(57)【要約】一の実施形態において、ダウンホール工具に電力を供給するようになっている電源が開示される。電源は、制御回路と、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度で作動するように構成される再充電可能なエネルギー貯蔵体とに連結されたエネルギー源を含む。エネルギー源は、電池、電気エネルギーの外部供給に対する接続、およびダウンホール工具によって経験されるエネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される発生機の少なくとも１つを含んでよい。制御回路は、エネルギー源から電気エネルギーを受け取ってエネルギー貯蔵体において電気エネルギーを貯蔵するように構成されてよい。
2014531531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダウンホール工具に電力を供給するようになっている電源であって、
制御回路と、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度で作動するように構成される再充電可能なエネルギー貯蔵体とに連結されたエネルギー源
を含み、
前記エネルギー源は、電池、電気エネルギーの外部供給に対する接続、およびダウンホール工具によって経験されるエネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される発生機、エネルギー源から電気エネルギーを受け取って前記エネルギー貯蔵体において電気エネルギーを貯蔵するための制御回路の少なくとも１つを含む、電源。
【請求項２】
温度範囲が約９０℃〜約２１０℃である、請求項１に記載の電源。
【請求項３】
温度範囲が約８０℃〜約１５０℃である、請求項１に記載の電源。
【請求項４】
エネルギー貯蔵体がウルトラキャパシタを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項５】
ウルトラキャパシタが前記温度範囲内の部分範囲において動作可能であり、該部分範囲が約１０℃である、請求項４に記載の電源。
【請求項６】
エネルギー貯蔵セルが正極および負極を含む、請求項４に記載の電源。
【請求項７】
少なくとも１つの電極が炭素質エネルギー貯蔵媒体を含む、請求項４に記載の電源。
【請求項８】
炭素質エネルギー貯蔵媒体がカーボンナノチューブを含む、請求項７に記載の電源。
【請求項９】
炭素質エネルギー貯蔵媒体が、活性炭、炭素繊維、レーヨン、グラフェン、エアロゲル、炭素布および複数の形態のカーボンナノチューブの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の電源。
【請求項１０】
各電極が集電体を含む、請求項７に記載の電源。
【請求項１１】
エネルギー貯蔵体の電解質におけるハロゲン化物イオンの含有量が約１，０００ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項１２】
エネルギー貯蔵体の電解質におけるハロゲン化物イオンの含有量が約５００ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項１３】
エネルギー貯蔵体の電解質におけるハロゲン化物イオンの含有量が約１００ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項１４】
エネルギー貯蔵体の電解質におけるハロゲン化物イオンの含有量が約５０ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項１５】
エネルギー貯蔵体の電解質が、塩化物、臭化物、フッ化物およびヨウ化物の少なくとも１つを含むハロゲン化物イオンを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項１６】
エネルギー貯蔵体の電解質が、約１，０００ｐｐｍより小さい総濃度の金属種を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項１７】
金属種が、Ｂｒ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、上述のいずれかの合金および上述のいずれかの酸化物の少なくとも１つを含む、請求項１６に記載の電源。
【請求項１８】
エネルギー貯蔵体の電解質における不純物の総濃度が約１，０００ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項１９】
不純物が、ブロモエタン、クロロエタン、１−ブロモブタン、１−クロロブタン、１−メチルイミダゾール、酢酸エチルおよび塩化メチレンの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の電源。
【請求項２０】
エネルギー貯蔵体の電解質における総含水量が約５００ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項２１】
エネルギー貯蔵体の電解質における総含水量が約１００ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項２２】
エネルギー貯蔵体の電解質における総含水量が約５０ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項２３】
エネルギー貯蔵体の電解質における総含水量が約２０ｐｐｍより小さい、請求項１に記載の電源。
【請求項２４】
エネルギー貯蔵体の電解質におけるカチオンが、１−（３−シアノプロピル）−３−メチルイミダゾリウム、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウム、１，３−ビス（３−シアノプロピル）イミダゾリウム、１，３−ジエトキシイミダゾリウム、１−ブチル−１−メチルピペリジニウム、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ブチル−４−メチルピリジニウム、１−ブチルピリジニウム、１−デシル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムおよび３−メチル−１−プロピルピリジニウムを含む群から選択される、請求項１に記載の電源。
【請求項２５】
エネルギー貯蔵体の電解質におけるカチオンは、アンモニウム、イミダゾリウム、オキサゾリウム、ホスホニウム、ピペリジニウム、ピラジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリジニウム、ピリミジニウム、ピロリジニウム、スルホニウム、チアゾリウム、トリアゾリウム、グアニジウム、イソキノリニウム、ベンゾトリアゾリウム、ビオロゲン型および官能性イミダゾリウムカチオンを含む群から選択される、請求項１に記載の電源。
【請求項２６】
カチオンの少なくとも１つの分岐基（Ｒｘ）が、アルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、ヘテロアルキニル、ハロ、アミノ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシル、サルフェート、スルホネートおよびカルボニル基を含む群から選択される、請求項２５に記載の電源。
【請求項２７】
アルキルが、飽和脂肪族基、直鎖アルキル基、分枝鎖アルキル基、シクロアルキル（脂環式）基、アルキル置換シクロアルキル基、およびシクロアルキル置換アルキル基を含む群から選択される、請求項２６に記載の電源。
【請求項２８】
アルキルが、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、エチルヘキシル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチルおよびシクロヘキシルを含む群から選択される、請求項２６に記載の電源。
【請求項２９】
ヘテロアルキルが、少なくとも１つのヘテロ原子を含有するアルキル基を含む、請求項２６に記載の電源。
【請求項３０】
ヘテロ原子が、酸素、窒素および硫黄を含む群から選択される、請求項２９に記載の電源。
【請求項３１】
アルキル基およびアルキニル基が脂肪族基を含む、請求項２６に記載の電源。
【請求項３２】
脂肪族基が、二重結合および三重結合の少なくとも一方を含む、請求項２６に記載の電源。
【請求項３３】
エネルギー貯蔵体の電解質が、−Ｆ−、−Ｃｌ−、−Ｂｒ−、−Ｉ−、−ＯＣＨ３−、−ＣＮ−、−ＳＣＮ−、−Ｃ２Ｈ３Ｏ２−、−ＣｌＯ−、−ＣｌＯ２−、−ＣｌＯ３−、−ＣｌＯ４−、−ＮＣＯ−、−ＮＣＳ−、−ＮＣＳｅ−、−ＮＣＮ−、−ＯＣＨ（ＣＨ３）２−、−ＣＨ２ＯＣＨ３−、−ＣＯＯＨ−、−ＯＨ−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＨ３−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＦ３−、−ＳＯ３Ｈ−、−ＳＯ３ＣＦ３−、−Ｏ（ＣＦ３）２Ｃ２（ＣＦ３）２Ｏ−、−ＣＦ３−、−ＣＨＦ２−、−ＣＨ２Ｆ−、−ＣＨ３−、−ＮＯ３−、−ＮＯ２−、−ＳＯ３−、−ＳＯ４２−、−ＳＦ５−、−ＣＢ１１Ｈ１２−、−ＣＢ１１Ｈ６Ｃ１６−、−ＣＨ３ＣＢ１１Ｈ１１−および−Ｃ２Ｈ５ＣＢ１１Ｈ１１−を含む群から選択されるアニオンを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項３４】
エネルギー貯蔵体の電解質が、Ａ−ＰＯ４−、−Ａ−ＳＯ２−、Ａ−ＳＯ３−、−Ａ−ＳＯ３Ｈ−、−Ａ−ＣＯＯ−、−Ａ−ＣＯ−を含む群から選択されるアニオンを含み、Ａは、フェニル基、置換フェニル、アルキル基、置換アルキル基、負の電荷を帯びたラジカルアルカン、ハロゲン化アルカンおよびエーテルの１つである、請求項１に記載の電源。
【請求項３５】
エネルギー貯蔵体の電解質が、それぞれの数の置換基と結合した基礎構造を有するアニオンを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項３６】
基礎構造が、Ｎ、Ｏ、ＣＯ、ＳＯ、Ｂｅ、Ｃ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｒａ、Ａｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｈ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｎ、Ｂｉ、ＮｂおよびＳｂの１つを含む、請求項３５に記載の電源。
【請求項３７】
それぞれの数の置換基が、少なくとも２つである、請求項３５に記載の電源。
【請求項３８】
置換基が、別種および反復的の一方である、請求項３７に記載の電源。
【請求項３９】
エネルギー貯蔵体の電解質が、基礎構造（Ｙ２）およびそれに結合する２つの置換基（α２）を含むアニオンを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項４０】
エネルギー貯蔵体の電解質が、基礎構造（Ｙ２）および２つの置換基（α２）を含むアニオンを含み、基礎構造（Ｙ２）は、Ｎ、Ｏ、ＣＯおよびＳＯからなる群から選択され、２つの置換基（α２）の各々は、−Ｆ−、−Ｃｌ−、−Ｂｒ−、−Ｉ−、−ＯＣＨ３−、−ＣＮ−、−ＳＣＮ−、−Ｃ２Ｈ３Ｏ２−、−ＣｌＯ−、−ＣｌＯ２−、−ＣｌＯ３−、−ＣｌＯ４−、−ＮＣＯ−、−ＮＣＳ−、−ＮＣＳｅ−、−ＮＣＮ−、−ＯＣＨ（ＣＨ３）２−、−ＣＨ２ＯＣＨ３−、−ＣＯＯＨ−、−ＯＨ−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＨ３−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＦ３−、−ＳＯ３Ｈ−、−ＳＯ３ＣＦ３−、−Ｏ（ＣＦ３）２Ｃ２（ＣＦ３）２Ｏ−、−ＣＦ３−、−ＣＨＦ２−、−ＣＨ２Ｆ−、−ＣＨ３−、−ＮＯ３−、−ＮＯ２−、−ＳＯ３−、−ＳＯ４２−、−ＳＦ５−，−ＣＢ１１Ｈ１２−、−ＣＢ１１Ｈ６Ｃｌ６−、−ＣＨ３ＣＢ１１Ｈ１１−および−Ｃ２Ｈ５ＣＢ１１Ｈ１１−ならびにＡ−ＰＯ４−、−Ａ−ＳＯ２−、Ａ−ＳＯ３−、−Ａ−ＳＯ３Ｈ−、−Ａ−ＣＯＯ−、−Ａ−ＣＯ−からなる群から選択され、Ａは、フェニル基、置換フェニル、アルキル基、置換アルキル基、負の電荷を帯びたラジカルアルカン、ハロゲン化アルカンおよびエーテルの１つである、請求項１に記載の電源。
【請求項４１】
エネルギー貯蔵体の電解質が、基礎構造（Ｙ３）およびそれに結合する３つの置換基（α３）を含むアニオンを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項４２】
エネルギー貯蔵体の電解質が、基礎構造（Ｙ３）および３つの置換基（α３）を含むアニオンを含み、基礎構造（Ｙ３）は、Ｂｅ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｒａ、Ａｕからなる群から選択され、３つの置換基（α３）の各々は、−Ｆ−、−Ｃｌ−、−Ｂｒ−、−Ｉ−、−ＯＣＨ３−、−ＣＮ−、−ＳＣＮ−、−Ｃ２Ｈ３Ｏ２−、−ＣｌＯ−、−ＣｌＯ２−、−ＣｌＯ３−、−ＣｌＯ４−、−ＮＣＯ−、−ＮＣＳ−、−ＮＣＳｅ−、−ＮＣＮ−、−ＯＣＨ（ＣＨ３）２−、−ＣＨ２ＯＣＨ３−、−ＣＯＯＨ−、−ＯＨ−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＨ３−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＦ３−、−ＳＯ３Ｈ−、−ＳＯ３ＣＦ３−、−Ｏ（ＣＦ３）２Ｃ２（ＣＦ３）２Ｏ−、−ＣＦ３−、−ＣＨＦ２−、−ＣＨ２Ｆ−、−ＣＨ３−、−ＮＯ３−、−ＮＯ２−、−ＳＯ３−、−ＳＯ４２−、−ＳＦ５−，−ＣＢ１１Ｈ１２−、−ＣＢ１１Ｈ６Ｃ１６−、−ＣＨ３ＣＢ１１Ｈ１１−および−Ｃ２Ｈ５ＣＢ１１Ｈ１１−ならびにＡ−ＰＯ４−、−Ａ−ＳＯ２−、Ａ−ＳＯ３−、−Ａ−ＳＯ３Ｈ−、−Ａ−ＣＯＯ−、−Ａ−ＣＯ−からなる群から選択され、Ａは、フェニル基、置換フェニル、アルキル基、置換アルキル基、負の電荷を帯びたラジカルアルカン、ハロゲン化アルカンおよびエーテルの１つである、請求項１に記載の電源。
【請求項４３】
エネルギー貯蔵体の電解質が、基礎構造（Ｙ４）およびそれに結合する４つの置換基（α４）を含むアニオンを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項４４】
エネルギー貯蔵体の電解質が、基礎構造（Ｙ４）および４つの置換基（α４）を含むアニオンを含み、基礎構造（Ｙ４）はＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｈ、Ｉｎ、Ｐからなる群から選択され、４つの置換基（α４）の各々は−Ｆ−、−Ｃｌ−、−Ｂｒ−、−Ｉ−、−ＯＣＨ３−、−ＣＮ−、−ＳＣＮ−、−Ｃ２Ｈ３Ｏ２−、−ＣｌＯ−、−ＣｌＯ２−、−ＣｌＯ３−、−ＣｌＯ４−、−ＮＣＯ−、−ＮＣＳ−、−ＮＣＳｅ−、−ＮＣＮ−、−ＯＣＨ（ＣＨ３）２−、−ＣＨ２ＯＣＨ３−、−ＣＯＯＨ−、−ＯＨ−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＨ３−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＦ３−、−ＳＯ３Ｈ−、−ＳＯ３ＣＦ３−、−Ｏ（ＣＦ３）２Ｃ２（ＣＦ３）２Ｏ−、−ＣＦ３−、−ＣＨＦ２−、−ＣＨ２Ｆ−、−ＣＨ３−、−ＮＯ３−、−ＮＯ２−、−ＳＯ３−、−ＳＯ４２−、−ＳＦ５−，−ＣＢ１１Ｈ１２−、−ＣＢ１１Ｈ６Ｃ１６−、−ＣＨ３ＣＢ１１Ｈ１１−および−Ｃ２Ｈ５ＣＢ１１Ｈ１１−ならびにＡ−ＰＯ４−、−Ａ−ＳＯ２−、Ａ−ＳＯ３−、−Ａ−ＳＯ３Ｈ−、−Ａ−ＣＯＯ−、−Ａ−ＣＯ−からなる群から選択され、Ａは、フェニル基、置換フェニル、アルキル基、置換アルキル基、負の電荷を帯びたラジカルアルカン、ハロゲン化アルカンおよびエーテルの１つである、請求項１に記載の電源。
【請求項４５】
エネルギー貯蔵体の電解質が、基礎構造（Ｙ６）およびそれに結合する６つの置換基（α６）を含むアニオンを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項４６】
エネルギー貯蔵体の電解質が、基礎構造（Ｙ６）および６つの置換基（α６）を含むアニオンを含み、基礎構造（Ｙ６）はＰ、Ｓ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｓｂからなる群から選択され、６つの置換基（α６）の各々は−Ｆ−、−Ｃｌ−、−Ｂｒ−、−Ｉ−、−ＯＣＨ３−、−ＣＮ−、−ＳＣＮ−、−Ｃ２Ｈ３Ｏ２−、−ＣｌＯ−、−ＣｌＯ２−、−ＣｌＯ３−、−ＣｌＯ４−、−ＮＣＯ−、−ＮＣＳ−、−ＮＣＳｅ−、−ＮＣＮ−、−ＯＣＨ（ＣＨ３）２−、−ＣＨ２ＯＣＨ３−、−ＣＯＯＨ−、−ＯＨ−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＨ３−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＦ３−、−ＳＯ３Ｈ−、−ＳＯ３ＣＦ３−、−Ｏ（ＣＦ３）２Ｃ２（ＣＦ３）２Ｏ−、−ＣＦ３−、−ＣＨＦ２−、−ＣＨ２Ｆ−、−ＣＨ３−、−ＮＯ３−、−ＮＯ２−、−ＳＯ３−、−ＳＯ４２−、−ＳＦ５−，−ＣＢ１１Ｈ１２−、−ＣＢ１１Ｈ６Ｃ１６−、−ＣＨ３ＣＢ１１Ｈ１１−および−Ｃ２Ｈ５ＣＢ１１Ｈ１１−ならびにＡ−ＰＯ４−、−Ａ−ＳＯ２−、Ａ−ＳＯ３−、−Ａ−ＳＯ３Ｈ−、−Ａ−ＣＯＯ−、−Ａ−ＣＯ−からなる群から選択され、Ａは、フェニル基、置換フェニル、アルキル基、置換アルキル基、負の電荷を帯びたラジカルアルカン、ハロゲン化アルカンおよびエーテルの１つである、請求項１に記載の電源。
【請求項４７】
エネルギー貯蔵体の電解質が溶媒である、請求項１に記載の電源。
【請求項４８】
溶媒が、アセトニトリル、アミド、ベンゾニトリル、ブチロラクトン、環状エーテル、ジブチルカーボナート、ジエチルカーボナート、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジメチルカーボナート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホン、ジオキサン、ジオキソラン、ギ酸エチル、エチレンカーボナート、エチルメチルカーボナート、ラクトン、直鎖エーテル、ギ酸メチル、メチルプロピオナート、メチルテトラヒドロフラン、ニトリル、ニトロベンゼン、ニトロメタン、ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボナート、スルホラン、スルホン、テトラヒドロフラン、テトラメチレンスルホン、チオフェン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、炭酸エーテル、γ−ブチロラクトン、ニトリルおよびトリシアノヘキサンの少なくとも１つを含む、請求項４７に記載の電源。
【請求項４９】
エネルギー貯蔵体を収容するためのハウジングが、その内面の大部分の上に配置される障壁を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項５０】
障壁が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）の少なくとも１つを含む、請求項４９に記載の電源。
【請求項５１】
障壁がセラミック材料を含む、請求項４９に記載の電源。
【請求項５２】
障壁が、耐食性、所望の誘電特性および低い電気化学的反応性の少なくとも１つを示す材料を含む、請求項４９に記載の電源。
【請求項５３】
障壁が、材料の多層を含む、請求項４９に記載の電源。
【請求項５４】
ハウジングが多層材料を含む、請求項４９に記載の電源。
【請求項５５】
多層材料が、第２の材料の上を被覆した第１の材料を含む、請求項５４に記載の電源。
【請求項５６】
多層材料が、スチール、タンタルおよびアルミニウムの少なくとも１つを含む、請求項５４に記載の電源。
【請求項５７】
ハウジングが少なくとも１つの半球状のシールを含む、請求項４９に記載の電源。
【請求項５８】
ハウジングが少なくとも１つのガラス−金属シールを含む、請求項４９に記載の電源。
【請求項５９】
ガラス−金属シールのピンが電気的接触をもたらす、請求項５８に記載の電源。
【請求項６０】
鉄−ニッケル−コバルト合金、ニッケル鉄合金、タンタル、モリブデン、ニオブ、タングステン、ステンレスの一の形態およびチタンの１つを含む、請求項５９に記載の電源。
【請求項６１】
ガラス−金属シールが、ニッケル、モリブデン、クロム、コバルト、鉄、銅、マンガン、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、炭素およびタングステンならびにこれらの合金の少なくとも１つを含むボディを含む、請求項５９に記載の電源。
【請求項６２】
エネルギー貯蔵体のエネルギー貯蔵セルが、正極と負極との間の電気的離隔をもたらすセパレータを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項６３】
ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス繊維およびガラス繊維強化プラスチックの１つを含む、請求項６２に記載の電源。
【請求項６４】
セパレータが実質的に水分を含まない、請求項６２に記載の電源。
【請求項６５】
セパレータが実質的に疎水性である、請求項６２に記載の電源。
【請求項６６】
エネルギー貯蔵体が、約５．０×１０−６ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す密封を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項６７】
エネルギー貯蔵体が、約５．０×１０−７ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す密封を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項６８】
エネルギー貯蔵体が、約５．０×１０−８ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す密封を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項６９】
エネルギー貯蔵体が、約５．０×１０−９ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す密封を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項７０】
エネルギー貯蔵体が、約５．０×１０−１０ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す密封を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項７１】
エネルギー貯蔵体の体積漏れ電流が、前記温度範囲内において約１，０００ｍＡ／Ｌ未満である、請求項１に記載の電源。
【請求項７２】
エネルギー貯蔵体の体積漏れ電流が、特定の電圧範囲にわたって約１，０００ｍＡ／Ｌ未満である、請求項１に記載の電源。
【請求項７３】
エネルギー貯蔵体が、再充電可能なエネルギー貯蔵体に加えて少なくとも１つの電池を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項７４】
電池が再充電可能でない、請求項７３に記載の電源。
【請求項７５】
複数の発生機を更に含み、各発生機が、特定の方向の振動エネルギーを取り入れるように配列される、請求項１に記載の電源。
【請求項７６】
外部磁場を低減すること及び実質的に除去することの少なくとも一方のためのシールドを更に含む、請求項１に記載の電源。
【請求項７７】
エネルギー貯蔵体を電源として使用することから電力発生をもたらすための回路を更に含む、請求項１に記載の電源。
【請求項７８】
発生した電力が、交流（ＡＣ）および直流（ＤＣ）の一方を含む、請求項７７に記載の電源。
【請求項７９】
発生機が振動エネルギー発生機を含む、請求項１に記載の電源。
【請求項８０】
発生機が、少なくとも１つの調節可能なバイアス機器を含む、請求項７９に記載の電源。
【請求項８１】
少なくとも１つの調節可能なバイアス機器が、調節可能な磁石、電磁石、圧電素子および同調可能なばね要素の１つを含む、請求項８０に記載の電源。
【請求項８２】
少なくとも１つの調節可能なバイアス機器を制御するための少なくとも１つの同調回路を更に含む、請求項８０に記載の電源。
【請求項８３】
少なくとも１つの同調回路がマイクロプロセッサを含む、請求項８０に記載の電源。
【請求項８４】
発生機が、回転発電機、電磁変位発生機、磁歪変位発生機、圧電発電機、熱電発電機、熱光起電発生機および放射性同位体エネルギー発生機の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項８５】
電池が、リチウム−チオニル−塩化物電池、リチウム−臭素−塩化物電池、リチウム−スルフリル−塩化物電池および融解塩電池の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項８６】
外部供給が遠隔電気エネルギー源との接続を含み、前記接続は、有線接続、配線ケーシング接続、配線管接続およびコイルドチュービング接続の１つを含む、請求項１に記載の電源。
【請求項８７】
ダウンホール工具の電源の製造方法であって、
