팅은 에너지 저장 디바이스 제조의 제조 비용을 줄일 수 있고, 다른 에너지 저장 디바이스의 컴포넌트들을 위한 제조 프로세스에 분리막 제조 프로세스의 통합을 단순화시킬 수 있다. 예를 들어, 분리막 프린팅 프로세스를 에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 다른 컴포넌트들을 위한 롤 투 롤 프린팅 프로세스(roll-to-roll printing process)로 통합시키는 것은 비-프린트된 분리막를 에너지 저장 디바이스에 통합시키는 것보다 더 적은 프로세스들을 수반할 수 있다. 각각의 제 1 집전체, 제 2 집전체, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 분리막을 프린팅하는 것은 프린트된 에너지 저장 디바이스들에 의해 전력공급되는 전자 디바이스들의 제조에 증가된 가요성을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 프린트된 에너지 저장 디바이스는 프린트된 에너지 저장 디바이스에 의해 전력공급되는 하나 이상의 전자 디바이스들 (예를 들어, 발광 다이오드들 (LEDs), 사운드 디바이스들, 메모리 디바이스들, 등.)과 공통된 기판상에 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 공통 기판은 전기적으로 전도성일 수 있고, 전기적 통신을 프린트된 에너지 저장 디바이스과 프린트된 에너지 저장 디바이스에 의해 전력공급되는 전자 디바이스(들) 사이에 제공한다. 일부 실시예들에서, 공통 기판은 전기적으로 절연일 수있고, 및 하나 이상의 전기적 통신 와이어들이 프린트된 에너지 저장 디바이스를 프린트된 에너지 저장 디바이스에 의해 전력공급되는 전자 디바이스(들)에 결합하기 위해 전기적으로 절연 기판상에 프린트될 수 있다. 프린트된 분리막들은 바람직하게는 하나 이상의 인접한 에너지 저장 디바이스 컴포넌트들 (예를 들어, 인접한 전극 층들)로의 분리막의 개선된 접착력을 보여줄 수 있다. 일부 실시예들에서, 프린트된 분리막들은 에너지 저장 디바이스에 대해 개선된 전기적 성능을 가능하게 할 수 있고, 예컨대 축소된 저항 값들, 증가된 커패시터 성능, 및/또는 증가된 전압 값들을 가능하게 할 수 있다. 임의의 특정 동작 모드 또는 이론에 제한됨이 없이, 하나 이상의 인접한 컴포넌트들로의 분리막의 개선된 접착력은 에너지 저장 디바이스의 개선된 전기적 성능, 예컨대 축소된 저항 값, 증가된 전압 값, 및/또는 증가된 용량 값을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프린트된 분리막은 용해된 셀룰로오스를 포함한다. 이하의 것 중 하나 이상의 셀룰로오스 파우더가 프린트된 분리막의 제조를 위해 용해될 수 있는데, 예컨대 리그닌, 코튼, 레이온, 재생 셀룰로오스, α-셀룰로오스, 우드, 크실란, 리오셀, 버개스, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것으로부터의 셀룰로오스 파우더이다. 셀룰로오스 파우더는 하나 이상의 이온성 액체들를 포함하는 화학물질에 용해될 수 있다. 셀룰로오스 파우더의 용해는 재생 셀룰로오스의 용해에 대해 본 출원에서 설명된 하나 이상의 프로세스들에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 재생 셀룰로오스의 부분적 용해를 위해 본 출원에서 설명된 하나 이상의 프로세스들은 완전히 용해된 셀룰로오스 파우더를 제공하기 위해서 더 긴 지속기간동안 및/또는 더 높은 온도에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 셀룰로오스 파우더는 셀룰로오스 파우더의 용해를 가능하게 하기 위해서 셀룰로오스 파우더를 용해 화학물질에 종속(subject)시키기 전에 전처리될 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 파우더는 셀룰로오스 파우더 입자들의 쪼개기, 및/또는 셀룰로오스 파우더의 폴리머 체인들의 클리빙(cleaving)을 가능하게 하기 위해서 하나 이상의 전처리 프로세스들을 거칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 전처리는 셀룰로오스 파우더의 기계적인 밀링, 마이크로파 방사를 셀룰로오스 파우더에 인가하기, 초음파 방사를 셀룰로오스 파우더에 인가하기, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함한다.
일부 실시예들에서, 용해된 셀룰로오스 파우더는 용해된 셀룰로오스 파우더를 이용하여 프린트 가능한 잉크 용액의 제형을 가능하게 하기 위해서 유기 용매와 결합될 수 있다. 증가된 온도에서 (예를 들어, 실온, 예컨대 약 25 ℃보다 더 높은 온도에서)용해된 셀룰로오스는 예컨대 실온으로 냉각될 때 침전 및/또는 재결정화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실온에서 프린트 가능한 잉크 용액들 을 제공하기 위해서 실온에서 용해된 셀룰로오스를 제공하는 것을 가능하게 하기 위해서 하나 이상의 유기 용매들이 첨가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실온에서 프린트 가능한 잉크 용액의 제형을 가능하게 할 수 있는 적절한 유기 용매들은 극성 비양자성 유기 용매(polar aprotic organic solvent)들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적절한 유기 용매들은 트리에탄올아민, 에틸렌다이아민, 펜틸아민, N-메틸모르폴린 N-옥사이드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 테트라부틸암모늄 플루오라이드 트리하이드레이트, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다.
유기 용매는 잉크 용액의 프린팅이후에 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 셀룰로오스를 포함하는 프린트된 분리막은 본 출원에서 설명된 하나 이상의 프로세스들에 따라 준비된 셀룰로오스를 포함하는 비-프린트된 분리막의 구조와 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스를 포함하는 프린트된 분리막은 겔형 구조를 가질 수 있고, 용해된 셀룰로오스 및 에너지 저장 디바이스 전해질을 을 포함할 수 있고, 전해질은 셀룰로오스를 용해시키는데 사용되는 화학물질의 하나 이상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다 (예를 들어, 셀룰로오스를 용해시키는데 사용되는 하나 이상의 이온성 액체들).
일부 실시예들에서, 프린트된 분리막은 분리막을 위한 구조상의 지지를 제공하도록 구성된 복수개의 입자들을 포함할 수 있다. 프린트된 분리막는 분리막을 위한 구조상의 지지를 제공하도록 구성된 솔리드(solid) 및/또는 중공 입자들을 포함할 수 있다. 솔리드 또는 중공 입자들은 구형 또는 실질적으로 구형 형상을 가질 수 있다. 복수개의 입자들은 비-전도성 재료들, 예컨대 유리, 알루미나, 실리카, 폴리스티렌, 멜라민, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것으로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수개의 입자들은 입자들, 예를 들어 약 0.1 μm 내지 약 50 μm의 직경 또는 최장의 크기를 갖는 입자들을 통합한 잉크의 프린팅을 가능하게 하기 위한 사이즈를 가질 수 있다. 프린트된 분리막들의 예들은 2012년 8월 9일에 출원된 U.S. 특허 출원 번호. 13/571,308에 제공되고, 이는 그 전체가 본 출원에 통합된다.
