WO2005010458A2 - Electrochemical double-layer capacitor, method for the production thereof and apparatus provided with said double-layer capacitor - Google Patents

Electrochemical double-layer capacitor, method for the production thereof and apparatus provided with said double-layer capacitor Download PDF

Info

Publication number
WO2005010458A2
WO2005010458A2 PCT/EP2004/007953 EP2004007953W WO2005010458A2 WO 2005010458 A2 WO2005010458 A2 WO 2005010458A2 EP 2004007953 W EP2004007953 W EP 2004007953W WO 2005010458 A2 WO2005010458 A2 WO 2005010458A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
double
layer capacitor
capacitor according
energy storage
electrodes
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/007953
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2005010458A3 (en
Inventor
Edith Sibylle Carl
Alexander Hahn
Barbara Schricker
Manfred Waidhas
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP04741089A priority Critical patent/EP1647039A2/en
Publication of WO2005010458A2 publication Critical patent/WO2005010458A2/en
Publication of WO2005010458A3 publication Critical patent/WO2005010458A3/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Definitions

  • Electrochemical double layer capacitor method for its production and device with such a double layer capacitor
  • the invention relates to an electrochemical double-layer capacitor with cathode and anode as an energy storage element made up of electrodes arranged opposite one another and electrolyte located between them.
  • the invention also relates to associated methods for producing such double-layer capacitors and to an apparatus with such a double-layer capacitor.
  • Double-layer capacitors are used for energy storage and in particular for the temporary power supply (“back-up”) of devices operated with electrical energy in various fields of technology.
  • Such capacitors are known in many forms.
  • a wound electrode arrangement is used as a compact component for high-current applications based on what the known capacitors are optimized.
  • the known double-layer capacitors are not suitable for SMD technology, for disposable applications in medical technology or for systems which require particularly efficient use of space or adaptation.
  • the double-layer capacitor according to the invention is constructed as an energy storage element using thin-film technology, with an overall thickness of the element of less than 1 mm being achievable with an electrode thickness between 5 and 500 ⁇ m.
  • Elements can be placed directly in a housing or on the inside of a device to be supplied. Encapsulation in a separate housing is unnecessary for the energy storage according to the invention.
  • the new double layer capacitor is shape-free, i.e. it can be brought into almost any shape.
  • a double-layer capacitor is in particular also capable of being contoured, so that it can be adapted to the contour of any device wall. This applies, for example, to an inner ear hearing aid with an outer contour adapted to the ear canal or to the inner wall of a cell phone.
  • such a device has, in addition to the interchangeable unit for current / voltage supply arranged in the housing, a double-layer capacitor according to the invention as a “backup” energy storage element using thin-film technology in a wall of the housing.
  • FIG. 1 shows a double-layer capacitor using thin-film technology, which is introduced into a housing of a device to be supplied,
  • FIG. 2 shows a double-layer capacitor corresponding to FIG. 1, which is integrated directly into the housing wall of a device
  • Figure 3 shows a bipolar double-layer capacitor in a two-line structure
  • Figures 4 and 5 alternatives for contacting or current arrester Figure 6 shows the side view of a double-layer capacitor in a stepped arrangement
  • FIG. 7 shows the shape-adapted arrangement of a double-layer capacitor in a cell phone shell with an associated cutout VIII in FIG. 8.
  • Such a housing can in particular be a cell phone shell or the like.
  • a cathode 3, an electrolyte 4 and an anode 5 are arranged in a layered arrangement in the housing 1 between two current collectors 2, 2 '.
  • a separator can additionally be assigned to the electrolyte in FIGS. 1 and 2.
  • the double-layer capacitor described in this way is located in the housing 1.
  • the double-layer capacitor is mounted flush in the surface or wall of the housing and sealed with a cover film 6 or the like.
  • the electrodes 3 are designed as thin layers, for example with a thickness of 50 ⁇ m.
  • the thickness should generally be between 10 and 100 ⁇ m.
  • the broadest possible range is from 5 to 500 ⁇ m.
  • double-layer capacitors are formed, in which the thickness of the entire component can advantageously be less than 1 mm and preferably between 70 and 700 ⁇ m.
  • the thin to ultra-thin structure of the double layer capacitor means that only a small amount of material is required. This results in simple and inexpensive manufacture of the double-layer capacitor. Double-layer capacitors constructed in this way are suitable for disposable applications.
  • the double-layer capacitors described with reference to FIGS. 1 and 2 can be used in particular in decentralized devices for their two-part power supply.
  • the double-layer capacitor in the device shell of a cell phone, in which the double-layer capacitor is used for the so-called “back-up” supply when the batteries are replaced
  • Electrolyte meet certain conditions.
  • the electrolyte can have protic properties.
  • Electrolyte can also have aprotic properties.
  • the electrolyte is usually aqueous.
  • FIG. 3 shows an arrangement which has a bipolar structure with two cells in accordance with FIGS. 1 or 2. Starting from a central current collector 2, a cathode 3 is applied on the underside and an anode 5 on the top. An electrolyte layer 4 is located on the free side of the cathode 3 and the anode 4. The counter electrodes, ie the cathode 3 above and the anode 5 below, are respectively applied to the two electrolyte layers 4. The layer structure is in turn completed by external current collectors 2 *.
  • the bipolar arrangement according to FIG. 3 gives the possibility of connecting double-layer capacitors in series.
  • the number n of cells can be n> 2.
  • FIGS. 4 and 5 each show the layer structure in perspective, the corresponding layer composite resulting from the collectors 2, cathode 3 and anode 5 with the electrolyte 4.
  • a contact 7 with current arrester is attached to the opposite edges in a diagonal arrangement.
  • the current arresters can be attached over the entire width of the current collector 2 or the electrodes 3 or 5 or only at their opposite corners.
  • FIG. 6 shows a double-layer capacitor which consists of individual elements corresponding to FIGS. 1 or 2, but the electrodes are strip-shaped. This results in a bipolar structure again in some areas.
  • a construction requires a reduced overall thickness for a two-line arrangement according to FIG. 3 or an arrangement with significantly more cells than in a conventional construction.
  • FIG. 7 shows a cell phone 10 with the detail of a cell phone shell 11.
  • the cell phone has a rechargeable battery (AKKU) for power supply, which usually has a long service life.
  • AKKU rechargeable battery
  • an ultra-thin double-layer capacitor 12 is introduced into the wall of the cell phone shell 11 as an electrochemical energy storage element with a structure corresponding to that described above in detail. Since the double layer capacitor 12 described is variable in shape and capable of contouring as an energy storage element, the available space or the area in the cell phone shell 11 can be used optimally.
  • the shape of the double-layer capacitor 12 according to the invention can be adapted to any contours.
  • a similar space-saving arrangement of the double-layer capacitor described above is possible in the case of miniaturized “inner-ear” hearing aids in which the housing and its surface contour have a complex shape.
  • the electrodes and / or the current collector and / or the electrolyte can be produced with a screen printing process or onto the base such as a housing, printed circuit board, circuit board or the like. , are applied. It is also possible to produce the electrodes and / or the current collectors and / or the electrolyte in a spraying process. If necessary, this can be done with a modified ink jet printer. Furthermore, it is possible for the electrodes and / or the current collectors and / or the electrolyte to be printed by printing processes such as pad printing or the like. , by dipping or by slip casting.
  • the described method can also be used to generate double-layer capacitors for SMD technology inline.
  • space-saving double-layer capacitors can be integrated as energy storage elements in thin-film technology on any surface of housings.