少なくとも１つのエネルギー源、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度で作動するように構成される再充電可能なエネルギー貯蔵体、および発生機からの電気エネルギーを受け取ってエネルギー貯蔵体において電気エネルギーを貯蔵するようになっている制御回路を選択すること；ならびに
エネルギー源、制御回路およびエネルギー貯蔵体をダウンホール工具に組み込んで電源を提供すること
を含む、方法。
【請求項８８】
エネルギー源が、電池、電気エネルギーの外部供給に対する接続、およびダウンホール工具によって経験されるエネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される発生機の少なくとも１つを含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
複数のエネルギー発生機を電源に組み込むことを更に含み、各発生機は、所定の方向の振動エネルギーを取り入れるように配向される、請求項８７に記載の方法。
【請求項９０】
選択することが、回転発電機、電磁変位発生機、磁歪変位発生機、圧電発電機、熱電発電機、熱光起電発生機、遠隔電源に対する接続および放射性同位体エネルギー発生機の少なくとも１つを選択することを含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項９１】
選択することが、電池、および外部エネルギー供給に対する接続の少なくとも一方を選択することを含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項９２】
干渉磁場を低減すること及び実質的に除去することの少なくとも一方のために、遮蔽を電源およびダウンホール工具の少なくとも一方に組み込むことを更に含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項９３】
前記温度範囲内で作動するために、エネルギー発生機および制御回路の少なくとも一方を選択することを更に含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項９４】
回路を組み込んでエネルギー貯蔵体からの電力発生を負荷に提供することを更に含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項９５】
エネルギー貯蔵体を選択することが、密封されたハウジング内にエネルギー貯蔵セルおよび電解質を含むウルトラキャパシタを選択することを含み、セルは、正接触子および負接触子に電気的に連結され、ウルトラキャパシタは、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度で作動するように構成される、請求項８７に記載の方法。
【請求項９６】
ダウンホール工具に電力を供給する方法であって、
制御回路と、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度で作動するように構成される高温で再充電可能なエネルギー貯蔵体とに連結されるエネルギー源を備える電源を含む工具を選択することであって、エネルギー源は、電池、電気エネルギーの外部供給に対する接続、およびダウンホール工具によって経験されるエネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される発生機、エネルギー源からの電気エネルギーを受け取ってエネルギー貯蔵体において電気エネルギーを貯蔵するための制御回路の少なくとも１つを含む、こと；ならびに
電源からの電力を、ダウンホール工具を備える負荷に供給すること
を含む、方法。
【請求項９７】
変換することが、振動エネルギー発生機、回転発電機、電磁変位発生機、磁歪変位発生機、圧電発電機、熱電発電機、熱光起電発生機、遠隔電源に対する接続および放射性同位体エネルギー発生機の少なくとも１つを操作することを含む、請求項９６に記載の方法。
【請求項９８】
負荷が、電子回路、変圧器、増幅器、サーボ、プロセッサ、データ記憶装置、ポンプ、モーター、センサ、熱同調センサ、光学センサ、変換器、ファイバー光学、光源、シンチレータ、パルサー、油圧アクチュエータ、アンテナ、シングルチャンネル分析器、マルチチャンネル分析器、放射線検出器、加速度計および磁力計の少なくとも１つを含む、請求項９６に記載の方法。
【請求項９９】
工具が、芯加工工具、閉鎖工具、核磁気共鳴イメージング（ＮＭＲ）工具、電磁気（ＥＭ）遠隔測定工具、マッドパルサー遠隔測定工具、抵抗率測定工具、ガンマ感知工具、圧力センサ工具、音響センサ工具、地震工具、核工具、パルス中性子工具、層サンプリング工具および誘導工具の少なくとも１つを含む、請求項９６に記載の方法。
【請求項１００】
供給することが、電力を連続的に供給すること及び周期的に供給することの少なくとも一方を含む、請求項９６に記載の方法。
【請求項１０１】
供給することが、負荷に交流（ＡＣ）を供給すること及び直流（ＤＣ）を供給することの少なくとも一方を含む、請求項９６に記載の方法。
【請求項１０２】
振動エネルギー発生機に対して、発生機を、ダウンホールが経験する振動の振動数に合わせることを更に含む、請求項９６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示される発明は、石油およびガスならびに他の地下資源の探鉱に関し、特に、ダウンホール（ｄｏｗｎｈｏｌｅ）環境における機器に電力を供給するための電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油およびガスの探鉱において、地中に裸孔を掘削することが必要である。裸孔を掘削することにより、個人および企業が地下（または下部表面、ｓｕｂ−ｓｕｒｆａｃｅ）の物質を評価すること及び所望の炭化水素を取り出すことが可能となる一方で、多数の問題に遭遇する。
【０００３】
例えば、「（採掘が）容易な石油（ｅａｓｙ  ｏｉｌ）」が一般になくなったことはよく知られている。探鉱は現在、以前より更に深いところを探索することを必要とする。このことは、より一層深い掘削を必要とし、従って、２００℃から３００℃まで又は３００℃を超える温度の環境等の厳しい環境への掘削を必要とする。一般に、今日における機器類は、そのような環境における作動に対して作製されておらず、この範囲内の周囲温度に達する前に故障するだろう。
【０００４】
ダウンホール機器類の複雑さが増大していることがこの問題を更に複雑にしている。即ち、科学技術が向上し続けるにつれて、探鉱は以前より多くの機器類を利用するようになっている。この使用により、電力ダウンホール（ｐｏｗｅｒ  ｄｏｗｎｈｏｌｅ）の需要が増大している。
【０００５】
不運なことに、公知の解法の多くは実質的欠点を有する。例えば、様々な種類の電池は高温で突発的に故障し、それにより機器類を破壊し得る。更に、そのような電池は多くの場合、再充電可能でなく、また、極めて高価である。
【０００６】
周囲環境温度から約２００℃まで又はそれより高温にわたる温度の環境における電力ダウンホールを提供する方法および装置が必要とされる。好ましくは、方法および装置は、エネルギー貯蔵に加えて発生能力を有し、それにより、厳しい環境における作動の持続時間の拡大をもたらし得る。更にまた、所有し且つ維持するのに経済的な解法を有することが好ましいだろう。
【発明の概要】
【０００７】
一の実施形態において、ダウンホール工具に電力を供給するようになっている電源が開示される。電源は、制御回路と、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度で作動するように構成される再充電可能なエネルギー貯蔵体とに連結されたエネルギー源を含む。エネルギー源は、電池、電気エネルギーの外部供給に対する接続、およびダウンホール工具によって経験されるエネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される発生機の少なくとも１つを含んでよい。制御回路は、エネルギー源から電気エネルギーを受け取ってエネルギー貯蔵体において電気エネルギーを貯蔵するように構成されてよい。
【０００８】
もう１つの実施形態において、ダウンホール工具の電源の製造方法が開示される。方法は、少なくとも１つのエネルギー源、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度で作動するように構成される再充電可能なエネルギー貯蔵体、および発生機からの電気エネルギーを受け取ってエネルギー貯蔵体において電気エネルギーを貯蔵するようになっている制御回路を選択すること；ならびにエネルギー源、制御回路およびエネルギー貯蔵体をダウンホール工具に組み込んで電源を提供することを含む。
【０００９】
更にもう１つの実施形態において、ダウンホール工具に電力を供給する方法が開示される。方法は、制御回路と、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度で作動するように構成される高温で再充電可能なエネルギー貯蔵体とに連結されるエネルギー源を備える電源を含む工具を選択することを含む。エネルギー源は、電池、電気エネルギーの外部供給に対する接続、およびダウンホール工具によって経験されるエネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される発生機の少なくとも１つを含む。制御回路は、エネルギー源からの電気エネルギーを受け取ってエネルギー貯蔵体において電気エネルギーを貯蔵するように構成されてよく、電源からの電力を、ダウンホール工具を備える負荷に供給するように構成されてよい。
【００１０】
本発明とみなされる主題を特に指摘し、本明細書の末尾における特許請求の範囲において明確に主張する。
本発明の上述の及び他の特徴および利点は、添付の図面と一緒に理解される下記の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、検層機器を含むドリルストリングの一の例示的実施形態を図示する。
【図２】図２は、ワイヤラインにより展開される機器による検層の一の例示的実施形態を図示する。
【図３】図３は、例示的ウルトラキャパシタの態様を図示する。
【図４】図４は、例示的ウルトラキャパシタに含まれてよいカチオンの一次構造の実施形態を表す。
【図５】図５は、例示的ウルトラキャパシタのハウジングの一の実施形態を表す。
【図６】図６は、例示的キャパシタの貯蔵セルの一の実施形態を図示している。
【図７】図７は、ハウジングのボディ（または本体）の内部に配置された障壁を表す。
【図８】図８Ａおよび８Ｂ（本明細書においてまとめて図８とよぶ）は、ハウジングのキャップの態様を表す。
【図９】図９は、本明細書における教示事項によるウルトラキャパシタの組み立てを表す。
【図１０】図１０Ａおよび１０Ｂ（本明細書においてまとめて図１０とよぶ）は、障壁のない実施形態および障壁を含む同様の実施形態のそれぞれのウルトラキャパシタの性能を表すグラフである。
【図１１】図１１は、包装部材（ｗｒａｐｐｅｒ）として貯蔵セルの周りに配置される障壁を表す。
【図１２】図１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃ（本明細書においてまとめて図１２とよぶ）は、多層材料を含むキャップの実施形態を表す。
【図１３】図１３は、ガラス−金属シールを含む電極部品（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）の断面図である。
【図１４】図１４は、図１２Ｂのキャップに取り付けられた図１３の電極部品の断面図である。
【図１５】図１５は、組み立て工程におけるエネルギー貯蔵セルの配置を表す。
【図１６】図１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃ（本明細書においてまとめて図１６とよぶ）は、組み立てられたエネルギー貯蔵セルの実施形態を表す。
【図１７】図１７は、電極部品の表面におけるポリマー絶縁の使用を表す。
【図１８】図１８Ａ、１８Ｂおよび１８Ｃ（本明細書においてまとめて図１８とよぶ）は、エネルギー貯蔵体のキャップのもう１つの実施形態の型板（または鋳型もしくはテンプレート）の態様を表す。
【図１９】図１９は、半球形の材料を含む電極部品の斜視図である。
【図２０】図２０は、図１８の型板に取り付けられた図１９の電極部品を含むキャップの斜視図である。
【図２１】図２１は、図２０のキャップの断面図である。
【図２２】図２２は、円筒形ハウジングに配置されるエネルギー貯蔵セルの透明等角図である。
【図２３】図２３は、巻かれた貯蔵セルへと巻かれる前のエネルギー貯蔵セルの一の実施形態の等角図法である。
【図２４】図２４は、一の実施形態の種々の層を示す、貯蔵セルの側面図である。
【図２５】図２５は、複数のリード線を配置するための基準マークを含む巻かれた貯蔵セルの等角図である。
【図２６】図２６は、巻かれる前の、基準マークを有する図２５の貯蔵セルの等角図である。
【図２７】図２７は、複数のリード線を含む巻かれた貯蔵セルを表す。
【図２８】図２８は、貯蔵セルに連結された配列されたリード線（即ち端子）に与えられたＺ折り（Ｚ−ｆｏｌｄ）を表す。
【図２９】図２９は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３０】図３０は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３１】図３１は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３２】図３２は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３３】図３３は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３４】図３４は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３５】図３５は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３６】図３６は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３７】図３７は、例示的ウルトラキャパシタの性能の態様を表すグラフである。
【図３８】図３８は、発生機およびウルトラキャパシタを含む電源の一の実施形態を表す。
【図３９】図３９は、変位発生機の一の実施形態の態様を表す。
【図４０】図４０は、検層機器に取り付けられた、図３９に示す複数の発生機の一の実施形態を表す。
【図４１】図４１は、電源の制御回路の実施形態を表す。
【図４２】図４２は、電源の制御回路の実施形態を表す。
【図４３】図４３は、電源の制御回路の実施形態を表す。
【図４４】図４４は、電源の制御回路の実施形態を表す。
【図４５】図４５は、電源の制御回路の実施形態を表す。
【図４６】図４６は、電源の制御回路の実施形態を表す。
【図４７】図４７は、電源の制御回路の実施形態を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ダウンホール環境における使用に適合した電源の種々の構成が本明細書において開示される。電源は、高温環境における発電を使用者に提供する。電源に関する背景を提示するために、いくつかの背景的情報および定義を提示する。
【００１３】
ここで、裸孔１０１（「ボーリング穴」とも称する）を掘削する装置の態様を示す図１を参照されたい。慣例上、裸孔１０１の深さはＺ軸に沿って記載され、一方、断面は、Ｘ軸およびＹ軸によって記載される平面に設けられる。
【００１４】
この例において、裸孔１０１は、とりわけ回転エネルギーおよび下方への力を提供するドリリングリグ（または掘削リグ）（図示せず）によって駆動されるドリルストリング１１１を用いて地中１０２へと掘削される。裸孔１０１は一般に、地下の物質を横断し、それは種々の層（または地層）１０３（層１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃとして示される）を含み得る。当業者は、地下環境において遭遇し得る種々の地質学的特徴を「層（または地層）」と称してよいこと、およびボーリング穴（即ちダウンホール）の下方の物質の配列を「地下物質」と称してよいことを認識するだろう。即ち、層１０３は地下物質から形成される。従って、本明細書において用いられるように、用語「層」が一般に地質学的層を指す一方で、「地下物質」は任意の物質を含み、固体、流体、気体、液体等の物質を含んでよいことを考慮するべきである。
【００１５】
この例において、ドリルストリング１１１は、ドリルビット１１４を駆動するドリルパイプ１１２の長さを含む。ドリルビット１１４は、掘削泥水等の堀削流体１０４の流れももたらす。堀削流体１０４はしばしば、ドリルパイプ１１２を通じてドリルビット１１４へとポンプで送られ、そこで流体は裸孔１０１へ出る。これにより、裸孔１０１内の堀削流体１０４の上方向の流れ（Ｆ）がもたらされる。上方向の流れ（Ｆ）は一般に、ドリルストリング１１１およびその構成要素を冷却し、ドリルビット１１４から切削物を運び去り、加圧された炭化水素１０５の噴出を防止する。
【００１６】
堀削流体１０４（「掘削泥水」とも称する）は一般に、水等の液体、掘削流体、泥水、油（または石油）、気体、および周囲環境に固有であってよい層の流体（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｆｌｕｉｄ）の混合物を含む。掘削流体１０４が掘削操作のために導入されてよいが、掘削流体１０４の使用および存在は、検層操作に必要ではなく、検層操作から必ずしも除外されない。一般に、物質の層は、ドリルストリング１１１の外側表面と裸孔１０１の壁との間に存在するだろう。この層は、「スタンドオフ（ｓｔａｎｄｏｆｆ）層」とよばれ、「スタンドオフ、Ｓ」とよばれる厚さを有する。
【００１７】
ドリルストリング１１１は一般に、「掘削中の測定」（ＭＷＤ）（「掘削中の検層」（ＬＷＤ）とも称する）を実施する装置を含む。ＭＷＤまたはＬＷＤを実施することは一般に、ドリルストリング１１１に組み込まれ且つ掘削中の操作のために設計された検層機器１００の操作を必要とする。一般に、ＭＷＤを実施するための検層機器１００は、ドリルストリング１１１にも取り付けられた電子機器パッケージに接続され、従って、「ダウンホール電子機器１１３」とよばれる。一般に、ダウンホール電子機器１１３は、操作制御およびデータ解析の少なくとも一方を提供する。しばしば、検層機器１００およびダウンホール電子機器１１３は、上側（またはトップサイド）装置１０７に接続される。上側装置１０７は、更なる制御操作に含まれてよく、より優れた解析能力およびデータ・ロギング（または検層）等を提供してよい。通信チャネル（図示せず）が上側装置１０７との通信のために設けられてよく、パルスマッド、ワイヤードパイプおよび当該技術分野において公知の他の技術を介して作動してよい。
【００１８】
一般に、ＭＷＤ装置からのデータは、向上した性能を使用者に提供する。例えば、ＭＷＤの発展により利用可能になったデータは、地中における操縦（ｇｅｏｓｔｅｅｒｉｎｇ）（即ち、掘削プロセス中のドリルストリング１１１の操縦）等に対する入力として有用であり得る。
【００１９】
ここで図２を参照して、裸孔１０１のワイヤライン検層のための例示的検層機器１００を示す。慣例上、裸孔１０１の深さはＺ軸に沿って記載され、一方、断面はＸ軸およびＹ軸によって記載される平面に設けられる。検層機器１００による検層に先立って、裸孔１０１が、図１に示す掘削装置等の掘削装置を用いて地中１０２へと掘削される。
【００２０】
いくつかの実施形態において、裸孔１０１は、少なくともある程度まで、堀削流体１０４で満たされた。堀削流体１０４（「掘削泥水」とも称する）は一般に、水等の液体、掘削流体、泥水、油（または石油）、気体、および周囲環境に固有であってよい層の流体（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｆｌｕｉｄ）の混合物を含む。掘削流体１０４が掘削操作のために導入されてよいが、掘削流体１０４の使用および存在は、ワイヤライン検層中の検層操作に必要ではなく、ワイヤライン検層中の検層操作から必ずしも除外されない。一般に、物質の層は、検層機器１００の外側表面と裸孔１０１の壁との間に存在するだろう。この層は「スタンドオフ層」とよばれ、「スタンドオフ、Ｓ」とよばれる厚さを有する。
【００２１】
一般に、検層機器１００は、デリック１０６または同様の装置によって展開されるワイヤライン１０８を用いて裸孔１０１の中へと降下する。一般に、ワイヤライン１０８は、荷重支持ケーブル等の懸架装置および他の装置を含む。他の装置として、電源、通信リンク（配線または光学等）および他のそのような装置が含まれてよい。一般に、ワイヤライン１０８は、サービス（または供給）トラック１０９または他の同様の装置（サービスステーション（または給油所）、基地局等）から搬送される。しばしば、ワイヤライン１０８は上側装置１０７に接続される。上側装置１０７は、検層機器１００に電力を供給してよく、また、操作の制御およびデータの解析の少なくとも一方に計算および処理能力をもたらしてよい。
【００２２】
一般に、検層機器１００は電源１１５を含む。電源１１５は、必要に応じてダウンホール電子機器１１３（即ち、電力を消費するデバイス）に電力を供給してよい。一般に、ダウンホール電子機器１１３は、測定を提供し、サンプリングを行い、また、炭化水素１０５の存在を位置決定し、探知し且つ条件付けするのに望ましい他の連続を行う。
【００２３】
概観として、電源１１５は一般に、電気的貯蔵および電気的出力を発生させるための発生機を含む。エネルギー貯蔵は、任意の種類の実行可能な技術を含んでよい。種々の実施形態において、エネルギー貯蔵（またはエネルギー貯蔵体）は少なくとも１つのウルトラキャパシタ（これは図３を参照して以下に説明される）を含む。一般に、各々の場合において、エネルギー貯蔵体は高温で再充電可能なエネルギー貯蔵体（ＨＴＲＥＳ）を提供する。いくつかの実施形態において、ＨＴＲＥＳは、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度における操作に対して構成される。
【００２４】
ＨＴＲＥＳの追加の実施形態は、化学電池、例えばアルミニウム電解コンデンサ、タンタルキャパシタ、セラミックおよび金属フィルムキャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、磁気エネルギー貯蔵体、例えば空気コアまたは高温コア材料誘導子（またはインダクタ）を含むが、これらに限定されない。更に適切であってよい他の種類のものとして、例えば、はずみ車、ばねシステム、ばね−質量システム、質量システム、熱容量システム（例えば、高い熱容量の液体または固体または相変化材料をベースとするもの）、水力または空気圧システム等の機械的エネルギー貯蔵デバイスが含まれる。一例として、Ｅｖａｎｓ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅ（米国ロードアイランド州）から入手可能である高温ハイブリッドキャパシタ（部品番号ＨＣ２Ｄ０６０１２２  ＤＳＣＣ１０００４−１６、１２５℃で評価される）が挙げられる。もう１つの例として、Ｅｖａｎｓ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅ（米国ロードアイランド州）から入手可能である高温タンタルキャパシタ（部品番号ＨＣ２Ｄ０５０１５２ＨＴ、２００℃で評価される）が挙げられる。更にもう１つの例として、ＥＰＣＯＳ（独国ミュンヘン）から入手可能であるアルミニウム電解コンデンサ（部品番号Ｂ４１６９１Ａ８１０７Ｑ７、１５０℃で評価される）が挙げられる。更にもう１つの例として、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ（日本国東京）から入手可能である誘導子（部品番号ＥＴＱ−Ｐ５Ｍ４７０ＹＦＭ、１５０℃で評価される）が挙げられる。追加の実施形態は、Ｓａｆｔ（仏国バニョレ）から入手可能であり（部品番号Ｌｉ−ｉｏｎ  ＶＬ  ３２６００−１２５）、３０サイクルの充放電と共に１２５℃まで作動し、また、Ｓｏｌｉｄ  Ｅｎｅｒｇｙ（マサチューセッツ州ケンブリッジ）のＳａｄｏｗａｙ（ハンガリー）と共に実験段階にある、約２５０℃まで（実験的に）操作可能なリチウムイオン電池が挙げられる。
【００２５】
議論のため、本明細書において論じられる電源１１５の実施形態は高温ウルトラキャパシタの使用を含むが、これは、電源１１５のエネルギー貯蔵体において含まれてよい技術を限定するものではない。高温エネルギー貯蔵体として用いるのに適したウルトラキャパシタの例示的態様をここで導入する。
【００２６】
広範囲の温度にわたる向上した性能を使用者に提供するキャパシタが本明細書において開示される。例えば、キャパシタは、約−４０℃の低温から約２１０℃の高温に及ぶ温度において操作可能であってよい。いくつかの実施形態において、キャパシタは約８０℃から約２１０℃の高温に及ぶ温度で操作可能である。
【００２７】
一般に、キャパシタは、従来技術のデバイスと比較した際に高電力密度および高エネルギー密度を提供するようになっているエネルギー貯蔵媒体を含む。キャパシタは、温度範囲にわたる操作を確保するように構成される構成要素を含み、温度範囲に関して同様に評価される電解質の種々の形態のいずれか１つ以上を含む。構造、エネルギー貯蔵媒体および電解質の組み合わせは、極限的な条件下でのロバスト性の操作を提供する機能をもたらす。いくつかの全体像を提示するために、一の例示的実施形態の態様をここで導入する。
【００２８】