프린트된 분리막을 위한 잉크 조성물들의 예들이, 중량 %로, 이하에 제공된다.
전해질 (예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트 및/또는 다른 이온성 액체들) - 약 10 wt% 내지 약 40 wt%
폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF, 예를 들어, Kynar Flex® 2801 등급 PVDF, 및/또는 Kynar® ADX PVDF) - 약 5 wt% 내지 약 30 wt%
용매 (예를 들어, 테트라메틸 우레아, n-메틸피롤리돈 및/또는 트리에틸포스페이트) - 약 30 wt% 내지 약 85 wt%
구조상 지지를 위한 입자들 - 약 45 wt %까지
상기에서 열거된 조성물들을 이용하여 프린트된 분리막들을 위한 조성물들의 예들이, 중량 %로, 이하에 제공된다.
전해질 (예를 들어, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트 및/또는 다른 이온성 액체들) - 약 30 wt% 내지 약 70 wt% 전해질;
폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF, 예를 들어, Kynar Flex® 2801 등급 PVDF, 및/또는 Kynar® ADX PVDF) - 약 30 wt% 내지 약 70 wt%
구조상 지지를 위한 입자들 - 약 60 wt %까지
도면들 5a 및 5b에 관련하여, 일정한 또는 실질적으로 일정한 전류에서 (일정한 전류 커브들 520A, 520B에 의해 도시된 바와 같이) 방전되는 산화은 배터리의 성능 전위 (V로) 대 시간(hours로) 를 보여주는 부분적으로 프린트된 산화은 배터리에 대한 전위 대 방전 시간 커브들 (510A 및 510B)의 그래프들 500A 및 500B이 도시된다. 산화은 배터리는 약 0.5 in 에 약 0.5 in의 변들을 갖는 정사각형 또는 실질적으로 정사각형 형상을 갖는다. 산화은 배터리는 각각의 그것의 두개의 집전체들을 위한 약 50 μm 의 두께를 갖는 알루미늄 포일을 포함하고 프린트된 은 함유 캐소드, 프린트된 아연 함유 애노드, 및 프린트된 분리막을 포함한다. 캐소드, 애노드, 및 분리막을 프린팅 하기 위한 잉크들의 조성물이, 중량%로, 이하에 제공된다.
은 함유 캐소드: 약 46.9 wt% Ag2O; 약 2.5 wt% 흑연; 약 0.3 wt% 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF, 예컨대 Kynar® HSV 등급 PVDF); 약 50.3 wt% 테트라메틸 우레아.
아연 함유 애노드: 약 82.4 wt% Zn 더스트(dust); 약 0.3 wt% 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트; 약 2.7 wt% 폴리비닐 알코올 (PVA, 예컨대 약 6000 Daltons (Da)의 분자량 (MW)을 갖는 PVA); 약 15.0 wt% n-메틸피롤리돈.
분리막: 약 14 wt% 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메탄설포네이트; 약 14 wt% 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF, 예컨대 Kynar® 2801 등급 PVDF); 약 72 wt% 트리에틸 포스페이트.
잉크들은 사이즈 110 메시를 이용하여 스크린 프린팅 프로세스들에 의해 프린트되고, 및 각각의 프린트된 잉크 층들은 약 120 ℃의 온도에서 약 7 분동안 건조되었다 (예를 들어, 잉크들이 프린트된 후에 잉크들로부터 하나 이상의 용매들의 기화를 가능하게 하기 위해서). 각각의 프린트된 층들은 약 15 μm의 두께를 가진다.
도면들 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 산화은 배터리는 예를 들어 일정한 전류 커브들 520A 및 520B에 의해 도시된 약 -95 μA의 일정한 또는 실질적으로 일정한 전류로 방전된다. 산화은 배터리의 방전은 두개의 단계들, 먼저 약 24 hours의 지속기간 동안 (도 5a) 및 이어서 산화은 배터리가 0.8 V의 차단 전압에 도달할 때 까지 (도 5b)에서 수행된다. 제 1 단계에서, 차단 전압은 0.8 V로 설정되었지만, 그러나 해당 전압은 24 hours에 측정 장비 타임 아웃(time out)되기전에 도달되지 않았다. 측정 장비는 0.8 V의 동일한 차단 전압을 꾸준히 재설정되었고, 제 2 단계에서 약 8 hours후에 도달되었다. 제 1 단계와 제 2 단계사이에서, 전류가 배터리로부터 추출되지 않았을 때, 전압은 약 0.95 V로부터 약 1.2 V로 증가되었다. 산화은 배터리는 약 1.33 V의 최초 전압, 약 0.9 V의 평균 동작 전압, 및 약 4 kΩ의 평균 저항 성능을 보여준다. 총 측정 용량은 약 3 mAh (2.270 mAh 더하기 0.7268 mAh)이었다. 도면들 5a 및 5b에 해당하는 산화은 배터리는 도 3에 해당하는 산화은 배터리 (2.447 mAh)보다 23% 더 높은 용량 (3 mAh) 값 및 도 2에 해당하는 산화은 배터리 (2.149 mAh)보다 40% 더 높은 용량 (3 mAh) 값을 보여준다.
하나 이상의 에너지 저장 디바이스의 컴포넌트들의 프린팅은 다양한 기술들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프린팅은 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 전기-광학 프린팅, 일렉트로잉크 프린팅, 포토레지스트 및 다른 레지스트 프린팅, 열 프린팅, 레이저 제트 프린팅, 자기 프린팅, 패드 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅, 하이브리드 오프셋 리소그래피, 그라비어 및 다른 인탈리오 프린팅, 다이 슬롯 증착, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프린팅은 코팅, 롤링(rolling), 스프레잉(spraying), 레이어링(layering), 스핀 코팅, 라미네이션, 부착 프로세스(affixing process)들, 그것의 조합들, 및/또는 유사한 것을 위한 하나 이상의 기술들을 포함할 수 있다.