Abstract

Normally, double-layer capacitors consist of a cathode and an anode as an energy storage element with electrodes, facing each other, and an electrolyte placed in between. According to the invention, a double-layer capacitor is designed as a thin-layer element, whereby the thickness of the electrodes amounts to 5-500 µm, so that a total thickness of the element of less than 1 mm may be obtained. The energy storage element can be directly installed in a housing (1), or on a housing wall of an apparatus to be supplied with energy, in particular, a mobile phone (10), whereby a double-layer capacitor (12) is integrated in a mobile phone shell (11) as a back-up energy storage element.

Description

B e s ehre i bungPractice
Elektrochemischer Doppelschichtkondensator, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Gerät mit einem derartigen Doppel- schichtkondensatorElectrochemical double layer capacitor, method for its production and device with such a double layer capacitor
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrochemischen Doppelschichtkondensator mit Kathode und Anode als Energiespeicherelement aus einander gegenüber angeordneten Elektroden und dazwischen befindlichem Elektrolyten. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf zugehörige Verfahren zur Herstellung derartiger Doppelschichtkondensatoren sowie auf ein Gerät mit einem derartigen Doppelschichtkondensator.The invention relates to an electrochemical double-layer capacitor with cathode and anode as an energy storage element made up of electrodes arranged opposite one another and electrolyte located between them. In addition, the invention also relates to associated methods for producing such double-layer capacitors and to an apparatus with such a double-layer capacitor.
Doppelschichtkondensatoren dienen zur Energiespeicherung und insbesondere zur vorübergehenden Stromversorgung („Back-up") von mit elektrischer Energie betriebenen Geräten auf unterschiedlichen Gebieten der Technik. Solche Kondensatoren sind in vielerlei Ausbildung bekannt. Im Allgemeinen wird von ei- ner gewickelten Elektrodenanordnung als kompaktes Bauelement für Hochstromanwendungen ausgegangen, worauf die bekannten Kondensatoren optimiert sind.Double-layer capacitors are used for energy storage and in particular for the temporary power supply (“back-up”) of devices operated with electrical energy in various fields of technology. Such capacitors are known in many forms. In general, a wound electrode arrangement is used as a compact component for high-current applications based on what the known capacitors are optimized.
Die bekannten Doppelschichtkondensatoren sind aber nicht ge- eignet für die SMD-Technologie, für Disposable-Anwendungen in der Medizintechnik oder für Systeme, die eine besonders effiziente Raumnutzung bzw. Raumanpassung erfordern.However, the known double-layer capacitors are not suitable for SMD technology, for disposable applications in medical technology or for systems which require particularly efficient use of space or adaptation.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, verbesserte Doppel- Schichtkondensatoren zu schaffen, die sich für unterschiedlicheBased on this, it is an object of the invention to provide improved double-layer capacitors which are suitable for different
Anwendungen einsetzen lassen. Daneben sollen zugehörige Herstellungsverfahren und ein Gerät zur Verwendung derartiger Doppelschichtkondensatoren angegeben werden.Let applications be used. In addition, associated manufacturing processes and a device for using such double-layer capacitors are to be specified.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Zugehörige Herstellungsverfahren für einen solchen Doppelschichtkondensator sind in den Ansprüchen 15, 16 und 18 angegeben. Weiterbildungen des Doppelschichtkondensators bzw. des zugehörigen Herstellungsverfahrens sind Gegenstand der jeweiligen unterschiedlichen Unteransprüche. Ein Gerät mit einem derartigen Doppelschichtkondensator ist im Anspruch 19 angegeben.The object is achieved by the features of claim 1. Associated manufacturing methods for such a double layer capacitor are in the claims 15, 16 and 18. Further developments of the double-layer capacitor or the associated production method are the subject of the respective different subclaims. A device with such a double layer capacitor is specified in claim 19.
Der erfindungsgemäße Doppelschichtkondensator ist als Energiespeicherelement in Dünnschichttechnik aufgebaut, wobei sich bei einer Elektrodendicke zwischen 5 und 500 μm eine Ge- samtdicke des Elementes unter 1 mm erreichen lässt. SolcheThe double-layer capacitor according to the invention is constructed as an energy storage element using thin-film technology, with an overall thickness of the element of less than 1 mm being achievable with an electrode thickness between 5 and 500 μm. Such
