KR20150004614A - Energy storage device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고출력 특성을 향상시킬 수 있는 코인형 전기 이중층 커패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an energy storage device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a coin-type electric double layer capacitor capable of improving high output characteristics and a manufacturing method thereof.
차세대 에너지 저장장치들 중 슈퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터라 불리는 장치는 빠른 충방전 속도, 높은 안정성, 그리고 친환경적 특성으로 인해, 차세대 에너지 저장장치로 각광받고 있다. 상기 슈퍼 캐피시터는 상기 다공성 전극들에 전압을 가해, 전해액 조성물 내 이온들을 선택적으로 상기 다공성 전극에 흡착시키는 전기 화학적 메반응 메카니즘을 원리로 하여 구동된다. 대표적인 슈퍼 캐패시터들로는 전기이중층 캐패시터(electric double layer capacitor:EDLC), 의사 캐패시터(pseudocapacitor), 그리고 하이브리드 캐패시터(hybrid capacitor) 등이 있다.Among next-generation energy storage devices, called super capacitors or ultra capacitors, are emerging as next-generation energy storage devices due to their fast charge-discharge rate, high stability, and eco-friendliness. The supercapacitor is driven on the basis of an electrochemical reaction mechanism which applies a voltage to the porous electrodes and selectively adsorbs ions in the electrolyte composition to the porous electrode. Representative super-capacitors include electric double layer capacitors (EDLC), pseudocapacitors, and hybrid capacitors.
상기와 같은 슈퍼 캐패시터들 중 전기이중층 캐패시터는 활성탄소(activated carbon)로 이루어진 전극을 사용하고, 전기이중층 전하흡착(double layer charging)을 반응 메커니즘으로 하는 디바이스이다. 전기이중층 캐패시터는 이차 전지에 비해 에너지 입력 및 출력 특성이 상대적으로 높다는 장점이 있어, 주 전원의 정전시 비상 작동하는 백업 전원 등으로의 상용성이 높다.Among the above-mentioned supercapacitors, the electric double layer capacitor is a device using an electrode made of activated carbon and using double layer charging of electric double layer as a reaction mechanism. The electric double layer capacitor has a merit that the energy input and output characteristics are relatively higher than those of the secondary battery, and thus it is highly compatible with an emergency backup power supply when the main power supply is shut down.
상기 전기이중층 캐패시터는 타입별로 파우치형, 원통형, 그리고 코인형 등으로 구분될 수 있다. 여기서, 코인형 전기이중층 캐패시터는 상대적으로 수mA 이하의 낮은 방전 전류 범위에서 사용이 가능하여, 주로 메모리 백업이나 RTC 백업용으로 주로 이용되고 있다. 그러나, 최근의 휴대용 전자기기의 고성능화가 진행됨에 따라, 수백mA 이상의 출력을 요구하는 전자기기의 경우, 일반적인 코인형 전기이중층 캐패시터로서는 이러한 추세에 부응할 수 없다.
The electric double layer capacitor may be classified into a pouch type, a cylindrical type, and a coin type. Here, coin-type electric double-layer capacitors are mainly used for memory backup and RTC backup because they can be used in a relatively low discharge current range of a few mA or less. However, with the progress of high performance of portable electronic devices in recent years, in the case of electronic devices requiring output of several hundreds of mA or more, such a coin-type electric double-layer capacitor can not meet this trend.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 출력 특성을 향상시킨 에너지 저장 장치를 제공하는 것에 있으며, 특히 수백mA 이상의 출력 특성을 발휘할 수 있는 코인형 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an energy storage device having improved output characteristics, and in particular, to provide a coin-type electric double layer capacitor capable of exhibiting output characteristics of several hundreds mA or more.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내부 전극 저항을 낮춘 구조의 에너지 저장 장치를 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an energy storage device with a reduced internal electrode resistance.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 출력 특성이 향상된 에너지 저장 장치의 제조 방법을 제공하는 것에 있으며, 특히 수백 mA 이상으로 출력 특성이 향상될 수 있는 에너지 저장 장치의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an energy storage device with improved output characteristics, and in particular, to provide a method of manufacturing an energy storage device capable of improving output characteristics by several hundreds of mA or more.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내부 전극 저항을 낮춘 구조를 갖는 에너지 저장 장치의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
A problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an energy storage device having a structure in which internal electrode resistance is lowered.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 외장 케이스 및 상기 외장 케이스에 내장되고, 복수의 단위 전극 셀들이 적층된 다층 전극 구조를 갖는 전극 구조물을 포함하되, 상기 단위 전극 셀들 각각은 분리막을 사이에 두고 서로 이격된 한 쌍의 전극들을 가지고, 상기 전극들은 상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되어 상기 단위 전극 셀들에 공통으로 사용되는 집전체를 갖는다.The energy storage device according to the present invention includes an outer case and an electrode structure embedded in the outer case and having a multi-layered electrode structure in which a plurality of unit electrode cells are stacked, wherein each of the unit electrode cells is spaced apart And the electrodes have current collectors disposed over the unit electrode cells and commonly used for the unit electrode cells.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전극들은 상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되도록 띠 형상을 갖는 음극 집전체 및 상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되도록 띠 형상을 갖고, 상기 음극 집전체와 교대로 접어 올려져 상기 음극 집전체와 함께 상기 다층 전극 구조를 이루는 양극 집전체를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrodes have a band-shaped negative electrode current collector and a strip shape disposed over the unit electrode cells so as to be disposed over the unit electrode cells, and are folded alternately with the negative electrode current collector And a cathode current collector constituting the multi-layered electrode structure together with the anode current collector.