図３に示すように、キャパシタの一の例示的実施形態が示される。この場合において、キャパシタは「ウルトラキャパシタ１０」である。例示的ウルトラキャパシタ１０は、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）である。ＥＤＬＣは、少なくとも１対の電極３を含む（電極３は、個別に「負極３」および「正極３」の一方でよんでよいが、これは単に本明細書において言及する目的のためである）。ウルトラキャパシタ１０へと組み立てられたとき、電極３の各々は電解質界面における電荷の二重層を示す。いくつかの実施形態において、複数の電極３が含まれる（例えば、いくつかの実施形態において、少なくとも２対の電極３が含まれる）。議論のために、１対の電極３のみが示される。本明細書において、常套的には、電極３の少なくとも１つは、エネルギー貯蔵をもたらすために炭素ベースのエネルギー貯蔵媒体１（本明細書において更に論じられる）を用いる。但し、議論のために、電極の各々は炭素ベースのエネルギー貯蔵媒体１を含むことが一般に想定される。電解コンデンサにおいて、金属電極の面積は通常、非常に（少なくとも１桁）異なるので、電解コンデンサはウルトラキャパシタとは異なることに留意するべきである。
【００２９】
電極３の各々は、集電体２（「電荷収集体（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）」ともよぶ）をそれぞれ含む。いくつかの実施形態において、電極３はセパレータ５によって離隔される。一般に、セパレータ５は、負極３を正極３から離隔するのに用いられる薄型構造材料（通常はシート）である。セパレータ５は、電極３の対を離隔する働きをしてもよい。組み立てられると、電極３およびセパレータ５は貯蔵セル１２を提供する。いくつかの実施形態において、炭素ベースのエネルギー貯蔵媒体１が電極３の一方または両方に含まれなくてよいことに留意されたい。即ち、いくつかの実施形態において、各々の電極３は、集電体２のみから構成されてよい。集電体２を提供するのに用いられる材料は、その表面積を増大させるために、粗面化、陽極酸化等がされ得る。これらの実施形態において、集電体２は単独で電極３として機能してよい。但し、この点を考慮した上で、本明細書において用いられる場合、用語「電極３」は一般に、エネルギー貯蔵媒体１および集電体２の組み合わせを指す（但し、上述の理由によりこれに限定されない）。
【００３０】
電解質６の少なくとも１つの形態が、ウルトラキャパシタ１０に含まれる。電解質６は、電極３およびセパレータ５における空所（ｖｏｉｄ  ｓｐａｃｅ）ならびに電極３とセパレータ５との間の空所を満たす。一般に、電解質６は帯電したイオンへと分離する物質である。物質を溶解する溶媒が、電解質６のいくつかの形態において必要に応じて含まれてよい。電解質６は、イオン輸送により電気を伝導する。
【００３１】
一般に、貯蔵セル１１２は、巻かれた形または角柱形の一方に成形され、次いで、円筒形または角柱形のハウジング７の中に詰められる。電解質６が含まれると、ハウジング７は密封（または気密シール）されてよい。種々の例において、パッケージはレーザー、超音波および／または溶接技術を用いた技術によって密封される。貯蔵セル１２の堅固な物理的保護の提供に加えて、ハウジング７は、ハウジング７内の各々の端子８との電気的連通をもたらすための外部接触子と共に構成される。各々の端子８は、今度は、一般にエネルギー貯蔵媒体１に連結された導線を通じて、エネルギー貯蔵媒体１において貯蔵されるエネルギーに対する電気的アクセスをもたらす。
【００３２】
本明細書において論じられる場合、「密封（または気密シール）」は、その質（即ち漏れ速度）が単位「ａｔｍ−ｃｃ／秒」で定義されるシール（または封止）を指し、その単位は周囲雰囲気の圧力および温度における１秒当たり１立方センチメートルのガス（例えばＨｅ）を意味する。これは、単位「標準Ｈｅ−ｃｃ／秒」による表現に対応する。更に、１ａｔｍ−ｃｃ／秒が１．０１３２５ｍｂａｒ−Ｌ／秒に等しいことが認識される。一般に、本明細書に開示されるウルトラキャパシタ１０は、約５．０×１０−６ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を有する密封を提供することができ、約５．０×１０−１０ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示してよい。成功した密封の性能は必要に応じて使用者、設計者または製造者によって評価されるべきであること、および「密封」は最終的には、使用者、設計者、製造者または他の当事者（または関係者）によって定義されるべき基準を意味することも考慮される。
【００３３】
漏れ（またはリーク）の検出は、例えばトレーサーガスの使用により達成されてよい。漏れ検査のためのヘリウム等のトレーサーガスの使用は、乾式、急速、正確かつ非破壊の方法であるので好都合である。この技術の一の例において、ウルトラキャパシタ１０はヘリウムの環境中に置かれる。ウルトラキャパシタ１０は、加圧ヘリウムに付される。次いで、ウルトラキャパシタ１０は、ヘリウムの存在を検出可能な検出器（原子吸光ユニット等）に接続された真空チャンバーの中に置かれる。加圧時間、圧力および内部体積を知ることにより、ウルトラキャパシタ１０の漏れ速度を決定してよい。
【００３４】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つのリード線（本明細書において「タブ」とよんでもよい）は、集電体２のそれぞれ１つと電気的に連結される。（ウルトラキャパシタ１０の極性に従って）複数のリード線を一緒に集めてよく、連結してそれぞれの端子８としてよい。次に、端子８は、「接触子」（例えばハウジング７および外部電極（本明細書において常套的に「フィードスルー」または「ピン」ともよばれる）の一方）とよばれる電気的アクセスに連結されてよい。図１３、１４および１５を参照してよい。ここで、エネルギー貯蔵媒体１をより一層詳細に考慮されたい。
【００３５】
例示的ウルトラキャパシタ１０において、エネルギー貯蔵媒体１はカーボンナノチューブから形成される。エネルギー貯蔵媒体１は、例えば、活性炭、炭素繊維、レーヨン、グラフェン、エアロゲル、炭素布およびカーボンナノチューブの複数の形態を含む他の炭素質材料を含んでよい。活性炭電極は、例えば、炭素化合物の炭化により得られる炭素材料に対して第１の活性化処理を行うことによって炭素系材料を製造すること、炭素消系材料にバインダーを加えることにより成形体（ｆｏｒｍｅｄ  ｂｏｄｙ）を製造すること、成形体を炭化すること、および最後に炭化された成形体に第２の活性化処理を行うことにより活性炭電極を製造することによって製造され得る。炭素繊維電極は、例えば、表面積の大きい炭素繊維を有する紙（またはペーパー）または布の予備成形品（またはプレフォーム）を用いることにより製造され得る。
【００３６】
カーボンナノチューブを製造する一の例示的方法において、配列されたカーボンナノチューブの集合体を製造するための装置は、触媒を表面に有する基材上に配列されたカーボンナノチューブを合成するための装置を含む。装置は、触媒の周りの環境を還元ガスの環境にし、触媒または還元ガスの少なくともいずれかを加熱する生成工程を処理する生成ユニット；触媒の周りの環境を原材料ガスの環境にすること及び触媒または原材料ガスのいずれかを加熱することにより、配列されたカーボンナノチューブの集合体を合成する成長工程を処理する成長ユニット；ならびに基材を少なくとも生成ユニットから成長ユニットに移動させる移動ユニットを含む。種々の他の方法および装置が、配列されたカーボンナノチューブの集合体をもたらすのに利用されてよい。
【００３７】
いくつかの実施形態において、エネルギー貯蔵媒体１を形成するのに用いられる材料は、純炭素（および現在存在する又は後に考案される種々の形態の炭素）以外の材料を含んでよい。即ち、他の材料の種々の配合物がエネルギー貯蔵媒体１に含まれてよい。より具体的には、かつ限定的でない例において、少なくとも１つのバインダー材料がエネルギー貯蔵媒体１において用いられてよいが、このことは、他の材料（バインダー材料等）の添加を示唆する又は必要とするものではない。但し、一般に、エネルギー貯蔵媒体１は実質的に炭素から形成され、従って、本明細書において「炭素質材料」、「炭素質層」または他の同様の用語でよんでよい。手短に言えば、エネルギー貯蔵媒体１は、主に炭素から形成されるが、エネルギー貯蔵媒体１として所望の機能性をもたらす任意の形態の炭素（適切である又は許容可能であると考えられる任意の添加剤または不純物）を含んでよい。
【００３８】
一組の実施形態において、炭素質材料は少なくとも約６０質量％の炭素元素を含み、他の実施形態において少なくとも約７５質量％、８５質量％、９０質量％、９５質量％または９８質量％の炭素元素を含む。
【００３９】
炭素質材料は、カーボンブラック、黒鉛等を含む種々の形態の炭素を含み得る。炭素質材料は、ナノチューブ、ナノロッド、シート形状のグラフェンシート、および／または錐体、ロッド、球（バッキーボール（ｂｕｃｋｙｂａｌｌ））等へと成形されたグラフェンシート等のナノ粒子を含む炭素粒子を含み得る。
【００４０】
エネルギー貯蔵媒体１において用いるのに適した種々の形態の炭素質材料のいくつかの実施形態が、本明細書において例として提示される。これらの実施形態は、ロバスト性のエネルギー貯蔵体を提供し、電極３において用いるのによく適している。これらの例は例示を目的としている、エネルギー貯蔵媒体１において用いるのに適した炭素質材料の実施形態を限定するものではないことに留意するべきである。
【００４１】
一般に、用語「電極」は、電気回路に組み込まれてよいデバイスにおける導体であって、非金属であることが多い別の材料に接触するのに用いられる導体を指す。一般に、用語「電極」は、本明細書において用いられる場合、所望の機能性を提供するために集電体２（エネルギー貯蔵媒体１等）を伴ってよい（例えば、エネルギー貯蔵およびエネルギー伝達を提供するために集電体２と組み合わされたエネルギー貯蔵媒体１）ので、集電体２および追加の構成要素に関連する。
【００４２】
集電体２について検討すると、いくつかの実施形態において、集電体２は約０．５マイクロメートル（μｍ）〜約２５マイクロメートル（μｍ）の厚さである。いくつかの実施形態において、集電体２は約２０マイクロメートル（μｍ）〜約４０マイクロメートル（μｍ）の厚さである。集電体２は、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、ｅ−ビーム、熱蒸発または別の適切な技術によって適用される層等の薄層として現れてよい。一般に、集電体２は、その特性（導電率、電気化学的に不活性であること及びエネルギー貯蔵媒体１（例えばＣＮＴ）に適合すること等）で選択される。いくつかの例示的材料として、アルミニウム、白金、金、タンタル、チタンが挙げられ、他の材料および種々の合金が含まれ得る。
【００４３】
集電体２がエネルギー貯蔵媒体１（例えばＣＮＴ）に接合されると、電極構成要素１５が実現される。各電極構成要素１５は、電極３として個別に用いられてよく、または少なくとももう１つの電極構成要素１５と連結されて電極３がもたらされてよい。
【００４４】
セパレータ５は、種々の材料から作製されてよい。いくつかの実施形態において、セパレータ５は不織ガラスである。セパレータ５は、ガラス繊維、セラミック、ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（デラウェア州ウィルミントン）によってＴＥＦＬＯＮ（登録商標）として一般に市販されているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素ポリマーから作製してもよい。例えば、不織ガラスを用いることにより、セパレータ５は、主繊維およびバインダー繊維を含み得、各々のバインダー繊維は各々の主繊維の径より小さい径を有し、主繊維が一緒に結合されるのを可能にする。
【００４５】
ウルトラキャパシタ１０の寿命のため、および高温における性能を保証するために、セパレータ５は、不純物の量が低減されるべきであり、特に、セパレータ５に含まれる水分量が非常に低減されるべきである。特に、水分が約２００ｐｐｍに制限されることが、化学反応を低減するため及びウルトラキャパシタ１０の寿命を向上させるため、ならびに高温用途において優れた性能をもたらすために望ましいことがわかった。セパレータ５において用いられる材料のいくつかの実施形態としてポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ガラス繊維、およびガラス強化プラスチック（ＧＲＰ）が挙げられる。
【００４６】
一般に、セパレータ５に用いられる材料は、含水量、多孔性（または空隙率）、融点、不純物含有量、結果として生じる電気的性能、厚さ、コスト、利用可能性等に従って選択される。いくつかの実施形態において、セパレータ５は、疎水性材料から形成される。
【００４７】
従って、過剰の水分が各セパレータ５から排除されることを確保するための手順を採用してよい。他の技術の中でも、真空乾燥法を用いてよい。
【００４８】
いくつかの実施形態において、ウルトラキャパシタ１０はセパレータ５を必要とせず、あるいはセパレータ５を含まないことに留意されたい。例えば、電極３が構造の幾何学的形状による物理的離隔を保証されている実施形態等のいくつかの実施形態において、電極３の間に電解質６のみを有していれば十分である。より具体的には、かつ物理的離隔の一例としては、一のそのようなウルトラキャパシタ１０は、離隔が常に保証されるようにハウジング内に配置された電極３を含んでよい。一のベンチトップ（または卓上）の例としては、ビーカーに備え付けられたウルトラキャパシタ１０が挙げられるだろう。
【００４９】
ウルトラキャパシタ１０は、いくつかの異なる形状因子（ｆｏｒｍ  ｆａｃｔｏｒ）において具体化されてよい（即ち、特定の外観を示してよい）。潜在的に有用な形状因子の例としては、円筒形のセル、輪状または環状のセル、扁平な（ｆｌａｔ）角柱形のセルまたは箱形のセルを含む扁平な角柱形のセルの積層体、および湾曲した空間等の特定の幾何学的形状に適合する形状である扁平な角柱形のセルが挙げられる。円筒形の形状因子は、円筒形の器具または円筒形の形状因子に取り付けられる器具に関連して最も有用であり得る。輪状または環状の形状因子は、環状の器具または環状の形状因子に取り付けられる器具に関連して最も有用であり得る。特定の幾何学的形状に適合するように成形された扁平な角柱形のセルは、「デッドスペース」（即ち、器具または設備における空間であって、さもなければ占有されず（または空いており）且つ一般にアクセス可能でない場合がある空間）を有効に利用するのに有用であり得る。
【００５０】
本明細書においては概括的に「ゼリーロール」用途（即ち、円筒形のハウジング７のために構成された貯蔵セル１２）に関して開示されているが、巻かれた貯蔵セル２３は、任意の所望の形状を取り得る。例えば、貯蔵セル１２を巻くこととは対照的に、貯蔵セル１２の折り畳み（ｆｏｌｄｉｎｇ）が、巻かれた貯蔵セル２３を提供するのに行われてよい。他の種類の組み立てを用いてよい。一例として、貯蔵セル１２は扁平なセルであってよく、「コイン型」セルとよぶ。従って、巻くことは、巻かれた貯蔵セル２３の組み立てに関するオプションの１つに過ぎない。従って、本明細書においては「巻かれた貯蔵セル２３」であることに関して論じられているが、これに限定されない。用語「巻かれた貯蔵セル２３」は一般に、ハウジング７の所定の設計内にうまく適合するための貯蔵セル１２のパッケージングまたはパッキングの任意の適切な形状を含むことが考慮されてよい。
【００５１】
種々の形態のウルトラキャパシタ１０を一緒に接続してよい。種々の形態は、接触子を一緒に溶接すること、少なくとも１つの機械的コネクタを用いること、互いに電気的に接触する接触子を設けること等の公知の技術を用いて接続されてよい。複数のウルトラキャパシタ１０が、並列および直列形式の少なくとも一方で電気的に接続されてよい。
【００５２】
電解質６は、カチオン９とアニオン１１とのペアを含み、溶媒を含んでよい。電解質６は、必要に応じて「イオン液体」とよんでよい。カチオン９、アニオン１１および溶媒の種々の組み合わせを用いてよい。例示的ウルトラキャパシタ１０において、カチオン９は、１−（３−シアノプロピル）−３−メチルイミダゾリウム、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウム、１，３−ビス（３−シアノプロピル）イミダゾリウム、１，３−ジエトキシイミダゾリウム、１−ブチル−１−メチルピペリジニウム、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ブチル−４−メチルピリジニウム、１−ブチルピリジニウム、１−デシル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、３−メチル−１−プロピルピリジニウムおよびこれらの組み合わせならびに適切であると考えられる他の同等物の少なくとも１つを含んでよい。追加の例示的カチオン９は、イミダゾリウム、ピラジニウム、ピペリジニウム、ピリジニウム、ピリミジニウムおよびピロリジニウム（これらの構造は図４に表される）を含む。例示的ウルトラキャパシタ１０において、アニオン１１は、ビス（トリフルオロメタンスルホナート）イミド、トリス（トリフルオロメタンスルホナート）メチド、ジシアナミド、テトラフルオロボラート、ヘキサフルオロホスファート、トリフルオロメタンスルホナート、ビス（ペンタフルオロエタンスルホナート）イミド、チオシアナート、トリフルオロ（トリフルオロメチル）ボラートおよびこれらの組み合わせならびに適切であると考えられる他の同等物の少なくとも１つを含んでよい。
【００５３】
溶媒は、アセトニトリル、アミド、ベンゾニトリル、ブチロラクトン、環状エーテル、ジブチルカーボナート、ジエチルカーボナート、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジメチルカーボナート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホン、ジオキサン、ジオキソラン、ギ酸エチル、エチレンカーボナート、エチルメチルカーボナート、ラクトン、直鎖状（ｌｉｎｅａｒ）エーテル、ギ酸メチル、メチルプロピオナート、メチルテトラヒドロフラン、ニトリル、ニトロベンゼン、ニトロメタン、ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボナート、スルホラン、スルホン、テトラヒドロフラン、テトラメチレンスルホン、チオフェン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、炭酸エステル、γ−ブチロラクトン、ニトリルおよびトリシアノヘキサン、これらのいずれかの組み合わせ又は適切な性能特性を示す他の（１または複数の）材料を含んでよい。
【００５４】
ここで図４を参照すると、イオン液体において用いられて電解質６をもたらすのに適したカチオン９の種々の追加の実施形態が示される。これらのカチオン９は、単独で用いてよく、または互いに組み合わせて用いてよく、カチオン９の上述の実施形態の少なくともいくつかと組み合わせて用いてよく、使用者、設計者、製造者または他の同様の当事者が適合する又は適切であると判断する他のカチオン９と組み合わせて用いてもよい。図４に表されるカチオン９は、アンモニウム、イミダゾリウム、オキサゾリウム、ホスホニウム、ピペリジニウム、ピラジニウム、ピラジニウム、ピリダジニウム、ピリジニウム、ピリミジニウム、ピロリジニウム、スルホニウム、チアゾリウム、トリアゾリウム、グアニジウム、イソキノリニウム、ベンゾトリアゾリウム、ビオロゲン型および官能性イミダゾリウムカチオンを含むが、これらに限定されない。
【００５５】
図４に示すカチオン９に関して、種々の分岐基（ｂｒａｎｃｈ  ｇｒｏｕｐ）（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、…Ｒｘ）が含まれる。カチオン９の場合において、各分岐基（Ｒｘ）は、アルキル、ヘテロアルキル、アルケニル、ヘテロアルケニル、アルキニル、ヘテロアルキニル、ハロ、アミノ、ニトロ、シアノ、ヒドロキシル、サルフェート、スルホナートまたはカルボニル基（これらはいずれも場合により置換される）の１つであってよい。
【００５６】
用語「アルキル」は当該技術分野において理解され、直鎖アルキル基、分枝鎖アルキル基、シクロアルキル（脂環式）基、アルキル置換シクロアルキル基およびシクロアルキル置換アルキル基を含む飽和脂肪族基を含んでよい。特定の実施形態において、直鎖または分枝鎖アルキルは、その主鎖において約２０以下の炭素原子を有する（例えば、直鎖に関してＣ１−Ｃ２０、分枝鎖に関してＣ１−Ｃ２０）。同様に、シクロアルキルは、その環状構造において約３〜約１０の炭素原子、別法として環状構造において約５、６または７の炭素を有する。アルキル基の例として、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、エチルヘキシル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられるがこれらに限定されない。
【００５７】
用語「ヘテロアルキル」は当該技術分野において理解され、１以上の原子がヘテロ原子（例えば酸素、窒素、硫黄等）である本明細書に記載のアルキル基を指す。例えば、アルコキシ基（例えば−ＯＲ）はヘテロアルキル基である。
【００５８】
用語「アルケニル」および「アルキニル」は当該技術分野において理解され、上述のアルキルと長さ及び可能な置換が類似する不飽和脂肪族基であるが、少なくとも１つの二重結合または三重結合をそれぞれ含む不飽和脂肪族基を指す。
【００５９】
「ヘテロアルケニル」および「ヘテロアルキニル」は当該技術分野において理解され、１以上の原子がヘテロ原子（例えば酸素、窒素、硫黄等）である本明細書に記載のアルケニルおよびアルキニルアルキル基を指す。
【００６０】
一般に、負の電荷を有する任意のイオンをアニオン１１として用いてよい。選択されるアニオン１１は一般に、大きな有機カチオン９と組み合わされて低温溶融イオン塩を形成する。常温（およびそれより低い温度）溶融塩は主に、−１の電荷を有する大きいアニオン９によってもたらされる。より一層低温で溶融する塩は一般に、容易に非局在化する電子を有するアニオン１１と共に実現される。イオン間の親和力を低下させるであろうもの（電荷の非局在化、距離）はいずれも、その後、融点を低下させる。可能なアニオンの構成は実質的に無限であるが、これらの部分集合のみが低温イオン液体の用途において機能するだろう。これは、イオン液体に対して可能なアニオンの構成の限定的でない概説である。
【００６１】
表１に提示されるアニオン１１の使用に適した共通の置換基（α）として以下のものが挙げられる：−Ｆ−、−Ｃｌ−、−Ｂｒ−、−Ｉ−、−ＯＣＨ３−、−ＣＮ−、−ＳＣＮ−、−Ｃ２Ｈ３Ｏ２−、−ＣｌＯ−、−ＣｌＯ２−、−ＣｌＯ３−、−ＣｌＯ４−、−ＮＣＯ−、−ＮＣＳ−、−ＮＣＳｅ−、−ＮＣＮ−、−ＯＣＨ（ＣＨ３）２−、−ＣＨ２ＯＣＨ３−、−ＣＯＯＨ−、−ＯＨ−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＨ３−、−ＳＯＣＨ３−、−ＳＯ２ＣＦ３−、−ＳＯ３Ｈ−、−ＳＯ３ＣＦ３−、−Ｏ（ＣＦ３）２Ｃ２（ＣＦ３）２Ｏ−、−ＣＦ３−、−ＣＨＦ２−、−ＣＨ２Ｆ−、−ＣＨ３−、−ＮＯ３−、−ＮＯ２−、−ＳＯ３−、−ＳＯ４２−、−ＳＦ５−、−ＣＢ１１Ｈ１２−、−ＣＢ１１Ｈ６Ｃｌ６−、−ＣＨ３ＣＢ１１Ｈ１１−、−Ｃ２Ｈ５ＣＢ１１Ｈ１１−、−Ａ−ＰＯ４−、−Ａ−ＳＯ２−、Ａ−ＳＯ３−、−Ａ−ＳＯ３Ｈ−、−Ａ−ＣＯＯ−、−Ａ−ＣＯ−（式中、Ａはフェニル（フェニル基またはフェニル環は、式Ｃ６Ｈ５を有する原子の環状基）または置換フェニル、アルキル（アルカンから水素原子を除去することにより形成される一般式ＣｎＨ２ｎ＋１を有するラジカル）または置換アルキル基、負に帯電したラジカルアルカン（アルカンは、水素および炭素原子のみからなり且つ専ら一重結合により結合される化合物である）、ハロゲン化アルカンおよびエーテル（２つのアルキルまたはアリール基に接続された酸素原子を含む有機化合物の種類である））。
【００６２】
電解質６をもたらすイオン液体において用いるのに適したアニオン１１に関して、種々の有機アニオン１１を用いてよい。例示的アニオン１１およびその構造は表１に提示される。第１の実施形態（Ｎｏ．１）において、例示的アニオン１１は、上で提示した置換基（α）またはこれらの同等物のリストから定式化される。追加の実施形態（Ｎｏ．２〜５）において、例示的アニオン１１は、各々の塩基構造（Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、…Ｙｎ）および各々の数のアニオン置換基（α１、α２、α３、…αｎ）から定式化され、各々の数のアニオン置換基（α）は、上で提示した置換（α）基またはこれらの同等物のリストから選択されてよい。いくつかの実施形態において、複数のアニオン置換基（α）（即ち少なくとも１つの異なるアニオン置換基（α））を、アニオン１１の任意の一の実施形態において用いてよいことに留意されたい。また、いくつかの実施形態において、塩基構造（Ｙ）は単一の原子または（表１に記載の）指定された分子であり、または同等物であってよいことに留意されたい。
【００６３】
