【誤訳訂正書】
【提出日】平成26年2月21日(2014.2.21)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を製造する方法であって、
第１の電極インクが第１の基板上にパターンを画定するように前記第１の基板上に前記第１の電極インクを印刷する工程であり、前記第１の基板上のパターンが複数の実質的に同様の形状の部分を含み、各々の部分が他の全ての部分から分離されている工程と、
前記第１の電極インクを前記第１の基板上で乾燥させる工程と、
前記第１の基板上の前記乾燥された第１の電極インクで画定された前記パターンに含まれる前記複数の実質的に同様の形状の部分の中の少なくとも１つの部分の上にセパレータ材料を印刷する工程と、
第２の基板上に第２の電極インクを印刷する工程と、
前記第２の電極インクを前記第２の基板上で乾燥させる工程と、
前記第２の電極インクが前記セパレータ材料と接触するよう、前記第１の基板と前記第２の基板を重ねて、前記第２の基板の一部を、前記第１の基板の少なくとも一部に結合させる工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の基板上のパターンが、複数の長方形の部分を含んでおり、
前記第１の電極インクを印刷する工程が、前記第１の基板に沿って、前記長方形の部分を位置合わせする工程をさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の基板上のパターンが、複数の長方形の形状の部分を含んでおり、
前記第１の電極インクを印刷する工程が、前記複数の長方形の形状の部分の中の各々の長方形の形状の部分を、隣接する長方形の形状の部分から等しい距離をおいて配置する工程をさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の基板上に前記第１の電極インクを印刷する工程が、第１の回転ドラム及び第２の回転ドラムを有する回転式リソグラフィプリンタを使用して前記第１の電極インクを印刷する工程であり、前記第１の基板が前記第１の回転ドラムと前記第２の回転ドラムとの間を通過するとき、前記第１の回転ドラムが前記第１の電極インクをメッシュを通して前記第１の基板上に押しつける工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の基板上に前記第１の電極インクを印刷する前記工程が、第１の回転ドラム及び第２の回転ドラムを有する回転式リソグラフィプリンタを使用して前記第１の電極インクを印刷する工程であり、前記第１の基板が前記第１の回転ドラムと前記第２の回転ドラムとの間を通過するとき、前記第１の回転ドラムが前記第１の電極インクをメッシュを通して前記第１の基板上に押しつけ、前記第１の基板に塗布される第１の電極インクの量が前記メッシュの厚さにより変更される工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の基板がアルミニウムである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の実質的に同様の形状の部分の中の各部分のまわりに封止材壁を印刷する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記セパレータ材料が、第１の回転ドラム及び第２の回転ドラムを有する回転式リソグラフィプリンタを使用して前記第１の電極インクの上に印刷され、前記第１の基板が前記第１の回転ドラムと前記第２の回転ドラムとの間を通過するとき、前記第１の回転ドラムが前記セパレータ材料をメッシュを通して前記第１の電極インク上に押しつけ、前記第１の電極インクに塗布されるセパレータ材料の量が前記メッシュの厚さにより変更される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の基板を所望のサイズに切断する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の電極インクが、前記第１の基板上に配置されたとき、前記第１の基板に電気的に接続される活性炭を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
電極を製造するためのシステムであって、
第１の回転ドラム及び第２の回転ドラムを有する回転式リソグラフィプリンタと、
前記第１の回転ドラムに結合されたメッシュと、
前記第１の回転ドラムによって前記メッシュを通して基板の一部に押しつけられるように構成される電極インクと、
前記回転式リソグラフィプリンタを使用して、前記電極インクの少なくとも一部にわたって前記基板上に押しつけられるように構成されるセパレータ材料と、
を含むシステム。
【請求項１２】
前記回転式リソグラフィプリンタが第３の回転ドラム及び第４の回転ドラムを含み、前記基板が前記第３の回転ドラムと前記第４の回転ドラムとの間を通過するように構成され、前記セパレータ材料が前記第３の回転ドラムによって前記基板上に押しつけられるように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記基板がアルミニウムである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電極インクが、活性炭、バインダ、及び蒸留水を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記基板の前記一部が前記基板の第１の部分であり、前記電極インクが前記基板上にパターンを画定するよう、前記電極インクが前記基板上に押しつられるように構成され、前記基板上のパターンが複数の実質的に同様の形状の部分を含み、各々の部分が、他の全ての部分から分離されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記回転式リソグラフィプリンタが第３の回転ドラム及び第４の回転ドラムを含み、前記基板が前記第３の回転ドラムと前記第４の回転ドラムとの間を通過するように構成され、
前記封止材料が前記基板の前記一部を囲むように、前記封止材料が前記第３の回転ドラムによって前記基板上に押しつけられるように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記基板が前記第１の回転ドラムと前記第２の回転ドラムとの間を通過するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
電極を製造する方法であって、
回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部に電極インクを印刷する工程と、
前記電極インクを前記基板上で乾燥させる工程と、
前記回転式リソグラフィプリンタを使用して前記基板の前記一部上の前記乾燥された電極インク上にセパレータ材料を印刷する工程と、
前記回転式リソグラフィプリンタを使用して前記基板の前記一部のまわりに封止材壁を印刷する工程と、
を含む方法。
【請求項１９】
前記基板の前記一部に前記電極インクを印刷する前記工程が、第１の回転ドラム及び第２の回転ドラムを有する前記回転式リソグラフィプリンタを使用して前記電極インクを印刷する工程であり、前記基板が前記第１の回転ドラムと前記第２の回転ドラムとの間を通過するとき、前記第１の回転ドラムが前記電極インクをメッシュを通して前記基板の前記一部に押しつける工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板の前記一部が前記基板の第１の部分であり、
前記基板の前記第１の部分に前記電極インクを印刷する前記工程と実質的に同時に前記回転式リソグラフィプリンタを使用して前記基板の第２の部分に前記電極インクを印刷する工程であり、前記基板の前記第１の部分が前記基板の前記第２の部分から分離されている工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板が第１の基板であり、