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 전극들 각각의 일 표면에는 활물질층이 형성되고, 상기 전극들은 상기 활물질층이 서로 마주보도록 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an active material layer may be formed on one surface of each of the pair of electrodes, and the electrodes may be disposed such that the active material layers face each other.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 케이스는 마이너스 전원과 연결되는 제1 케이스 및 플러스 전원과 연결되며, 상기 제1 케이스와 조립되어 상기 케이스를 이루는 제2 케이스를 포함하고, 상기 전극들은 상기 제1 케이스와 면 접촉하여 전기적으로 연결된 음극 집전체 및 상기 제2 케이스와 면 접촉하여 전기적으로 연결된 양극 집전체를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the case includes a first case connected to a negative power source, and a second case connected to a positive power source and assembled with the first case to form the case, And a cathode current collector electrically connected to the case and electrically connected to the second case in a surface contact manner.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 케이스와 상기 음극 집전체는 용접 방식으로 접합될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first case and the negative electrode collector may be welded together.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 케이스와 상기 양극 집전체는 용접 방식으로 접합될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second case and the positive electrode collector may be welded together.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단위 전극 셀들 각각에 배치된 집전체는 코인 형상을 갖고, 상기 에너지 저장 장치는 수백 mA 이상의 출력을 발휘하는 코인형 전기이중층 커패시터일 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the current collectors disposed in each of the unit electrode cells have a coin shape, and the energy storage device may be a coin-type electric double layer capacitor exhibiting an output of several hundred mA or more.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법은 긴 띠 형상을 갖는 집전체들을 준비하는 단계, 분리막을 사이에 두고, 상기 집전체들의 일부가 중첩되도록 하여 상기 집전체들을 교대로 접어 올려, 다층 전극 구조의 전극 구조물을 제조하는 단계, 상기 전극 구조물을 케이스에 내장시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an energy storage device according to the present invention includes the steps of preparing current collectors having a long strip shape, folding the current collectors alternately by overlapping a part of the current collectors with a separator interposed therebetween, Fabricating the electrode structure of the electrode structure, and embedding the electrode structure in the case.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 집전체들을 준비하는 단계는 긴 띠 형상의 금속 포일을 준비하는 단계 및 상기 금속 포일이 복수의 코인들이 일렬로 배치되는 형상을 갖도록 상기 금속 포일을 타발하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of preparing the current collectors may include preparing a long strip-shaped metal foil, and tapping the metal foil so that the metal foil has a shape in which a plurality of coins are arranged in a line .
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전극 구조물을 케이스에 내장시키는 단계는 상기 집전체들 각각을 상기 케이스에 직접 면 접촉하여 전기적으로 연결시키는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of embedding the electrode structure in the case may include a step of electrically connecting each of the current collectors to the case by direct surface contact.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전극 구조물을 케이스에 내장시키는 단계는 상기 집전체들 각각을 상기 케이스에 직접 용접 방식으로 접합시키는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of embedding the electrode structure in the case may include directly welding each of the current collectors to the case by welding.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 에너지 저장 장치의 제조 방법은 수백 mA 이상의 출력을 발휘하는 코인형 전기이중층 커패시터를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the method of manufacturing the energy storage device may include the step of fabricating a coin-type electric double layer capacitor exhibiting an output of several hundred mA or more.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 케이스 내부에서, 분리막을 사이에 두고 서로 이격되어 배치된 전극들 등으로 이루어진 단위 전극 셀들을 갖는 전극 구조물을 구비하되, 상기 전극들 각각은 띠 형상으로 제공되어 상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되어 상기 단위 전극 셀들에 공통으로 사용되는 집전체를 구비하므로, 단위 전극 셀들 마다 독립적인 집전체를 구비하는 경우에 비해, 전극 구조물의 전기 저항을 감소시켜 출력 특성을 대략 수백 mA 이상으로 향상시킨 구조를 가질 수 있다.The energy storage device according to the present invention includes an electrode structure having unit electrode cells formed of electrodes disposed apart from each other with a separator interposed therebetween, each of the electrodes being provided in a strip shape, Since the current collectors which are disposed over the electrode cells and are commonly used for the unit electrode cells are provided, the electric resistance of the electrode structure is reduced and the output characteristics are reduced to about several hundreds mA Or more.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 외장 케이스 내에 배치되는 전극 구조물을 구비하되, 상기 전극 구조물의 전극들은 상기 외장 케이스에 면 접촉하여 용접 방식으로 직접 접합되어 전기적으로 연결되므로, 리드(lead)를 사용하여 전극과 케이스를 전기적으로 연결하는 경우에 비해, 내부 전기 저항을 낮추어 출력 특성을 대략 수백 mA 이상으로 향상시킨 구조를 가질 수 있다.The energy storage device according to the present invention has an electrode structure disposed in an external case, and the electrodes of the electrode structure are directly connected to each other by surface welding to the external case, It can have a structure in which the internal electric resistance is lowered and the output characteristic is improved to about several hundred mA or more as compared with the case where the electrode and the case are electrically connected.