より具体的には、および例として、表１に提示される例示的アニオンに関して、特定の組み合わせが実現されてよい。一例として、Ｎｏ．２の場合、塩基構造（Ｙ２）は、２つのアニオン置換基（α２）に結合された単一の構造（例えば原子または分子）を含む。２つの同一のアニオン置換基（α２）を有する物として示されるが、このことが事実である必要はない。即ち、塩基構造（Ｙ２）は、上で列挙したアニオン置換基（α）のいずれか等の様々なアニオン置換基（α２）に結合されてよい。同様に、塩基構造（Ｙ３）は、Ｎｏ．３の場合において示されるように、３つのアニオン置換基（α３）に結合される単一構造（例えば原子）を含む。重ねて、アニオンに含まれるアニオン置換基（α）の各々は、様々であってよく又は多様であってよく、表１に示すように繰り返す（反復的または対称的である）必要はない。一般に、表１における表記に関連して、一の塩基構造における下付文字は、各々の塩基構造がアニオン置換基（α）と共に有してよい結合の数を意味する。即ち、各々の塩基構造（Ｙｎ）における下付文字は、各々のアニオンに付随するアニオン置換基（αｎ）の数を意味する。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
用語「シアノ」は、当該技術分野におけるその通常の意味が与えられ、ＣＮ基を指す。用語「サルフェート」は、当該技術分野におけるその通常の意味が与えられ、ＳＯ２基を指す。用語「スルホナート」は、当該技術分野におけるその通常の意味が与えられ、ＳＯ３Ｘ基を指し、式中Ｘは電子対、水素、アルキルまたはシクロアルキルであってよい。用語「カルボニル」は、当該技術分野において理解され、Ｃ＝Ｏ基を指す。
【００６６】
ウルトラキャパシタ１０の構成を考えるのに重要な態様は、良好な化学的衛生を維持することである。種々の実施形態において、構成要素の純度を確保するために、２つの電極３のためのエネルギー貯蔵媒体１を構成する活性炭、炭素繊維、レーヨン、炭素布および／またはナノチューブは、真空環境において昇温（または高温）にて乾燥させられる。セパレータ５もまた、真空環境において昇温（または高温）にて乾燥させられる。電極３およびセパレータ５が真空下で乾燥させられると、これらは、５０ｐｐｍ未満の水を含む雰囲気において、最終的な封止またはキャップをせずにハウジング７内にパッケージングされる。キャップがされていないウルトラキャパシタ１０は、例えば、真空下で約１００℃〜約３００℃の温度範囲にわたって乾燥させてよい。この最終的な乾燥が完了したら、比較的乾燥した雰囲気（水分が約５０ｐｐｍ未満である雰囲気等）において電解質６を加えてよく、ハウジング７を密封する。当然ながら、他の組み立て方法を用いてよく、上述の事項は、ウルトラキャパシタ１０の組み立ての少数の例示的態様を提供するに過ぎない。
【００６７】
一般に、電解質６における不純物は最小限に保たれる。例えば、いくつかの実施形態において、ハロゲン化物イオン（塩化物、臭化物、フッ化物、ヨウ化物）の総濃度は約１，０００ｐｐｍより下に保たれる。金属種（例えばＢｒ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、これらの合金および酸化物の少なくとも１つを含む）の総濃度は約１，０００ｐｐｍより下に保たれる。更に、合成プロセスにおいて用いられる溶媒および前駆体からの不純物は、約１，０００ｐｐｍより下に保たれ、例えば、ブロモエタン、クロロエタン、１−ブロモブタン、１−クロロブタン、１−メチルイミダゾール、酢酸エチル、塩化メチレン等を含み得る。
【００６８】
いくつかの実施形態において、ウルトラキャパシタ１０の不純物含有量は、イオン選択電極およびカール・フィッシャー滴定法（ウルトラキャパシタ１０の電解質６に適用された）を用いて測定されてきた。本明細書における教示事項によるウルトラキャパシタ１０におけるハロゲン化物の総含有量が、約２００ｐｐｍ未満のハロゲン化物（Ｃｌ−およびＦ−）であったことがわかり、含水量が約１００ｐｐｍ未満であったことがわかった。
【００６９】
不純物は、種々の技術、例えば原子吸光分析法（ＡＡＳ）、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰＭＳ）、または重金属酸化物粒子の痕跡の簡略化された可溶化および電気化学的検知等を用いて測定可能である。ＡＡＳは、気体状態の自由原子による光学的放射（光）の吸収を用いて化学元素を定性的および定量的に測定するための分光分析法である。この技術は、分析すべき試料における特定の元素（被検体）の濃度を決定するのに用いられる。ＡＡＳは、溶液において又は固体試料において直接的に、７０を超える異なる元素を決定するのに使用可能である。ＩＣＰＭＳは、高感度であり且つ１０１２における１部（ｐｐｔ）より低い濃度における範囲の金属およびいくつかの非金属を決定可能である質量分析の一種である。この技術は、イオンを分離および検出する方法として質量分析計を用いてイオンを生成する（イオン化）方法として誘導結合プラズマを一緒にカップリングすることに基づく。ＩＣＰＭＳは、好適なイオンの同位体分離をモニタリングすることも可能である。
【００７０】
不純物を分析するのに追加の技術を用いてよい。これらの技術のいくつかは、固体試料中の不純物を分析するのに特に好都合である。イオンクロマトグラフィ（ＩＣ）は、電解質６（例えばイオン液体）における痕跡レベルのハロゲン化物不純物を測定するのに用いられてよい。イオンクロマトグラフィの利点の１つは、関連するハロゲン化物種を１回のクロマトグラフィ分析において測定可能であることである。２０ｍＭのＮａＯＨおよび１０％（ｖ／ｖ）のアセトニトリルで構成される溶離剤を用いたＤｉｏｎｅｘ  ＡＳ９−ＨＣカラムは、イオン液体からのハロゲン化物の定量に用いてよい装置の一例である。更なる技術は、蛍光Ｘ線技術である。
【００７１】
蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）機器は、固体試料中のハロゲン含有量を測定するのに用いてよい。この技術において、分析すべき試料は、試料カップに配置され、試料カップはその後、分析装置に配置され、そこで特定の波長のＸ線が照射される。試料中のハロゲン原子はＸ線の一部を吸収し、特定のハロゲンに特有の波長の放射を反射する。次いで、機器内の検出器がハロゲン原子から戻ってくる放射の量を定量し、放射の強度を測定する。曝される表面積を知ることにより、試料中のハロゲン濃度が決定可能である。固体試料中の不純物を評価するための更なる技術は熱分解技術である。
【００７２】
不純物の吸着は、熱分解およびマイクロクーロメーターを用いることにより効果的に測定され得る。マイクロクーロメーターは、塩素の総含有量に関してほとんど全ての種類の材料を試験可能である。一例として、少量（１０ミリグラム未満）の試料が、温度が約６００℃〜約１，０００℃の範囲である石英の燃焼管の中に注入または配置される。石英管に純酸素を通して塩素含有成分を完全に燃焼させる。結果として生じる燃焼生成物を滴定セルの中へと押し流して、そこで塩化物イオンが電解質溶液中に捕捉される。電解質溶液は、塩化物イオンと直ちに結合して不溶性の塩化銀として溶液から脱落する銀イオンを含有する。滴定セル中の銀電極は、銀イオン濃度が滴定開始前の濃度に戻るまで、消費された銀イオンを電気的に置換する。必要とされる量の銀を発生させるのに必要な電流量を記録することにより、機器は、原試料中に存在した塩素の量を決定することができる。存在する塩素の総量を試料の重量で除すことにより、試料中に実際に存在する塩素の濃度が得られる。不純物を評価するための他の技術を用いてよい。
【００７３】
電極３における表面キャラクタリゼーションおよび含水量は、例えば赤外線分光技術により分析してよい。１１３０、１５６０、３２５０および２３００ｃｍ−１付近における４つの主要な吸収バンドはそれぞれ、νＣ＝Ｏ、アリールにおけるνＣ＝Ｃ、νＯ−ＨおよびνＣ−Ｎに対応する。強度およびピーク位置を測定することにより、電極３内の表面不純物を定量的に同定することが可能である。
【００７４】
電解質６およびウルトラキャパシタ１０における不純物を同定するためのもう１つの技術はラマン分光法である。この分光技術は、通常は可視、近赤外または近紫外範囲におけるレーザーからの、単色光の非弾性散乱またはラマン散乱に依るものである。レーザー光は分子の振動、フォノンまたは系における他の励起と相互作用し、上側または下側にシフトしたレーザー光子のエネルギーをもたらす。従って、この技術は、ウルトラキャパシタ１０内の原子および分子をキャラクタリゼーションするのに用いてよい。ラマン分光法の多数の変形が用いられ、ウルトラキャパシタ１０の内容物のキャラクタリゼーションに有用であることが判明し得る。
【００７５】
ウルトラキャパシタ１０が作製されると、漏れ電流が僅か又は無く、抵抗がほとんど増加しない高温用途に用いてよい。本明細書に記載のウルトラキャパシタ１０は、約−４０℃〜約２１０℃の温度で効果的に動作可能であり、動作電圧および温度範囲の全体において、デバイスの体積に対して規格化した漏れ電流はデバイスの体積１リットル当たり１アンペア（１Ａ／Ｌ）未満であり得る。
【００７６】
ウルトラキャパシタ１０における含水量を（例えば、電解質の重量および体積に対して５００ｐｐｍ未満に、かつ不純物を１，０００ｐｐｍ未満に）低減することにより、ウルトラキャパシタ１０は温度範囲にわたって効果的に動作可能であり、漏れ電流（Ｉ／Ｌ）はその温度範囲および電圧範囲内において１，０００ミリアンペア毎リットル未満である。
【００７７】
一の実施形態において、特定の温度における漏れ電流（Ｉ／Ｌ）は、ウルトラキャパシタ１０の電圧を定格電圧（即ち最大定格動作電圧）で一定に７２時間保持することにより測定される。この時間のあいだ、温度は特定の温度において比較的一定のままである。測定間隔の終了時において、ウルトラキャパシタ１０の漏れ電流を測定する。
【００７８】
いくつかの実施形態において、ウルトラキャパシタ１０の最大定格電圧は、室温において約４Ｖである。高温（例えば２１０℃より高温）におけるウルトラキャパシタ１０の性能を確保する手段は、ウルトラキャパシタ１０の定格電圧の出力レベルを下げる（即ち、定格電圧を低下させる）ことである。例えば、定格電圧は、高温における動作の継続時間の延長が達成されるように、約０．５Ｖに低下させて調節してよい。
【００７９】
高度な純度を確保するためのもう１つの実施形態は、電解質６を精製するための例示的方法を含む。この方法は特定のパラメータ（例えば量、配合、時間等）に関して提示されるが、提示は単に電解質を精製する方法を例示し且つその実例となるものであり、方法を限定するものでないことに留意するべきである。
【００８０】
電解質の精製方法の第１の工程において、電解質６（いくつかの実施形態においてイオン液体）を脱イオン水と混合し、次いで、いくらかの時間、適温（または中温、ｍｏｄｅｒａｔｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に昇温させる。概念の実証において、５０ミリリットル（ｍｌ）のイオン液体を８５０ミリリットル（ｍｌ）の脱イオン水と混合した。混合物は約１２時間、６０℃の一定温度に昇温され、（約１２０回転毎分（ｒｐｍ）の）一定の撹拌に付された。
【００８１】
第２の工程において、イオン液体および脱イオン水の混合物を分離させる。この例において、混合物は漏斗を介して移され、約４時間置かれた。
【００８２】
第３の工程において、イオン液体を収集する。この例において、混合物の水相は底部に存在し、イオン液体相は上部に存在した。イオン液体相を別のビーカーに移した。
【００８３】
第４の工程において、溶媒をイオン液体と混合した。この例において、体積が約２５ミリリットル（ｍｌ）の酢酸エチルをイオン液体と混合した。この混合物を再び適温（または中温）に昇温し、しばらくの時間撹拌した。
【００８４】
酢酸エチルが溶媒として用いられたが、溶媒は、ジエチルエーテル、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、１−４ジオキサン、クロロホルムまたはこれらのいずれかの組み合わせ及び適切な性能特性を示す他の（１または複数の）材料の少なくとも１つであり得る。所望の性能特性のいくつかは、非極性溶媒の性能特性および高度な揮発性を含む。
【００８５】
第５の工程において、炭素粉末をイオン液体および溶媒の混合物に加える。この例において、約２０重量パーセント（ｗｔ％）の炭素（直径約０．４５マイクロメートル）を混合物に加えた。
【００８６】
第６の工程において、イオン液体を再び混合する。この例において、炭素粉体を含む混合物を約７０℃において一晩、一定の撹拌（１２０ｒｐｍ）に付した。
【００８７】
第７の工程において、炭素および酢酸エチルをイオン液体から分離する。この例において、炭素は、ガラスマイクロファイバーフィルターを用いたブフナー濾過を用いて分離された。複数回（３回）の濾過が行われた。収集されたイオン液体は、その後、実質的に全ての炭素粒子を除去するために、０．２マイクロメートルのシリンジフィルターに通された。この例において、溶媒は、その後、ロータリーエバポレーション（または回転蒸発）を用いることによりイオン液体から実質的に分離された。具体的には、イオン液体の試料を、温度を７０℃から８０℃に上昇させながら撹拌し、１００℃において終了した。蒸発は、各温度においてそれぞれ約１５分間行った。
【００８８】
電解質の精製方法は非常に効果的であることがわかった。イオン液体試料に関して、含水量は、Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ  Ｉｎｃ．（オハイオ州コロンバス、型式番号：ＡＱＣ２２）により提供された滴定装置を用いて滴定により測定した。ハロゲン化物含有量は、Ｈａｎｎａ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（ロードアイランド州ウーンソケット、型式番号：ＡＱＣ２２）により提供されたＩＳＥ（イオン選択電極）機器を用いて測定した。ＩＳＥ機器の標準溶液は、Ｈａｎｎａから得られ、ＨＩ  ４００７−０３（１，０００ｐｐｍ塩化物標準物質）、ＨＩ  ４０１０−０３（１，０００ｐｐｍフッ化物標準物質）、ＨＩ  ４０００−００（ハロゲン化物電極のためのＩＳＡ）およびＨＩ  ４０１０−００（フッ化物電極のみのためのＴＩＳＡＢ溶液）が含まれた。測定を行うに先立って、ＩＳＥ機器は、脱イオン水と混合した０．１、１０、１００および１，０００ｐｐｍの標準物質を用いた標準溶液を用いて校正された。Ｃｌ−イオン測定のために、ＩＳＡ緩衝剤を標準物質に１：５０の割合で加えた。結果を表２に示す。
【００８９】
【表２】
2014531531.tif 000004
【００９０】
ハロゲン化物イオンを測定するために４段階の方法を用いた。第１に、Ｃｌ−およびＦ−イオンを脱イオン水中で測定した。次に、脱イオン水を用いてイオン液体の０．０１Ｍ溶液を調製した。次いで、Ｃｌ−およびＦ−イオンをその溶液中で測定した。その後、ハロゲン化物含有量の概算量を、溶液中のイオン量から水中のイオン量を減算することにより決定した。
【００９１】
概説として、円筒形のウルトラキャパシタ１０の組み立て方法が提示される。電極３から開始して、各電極３は、エネルギー貯蔵媒体１が集電体２と関連付けられた後に作製される。次いで、複数のリード線を各電極３の適切な位置に連結する。次いで、複数の電極３を、間に配置された適切な数のセパレータと共に位置合わせし、組み立てて貯蔵セル１２を形成する。その後、貯蔵セル１２を円筒形に巻いてよく、包装部材（ｗｒａｐｐｅｒ）で固定してよい。一般に、それぞれのリード線はその後束ねられて各端子８を形成する。
【００９２】
ウルトラキャパシタ１０に電解質６を組み込むに先立って（例えば貯蔵セルの組み立て前または後に）、ウルトラキャパシタ１０の各構成要素を乾燥させて水分を除去してよい。これは、組み立てられていない構成要素（即ち、空のハウジング７ならびに各電極３および各セパレータ５）を用いて行ってよく、その後、組み立てられた構成要素（貯蔵セル１２等）を用いて行ってよい。
【００９３】
乾燥は、例えば真空環境において高温にて行ってよい。乾燥を行ったら、貯蔵セル１２はその後、最終的な封止またはキャップをすることなくハウジング７にパッケージングしてよい。いくつかの実施形態において、パッケージングは、５０ｐｐｍ未満の水を含む雰囲気において行われる。キャップされていないウルトラキャパシタ１０をその後再び乾燥させてよい。例えば、ウルトラキャパシタ１０は、真空下において約１００℃〜約３００℃の温度範囲にわたって乾燥させてよい。この最終の乾燥が完了したら、その後、ハウジング７を、例えば水分が５０ｐｐｍ未満の雰囲気において密封してよい。
【００９４】
いくつかの実施形態において、乾燥プロセス（「ベーキング（ｂａｋｉｎｇ）」プロセスとよんでもよい）が完了したら、構成要素の周りの環境を不活性ガスで満たしてよい。例示的ガスとして、アルゴン、窒素、ヘリウムおよび同様の特性を示す他のガス（ならびにそれらの組み合わせ）が挙げられる。
【００９５】
一般に、注入口（ハウジング７の表面における穿孔）がハウジング７に含まれ、または後で加えられてよい。ウルトラキャパシタ１０が電解質６で満たされたら、注入口を閉じてよい。注入口の閉止は、例えば、材料（例えばハウジング７に適合する金属）を注入口の中または上に溶接することにより達成してよい。いくつかの実施形態において、注入口は、ウルトラキャパシタ１０が後続の再開口、充填および閉止のための別の環境に移動してよいように、充填の前に一時的に閉じてよい。尤も、本明細書において論じられるように、ウルトラキャパシタ１０は同じ環境において乾燥させられ且つ満たされる（または充填される）と考えられる。
【００９６】
所望の量の電解質６でハウジング７を満たすのに多数の方法を用いてよい。一般に、満たす方法（または充填方法）の制御は、とりわけ、キャパシタンス（または静電容量）の増加、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の低下および電解質６の消耗の制限をもたらしてよい。真空充填法が、ハウジング７を電解質６で満たして貯蔵セル１２を電解質６で濡らす技術の限定的でない例として提示される。
【００９７】
但し、第１に、ウルトラキャパシタ１０の構成要素を汚染する可能性がある材料が清潔であり、適合性を有し且つ乾燥していることを確保するために、測定を行ってよいことに留意されたい。常套的には、「良好な衛生状態」は組み立てプロセスを確保するために実行され、構成要素はウルトラキャパシタ１０に汚染物質を導入しないと考えてよい。また、常套的には、「汚染物質」は、導入された場合にウルトラキャパシタ１０の性能に悪影響を及ぼすだろう任意の望まれない材料として定義されてよいと考えてよい。また、本明細書において一般に、汚染物質はｐｐｍ等の濃度として評価されてよいことに留意されたい。濃度は、重量基準、体積基準、試料重量基準として考えてよく、または適切であると決定される他の任意の方法で考えてよい。
【００９８】
「真空法」において、ハウジング７の上の注入口の周りに容器を置く。その後、酸素および水（即ち水分）が実質的にない環境において、一の量の電解質６を容器に入れる。次いで、環境を真空引きし、それによりハウジングから空気を引き出し、それと同時に電解質６をハウジング７の中に引き入れる。その後、必要に応じて周囲の環境に不活性ガス（アルゴン、窒素等または不活性ガスのいくつかの組み合わせ）が補充されてよい。ウルトラキャパシタ１０は、所望の量の電解質６が引き入れられたか否かが確認されてよい。方法は、所望の量の電解質６がウルトラキャパシタ１０内に存在するまで、必要に応じて繰り返してよい。
【００９９】
電解質６で満たした後、いくつかの実施形態において、材料を注入口に適合させてウルトラキャパシタ１０を密封してよい。材料は、例えば、ハウジング７および電解質６に適合する金属であってよい。一の例において、材料は、注入口に圧力嵌め（ｆｏｒｃｅ  ｆｉｔ）され、注入口における栓の「冷間溶接（またはコールドウェルド）」が本質的に実施される。当然ながら、圧力嵌めは、本明細書において更に論じられる他の溶接技術で補ってよい。
【０１００】
充填方法がウルトラキャパシタ１０をもたらす方法を示すために、ウルトラキャパシタ１０の２つの類似の実施形態を構築した。一方は、真空を用いずに充填され、他方は真空下で充填された。２つの実施形態の電気的性能を表３に提示する。そのような測定の繰り返された性能により、性能の向上は、真空を適用することによるウルトラキャパシタ１０の充填により実現されることが注目された。一般に、ハウジング７内の圧力が約１５０ミリトル（ｍＴｏｒｒ）未満、特に約４０ｍＴｏｒｒ未満に低下することが望ましいことが決定された。
【０１０１】
【表３】
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【０１０２】
真空充填技術の有効性を評価するために、２つの異なるパウチ型セルを試験した。パウチ型セルは２つの電極３を含み、各電極３は炭素質材料をベースとした。電極３の各々は、互いに対して反対側に且つ互いに向かい合うように配置された。セパレータ５は、短絡を防止するためにそれらの間に配置され、全ては電解質６に浸漬された。４つの測定点を備えるために２つの外部タブを用いた。使用したセパレータ５はポリエチレンセパレータ５であり、セルは約０．４６８ｍｌの総体積を有した。これにより、初期の漏れ電流の有意な低下および測定間隔の後の部分にわたる漏れ電流の低下がもたらされる。
【０１０３】
漏れ電流は、多数の方法で決定されてよい。定量的には、漏れ電流は、デバイスが平衡状態に達した時点でデバイスに引き込まれる電流であると考えてよい。実際には、一般に漸近的にのみ達し得る平衡状態として実際の漏れ電流を見積もることが常に又はほとんど常に必要である。従って、所定の測定における漏れ電流は、ウルトラキャパシタ１０を実質的に固定された電圧に保持し、比較的長時間にわたって実質的に固定された周囲温度に曝しながら、ウルトラキャパシタ１０に引き込まれる電流を測定することにより見積もってよい。いくつかの例において、「比較的長時間」は、電流−時間関数を指数関数として見積もることにより決定してよく、いくらかの（例えば約３〜５）特性時間定数が経過し得る。多くの場合、そのような継続時間は、多数のウルトラキャパシタ技術に対して約５０時間〜約１００時間の範囲である。別法として、何らかの理由によりそのような長時間が実施困難である場合、漏れ電流は、再び、おそらく、指数関数または適切であると考えられる任意の近似関数として電流−時間関数を見積もることにより、簡単に外挿してよい。特に、漏れ電流は一般に周囲温度に依存するだろう。従って、一の温度または一の温度範囲におけるデバイスの性能のキャラクタリゼーションを行うために、漏れ電流を測定するときに、対象とする周囲温度にデバイスを曝すことが一般に重要である。
【０１０４】
ここで、一の例示的ハウジング７の態様を示す図５を参照する。とりわけ、ハウジング７は、ウルトラキャパシタ１０の構造および物理的保護を与える。この例において、ハウジング７は、環状の円筒形のボディ（または本体）２０および相補的なキャップ２４を含む。この実施形態において、キャップ２４は、取り外されて電気絶縁体２６で満たされる中心部を含む。キャップのフィードスルー（ｆｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）１９は、電気絶縁体２６を貫通して、貯蔵されたエネルギーに対するアクセスを使用者に提供する。
【０１０５】
ハウジング７のための共通の材料としては、ステンレススチール、アルミニウム、タンタル、チタン、ニッケル、銅、スズ、種々の合金、積層体等が挙げられる。いくつかのポリマー系材料等の構造材料を（一般に少なくともいくつかの金属成分と組み合わせて）ハウジング７に用いてよい。
【０１０６】
この例はキャップ２４における唯１つのフィードスルー１９を表しているが、ハウジング７の構造は本明細書において論じられる実施形態に限定されないことを理解するべきである。例えば、キャップ２４は、複数のフィードスルー１９を含んでよい。いくつかの実施形態において、ボディ２０は、環状の円筒の反対側の端部において第２の同様のキャップ２４を含む。更に、ハウジング７は環状の円筒形のボディ２０を有する実施形態に限定されないことを理解するべきである。例えば、ハウジング７は、シェル（またはクラムシェル）型、角柱型、パウチ型、または設計者、製造者もしくは使用者のニーズに適した他の任意の型式であってよい。
【０１０７】
この例において、キャップ２４は、ボディ２０の内径にぴったりと適合するように設計された外径を有するように作製される。組み立て時に、キャップ２４は、ボディ２０内に溶接されてよく、それにより使用者に密封を提供してよい。
【０１０８】
ここで図６を参照して、例示的エネルギー貯蔵セル１２を示す。この例において、エネルギー貯蔵セル１２は「ゼリーロール」型のエネルギー貯蔵体である。これらの実施形態において、エネルギー貯蔵材料を巻き取って詰まったパッケージにする。複数のリード線は一般に、各端子８を形成し、エネルギー貯蔵セル１２の適切な層への電気的アクセスを提供する。一般に、組み立てるとき、各端子８は、ハウジング７に（例えばそれぞれのフィードスルー１９に及び／又はハウジング７に直接）電気的に連結される。エネルギー貯蔵セル１２は種々の形態を仮定してよい。一般に、少なくとも２つの複数のリード線（例えば端子８）が存在し、それぞれは各集電体２に対するものである。簡単にするために、本明細書において説明される多数の実施形態においては、端子８の１つのみを示す。
【０１０９】
ハウジング７の高性能の密封が望ましい。即ち、外部環境（空気、湿気等）の侵入を防ぐことは、エネルギー貯蔵セル１２の構成要素の純度を維持するのに役立つ。更に、これにより、エネルギー貯蔵セル１２からの電解質６の漏れが防止される。
【０１１０】
ここで図７を参照すると、ハウジング７は内側の障壁（ｂａｒｒｉｅｒ）３０を含んでよい。いくつかの実施形態において、障壁３０はコーティングである。この例において、障壁３０はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成される。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、この組成物を障壁３０によく適したものにする種々の特性を示す。ＰＴＦＥは約３２７℃の融点を有し、優れた誘電特性を有し、約０．０５〜０．１０の摩擦係数（これは公知の固体材料のうち３番目に低い）を有し、高耐食性および他の有益な特性を有する。一般に、キャップ２４の内部は、そこに配置された障壁３０を含んでよい。