前記回転式リソグラフィプリンタを使用して第２の基板の一部に電極インクを印刷する工程と、
前記電極インクを前記第２の基板上で乾燥させる工程と、
前記回転式リソグラフィプリンタを使用して前記第２の基板の前記一部のまわりに封止材壁を印刷する工程と、
前記第２の基板の前記一部に印刷された前記電極インクが前記第１の基板の前記一部に印刷された前記セパレータ材料と接触するように前記第１の基板の前記一部を前記第２の基板の前記一部に結合させる工程と、
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記基板がアルミニウムである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板を所望のサイズに切断する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板の前記一部に前記電極インクを印刷する前記工程が、第１の回転ドラム及び第２の回転ドラムを有する前記回転式リソグラフィプリンタを使用して前記電極インクを印刷する工程であり、前記基板が前記第１の回転ドラムと前記第２の回転ドラムとの間を通過するとき、前記第１の回転ドラムが前記電極インクをメッシュを通して前記基板の前記一部に押しつけ、前記基板の前記一部に塗布される電極インクの量が前記メッシュの厚さにより変更される工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】高電圧ＥＤＬＣ電池及びその製造方法
【技術分野】
【０００１】
関連案件の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２００８年８月２８日に出願された「Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  ＥＤＬＣ  Ｃｅｌｌ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」という名称の米国特許出願第１２／２２９，９２２号の優先権を主張し、その一部継続出願である。本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２００８年５月８日に出願された「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ」という名称の係属米国特許出願第１２／１５１，８１１号にも関連する。
【０００２】
本発明は高電圧電気化学二重層キャパシタ（EDLC）に関し、より詳細には、高電圧ＥＤＬＣの高いキャパシタンス及び低い抵抗を保持しながら高電圧ＥＤＬＣ用の電極を作製するためのプロトタイプ設計、製造方法、及び材料に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気化学二重層キャパシタ（EDLC）は、一方が陽極として働き、他方が陰極として働き、それにより直列の２つのキャパシタとしてモデル化することができる構造を生成するように配置された２つの電極からなるエネルギー貯蔵デバイスである。このデバイスは高電力密度によって特徴づけられ、電力密度の値はこのデバイスの実効直列抵抗（ESR）によって決定することができる（すなわち、ESRが低いほど、電力密度が高い）。ＥＤＬＣのキャパシタンスは、ＥＤＬＣを製作するのに使用される活性炭の有効表面と、二重層を形成する電極と電解質の分子との間の間隔と、により大きくなり得る。ＥＤＬＣのキャパシタンスは式のＣ＝ｋＡ／ｄを使用して計算することができ、ここで、ｋは比例定数であり、Ａは活性炭の有効表面積であり、ｄは電極と電解質分子との間の間隔である。
【０００４】
ＥＤＬＣデバイスは、電解質で湿潤され且つ封止されるパッケージ内に電極及びセパレータ材料を入れることによって製造することができる。得られるデバイスは単電池ＥＤＬＣデバイスである。これらのデバイスは、限定はしないが、工業用電源、ＵＰＳ（無停電電源装置）、電気車両、携帯電話、及び電子機器を含む多種多様な用途で使用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既知のＥＤＬＣは、電解質によって強いられる限界である約２．７ボルトの公称電圧定格で動作する。用途によっては、一つ以上のＥＤＬＣ電池が、特定用途の必要性を満たすために求められる。例えば、１つ又は複数のＥＤＬＣデバイスを直列に結合して、より高い電圧で動作する複合デバイスを提供することができる。しかし、直列の電池の数が増加するにつれて複数の電池が平衡を保たなくなる場合、複合デバイスの初期故障が生じることがある。さらに、直列の電池のＥＳＲが増加すると、電力密度が減少することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電極を製造する方法は、回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部に電極インクを印刷する工程を含む。電極インクは基板上で乾燥させることができる。セパレータ材料が回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部に印刷される。封止材壁が回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部のまわりに印刷される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態による、電極の様々な区域を実現するのに使用される基本構成要素形状を示す図である。
【図１Ａ】一実施形態による回転式リソグラフィプリンタの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａの回転式リソグラフィプリンタを使用して印刷された電極アレイの概略図である。
【図１Ｃ】図１Ａの回転式リソグラフィプリンタを使用して印刷された電極アレイの概略図である。
【図１Ｄ】図１Ａの回転式リソグラフィプリンタを使用して印刷された電極アレイの概略図である。
【図１Ｅ】一実施形態による、電極を印刷する方法を示す流れ図である。
【図２】一実施形態による、構成要素選択及びその特定配置を示す図である。
【図３】一実施形態による、連続的に各電池を完成させるのに使用される折り重ね式構成パターンを示す図である。
【図３Ａ】一実施形態による、並列に接続された３つの電極スタックの概略図である。
【図４】一実施形態による、１つの電極の開かれた図であり、構成要素パターンが前面から裏面まで順々に示されており、折り重ねられたときそれらがどのように見えるかを示している。
【図５】一実施形態による、電圧を一定量刻みで積み重ねるのに使用される高電圧スタック及びインタフェース構成要素のブロック構造体を示す図である。
【図６】一実施形態による詳細な高電圧ＥＤＬＣの概略図である。
【図７】一実施形態による高電圧ＥＤＬＣ構造を示す図である。
【図８】高電圧ＥＤＬＣに付け加えられる熱移送材料を示す図である。
【図９】一実施形態による最終的な高電圧設計パッケージングの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