Elemente können direkt in ein Gehäuse oder an eine Gehäuseinnenseite eines zu versorgenden Gerätes eingebracht sein. Eine Verkapselung in einem eigenen Gehäuse ist für das erfindungsgemäße Energiespeichern unnötig.Elements can be placed directly in a housing or on the inside of a device to be supplied. Encapsulation in a separate housing is unnecessary for the energy storage according to the invention.
Insbesondere dadurch, dass kein eigenes Gehäuse notwendig ist, werden die Nachteile von bekannten Doppelschichtkondensatoren vermieden. Durch die besondere Struktur der Elektroden und deren Anordnung ist in vorteilhafter Weise ein Platz sparender Aufbau des Doppelschichtkondensator möglich.In particular, since no separate housing is necessary, the disadvantages of known double-layer capacitors are avoided. Due to the special structure of the electrodes and their arrangement, a space-saving construction of the double-layer capacitor is advantageously possible.
Der neue Doppelschichtkondensator ist formfrei, d.h. er kann in nahezu beliebige Form gebracht werden. Ein solcher Doppel - Schichtkondensator ist insbesondere auch konturfähig, so dass er an die Kontur einer beliebigen Gerätewandung anpassbar ist. Dies gilt beispielsweise für ein Innenohr-Hörgerät mit an den Gehörgang angepasster Außenkontur oder aber für die Innenwandung eines Handys. Ein derartige Gerät hat erfindungsgemäß neben der im Gehäuse angeordneten, austauschbaren Einheit zur Strom-/Spannungsversorgung einen erfindungsgemäßen Doppelschichtkondensator als „Backup" -Energiespeicherelement in Dünnschichttechnik in einer Wandung des Gehäuses .The new double layer capacitor is shape-free, i.e. it can be brought into almost any shape. Such a double-layer capacitor is in particular also capable of being contoured, so that it can be adapted to the contour of any device wall. This applies, for example, to an inner ear hearing aid with an outer contour adapted to the ear canal or to the inner wall of a cell phone. According to the invention, such a device has, in addition to the interchangeable unit for current / voltage supply arranged in the housing, a double-layer capacitor according to the invention as a “backup” energy storage element using thin-film technology in a wall of the housing.
Aufgrund des Aufbaus des Doppelschichtkondensators in Dünn- schichttechnik sind gängige Beschichtungsmethoden zu dessen Herstellung geeignet. Diese geeigneten Beschichtungsmethoden für die Elektroden und den Elektrolyten ermöglichen eine ra- tionelle und kostengünstige Produktion in industriellen Massenfertigungen, wie sie insbesondere für sogenannte Disposable-Anwendungen Voraussetzung sind.Due to the construction of the double-layer capacitor in thin-film technology, common coating methods are suitable for its production. These suitable coating methods for the electrodes and the electrolyte enable rapid tional and cost-effective production in industrial mass production, as they are particularly necessary for so-called disposable applications.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention result from the following description of the figures of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with further subclaims. Show it
Figur 1 einen Doppelschichtkondensator in Dünnschichttechnik, der in ein Gehäuse eines zu versorgenden Gerätes eingebracht ist,1 shows a double-layer capacitor using thin-film technology, which is introduced into a housing of a device to be supplied,
Figur 2 einen Doppelschichtkondensator entsprechend Figur 1, der unmittelbar in die Gehäusewandung eines Gerätes integriert ist,FIG. 2 shows a double-layer capacitor corresponding to FIG. 1, which is integrated directly into the housing wall of a device,
Figur 3 einen bipolaren Doppelschichtkondensator in zweizeiligem Aufbau, dieFigure 3 shows a bipolar double-layer capacitor in a two-line structure, the
Figuren 4 und 5 Alternativen für die Kontaktierung bzw. Stromableiter, Figur 6 die Seitenansicht eines Doppelschichtkondensators in gestufter Anordnung undFigures 4 and 5 alternatives for contacting or current arrester, Figure 6 shows the side view of a double-layer capacitor in a stepped arrangement and
Figur 7 die formangepasste Anordnung eines Doppelschichtkondensators in einer Handyschale mit einem zugehörigen Ausschnitt VIII in Figur 8.FIG. 7 shows the shape-adapted arrangement of a double-layer capacitor in a cell phone shell with an associated cutout VIII in FIG. 8.
Gleichwirkende Einheiten haben in den Figuren gleiche Bezugs- zeichen. Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrieben.Units with the same effect have the same reference symbols in the figures. The figures are partially described below together.
In den Figuren 1 und 2 bedeutet 1 ein vorhandenes Gehäuse.In Figures 1 and 2, 1 means an existing housing.
Ein solches Gehäuse kann insbesondere eine Handy-Schale oder dergleichen sein. Im Gehäuse 1 sind in geschichteter Anordnung zwischen zwei Stromkollektoren 2, 2' eine Kathode 3, ein Elektrolyt 4 und eine Anode 5 angeordnet.Such a housing can in particular be a cell phone shell or the like. A cathode 3, an electrolyte 4 and an anode 5 are arranged in a layered arrangement in the housing 1 between two current collectors 2, 2 '.