에너지 저장 디바이스의 하나 이상의 컴포넌트들의 프린팅은 본 출원에서 설명된 하나 이상의 프로세스들을 이용하여, 예를 들어 기판 또는 다른 프린트된 층 위로 잉크를 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 프린트된 잉크는 이어서 높아진 온도 (예를 들어, 실온, 예컨대 약 25 ℃보다 더 높은 온도)에서 건조될 수 있다(예를 들어, 경화되는). 예를 들어, 프린트된 잉크는 약 40 ℃내지 약 200 ℃, 약 40 ℃내지 약 150 ℃를 포함하는 약 40 ℃로부터 약 300 ℃까지의 하나이상의 온도에서 건조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프린트된 잉크를 건조하기 위한 프로세스는 프린트된 잉크의 하나 이상의 용매들의 기화, 프린트된 잉크의 스무딩(smoothing), 잉크가 프린트된 표면 위에 프린트된 잉크의 증가된 접착력을 가능하게 할 수 있고, 및/또는 하나 이상의 희망하는 화학적 반응들을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 표면 처리 프로세스, 예컨대 플라즈마 처리 프로세스가 프린트된 층에 적용될 수 있다. 플라즈마 처리 프로세스는 처리된 표면의 하나 이상의 특성들을 개조할 수 있다 (예를 들어, 접착력, 습윤성, 및/또는 이온 전도도를 증가). 예를 들어, 플라즈마 처리 프로세스는 프린트된 잉크를 건조시키기 위한 프로세스를 수행한 다음에 프린트된 잉크 층에 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 처리는 에너지 저장 디바이스의 층들이 프린트되는 기판의 표면위에 적용될 수있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 처리 프로세스는 에너지 저장 디바이스를 위한 잉크가 프린트되는 예를 들어 기판의 표면 및 후속 층이 프린트되는 각각의 프린트된 층의 표면을 포함하여 각각의 표면에 적용될 수 있다.
에너지 저장 디바이스의 제조 프로세스에 하나 이상의 표면들을 처리하기 위한 플라즈마 처리 프로세스들은 예를 들어 오염 물질들이 거의 없거나 또는 없게 하는 (예를 들어, 전극 및/또는 샘플 스퍼터링이 없는) 세정될 수 있다. 플라즈마 처리 프로세스들은 높은 스루풋 에너지 저장 디바이스 제조 프로세스를 가능하게 하면서, 동시에 축소된 표면 손상을 갖는 표면 처리의 프로세스를 제공하여 효율적일 수 있다. 플라즈마 처리 프로세스들은 프린트된 에너지 저장 디바이스를 제조하기 위한 프로세스로 통합, 예컨대 롤 투 롤 프로세스와 용이하게 통합될 수 있다.
플라즈마 처리 프로세스들은 바람직하게는 기판 표면의 세정을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리 프로세스들은 에너지 저장 디바이스가 프린트되는 기판의 표면으로부터 기판 (예를 들어, 기계 윤활 오일), 및/또는 하나 이상의 고유의 옥사이드 필름들 및/또는 다른 희망하지 않는 표면 층들 (예를 들어, 하나 이상의 오염 물질 층들)을 제조하기 위한 하나 이상의 프로세스들에 사용되는 하나 이상의 오염 물질들을 제거할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 플라즈마 처리 프로세스들은 알루미늄 포일 기판의 표면으로부터 알루미늄 포일의 제조에 사용되는 제조 툴 윤활 오일 제거 및/또는 알루미늄 포일 기판의 표면으로부터의 고유의 옥사이드 층 제거를 가능하게 할 수 있다. 세정된 기판 표면은 기판 표면으로 프린트된 뒤에 잉크 층에 의한 기판 표면 습윤성, 및/또는 기판 표면에 이어서 프린트된 잉크 층의 접착력을 개선시킬 수 있다. 본 출원에서 설명된, 일부 실시예들에서 에너지 저장 층이 프린트되는 기판 표면은 폴리머를 포함할 수 있다(예를 들어, 중합체 기판의 표면). 임의의 특정 동작 모드 또는 이론에 제한됨이 없이, 플라즈마 처리 프로세스들은 폴리머 분자들에 화학적 본드를 생성, 중합체 표면들 위에 화학적으로 반응성 분자들을 생성할 수 있고, 인접한 층의 인터페이스에서의 분자들 사이의 화학적 본딩 형성을 통하여 인접한 층에 접착을 가능하게 할 수 있다.
본 출원에서 설명된, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 플라즈마 처리 프로세스들이 에너지 저장 디바이스의 각각의 층에 적용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 플라즈마 프로세스들이 에너지 저장 디바이스의 각각의 프린트된 잉크 층에 적용될 수 있다. 프린트된 잉크 층을 플라즈마 처리로 처리하는 것을 처리된 층 위에 놓여진 다른 층의 습윤성을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 폴리머를 포함하는 에너지 저장 디바이스 층의 표면은 낮은 표면 에너지를 가질 수 있고 플라즈마 처리 프로세스에 의해 처리될 수 있다 (예를 들어, 분리막, 및/또는 전극의 표면, 그 위에 에너지 저장 디바이스의 후속 층이 프린트될 수 있다). 일부 실시예들에서, 표면에 적용된 플라즈마 처리 프로세스는 표면 에너지에서의 효율적 및/또는 효율적인 증가를 가능하게 할 수 있고, 예를 들어, 다음 프린팅 잉크에 의한 처리된 층의 개선된 습윤성을 가능하게 할 수 있다. 프린트된 에너지 저장 디바이스 층들의 개선된 접착력 및/또는 습윤성은 에너지 저장 디바이스의 개선된 전기적 및/또는 증가된 수명 성능들을 가능하게 할 수 있다. 다음 층을 프린팅하기 전에 매 결과 층의 플라즈마 처리는 폴리머 분자들의 화학적 본딩을 열고 가장 외부의 분자들 화학적 반응성을 제공하여 에너지 저장 디바이스들내 강한 접착을 촉진시키고, 이는 에너지 저장 디바이스들의 성능 및 수명을 개선할 수 있다. 플라즈마 처리는 또한 또는 대안적으로 다기능 가스 화학물질(versatile gas chemistry)을 이용함으로써 표면을 변경할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 플라즈마 처리 프로세스들은 처리된 표면에 걸쳐 개선된 이온 전도도 및/또는 전자 전도도를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 디바이스의 전극 및/또는 분리막을 위해 프린트된 층의 표면에 적용된 하나 이상의 플라즈마 처리 프로세스들은 표면에 걸친 개선된 이온 전송을 가능하게 할 수 있고, 표면의 이온 전도도를 증가시킬 수 있다 (예를 들어, 디바이스의 인접한 층들간에 이온 전송을 가능하게 하여). 에너지 저장 디바이스의 집전체 및/또는 전극을 위해 프린트된 층의 표면에 적용된 하나 이상의 플라즈마 처리 프로세스들은 집전체와 전극사이의 표면에 걸쳐 개선된 전자 전도도를 가능하게 할 수 있다 (예를 들어, 집전체에 의한 증가된 전류 수집을 가능하게 하여). 전극 및/또는 분리막의 표면 걸쳐서의 개선된 이온 전도도 및/또는 전자 전도도는 축소된 에너지 저장 디바이스 저항, 증가된 에너지 저장 디바이스 동작 전압, 및/또는 증가된 에너지 저장 디바이스 용량을 가능하게 할 수 있다.