いくつかの実施形態では、電極を製造する方法は、回転式リソグラフィプリンタを使用して、基板の一部に電極インクを印刷する工程を含む。電極インクは基板上で乾燥させることができる。セパレータ材料が回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部に印刷される。封止材壁が回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部のまわりに印刷される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、回転式リソグラフィプリンタは、第１の回転ドラムと第２の回転ドラムと、を含むことができる。メッシュが第１の回転ドラムに結合される。電極インクは、第１の回転ドラムによって、メッシュを通して基板の一部に押しつけられるように構成することができる。同様に、セパレータ材料は、回転式リソグラフィプリンタを使用してインクの少なくとも一部にわたって基板上に押しつけられるように構成される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、電極を製造する方法は、インクが基板上のパターンを画定するように基板の複数の実質的に同様の形状の部分に電極インクを印刷する工程を含む。複数の実質的に同様の形状の部分中の各部分は、複数の実質的に同様の形状の部分中の他の部分と相互に混在しない。電極インクは基板上で乾燥させることができる。セパレータ材料は、基板の複数の実質的に同様の形状の部分中の少なくとも１つの部分の上に印刷される。
【００１１】
個々の電気化学電池は、電解質の破壊限界に起因する有限の電圧スタンドオフ（voltage standoff）を有し、電圧スタンドオフは一般に２．５〜２．７ボルトの範囲にある。実施形態によっては、製造プロセスにより、いくつかの個別の半電池を基板上に作製することができ、その基板は別の基板と折り重ねられ、直列に接続された低電圧電池のスタックを作製することができる。実施形態によっては、そのような半電池は、基板上の実質的に同様の形状の部分のマトリクスに電極インクをリソグラフィ的に印刷することによって製造することができる。同様に、封止材壁は同様の形状の部分のまわりに印刷することができ、セパレータ材料は電極インク上に印刷することができる。電圧スタンドオフは各スタック内のそのような電池の数によって決まり、電池平衡の問題を解消する。
【００１２】
実施形態によっては、単電池複合デバイスは、単一パッケージ内で多数の個別電池を使用し、それにより、従来のＥＤＬＣよりも高い電圧スタンドオフをもつ「単電池」ＥＤＬＣデバイスを作製するように設計される。そのようなＥＤＬＣでは、重さがより軽く、容積がより小さく、電池平衡から生じる厄介な問題が本質的にないようにすることができる。ＥＤＬＣは、リソグラフィ的に形成された電極と、電極間に配置され、やはりリソグラフィ的に形成された事前形成のセパレータと、を交互に差し込んだ単位電池構造を有する。電解質がＥＤＬＣ内に満たされる。電極は、半電池ストリップと呼ばれる基板上に正確な間隔でリソグラフィ的に印刷することができる。印刷プロセスの第１の段階において、正方形又は長方形の区域のアレイが画定され、電極インクが基板上に印刷される。印刷プロセスにより炭素層の厚さを変えることができるようになり、これにより、半電池ストリップの総合エネルギー密度が影響を受ける。第２の段階において、封止材料の境界が各電極のまわりに形成される。第３の段階において、セパレータ材料が半電池ストリップの半分に印刷される。次に、ストリップが連結され、完成したＥＤＬＣ電池が形成される。電極の個別のスタックの延長部分がさらに設けられ、それらは追加のキャパシタンスを含み、それらは電極の一方に対して集電体の長さを追加し、構成要素配置を前方に延ばすことによって、又は延長部品を一緒に音波溶接若しくは熱（スポット）溶接することによって接続される。
【００１３】
いくつかの実施形態は、単一の高電圧ＥＤＬＣ電池向けの製造工程を含む。５８ファラドの例示のキャパシタンス及び１５ボルトの電圧スタンドオフが以下で使用される。この例が標準と見なされるものではなく、むしろ、これは概念を示すための便宜的な選択であると理解されるべきである。この方法は実質的に任意の他のキャパシタンス及び電圧スタックに拡張することができる。
【００１４】
図１は製造プロセスの様々な段階の全体を通した電極（例えば半電池）を示す。電極の製造段階の平面図は図１の上部に示された参照番号１０、１１、１２、１３、１４、及び１５によって識別され、一方、単層電極及び二重層電極のそれぞれの断面の厚さは図１の下部に示された参照番号１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、及び２４によって識別される。
【００１５】
集電体（例えば基板）１０、１６は任意の好適な材料で構成することができる。例えば、実施形態によっては、集電体１０、１６は、キャパシタグレードアルミニウム（例えば９９．９９％の純アルミニウム）で構成される。他の実施形態では、集電体はタンタルなどで構成することができる。集電体１０、１６はシートの状態で利用可能とすることができる。実施形態によっては、例えば、シートは、３０μｍの厚さ、５０ｍｍの幅、及び５０ｍｍの長さを有することができる。他の実施形態では、シートは任意の好適なサイズとすることができる。例えば、他の実施形態では、シートは４０μｍの厚さを有することができる。基板材料は大きいロール巻きで得ることができ、特定のデバイスを製作するために適切な寸法に細長く切ることができる。実施形態によっては、固定刃を使用して基板材料は適切な寸法に細長く切られる。そのような固定刃を使用して、基板に圧延縁を引き起こさない清浄で正確な切断を行うことができる。このプロセスは、上述のように、実質的に任意のサイズのキャパシタに使用することができ、デバイスキャパシタンスは半電池構造のサイズに依存し、本明細書でさらに詳細に説明される。
【００１６】
実施形態によっては、集電体１０、１６は清浄化することができる。そのような清浄化は、本明細書で詳細にさらに説明されるように、電極材料が集電体１０、１６上に形成されるとき、電極材料と集電体１０、１６との間の接合の強度を低減することがある汚染物質を集電体が形成しないようにするのに役立つことができる。例えば、アルミニウムは、酸素雰囲気にさらされると、電極材料がアルミニウム集電体と接合するのを妨げることがある汚染物質（例えば、酸化アルミニウム）を急速に形成することがある。実施形態によっては、プラズマエッチングを使用して、集電体１０、１６を清浄化することができる。そのような実施形態では、プラズマエッチングは、本明細書でさらに詳細に説明されるように、印刷プロセスの一部として使用することができる。そのため、ある装置（図１Ａに示される装置５０など）は、集電体１０、１６に電極インクを印刷するのに先立って集電体１０、１６をプラズマエッチングすることができる。他の実施形態では、高電圧コロナ放電を使用して、集電体１０、１６を清浄化することができる。さらなる他の実施形態では、化学エッチング液槽を使用して、そのような汚染物質を除去することができる。そのような実施形態では、酸化物層が数分でアルミニウム集電体上に再形成されることがあるので、集電体は槽から取り外された後すぐに電極材料を集電体上に印刷することがある。
【００１７】
孔１１が集電体１０、１６に形成される。孔１１は任意の好適な技法を使用して形成することができる。実施形態によっては、例えば、孔１１は、穿孔、切削などを行うことができる。孔１１は、他の集電体に形成された孔と位置合わせすることができる。電解質は、本明細書でさらに詳細に説明されるように、孔を介して電池のスタックに挿入することができる。
【００１８】
封止材料１２は、集電体１３の周辺のまわりに形成される。封止材料１２は、本明細書でさらに詳細に説明されるように、炭化材料を囲むことになる封止材壁を作製する。封止材料１２は、電池と外部雰囲気との間に気密封止障壁を形成するために別の集電体１３上の封止材料に付着するように構成された高分子とすることができる。そのようにして、２つの半電池を組み合わせて全電池が製作される。実施形態によっては、例えば、Ｓｏｌｖａｙ−Ｓｏｌｅｘｉｓによって製造されたＳｏｌｅｆ  １００８などのポリフッ化ビニリデン（PVDF）材料を使用することができる。そのような材料は、動作温度、表面接着性、柔軟性、及び化学溶解性などの所望の性質を含むことができる。他の実施形態では、ＣＬ−５−１封止材料を使用することができる。実施形態によっては、封止材料１２の厚さは、片側１９では１００μｍ未満、及び両側構成要素２０（例えば、封止材料１２が集電体１３の両側に印刷される場合）では１７０μｍ未満とすることができる。封止材料の塗布は、本明細書でさらに説明されるように、ラミネーションプロセス、スクリーン印刷、及び／又はリソグラフィ印刷によることができる。封止材料１２は、電解質露出による腐食に抵抗力をもち、電池からの電解質の漏れを妨げる集電体１３の周辺のまわりの壁を形成する。