Dem Elektrolyten in den Figuren 1 und 2 kann zusätzlich ein in den Figuren nicht dargestellter Separator zugeordnet sein. In der Figur 1 befindet sich der so beschriebene Doppelschichtkondensator im Gehäuse 1. In Figur 2 ist dagegen der Doppelschichtkondensator bündig in der Oberfläche bzw. Wan- düng des Gehäuses angebracht und mit einer Deckfolie 6 oder dergleichen versiegelt.A separator, not shown in the figures, can additionally be assigned to the electrolyte in FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, the double-layer capacitor described in this way is located in the housing 1. In FIG. 2, however, the double-layer capacitor is mounted flush in the surface or wall of the housing and sealed with a cover film 6 or the like.
Bei der Anordnung gemäß den Figuren 1 oder 2 sind die Elektroden 3 als dünne Schichten, beispielsweise mit einer Dicke von 50 μm, ausgebildet. Die Dicke sollte im Allgemeinen zwischen 10 und 100 μm betragen. Als weitestgehender Bereich kommen Schichtdicken von 5 bis 500 μm in Frage. Mit einer solchen Dimensionierung werden Doppelschichtkondensatoren gebildet, bei denen die Dicke des gesamten Bauteils vorteil- hafterweise kleiner als 1 mm und vorzugsweise zwischen 70 und 700 μm betragen kann.In the arrangement according to FIGS. 1 or 2, the electrodes 3 are designed as thin layers, for example with a thickness of 50 μm. The thickness should generally be between 10 and 100 μm. The broadest possible range is from 5 to 500 μm. With such a dimensioning, double-layer capacitors are formed, in which the thickness of the entire component can advantageously be less than 1 mm and preferably between 70 and 700 μm.
Durch den dünnen bis ultradünnen Aufbau des Doppelschichtkondensators ist nur ein geringer Materialeinsatz notwendig. Da- durch ergibt sich eine einfache und kostengünstige Herstellung des Doppelschichtkondensators. Solchermaßen aufgebaute Doppelschichtkondensatoren eignen sich für Disposable-An- wendunge .The thin to ultra-thin structure of the double layer capacitor means that only a small amount of material is required. This results in simple and inexpensive manufacture of the double-layer capacitor. Double-layer capacitors constructed in this way are suitable for disposable applications.
Die anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Doppelschichtkondensatoren können insbesondere in dezentralen Geräten zu deren zweiteiliger Stromversorgung dienen. Es ist beispielsweise eine Anordnung des Doppelschichtkondensators in der Geräteschale eines Handys möglich, bei dem der Doppelschicht- kondensator beim Wechseln der Akkus zur sog. „Back-up"-Versorgung dientThe double-layer capacitors described with reference to FIGS. 1 and 2 can be used in particular in decentralized devices for their two-part power supply. For example, it is possible to arrange the double-layer capacitor in the device shell of a cell phone, in which the double-layer capacitor is used for the so-called “back-up” supply when the batteries are replaced
Zur Funktionsweise des Doppelschichtkondensators muss derTo operate the double layer capacitor, the
Elektrolyt bestimmte Bedingungen erfüllen. Beispielsweise kann der Elektrolyt protische Eigenschaften besitzen. DerElectrolyte meet certain conditions. For example, the electrolyte can have protic properties. The
Elektrolyt kann aber auch aprotische Eigenschaften haben. Dabei ist der Elektrolyt üblicherweise wässrig. In der Figur 3 ist eine Anordnung dargestellt, die einen bipolaren Aufbau mit zwei Zellen entsprechend den Figuren 1 oder 2 hat. Ausgehend von einem mittleren Stromkollektor 2 sind auf der Unterseite eine Kathode 3 und auf der Oberseite eine Anode 5 aufgebracht . Auf der freien Seite der Kathode 3 und der Anode 4 befinden sich jeweils eine Elektrolytschicht 4. Auf den beiden Elektrolytschichten 4 sind jeweils die Gegenelektroden, d.h. oben die Kathode 3 und unten die Anode 5, aufgebracht. Abgeschlossen wird die Schichtstruktur wiederum von äußeren Stromkollektoren 2 * .Electrolyte can also have aprotic properties. The electrolyte is usually aqueous. FIG. 3 shows an arrangement which has a bipolar structure with two cells in accordance with FIGS. 1 or 2. Starting from a central current collector 2, a cathode 3 is applied on the underside and an anode 5 on the top. An electrolyte layer 4 is located on the free side of the cathode 3 and the anode 4. The counter electrodes, ie the cathode 3 above and the anode 5 below, are respectively applied to the two electrolyte layers 4. The layer structure is in turn completed by external current collectors 2 *.
Durch die bipolare Anordnung entsprechend Figur 3 ergibt sich die Möglichkeit einer Reihenschaltung von Doppelschichtkon- densatoren. Dabei kann die Anzahl n der Zellen n > 2 sein.The bipolar arrangement according to FIG. 3 gives the possibility of connecting double-layer capacitors in series. The number n of cells can be n> 2.