본 출원에서 설명된 하나 이상의 플라즈마 처리 프로세스들의 적용을 위한 툴들은 상업적으로 이용 가능할 수 있다 (예를 들어, Surfx® Technologies LLC, of Redondo Beach, California, USA로부터 상업적으로 이용 가능한). 예를 들어, Surfx® AtomfloTM 플라즈마 시스템은 2-inch 폭의 선형 빔 플라즈마 소스가 구비될 수 있고, 대기압 및 실온 (예를 들어, 약 25 ℃의 온도에서)하에서 동작할 수 있다. 실온에서의 플라즈마 처리 프로세스들의 적용은 낮은 용융 온도 (예를 들어, 약 30 ℃보다 더 큰 용융 온도)를 갖는 재료들 (예를 들어, 고체 및/또는 반고체 재료들의 표면들)을 포함하는 표면들의 처리를 가능하게 할 수 있다. Surfx® AtomfloTM 플라즈마 시스템을 위한 적절한 동작 상태들의 일 예는 5 mm 소스 대 기판 거리, 및 초당 10 밀리미터 (mm/s) 스캔 속도로 200 Watts (W)의 라디오 주파수 파워, 30 liters/min (L/min)의 산업용 등급 헬륨(He) 및 0.9 L/min 초 고 순도 산소를 이용하는 동작을 포함할 수 있다. 플라즈마 화학물질은 반응성 가스 공급 (예를 들어, 산소 - 활성화, 세정, 살균; 질소 - 활성화, 세정; 수소 - 옥사이드 제거, 활성화; 및/또는탄소 테트라플루오라이드 - 유리 및 금속 에칭)에 의한 원하는 응용을 위해 가공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 산소 가스계 플라즈마 처리는 효율적인 표면 변형을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다.
플라즈마 처리 프로세스의 하나 이상의 파라미터들은 희망하는 표면 변형 (예를 들어, 프로세스 가스, 처리 프로세스의 지속기간, 및/또는 플라즈마 소스로부터의 거리의 선택)을 가능하게 하기 위해서 조절될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리 프로세스의 하나 이상의 파라미터들은 각각의 프린트된 잉크 층 및/또는 기판의 표면 변형을 위해 선택될 수 있다. 플라즈마 처리 프로세스 파라미터들은 층간 접착력 및/또는 표면 습윤성을 최적화하기 위해 선택될 수 있다.
대표적 실시예들
비록 특징들의 조합들의 다른 치환들이 또한 가능하지만 이하의 대표적 실시예들은 본 출원에 개시된 특징들의 조합들의 일부 가능한 치환들을 확인할 수 있다,.
1. 에너지 저장 디바이스는:
은-함유 캐소드; 및
메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질를 포함한다.
2. 실시예 1의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 은-함유 캐소드는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함한다.
3. 실시예 1 또는 2의 에너지 저장 디바이스는, 애노드를 더 포함한다.
4. 실시예 3의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 애노드는 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함한다.
5. 실시예 3 또는 4의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 캐소드 및 상기 애노드 중 적어도 하나는 프린트된다.
6. 실시예들 3 내지 5 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 애노드 및 상기 캐소드 중 적어도 하나는 전도성 첨가제를 포함한다.
7. 실시예 6의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 전도성 첨가제는 전도성 탄소 및 금속 중 적어도 하나를 포함한다.
8. 실시예 7의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 전도성 탄소는 흑연, 그래핀, 및 탄소 나노튜브들 중 적어도 하나를 포함한다.
9. 실시예들 3 내지 8 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 캐소드 및 애노드 중 적어도 하나는 폴리머 바인더를 포함한다.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 폴리머 바인더는 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐 클로라이드; 폴리이미드 폴리머 및 공중합체들 (지방족, 방향족 및 세미-방향족 폴리이미드를 포함하는), 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 폴리머 및 공중합체들 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 알릴메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리클로로프렌, 폴리에테르설폰, 나일론, 스티렌-아크릴로니트릴 수지; 폴리에틸렌 글리콜, 점토 예컨대 헥토라이트 점토, 가라마이트 점토, 유기변성된 점토; 사카라이드 및 폴리사카라이드 예컨대 구아 검, 크산탄 검, 전분, 부틸 고무, 아가로스, 펙틴; 셀룰로오스 및 변형된 셀룰로오스 예컨대 하이드록실 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 메틸셀룰로오스, 메톡시 셀룰로오스, 메톡시 메틸셀룰로오스, 메톡시 프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스, 카복시 메틸셀룰로오스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록실 에틸셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에틸 에테르, 및 키토산 중 적어도 하나를 포함한다.
11. 실시예들 3 내지 10 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스는, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 분리막을 더 포함한다.
12. 실시예 11 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 분리막은 상기 전해질을 포함한다.
13. 실시예 11 또는 12 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 분리막은 프린트된다.
14. 실시예 13 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 프린트된 분리막은 용해된 셀룰로오스를 포함한다.
15. 실시예 14 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 용해된 셀룰로오스는 리그닌, 코튼, 레이온, 재생 셀룰로오스, α-셀룰로오스, 우드, 크실란, 리오셀, 및 버개스 중 적어도 하나로부터 용해된 셀룰로오스를 포함한다.
16. 실시예 11 또는 12 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 분리막은 비-프린트된다.
17. 실시예 16 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 비-프린트된 분리막은 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스를 포함한다.
18. 실시예 16 또는 17 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 비-프린트된 분리막은 보로실리케이트 유리, 석면, 포타슘 티타네이트 파이버들, 및 지르코늄 옥사이드 중 적어도 하나를 포함한다.
19. 실시예들 16 내지 18 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 비-프린트된 분리막은 폴리아미드, 폴리올레핀, 및 섬유 소시지 케이싱 중 적어도 하나를 포함한다.
20. 실시예들 3 내지 19 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스는, 적어도 하나의 집전체를 더 포함한다.
21. 실시예 20 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 적어도 하나의 집전체는 상기 캐소드 또는 상기 애노드와 접촉하거나 또는 바로 인접한다.
22. 실시예 20 또는 21 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 적어도 하나의 집전체는 금속 포일을 포함한다.
23. 실시예들 20 내지 22 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 그 위에 상기 에너지 저장 디바이스가 제조되는 기판은 상기 적어도 하나의 집전체를 포함한다.
24. 실시예 20 또는 21 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 적어도 하나의 집전체는 프린트된 집전체이다.
25. 실시예들 20 내지 24 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 캐소드, 애노드, 적어도 하나의 집전체, 및 분리막중 적어도 하나는 표면 변형 프로세스에 의해 처리된 표면을 포함한다.
26. 실시예들 20 내지 24 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 캐소드, 애노드, 적어도 하나의 집전체, 및 분리막 각각은 표면 변형 프로세스에 의해 처리된 표면을 포함한다.
27. 실시예 25 또는 26 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 표면 변형 프로세스에 의해 처리된 표면을 포함하는 기판을 더 포함한다.
28. 실시예들 25 내지 27 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 표면 변형 프로세스는 플라즈마 처리 프로세스를 포함한다.
29. 실시예들 1 내지 28 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다.
30. 실시예들 1 내지 29 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함한다.