【００１９】
実施形態によっては、集電体の第１の表面に形成される封止材料が集電体の第２の表面に形成される封止材料と結合することができるように、封止材料が形成されている集電体の部分はミクロの孔で穿孔することができる。そのような実施形態では、例えば、集電体の第１の表面の封止材料は、集電体の第２の表面の封止材料と一体式に形成及び／又は融合することができる。これは、集電体の両方の表面に封止材料によって作製された壁を安定化させるのに役立つことができる。
【００２０】
電極インクが集電体１４に塗布される。集電体１４の片側に塗布された電極インクを有する集電体１４の側面図２１、及び集電体１４の両側に塗布された電極インクを有する集電体１４の側面図２２が図１に示される。電極インクは任意の好適な電極インクとすることができる。実施形態によっては、例えば、電極インクは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２００８年５月８日に出願された「Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ」という名称の米国特許出願第１２／１５１、８１１号に記載されたものと同様の炭素スラリとすることができる。電極インクは、主として、活性炭（例えば、MSP-20）、より少ない量の導電性炭素（例えば、Super P）、ラバライザー（例えば、BM-400-B）、バインダ（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE））、ポリビニルピロリドン（PVP）、充填材（例えば、Cab-o-sil）、蒸留水、及び／又は他の添加物（例えば、カルボキシメチルセルロース（CMC））からなることができる。実施形態によっては、電極インクは、適切な比率の素材を特定の順に混合し、それ自体と溶媒とを等量混合することによって形成することができる。混合された後、電極インクは集電体（例えば基板）に塗布することができる。電極インク混合物は、特有のキャスト成分溶液を活性化することにより接合抵抗を低減し、電極インクのキャパシタンスを増加させる向上された電気的性質を有する。他の実施形態では、電極インクはセラミックなどを含むことができる。
【００２１】
ＥＤＬＣ炭素電極の支配的素材である活性炭は、高電圧ＥＤＬＣ用途における容量性貯蔵を生成するのに使用される大きな露出表面積を与える。電池のキャパシタンスは電池内の活性炭の量に比例する。実施形態によっては、特性値は、単位容積当りの固有キャパシタンスに電池容積を乗算することによって得ることができ、単位容積当りの固有キャパシタンスは中程度の厚さまで比較的一定である。他の実施形態では、キャパシタンスは、単位面積当りの固有キャパシタンスに電池の面積を乗算したものを使用することによって得ることができる。本明細書でさらに詳細に説明されるように、直列及び並列に多数の電池を配置すると、電極のＥＳＲが低減し、それにより、電極の電力密度を増加させることができる。そのような構成はデバイスの通電容量を増加させることもできる。
【００２２】
用途が異なることは、電力対エネルギー密度の相対的重要度に影響を与える。製造プロセスを調整してどちらかを優先させることができる。実施形態によっては、例えば、集電体上の電極インクの厚さ及び集電体上の封止材料の接着剤厚さを増加させて、電池によって供給されるエネルギーを増加させることができる。さらに本明細書で詳細に説明するように、集電体上の電極インクの厚さは、リソグラフィ印刷プロセスで使用されるスクリーン（例えば、メッシュ）の厚さによって変更することができる。上述のように、その結果として、厚さを制御すると、個別の半電池のエネルギー密度が変化する。
【００２３】
ＥＤＬＣデバイスの使用電圧を最大にするために、半電池を電気的には分離するが、化学的には分離しないようにプロトン伝導体又はセパレータ１５を個々の分極した半電池間に配置することができる。セパレータ１５は、特定の荷電イオンだけがセパレータ１５を通過できるように構成することもできる。セパレータ１５は、活性炭に吸収されない限定された量の遊離電解質を蓄積することもできる。セパレータ１５は、リソグラフィの技法を使用して半電池ストリップの一方に挿入又は印刷することができ、本明細書でさらに詳細に説明される。
【００２４】
ＥＤＬＣが動作中に充電及び放電されるとき、セパレータ１５は垂直方向及び水平方向の両方に高い機械的応力を受ける。セパレータ１５は、ある方向又は反対方向に一定量として、及び周波数依存量としての若干の反応成分として測定されたそれ自体の抵抗性量を付加する。実施形態によっては、プレセッション（precession）の場所、材料濃度、間隔、サイズ分類、及び適応性が重要なパラメータであり、リソグラフィ印刷プロセスを使用してより容易に達成することができるので、リソグラフィ印刷プロセスは電極インク上にセパレータ材料を印刷するのに使用することができる。
【００２５】
実施形態によっては、セパレータ１５は、例えば、Ｓｏｌｖａｙ−Ｓｏｌｅｘｉｓによって製造されたＳｏｌｅｆ  ６０２０などのポリフッ化ビニリデン（PVDF）から構成することができる。他の実施形態では、セパレータは、ラバライザー（例えば、BM-440-B）、バインダ（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE））、ポリビニルピロリドン（PVP）、充填材（例えば、Cab-o-sil）、蒸留水、及び／又は他の添加物から構成することができる。そのような実施形態では、ｃａｂ−ｏ−ｓｉｌは、電解質イオンがセパレータ材料を通過できるように構成された浸透膜を形成する。
【００２６】
セパレータ１５は、本明細書でさらに詳細に説明されるように、準備した乾燥電極インク上に、スクリーン印刷されること、及び／又はリソグラフィ的に印刷されることができる。実施形態によっては、例えば、セパレータ１５は、２５μｍの最大塗布厚さ、均一に分散した細孔サイズ分布（PSD）をもつ２５〜５０μｍの細孔サイズ、及び均質なセパレータマトリクス組成を有することができる。細孔サイズにより、電池内の電解質移動の速度を決定することができる。細孔サイズが小さいと、例えば、電池内の電解質移動の速度が低減されることがあり、それによりキャパシタの応答が遅くなることがある。最終的な高電圧ＥＤＬＣの電力又はエネルギーの必要量に応じて、スクリーニング塗布プロセスは他の材料又は製造欠陥を補償することができる。スクリーンセパレータをもつ片側電極２３及びスクリーンセパレータをもつ両側電極２４（例えば、集電体の両方の表面に印刷された半電池）が図１に示される。実施形態によっては、２つの半電池がともに短絡しないようにするための十分な分離を提供するためにセパレータはできるだけ薄くすることができる。実施形態によっては、１つのセパレータ１５しか各半電池アセンブリ間で必要とされず、したがって、スクリーニングアプリケータからの交互配置を可能とすることができる。したがって、本明細書でさらに詳細に説明されるように、セパレータ１５はすべての集電体に印刷されるとは限らない。完成した半電池が集電体の第１の表面に印刷された後、半電池は同様のプロセスを使用して集電体の第２の表面に印刷することができる。
【００２７】