【０１１１】
他の材料を障壁３０に用いてよい。これらの他の材料は、とりわけ、セラミック（適切に適用し得、かつ性能基準を満たし得る任意の種類のセラミック）、他のポリマー（好ましくは高温ポリマー）等の形態である。例示的な他のポリマーとして、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）およびフッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）ならびにエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）が挙げられる。
【０１１２】
障壁３０は、エネルギー貯蔵セル１２とハウジング７またはハウジング７の構成要素との電気化学的反応または他の種類の反応の低減をもたらす任意の材料または材料の組み合わせを含んでよい。いくつかの実施形態において、組み合わせは、単一層内の異なる材料の均一な分散物として示される。他の実施形態において、組み合わせは、複数の層内の異なる材料として示される。他の組み合わせを用いてよい。手短にいえば、障壁３０は、電気絶縁体または化学的に不活性である（即ち低反応性を示す）ことの少なくとも一方であると考えてよく、従って、貯蔵セル１２とハウジング７との間の電気的相互作用および化学的相互作用の少なくとも一方に実質的に耐える又はそれを妨げる。いくつかの実施形態において、用語「低反応性」および「低化学反応性」は一般に、当事者にとって関心のあるレベルより低い化学的相互作用の速度を指す。
【０１１３】
一般に、ハウジング７の内部は、内部に曝されるハウジング７の全ての表面が被覆されるように、障壁３０に対するホストであってよい。少なくとも１つの処理されていない領域３１が、ボディ２０内およびキャップ２４の外面３６に含まれてよい（図８Ａを参照のこと）。いくつかの実施形態において、処理されていない領域３１（図８Ｂを参照のこと）が、（溶接等により）密封または接続されるだろう領域等の組み立ての要件を構成するために含まれてよい。
【０１１４】
障壁３０は、常套的な技術を用いて内部に適用してよい。例えば、ＰＴＦＥの場合、障壁３０は、障壁３０をコーティングとして内面に塗布または噴霧することにより適用してよい。プロセスの一部としてマスクを用いて、処理されていない領域３１が所望の保全された状態を保つのを確保してよい。手短にいえば、障壁３０をもたらすのに種々の技術を用いてよい。
【０１１５】
一の例示的実施形態において、障壁３０は約３ミル（ｍｉｌ）〜約５ミルの厚さであり、一方、障壁３０に用いられる材料はＰＦＡ系材料である。この例において、障壁３０を構成する材料を受ける表面は、酸化アルミニウム等のグリットブラスティングにより整えられる。表面が洗浄されたら、材料が、まずは液体として、次いで粉末として適用される。材料は、熱処理プロセスにより硬化される。いくつかの実施形態において、加熱サイクルは、約３７０℃の温度において、継続時間が約１０分〜約１５分である。これにより、ピンホールサイズまたはより小さい欠陥が実質的にない障壁３０の連続的仕上げがもたらされる。図９は、本明細書における教示に従うウルトラキャパシタ１０の一の実施形態の組み立てを表す。この実施形態において、ウルトラキャパシタ１０は、中に配置された障壁３０を含むボディ２０と、中に配置された障壁３０を備えるキャップ２４と、エネルギー貯蔵セル１２とを含む。組み立ての間、キャップ２４はボディ２０の上に設置される。１つ目の端子８は、キャップのフィードスルー１９に電気的に連結され、一方、２つ目の端子８は、ハウジング７に、通常は底部において、キャップ２４の側面または上に電気的に連結される。いくつかの実施形態において、２つ目の端子８は、（反対側のキャップ２４等の）もう１つのフィードスルー１９に連結される。
【０１１６】
障壁３０がハウジング７の（１または複数の）内面に配置されていると、ハウジング７と電解質との電気化学反応および他の反応が大いに低減され、または実質的に排除される。これは化学反応および他の反応の速度が一般に増大する高温において特に顕著である。
【０１１７】
ここで図１０を参照すると、他の同等のウルトラキャパシタと比較したウルトラキャパシタ１０の相対的性能が示されている。図１０Ａにおいて、ウルトラキャパシタ１０の従来技術の実施形態に関して漏れ電流が示されている。図１０Ｂにおいて、障壁３０を含む同等のウルトラキャパシタ１０に関して漏れ電流が示されている。図１０Ｂにおいて、ウルトラキャパシタ１０は、漏れ電流が図１０Ａに示されるウルトラキャパシタと電気的に同等である。両方の場合において、ハウジング７はステンレススチールであり、セルに供給される電圧は１．７５ボルトであり、電解質は精製されなかった。温度を１５０℃で一定に保持した。特に、図１０Ａにおける漏れ電流が比較的高い初期値および時間にわたる実質的増加を示すのに対し、図１０Ｂにおける漏れ電流は、比較的低い初期値を示し、時間にわたって実質的な増加を示さない。
【０１１８】
一般に、障壁３０は、エネルギー貯蔵セル１２とハウジング７との間において適切な材料の適切な厚さを備える。障壁３０は、均一な混合物、不均一な混合物および／または材料の少なくとも１つの層を含んでよい。障壁３０は、完全な被覆を提供してよく（即ち電極接触子を除くハウジングの内部表面領域にわたる被覆を提供してよく）、または部分的な被覆を提供してよい。いくつかの実施形態において、障壁３０は、複数の構成要素から形成される。例えば、以下に提示し且つ図１１において図示される実施例を検討されたい。
【０１１９】
図１１を参照して、追加の実施形態の態様を示す。いくつかの実施形態において、エネルギー貯蔵セル１２はエンベロープ（または包装体）３３内に置かれる。即ち、エネルギー貯蔵セル１２は、上に配置された、上を覆った、または組み立てた時点でハウジング７からエネルギー貯蔵セル１２を離隔するために他の方法で適用された障壁３０を有する。エンベロープ３３は、エネルギー貯蔵セル１２をハウジング７の中にパッケージングするよりもかなり前に適用してよい。従って、エンベロープ３３の使用は、製造者等に対して一定の利点を提示し得る。（説明のために、エンベロープ３３はエネルギー貯蔵セル１２の上にゆとりを持たせて（またはゆったりと）配置されるものとして示されていることに留意されたい。）
【０１２０】
いくつかの実施形態において、エンベロープ３３はコーティングと併せて用いられ、コーティングは内面の少なくとも一部の上に配置される。例えば、一の実施形態において、コーティングは、ハウジング７の内部において、エンベロープ３３が少なくとも部分的に危険（突出した端子８等）にさらされ得る領域のみに配置される。エンベロープ３３およびコーティングは一緒に効果的な障壁３０を形成する。
【０１２１】
従って、障壁３０を組み込むことにより、従来技術を考慮して比較的低い初期値および実質的に低速である漏れ電流の経時的増加を有する漏れ電流を示すウルトラキャパシタを提供し得る。意義深いことに、従来技術のキャパシタが漏れ電流の極めて高い初期値および／または極めて急速である漏れ電流の経時的増加を示すだろう周囲温度にウルトラキャパシタが曝されるとき、ウルトラキャパシタの漏れ電流は、実用的な（即ち望ましく低い）レベルのままである。
【０１２２】
常套的には、用語「漏れ電流」は一般に、所定の時間の後に測定される、キャパシタによって引かれる電流を指す。この測定は、キャパシタの端子が実質的に固定された電位差（端子電圧）で保持されるときに行われる。漏れ電流を評価するとき、通常の時間は７２時間であるが、異なる時間を用いてよい。従来技術のキャパシタに関する漏れ電流は一般に、エネルギー貯蔵媒体の体積および表面積の増加ならびに付随するハウジング内部の表面積の増加に従って増加することが注目される。一般に、漏れ電流の増大は、ウルトラキャパシタ１０内の反応速度が徐々に増大することを示していると考えられる。漏れ電流の性能要件は一般に、特定の用途において普及している環境条件によって定義される。例えば、体積が２０ｍＬのウルトラキャパシタ１０に関して、漏れ電流の実用限界は、１００ｍＡを下回ってよい。
【０１２３】
障壁３０の実施形態およびその種々の態様をこのように説明してきたが、ウルトラキャパシタ１０が、ハウジング７とエネルギー貯蔵媒体１との反応を低減させた結果として他の利益を示してよいことを理解するべきである。例えば、ウルトラキャパシタ１０の等価直列回路（ＥＳＲ）は、比較的低い値を時間にわたって示してよい。更に、従来技術のキャパシタにおいて起こる望まない化学反応はしばしば、アウトガス（またはガス放出、ｏｕｔ−ｇａｓｓｉｎｇ）、または密封されたハウジングの場合におけるハウジングの膨張（または膨れ）等の望まない影響を生む。両方の場合において、このことにより、ハウジングの構造的一体性（または完全性）および／またはキャパシタの密封が危険にさらされる。最終的に、このことにより、従来技術のキャパシタのリークまたは壊滅的な故障がもたらされ得る。いくつかの実施形態において、これらの影響は、開示された障壁３０の適用により実質的に低減または排除し得る。
【０１２４】
用語「障壁」および「コーティング」は本明細書の教示事項に限定されないことを理解するべきである。即ち、適切な材料をハウジング７、ボディ２０および／またはキャップの内部に適用する任意の技術を用いてよい。例えば、他の実施形態において、障壁３０は、実際にはハウジングボディ２０を構成する材料の中または上に作製され、次いで、その材料は、必要に応じて加工または成形されて、ハウジング７の種々の構成要素を形成する。障壁３０を適用するための多数の可能な技術のいくつかを考えるとき、（１または複数の）材料をローラー塗布、スパッタリング、焼結、積層、印刷または他の方法で適用することが同様に適切であってよい。手短にいえば、障壁３０は、製造者、設計者および／または使用者によって適切であると考えられる任意の技術を用いて適用してよい。
【０１２５】
障壁３０において用いられる材料は、反応性、誘電性の値（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖａｌｕｅ）、融点、ハウジング７の材料に対する接着性、摩擦係数、コストおよび他のそのような因子等の特性に従って選択してよい。（例えば積層された、混合された、または他の方法で組み合わされた）材料の組み合わせを用いて所望の特性を提供してよい。
【０１２６】
障壁３０を備えるハウジング７等の改良されたハウジング７を用いることにより、いくつかの実施形態において、電解質６の劣化が制限され得る。壁３０は、改良されたハウジング７を提供するための一の技術を提示するが、他の技術を用いてよい。例えば、アルミニウムから作製されるハウジング７の使用は、電解質６の存在下でのアルミニウムの電気化学的特性を理由として、好都合だろう。尤も、アルミニウムの製造の困難さを考えると、アルミニウムを利用したハウジング７の実施形態を構築することは（現在に至るまで）不可能であった。
【０１２７】
ハウジング７の追加の実施形態は、全ての内面にアルミニウムを与える実施形態を含み、その内面は電解質に曝されてよく、一方で、使用者にハウジングの溶接および密封可能性を提供する。ウルトラキャパシタ１０の改良された性能は、内部腐食の低減、導電性媒体における異種金属の使用に付随する問題の排除および他の理由により実現され得る。好都合なことに、ハウジング７は既存技術、ガラス−金属（ｇｌａｓｓ−ｔｏ−ｍｅｔａｌ）シール（または封止もしくは密封）を含む（かつステンレススチール、タンタルまたは他の好都合な材料および構成要素から作製されるものを含んでよい）利用可能な電極挿入物等を利用し、従って、製造が経済的である。
【０１２８】
ウルトラキャパシタ１０に適したハウジング７の実施形態として本明細書に開示されているが、これらの実施形態は（障壁３０と同様に）、適切であると考えられる任意の種類のエネルギー貯蔵体と共に用いられてよく、実施可能な任意の種類の技術を含んでよい。例えば、電気化学電池、特にリチウム系電池を含む他の形態のエネルギー貯蔵体を用いてよい。
【０１２９】
いくつかの実施形態において、ボディ２０の構造に用いられる材料はアルミニウムを含み、アルミニウムは、設計者または製造者が適切であると考える任意の種類のアルミニウムまたはアルミニウム合金（これらの全ては、大別して本明細書において単に「アルミニウム」とよばれる）を含んでよい。種々の合金、積層体等を、アルミニウム（ボディ２０の内部に曝されるアルミニウム）の上に配置（例えば被覆）してよい。追加の材料（構造材料またはいくつかのポリマー系材料等の電気的に絶縁性の材料等）を、ボディおよび／またはハウジング７を補うのに用いてよい。アルミニウムの上に配置される材料は、設計者または製造者が適切であると考えることにより同様に選択されてよい。
【０１３０】
一般に、ハウジング７の内部に曝される（１または複数の）材料は、電解質６に曝されるとき、十分に低い反応性を示し、従って、実施形態のいくつかの例示に過ぎず、本明細書における教示事項に限定されない。
【０１３１】
この例は、キャップ２４における唯１つのフィードスルー１９を表しているが、ハウジング７の構造は本明細書において論じられる実施形態に限定されないことを理解するべきである。例えば、キャップ２４は複数のフィードスルー１９を含んでよい。いくつかの実施形態において、ボディ２０は、環状の円筒の反対側の端部において第２の同様のキャップ２４を含む。更に、ハウジング７が環状の円筒形ボディ２０を有する実施形態に限定されないことを理解するべきである。例えば、ハウジング７は、シェル型、角柱型、パウチ型、または設計者、製造者または使用者のニーズに適した任意の他のデザインであってよい。
【０１３２】
ハウジング７の高性能の密封が望ましい。即ち、外部環境（例えば空気、湿気等）の侵入の防止は、エネルギー貯蔵セル１２の構成要素の純度を維持するのに役立つ。更に、これにより、エネルギー貯蔵セル１２からの電解質６のリーク（または漏れ）が防止される。
【０１３３】
ここで図１２を参照して、キャップ２４のブランク３４の実施形態の態様を示す。図１２Ａにおいて、ブランク３４は多層材料を含む。第１の材料の層４１はアルミニウムである。第２の材料の層４２はステンレススチールである。図１２の実施形態において、ステンレススチールはアルミニウムの上に被覆され、それにより冶金的特性の所望の組み合わせを示す材料がもたらされる。即ち、本明細書に提示される実施形態において、アルミニウムはエネルギー貯蔵セル（即ちハウジング）の内部に曝され、一方、ステンレススチールは外部に曝される。このようにして、アルミニウムの好都合な電気的特性が享受され、一方、ステンレススチールの構造的特性（および冶金的特性、即ち溶接性）が構造に信頼性を持たせる。多層材料は適切であると考えられる追加の層を含んでよい。
【０１３４】
上述のように、第１の材料の層４１は、第２の材料の層４２の上に（または第２の材料の層４２と共に）被覆される。本明細書において用いられる場合、用語「被覆する」、「被覆」等は、異種金属を一緒に結合することを指す。被覆はしばしば、ダイ（または金型）を通して２つの金属を押し出すこと、および高圧下でシートを一緒にプレスまたは圧延することにより達成される。レーザークラッディング等の他のプロセスを用いてよい。結果は、複数の層からなる材料のシートであり、材料の複数の層は、材料が単一のシートとしてはたらき得るように一緒に結合されている（例えば、均一な材料の単一の層が形成されているように形成される）。
【０１３５】
更に図１２Ａを参照すると、一の実施形態において、（図示されるように）平坦な金属材料（ｓｔｏｃｋ）のシートが、平坦なキャップ２４を作製するためのブランク３４を提供するのに用いられる。第２の材料の層４２の一部は、キャップ２４のボディ２０への取り付けを容易にするために（キャップ２４の外周の周り等が）除去されてよい。図１２Ｂにおいて、ブランク３４のもう１つの実施形態を示す。この例において、ブランク３４は、凹形構造に形成される被覆材料のシートとして提供される。図１２Ｃにおいて、ブランク３４は、凸形構造に形成される被覆材料のシートとして提供される。ブランク３４の種々の実施形態（図１２に示される実施形態等）から作製されるキャップ２４は、ハウジング７のボディ２０に対する溶接を支持するように構成される。より具体的には、図１２Ｂの実施形態は、ボディ２０の内径内に適合するようになっており、一方、図１２Ｃの実施形態は、ボディ２０の外径の表面に適合するようになっている。種々の代わりの実施形態において、シート内の被覆材料の層を逆転させてよい。
【０１３６】
組み立ての際、キャップ２４はボディ２０に接合されてよく、それにより使用者に密封が提供される。例示的溶接技術は、レーザー溶接およびＴＩＧ（またはティグ）溶接を含み、適切であると考えられる他の形態の溶接を含んでよい。
【０１３７】
ここで図１３を参照して、電極アセンブリ（または電極組立体）５０の一の実施形態を示す。電極アセンブリ５０は、ブランク３４の中に取り付けられるように、且つエネルギー貯蔵媒体から使用者への電気的連通を提供するように設計される。一般に、電極アセンブリ５０はスリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）５１を含む。スリーブ５１は絶縁体２６を囲み、絶縁体２６はフィードスルー１９を囲む。この例において、スリーブ５１は、フランジ（またはつば）付きの上部を備える環状の円筒である。
【０１３８】
キャップ２４を組み立てるために、穿孔（図示せず）をブランク３４に形成する。穿孔は、電極アセンブリ５０に一致するサイズの幾何学的形状を有する。従って、電極アセンブリ５０はブランク３４の穿孔に挿入される。電極アセンブリ５０が挿入された時点で、電極アセンブリ５０は、溶接等の技術によってブランク３４に取り付けてよい。溶接は、スリーブ５１のフランジの外周の周りを溶接するレーザー溶接であってよい。図２４を参照して、溶接を実施する位置（またはポイント）６１が示される。この実施形態において、位置６１は、ステンレススチールをステンレススチールに溶接するのに適した位置を提供し、比較的簡単な溶接手順を提供する。従って、本明細書の教示事項は、ブランク３４の所定の位置への電極アセンブリ５０のしっかりした溶接を提示する。
【０１３９】
スリーブ５１を構成する材料は、種々の種類の金属または金属合金を含んでよい。一般に、スリーブ５１の材料は、例えば、構造的完全性（または整合性）および（ブランク３４に対する）接合性に従って選択される。スリーブ５１の例示的材料として、３０４ステンレススチールまたは３１６ステンレススチールが挙げられる。フィードスルー１９を構成する材料は、種々の種類の金属または金属合金を含んでよい。一般に、フィードスルー１９の材料は、例えば、構造的完全性および電気コンダクタンスに従って選択される。電極のための例示的材料は、４４６ステンレススチールまたは５２合金を含む。
【０１４０】
一般に、絶縁体２６が、公知の技術（即ちガラス−金属接合）によりスリーブ５１およびフィードスルー１９に接合される。絶縁体２６を構成する材料は、高温ガラス、セラミックガラスまたはセラミック材料を含む種々の種類のガラスを含んでよいが、これに限定されない。一般に、絶縁体の材料は、例えば、構造的完全性および電気抵抗（即ち電気絶縁性）に従って選択される。
【０１４１】
ガラス−金属接合に依存する構成要素（電極アセンブリ５０の上述の実施形態等）の使用および種々の溶接技術の使用は、エネルギー貯蔵体の密封を提供する。密封をもたらすために他の構成要素を同様に用いてよい。本明細書において用いられる場合、用語「密封」は通常、本明細書において定義される漏れ速度以下の漏れ速度を示す封止を指す。尤も、実際の密封の有効性は、この基準より良好に機能してよいと考えられる。
【０１４２】
電極アセンブリ５０をブランク３４に連結するための追加の又は他の技術は、そのような技術が適切であると考えられる場合に、スリーブ５１のフランジの下（フランジと第２の材料の層４２との間）に結合剤（ｂｏｎｄｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）を用いることを含む。
【０１４３】
ここで図１５を参照すると、エネルギー貯蔵セル１２はボディ２０内に配置される。少なくとも１つの端子８は（フィードスルー１９等に）適切に連結され、キャップ２４がボディ２０に結合されて、ウルトラキャパシタ１０がもたらされる。
【０１４４】
組み立てられた時点で、キャップ２４およびボディ２０を密封してよい。図１６は、組み立てられたエネルギー貯蔵体（この場合、ウルトラキャパシタ１０）の種々の実施形態を表す。図１６Ａにおいて、平坦なブランク３４（図１２Ａを参照のこと）が、平坦なキャップ２４を作製するのに用いられる。キャップ２４がボディ２０に設置された時点で、キャップ２４およびボディ２０を溶接してシール６２を形成する。この場合、ボディ２０が環状の円筒であるので、溶接は、ボディ２０およびキャップ２４の外周の周りにおいて進められる。図１６Ｂに示す第２の実施形態において、凹形のブランク３４（図１２Ｂを参照のこと）は、凹形のキャップ２４を作製するのに用いられる。キャップ２４がボディ２０に設置された時点で、キャップ２４およびボディ２０を溶接してシール６２を形成する。図１６Ｃに示す第３の実施形態において、凸形のブランク３４（図１２Ｃを参照のこと）は、凸形のキャップ２４を形成するのに用いられる。キャップ２４がボディ２０に設置された時点で、キャップ２４およびボディ２０を溶接してシール６２を形成してよい。
【０１４５】
必要に応じて、クラッド材（または被覆材）を（例えば機械加工またはエッチング等の技術により）除去して、多層材料中の他の金属を露出させてよい。従って、いくつかの実施形態において、シール６２は、アルミニウム−アルミニウム溶接を含んでよい。アルミニウム−アルミニウム溶接は、必要に応じて他の留め具で補われてよい。
【０１４６】
ハウジング７を密封するのに他の技術を用いてよい。例えば、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接、抵抗溶接、超音波溶接および他の形態の機械的密封を用いてよい。尤も、一般に、機械的密封の常套的形態は単独では、ウルトラキャパシタ１０において示される強固な密封をもたらすのに十分ではないことに留意するべきである。
【０１４７】
いくつかの実施形態において、多層材料が内部の構成要素に用いられる。例えば、アルミニウムをステンレススチールで被覆して、端子８の少なくとも１つにおいて多層材料をもたらしてよい。これらの実施形態のいくつかにおいて、アルミニウムの一部を除去してステンレススチールを露出させてよい。次いで、露出したステンレススチールを用いて、簡単な溶接手順の使用により端子８をフィードスルー１９に取り付けてよい。
【０１４８】
内部構成要素にクラッド材を用いることは、クラッド材の特定の実施形態を必要とすることがある。例えば、アルミニウム（底部層）、ステンレススチールおよび／またはタンタル（中間層）ならびにアルミニウム（上部層）を含むクラッド材を用いることが好都合であってよく、それにより、ステンレススチールがウルトラキャパシタ１０の内部環境に曝されることが制限される。これらの実施形態は、例えば、ＰＴＦＥ等のポリマー材料を用いた追加のコーティングにより増強されてよい。
【０１４９】
一般に、ハウジングの組立はしばしば、貯蔵セル１２をボディ２０内に設置すること、およびボディ２０を電解質６で満たす（または充填する）ことを伴う。乾燥工程を行ってよい。例示的乾燥として、しばしば減圧（例えば真空）下で貯蔵セル１２および電解質６を中に備えるボディ２０を加熱することが挙げられる。十分な（オプションの）乾燥を行った時点で、組立の最終工程を行ってよい。最終工程において、内部の電気的接続を形成し、キャップ２４を取り付け、例えばキャップ２４をボディ２０に溶接することにより、キャップ２４をボディ２０に対して密封する。
【０１５０】
従って、多層材料を活用するハウジング７を提供することにより、従来技術を考えると初期値が比較的低い漏れ電流および漏れ電流の実質的により低速の経時的な増加を示すエネルギー貯蔵体がもたらされる。意義深いことに、エネルギー貯蔵体の漏れ電流は、ウルトラキャパシタ１０が、従来技術のキャパシタが漏れ電流の極めて高い初期値および／または漏れ電流の極めて急速な経時的な増加示す周囲範囲に曝されるときに、実用的な（即ち望ましく低い）レベルのままである。
【０１５１】
加えて、ウルトラキャパシタ１０は、ハウジング７とエネルギー貯蔵セル１２との反応が低減される結果として、他の利益を提示してよい。例えば、エネルギー貯蔵媒体の等価直列抵抗（ＥＳＲ）は時間にわたって比較的低い値を示してよい。更に、従来技術のキャパシタにおいて行われる不要な化学反応はしばしば、アウトガス、または密封されたハウジングの場合、ハウジング７の膨れ等の不要な影響を及ぼす。両方の場合において、このことは、ハウジング７の構造的完全性および／またはエネルギー貯蔵体の密封の妥協をもたらす。最終的に、このことにより、従来技術のキャパシタのリークまたは壊滅的な故障がもたらされ得る。これらの影響は、開示される障壁の適用によって実質的に低減されてよく又は排除されてよい。
【０１５２】
従って、使用者は、エネルギー貯蔵体のハウジング７が与えられており、ハウジング７において、最大でハウジング７の内面の全てである実質的部分がアルミニウムである（また、後述のように非干渉の材料を含んでよい）。従って、内部腐食の問題が回避され、設計者は、電解質６として適切な材料の選択におけるより高い適応性が提供される。
【０１５３】
多層材料（例えばクラッド材）を用いることにより、ステンレススチールはハウジング７に組み込まれてよく、従って、ガラス−金属シールを備える構成要素を用いてよい。構成要素は、レーザーまたは抵抗溶接等の技術を用いてクラッド材のステンレススチール側に溶接してよく、一方、クラッド材のアルミニウム側は他のアルミニウム部品（例えばボディ２０）に溶接されてよい。