In den Figuren 4 und 5 ist jeweils die Schichtstruktur perspektivisch dargestellt, wobei sich aus den Kollektoren 2, Kathode 3 und Anode 5 mit dem Elektrolyten 4 der entsprechen- de Schichtverbünd ergibt. An den gegenüberliegenden Kanten ist in diagonaler Anordnung eine Kontaktierung 7 mit Stromableiter angebracht . Dabei können entsprechend Figur 5 die Stromableiter über die gesamte Breite des Stromkollektors 2 bzw. der Elektroden 3 bzw. 5 angebracht sein oder aber nur an deren gegenüberliegenden Ecken. Es ist aber auch möglich, die Stromableiter 7 unmittelbar an die Elektroden, d.h. Kathode 3 und Anode 5, zu kontaktieren.FIGS. 4 and 5 each show the layer structure in perspective, the corresponding layer composite resulting from the collectors 2, cathode 3 and anode 5 with the electrolyte 4. A contact 7 with current arrester is attached to the opposite edges in a diagonal arrangement. According to FIG. 5, the current arresters can be attached over the entire width of the current collector 2 or the electrodes 3 or 5 or only at their opposite corners. However, it is also possible to connect the current conductors 7 directly to the electrodes, i.e. Contact cathode 3 and anode 5.
In Figur 6 ist ein Doppelschichtkondensator gezeigt, der aus einzelnen Elementen entsprechend den Figuren 1 oder 2 besteht, wobei die Elektroden jedoch streifenförmig sind. Dadurch ergibt sich wieder bereichsweise ein bipolarer Aufbau. Insgesamt wird durch einen solchen Aufbau für eine zweizeilige Anordnung gemäß Figur 3 oder aber eine Anordnung mit we- sentlich mehr Zellen eine verringerte Gesamtdicke als bei einem konventionellen Aufbau benötigt. Insbesondere durch die verringerte Dicke ist es möglich, ein derartiges Element mit Doppelschichtkondensator unmittelbar auf Unterlage, beispielsweise auch eine Leiterplatte, zu platzieren. Dadurch werden Einsparungen erreicht, wobei das Energiespeicherelement für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung steht .FIG. 6 shows a double-layer capacitor which consists of individual elements corresponding to FIGS. 1 or 2, but the electrodes are strip-shaped. This results in a bipolar structure again in some areas. Overall, such a construction requires a reduced overall thickness for a two-line arrangement according to FIG. 3 or an arrangement with significantly more cells than in a conventional construction. In particular due to the reduced thickness, it is possible to place such an element with a double-layer capacitor directly on a base, for example also a printed circuit board. Savings are thereby achieved, the energy storage element being available for different applications.
In Figur 7 ist ein Handy 10 mit dem Ausschnitt einer Handyschale 11 dargestellt. Zur Energieversorgung hat das Handy bekanntermaßen eine wiederaufladbare Batterie (AKKU) , die üblicherweise eine lange Lebensdauer besitzt. Beim Austausch des in Figur 7 nicht dargestellten Akkus wäre aber eine „Back-up"-Stromversorgung wünschenswert .FIG. 7 shows a cell phone 10 with the detail of a cell phone shell 11. As is known, the cell phone has a rechargeable battery (AKKU) for power supply, which usually has a long service life. When replacing the battery, not shown in Figure 7, a "back-up" power supply would be desirable.
Zu letzterem Zweck ist in die Wandung der Handy-Schale 11 ein ultradünner Doppelschichtkondensator 12 als elektrochemisches Energiespeicherelement mit einem entsprechend dem vorstehend im Einzelnen beschriebenen Aufbau eingebracht. Da der beschriebene Doppelschichtkondensator 12 als Energiespeicher- element formvariabel und konturfähig ist, kann der vorhandene Raum bzw. die Fläche in der Handy-Schale 11 optimal genutzt werden. Die Form des erfindungsgemäßen Doppelschichtkondensators 12 ist dabei an beliebige Konturen anpassbar.For the latter purpose, an ultra-thin double-layer capacitor 12 is introduced into the wall of the cell phone shell 11 as an electrochemical energy storage element with a structure corresponding to that described above in detail. Since the double layer capacitor 12 described is variable in shape and capable of contouring as an energy storage element, the available space or the area in the cell phone shell 11 can be used optimally. The shape of the double-layer capacitor 12 according to the invention can be adapted to any contours.
Eine ähnliche Platz sparende Anordnung des vorstehend beschriebenen Doppelschichtkondensators ist bei miniaturisierten „Innen-Ohr"-Hörgeräten möglich, bei dem das Gehäuse und dessen Oberflächenkontur eine komplexe Form haben.A similar space-saving arrangement of the double-layer capacitor described above is possible in the case of miniaturized “inner-ear” hearing aids in which the housing and its surface contour have a complex shape.