他の実施形態では、セパレータは、印刷以外の方法を使用して、準備した乾燥電極インク上に配置することができる。例えば、事前製作のセパレータシートを乾燥電極インク上に配置及び／又は積層することができる。そのような実施形態で使用されるいくつかのセパレータ材料は、乾燥電極インク上に配置されるのに先立って形成されると最も良好に動作する。そのような材料はＣｅｌｇａｒｄ及びＮＫＫなどの製造業者から入手可能である。そのようなセパレータ材料の動作パラメータは製造業者が事前定義及び試験することができ、そのため、材料は様々な条件下で試験されたように動作することができる。そのようなセパレータは、電極が製造されるとき電極インクにわたって集電体に物理的に塗布することができ、又はそのようなセパレータは、電極のアセンブリに先立って積層することができる。
【００２８】
図１Ａは、一実施形態による、図１Ｂ〜１Ｄで図示及び説明される半電池などの電極を製造するのに使用される回転式リソグラフィプリンタ５０の概略図である。回転式リソグラフィプリンタ５０は、第１の対の回転ドラム５７、第２の対の回転ドラム５８、及び第３の対の回転ドラム５９を含む。第１の対の回転ドラム５７は上部ドラム５１及び下部ドラム５２を含む。上部ドラム５１は電極インクを含む印刷ヘッドである。実施形態によっては、外側メッシュ層（図１Ａには図示せず）が上部ドラム５１に結合される。上部ドラムは、集電体が上部ドラム５１と下部ドラム５２との間を通過するとき、電極インクを外側メッシュ層を通して集電体（例えば、基板）上に押しつけるように構成される。
【００２９】
上部ドラム５１は、図１Ａの矢印ＡＡによって示された方向に中央軸のまわりに回転するように構成される。同様に、下部ドラム５２は、図１Ａの矢印ＢＢによって示された方向に中央軸のまわりに回転するように構成される。したがって、基板が上部ドラム５１と下部ドラム５２との間を通過するとき、基板は図１Ａの矢印ＣＣによって示された方向に移動する。これにより、基板が矢印ＣＣによって示された方向に移動するとき、上部ドラム５１は基板上に電極インクを印刷することができるようになる。
【００３０】
実施形態によっては、上部ドラム５１は基板の端から端までのパターンで電極インクを印刷する。そのような実施形態では、例えば、上部ドラム５１は基板の長いストリップの端から端まで長方形のアレイを印刷することができる。そのような長方形のアレイは、図１Ｂ〜１Ｄに示されたものと同様とすることができる。他の実施形態では、例えば、三角形、円、楕円などのパターンのような任意の他のパターンを印刷することができる。
【００３１】
基板上に印刷される電極インクの厚さは、上部ドラム５１に結合された外側メッシュ層を変更することによって変更することができる。例えば、電極インクのより厚い層が要望される場合、外側メッシュ層の厚さを増加することができる。さらに、電極インクのより薄い層が要望される場合、外側メッシュ層の厚さを減少することができる。電極インクの厚さを変更すると、デバイスのキャパシタンスが変更される。電極インクの最適厚さは、サンプルを印刷し、サンプルの単位容積当りのキャパシタンスを測定することによって決定することができる。電極インクが厚すぎる場合、集電体から遠く離間した電極インクは意図したように機能せず、電解質イオンの移動を低減し、それによりセパレータ層を横切る伝導速度を低減することがある。電極インクが薄すぎる場合、デバイスのキャパシタンスは、最適厚さの電極インク層を有する電極のキャパシタンスよりも少なくなることがある。
【００３２】
第１の対の回転ドラム５７と同様に、第２の対の回転ドラム５８は上部ドラム５３及び下部ドラム５４を含む。上部ドラム５３は、図１Ａの矢印ＡＡによって示された方向に中央軸のまわりに回転するように構成される。同様に、下部ドラム５４は、図１Ａの矢印ＢＢによって示された方向に中央軸のまわりに回転するように構成される。したがって、基板が上部ドラム５３と下部ドラム５４との間を通過するとき、基板は図１Ａの矢印ＣＣによって示された方向に移動する。
【００３３】
上部ドラム５３はセパレータ材料を含む印刷ヘッドである。実施形態によっては、外側メッシュ層（図１Ａには図示せず）が上部ドラム５３に結合される。上部ドラム５３は、基板が上部ドラム５３と下部ドラム５４との間を通過するとき、セパレータ材料を外側メッシュ層を通して、電極インクが印刷された基板上に押しつけるように構成される。
【００３４】
実施形態によっては、上部ドラム５３は基板上に電極インクの端から端までのパターンでセパレータ材料を印刷する。そのような実施形態では、例えば、上部ドラム５１は、電極インクが印刷された基板の部分の端から端まで長方形ストリップのアレイを印刷することができる。そのような長方形ストリップのアレイは、図１Ｂ及び１Ｄに示されたものと同様とすることができる。他の実施形態では、任意の他のパターンを印刷することができる。
【００３５】
上述のように、実施形態によっては、セパレータ材料はすべての集電体に印刷されるとは限らない。例えば、図１Ｃは、セパレータ材料が印刷されない半電池１０３０をもつ基板１０２０のストリップを示す。そのような結果を達成するために、上部ドラム５３は、ある集電体にはセパレータ材料を印刷し、他のものには印刷しないように構成することができる。
【００３６】
第１の対の回転ドラム５７及び第２の対の回転ドラム５９と同様に、第３の対の回転ドラム５９は上部ドラム５５及び下部ドラム５６を含む。上部ドラム５５及び下部ドラム５６は、上述の上部ドラム５１及び下部ドラム５２と同様に回転するように構成される。上部ドラム５５は封止材料を含む印刷ヘッドである。実施形態によっては、外側メッシュ層（図１Ａには図示せず）が上部ドラム５５に結合される。上部ドラム５５は、基板が上部ドラム５３と下部ドラム５４との間を通過するとき、封止材料を外側メッシュ層を通して基板上に押しつけるように構成される。電極インクが印刷される基板の部分を封止材料が囲むように封止材料を印刷することができる。
【００３７】
使用中、１個の基板材料（例えば、アルミニウム）がポイント６０で装置５０に挿入される。回転ドラム対５７、５８、５９の回転運動のために、基板材料は矢印ＣＣによって示された方向に移動する。基板材料が第１の対の回転ドラム５７を通過するとき、上部回転ドラム５１は基板上に電極インクを印刷する。上述のように、実施形態によっては、上部回転ドラム５１は、例えば長方形のアレイなどの基板上の電極インクのパターンを印刷することができる。
【００３８】
次に、１個の基板材料は、第１の対の回転ドラム５７から第２の対の回転ドラム５８に移る。第１の対の回転ドラム５７と第２の対の回転ドラム５８の間との距離を十分に大きくすることができ、それにより、第１の対の回転ドラム５７によって基板上に印刷された電極インクは、基板が第２の対の回転ドラム５８に達する前に基板上で乾燥するようになる。他の実施形態では、基板上にセパレータ材料を印刷するのに先立って電極インクを乾燥させる必要がない。基板が第２の対の回転ドラム５８に接触した後、上部回転ドラム５３は、所望のパターン及び場所で基板上にセパレータ材料を印刷する。実施形態によっては、例えば、セパレータ材料は半電池のうちのいくつかにだけ印刷される。次に、１個の基板材料は、第２の対の回転ドラム５８から第３の対の回転ドラム５９に移る。上部回転ドラム５５は、電極インクが印刷された基板の部分の周囲のまわりに封止材料を印刷する。
【００３９】
次に、印刷された基板（例えば、完成した半電池ストリップ）はポイント６２で装置を出ることができる。次に、１個の基板材料は、電極インク、封止材料、及び適宜セパレータ材料が基板の第２の表面上に印刷されるように裏返して、装置５０中に挿入することができる。構成要素が基板の第２の表面上に印刷されるとき、基板の第１の表面上に既に印刷された構成要素（例えば、電極インク、セパレータ材料、及び封止材料）の位置決めは、装置５０に位置決めされた光センサ（図示せず）を使用してモニタすることができる。そのような光センサは、基板の第２の表面上に印刷される半電池を基板の第１の表面上に印刷された半電池と確実に位置合わせするのに役立つことができる。他の実施形態では、構成要素が基板の第２の表面上に印刷されるとき、他の好適な方法及び／又はデバイスを使用して基板の第１の表面上に既に印刷された構成要素の位置決めがモニタされる。さらなる他の実施形態では、半電池は、上部回転ドラムが基板の第１の表面上に半電池を印刷するとき下部回転ドラムによって基板の第２の表面上に印刷される。そのような実施形態では、基板の両側に半電池を印刷するのに装置５０を１回だけしか通過する必要がない。