【０１５４】
いくつかの実施形態において、絶縁性ポリマーを、ハウジング７の部品を被覆するのに用いてよい。このようにして、エネルギー貯蔵体の構成要素が許容可能な種類の金属（アルミニウム等）にのみ曝されることを保証することが可能である。例示的絶縁性ポリマーとして、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＴＦＥおよびＰＴＦＥが挙げられる。適切なポリマー（または他の材料）は、システム設計者または製造者のニーズおよびそれぞれの材料の特性のみによって制限される。図２３を参照してよく、図１７において、少量の絶縁性材料３９が、スリーブ５１およびフィードスルー１９のステンレススチールに電解質６が曝されることを制限するために含まれる。この例において、端子８は、溶接等によりフィードスルー１９に連結され、次いで、絶縁性材料９で被覆される。
【０１５５】
ここで、キャップ２４の組み立てのもう１つの実施形態の態様が表される図１８を参照されたい。図１８Ａは、キャップ２４のボディ（または本体）を提供するのに用いられる型板（またはテンプレート）（即ちブランク３４）を表している。型板は一般に、適切な種類のエネルギー貯蔵セル（ウルトラキャパシタ１０等）のハウジング７に嵌まるようなサイズである。キャップ２４は、まず、型板内にドーム３７を含む、型板を形成する型板を提供し（図１８Ｂに示す）、次いで、ドーム３７に穴を開けて貫通路（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｗａｙ）３２を設ける（図１８Ｃに示す）ことにより形成されてよい。もちろん、ブランク３４（例えば円形の金属材料（ｓｔｏｃｋ））は、上述の特徴が同時にもたらされるようにプレスしてよく、または他の方法で作製してよい。
【０１５６】
一般に、またこれらの実施形態に関して、キャップはアルミニウムまたはその合金から形成されてよい。尤も、キャップは、製造者、使用者、設計者等が適切であると考える任意の材料から形成されてよい。例えば、キャップ２４は、スチールから作製されてよく、不動態化されてよく（即ち、不活性コーティングで被覆されてよく）、またはハウジング７において用いるために他の方法で作製されてよい。
【０１５７】
ここでまた図１９を参照すると、電極アセンブリ５０のもう１つの実施形態が示される。これらの実施形態において、電極アセンブリ５０は、フィードスルー１９およびフィードスルー１９の周りに配置された半球形状の材料を含む。半球形状の材料は絶縁体２６として機能し、一般に、ドーム３７に適合するように成形される。半球状の絶縁体２６は、電解質６の化学的影響に耐えながら密封を提供するのに適した任意の材料から作製してよい。例示的材料として、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシポリマー）、ＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）、ＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（ポリエチレンテトラフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、別のフッ素ポリマー系材料、および（様々な程度における）同様の特性を示し得かつ（例えば、とりわけ高温における溶媒、酸および塩基に対する高耐性、低コスト等を示すことによる）十分な性能をもたらし得る他の任意の材料が挙げられる。
【０１５８】
フィードスルー１９は、アルミニウムまたはその合金から形成されてよい。尤も、フィードスルー１９は、製造者、使用者、設計者等が適切であると考える任意の材料から形成されてよい。例えば、フィードスルー１９は、スチールから作製されてよく、不動態化（即ち、シリコン等の不活性コーティングで被覆）されてよく、または電極アセンブリ５０において使用するために他の方法で作製されてよい。不動態化のための例示的技術として、水素化非晶質シリコンのコーティングを基体の表面に沈着させること、および圧力および昇温（または高温）の下で有効な長さの時間、基体を少なくとも１つの不飽和炭化水素基を有する結着剤（ｂｉｎｄｉｎｇ  ｒｅａｇｅｎｔ）に曝すことにより被覆された基体を官能化することが挙げられる。水素化非晶質シリコンコーティングは、圧力および昇温（または高温）の下で有効な長さの時間、基体を水素化ケイ素ガスに曝すことにより沈着する。
【０１５９】
半球状の絶縁体２６は、キャップ２４の中に取り付けたときに滑り嵌め（ｓｎｕｇ  ｆｉｔ）（即ち、密封）が達成されるように、ドーム３７に対して寸法決めしてよい。半球状の絶縁体２６は、完全に対称または典型的な半球状の比率である必要はない。即ち、半球状の絶縁体２６は実質的に半球状であり、例えば、比率のわずかな調節、（基部（ｂａｓｅ）等における）適度なフランジおよび適切であると考えられる他の特徴を含んでよい。半球状の絶縁体２６は一般に均一な材料から形成されるが、このことは要件ではない。例えば、半球状の絶縁体２６は、所望の膨張または圧縮性を提供するために、空気またはガスで満たされたトーラス（ｔｏｒｕｓ）（図示せず）を中に含んでよい。
【０１６０】
図２０に示すように、電極アセンブリ５０は、型板（即ち、成形されたブランク３４）に挿入されて、半球状の密封を含むキャップ２４の一の実施形態をもたらしてよい。
【０１６１】
図２１に示すように、種々の実施形態において、固定器具（または保持器具）４３がキャップ２４の底部（即ち、ハウジング７の内部に対面し且つエネルギー貯蔵セル１２に対面するキャップ２４の一部分）に結合されてよく、または他の方法で嵌合されてよい。固定器具４３は、アルミニウム溶接（例えばレーザー、超音波等）等の種々の技術によってキャップ２４に結合されてよい。例えばスタンピング（即ち機械的結合）およびろう付けを含む他の技術を結合に用いてよい。結合は、例えば、固定器具４３の外周に沿って存在してよい。一般に、結合は、少なくとも１つの結合点において設けられて所望のシール７１を形成する。複数のリベット等の少なくとも１つの締め具が、固定器具４３内に絶縁体２６を密封するのに用いられてよい。
【０１６２】
図２１の例において、キャップ２４は凹型である（図１２Ｂを参照のこと）。尤も、他の型を用いてよい。例えば、凸形のキャップ２４が提供されてよく（図１２Ｃ）、オーバーキャップ（ｏｖｅｒ−ｃａｐ）２４を用いてもよい（図１２Ｃの実施形態の変形であり、これは図１６Ｃで表されるように取り付けられるように構成される）。
【０１６３】
いくつかの実施形態において、ハウジング７およびキャップ２４の少なくとも一方は、複数の層を含む材料を含む。例えば、材料の第１の層は、アルミニウムを含んでよく、材料の第２の層はステンレススチールであってよい。この例において、ステンレススチールがアルミニウムの上を被覆し、それにより、冶金的特性の所望の組み合わせを示す材料がもたらされる。即ち、本明細書において提示される実施形態において、アルミニウムは、エネルギー貯蔵セル（即ちハウジング）の内部に曝され、一方、ステンレススチールは外部に曝される。このようにして、アルミニウムの好都合な電気的特性が得られ、一方、ステンレススチールの構造的特性（および冶金的特性、即ち溶接性）が、構造に信頼性を持たせる。多層材料は適切であると考えられる追加の層を含んでよい。好都合なことに、これにより、ステンレススチールに対するステンレススチールの溶接、比較的簡単な溶接手順が提供される。
【０１６４】
キャップおよびフィードスルー１９に用いられる材料は、半球状の絶縁体２６の熱膨張に関連して選択されてよい。更に、製造技術は、熱膨張を考慮して考案されてよい。例えば、キャップ２４を組み立てるとき、製造者は、半球状の絶縁体２６に圧力をかけてよく、それにより、半球状の絶縁体２６を少なくともいくらか圧縮してよい。このようにして、キャップ２４の少なくともいくらかの熱膨張が、密封の有効性を危険にさらすことなくそこでもたらされる。
【０１６５】
ボディ２０の構造に用いられる材料はアルミニウムを含むが、設計者または製造者は、任意の種類のアルミニウムまたはアルミニウム合金（これらの全ては概括的に、本明細書において単に「アルミニウム」とよぶ）が適切であると考える。種々の合金、積層体等がアルミニウムの上に配置されてよい（例えば、アルミニウムを被覆してよい）（アルミニウムはボディ２０の内部に曝される）。追加の材料（構造材料または電気的に絶縁性の材料等、いくつかのポリマー系材料等）が、ボディおよび／またはハウジング７を補完（または補強）するのに用いられてよい。アルミニウムの上に配置される材料は、設計者または製造者が適切であると考えるものによって同様に選択されてよい。
【０１６６】
アルミニウムの使用は必要でなく、または要求されない。手短にいえば、材料の選択は、設計者、製造者または使用者等が適切であると考える任意の材料の使用をもたらしてよい。例えば電解質６との電気化学的相互作用の低減、構造的特性、コスト等の種々の要因を考慮してよい。
【０１６７】
ここで、貯蔵セル１２をより一層詳細に論じる。ウルトラキャパシタ１０の破断図が提示される図２２を参照されたい。この例において、貯蔵セル１２はボディ２０の中に挿入され、ボディ２０内に収容される。複数のリード線の各々は、一緒に束ねられ、端子８の１つとしてハウジング７に連結される。いくつかの実施形態において、複数のリード線はボディ２０の底部に（その内部において）連結され、それにより、ボディ２０を負接触子５５にする。同様に、別の複数のリード線が束ねられてフィードスルー１９に連結され、それにより正接触子５６がもたらされる。負接触子５５および正接触子５６の電気的遮断は、電気絶縁体２６によって維持される。一般に、リード線の連結は、レーザーおよび超音波溶接の少なくとも一方等の溶接によって達成される。言うまでもなく、必要であると考えられる他の技術を用いてよい。
【０１６８】
高性能のエネルギー貯蔵体を提供するために、強固な組み立て技術が必要とされることが理解されるべきである。従って、組み立て技術のいくつかをここで論じる。
【０１６９】
ここで図２３を参照して、一の例示的電極３の構成要素を示す。この例において、電極３は負極３として用いられるだろう（尤も、この記号表示は任意のものであり、単に参照するためのものである）。
【０１７０】
図から気付き得るように、少なくともこの実施形態において、セパレータ５は一般に、エネルギー貯蔵媒体１（および集電体２）よりも長さが長く、かつ幅が広い。より大きいセパレータ５を用いることにより、負極３と正極３との短絡に対する保護が提供される。セパレータ５における追加の材料の使用により、リード線および端子８のより良好な電気的保護ももたらされる。
【０１７１】
ここで、貯蔵セル１２の一の実施形態の側面図を提供する図２４を参照されたい。この例において、エネルギー貯蔵媒体１の積層体は、貯蔵セル１２が巻かれた貯蔵セル２３へと組み立てられるときに電極３が電気的に離隔されるように、第１のセパレータ５および第２のセパレータ５を含む。電極３およびウルトラキャパシタ１０の組み立てに関する用語「正（または正極）」および「負（または負極）」は単に任意のものであり、ウルトラキャパシタ１０において構成されるときの機能性に言及するものであり、電荷がその中に貯蔵されることに留意されたい。当該技術分野において一般に採用されたこの慣例は、組み立て前に電荷が貯蔵されることを適用することを意味せず、または異なる電極の物理的同定を提供する以外の他の任意の態様を含意することを意味しない。
【０１７２】
貯蔵セル１２を巻く前に、負極３および正極３は互いに対して位置調節される。最も高度な位置調節が存在する場合、イオン輸送の経路長は一般に最小であるので、電極３の位置調節は、ウルトラキャパシタ１０のより良好な性能をもたらす。更に、高度な位置調節を提供することにより、過剰なセパレータ５が含まれず、その結果、ウルトラキャパシタ１０の効率が低下しない。
【０１７３】
ここで図２５も参照すると、電極３が巻かれて、巻かれた貯蔵セル２３となった貯蔵セル１２の一の実施形態が示されている。セパレータ５の１つは貯蔵セル１２の最も外側の層として存在し、ハウジング７の内側からエネルギー貯蔵媒体１を離隔する。
【０１７４】
「極性のマッチング」が、巻かれた貯蔵セル２３における最も外側の電極の極性をボディ２０の極性と一致させるのに利用されてよい。例えば、いくつかの実施形態において、負極３は、巻かれた貯蔵セル２３を提供するきっちりと詰められたパッケージの最も外側に存在する。これらの実施形態において、短絡に対する別の程度の確実さが提供される。即ち、負極３がボディ２０に連結される場所において、負極３は、巻かれた貯蔵セル２３における最も外側の電極として配置される。従って、万一セパレータ５が使用中のウルトラキャパシタ１０の振動により誘発される機械的摩耗等により機能しなくなったとしても、ウルトラキャパシタ１０は、巻かれた貯蔵セル２３における最も外側の電極とボディ２０との間の短絡の結果として機能しなくならないだろう。
【０１７５】
巻かれた貯蔵セル２３の各実施形態について、基準マーク７２は、少なくともセパレータ５に存在してよい。基準マーク７２は、電極３の各々におけるリード線の配置をもたららすために用いられるだろう。いくつかの実施形態において、リード線の位置決めは、計算によりもたらされる。例えば、ゼリーロールの内径ならびに組み合わされたセパレータ５および電極３の全体の厚さを考慮に入れることにより、各々のリード線の配置のための位置が見積もられてよい。尤も、実行により、基準マーク７２を用いることがより効率的かつ効果的であることが示される。基準マーク７２は、例えば、（１または複数の）セパレータ５の終端におけるスリットを含んでよい。
【０１７６】
一般に、基準マーク７２は、貯蔵セル１２の各々の新しい仕様に対して採用される。即ち、貯蔵セル１２の新しい仕様が、セル内の少なくとも１層の厚さを（上述の実施形態から）変化させることを必要とすることがあるので、上述の基準マークの仕様は少なくともいくらか不正確であり得る。
【０１７７】
一般に、基準マーク７２は、ロールを、その中心からその周辺（または周縁）に横断する１つの放射線として明示される。従って、リード線が基準マーク７２に沿って取り付けられる場合、各リード線は、（図２７に示すように）残りのリード線と配列されるだろう。但し、貯蔵セル１２が（貯蔵セル１２がロールである又はロールであるだろう実施形態に対して）巻かれていない場合、基準マーク７２は、（図２６に示すように）複数のマーキングであると考えられてよい。常套的には、貯蔵セル１２のマーキングの実施形態または外観に関わらず、リード線を組み込む位置の同定（または識別）は、「基準マーク７２」または「基準マーク７２の組（またはセット）」の決定を伴うと考えられる。
【０１７８】
ここで図２６を参照すると、（巻き上げられた貯蔵セル１２に印を付ける等により）基準マーク７２が設置された時点で、各々のリード線を取り付けるための取り付け場所（即ち、基準マーク７２により表される）が設けられる。各取り付け場所が特定された時点で、貯蔵セル１２の任意の所定の組み立て仕様に対して、各取り付け場所の相対的位置は、貯蔵セル１２の特定の組み立ての追加例のために繰り返されてよい。
【０１７９】
一般に、各リード線は、貯蔵セル１２におけるそれぞれの集電体２に連結される。いくつかの実施形態において、集電体２およびリード線の両方はアルミニウムから作製される。一般に、リード線は、幅Ｗにわたって集電体２に連結されるが、リード線は、幅Ｗの一部のみに連結されてよい。連結は、例えば、リード線の集電体２に対する超音波溶接によって達成されてよい。連結を達成するために、エネルギー貯蔵媒体１の少なくともいくらかが、各リード線が適切に集電体２に接合され得るように（必要に応じて）除去されてよい。連結をもたらすために、他の作製および調節を必要に応じて行ってよい。
【０１８０】
言うまでもなく、対向する基準マーク７３が含まれてよい。即ち、基準マーク７２が設けられる方法と同じ方法で、対向する基準マーク７３の組は、対向する極性に対するリード線の取り付けを構成するために作製されてよい。即ち、基準マーク７２は、負極３等の第１の電極３にリード線を取り付けるのに用いられてよく、一方、対向する基準マーク７３は、正極３にリード線を取り付けるのに用いられてよい。巻かれた貯蔵セル２３が円筒形である実施形態に置いて、対向する基準マーク７３は、エネルギー貯蔵媒体１の反対側に配置され、（示されるように）基準マーク７２から縦（または長さ）方向に相殺される。
【０１８１】
図２６において、基準マーク７２および対向する基準マーク７３は、両方とも１つの電極３に配置されるように示されることに留意されたい。即ち、図２６は、単に基準マーク７２および対向する基準マーク７３の空間的（即ち、直線状）関係を説明するためのものである実施形態を表している。このことは、正極３および負極３がエネルギー貯蔵媒体１を共有することを暗示することを意味しない。尤も、基準マーク７２および対向する基準マーク７３が貯蔵セル１２を巻き上げ、次いでセパレータ５に印を付けることにより設けられる例において、基準マーク７２および対向する基準マーク７３は、１つのセパレータ５に設けられることにより実際に存在してよいことに留意すべきである。尤も、実際には、基準マーク７２および対向する基準マーク７３の１組のみが、任意の所定の電極３にリード線を取り付けるのに用いられるだろう。即ち、図２６に表される実施形態は、反対の極性を有するであろうもう１つの電極３に対するエネルギー貯蔵媒体１のもう１つの層で補完されるべきであることを理解するべきである。
【０１８２】
図２７に示すように、上述の組み立て技術により、少なくとも１組の配列されたリード線を含む貯蔵セル１２がもたらされる。配列されたリード線９１の第１の組は、巻かれた貯蔵セル２３としての形状を有する貯蔵セル１２を負接触子５５および正接触子５６の一方と連結させるときに特に有用であり、一方、対向する配列されたリード線９２の組は、エネルギー貯蔵媒体１と、対向する接触子（５５、５６）との連結をもたらす。
【０１８３】
巻かれた貯蔵セル２３は、包装部材９３に囲まれてよい。包装部材９３は種々の実施形態において実現されてよい。例えば、包装部材９３は、ＫＡＰＴＯＮ（商標）テープ（ＤｕＰｏｎｔ（デラウェア州ウィルミントン）により開発されたポリイミドフィルム）またはＰＴＦＥテープとして提供されてよい。この例において、ＫＡＰＴＯＮ（商標）テープは、巻かれた貯蔵セル２３を囲み且つ巻かれた貯蔵セル２３に接着される。包装部材９３は、巻かれた貯蔵セル２３の上に滑り込む、ぴったりと嵌まった包装部材９３等、接着することなくもたらされてよい。包装部材９３は、巻かれた貯蔵セル２３を大部分において巻き込むバッグ（例えば、上で論じたエンベロープ７３等）等のバッグとして、更に明示されてよい。これらの実施形態のいくつかにおいて、包装部材９３は、収縮包装として機能する材料であって、それにより巻かれた貯蔵セル２３の効率的な物理的（およびいくつかの実施形態において化学的）格納を提供する材料を含んでよい。一般に、包装部材９３は、ウルトラキャパシタ１０の電気化学的機能を妨げない材料から形成される。包装部材９３は、例えば巻かれた貯蔵セル２３の挿入を助けるために、必要に応じて一部の被覆をもたらしてもよい。
【０１８４】
いくつかの実施形態において、負のリード線および正のリード線は、巻かれた貯蔵セル２３の対向する側に配置される（ゼリーロール型の巻かれた貯蔵セル２３の場合、負極性のためのリード線および正極性のためのリード線は直径方向に対向してよい）。一般に、負極性のためのリード線および正極性のためのリード線を巻かれた貯蔵セル２３の対向する側に配置することは、巻かれた貯蔵セル２３の製造を促進するため、および改良された電気的離隔をもたらすために行われた。
【０１８５】
いくつかの実施形態において、配列されたリード線９１、９２が組み立てられると、複数の配列されたリード線９１、９２の各々は、収縮包装（またはシュリンクラップ）（図示せず）が複数の配列されたリード線９１、９２の周りに配置され得るように、（適切な位置において）一緒に束ねられる。一般に、収縮包装はＰＴＦＥから形成されるが、適合する任意の材料を用いてよい。
【０１８６】
いくつかの実施形態において、収縮包装材料が配列されたリード線９１の周りに配置された時点で、配列されたリード線９１は、ウルトラキャパシタ１０が組み立てられたときにとるべき形状に折り曲げられる（または折りたたまれる）。即ち、図２８に関連して、配列されたリード線が「Ｚ］形状をとることが理解されてよい。配列されたリード線９１、９２に「Ｚ折り」を与えて、収縮包装を適用した後、収縮包装は、配列されたリード線９１、９２の周りの位置へと収縮包装が収縮するように加熱されてよく、または他の方法で活性化されてよい。従って、いくつかの実施形態において、配列されたリード線９１、９２は、包装部材によって強化され且つ保護されてよい。Ｚ折りの使用は、エネルギー貯蔵媒体１をキャップ２４内に配置されるフィードスルー１９に連結するときに特に有用である。
【０１８７】
言うまでもなく、配列されたリード線９１、９２（即ち各端子８）の各セットをそれぞれの接触子５５、５６に連結するための他の実施形態を実施してよい。例えば、一の実施形態において、中間リード線が、配列されたリード線９１、９２のそれぞれのセットとの連結が容易になるように、フィードスルー１９およびハウジング７の一方に連結される。
【０１８８】
使用される材料は、反応性、誘電性の値、融点、他の材料との接着性、溶接性、摩擦係数、コストおよび他のそのような因子等の特性に従って選択されてよい。（積層された、混合された、または他の方法で組み合わされた等の）材料の組み合わせを用いて所望の特性を提供してよい。
【０１８９】
種々の実施形態において、複数のウルトラキャパシタ１０を一緒に用いて電力供給をもたらすのに有用である。信頼性のある動作を提供するために、個々のウルトラキャパシタ１０を使用前に検査してよい。種々の種類の試験を実施するために、各々のウルトラキャパシタ１０は、取り付けられた複数のウルトラキャパシタ１０と直列または並列に接続される１つのセルとして検査されてよい。種々の技術（溶接等）により接合される異なる金属を用いることにより、接続のＥＳＲを低減することができ、かつ接続の強度を増大させることができる。ウルトラキャパシタ１０間の接続のいくつかの態様をここで導入する。
【０１９０】
いくつかの実施形態において、ウルトラキャパシタ１０は２つの接触子を含む。この２つの接触子は、ガラス−金属シールピン（即ちフィードスルー１９）およびハウジング７の全体の休止（ｅｎｔｉｒｅ  ｒｅｓｔ）である。複数のウルトラキャパシタ１０を直列接続する場合、内部リード線までの距離が最小であり、従って最小の抵抗であるように、ハウジング７の底部（円筒形のハウジング７の場合）の間の相互接続を連結することが望ましいことが頻繁にある。これらの実施形態において、相互接続の対向する端部は通常、ガラス−金属シールピンに連結される。
【０１９１】
相互接続に関して、一般的な種類の溶接は、チップ電気抵抗溶接機を並行して用いることを伴う。溶接は、ピンの上に相互接続の端部を位置調節すること、および相互接続をピンに直接溶接することにより行ってよい。多数の溶接（または溶合点）を用いることにより、強度、および相互接続とピンとの接続が増大されるだろう。一般に、ピンに溶接する場合、相互接続の端部の形状を、ピンとよく嵌まり合うように構成することは、短絡を引き起こすであろうピンと重なりあう過剰な材料が実質的に存在しないことを確保するはたらきをする。
【０１９２】
対向するチップ電気抵抗溶接機が、相互接続をピンに溶接するのに用いられてよく、一方、超音波溶接機が、ハウジング７の底部に対する相互接続を溶接するのに用いられてよい。はんだ付け技術は、関連する金属が適合する場合に用いられてよい。
【０１９３】
相互接続に用いられる材料に関して、相互接続に用いられる一般的な種類の材料はニッケルである。ニッケルは、ステンレススチールと良好に溶接され、かつ強い界面を有するので、用いられてよい。例えば相互接続における抵抗を低減するために、他の金属および合金をニッケルの代わりに用いてよい。
【０１９４】
一般に、相互接続のために選択される材料は、ピンにおける材料およびハウジング７における材料との適合性で選択される。例示的材料として、銅、ニッケル、タンタル、アルミニウムおよびニッケル−銅被覆が挙げられる。使用してよい更なる金属として、銀、金、黄銅、白金およびスズが挙げられる。
【０１９５】
ピン（即ちフィードスルー１９）がタンタルから作製される実施形態等のいくつかの実施形態において、相互接続は、短いブリッジ接続を採用する等による、中間の金属を利用してよい。例示的ブリッジ接続としてタンタルの細片（またはストリップ）が挙げられ、それは、アルミニウム／銅／ニッケルの細片をブリッジに溶接するための対向するチップ抵抗溶接機の使用により変更された。次いで、並列する抵抗溶接機が、タンタルの細片をタンタルのピンに溶接するのに用いられる。
【０１９６】
ブリッジは、ハウジング７である接触子において用いられてもよい。例えば、ニッケル片が、ハウジング７の底部に抵抗溶接されてよい。次いで、銅の細片（またはストリップ）がニッケルブリッジに超音波溶接されてよい。この技術は、セルの相互接続の抵抗を低下させるに役立つ。各接続に対して異なる金属を用いることにより、直接接続されたセル間の相互接続のＥＳＲを低減することができる。
【０１９７】
高温環境（即ち、最高で約２１０℃）に対して有用である堅固なウルトラキャパシタ１０の態様をこのように説明してきたが、いくつかの追加の態様をここで提示および／または規定する。
【０１９８】