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법은 전극들 각각이 띠 형상을 갖는 집전체로 제공되어 전극들이 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되어 상기 단위 전극 셀들에 공통으로 사용된 구조의 전극 구조물을 제조할 수 있어, 전극 구조물의 전기 저항을 감소시켜 출력 특성을 대략 수백 mA 이상으로 향상시킨 구조의 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.The method of manufacturing an energy storage device according to the present invention is characterized in that each of the electrodes is provided as a current collector having a strip shape so that the electrodes are arranged over the unit electrode cells to produce an electrode structure having a structure commonly used for the unit electrode cells Therefore, it is possible to provide an energy storage device having a structure in which the electric resistance of the electrode structure is reduced and the output characteristic is improved to about several hundred mA or more.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법은 전극 구조물이 외장 케이스에 면 접촉하여 용접 방식으로 직접 접합시키므로, 리드(lead)를 사용하여 전극과 케이스를 전기적으로 연결시키는 경우에 비해, 내부 전기 저항을 낮추어 출력 특성을 대략 수백 mA 이상으로 향상시킨 구조의 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
The method of manufacturing an energy storage device according to the present invention is a method of manufacturing an energy storage device in which an electrode structure is directly bonded to a case in a face-to- The energy storage device having a structure in which the output characteristic is improved to about several hundred mA or more can be provided.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전극 구조물을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 I-I' 단면을 보여주는 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.1 is a view showing an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the electrode structure shown in FIG.
FIG. 3 is a view showing a cross-sectional view taken along line II 'shown in FIG. 2. FIG.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
5A to 5F are views for explaining a manufacturing process of the energy storage device according to the embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. These embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete and that those skilled in the art will fully understand the scope of the present invention. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 단계는 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used herein are intended to illustrate embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is to be understood that the terms 'comprise', and / or 'comprising' as used herein may be used to refer to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and / Or additions.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다.
In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective description of the technical content. The shape of the illustration may be modified by following and / or by tolerance or the like. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in the shapes that are generated according to the manufacturing process. For example, the etched area shown at right angles may be rounded or may have a shape with a certain curvature.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an energy storage device and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 전극 구조물을 보여주는 도면이다. 그리고 도 3은 도 2에 도시된 I-I' 단면을 보여주는 보여주는 도면이다.FIG. 1 is a view showing an energy storage device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the electrode structure shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line I-I 'shown in FIG.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치(100)는 소위 울트라 캐패시터 또는 슈퍼 캐패시터라 불리는 에너지 저장 장치들 중 전기이중층 커패시터일 수 있다. 더 나아가 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치(100)는 대략 100mA 이상의 출력 특성을 발휘하는 고출력 코인형 전기이중층 커패시커일 수 있다. 이에 따라, 상기 에너지 저장 장치(100)는 대체로 코인 형상을 가지며, 전극 구조물(110)이 원판 형상의 외장 케이스(120)에 내장된 구조를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, the
상기 전극 구조물(110)은 음극(112), 양극(114), 분리막(116), 그리고 전해액(미도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 음극(112)은 표면에 음극 활물질이 형성된 음극 집전체를 가질 수 있고, 상기 양극(114)은 표면에 양극 활물질이 형성된 양극 집전체를 가질 수 있다. 상기 음극 및 양극 집전체들은 다양한 종류의 금속 박판이 사용될 수 있다. 일 예로서, 상기 집전체들은 구리(Copper), 니켈(Nickel), 알루미늄(Aluminum), 그리고 스테인레스 스틸(stanless steel) 중에서 선택된 금속 포일(metal foil)일 수 있다.The
상기 음극 및 양극 활물질들 각각은 다양한 종류의 탄소 재료, 그라파이트, 도전재, 그리고 바인더 등의 물질들을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 탄소 재료로는 소프트 카본(soft carbon), 하드 카본(hard carbon), 활성 탄소(activated carbon), 탄소 에어로겔(carbon aerogel), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile:PAN), 탄소나노섬유(Carbon Nano Fiber:CNF), 활성화탄소나노섬유(Activating Carbon Nano Fiber:ACNF), 그리고 기상성장 탄소섬유(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.Each of the cathode and the cathode active materials may selectively include various kinds of materials such as a carbon material, graphite, a conductive material, and a binder. Examples of the carbon material include soft carbon, hard carbon, activated carbon, carbon aerogel, polyacrylonitrile (PAN), carbon nanofiber (CNF), Activated Carbon Nano Fiber (ACNF), and vapor grown carbon fiber (VGCF).