【００４０】
実施形態によっては、各構成要素（例えば、電極インク、セパレータ材料、及び封止材料）が塗布されるとき、十分な乾燥温度を維持するように油加熱することができる大きい丸ドラムに基板は巻かれるので乾燥時間を変更することができる（例えば、より長く又はより短く）。大きいドラムは、より小さい長さの区域により多くの基板材料を許容する貯蔵運搬具であって、コンパクトなリールに基板材料が密集し、それにより封止材料及び電極インクの完全性が損なわれる可能性があるようなものではない貯蔵運搬具と見なすこともできる。
【００４１】
基板上に電極インク及びセパレータを印刷した後に基板上に封止材料を印刷するように図１Ａでは示されているが、封止材料は印刷プロセスのいかなる時点でも基板上に印刷することができる。実施形態によっては、例えば、基板上に電極インク及び封止材料を印刷するのに先立って封止材料が基板上に印刷される。他の実施形態では、基板上に電極インクを印刷した後、基板上に封止材料を印刷するのに先立って、封止材料は基板上に印刷される。
【００４２】
３つの回転ドラム対５７、５８、５９を有するように図１Ａに示されているが、他の実施形態では、装置は単一の回転ドラム対を含むことができる。そのような実施形態では、上部回転ドラムは、印刷プロセスの各段階で再構成することができる。例えば、上部回転ドラムは最初に基板上に電極インクを印刷するように構成することができる。次に、基板は回転ドラム対間を通過することができ、電極インクを基板上に印刷することができる。次に、上部回転ドラムは基板上にセパレータ材料を印刷するように再構成することができ、セパレータ材料が基板上に印刷されるように基板は回転ドラム対間の２回目の通過を行うことができる。次に、上部回転ドラムは基板上に封止材料を印刷するように再構成することができ、封止材料が基板上に印刷されるように基板は回転ドラム対間の３回目の通過を行うことができる。
【００４３】
図１Ｂ〜１Ｄは、図１Ａの装置５０を使用して印刷された半電池ストリップの例を示す。図１Ｂは、例えば、４つの半電池１０１０が上に印刷された基板１０００を示す。電極インク、セパレータ材料、及び封止材料は、４つの半電池１０１０の各々に印刷される。図１Ｃは、４つの半電池１０３０が上に印刷された基板１０２０を示す。セパレータ材料は基板１０２０の４つの半電池１０３０に印刷されない。本明細書でさらに詳細に説明されるように、基板１０００は基板１０２０と結合して、直列に接続された多数電極電池を形成することができる。
【００４４】
図１Ｂ及び１Ｃは基板上に印刷された単一行の半電池を示しているが、図１Ｄは、２行の半電池１０５０、１０６０が上に印刷された基板１０４０を示す。セパレータ材料は一方の半電池１０６０上に印刷されるが、他方の半電池１０５０上に印刷されない。実施形態によっては、各行の電極間で直列接続を、及び２つの行の電極間で並列接続を行うように基板１０４０は折り重ねることができる。他の実施形態では、任意の数の行及び列の任意の数の半電池を基板上に印刷することができる。例えば、図３は、各々５つの半電池を有する２つの基板を示す。
【００４５】
図１Ｅは、基板上に半電池の電極を印刷する方法１０７０を示す流れ図である。この方法は、１０７２において、基板を清浄する工程を含む。基板は、例えば、プラズマエッチングによって洗浄することができる。そのような洗浄は、電極材料が集電体上に印刷されるとき、電極材料と、集電体と、の間の接合強度を低減することがある汚染物質を集電体が形成しないようにするのに役立つことができる。
【００４６】
開口は、１０７４において、基板に形成される。上述のように、開口は任意の好適な方法によって形成することができ、以下でさらに詳細に説明するように、デバイスを完成するとき電解質を開口に挿入することができる。電極インクは、１０７６において、回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部に印刷される。電極インクは活性炭を含むことができ、上記で図示及び説明した電極インクと同様とすることができる。さらに、回転式リソグラフィプリンタは、図１Ａに関して図示及び説明した装置５０と同様とすることができる。
【００４７】
電極インクは、１０７８において、基板上で乾燥させることができる。セパレータ材料は、１０８０において、回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部に印刷される。セパレータ材料は上記で図示及び説明したセパレータ材料と同様とすることができる。さらに、セパレータ材料は、例えば、図１Ｂの基板１０００の半電池１０１０で示した市松模様などの特定のパターンで基板の一部に印刷することができる。封止材壁は、１０８２において、回転式リソグラフィプリンタを使用して基板の一部のまわりに印刷される。封止材壁を使用して半電池を別の半電池とともに気密封止し、完成した全電池を作製することができる。
【００４８】
図２はリソグラフィの構成要素プレートを詳述しており、印刷プロセスの様々な段階における第１の基板１００の前面１０５、１１０、１１５及び裏面１２０、１２５、１３０、並びに第２の基板１５０の前面１５５、１６０及び裏面１６５、１７０を示す。印刷プロセスの各構成要素（例えば、電極インク、セパレータ材料、及び封止材料）は、基板１００、１５０上に構成要素が完成するまで連続して塗布される。構成要素は、上述のように基板１００、１５０の各側に塗布することができる。図２に示されるように、セパレータ材料は第２の基板１５０に塗布されない。
【００４９】
電極構成要素が高電圧ＥＤＬＣに組み立てられる方法に関する詳細情報は、図３に示されるサンプルの９０度リソグラフィ構成要素の折り重ね方式によって最初に参照される。第１の半電池ストリップ２８０は要素１１５及び１３０（図２）を含み、第２の半電池ストリップ２９０は互いに９０度オフセットで配置された要素１６０及び１７０（図２）を含み２００、両方の半電池ストリップ２８０、２９０はそれぞれの前側が表向きである。セパレータ材料は第１の半電池ストリップ２８０の半電池上には印刷されるが、一方、セパレータ材料は第２の半電池ストリップ２９０の半電池上には印刷されない。第１の半電池ストリップ２８０の半電池が第２の半電池ストリップ２９０の半電池に結合されるとき、全電池は各々電極インク間にセパレータ材料を有することになる。
【００５０】
折り重ねパターンは、個々の構成要素がどのように位置合わせされるかを示す。半電池ストリップ２８０の折り重ねパターン２００から始めて、第１の下部構成要素２０１は、ブロックアセンブリ用に準備された露出したアルミニウムを有し、本明細書でさらに詳細に説明される。最初に、半電池ストリップ２９０が半電池ストリップ２８０の上に滑り降りて、第１の全電池構成要素を形成する。次に、半電池ストリップ２９０は、２０５において、矢印２０６によって示された方向に半電池ストリップ２８０上に折り重ねられる。この折り重ねにより、第２の全電池構成要素が形成される。次に、半電池ストリップ２９０は、２１０において、矢印２１１によって示された方向に半電池ストリップ２８０上に折り重ねられる。この折り重ねにより、第３の全電池構成要素が形成される。この折り重ねプロセスは、最終の折り重ねパターン２４０まで工程２１５、２２０、２２５、２３０、及び２３５において繰り返され、半電池ストリップ２９０を矢印２４１によって示された方向に半電池ストリップ２８０上に折り重ね、この操作は、累積的容量性ブロックの上への半電池ストリップ２９０の上端部構成要素２４５により完了する。そのような折り重ねプロセスは、互いに直列に接続された多数の全電池のスタックを作製する。例えば、図３において、折り重ねプロセスにより、直列に接続された９つの全電池のスタックがもたらされる。