種々の材料をウルトラキャパシタ１０の構成に用いてよい。ウルトラキャパシタ１０の完全性は、酸素および水分が排除されるべきであり且つ電解質６が漏れるのを防止すべきである場合に不可欠である。このことを達成するために、シーム溶接および任意の他の封止点は、動作に関して意図される温度範囲にわたる気密性に関する基準を満たすべきである。また、選択された材料は、イオン液体および電解質６の配合において用いられてよい溶媒等の他の材料に適合するべきである。
【０１９９】
いくつかの実施形態において、フィードスルー１９は、ＫＯＶＡＲ（商標）（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ペンシルバニア州レディング）の商標。ＫＯＶＡＲは、真空溶解された鉄−ニッケル−コバルト低膨張合金であって、その化学組成が正確で均一な熱膨張特性を確保する狭い範囲内に制御される合金である）、合金５２（金属に対するガラスおよびセラミック封止に適したニッケル鉄合金）、タンタル、モリブデン、ニオブ、タングステン、ステンレススチール４４６（高温の腐食および酸化に対する良好な耐性を示す、フェライト系の非熱処理可能なステンレススチール）およびチタンの少なくとも１つ等の金属から形成される。
【０２００】
上述の事項を利用するガラス−金属シールのボディ（または本体）は、３０４、３０４Ｌ、３１６および３１６Ｌ合金等の３００シリーズのステンレススチールから製造されてよい。ボディは、Ｉｎｃｏｎｅｌ（圧力および熱に付される極限的環境における設備によく適している耐酸化性および耐食性材料であるオーステナイト系ニッケル−クロム系超合金の仲間）およびＨａｓｔｅｌｌｏｙ（ニッケルおよび様々なパーセンテージ（または割合）のモリブデン、クロム、コバルト、鉄、銅、マンガン、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、炭素およびタングステンを含む高耐食性金属合金）等の種々のニッケル合金の少なくとも１つ等の金属から作製されてもよい。
【０２０１】
ガラス−金属シールにおけるフィードスルー１９と周囲のボディとの間の絶縁材は通常ガラスであり、その組成は、シールの各製造者が所有するものであり、シールが圧縮下にあるか又は適合されるかに依る。他の絶縁性材料をガラス−金属シールにおいて用いてよい。例えば、種々のポリマーをシールにおいて用いてよい。用語「ガラス−金属」シールそれ自体は、単にシールの種類を説明するものであり、シールがガラスを含まなければならないことを示唆することを意味しない。
【０２０２】
ウルトラキャパシタ１０のハウジング７は、例えば型式３０４、３０４Ｌ、３１６および３１６Ｌのステンレススチールから作製されてよい。それらは、１１００、３００３、５０５２、４０４３および６０６１等のいくつかのアルミニウム合金で構成されてもよいが、これに限定されない。種々の多層材料を用いてよく、例えば、ステンレススチール被覆アルミニウムを含んでよい。使用してよい他の限定的でない適合する金属として、白金、金、ロジウム、ルテニウムおよび銀が挙げられる。
【０２０３】
ウルトラキャパシタ１０において用いられてきたガラス−金属シールの特定の例として、２つの異なる種類のガラス−金属シールが挙げられる。第１のガラス−金属シールは、米国における所在地がニューヨーク州エルムズフォードであるＳＣＨＯＴＴにより提供される。この実施形態は、ステンレススチールピン、ガラス絶縁体およびステンレススチールボディを用いる。第２のガラス−金属シールは、オハイオ州シンシナティのＨＥＲＭＥＴＩＣ  ＳＥＡＬ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹにより提供される。この第２の実施形態は、タンタルピン、ガラス絶縁体、およびステンレススチールボディを使用する。種々の実施形態の様々な寸法が提示されてよい。種々の実施形態の様々な寸法が提示されてよい。
【０２０４】
ガラス−金属シールの追加の実施形態として、アルミニウムシールおよびアルミニウムボディを使用する実施形態が挙げられる。ガラス−金属シールの更にもう１つの実施形態は、エポキシまたは他の絶縁材（セラミックまたはシリコン等）を用いたアルミニウムシールを含む。
【０２０５】
ガラス−金属シールの多数の態様を要求通りに構成してよい。例えば、ハウジングおよびピンの寸法ならびにピンおよびハウジングの材料を必要に応じて変更してよい。ピンは管状または固体のピンであることも可能であり、一のカバーにおいて複数のピンを有することが可能である。ピンに用いられる最も一般的な種類の材料はステンレススチール合金、銅をコアとする（ｃｏｐｐｅｒ  ｃｏｒｅｄ）ステンレススチール、モリブデン、白金−イリジウム、種々のニッケル−鉄合金、タンタルおよび他の金属であるが、いくつかの非遷移材料（アルミニウム等）を用いてよい。ハウジングは通常、ステンレススチール、チタンおよび／または種々の他の材料から形成される。
【０２０６】
ウルトラキャパシタ１０の組み立てにおいて、種々の固定技術を用いてよい。例えば、かつ溶接に関して、種々の溶接技術を用いてよい。下記のものは、溶接の種類および種々の目的の実例となる列挙であり、その目的のために、各種類の溶接を用いてよい。
【０２０７】
超音波溶接は、とりわけ、アルミニウムのタブを集電体に溶接すること；タブを底部の被覆カバーに溶接すること；ジャンパー（または跳び越し導通線）タブを、ガラス−金属シールピンに接続される被覆ブリッジに溶接すること；およびゼリーロールのタブを一緒に溶接することに用いられてよい。パルス溶接または抵抗溶接は、とりわけ、リード線を缶の底部またはピンに溶接すること；リード線を集電体に溶接すること；ジャンパーを被覆ブリッジに溶接すること；被覆ブリッジを端子８に溶接すること；リード線を底部のカバーに溶接することに用いられてよい。レーザー溶接は、とりわけ、ステンレススチールのカバーをステンレススチールの缶に溶接すること；ステンレススチールのブリッジをステンレススチールのガラス−金属シールピンに溶接すること；および栓を注入口の中へと溶接することに用いられてよい。ＴＩＧ溶接は、とりわけ、アルミニウムのカバーをアルミニウムの缶に封止すること；およびアルミニウムシールを所定の位置に溶接することに用いられてよい。冷間溶接（または冷間圧接）（強い力により金属を一緒に圧縮すること）は、とりわけ、アルミニウムのボール／留め具を注入口に圧力嵌めされることにより注入口を封止するのに用いられてよい。
【０２０８】
例示的ウルトラキャパシタ１０の物理的態様をここで提示する。下記の表において、用語「タブ」は一般に上述の「リード線」を指すこと；用語「ブリッジ」および「ジャンパー」もまた、リード線の態様について言及していること（例えば、ブリッジはフィードスルーまたは「ピン」に連結されてよく、一方、ジャンパーはブリッジをタブまたはリード線に接続するのに有用である）に留意されたい。様々な接続を用いることにより、組み立てプロセスが容易になってよく、特定の組み立て技術が利用されてよい。例えば、ブリッジは、ピンにレーザー溶接または抵抗溶接されてよく、超音波溶接によりジャンパーに溶接されてよい。
【０２０９】
図２９〜３７は例示的ウルトラキャパシタ１０の性能を表すグラフであり、１．７５ボルトおよび１２５℃におけるウルトラキャパシタ１０の性能、ならびに１．５ボルトおよび１５０℃におけるウルトラキャパシタ１０の性能、ならびに０．５ボルトおよび２１０℃におけるウルトラキャパシタ１０の性能を表す。これらの後者の例（２１０℃）において、ウルトラキャパシタ１０は閉じたセル（即ちハウジング）であった。ウルトラキャパシタは、１００ｍＡで充電および放電し、０．５ボルトへと充電し、抵抗測定し、１０ｍＶへと放電し、１０秒間休止後に再びサイクルして、１０回サイクルされた。
【０２１０】
一般に、ウルトラキャパシタ１０は、種々の環境条件および要求事項の下で用いられてよい。例えば、端子電圧は約１００ｍＶ〜１０Ｖの範囲であってよい。周囲温度は約−４０℃〜＋２１０℃の範囲であってよい。通常の高温周囲温度は＋６０℃〜＋２１０℃の範囲である。
【０２１１】
例示的エネルギー貯蔵デバイスをこのように説明してきたが、電源１１５の態様をここでより一層詳細に論じる。
【０２１２】
ここで図３８を参照して、少なくとも１つのエネルギー源４０１（例えばＥＧ２１０）および少なくとも１つの高温で再充電可能なエネルギー貯蔵体４０２（ＨＴＲＥＳ、例えばウルトラキャパシタ１０であってよい）に連通される例示的電子機器を示す。この限定的でない例において、電源１１５は、全波整流器およびＨＴＲＥＳを充電するための充電器を含む。電源１１５の出力は、直流／直流電源および／または直流／交流電源を含んでよい。種々の電力変換装置（またはパワーコンバータ）が電源１１５に含まれてよく、エネルギー源とＨＴＲＥＳとの間およびＨＴＲＥＳと負荷との間で用いられてよい。
【０２１３】
電源１１５に含まれるエネルギー源４０１は種々のエネルギー入力を含んでよい。エネルギー入力は一般に、３つのカテゴリーに分類されてよい。カテゴリーは一次電池、遠隔システムおよび発生機を含む。
【０２１４】
いくつかの実施形態において、電源は、エネルギー源４０１の一部として一次電池を含む。例示的電池として、厳しい環境における操作に適合したものが挙げられる。特定の例として、リチウムを備える化学電池を含む種々の化学電池が挙げられる。より具体的な例として、リチウム−チオニル塩化物（Ｌｉ−ＳＯＣｌ２）ならびに同様の技術および／または化学に基づく電池が挙げられる。尤も、これらの技術のいくつかは所望の温度定格（または評価）を達成できないことがあること、およびこれらの技術のいくつかは短期間におけるエネルギー貯蔵を支持するのみであり得ること（即ち、エネルギー貯蔵体は、例えば、再充電可能でない構成要素または他の構成要素と比較したときに寿命がより短い構成要素を含み得る）が認識される。電源１１５に含まれてよい他の例示的電池として、リチウム−臭素塩化物、リチウム−スルフリル塩化物および融解塩が挙げられる。
【０２１５】
エネルギー源４０１は、遠隔の電源への少なくとも１つの接続を含んでよい。即ち、エネルギーはワイヤライン経由等、外部の供給源を経由して供給されてよい。外部エネルギー源がダウンホール環境によって抑制されないと仮定すると、エネルギーを受け取るための主要な関心事は、エネルギーをダウンホールに連通するための方法および装置を含む。エネルギーを検層機器１００および電源１１５に連通するための例示的技術は、配線ケーシング、配線管（またはワイヤードパイプ）、コイルドチュービング（またはコイル管）および当該技術分野において公知であり得る他の技術を含む。
【０２１６】
少なくとも１つのウルトラキャパシタ１０の充電器の一の実施形態において、電子機器は、少なくとも１つのウルトラキャパシタ１０において低電圧の場合にそれ自体の電流を制限し且つさもなければその電圧を調節するデュアルモードのフィードバック調節降圧型（下方）変換装置を含む。いくつかの実施形態において、調節される直流／直流変換装置は、安定した電圧母線を提供するための幅広い入力電圧フィードバック調節昇圧型（上方）変換装置を実施するのに適した形態を含む。
【０２１７】
一般に、エネルギー源４０１は、遠隔測定バースト（ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ  ｂｕｒｓｔ）に必要とされる負荷等の電荷を引き出し且ついくつかの場合においてパルス負荷を引き出す負荷にも関わらず、ＨＴＲＥＳ４０２における電荷を保持するための実質的に連続的な出力を提供するように構成される。
【０２１８】
ここで図３９を参照して、エネルギー発生機２１０（ＥＧ）が示される。この限定的でない実施形態において、エネルギー発生機２１０は、ダウンホールにおいて経験される振動エネルギーを収集するようになっている。振動エネルギーは、ドリルストリング１１１、検層機器１００および電源１１５によって経験されてよい。この例示的実施形態において、エネルギー発生機２１０は、「振動エネルギー発生機２１０」とよんでもよい。
【０２１９】
振動エネルギー発生機（ＶＥＧ）２１０を詳細に論じる前に、エネルギー発生機２１０が種々の他の種類のエネルギー発生デバイスを含んでよいことに留意するべきである。他の種類のエネルギー発生デバイスは、単独で用いられてよく、または互いに組み合わせて用いられてよく、振動エネルギー発生機（ＶＥＧ）２１０と共に用いられてよい。例示される種類のエネルギー発生機２１０は、回転発電機、電磁気変位発生機、磁歪変位発生機（ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｔｉｖｅ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）、圧電変位発生機、熱電発電機、熱光起電の発生機を含み、発生機または上側に保持される電源に対するワイヤライン接続等の遠隔の発生機に対する接続を含んでよいが、これらに限定されない。他の種類の発生機（上述のようなもの等）の態様が以下に更に考慮される。
【０２２０】
尤も、エネルギー発生機２１０が振動エネルギー発生機（ＶＥＧ）２１０である例を考えると、いくつかの実施形態において、ＶＥＧ２１０は一般に、ＶＥＧハウジング２０５内に収容される。この例において、ＶＥＧハウジング２０５はクローズドエンド（閉端）の環状筒である。１セットの巻き線２０２がＶＥＧハウジング２０５を囲む。巻き線２０２は、磁場を電気エネルギーに変換し、ＶＥＧリード線２０３を通じて電気エネルギーを連通させるために設けられる。磁場は、（質量ｍを有する）永久磁石２０１の側方運動によって発生する。一般に、永久磁石２０１は振動エネルギーに付され、それが側方運動を駆動する。側方運動は少なくとも１つのバイアス機器（図示せず）の追加により援助されてよく又は促進されてよい。例示的バイアス機器は、ゴムバンパー、ばね、反対側に面するポール（または棒）を有する少なくとも１つの追加の永久磁石２０１を含む。一のそのような実施形態において、永久磁石２０５は、反対側のポールがＶＥＧハウジング２０５の中で内部に面するように、ＶＥＧハウジング２０５の各端部において内部に取り付けられる。その後、中央の永久磁石２０１は、それぞれのポールが各々の取り付けられた磁石に対向するように配列される。それにより、中央の永久磁石２０１は、ＶＥＧ２１０の中心に偏らされ（またはバイアスをかけられ）、振動エネルギーに付されるときに自由に振動することができる。
【０２２１】
ＶＥＧ２１０が少なくとも１つのバイアス機器を含んでよい一方で、いくつかの実施形態において、ＶＥＧ２１０は、圧力解放デバイス（図示せず）を含んでよい。限定的でない例として、ブリード管または永久磁石２０１における（ＶＥＧ２１０の一部の相対的加圧を防止するための）少なくとも１つの穴等の通気孔の少なくとも１つの形態が挙げられる。いくつかの実施形態において、ＶＥＧ２１０は、空気力がＶＥＧ２１０の操作に対して比較的重要でないように、真空中で封止される。例示的バイアス機器として、ゴムダンパー、機械ばね、圧電気ばね及び少なくとも１つの追加の永久磁石が挙げられる。
【０２２２】
複数のＶＥＧ２１０が示される図４０もまた、ここで参照されたい。この例において、ＶＥＧ２１０は、ドリルストリング１１１内、特に検層機器１００内に配置される。複数のＶＥＧ２１０が母線２０８を介して一緒に電気的に連結される。次に、母線２０８は、複数のウルトラキャパシタ１０等のエネルギー貯蔵体を充電するための他の電子機器に連結される。
【０２２３】
複数のＶＥＧ２１０が、振動エネルギーが実質的に連続的な方式でＶＥＧ２１０の少なくとも１つを駆動するように、検層機器１００内に配置されてよいことが理解され得る。即ち、この例において、ＶＥＧ２１０は、各主軸（Ｘ、ＹおよびＺ）およびその主な区分（ｍａｊｏｒ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ）に沿って配置される。
【０２２４】
負荷の要求を満たすようになっているＶＥＧ２１０の一の例示的設計の態様をここで考慮する。ＶＥＧハウジング２０５の全長の永久磁石２０１のシヌソイド状のｘ−変位ｘ（ｔ）＝１／２Ｌｓｉｎ（ωｔ）［ｍ］を仮定すると、速度は、その時間導関数であり、永久磁石２０１のピーク速度の大きさは、１／２Ｌω［ｍ／ｓ］である。ピーク運動エネルギーは１／２ｍｖ２＝１／２ｍ（１／２Ｌω）２［Ｊ］であり、その結果、低電気抵抗限界において利用可能な電力は、Ｐ＝１／２ｍ（１／２Ｌω）２ｆｖｉｂ［Ｗ］であり、式中ｆｖｉｂは振動周波数であり、ω＝２πｆｖｉｂ［ｒｐｓ］である。巻き線２０２から利用可能な開回路電位は、巻き線２０２によって囲まれる面積Ａを通る時間的に変化する磁束に対する区分的線形近似を用いて近似されてよい。次いで、磁束の時間導関数は近似的にｄФＢ／ｄｔ＝＋／−ＢｍａｘＡ４ｆｖｉｂである。尤も、いくつかの実施形態において、収集する電子機器は整流器を組込むだろう。したがって、符号は重要ではない。マクスウェルの方程式から、巻き線２０２の開回路電圧は、Ｖｏｃ＝ＮｄФＢ／ｄｔ＝ＮＢｍａｘＡ４ｆｖｉｂとして近似されてよく、式中で符号は無視された。巻き線２０２の直列抵抗を仮定すると（巻き線２０２は銅から作製される）、低質量限界において利用可能な電力はＶｏｃ２／４Ｒであり、式中Ｒ＝Ｎ  Ｃ  ＲＡＷＧ［Ω］であり、ＣはＶＥＧハウジング２０５の外周である。
【０２２５】
いくつかの例示的設計入力は、ｆｖｉｂ＝１０Ｈｚ；Ｌ＝２インチ；ｒ＝１／２インチ；ｍ＝１００ｇ；Ｎ＝１００（銅について）を含み、永久磁石２０１の寸法は直径１インチ、呼び長さ３／８インチであり、サマリウムコバルトで構成される。
【０２２６】
この例において、利用可能な低抵抗限界の電力は５Ｗである。３０ＡＷＧのワイヤゲージを有する銅の巻き線２０２を用いると、Ｒはおよそ３オームであり、利用可能な低質量限界の電力はおよそ２００Ｗである。従って、この設計は、巻き線２０２の電気抵抗ではなく永久磁石２０１の質量ｍによって制限される。外挿により、利用可能な電力は、２００ｇの質量ｍを有する永久磁石２０１に対して１０Ｗであり、２０ｇの質量ｍを有する永久磁石２０１に対して１Ｗであるだろう。２０ｇの質量ｍを有する永久磁石２０１を用いることにより、利用可能な電力を支持するのに許容可能なワイヤの最大抵抗Ｒは、Ｒ＝５０２／（４＊１）である６２５オームである。３０ＡＷＧのワイヤゲージを用いる場合であっても、電気抵抗はわずか３オームであり、従って任意の合理的なワイヤゲージがこの設計において用いられ得るだろう。例えばスペースを保存するために使用される、より小さいワイヤゲージ（より大きなＡＷＧの値）が、例えばスペースを節約するために用いられてよい。
【０２２７】
この分析は、巻き線２０２が円筒の長さＬと比較して小さい長さに実質的に限定され、永久磁石２０１の振動変動が周期的かつシヌソイド状でありＶＥＧハウジング２０５の全長Ｌ（例えば２インチ）に等しい変位を生み出すと仮定した。
【０２２８】
振動エネルギー発生機ＶＥＧ２１０の更なる適合がなされてよい。ダウンホール環境において、ＶＥＧ２１０によって経験される振動が、例えば数十ヘルツ〜数百ヘルツの範囲の周波数にわたって生じてよいことを考慮されたい。この場合、ＶＥＧ２１０は、バイアス機器の復元力を変更することによりデバイスの操作中に調節可能な固有周波数を含んでよい。例えば、バイアス機器が２つの永久磁石２０１である場合、磁石２０１は、例えば線形アクチュエータによって一緒に近づけられてよい。磁石２０１を一緒に近づけることにより、復元力が増大し、ＶＥＧ２１０の固有周波数が増大する。同様に、永久磁石２０１は、ＶＥＧ２１０の共振周波数を同様に低減させるために更に離れるように移動されられ得る。更に、バイアス機器が電磁石である場合、電磁石による電流は、ＶＥＧ２１０の共振周波数をそれぞれ増加または減少させるために増加または減少され得る。
【０２２９】
圧電気ばねがＶＥＧ２１０内で用いられる場合、それら圧電気ばねは、磁石２０１に復元力をもたらすためのバイアス機器として機能するため、および追加の発電をもたらすために用いられてよい。
【０２３０】
圧電バイアス素子を含むＶＥＧ２１０の機械的共振周波数は、圧電素子の電気機械結合の変更により変化してよい。例えば、圧電素子の電気機械結合は、圧電素子を横切るキャパシタンスを電気的に短絡させ、それにより圧電素子の有効な機械的剛性を変化させることにより変更されてよい。圧電素子の機械的剛性の変更により、ＶＥＧ２１０の共振周波数が変化する。
【０２３１】
ＶＥＧ２１０の機械的固有周波数ωｎがｓｑｒｔ（ｋ／ｍ）として簡単に定義されてよく、式中ｋはバイアススプリングの剛性を表わし、ｍは共振器の質量を表わすことに留意するべきである。一の実施形態において、同調回路が、ｋの一部を変化させ、それにより機械的な固有周波数ωｎを変化させるために圧電素子の電気機械結合を変更するのに用いられてよい。いくつかの実施形態において、同調回路はマイクロプロセッサを含む。
【０２３２】
キャパシタンス、抵抗、インダクタンスまたはそのような構成要素の直列もしくは並列の組み合わせを含む種々の構成要素が圧電素子に対する電気機械結合として用いられ得ることに留意するべきである。
【０２３３】
圧電素子は、発電の追加の供給源として機能してよく、それと同時に調整可能なスプリングエレメントとして機能してよい。例えば、圧電素子により発生する電力は、電力変換装置によって収集され得る。スイッチング電力変換装置の場合、電力変換装置は、スイッチング電力変換装置の負荷サイクルに比例して変化する負荷抵抗としてモデル化され得る。
【０２３４】
永久磁石のキュリー温度は、磁石が消磁する温度である。永久磁石２０１の材料に関するキュリー温度を下記の表に示す。いわゆるネオジム磁石（最初の２列）はその高い残留磁気でよく知られている。永久磁石２０１にサマリウムコバルトを用いることは、これらの磁石がより高いキュリー温度と共に同様の残留磁気レベルを示すので、より高温の操作に対して考慮される。そのような磁石は、商品流通経路を通じて容易に利用可能である。
【０２３５】
【表４】
2014531531.tif 000006
【０２３６】
高温電子機器が、信号調整、遠隔測定およびパワー電子機器を設けるために用いられ、一般に、約２００℃までの高温、いくつかの実施形態において約３００℃までの高温における操作に適合される。高温電子機器の限定的でない実施形態として、個別の及び統合された市販の露出した（ｂａｒｅ）ダイシリコン（ｂａｒｅ  ｄｉｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ）およびシリコン・オン・インシュレータ能動素子ならびに炭化ケイ素の能動電力デバイス（ａｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｄｅｖｉｃｅ）が挙げられる。いくつかの市販の高温で評価される低温度係数セラミック不動態（ｐａｓｓｉｖｅ）（ＣＯＧまたはＮＰＯ誘電体）および高温磁気不動態が用いられてよい。例示的実施形態において、回路のための基板材料はＡｌＮ（窒化アルミニウム）セラミックであり、それは優れた熱安定性および熱伝導度で選択される。これらの実施形態のいくつかにおいて、回路の相互接続は耐酸化性のＡｕ配線であろう。接合に関する戦略は、ＡｕＧｅ高温はんだを用いる露出したダイ能動部品（ｄｉｅ  ａｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）に対するフリップチップもしくはＡｕワイヤボンディングおよび／または同様の種類の接合を採用するだろう。尤も、いくつかの実装に関して、Ａｕワイヤボンディングが、特に熱膨張および衝撃および振動の存在において追加される機械的適合性によりフリップチップボンディングよりも好都合であることが予想される。下記のテーブルに上記の構成要素の全てに関する供給業者の包括的でないリストが下記の表に含まれる
【０２３７】
【表５】
2014531531.tif 000007
【０２３８】
要約すると、本明細書における教示は、高温環境における使用に利用可能なダウンホール工具における信頼性のある電源を提供する。
【０２３９】
いくつかの実施形態において、電源１１５は、付随する電子機器および少なくとも１つのウルトラキャパシタ１０を備える単一のＶＥＧ２１０を含む。他の実施形態において、電源１１５は、付随する電子機器および少なくとも１つのウルトラキャパシタ１０を備える複数のＶＥＧ２１０を含む。ＶＥＧ２１０は、並列もしくは直列配置において、または適切であると考えられるいくつかの組み合わせにおいて電子機器に連結されてよい。種々のＶＥＧ２１０の各々の配列は、ＶＥＧ２１０の構成要素の数を考慮して又は考慮することなく振動エネルギーを収集するのに適切であると決定されるように選択されてよい。
【０２４０】
ＶＥＧ２１０は，電力を発生させることにより検層機器１００における振動に応答する。ＶＥＧ２１０の様々な角分布は、アセンブリの少なくとも１つが振動に対して適切に応答し、電力をそこから発生させるであろうことを確保する。
【０２４１】
任意の数および配列のＶＥＧ２１０を用いてよい。例えば、３つの代わりに４つのＶＥＧ２１０が存在し得、それらは、アセンブリを互いに直交して配置する等により、異なる配列で角度をなして間隔があけられ得る。
【０２４２】
もちろん、ＶＥＧ２１０は、本発明の本質から逸脱することなく異なるように構成されてよい。例えば、磁石２０１は電磁石であってよい。もう１つの例として、コイル２０２は、磁石２０１を検層機器１００の振動に応じて移動させると共に、堅固に取り付けられてよい。
【０２４３】
磁石２０１に対するコイル２０２の変位もまた固有周波数を有し、それが、例えば上述のバイアス機器の復元力を変化させること、コイル２０２の質量を変化させること等により調節されてもよいことが容易に認識されるだろう。磁石２０１に対するコイル２０２の変位の増大が、ＶＥＧ２１０の固有周波数を検層機器１００における振動の固有周波数に一致させることにより達成されてよいことが更に認識されるだろう。このように、ＶＥＧ２１０は、最大の電力出力を生み出すであろう周波数で振動するだろう。
【０２４４】