Zur Herstellung der beschriebenen Doppelschichtkondensatoren können die Elektroden und/oder der Stromkollektor und/oder der Elektrolyt mit einem Siebdruckverfahren erzeugt bzw. auf die Unterlage, wie einem Gehäuse, Leiterplatte, Platine od. dgl . , aufgebracht werden. Es ist auch möglich, die Elektroden und/oder die Stromkollektoren und/oder den Elektrolyten in einem Sprühverfahren herzustellen. Dies kann gegebenenfalls mit einem modifizierten Ink-Jet-Drucker durchgeführt werden. Weiterhin ist es möglich, die Elektroden und/oder die Stromkollektoren und/oder den Elektrolyten durch Druckverfahren, wie Tampondruck od. dgl . , durch Tauchverfahren oder durch Schlickergießen zu erzeugen.To produce the described double-layer capacitors, the electrodes and / or the current collector and / or the electrolyte can be produced with a screen printing process or onto the base such as a housing, printed circuit board, circuit board or the like. , are applied. It is also possible to produce the electrodes and / or the current collectors and / or the electrolyte in a spraying process. If necessary, this can be done with a modified ink jet printer. Furthermore, it is possible for the electrodes and / or the current collectors and / or the electrolyte to be printed by printing processes such as pad printing or the like. , by dipping or by slip casting.
Alle vorbezeichneten Verfahren zeichnen sich durch die Möglichkeit einer industriellen Massenfertigung aus. Es lassen sich mit geringem Materialeinsatz kostengünstig Doppelschichtkondensatoren in ultradünnem Aufbau herstellen. Außer für die bereits beschriebenen Anwendungen lassen sich solche Doppelschichtkondensatoren ggf. auch für Disposable-Anwendungen in der medizinischen Diagnostik, aber auch bei sog. ID- Tags oder andere dezentrale Anordnungen, die insbesondere kurzzeitig elektrische Energie benötigen, einsetzen.All of the aforementioned processes are characterized by the possibility of industrial mass production. It is possible to produce double-layer capacitors in an ultra-thin construction at low cost using little material. In addition to the applications already described, such double-layer capacitors can also be used for disposable applications in medical diagnostics, but also for so-called ID tags or other decentralized arrangements, which in particular require electrical energy for a short time.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann auch eine Inline-Erzeu- gung von Doppelschichtkondensatoren für die SMD-Technologie erfolgen. Es lassen sich so an beliebigen Flächen von Gehäusen Platz sparend Doppelschichtkondensatoren als Energiespei- cherelemente in Dünnschichttechnik integrieren. The described method can also be used to generate double-layer capacitors for SMD technology inline. In this way, space-saving double-layer capacitors can be integrated as energy storage elements in thin-film technology on any surface of housings.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrochemischer Doppelschichtkondensator mit Kathode und Anode als Energiespeicherelement aus einander gegenüber ange- ordneten Elektroden und dazwischen befindlichem Elektrolyten, gekennzeichnet durch einen Aufbau als Energiespeicherelement in Dünnschichttechnik, wobei die Dicke der Elektroden 5 bis 500 μm, vorzugsweise zwischen 10 und 100 μm, beträgt.1. Electrochemical double-layer capacitor with cathode and anode as an energy storage element composed of mutually opposite electrodes and electrolytes located between them, characterized by a structure as an energy storage element using thin-film technology, the thickness of the electrodes being 5 to 500 μm, preferably between 10 and 100 μm.
2. Doppelschichtkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des gesamten aus Kathode und Anode und dazwischen befindlichen Elektrolyten gebildeten Energiespeicherelementes kleiner als 1 mm, vorzugsweise zwischen 70 und 700 μm, beträgt.2. Double-layer capacitor according to claim 1, characterized in that the thickness of the entire energy storage element formed from the cathode and anode and the electrolyte located between them is less than 1 mm, preferably between 70 and 700 μm.
3. Doppelschichtkondensator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine bipolare Anordnung mit n-Zellen, wobei gilt : n > 2.3. Double-layer capacitor according to claim 1 or claim 2, characterized by a bipolar arrangement with n cells, where: n> 2.
4. Doppelschichtkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicher- Element ohne Eigenverkapselung direkt in ein Gehäuse oder an einer Gehäusewandung eines zu versorgenden Gerätes angebracht ist .4. Double-layer capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the energy storage element is attached without self-encapsulation directly in a housing or on a housing wall of a device to be supplied.
5. Doppelschichtkondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicher-Element in einem Handy zur „Back-up"-Stromversorgung dient .5. Double-layer capacitor according to claim 4, characterized in that the energy storage element is used in a cell phone for "back-up" power supply.
6. Doppelschichtkondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicher-Element in einem Hörgerät zur „Back-up"-Stromversorgung dient.6. Double-layer capacitor according to claim 4, characterized in that the energy storage element is used in a hearing aid for "back-up" power supply.
