(57)【要約】改良された電解液系（ＡＥＳ）に浸漬され、気密密閉されたハウジング内に配置されたエネルギー蓄積セルを含むウルトラキャパシターであり、  前記セルは、正のコンタクト及び負のコンタクトに電気的に接続され、  約−４０℃〜約２１０の温度範囲内のある温度において電気エネルギーを放出するように構成されている。
2015515741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密密閉されたハウジング内に配置されたエネルギー蓄積セル及び改良された電解液系（ＡＥＳ）を有し、
前記セルは、正のコンタクト及び負のコンタクトに電気的に接続され、
約−４０℃〜約２１０の温度範囲内のある温度において作動するように構成されているウルトラキャパシター。
【請求項２】
前記ＡＥＳは、新規な電解液エンティティ（ＮＥＥ）を含む請求項１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項３】
前記ＮＥＥは、高温ウルトラキャパシターとしての使用に適している請求項１又は２に記載のウルトラキャパシター。
【請求項４】
約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項１〜３のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項５】
約８０℃〜約１５０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項４に記載のウルトラキャパシター。
【請求項６】
前記ＡＥＳは、高度に精製された電解液を含む請求項１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項７】
前記高度に精製された電解液は、高温ウルトラキャパシターにおける使用に適している請求項１又は６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項８】
約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項１、６又は７のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項９】
約８０℃〜約１５０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項８に記載のウルトラキャパシター。
【請求項１０】
前記ＡＥＳは、向上した電解液の組み合わせを含む請求項１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項１１】
前記向上した電解液の組み合わせは、高温及び低温の両方のウルトラキャパシターにおける使用に適している請求項１又は１０に記載のウルトラキャパシター。
【請求項１２】
約−４０℃〜約１５０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項１、１０又は１１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項１３】
約−３０℃〜約１２５℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項１２に記載のウルトラキャパシター。
【請求項１４】
既知のエネルギー蓄積装置の現存の電解液を超える利点が、以下の改善点から選択されたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のウルトラキャパシター：
減少した全抵抗、増加した抵抗の長期安定性、増加した全キャパシタンス、増加したキャパシタンスの長期安定性、増加したエネルギー密度、増加した電圧安定性、減少した気体圧力、個々のキャパシターにおける幅広い温度範囲パフォーマンス、個々のキャパシターにおける増加した温度耐久性、；増加した製造容易性、及び、改善された費用効果。
【請求項１５】
前記エネルギー蓄積セルは、正の電極及び負の電極を有する請求項１〜１４のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項１６】
前記電極の少なくとも１つが、炭素質エネルギー蓄積媒体を含む請求項１〜１５のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項１７】
前記炭素質エネルギー蓄積媒体は、カーボンナノチューブを含む請求項１６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項１８】
前記炭素質エネルギー蓄積媒体が、活性炭、カーボンファイバー、レーヨン、グラフェン、エアロゲル、カーボンクロス、及び、複数の形態のカーボンナノチューブの少なくとも一種を含む請求項１６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項１９】
各電極が集電体を含む請求項１〜１８のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項２０】
前記ＡＥＳが、不純物濃度を減少させるため、さらに精製されている請求項２〜１０のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項２１】
前記電解液中のハロゲン化物イオンの濃度が約１,０００パーツパーミリオン未満である請求項１〜２０のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項２２】
前記電解液中のハロゲン化物イオンの濃度が約５００パーツパーミリオン未満である請求項２１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項２３】
前記電解液中のハロゲン化物イオンの濃度が約１００パーツパーミリオン未満である請求項２１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項２４】
前記電解液中のハロゲン化物イオンの濃度が約５０パーツパーミリオン未満である請求項２１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項２５】
前記電解液中のハロゲン化物イオンが、塩化物、臭化物、フッ化物、及び、ヨウ化物からなる群から選択された１以上のハロゲン化物イオンから選択されている請求項２１〜２４のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項２６】
前記電解液中における金属種の全濃度が、約１,０００パーツパーミリオン未満である請求項１〜２５のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項２７】
前記金属種が、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ及びＺｎからなる群から選択された１以上の金属から選択されている請求項２６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項２８】
前記金属種が、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ及びＺｎからなる群から選択された金属の１以上の合金から選択されている請求項２６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項２９】
前記金属種が、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ及びＺｎからなる群から選択された金属の１以上の酸化物から選択されている請求項２６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項３０】
前記電解液中の不純物の全濃度が約１,０００パーツパーミリオン未満である請求項２０〜２９のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項３１】
前記不純物が、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、エチルアセテート、及び、メチレンクロライドからなる群から選択された１種以上である請求項２０〜３０のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項３２】
前記電解液中の全水濃度が、約５００パーツパーミリオン未満である請求項２０〜３１のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項３３】
前記電解液中の全水濃度が、約１００パーツパーミリオン未満である請求項３２に記載のウルトラキャパシター。
【請求項３４】
前記電解液中の全水濃度が、約５０パーツパーミリオン未満である請求項３２に記載のウルトラキャパシター。
【請求項３５】
前記電解液中の全水濃度が、約２０パーツパーミリオン未満である請求項３２に記載のウルトラキャパシター。
【請求項３６】
前記ハウジングが、その内面の実質的に一部を覆って配置されたバリアーを含む請求項１〜３５のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項３７】
前記バリアーが、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）、フッ素化された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）の少なくとも一種を含む請求項３６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項３８】
前記バリアーが、セラミック材料を含む請求項３６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項３９】