상기 그라파이트는 상기 리튬 이온(Li+)을 흡착시키기 위한 물질일 수 있다. 이에 더하여, 상기 그라파이트는 상기 활물질층에 도전성을 부여하기 위한 물질일 수 있다. 이에 따라, 상기 그라파이트는 상기 활물질층에서 활물질로 사용됨과 더불어, 도전재로의 기능도 수행할 수 있다.The graphite may be a material for adsorbing the lithium ion (Li < + & gt ; ). In addition, the graphite may be a material for imparting conductivity to the active material layer. Accordingly, the graphite is used as an active material in the active material layer, and can also function as a conductive material.
상기 도전재는 상기 활물질층에 도전성을 부여하기 위한 물질로서, 다양한 종류의 도전성 재료들이 사용될 수 있다. 일 예로서, 상기 도전재(126)로는 카본 블랙(carbon black), 케첸 블랙(ketjen black), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube), 그라펜(Granphene), 그리고 아세틸렌 블랙(acetylene black) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.The conductive material is a material for imparting conductivity to the active material layer, and various kinds of conductive materials may be used. For example, the conductive material 126 may be at least one of carbon black, ketjen black, carbon nanotube, granphene, and acetylene black. One can be used.
그 밖에도, 상기 활물질층은 바인더(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더는 상기 활물질층의 도포 효율 및 접착 효율 등을 향상시키기 위한 첨가제일 수 있다. 예컨대, 상기 바인더로는 다양한 종류의 수지(resin)가 사용될 수 있다.In addition, the active material layer may further include a binder (not shown). The binder may be an additive for improving the coating efficiency and the adhesion efficiency of the active material layer. For example, various types of resins may be used as the binder.
상기 분리막(116)은 상기 음극(112)과 상기 양극(114) 사이에 배치되어, 상기 음극(112)과 상기 양극(114)을 전기적으로 분리시킬 수 있다. 상기 분리막(120)으로는 부직포, 폴리 테트라 플루오르에틸렌(Poly tetra fluorethylene:PTFE), 다공성 필름, 크래프트지, 셀룰로스계 전해지, 레이온 섬유, 그리고 그 밖의 다양한 재질로 이루어진 시트가 사용될 수 있다.The
상기 전해액은 용매에 소정의 전해질염을 용해시켜 제조된 조성물일 수 있다. 상기 전해질염은 상기 음극(112)에 대해서는 상기 음극 활물질층 내부로 흡장되고, 상기 양극(114)에 대해서는 상기 양극 활물질층의 표면에 흡착되는 충전 반응 메카니즘을 갖는 양이온들을 포함할 수 있다. 이와 같은 상기 전해질염으로는 상기 음극(112)과 상기 양극(114) 간의 캐리어 이온으로서 리튬 이온(Li+)을 포함하는 리튬계 전해질염이 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 리튬계 전해질염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF5, LiClO4, LiN, CF3SO3, 그리고 LiC 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는, 상기 리튬계 전해질염은 LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiC(SO2CF3)2, LiPF4(CF3)2, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiPF5(iso-C3F7)3, LiPF5(iso-C3F7), (CF2)2(SO2)2NLi, 그리고 (CF2)3(SO2)2NLi 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 용매는 환형 카보네이트 및 선형 카보네이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 환형 카보네이트로는 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌카보네이트(BC), 그리고 비닐에틸렌 카보네이트(VEC) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 상기 선형 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 메틸에틸 카보네이트(VEC), 디에틸 카보네이트(DEC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸부틸 카보네이트(MBC), 그리고 디부틸 카보네이트(DBC) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 그 밖에도, 다양한 종류의 에테르, 에스테르, 그리고 아미드 계열의 용매가 사용될 수 있다.The electrolyte may be a composition prepared by dissolving a predetermined electrolyte salt in a solvent. The electrolyte salt may include cations having a charging reaction mechanism in which the