31. 실시예 30 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함한다.
32. 실시예들 1 내지 31 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 전해질은 이온 전도도를 개선하도록 구성된 첨가제를 더 포함한다.
33. 실시예 32 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 첨가제는 유기 용매를 포함한다.
34. 실시예 33 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 유기 용매는 에테르, 에스테르류, 알킬 카보네이트, 및 니트릴 중 적어도 하나를 포함한다.
35. 실시예들 32 내지 34 중 어느 하나의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 첨가제는 염(salt)을 포함한다.
36. 실시예 35 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 염은 리튬, 아연, 카드뮴, 니켈, 알루미늄, 은, 코발트에서 선택된 양이온을 포함한다.
37. 실시예 35 또는 36 의 에너지 저장 디바이스에 있어서, 상기 염은: 트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로포스페이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 헥사플루오로포스페이트, 테트라플루오로보레이트, 에틸 설페이트, 디메틸 포스페이트, 트리플루오로메탄설포네이트, 메탄설포네이트, 트리플레이트, 트리시아노메타나이드, 디부틸포스페이트, 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 비스-2,4,4-(트리메틸펜틸) 포스피네이트, 아이오다이드, 클로라이드, 브로마이드, 나이트레이트, 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트 에서 선택된 음이온을 포함한다.
38. 에너지 저장 디바이스의 전극을 위한 잉크로서, 상기 잉크는:
메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 포함하는 이온성 액체;
전극 활성 컴포넌트(active component); 및
용매를 포함한다.
39. 실시예 38 의 잉크에 있어서, 상기 전극 활성 컴포넌트는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함한다.
40. 실시예 38 의 잉크에 있어서, 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함한다.
41. 실시예 38 의 잉크에 있어서, 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연을 포함한다.
42. 실시예들 38 내지 41 중 어느 하나의 잉크에 있어서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다.
43. 실시예들 38 내지 42 중 어느 하나의 잉크에 있어서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함한다.
44. 실시예 43 의 잉크에 있어서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함한다.
45. 실시예들 38 내지 44 중 어느 하나의 잉크에 있어서, 상기 용매는 물, 알코올들 예컨대 메탄올, 에탄올, N-프로판올 (1-프로판올, 2-프로판올 (이소프로판올 또는 IPA), 1-메톡시-2-프로판올을 포함하는), 부탄올 (1-부탄올, 2-부탄올 (이소부탄올) 을 포함하는), 펜타놀 (1-펜타놀, 2-펜타놀, 3-펜타놀을 포함하는), 헥사놀 (1-헥사놀, 2-헥사놀, 3-헥사놀을 포함하는), 옥타놀, N-옥타놀 (1-옥타놀, 2-옥타놀, 3-옥타놀을 포함하는), 테트라하이드로푸르푸릴 알코올 (THFA), 사이클로헥사놀, 사이클로펜타놀, 테르피네올; 락톤 예컨대 부틸 락톤; 에테르 예컨대 메틸 에틸 에테르, 디에틸 에테르, 에틸 프로필 에테르, 및 폴리에테르; 디케톤들 및 고리형 케톤들을 포함하는 케톤들, 예컨대 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 사이클로헵타논, 사이클로옥타논, 아세톤, 벤조페논, 아세틸아세톤, 아세토페논, 사이클로프로파논, 이소포론, 메틸 에틸 케톤; 에스테르류 예컨대 에틸 아세테이트, n-부틸 아세테이트, 디메틸 아디페이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디메틸 글루타레이트, 디메틸 석시네이트, 글리세린 아세테이트, 카복실레이트; 카보네이트 예컨대 프로필렌 카보네이트; 폴리올 (또는 액체 폴리올), 글리세롤 및 다른 중합체 폴리올 또는 글리콜 예컨대 글리세린, 디올, 트리올, 테트라올, 펜타올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리콜 에테르, 글리콜 에테르 아세테이트 1,4-부탄디올, 1,2-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,2-펜탄디올, 에토헥사디올, p-멘탄-3,8-디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올; 테트라메틸 우레아, n-메틸피롤리돈, 아세토니트릴, 테트라하이드로푸란 (THF), 디메틸 포름아미드 (DMF), N-메틸 포름아미드 (NMF), 디메틸 설폭사이드 (DMSO); 티오닐 클로라이드; 술푸릴 클로라이드; 사이클로헥사논, 디메틸 아세트아미드, 디메틸 설폭사이드, 트리에틸 포스페이트, 및 이소포론 중 적어도 하나를 포함한다.
46. 실시예들 38 내지 45 중 어느 하나의 잉크는, 폴리머 바인더를 더 포함한다.
47. 실시예 46 의 잉크에 있어서, 상기 폴리머 바인더는 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐 클로라이드; 폴리이미드 폴리머 및 공중합체들 (지방족, 방향족 및 세미-방향족 폴리이미드를 포함하는), 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 폴리머 및 공중합체들 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 알릴메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리클로로프렌, 폴리에테르설폰, 나일론, 스티렌-아크릴로니트릴 수지; 폴리에틸렌 글리콜, 점토 예컨대 헥토라이트 점토, 가라마이트 점토, 유기변성된 점토; 사카라이드 및 폴리사카라이드 예컨대 구아 검, 크산탄 검, 전분, 부틸 고무, 아가로스, 펙틴; 셀룰로오스 및 변형된 셀룰로오스 예컨대 하이드록실 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 메틸셀룰로오스, 메톡시 셀룰로오스, 메톡시 메틸셀룰로오스, 메톡시 프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스, 카복시 메틸셀룰로오스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록실 에틸셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에틸 에테르, 및 키토산 중 적어도 하나를 포함한다.
48. 실시예들 38 내지 47 중 어느 하나의 잉크는, 전도성 첨가제를 더 포함한다.
49. 실시예 48 의 잉크에 있어서, 상기 전도성 첨가제는 전도성 탄소 및 금속 중 적어도 하나를 포함한다.
50. 에너지 저장 디바이스의 분리막을 위한 잉크에 있어서, 상기 잉크는:
메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질; 및
용해된 셀룰로오스를 포함한다.
51. 실시예 50 의 잉크에 있어서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 더 포함한다.
52. 실시예 51 의 잉크에 있어서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함한다.
53. 실시예들 50 내지 52 중 어느 하나의 잉크에 있어서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다.
54. 50 내지 53 중 어느 하나의 잉크에 있어서 실시예들, 상기 용해된 셀룰로오스는 리그닌, 코튼, 레이온, 재생 셀룰로오스, α-셀룰로오스, 우드, 크실란, 리오셀, 및 버개스 중 적어도 하나로부터 용해된 셀룰로오스를 포함한다.
55. 실시예들 50 내지 54 중 어느 하나의 잉크는, 유기 용매를 더 포함한다.
56. 실시예 55 의 잉크에 있어서, 상기 유기 용매는 극성 비양자성(polar aprotic) 유기 용매를 포함한다.