【００５１】
これらの電極アセンブリの各々が形成されるとき、ブロックとブロックのインタフェース結合区域として画定される特定の区間を対象とする。最も直接的なものはブロック区域である。この区域では、２つの電極が絡み合わされ、それらの間に挟まれた１つの薄いセパレータだけで炭素−炭素界面を互いに結合する。各電極は進展するとき、第２の電極に対して９０度で折り重ねられ、各電極は他方に対して直列に置かれる。１回おきに電極が置かれ、累積的容量性構成要素が生成される。長尺物の集電体が整合するこの直列様式で各電極が接続している限り、キャパシタンスは累積的となる。
【００５２】
電極の初めに、炭素マスフリーアルミニウム集電体構成要素が設けられる（例えば、図3の下部構成要素２０１）。これは、さらに、完成したＥＤＬＣブロック最後の端部にも存在する（例えば、図３の構成要素２４５）。これらの露出したアルミニウムは、少なくとも一方の面で、ＥＤＬＣが最初に正及び負の電源に接続されるとき端子インタフェースとして働く。
【００５３】
図３の折り重ねプロセス２００によって作製されたスタックは、他の同様のスタックと並列に結合することができる。例えば、図３Ａは、導体２６０（例えば、１個のアルミニウム）によって互いに並列に結合された４つのスタック２５５を示す。特に、導体２６０はスタック２５５の各々の上部裸構成要素（例えば、図３の構成要素２４５）に結合される。同様に、４つのスタック２５５の各々の下部裸構成要素（例えば、構成要素２０１）は導体（図３Ａに図示せず）によって他のスタックの下部裸構成要素に結合される。そのような直列／並列構成（例えば、各スタック内で直列に結合された電池、及び各スタック間で並列に結合された電池）はデバイスの電力密度を増加させることができる。そのような構成はＥＳＲを低減し、それにより、電力密度を増加し、単一スタックの電池よりも多くの頑強な通電容量を有するデバイスを提供する。
【００５４】
これらの構成要素区域の構造サイズ及び構成に応じて、並列及び／又は直列電池室の定位長さ、幅、及び厚さにより、それぞれより大きいキャパシタンス及び／又は電圧スタンドオフ能力が可能になる。例えば、多数の半電池ストリップが連結されて、ｎ個の個別電池（例えば、各スタック２５５の電池の数）が直列で、ｍ個のスタック（例えば、スタック２５５の数）が並列であるＥＤＬＣが形成されたと想定しよう。各スタックのキャパシタンスは、各スタックの電池の数で除算した各電池のキャパシタンス（Cstack=Ccell/n）と等しくすることができる。各スタックの電圧スタンドオフは、各スタックの電池の数の２．５倍と等しくすることができる（Vstandoff=2.5×n）。デバイスのキャパシタンスは、各スタックの電池の数で除算した各電池のキャパシタンスにスタックの数を乗算したものと等しくすることができる（Ctotal=（m×Ccell）/n）。そのようなデバイスのＥＳＲは、各スタックのＥＳＲをスタックの数で除算したものとすることができる（ESRtotal=ESRstrip/m）。
【００５５】
図４は、層の詳細を示す単一電極容量性セグメントの折り重ね図３００を示す。用途及び所望の終端方法に応じて、セグメントの一方の側には構成要素３０５を含む材料がなく、又は両側にその材料がない。露出した一方の電極側だけを考慮すると、他方の側は、炭素混合物のみ、又はセパレータなどの追加の構成要素からなる構成要素を有することができる。
【００５６】
図５は、直列に一緒に結合された３つの電池のスタック４０５、４０６、４０７を有するデバイス４００を示す。これを行って、デバイス４００の電圧スタンドオフを増加させることができる。実施形態によっては、スタック間インタフェース４１５を使用して、第１の電池のスタック４０５を第２の電池のスタック４０６に結合することができる。第１のスタック４０５を第２のスタック４０６に結合する際、スタック間インタフェース４１５は、最も外側の裸電極（例えば、図３の構成要素２４５）以外の電極に結合することができる。例えば、スタック間インタフェース４１５は、最も外側の裸電極ではない第１のスタック４０５の第２の電極に結合することができる。
【００５７】
スタック間インタフェース４１５は第２のスタック４０６に結合され、第１のスタック４０５を第２のスタック４０６に電気的に結合する。スタック間インタフェース４１５は、第２のスタック４０６の最も外側の裸電極、又は第２のスタック４０６の第２の電極に結合することができる。スタック間インタフェース４１５は、超音波溶接などのような任意の好適な方法によって第１のスタック４０５及び第２のスタック４０６に結合することができる。その結果得られる縦続接続連結により、完成したＥＤＬＣ電圧要求条件まで積み上げるのを可能にするのに必要な電圧分割ができるようになる。
【００５８】
構成要素がセパレータ材料を含んでいても含んでいなくても、開口４１０は各構成要素区域によって画定される。これらの開口４１０により、電解質は、密閉した空胴の全体にわたって充填され、多孔質活性炭を透過し、セパレータを満たすことができるようになる。これらの開口４１０は単に電池のスタックごとに貫通接続され、各スタックはそれ自体のポテンシャルにとどまるので、電解質が開口４１０に挿入された後、開口４１０は栓をすることができる。完全な充填を確実にし、酸素レベルをできるだけ低く保持するために、スタックは最初に排気され、真空を窒素で置換して逆充填され、その結果、空気汚染物質が残存せず、再充填されたとき電解質の早期絶縁破壊を形成しないようにすることができる。窒素が炭素及びセパレータ材料を満たした後、そのプロセスが逆転され、それにより電解質が窒素と置換できるようになる。シーリングはＳｏｌｅｆ  １００８で行い、スラグ中に形成し、孔を通してスタックに注入することができる。栓が注入されるとき、最初に加熱して空胴内に入る材料を膨張させ、次に、冷却して空胴の外側に平滑な薄い輪郭を設けることができる。
【００５９】
スタックは、所望のキャパシタンスを得るのに必要とされる多数の電池構成要素を含むことができる。スタック間のスタック間インタフェースはできるだけ短く保つことができる。実施形態によっては、スタック間のスタック間インタフェースは長さをわずか１つの構成要素とすることができる。特定用途で要求される電圧スタンドオフを与えるのに必要とされる多数のスタック間インタフェースが存在し得る。
【００６０】
１つの直列スタックに取り付けられたスタックの合成された縦続接続を図６に見ることができる。一実施形態では、例えば、完成した発明の例示のアセンブリ５００は、１５ボルトで定格化された５８ファラドのキャパシタンスを有することができる。他の実施形態では、任意の電圧で定格化された任意のキャパシタンスが、各電池の特性、スタック中の電池の数、及び直列に接続されるスタックの数を変更することによって得ることができる。さらに、上述のように、キャパシタンス及び電圧定格は多数のスタックを並列に接続することによって変更することができる。図６は、直列に互いに結合された等しいキャパシタンス及び構造を有する６つのスタック５０５、５１０、５１５、５２０、５２５、５３０を示す。総電圧５４０は、構造体内のスタックの数及び電解質によって決定することができる。実施形態によっては、電解質は、例えば、ＴＥＡＢＦ４／アセトニトリル又はＴＥＡＢＦ４／炭酸プロピレン、及び／又はＴＥＭＡＢＦ４／アセトニトリル又はＴＥＡＢＦ４／炭酸プロピレンとすることができる。実施形態によっては、上述の電解質が使用される場合、各スタック５０５、５１０、５１５、５２０、５２５、５３０は２．７又は２．５ボルトの電圧定格を有することができる。