7. Doppelschichtkondensator nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kathode (3) und/oder Anode (5) im Wesentlichen aus Kohlenstoff bestehen. 7. Double-layer capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the cathode (3) and / or anode (5) consist essentially of carbon.
8. Doppelschichtkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (4) protische Eigenschaften besitzt.8. Double-layer capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte (4) has protic properties.
9. Doppelschichtkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (4) aprotische Eigenschaften besitzt.9. Double-layer capacitor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the electrolyte (4) has aprotic properties.
10. Doppelschichtkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (4) wässrig ist.10. Double-layer capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte (4) is aqueous.
11. Doppelschichtkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Elektroden (3,5) Stromkollektoren (2) diagonal kontaktiert sind.11. Double-layer capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that current collectors (2) are contacted diagonally on the electrodes (3, 5).
12. Doppelschichtkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3,5) ohne Stromkollektoren direkt kontaktiert sind.12. Double-layer capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (3,5) are contacted directly without current collectors.
13. Doppelschichtkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3,5) streifenförmig in einer Ebene aneinandergereiht sind.13. Double-layer capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (3,5) are strung together in a plane in one plane.
14. Doppelschichtkondensator nach einem der vorhergehenden14. Double layer capacitor according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische Energiespeicher-Element direkt auf einer Leiterplatine platziert ist .Claims, characterized in that the electrochemical energy storage element is placed directly on a circuit board.
15. Verfahren zur Herstellung eines Doppelschichtkondensators nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden und/oder der Stromkollektor und/oder der Elektrolyt in einem Siebdruckverfahren erzeugt bzw. auf eine Unterlage aufgebracht werden.15. A method for producing a double-layer capacitor according to claim 1 or one of claims 2 to 14, characterized in that the electrodes and / or the current collector and / or the electrolyte are produced in a screen printing process or are applied to a base.
16. Verfahren zum Herstellen eines Doppelschichtkondensators nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden und/oder die Stromkollektoren und/oder der Elektrolyt in einem Sprühverfahren auf eine Unterlage aufgebracht werden.16. A method for producing a double-layer capacitor according to claim 1 or one of claims 2 to 14, characterized characterized in that the electrodes and / or the current collectors and / or the electrolyte are applied to a base in a spraying process.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Sprühen ein Tintenstrahl-Drucker verwendet wird.17. The method according to claim 16, characterized in that an inkjet printer is used for spraying.
18. Verfahren zur Herstellung eines Doppelschichtkondensators nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden und/oder die Stromkollektoren und/oder der Elektrolyt durch Drucken, insbesondere Tampondruck oder dergleichen, durch Tauchen in eine geeignete Lösung, oder durch Schlickergießen mit einer geeigneten Lösung erzeugt werden.18. A method for producing a double-layer capacitor according to claim 1 or one of claims 2 to 14, characterized in that the electrodes and / or the current collectors and / or the electrolyte by printing, in particular pad printing or the like, by immersion in a suitable solution, or by slip casting with a suitable solution.
19. Gerät mit einem Gehäuse und darin angeordneter, austauschbaren Einheit zur Strom-/Spannungsversorgung, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Doppelschichtkondensator19. Device with a housing and interchangeable unit for current / voltage supply arranged therein, characterized in that in addition a double-layer capacitor
(12) als Energiespeicherelement in Dünnschichttechnik an oder in einer Wandung des Gehäuses (11) angeordnet ist. (12) is arranged as an energy storage element in thin-film technology on or in a wall of the housing (11).
PCT/EP2004/007953 2003-07-18 2004-07-16 Electrochemical double-layer capacitor, method for the production thereof and apparatus provided with said double-layer capacitor WO2005010458A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04741089A EP1647039A2 (en) 2003-07-18 2004-07-16 Electrochemical double-layer capacitor, method for the production thereof and apparatus provided with said double-layer capacitor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003132791 DE10332791A1 (en) 2003-07-18 2003-07-18 Electrochemical double-layer capacitor and method for its production
DE10332791.6 2003-07-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2005010458A2 true WO2005010458A2 (en) 2005-02-03
WO2005010458A3 WO2005010458A3 (en) 2005-04-21