図３９に示すＶＥＧ２１０は、「コイルを通る（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｃｏｉｌ）」配置の一例であり、それにより永久磁石がコイルのセットを通って相対的に移動する。一般に「コイルを横切る配置」とよばれるもう１つの配置において、永久磁石は、コイルによって規定される表面に対して、相対運動において垂直な方向に移動する。
【０２４５】
単一の磁石または複数の磁石を用いてよい。複数の磁石が接続されて一緒に移動してよく、または接続されず個別に移動してよい。磁石は、隣接する磁石が反対の極性によって特徴付けられるように配列されてよい。この配置において、対抗する磁石棒は、隣接する磁石の接合部を囲む磁束密度を向上させる。伝動コイルが、磁石の移動がコイルを通る磁束における大きい偏差を形成するように、磁石の接合部に近接して配置されてよい。従って、デバイスは、「穴を通る」配置より小さい相対運動の下で作動してよい。
【０２４６】
単一のコイルまたは複数のコイルが組み込まれてよい。複数のコイルは重複し得または重複し得ず、導線の複数のループを含んでよい。コイルは、相対的位相を有する個別の交流を提供するように配置されてよい。例えば、３つのオフセットコイルのセットが、０、１２０および２４０°の相対的位相を提供するのに用いられてよい。これは、隣接するコイル間で磁石の寸法に比例する適切なオフセットを選択することにより達成されてよい。３相の誘導電流の使用により、発電における波及的影響が低減される。
【０２４７】
いずれかの永久磁石に対する異なる経路は、永久磁石が固定されたコイルに対して移動している場合、またはコイルが固定された磁石に対して移動している場合、振動の異なるモードを捕捉するのに適している。例えば、横振動は、磁石およびコイルの対の直線状の相対的運動を通じて捕捉されてよい。ねじり振動を捕捉するために、経路は円で構成されてよく、それにより、磁石またはコイルは円形の経路の周りを自由に移動できる。磁石が固定されたコイルのセットを横切る円形の経路において移動している場合、磁石は、円の全体の一部を構成してよい。
【０２４８】
「穴を通る」配置および「コイルを横切る」配置の両方において、フラックス密度を増加させるためのフラックス集中（ｆｌｕｘ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）材料の使用が用いられてよい。フラックス集中材料は、高い透磁率（または透過性）および高いフラックス密度を有し、例えば軟鉄、ミューメタルまたは同様の特性を有する別の金属もしくは金属合金材料で構成されてよい。フラックス集中材料は、コイルのセットを通る磁束を集中させるために配置されてよく、また、永久磁石に固定されてよく、または固定されなくてよい。フラックス集中材料は、磁束のための戻り経路（ｒｅｔｕｒｎ  ｐａｔｈ）を設ける機能を有してもよい。
【０２４９】
既に論じられた「穴を通る」配置と同様に、圧電気ばねが、発電を向上させるため、かつ調整可能な共振周波数を提供するために利用されてよい。
【０２５０】
力学的エネルギー源が、流れにより引き起こされる回転の形態である場合、電磁気発生機は、標準的なＤＣ発電機の形態をとってよく、それにより、伝動コイルは、磁場が、各回転と共に各セットのコイルの平面を横切るように中心軸の周りで回転する。
【０２５１】
上述のように、他の種類のエネルギー発生機２１０は、回転発電機、電磁気変位発生機、磁歪変位発生機、圧電変位発生機、熱電発電機、熱光起電発生機を含み、発生機または上側に保持される電源に対するワイヤライン接続等の遠隔の発生機、および放射性同位体発電機に対する接続を含んでよいが、これらに限定されない。
【０２５２】
回転型の発生機は、例えば、流体（液体または気体または混合物）に引き起こされる回転に依存する発生機、一段階設計、多段階を含んでよく、重複してよい。
【０２５３】
電磁気変位型の発生は、例えばドリルストリングの振動（望まれる又は望まれない）、音響振動、地震振動、流れに引き起こされる振動（泥水、気体、油、水から等）に依存してよく、往復運動に依存する発生を含んでよい。
【０２５４】
磁歪型の発生は、磁気歪みに依存し、それは、磁化のプロセスの間に形状または寸法の変化を引き起こす強磁性体の特性である。磁歪材料は、磁気エネルギーを運動エネルギーへと変換し得、あるいは反対に変換し得、アクチュエータおよびセンサを構築するのに用いられる。電磁気変位型の発生と同様に、磁歪型の発生は、例えばドリルストリングの振動（望まれる又は望まれない）、音響振動、地震振動、流れに引き起こされる振動（泥水、気体、油、水から等）に依存してよく、往復運動、および運動または磁気エネルギーの形態を発生させる又はもたらす他の技術に依存する発生を含んでよい。
【０２５５】
圧電気型の発生は、圧電特性を示す材料に依存する。圧電気は、与えられた機械的ストレスに応じて特定の固体材料（とりわけ水晶、特定のセラミック等）において蓄積する電荷である。圧電気型の発生は、例えばドリルストリングの振動（望まれる又は望まれない）、音響振動、地震振動、流れに引き起こされる振動（泥水、気体、油、水から等）に依存してよく、往復運動、および機械的ストレスの形態を発生させる又はもたらす他の技術に依存する発生を含んでよい。
【０２５６】
力学的エネルギーを電気エネルギーに変換するために圧電効果を利用することができる。例えば、圧電素子は、カンチレバービームの形態で構成されてよく、それにより、ビームの端部の運動が振動の下でビームを曲げる。圧電素子はプラッタとしてを構成されてもよく、それにより、振動はプラッタの中心にひずみをもたらす。各配置において、種々の質量の負荷が、機械的振動の影響を向上させるのに用いられてよい。例えば、システムの機械的振動によって引き起こされるビームにおいてもたらされる偏差のレベルを増大させるために、カンチレバービームの端部に質量（ｍａｓｓ）が配置されてよい。
【０２５７】
いくつかの実施形態において、圧電気発電機は、１つ〜多数の圧電素子を含み、各素子は、力学的エネルギーを電流に変換するために設けられる。圧電気発電機は、電流をエネルギー変換または貯蔵電子機器に輸送するための１つ〜多数の導電性構成要素も含んでよい。各々の圧電気発生機は、エネルギー発生能力を向上させるために複数で構成されてよい。圧電気発生機は、種々のモードの機械的振動を捕捉するために適切な方向に配置されてよい。例えば、横振動の三次元を捕捉するために、圧電気発生機は、振動の各次元が少なくとも１セットの圧電気発生機によって捕捉されるように、互いに直交して配置されてよい。
【０２５８】
一般に、圧電気発生機は、１ワットまでの電力を発生させるのに有用である。尤も、複数の発生機が、追加の電力を発生させるために並列で用いられてよい。一の実施形態において、単一の質量が、所定の時間に複数の圧電素子を変形するように構成されてよい。
【０２５９】
電磁気発生機のように、圧電気発生機は所定の固有周波数で作動する。機械的振動が圧電気発生機の固有周波数で生じるときに、最大の電力が発生する。発生する電力の量を最大限にするために、圧電気発生機の固有周波数が、上で論じたように、導電性材料に対する負荷要素を変化させることを含むことにより調整される。もう１つの実施形態において、振動周波数の範囲を捕捉するために異なる固定された周波数に調整される複数の圧電気発生機が存在してよい。圧電素子に取り付けられた材料または圧電素子を囲む流体の形態で緩和することが、共振する応答を低減しつつ圧電気発生機の有効な捕捉スペクトルを広げるのに用いられてよい。
【０２６０】
力学的エネルギー源が流体の流れの形態である一の実施形態において、回転をベースとする圧電気発生機が用いられてよい。例えば、１つ〜多数の圧電素子が、構造の回転により変形されてよい。一の実施形態において、１つ〜多数の圧電ビームが、回転ホイール（ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｗｈｅｅｌ）に取り付けられた直交するピンによって曲げられてよい。ホイールがその軸の周りで回転するとき、ピンは圧電素子に接触し、ホイールが回転すると共に構成要素の変形がもたらされる。もう１つの実施形態において、圧電素子は、種々の半径の回転ボディ（または本体）に対して平行にかつそれに隣接して配置される。回転ボディが回転するとき、圧電素子は、回転ボディと圧電素子との間の接点における半径に応じて様々な程度に圧縮される。この実施形態において、追加の電気エネルギーを生み出すために回転ボディにも配置される圧電素子が存在してよい。
【０２６１】
熱電型の発生は、熱電気特性を示す材料に依存する。熱電発電機は一般に、「ゼーベック効果」（あるいは「熱電効果」）とよばれる現象を用いて、熱の流れ（温度差）を直接的に電気エネルギーに変換する。例示的熱電発電機は、２種の金属からなる接合（材料の組み合わせ）に依存してよく、または特定の熱電材料を利用してよい。熱電材料の一例は、テルル化ビスマス（Ｂｉ２Ｔｅ３）、ミリメートル範囲の厚さを有し得るｐ−ｎ接合を有する半導体である。一般に、熱電発電機は固体状態デバイスであり、可動部を有しない。
【０２６２】
熱電発電機は、種々の温度勾配を利用するために設けられてよい。例えば、管の内外の温度差、ケーシングの内外の温度差、ドリルストリングに沿った温度差、工具内の（電気および／または力学的エネルギーからの）ワット損から発生する温度差および引き起こされた温度差を利用してよい。
【０２６３】
熱光起電発生機は、示差熱の、光子を介した電気へのエネルギー変換のために設けられる。簡単な形態において、熱光起電システムは、熱エミッターおよび光起電力ダイオードセルを含む。熱エミッターの温度がシステム間で変化する一方で、原則として、熱光起電デバイスは、光起電力装置の温度より上昇した温度を有するエミッターからエネルギーを取り出すことができる（したがって、光学的熱機関を形成する）。エミッターは、１つの固体材料または特別に設計された構造体であってよい。熱放射は、物質中の電荷の熱運動による光子の自然放出である。ダウンホール環境において、周囲温度は、大部分は近赤外および赤外の周波数における放射を引き起こす。光起電力ダイオードは、これらの放射された光子のうちのいくつかを吸収し得、それらを電子に変換し得る。
【０２６４】
他の形態の発電が用いられてよい。例えば、放射性同位体発電機が電源１１５に組み込まれてよく、それはイオンを電流に変換する。
【０２６５】
種々の技術が、上述の種類の発電機をドリルストリング１１１に組み込むのに採用されてよい。例えば、圧電素子が、電子機器に断続的または連続的に電力を供給するために、設計に含まれてよい。ダウンホール環境は、音響源、機械的源または震源による望ましい又は望ましくない振動の存在に起因する、圧電気発電の多数の機会を提供する。
【０２６６】
ダウンホールドリルストリングにおいて、３つの主要な振動モード、ドリルカラー回転、細片の跳ね返り（ｂｉｔ  ｂｏｕｎｃｅ）およびカラーのスティックスリップが存在する。これらのモードの各々は、互いに組み合わされてよく、横振動、ねじり振動および縦振動がもたらされる。
【０２６７】
ダウンホール機器において、環境発電の可能性を提供する多数の場所が存在する。機器は、固定支柱によって直接接続された、可とう性接続によって接続されたままである、または圧電素子以外の材料により接続されていないままである個別のセクションで構成されてよい。可とう性接続は、可とう性の膜または旋回する剛性構造体で構成されてよい。
【０２６８】
ねじり振動からのエネルギーを捕捉するために、圧電材料が、機器の長さに沿って垂直に配置され得る。機器のセクション間のねじり応力は、圧電素子の変形をもたらし得る。導電性材料が、発生した電流をエネルギー貯蔵体または変換装置に運ぶために、圧電素子に沿って配置され得る。
【０２６９】
もう１つの実施形態において、圧電材料が、縦振動からエネルギーを発生させるのに利用され得る。例えば、圧電素子が、さもなければ接続されないままの又は接続された可とう性接続である２以上の区画の間に配置され得る。圧電素子の各端部は、縦振動が圧電素子を圧縮する又は引き延ばすように、軸および接線方向に直交する機器の表面に接続されてよい。
【０２７０】
もう１つの実施形態において、圧電材料は、横振動からエネルギーを発生させるために利用され得る。例えば、圧電素子が、さもなければ可とう性接続を介して接続されないままである又は接続される２以上の区画の間に配置されてよい。圧電素子の各端部は、各区画の相対的な剪断運動が接続する圧電素子を曲げるように、各区画の接線方向の壁に取り付けられてよい。
【０２７１】
エネルギー発生を向上させるために、これらの実施形態の１つ又は多数が、同じ機器に含まれてよい。
【０２７２】
要するに、電源１１５は、ダウンホール環境において電力を供給するように適合され得る任意の種類の発電機を利用してよい。使用される発電の種類は、システムの使用者、設計者、製造者または他の利害関係者のニーズまたは優先事項に従って選択されてよい。一の種類の発電は、単独で用いられてよく、または別の種類の発電と共に用いられてよい。
【０２７３】
振動エネルギー発生機の場合と同様に、他の形態の発生機もまた、環境要因による利用効率を向上させるために制御（即ち調整）されてよいことに留意するべきである。各々の場合において、発生機の「調整」は、このタスクを遂行するように設計されると考えられる。いくつかの場合において、調整は組立中に提供される。いくつかの追加の実施形態において、調整は、電源１１５の操作中にリアルタイムで又はリアルタイムに近い方式で実施される。
【０２７４】
ここで、電力変換回路の態様を示す図４１〜４７を参照されたい。図４１に示すように、第１のサブシステム１５２の例示的実施形態は、第１のスイッチ素子１６１および第２のスイッチ素子１６２ならびにフィルター誘導子１６３を含む。外部エネルギー供給１５１は、第１のサブシステム１５２およびＨＴＲＥＳ４０２（例えば高温ウルトラキャパシタ）に連結されてよい。第１のスイッチ素子１６１および第２のスイッチ素子１６２の動作は、上述の電流制限および電池調節特性を達成するように制御されてよい。特に、相補的方法（負荷率）で作動する第１のスイッチ素子１６１および第２のスイッチ素子１６２の相対的オンタイム（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｏｎ−ｔｉｍｅ）が、変換率および電流の流れを調節するために用いられてよい。図４１に示す例示的な第１のサブシステム１５２は、外部エネルギー供給１５１の電圧が、ＨＴＲＥＳ４０２の電圧と比較したときにより大きい場合に有用であってよい。電流制限または調節は、フィードバック制御システム（図示せず）により達成されてよい。
【０２７５】
第２のサブシステム１５３の例示的実施形態は、工具の要求に応じてＤＣ−ＤＣまたはＤＣ−ＡＣのいずれかの電力変換装置を含む。第２のサブシステム１５３の機能は、負荷（例えば検層機器１００および／またはダウンホール電子機器１１３）に運ばれる電圧または電流を調節することであってよい。ＨＴＲＥＳ４０２の容量の性質に起因して、ウルトラキャパシタが組み込まれる場合、電圧は、電荷がＨＴＲＥＳ４０２から取り出されると共に、ほぼ線形の方法で減少してよい。第２のサブシステム１５３の機能は、ＨＴＲＥＳ４０２によって示される電圧が変化するにも関わらず、検層機器１００に運ばれる電圧または電流を調節することであってよい。電圧制限または調節は、フィードバック制御システム（図示せず）によって達成されてよい。
【０２７６】
図４２に示すように、第２のサブシステム１５３の例示的実施形態は、第１のスイッチ素子１６１、第２のスイッチ素子１６２およびフィルター誘導子１６３のそれぞれの実施形態を含んでよい。負荷は、第２のサブシステム１５３およびＨＴＲＥＳ４０２に連結されもよい。第１のスイッチ素子１６１および第２のスイッチ素子１６２の各々の実施形態の動作は、上述の所望の電流または電圧調節特性を達成するように制御されてよい。特に、第１のスイッチ素子１６１および第２のスイッチ素子１６２の各々の実施形態の相対的オンタイムの負荷率が、変換率、電流の流れまたは示される電圧を調節するのに用いられてよい。図４２に示す例示的な第２のサブシステム１５３は、要求される電圧が、ＨＴＲＥＳ４０２の電圧と比較してより大きい値である場合に有用であってよい。電圧制限または調節は、フィードバック制御システム（図示せず）によって達成されてよい。
【０２７７】
図４３に示すように、第１のサブシステム１５２および第２のサブシステム１５３は、一緒に連結されてよく、同様に、電源１１５の実施形態を提供するためにＨＴＲＥＳ４０２に連結されてよい。この実施形態において、例示的電源１１５は、外部エネルギー供給１５１の端子電圧が、負荷の端子電圧と比較したときに、ＨＴＲＥＳ４０２の端子電圧が両方より小さい値である限りにおいて、より大きい値またはより小さい値のいずれかである場合、特に好都合であってよい。
【０２７８】
電力変換装置は一般に、任意のトポロジー（または形態）であってよい。限定的でない例として、「バック」、「ブースト」、「バックブースト」、「フライバック」、「フォワード」、「スイッチドキャパシタ」および非孤立変換装置（例えばＣｕｋ、バックブースト）の他の孤立型、ならびに任意のそのような変換装置（例えばバック＋ブースト）のカスケードと一般によばれる変換装置が挙げられる。
【０２７９】
例示的変換装置１８１を図４４に示す。この例において、変換装置１８１は双方向バック変換装置である。この実施形態は、とりわけ、出力電圧が入力電圧より低いことが要求される場合の電極変換装置として使用するのに適している。
【０２８０】
もう１つの例示的変換装置１８１を図４５に示す。この例において、変換装置１８１は双方向ブースト変換装置である。更なる例示的変換装置１８１を図４６に示す。この例において、変換装置１８１は組み合わされた双方向バックブースト変換装置である。
【０２８１】
フィードバック制御器１８２の例示的実施形態が図４７に提示される。本明細書において示される構成要素は、設計者、製造者または使用者によって適切であると決定されるように、アナログもしくはデジタル領域またはその組み合わせにおいて実施されてよい。フィードバック制御器１８２は、種々の特性をモニタリングおよび制御するための構成要素を含んでよい。例えば、フィードバック制御器１８２は、周波数補償、パルス幅変調、むだ時間保護、負荷サイクル制限、ソフトスタート（即ち電圧傾斜）の提供等のための構成要素を含んでよい。
【０２８２】
当業者は、電源１１５が、抵抗率、テクノロジーおよび計装と共に使用された、パルス中性子を含む核およびガンマ測定ならびに他のもの、核磁気共鳴イメージング、音響および地震測定、種々のサンプリングプロトコル、通信、データ処理および記憶、地中における操縦およびダウンホールの電力使用に関する他の要件を支援する技術および機器と共に用いられてよいことを認識するだろう。構成要素の優れた補完物が電源１１５に供給されてよい。限定的でない例として、加速度計、磁力計、センサ、変換器（またはトランスデューサ−）、デジタルおよび／またはアナログデバイス（以下に列挙されるものを含む）等が挙げられる。
【０２８３】
従って、少なくとも１つのＥＧ２１０によって生成される磁場を説明することが適切であってよい。（１または複数の）永久磁石１０１と磁気的に敏感な構成要素との間の干渉（または妨害）は、敏感な構成要素が検層機器１００におけるＥＧ２１０から離れて配置される場合に低減され得、または実質的に除去されてよい。必要であれば、ニッケル、鉄、銅およびモリブデンの低コスト合金として市販されている高透磁率材料（「μメタル」またはミューメタル）の障壁が、（１または複数の）敏感なデバイスと電源１１５に関連する磁場との間に配置され得る。
【０２８４】
ミューメタルは、電源１１５または他の発生機（回転式または振動式または他の方法）と、磁気干渉に敏感な機器（例えば磁力計、ＮＭＲ、磁気に敏感なメモリまたは他のもの）等の他の機器との間に配置されてよい。
【０２８５】
更に、ミューメタルは、層１０３と敏感な機器（例えば電子機器１１３）との間に配置されてよい。ミューメタルは多くの方法で成形されてよい。例えば、ミューメタルは、少なくとも２つの工具を離隔する平面、成形された表面、機器または発生機等の少なくとも１つの工具の周りが覆われた閉曲面、隔離を改良するためのミューメタルのいくつかの層、上述のものの組み合わせとして現れてよい。
【０２８６】
一般に、本明細書において論じられる「ミューメタル」は、非常に高い透磁率を有するニッケル−鉄合金（およそ７５％のニッケル、１５％の鉄に加えて銅およびモリブデン）である。高透磁率は、他の方法では減ずることができない静的磁場または低周波数磁場においてミューメタルを非常に有効なものとする。ミューメタルは、通常のスチールに関する数千と比較して、８０，０００〜１００，０００の比透磁率を有し得る。更に、ミューメタルは、低いヒステリシス損をもたらす低い保磁力および磁気歪みを有する。パーマロイ等の他の高透磁率合金は、同様の磁気特性を有する。他の利点として、ミューメタルは、通常のスチールより展性が高く、より実用的である。要するに、本明細書において用いられているように、用語「ミューメタル」は、非常に高い透磁率等の所望の磁気特性を示す任意の材料を指す。
【０２８７】
本明細書の教示事項は単に例示を目的とするものであり、本発明を限定するものでないことが理解されるべきである。更に、当業者は、追加の構成要素、構成、配置等が実現されてよいが、本発明の範囲内のままであることを理解するだろう。例えば、層、電極、リード線、端子、接触子、フィードスルー、キャップ等の構成は、本明細書に開示される実施形態から様々であってよい。一般に、電極を使用する（１または複数の）ウルトラキャパシタの構成要素の設計および／または用途は、システム設計者、製造者、オペレータおよび／または使用者のニーズおよび任意の特定の状況において提示される要求のみによって限定される。
【０２８８】
本明細書の教示事項を支持して、デジタルシステムおよび／またはアナログシステムを含む種々の分析構成要素が使用されてよい。（１または複数の）システムは、プロセッサ、記憶媒体、メモリ、インプット、アウトプット、通信リンク（有線、無線、パルスマッド、光学またはその他）、ユーザーインタフェース、ソフトウェアおよびファームウェアプログラム、信号プロセッサ（デジタルまたはアナログ）、および当該技術分野において十分に理解されるいくつかの方法のいずれかによる本明細書に開示される装置および方法の操作および分析を提供する他のそのような構成要素（抵抗器、キャパシタ、誘導子およびその他）等の構成要素を有してよい。これらの技術が、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、光学（ＣＤ−ＲＯＭ）または磁気（ディスク、ハードドライブ）または実行されるときにコンピュータに本発明の方法を実施させる任意の他の種類を含む、コンピュータ可読媒体に記憶されるコンピュータ実行可能命令のセットと共に実施されてよいが、それが必要ではないことが考慮される。これらの命令は、本開示において記載される機能に加えて、装置の操作、制御、データ収集および分析、ならびにシステム設計者、所有者、使用者または他のそのような人員が関連すると考える他の機能を提供してよい。
【０２８９】
更に、種々の他の構成要素が含まれてよく、本明細書における教示事項の態様を提供するために所望され得る。例えば、追加の材料、材料の組み合わせ及び／又は材料の省略が、本明細書の教示事項の範囲内である加えられた実施形態を提供するのに用いられてよい。
【０２９０】
本発明または本発明の（１または複数の）実施形態の要素（または成分）を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、１以上の要素（または成分）が存在することを意味することが意図される。同様に、形容詞「もう１つの（または別の）」は、要素（または成分）を導入するのに用いられる場合、１以上の要素（または成分）を意味することが意図される。用語「含む」および「有する」は、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得るように包含的であることが意図される。
【０２９１】
本願において、構成要素（例えば電極材料、電解質等）、条件（例えば、温度、種々のレベルにおける種々の不純物がないこと）および性能特性（例えば、初期容量と比較したサイクル後の容量、低い漏れ電流等）を含む種々の変数が記載されているが、これらに限定されない。これらのいずれかの変数の任意の組み合わせが本発明の実施形態を規定可能であることが理解されるべきである。例えば、特定の温度の下で、特定の量より少ない不純物と共に、特定の値のサイクル後容量および漏れ電流で操作される特定の電極材料と特定の電解質との組み合わせ（これらの変数は可能性として含まれるが特定の組み合わせは明示的に提示されない）は、本発明の一の実施形態である。当業者に明らかであるように、物品、構成要素、条件および／または方法もまた、他の実施形態を規定するために、本明細書において列挙される変数から具体的に選択可能である。
【０２９２】
例示的実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行ってよく、本発明の要素を均等物で置き換えてよいことが当業者に理解されるだろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく特定の機器、状況または材料を本発明の教示事項に適合させるために多数の変形が当業者に理解されるだろう。従って、本発明は本発明を実施するために検討される最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内に該当する全ての実施形態を含むであろうことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【国際調査報告】
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