상기 외장 케이스(120)는 내부에 상기 전극 구조물(110)이 배치되는 전극 배치 공간을 가질 수 있다. 상기 외장 케이스(120)는 서로 조립되어 상기 전극 배치 공간을 이루는 제1 케이스(122) 및 제2 제2 케이스(124)를 가질 수 있다. 한편, 상기 제1 케이스(122)에는 마이너스 전원이 연결되고, 상기 제2 케이스(124)에는 플러스 전원이 연결될 수 있다.The
한편, 상기 전극 구조물(110)은 복수의 단위 전극 셀들이 적층되어 다층 전극 구조를 이룰 수 있다. 상기 단위 전극 셀들 각각은 상기 분리막(116)을 사이에 두고 서로 이격된 한 쌍의 상기 음극(112)과 상기 양극(114)을 구비할 수 있다. 이러한 단위 전극 셀들 각각은 하나의 독립적인 전기이중층 커패시터 셀일 수 있으며, 상기 다층 전극 구조로는 이러한 셀이 복수개가 배치되는 형태로 제공될 수 있다.Meanwhile, the
상기 음극(112)과 상기 양극(114)은 상기 단위 전극 셀들에 공통으로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 음극(112)의 음극 집전체는 일 방향으로 긴 띠 형상을 가지어, 상기 단위 전극 셀들 모두에 걸쳐 배치될 수 있다. 이에 더하여, 상기 음극(114)의 양극 집전체는 상기 단위 전극 셀들에 모두 걸쳐 배치되도록 긴 띠 형상을 갖고, 상기 음극 집전체와 일부 영역이 서로 중첩되도록 하면서 교대로 접어 올려져 상기 음극 집전체와 함께 상기 다층 전극 구조를 이루도록 제공될 수 있다. 이러한 구조의 전극 구조물(110)은 복수의 단위 전극 셀들을 하나의 에너지 저장 장치(100) 내에 구현하되, 상기 단위 전극 셀들 각각에 배치되는 음극(112)과 양극(114) 각각은 하나의 집전체를 공통으로 사용하도록 제공된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 전극 구조물(110)의 내부 저항이 크게 감소됨으로써, 에너지 저장 장치(100)의 출력 특성이 크게 향상될 수 있다.The
또한, 상기 음극(112)과 상기 양극(114)은 상기 외장 케이스(120)에 직접 접합되어 내부 저항을 더욱 감소시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 음극(112)의 음극 집전체는 상기 외장 케이스(120)의 제1 케이스(122)에 면 접촉하며, 이때 상기 음극 집전체와 상기 제1 케이스(122)는 용접 방식으로 직접 접합되어 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 대체로 동일한 방식으로서, 상기 양극 집전체는 상기 제2 케이스(124)와 면 접촉하며, 상기 양극 집전체와 상기 제2 케이스(122)는 용접 방식으로 직접 접합되어 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 별도의 리드(lead)를 사용하여 집전체와 케이스를 전기적으로 연결시키는 구조에 비해, 상기 집전체들 상기 외장 케이스(120) 간의 전기 저항을 크게 줄일 수 있다. 이 경우, 전극 구조물(110)과 외장 케이스(120) 간의 전기적 접속 저항을 크게 감소시킴으로써, 에너지 저장 장치(100)의 출력 특성이 크게 향상될 수 있다.
In addition, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치(100)는 상기 외장 케이스(120)에 내장되고, 복수의 단위 전극 셀들이 적층된 다층 전극 구조를 갖는 전극 구조물(110)을 구비하되, 상기 단위 전극 셀들 각각은 분리막(116)을 사이에 두고 서로 이격된 한 쌍의 음극(112) 및 양극(114)을 가지고, 상기 음극(112)과 상기 양극(114)들은 상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되어 상기 단위 전극 셀들에 공통으로 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 음극(112)과 상기 양극(114) 각각은 하나의 집전체로서 복수의 단위 전극 셀들을 구현하므로, 단위 전극 셀들 각각에 독립적인 집전체를 구비하는 경우에 비해, 내부 전극의 전기 저항을 크게 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 케이스 내부에서, 분리막을 사이에 두고 서로 이격되어 배치된 전극들 등으로 이루어진 단위 전극 셀들을 갖는 전극 구조물을 구비하되, 상기 전극들 각각은 띠 형상으로 제공되어 상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되어 상기 단위 전극 셀들에 공통으로 사용되는 집전체를 구비하므로, 단위 전극 셀들 마다 독립적인 집전체를 구비하는 경우에 비해, 전극 구조물의 전기 저항을 감소시켜 출력 특성을 대략 수백 mA 이상으로 향상시킨 구조를 가질 수 있다.As described above, the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치(100)는 서로 조립되어 전극 배치 공간을 제공하는 제1 케이스(122)와 제2 케이스(124)를 갖는 외장 케이스(120) 및 상기 전극 배치 공간에 구비된 전극 구조물(110)을 구비하되, 상기 전극 구조물(110)은 복수의 단위 전극 셀들이 적층된 다층 전극 구조를 가지고, 상기 단위 전극 셀들 각각에 구비된 상기 음극(112)은 상기 제1 케이스(122)에 면 접촉되어 용접 방식으로 접합되고, 상기 양극(114)은 상기 제2 케이스(124)에 면 접촉되어 용접 방식으로 접합될 수 있다. 이 경우, 리드(lead)를 사용하여 집전체와 케이스를 전기적으로 연결하는 경우에 비해, 전극들과 케이스 간의 전기 저항을 크게 낮출 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 외장 케이스 내에 배치되는 전극 구조물을 구비하되, 상기 전극 구조물의 전극들은 상기 외장 케이스에 면 접촉하여 용접 방식으로 직접 접합되어 전기적으로 연결되므로, 리드(lead)를 사용하여 전극과 케이스를 전기적으로 연결하는 경우에 비해, 내부 전기 저항을 낮추어 출력 특성을 대략 수백 mA 이상으로 향상시킨 구조를 가질 수 있다.