Family

ID=34071770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/007953 WO2005010458A2 (en) 2003-07-18 2004-07-16 Electrochemical double-layer capacitor, method for the production thereof and apparatus provided with said double-layer capacitor

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1647039A2 (en)
DE (1) DE10332791A1 (en)
WO (1) WO2005010458A2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019209236A1 (en) * 2019-06-26 2020-12-31 Airbus Operations Gmbh Power supply unit and on-board electrical system for an aircraft or spacecraft

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5426561A (en) * 1992-09-29 1995-06-20 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration High energy density and high power density ultracapacitors and supercapacitors
US6197450B1 (en) * 1998-10-22 2001-03-06 Ramot University Authority For Applied Research & Industrial Development Ltd. Micro electrochemical energy storage cells
US20010032666A1 (en) * 2000-03-24 2001-10-25 Inegrated Power Solutions Inc. Integrated capacitor-like battery and associated method
DE10060653A1 (en) * 2000-12-06 2002-06-20 Epcos Ag Electric double layer capacitor
US6477035B1 (en) * 2001-10-10 2002-11-05 Lockheed Martin Corporation Integrally formed energy storage device and method of fabrication
US20030026063A1 (en) * 1999-11-25 2003-02-06 Lithiun Power Technologies, Inc. Electrochemical capacitor and methods of fabricating same
US6576365B1 (en) * 1999-12-06 2003-06-10 E.C.R. - Electro Chemical Research Ltd. Ultra-thin electrochemical energy storage devices

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0845793A (en) * 1994-08-02 1996-02-16 Asahi Glass Co Ltd Electric double layered capacitor
DE60125941T2 (en) * 2001-09-25 2007-10-11 Luxon Energy Devices Corp., Chutung Electrochemical capacitor and process for its production

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5426561A (en) * 1992-09-29 1995-06-20 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration High energy density and high power density ultracapacitors and supercapacitors
US6197450B1 (en) * 1998-10-22 2001-03-06 Ramot University Authority For Applied Research & Industrial Development Ltd. Micro electrochemical energy storage cells
US20030026063A1 (en) * 1999-11-25 2003-02-06 Lithiun Power Technologies, Inc. Electrochemical capacitor and methods of fabricating same
US6576365B1 (en) * 1999-12-06 2003-06-10 E.C.R. - Electro Chemical Research Ltd. Ultra-thin electrochemical energy storage devices
US20010032666A1 (en) * 2000-03-24 2001-10-25 Inegrated Power Solutions Inc. Integrated capacitor-like battery and associated method
DE10060653A1 (en) * 2000-12-06 2002-06-20 Epcos Ag Electric double layer capacitor
US6477035B1 (en) * 2001-10-10 2002-11-05 Lockheed Martin Corporation Integrally formed energy storage device and method of fabrication

Also Published As

Publication number Publication date
EP1647039A2 (en) 2006-04-19
WO2005010458A3 (en) 2005-04-21
DE10332791A1 (en) 2005-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010062143B4 (en) Battery electrode and method of manufacturing the same
DE102010029282A1 (en) Method and device for producing a thin-film battery
DE4418406A1 (en) Bipolar lead-acid battery
DE69815810T2 (en) Prismatic rechargeable or primary cell with winding mounted on the bobbin
DE10392581T5 (en) Method and apparatus for providing a unitary fuel cell stack construction
DE102012217478A1 (en) Battery cell with current collector for housing contact
WO2015173316A1 (en) Micro battery, and method for producing a micro battery
WO2005010458A2 (en) Electrochemical double-layer capacitor, method for the production thereof and apparatus provided with said double-layer capacitor
DE102014215957A1 (en) fuel cell stack
EP1500159B1 (en) Fuel cell and method for production thereof
DE102016215666A1 (en) Electrode arrangement for lithium-based galvanic cells and method for their production
DE102016216089A1 (en) Method of manufacturing accumulator cells; Battery cells; Battery of accumulator cells; Motor vehicle with accumulator cells
DE102021201754A1 (en) Prismatic battery cell
DE202005019285U1 (en) Current collecting board for a fuel cell
DE102013226646A1 (en) Electronic component and manufacturing method for producing an electronic component
DE10332795A1 (en) Thin-film energy supply or battery for mobile devices, e.g. a mobile phone, has electrodes and intermediate electrolyte integrated directly in the housing wall or on the inside of the housing wall without their own encapsulation
DE102022128066A1 (en) Electrode for a battery with temporary protective layer
DE102022124093A1 (en) Making a battery with a case
DE102021005543A1 (en) Electrode pack for a single battery cell
DE102022105982A1 (en) Method for assembling a battery
WO2022083992A1 (en) Production of a cell casing of a battery cell, and cell casing
DE102020114893A1 (en) Electrochemical cell and electrochemical system
DE102022111386A1 (en) battery
DE102020103989A1 (en) A method of manufacturing a solid-state battery and a solid-state battery
DE102023112671A1 (en) COMPOSITE POLE PIECE, BATTERY CELL AND COMPOSITE POLE PIECE MANUFACTURING METHOD

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004741089

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004741089

Country of ref document: EP