57. 실시예 56 의 잉크에 있어서, 상기 극성 비양자성 유기 용매는 트리에탄올아민, 에틸렌다이아민, 펜틸아민, N-메틸모르폴린 N-옥사이드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 및 테트라부틸암모늄 플루오라이드 트리하이드레이트 중 적어도 하나를 포함한다.
58. 실시예들 50 내지 57 중 어느 하나의 잉크에 있어서, 상기 용해된 셀룰로오스는 전처리 프로세스를 받은 셀룰로오스를 포함한다.
59. 실시예 58 의 잉크에 있어서, 상기 전처리 프로세스는 상기 셀룰로오스의 기계적 밀링, 마이크로파 방사를 상기 셀룰로오스에 인가, 및 초음파 방사를 상기 셀룰로오스에 인가 중 적어도 하나를 포함한다.
60. 에너지 저장 디바이스의 전극에 있어서, 상기 전극은:
메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질; 및
전극 활성 컴포넌트를 포함한다.
61. 실시예 60 의 전극에 있어서, 상기 전극은 상기 에너지 저장 디바이스의 캐소드이고, 상기 캐소드의 상기 전극 활성 컴포넌트는 은-함유 컴포넌트를 포함한다.
62. 실시예 61 의 전극에 있어서, 상기 은 함유 컴포넌트는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함한다.
63. 실시예 60 의 잉크에 있어서, 상기 전극는 상기 에너지 저장 디바이스의 애노드이고, 상기 에너지 저장 디바이스는 산화은 배터리를 포함한다.
64. 실시예 63 의 전극에 있어서, 상기 애노드의 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함한다.
65. 실시예 63 의 전극에 있어서, 상기 애노드의 상기 전극 활성 컴포넌트는 아연을 포함한다.
66. 실시예들 60 내지 65 중 어느 하나의 전극에 있어서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다.
67. 실시예들 60 내지 66 중 어느 하나의 전극에 있어서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함한다.
68. 실시예 67 의 전극에 있어서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함한다.
69. 실시예들 60 내지 68 중 어느 하나의 전극은, 폴리머 바인더를 더 포함한다.
70. 실시예 69 의 전극에 있어서, 상기 폴리머 바인더는 폴리비닐 피롤리돈 (PVP), 폴리비닐 알코올 (PVA), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜헥사플루오로프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐 클로라이드; 폴리이미드 폴리머 및 공중합체들 (지방족, 방향족 및 세미-방향족 폴리이미드를 포함하는), 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 아크릴레이트 및 (메트)아크릴레이트 폴리머 및 공중합체들 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 알릴메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리클로로프렌, 폴리에테르설폰, 나일론, 스티렌-아크릴로니트릴 수지; 폴리에틸렌 글리콜, 점토 예컨대 헥토라이트 점토, 가라마이트 점토, 유기변성된 점토; 사카라이드 및 폴리사카라이드 예컨대 구아 검, 크산탄 검, 전분, 부틸 고무, 아가로스, 펙틴; 셀룰로오스 및 변형된 셀룰로오스 예컨대 하이드록실 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 메틸셀룰로오스, 메톡시 셀룰로오스, 메톡시 메틸셀룰로오스, 메톡시 프로필 메틸셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸셀룰로오스, 카복시 메틸셀룰로오스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록실 에틸셀룰로오스, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에틸 에테르, 및 키토산 중 적어도 하나를 포함한다.
71. 실시예들 60 내지 70 중 어느 하나의 전극은, 전도성 첨가제를 더 포함한다.
72. 실시예 71 의 전극에 있어서, 상기 전도성 첨가제는 전도성 탄소 및 금속 중 적어도 하나를 포함한다.
73. 실시예들 60 내지 72 중 어느 하나의 전극에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 일차 산화은 배터리 및 2차 산화은 배터리 중 적어도 하나를 포함한다.
74. 에너지 저장 디바이스를 위한 분리막은, 상기 분리막은:
적어도 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스를 포함하는 멤브레인; 및
메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질을 포함한다.
75. 실시예 74 의 분리막에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 산화은 배터리를 포함한다.
76. 실시예 74 또는 75 의 분리막에 있어서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 더 포함한다.
77. 실시예 76 의 분리막에 있어서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함한다.
78. 실시예들 74 내지 77 중 어느 하나의 분리막에 있어서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다.
79. 실시예들 74 내지 78 중 어느 하나의 분리막에 있어서, 상기 분리막은 비-프린트된 분리막이다.
80. 실시예 79 의 분리막에 있어서, 상기 비-프린트된 분리막은 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스를 포함한다.
81. 실시예들 74 내지 78 중 어느 하나의 분리막에 있어서, 상기 분리막은 프린트된 분리막이다.
82. 실시예 81 의 분리막에 있어서, 상기 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스는 완전히 용해된다.
83. 실시예 82 의 분리막에 있어서, 상기 완전히 용해된 셀룰로오스는 리그닌, 코튼, 레이온, 재생 셀룰로오스, α-셀룰로오스, 우드, 크실란, 리오셀, 및 버개스 중 적어도 하나로부터 용해된 셀룰로오스를 포함한다.
84. 실시예 82 또는 83 의 분리막에 있어서, 상기 완전히 용해된 셀룰로오스는 전처리 프로세스를 받은 셀룰로오스를 포함한다.
85. 실시예 84 의 분리막에 있어서, 상기 전처리 프로세스는 상기 셀룰로오스의 기계적 밀링, 마이크로파 방사를 상기 셀룰로오스에 인가, 및 초음파 방사를 상기 셀룰로오스에 인가 중 적어도 하나를 포함한다.
86. 실시예들 74 내지 85 중 어느 하나의 분리막에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함하는 캐소드를 포함한다.
87. 실시예들 74 내지 86 중 어느 하나의 분리막에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 애노드를 포함한다.
88. 상기 에너지 저장 디바이스의 제조 동안에 에너지 저장 디바이스의 표면을 처리하기 위한 프로세스에 있어서, 상기 프로세스는:
플라즈마 처리 프로세스를 상기 표면에 적용하는 단계, 상기 플라즈마 처리 프로세스는 상기 표면에 걸쳐 이온 전도도 및 전자 전도도, 표면의 접착력, 표면의 습윤성 중 적어도 하나를 증가시키도록 구성되는 상기 적용하는 단계; 및
상기 에너지 저장 디바이스의 후속 층을 상기 처리된 표면 위에 도포하는 단계를 포함한다.
89. 실시예 88 의 프로세스에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 후속 층을 도포하는 단계는 상기 처리된 표면 위에 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 후속 층을 프린팅하는 단계를 포함한다.
90. 실시예 88 또는 89 의 프로세스에 있어서, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 대기압하에서 그리고 약 25℃의 온도에서 플라즈마 소스를 상기 에너지 저장 디바이스의 표면에 지향시키는 단계를 포함한다.