The
이하, 본 발명의 실시에에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 살펴본 에너지 저장 장치(100)에 대해 중복되는 내용들은 생략하거나 간소화될 수 있다.Hereinafter, a method of manufacturing an energy storage device according to an embodiment of the present invention will be described in detail. Here, the redundant contents of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법을 보여주는 순서도이고, 도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an energy storage device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5A to 5F are views for explaining a manufacturing process of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5a를 참조하면, 제1 및 제2 금속 포일들(111, 113)을 준비할 수 있다(S110). 상기 제1 및 제2 금속 포일들(111, 113) 각각은 대체로 일 방향으로 긴 띠 형상으로 제공될 수 있다. 상기 제1 금속 포일(111)은 음극 집전체 제조를 위한 것일 수 있고, 상기 제2 금속 포일(113)은 양극 집전체 제조를 위한 것일 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속 포일들(111, 113)은 구리(Copper), 니켈(Nickel), 알루미늄(Aluminum), 그리고 스테인레스 스틸(stanless steel) 중에서 선택된 금속 포일(metal foil)이 사용될 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5A, first and second metal foils 111 and 113 may be prepared (S110). Each of the first and second metal foils 111 and 113 may be provided in a generally long strip shape in one direction. The
도 4 및 도 5b를 참조하면, 제1 및 제2 금속 포일들(111, 113)을 가공하고, 활물질층을 형성하여 음극 및 양극(112, 114)을 제조할 수 있다(S120). 상기 제1 금속 포일(111)을 가공하는 단계는 도 3a에 도시된 직사각형의 제1 금속 포일(111)이 얇은 코인들이 일렬로 연결된 형태가 되도록, 상기 제1 금속 포일(111)을 타발하여 음극 집전체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 상기 제2 금속 포일(113)을 타발하는 단계는 도 3a에 도시된 제2 금속 포일(113)을 타발하여 얇은 코인들이 일렬로 연결된 형태의 양극 집전체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 음극 및 상기 양극 집전체들의 일 표면에 소정의 활물질을 코팅하여, 상기 음극 및 양극 집전체들 각각에 활물질층을 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 일 표면에 음극 활물질층이 코팅된 음극 집전체를 갖는 음극(112) 및 일 표면에 양극 활물질층이 코팅된 양극 집전체를 갖는 양극(114)이 제조될 수 있다. Referring to FIGS. 4 and 5B, the first and second metal foils 111 and 113 may be processed and an active material layer may be formed to produce a cathode and an
도 4 및 도 5c 내지 도 5e를 참조하면, 음극(112)과 양극(114)을 교대로 접어 올려 다층 전극 구조의 전극 구조물(110)을 제조할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 분리막(116)을 사이에 두고 상기 음극(112)과 상기 양극(114)의 단일 코인 부분이 서로 중첩되도록 배치시킬 수 있다. 그리고, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 음극(112)과 상기 양극(114)의 코인 부분들이 서로 중첩되도록, 서로 접어 올려 갈 수 있다. 이때, 상기 음극(112)과 상기 양극(114) 사이에는 코인 형상의 분리막(116)이 개재될 수 있다. 이러한 방식으로 상기 음극(112)과 상기 양극(114)을 접어 올려가면서, 도 5e에 도시된 전극 구조물(110)을 제조할 수 있다. 이때, 상기 음극(112)과 상기 양극(114)은 각각의 활물질층이 상기 분리막(116)을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 즉, 음극 활물질층은 음극 집전체의 일면에 형성되고, 양극 활물질층은 양극 집전체의 일면에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 분리막(116)을 사이에 두고, 상기 음극 활물질층과 상기 양극 활물질층이 서로 마주보도록 상기 음극(112)과 상기 양극(114)이 서로 배치될 수 있다. Referring to FIGS. 4 and 5C to 5E, the
상기와 같은 방법으로 제조된 전극 구조물(110)은 상기 음극(112)과 상기 양극(114)이 상기 분리막(116)을 개재하여 복수의 에너지 저장 셀들의 적층 구조를 이루되, 상기 음극(112)과 상기 양극(114)은 각각 하나의 집전체를 상기 셀들 모두에 걸쳐 공통으로 사용될 수 있다. 즉, 상기 음극 집전체와 상기 양극 집전체는 상기 에너지 저장 셀들에 모두 걸쳐 배치되어, 상기 음극(112)과 상기 양극(114)이 상기 셀들 모두에 공통 전극으로서 사용되도록 제공될 수 있다.The
도 4 및 도 3f를 참조하면, 전극 구조물(110)을 외장 케이스(120)에 내장시킬 수 있다(S140). 보다 구체적으로, 앞서 도 5c 내지 도 5e를 참조하여 설명하여 제조된 전극 구조물(110)을 제1 케이스(122) 상에 배치할 수 있다. 그리고, 상기 제1 케이스(122)에 제2 케이스(124)를 조립함으로써, 상기 전극 구조물(110)을 상기 외장 케이스(120)에 내장시킬 수 있다. 이때, 상기 제1 케이스(122)와 상기 음극(112)은 용접 방식으로 직접 접합되고, 상기 제2 케이스(124)와 상기 양극(114)은 용접 방식으로 집적 접합시킬 수 있다. 이 경우, 상기 전극 구조물(110)과 상기 외장 케이스(120) 간의 접속 저항을 크게 줄일 수 있다.