【００６１】
実施形態によっては、電極５９０は、幅５９２を５０ｍｍ、及び高さ５９４を５０ｍｍとすることができる。他の実施形態では、電極は任意の他の好適な幅及び／又は高さを有することができる。実施形態によっては、各電極の周囲に印刷される封止材料５９６、５９８は５ｍｍ未満の幅とすることができる。他の実施形態では、封止材料は５ｍｍを超える幅を有することができる。実施形態によっては、電極５９０は、集電体の両側に印刷された電極インクを含めて約１６２μｍの幅とすることができる。同時係属特許出願第１２／１５１，８１１号で開示された技法を用いた表面積、活性炭混合物、及び使用される材料の量を測定して、固有キャパシタンスを決定することができる。上述の情報から、計算されたキャパシタンスは、電極の作動容積に単一電極アセンブリの固有キャパシタンスを乗じたものに等しい。５８ファラド、１５Ｖのアセンブリでは、例えば、計算されたキャパシタンスは約１０．１４ファラドである。
【００６２】
電極アセンブリ６００は個々の層及び配置の実際の順序を示す。電極インクが両方の表面に印刷された第１の電極６０５、６１０、６１５は、セパレータ６２０に隣接するアルミニウム集電体６１０の上に配置される。電極インクが両方の表面に印刷された第２の電極６２５、６３０、６３５は、アルミニウム集電体６３０の上に配置される。５８ファラド、１５Ｖのアセンブリでは、例えば、公称厚さ６０５〜６３５を得てまとめることができ、それは３５７μｍすなわち０．３５７ｍｍの総電極アセンブリ厚さの結果６４０を有する。
【００６３】
スタック又は電圧セグメント５５０は、いくつかの実施形態において３５０ファラドのスタックアセンブリで使用することができる各電極の３５個の構成要素、すなわち７０個の全体の半電池を示す。そのような例では、スタック５８５の結果として生じる全厚さは１２．６ｍｍである。スタックの各端部はスタック間インタフェース５６０、５７５を有する（図６）。そのようなスタック間インタフェース５６０、５７５は、図５で図示及び説明したスタック間インタフェース４１５、４２０と構造的及び機能的に同様とすることができる。各スタック端部は異なる電極極性を有し、外に延び、それによって直列接続が形成される。
【００６４】
各電極に画定された開口は、他の電極５５５、５８０に画定された開口と位置合わせされる（図６）。上述のように、電解質は開口を通してデバイスに挿入することができる。実施形態によっては、個々のブロックが電解質で充填された後、孔はＰＶＤＦホモポリマーで栓をされ、封止され、表面の均一性仕上げが保たれる。全スタックが完成するまで、各ブロック区間は電解質で同様に充填される。各ブロックは機械的及び電気的に暫定的に取り付けられるので、キャパシタンス及び耐電圧などの受入れ予備試験を、製造のこの段階で評価することができる。図７は、完成した例示の高電圧スタック７００の準最終図を示す。延長された電気的端部集電体構成要素、負極７１０及び正極７１５、スタック間インタフェース７０５、容量性スタック区間７２０、７２５、７３０、７３５、７４０、７４５が分解した詳細で示される。
【００６５】
実施形態によっては、直列に一緒に結合された多数のスタック区間７２０、７２５、７３０、７３５、７４０、７４５（例えば、多数の単位電池）を有する高電圧スタック７００は、１つ又は複数の他の高電圧スタックと並列に結合することができる。これは、図３Ａに関して図示及び説明した並列接続と同様とすることができる。
【００６６】
実施形態によっては、効率的な熱伝達機構を使用して、内部的に加熱されたマス（mass）を外側のより冷たい環境に移すことができる。例えば、高電圧ＥＤＬＣが動作するとき、継続的電力サイクリングは構造体内に好ましくない熱を生成する。図８は、２つのスタック間インタフェース８２０を介して一緒に結合された３つの電極スタック８１５を有するデバイス８００を示す。移送材料８２５は、スタック間インタフェース面８２０の交差部に挿入することができる。実施形態によっては、移送材料８２５は、導電性エポキシなどのような細い多孔質で熱的に効率的な伝導性移送材料とすることができる。実施形態によっては、移送材料は、好ましくない熱を誘導及び消散するのに役立つように事前製作することができる。実施形態によっては、連続的電力サイクリング、又は大量の帯電イオン粒子がＥＤＬＣ二重層の間を移動する必要がある高レベルのディープドローン電圧サージ（deep drawn voltage surge）が適用分野で必要とされるとき、移送材料８２５を付け加えることができる。さらに、図３で説明した９０度オフセット折り重ね方式及び図７で示した２つの露出縁部７１０、７１５は特有の自然熱消散器を生成する。これらの露出アルミニウム側の終端区域は、内部的に生成された熱を図９に示された収納シェルに伝導する。
【００６７】
図９は、最終形態に押し縮められた完成スタック９００、及び最終パッケージ９１５内に配置された完成スタック９２０を示す。端末接続のために左側及び右側に残っているアルミニウム集電体構成要素は、音波又は電気スポット溶接によって、事前形成された端子板及び／又は極片に接続される。図９で分かるように、完成スタック９００は溶接極片９０５を含む。これらの極片は最終パッケージ９１５の一部であり、最終パッケージ９１５の気密封止を確実にするために高密度ポリエチレン（HDPE）を周囲表面のまわりに形成できるように構成される。アルミニウム又はステンレス鋼の極片９０５を使用して最終パッケージ９１５内の端部を固化し、ＥＤＬＣ構成要素がパッケージングを通して電気的にアクセスされるようになる。固体極片９０５は、内部熱増加をパッケージの内側から外側に移しかえるのに役立つ。
【００６８】
特定の動作要件及び環境に適合するように変更された他の変更及び改変が当業者には明らかであるので、本発明は、開示の目的のために選ばれた例に限定されると見なされず、本発明の真の趣旨及び範囲からの逸脱しないすべての改変及び変更を包含する。
【００６９】
方法及び装置が、ＥＤＬＣ用の電極を印刷及び組み立てるように上記で図示及び説明されているが、他の実施形態では、そのような方法及び装置は擬似キャパシタ、バッテリ、及び／又は電極を有する任意の他のデバイスの電極を印刷及び／又は組み立てるのに使用することができる。例えば、擬似キャパシタはＥＤＬＣと同様の構造及び特性を有し、それにより、上述の方法を使用して製造することができる。擬似キャパシタは、活性物質として金属酸化物を有する一方の電極と、活性物質として活性炭を有する他方の電極とをもつ電池を含む。金属酸化物は上述の方法及び装置を使用して基板上に印刷することができる。擬似キャパシタの金属酸化物電極は、ＥＤＬＣと同様の表面区域貯蔵を使用することに加えて、電極表面のファラデー反応（例えば、バッテリ技術と同様）を使用することによりエネルギーを貯蔵する。したがって、実施形態によっては、擬似キャパシタは同様のサイズのＥＤＬＣよりも高いエネルギー密度を有することができる。さらに、実施形態によっては、擬似キャパシタの金属酸化物の負荷は、同様のサイズの印刷電極を有するＥＤＬＣの負荷の３倍である。したがって、擬似キャパシタ電池は同じキャパシタンスのＥＤＬＣよりも非常に小さい容積を占めることができる。
【００７０】
様々な実施形態が上述されたが、それらは限定ではなく例としてのみ提示されたことが理解されるべきである。上述の方法がある順序で生じるいくつかの事象を示している場合、いくつかの事象の順序は変更することができる。さらに、いくつかの事象は、上述のように、可能である場合、並列プロセスで同時に行い、並びに連続して行うことができる。
【００７１】
様々な実施形態が構成要素の特定のフィーチャ及び／又は組合せを有するように説明されたが、必要に応じて実施形態のうちの任意のものからの任意のフィーチャ及び／又は構成要素の組合せを有する他の実施形態が可能である。例えば、電極の各スタックは任意の数の電池を含むことができる。