91. 실시예들 88 내지 90 중 어느 하나의 프로세스는, 처리되고 있는 상기 표면의 유형 및/또는 수행될 표면 변형의 유형에 기초하여 상기 플라즈마 처리 프로세스의 적어도 하나의 파라미터를 선택하는 단계를 더 포함한다.
92. 실시예들 88 내지 91 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 산소 가스 함유 플라즈마를 상기 에너지 저장 디바이스의 표면에 적용하는 단계를 포함한다.
93. 실시예들 88 내지 92 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 질소 가스, 수소 가스 및 탄소 테트라플루오라이드 가스 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마를, 상기 에너지 저장 디바이스의 표면에 적용하는 단계를 포함한다.
94. 실시예들 88 내지 93 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 집전체를 포함하고, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 집전체의 표면에 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계를 포함한다.
95. 실시예들 88 내지 94 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 전극을 포함하고, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 전극의 표면에 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계를 포함한다.
96. 실시예들 88 내지 95 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 분리막을 포함하고, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 분리막의 표면에 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계를 포함한다.
97. 실시예 94 또는 95 의 프로세스에 있어서, 상기 플라즈마 처리 프로세스 는 상기 처리된 표면에 걸쳐 전자 전도도를 증가시키도록 구성된다.
98. 실시예 95 또는 96 의 프로세스에 있어서, 상기 플라즈마 처리 프로세스는 상기 처리된 표면에 걸쳐 이온 전도도를 증가시키도록 구성된다.
99. 실시예 88 내지 98 의 프로세스는, 플라즈마 처리 프로세스를 그 위에 상기 에너지 저장 디바이스가 제조되는 기판의 표면에 적용하는 단계를 더 포함한다.
100. 실시예들 88 내지 99 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 배터리를 포함한다.
101. 실시예 100 의 프로세스에 있어서, 상기 배터리는 일차 산화은 배터리 및 제 2 산화은 배터리 중 적어도 하나를 포함한다.
102. 에너지 저장 디바이스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
상기 에너지 저장 디바이스의 전극을 프린팅하는 단계를 포함하되, 상기 전극은 메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트으로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 포함하는 이온성 액체를 포함한다.
103. 실시예 102 의 방법에 있어서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체이다.
104. 실시예 102 또는 103 의 방법에 있어서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 더 포함한다.
105. 실시예 104 의 방법에 있어서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 디에틸메틸설포늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함한다.
106. 실시예들 102 내지 105 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 산화은 배터리를 포함한다.
107. 실시예 106 의 방법에 있어서, 상기 전극은 상기 에너지 저장 디바이스의 캐소드이다.
108. 실시예 107 의 방법에 있어서, 상기 전극은 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO), 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH), 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 더 포함한다.
109. 실시예 106 의 방법에 있어서, 상기 전극은 상기 에너지 저장 디바이스의 애노드이다.
110. 실시예 109 의 방법에 있어서, 상기 전극은 아연, 카드뮴, 철, 니켈, 알루미늄, 금속 하이드레이트, 및 수소 중 적어도 하나를 포함한다.
111. 실시예들 102 내지 110 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 전극은 폴리머 바인더, 전도성 첨가제, 및 용매 중 적어도 하나를 포함한다.
112. 실시예들 102 내지 111 중 어느 하나의 방법은, 분리막을 제공하는 단계를 더 포함한다.
113. 실시예 112 의 방법에 있어서, 상기 분리막을 제공하는 단계는 상기 분리막을 프린팅하는 단계를 포함한다.
114. 실시예 113 의 방법에 있어서, 상기 분리막을 프린팅하는 단계는 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계를 포함한다.
115. 실시예 114 의 방법에 있어서, 상기 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계는 상기 셀룰로오스 재료를 이온성 액체를 포함하는 소킹 화학물질(soaking chemistry )에 침지시키는 단계를 포함한다.
116. 실시예 115 의 방법에 있어서, 상기 이온성 액체는 클로라이드, 아세테이트, 메탄설포네이트, 브로마이드, 및 포메이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 포함한다.
117. 실시예들 114 내지 116 중 어느 하나의 방법은, 기계적인 밀링, 초음파 방사, 및 마이크로파 방사 중 적어도 하나를 상기 셀룰로오스 재료에 적용함으로써 상기 셀룰로오스 재료를 전처리하는 단계를 더 포함한다.
118. 실시예들 114 내지 117 중 어느 하나의 방법은, 극성 비양자성 유기 용매를 상기 용해된 셀룰로오스 재료에 첨가하는 단계를 더 포함한다.
119. 실시예 118 의 방법에 있어서, 상기 극성 비양자성 유기 용매는 트리에탄올아민, 에틸렌다이아민, 펜틸아민, N-메틸모르폴린 N-옥사이드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 및 테트라부틸암모늄 플루오라이드 트리하이드레이트 중 적어도 하나를 포함한다.
120. 실시예 112 의 방법에 있어서, 상기 분리막을 제공하는 단계는 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 전극과 제 2 전극 사이에 상기 분리막을 삽입하는 단계를 포함한다.
121. 실시예 120 의 방법에 있어서, 상기 분리막을 삽입하는 단계는 부분적으로 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계를 포함한다.
122. 실시예 121 의 방법에 있어서, 부분적으로 상기 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계는 재생 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계를 포함한다.
123. 실시예 121 또는 122 의 방법에 있어서, 부분적으로 상기 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계는 상기 셀룰로오스 재료를 이온성 액체를 포함하는 소킹 화학물질에 침지시키는 단계를 포함한다.
124. 실시예 123 의 방법에 있어서, 상기 이온성 액체는 클로라이드, 아세테이트, 메탄설포네이트, 브로마이드, 및 포메이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 포함한다.
125. 실시예들 102내지 124 중 어느 하나의 방법은, 전해질을 상기 에너지 저장 디바이스에 첨가하는 단계를 더 포함한다.
126. 실시예 125 의 방법에 있어서, 상기 전해질은 상기 이온성 액체를 포함한다.
127. 실시예 125 또는 126 의 방법에 있어서, 상기 전해질은 전도성 첨가제를 더 포함한다.
128. 실시예 127 의 방법에 있어서, 상기 전도성 첨가제는 유기 용매 및 염 중 적어도 하나를 포함한다.
129. 실시예들 102 내지 128 중 어느 하나의 방법은, 집전체를 상기 전극에 결합시키는 단계를 더 포함한다.
130. 실시예 129 의 방법에 있어서, 상기 집전체를 결합시키는 단계는 전도성 포일을 상기 전극에 결합시키는 단계를 포함한다.
131. 실시예 130 의 방법에 있어서, 상기 집전체를 결합시키는 단계는 상기 집전체 위에 상기 전극을 프린팅하는 단계를 포함한다.
132. 실시예들 102 내지 131 중 어느 하나의 방법은, 플라즈마 처리 프로세스를 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 전극, 분리막, 및 집전체 중 적어도 하나의 표면에 적용하는 단계를 더 포함한다.