Referring to FIGS. 4 and 3F, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치(100)의 제조 방법은 긴 띠 형상의 집전체들을 이용하여 음극(112)과 양극(114)을 제조하고, 상기 음극(112)과 상기 양극(114)을 분리막(116)을 개재하여 교대로 접어 올려 다층 전극 구조의 전극 구조물(110)을 제조한 후, 이를 외장 케이스(120)에 내장시켜 코인형 전기이중층 커패시터를 제조할 수 있다. 이 경우, 상기 음극(112)과 상기 양극(114) 각각을 하나의 집전체를 공통으로 사용하면서, 복수의 에너지 저장 셀들을 갖는 전극 구조물(110)을 제조할 수 있어, 전극 구조물(110)의 전기 저항을 크게 낮출 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법은 전극들 각각이 띠 형상을 갖는 집전체로 제공되어 전극들이 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되어 상기 단위 전극 셀들에 공통으로 사용된 구조의 전극 구조물을 제조할 수 있어, 전극 구조물의 전기 저항을 감소시켜 출력 특성을 대략 수백 mA 이상으로 향상시킨 구조의 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.As described above, in the method of manufacturing the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법은 전극 구조물(110)을 외장 케이스(120)에 직접 용접 방식으로 접합시켜 전기적으로 연결시키므로, 리드(lead)를 사용하여 집전체와 케이스를 전기적으로 연결하는 경우에 비해, 전극들과 케이스 간의 전기 저항을 크게 낮출 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 에너지 저장 장치의 제조 방법은 전극 구조물이 외장 케이스에 면 접촉하여 용접 방식으로 직접 접합시키므로, 리드(lead)를 사용하여 전극과 케이스를 전기적으로 연결시키는 경우에 비해, 내부 전기 저항을 낮추어 출력 특성을 대략 수백 mA 이상으로 향상시킨 구조의 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
In the method of manufacturing an energy storage device according to an embodiment of the present invention, the
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
The foregoing detailed description is illustrative of the present invention. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation only as the same may be varied in scope or effect. Changes or modifications are possible within the scope. The foregoing embodiments are intended to illustrate the best mode contemplated for carrying out the invention and are not intended to limit the scope of the invention to those skilled in the art that are intended to encompass other modes of operation known in the art for utilizing other inventions such as the present invention, Various changes are possible. Accordingly, the foregoing description of the invention is not intended to limit the invention to the precise embodiments disclosed. It is also to be understood that the appended claims are intended to cover such other embodiments.
100 : 에너지 저장 장치
110 : 전극 구조물
111 : 음극 집전체
112 : 음극
113 : 양극 집전체
114 : 양극
116 : 분리막
120 : 케이스
122 : 제1 케이스
124 : 제2 케이스100: Energy storage device
110: Electrode Structure
111: cathode collector
112: cathode
113: positive current collector
114: anode
116: Membrane
120: Case
122: first case
124: Second case
Claims (12)
상기 외장 케이스에 내장되고, 복수의 단위 전극 셀들이 적층된 다층 전극 구조를 갖는 전극 구조물을 포함하되,
상기 단위 전극 셀들 각각은 분리막을 사이에 두고 서로 이격된 한 쌍의 전극들을 가지고,
상기 전극들은 상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되어 상기 단위 전극 셀들에 공통으로 사용되는 집전체를 갖는 에너지 저장 장치.An outer case; And
And an electrode structure having a multilayered electrode structure in which a plurality of unit electrode cells are stacked,
Each of the unit electrode cells has a pair of electrodes spaced apart from each other with a separator interposed therebetween,
Wherein the electrodes are disposed over the unit electrode cells and have collectors commonly used in the unit electrode cells.
상기 전극들은:
상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되도록 띠 형상을 갖는 음극 집전체; 및
상기 단위 전극 셀들에 걸쳐 배치되도록 띠 형상을 갖고, 상기 음극 집전체와 교대로 접어 올려져 상기 음극 집전체와 함께 상기 다층 전극 구조를 이루는 양극 집전체를 포함하는 에너지 저장 장치.The method according to claim 1,
The electrodes include:
A negative electrode collector having a strip shape so as to be disposed over the unit electrode cells; And
And a cathode current collector having a strip shape disposed over the unit electrode cells and folded alternately with the anode current collector to form the multi-layered electrode structure together with the anode current collector.
상기 한 쌍의 전극들 각각의 일 표면에는 활물질층이 형성되고,
상기 전극들은 상기 활물질층이 서로 마주보도록 배치되는 에너지 저장 장치.The method according to claim 1,
An active material layer is formed on one surface of each of the pair of electrodes,
Wherein the electrodes are disposed such that the active material layers face each other.
상기 케이스는:
마이너스 전원과 연결되는 제1 케이스; 및
플러스 전원과 연결되며, 상기 제1 케이스와 조립되어 상기 케이스를 이루는 제2 케이스를 포함하고,
상기 전극들은:
상기 제1 케이스와 면 접촉하여 전기적으로 연결된 음극 집전체; 및
상기 제2 케이스와 면 접촉하여 전기적으로 연결된 양극 집전체를 포함하는 에너지 저장 장치.The method according to claim 1,
Said case comprising:
A first case connected to a negative power source; And
And a second case connected to the positive power source and assembled with the first case to form the case,
The electrodes include:
An anode current collector electrically connected to the first case in a surface contact manner; And
And a cathode current collector electrically connected to the second case in a surface contact manner.
상기 제1 케이스와 상기 음극 집전체는 용접 방식으로 접합된 에너지 저장 장치.5. The method of claim 4,
And the first case and the negative electrode collector are welded together.
상기 제2 케이스와 상기 양극 집전체는 용접 방식으로 접합된 에너지 저장 장치.5. The method of claim 4,
And the second case and the positive electrode current collector are welded together.
상기 단위 전극 셀들 각각에 배치된 집전체는 코인 형상을 갖고,
상기 에너지 저장 장치는 수백 mA 이상의 출력을 발휘하는 코인형 전기이중층 커패시터인 에너지 저장 장치.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The current collectors disposed in each of the unit electrode cells have a coin shape,
Wherein the energy storage device is a coin-type electric double layer capacitor exhibiting an output of several hundreds mA or more.
분리막을 사이에 두고, 상기 집전체들의 일부가 중첩되도록 하여 상기 집전체들을 교대로 접어 올려, 다층 전극 구조의 전극 구조물을 제조하는 단계; 및
상기 전극 구조물을 케이스에 내장시키는 단계를 포함하는 에너지 저장 장치의 제조 방법.Preparing current collectors having a long strip shape;
Stacking the current collectors such that a part of the current collectors are overlapped with each other with a separator interposed therebetween to manufacture an electrode structure having a multilayered electrode structure; And
And embedding the electrode structure in a case.
상기 집전체들을 준비하는 단계는:
긴 띠 형상의 금속 포일을 준비하는 단계; 및
상기 금속 포일이 복수의 코인들이 일렬로 배치되는 형상을 갖도록 상기 금속 포일을 타발하는 단계를 포함하는 에너지 저장 장치의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Preparing the current collectors comprises:
Preparing a long strip-shaped metal foil; And
And the metal foil has a shape in which a plurality of coins are arranged in a line.
상기 전극 구조물을 케이스에 내장시키는 단계는 상기 집전체들 각각을 상기 케이스에 직접 면 접촉하여 전기적으로 연결시키는 단계를 포함하는 에너지 저장 장치의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of embedding the electrode structure in the case includes a step of directly connecting each of the current collectors to the case so as to electrically connect them.
상기 전극 구조물을 케이스에 내장시키는 단계는 상기 집전체들 각각을 상기 케이스에 직접 용접 방식으로 접합시키는 단계를 포함하는 에너지 저장 장치의 제조 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of embedding the electrode structure in the case comprises the step of directly welding each of the current collectors to the case by welding.
상기 에너지 저장 장치의 제조 방법은 수백 mA 이상의 출력을 발휘하는 코인형 전기이중층 커패시터를 제조하는 단계를 포함하는 에너지 저장 장치의 제조 방법.
The method according to any one of claims 8 to 11,
Wherein the method of fabricating the energy storage device comprises fabricating a coin-shaped electric double layer capacitor exhibiting an output of several hundreds of mA or more.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130077820A KR20150004614A (en) | 2013-07-03 | 2013-07-03 | Energy storage device and method for manufacturing the same |
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KR1020130077820A KR20150004614A (en) | 2013-07-03 | 2013-07-03 | Energy storage device and method for manufacturing the same |
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ID=52476753
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KR (1) | KR20150004614A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11721494B2 (en) | 2017-02-20 | 2023-08-08 | The Research Foundation For The State University Of New York | Multi-cell multi-layer high voltage supercapacitor apparatus including graphene electrodes |
-
2013
- 2013-07-03 KR KR1020130077820A patent/KR20150004614A/en not_active Application Discontinuation
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