133. 실시예 132 의 방법은, 플라즈마 처리 프로세스를 상기 에너지 저장 디바이스의 상기 전극, 분리막, 및 집전체의 각각의 표면에 적용하는 단계를 더 포함한다.
134. 실시예 132 또는 133 의 방법에 있어서, 상기 플라즈마 처리 프로세스는 상기 처리된 표면에 걸쳐서의 이온 전도도 및 표면에 걸쳐서의 전자 전도도 및 표면의 습윤성, 표면의 접착력 중 적어도 하나를 개선시키도록 구성된다.
135. 실시예들 132 내지 134 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 플라즈마 처리 프로세스를 적용하는 단계는 산소, 수소, 질소 및 탄소 테트라플루오라이드 가스 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마를 적용하는 단계를 포함한다.
136. 실시예들 114 내지 119 및 121 내지 135 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계는 또는 상기 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계는 상기 셀룰로오스 재료를 상기 셀룰로오스 재료를 기초로 한 제 1 이온 전도도 및 제 1 용해 효과를 갖는 제 1 이온성 액체, 및 상기 셀룰로오스 재료를 기초로 한 상기 제 1 이온 전도도보다 더 큰 제 2 이온 전도도 및 제 2 용해 효과를 갖는 제 2 이온성 액체를 포함하는 혼합물로 하는 단계를 포함한다.
137. 실시예 136 의 방법에 있어서, 상기 제 2 용해 효과는 상기 제 1 용해 효과 보다 작다.
138. 실시예들 114 내지 119 및 121 내지 135 중 어느 하나의 방법에 있어서, 상기 셀룰로오스 재료를 용해시키는 단계는 또는 상기 셀룰로오스 재료를 부분적으로 용해시키는 단계는 상기 셀룰로오스 재료를 상기 셀룰로오스 재료를 기초로 한 제 1 이온 전도도 및 제 1 용해 효과를 갖는 제 1 이온성 액체, 및 상기 제 1 용해 효과보다 작은 상기 셀룰로오스 재료를 기초로 한 제 2 용해 효과 및 제 2 이온 전도도를 갖는 제 2 이온성 액체를 포함하는 혼합물로 하는 단계를 포함한다.
139. 실시예 138 의 방법에 있어서, 상기 제 2 이온 전도도는 상기 제 1 이온 전도도보다 더 크다.
비록 본 발명은 임의의 실시예들 및 예들의 상황하에서 개시되었지만, 당해 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 본 발명은 구체적으로 개시된 실시예들이외에 다른 대안 실시예들 및/또는 본 발명의 활용들 및 명백한 수정예들 및 그것의 등가물로 확대될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 추가하여, 본 발명의 실시예들의 몇몇 수정예들이 도시되고 상세하게 설명되었지만, 다른 수정예들, 이는 본 발명의 범위내에 있고, 관련 기술 분야에 통상의 기술자들에 용이하게 인식될 것이다. 또한 실시예들의 특정 특징부들 및 측면들의 다양한 조합들 또는 서브-조합들이 이루어질 수 있고 또한 본 발명의 범위내 속하는 것으로 고려된다. 개시된 실시예들의 다양한 특징부들 및 측면들은 본 개시된 발명의 실시예들의 가변 모드(varying mode)들을 형성하기 위해서 서로에 대하여 결합되거나 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 출원에 개시된 발명의 범위는 상기에서 설명된 특정 실시예들에 의해 제한되지 않아햐 하는 것으로 의되된다.
본 출원에 제공된 헤딩들은, 만약에 있다면, 단지 편의를 위함이고 본 출원에 개시된 디바이스들 및 방법들의 범위 또는 내용에 반드시 영향을 미치는 것은 아니다.

Claims (143)

  1. 에너지 저장 디바이스에 있어서,
    은-함유 캐소드;
    애노드;
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 분리막(separator); 및
    메탄설포네이트, 메틸설페이트, 아세테이트, 및 플루오로아세테이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 음이온을 갖는 이온성 액체를 포함하는 전해질을 포함하되,
    상기 분리막은 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 은-함유 캐소드는 은(I) 옥사이드 (Ag2O), 은(I,III) 옥사이드 (AgO) 및 은 니켈 옥사이드 (AgNiO2) 중 적어도 하나를 포함하거나, 또는 상기 은-함유 캐소드는 망간(IV) 옥사이드 (MnO2), 니켈 옥시하이드록사이드 (NiOOH) 중 적어도 하나를 더 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 애노드는 아연을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 이온성 액체는 이미다졸륨, 피리디늄, 암모늄, 피페리디늄, 피롤리디늄, 설포늄, 및 포스포늄으로 구성된 그룹으로부터 선택된 양이온을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 양이온은 부틸트리메틸암모늄, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 콜린, 에틸암모늄, 트리부틸메틸포스포늄, 트리부틸(테트라데실)포스포늄, 트리헥실(테트라데실)포스포늄, 1-에틸-2,3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-메틸-1-프로필피페리디늄, 1-부틸-2-메틸피리디늄, 1-부틸-4-메틸피리디늄, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 및 디에틸메틸설포늄 중 적어도 하나를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전해질은 이온 전도도를 개선하도록 구성된 첨가제(additive)를 더 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 첨가제는 유기 용매를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 유기 용매는 에테르, 에스테르류, 알킬 카보네이트, 및 니트릴 중 적어도 하나를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 부분적으로 용해된 셀룰로오스는 적어도 부분적으로 용해된 재생 셀룰로오스를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 용해된 셀룰로오스는 리그닌, 코튼, 레이온, 재생 셀룰로오스, α-셀룰로오스, 우드(wood), 크실란(xylan), 리오셀(lyocell), 및 버개스(bagasse) 중 적어도 하나로부터 용해된 셀룰로오스를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 애노드 및 상기 캐소드 중 적어도 하나는 전도성 첨가제를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전도성 첨가제는 전도성 탄소 및 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 전도성 탄소는 흑연, 그래핀, 및 탄소 나노튜브들 중 적어도 하나를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 캐소드 및 상기 애노드 중 적어도 하나는 폴리머 바인더(polymer binder)를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 분리막은 상기 전해질을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 캐소드 및 상기 애노드 및 상기 분리막 중 적어도 하나는 표면 변형 프로세스에 의해 처리된 표면을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 이온성 액체는 염기성 이온성 액체인, 에너지 저장 디바이스.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 전해질은 이온 전도도를 개선하도록 구성된 첨가제를 더 포함하고, 상기 첨가제는 유기 용매를 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 전해질은 이온 전도도를 개선하도록 구성된 첨가제를 더 포함하고, 상기 첨가제는 염(salt)을 포함하는, 에너지 저장 디바이스.
  20. 청구항 1에 있어서, 상기 은-함유 캐소드 및 상기 애노드 중 적어도 하나는 프린트되는, 에너지 저장 디바이스.
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