前記バリアーが、耐食性、所望の誘電特性、及び、低電気化学反応性を示す材料を含む請求項３６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項４０】
前記バリアーは、複数層の材料を含む請求項３６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項４１】
前記ハウジングが、複数層の材料を含む請求項１〜４０のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項４２】
前記複数層の材料が、第２材料を被覆する第１材料を含む請求項４１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項４３】
前記複数層の材料が、スチール、タンタル、及び、アルミニウムの少なくとも一種を含む請求項４１に記載のウルトラキャパシター。
【請求項４４】
前記ハウジングが、少なくとも１つの半球状密閉材を含む請求項１〜４３のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項４５】
前記ハウジングが、少なくとも１つのガラス−金属密閉材を含む請求項１〜４４のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項４６】
前記ガラス−金属密閉材のピンが、コンタクトの１つである請求項４５に記載のウルトラキャパシター。
【請求項４７】
前記ガラス−金属密閉材が、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、及び、ステンレスとチタンからなる群から選択された材料から構成されるフィードスルーを含む請求項４５に記載のウルトラキャパシター。
【請求項４８】
前記ガラス−金属密閉材は、ニッケル、モリブデン、クロム、コバルト、鉄、銅、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、炭素、及び、タングステン、並びに、それらの合金からなる群から選択された少なくとも一種の材料から構成される本体を含む請求項４５に記載のウルトラキャパシター。
【請求項４９】
正の電極と負の電極との間において電気的に分離するため、前記エネルギー蓄積セルがセパレーターを有する請求項１〜４８のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項５０】
前記セパレーターは、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）、ガラスファイバー、ガラスファイバー強化プラスティック、もしくは、これらの任意の組合せから選択された材料を含む請求項４９に記載のウルトラキャパシター。
【請求項５１】
前記セパレーターは、実質的に、水分を含まない請求項４９又は５０に記載のウルトラキャパシター。
【請求項５２】
前記セパレーターは、実質的に、疎水性である請求項４９に記載のウルトラキャパシター。
【請求項５３】
前記半球状の密閉材は、約５．０×１０−６ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す請求項１〜５２のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項５４】
前記半球状の密閉材は、約５．０×１０−７ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す請求項１〜５２のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項５５】
前記半球状の密閉材は、約５．０×１０−８ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す請求項１〜５２のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項５６】
前記半球状の密閉材は、約５．０×１０−９ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す請求項１〜５２のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項５７】
前記半球状の密閉材は、約５．０×１０−１０ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す請求項１〜５２のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項５８】
少なくとも１つのコンタクトが、他のウルトラキャパシターの他のコンタクトと一体化されるように構成されている請求項１〜５７のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項５９】
前記蓄積セルが、その外部を覆うように配置されたラッパーを含む請求項１〜５９のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項６０】
前記ラッパーが、ＰＴＦＥ及びポリイミドの一方を含む請求項５９に記載のウルトラキャパシター。
【請求項６１】
容積漏れ電流が、当該温度範囲において、約１,０００ミリアンペア／リットル未満である請求項１〜６０のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項６２】
容積漏れ電流が、特定の電圧範囲において、約１,０００ミリアンペア／リットル未満である請求項１〜６１のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項６３】
前記ハウジング内の水分レベルが約１,０００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満である請求項１〜６２のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項６４】
前記ハウジング内の水分レベルが約５００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満である請求項６３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項６５】
前記ハウジング内の水分レベルが約３５０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満である請求項６３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項６６】
約１,０００ｐｐｍ未満のウルトラキャパシターの電極における水分濃度を有する請求項１〜６５のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項６７】
約５００ｐｐｍ未満のウルトラキャパシターの電極における水分濃度を有する請求項６６のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項６８】
ウルトラキャパシターの電極における水分レベルが約３５０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満である請求項６６に記載のウルトラキャパシター。
【請求項６９】
約１,０００ｐｐｍ未満のウルトラキャパシターのセパレーターにおける水分濃度を有する請求項１〜６８のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項７０】
約５００ｐｐｍ未満のウルトラキャパシターのセパレーターにおける水分濃度を有する請求項６９に記載のウルトラキャパシター。
【請求項７１】
ウルトラキャパシターのセパレーターにおける水分レベルが約１６０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満である請求項６９に記載のウルトラキャパシター。
【請求項７２】
前記塩化物濃度が、電極、電解液、及び、セパレーターからなる群から選択された構成要素の一つについて、約３００ｐｐｍ未満である請求項１〜７１のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項７３】
前記ウルトラキャパシターの容積漏れ電流（ｍＡ／ｃｃ）が、実質的に一定の温度に保持されている間、約１０ｍＡ／ｃｃ未満である請求項１〜７２のいずれかに記載のウルトラキャパシター。
【請求項７４】
前記ウルトラキャパシターの容積漏れ電流が、実質的に一定の温度に保持されている間、約１ｍＡ／ｃｃ未満である請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項７５】
前記ウルトラキャパシターの容積漏れ電流が、実質的に一定の温度に保持されている間、約０．０００１ｍＡ／ｃｃより大きい請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項７６】
前記ウルトラキャパシターの容積キャパシタンスが、約６Ｆ／ｃｃ〜約１ｍＦ／ｃｃである請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項７７】
前記ウルトラキャパシターの容積キャパシタンスが、約１０Ｆ／ｃｃ〜約５Ｆ／ｃｃである請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項７８】
前記ウルトラキャパシターの容積キャパシタンスが、約５０Ｆ／ｃｃ〜約８Ｆ／ｃｃである請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項７９】
前記ウルトラキャパシターの容積ＥＳＲが、約２０ミリオーム・ｃｃ〜約２００ミリオーム・ｃｃである請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項８０】
前記ウルトラキャパシターの容積ＥＳＲが、約１５０ミリオーム・ｃｃ〜約２オーム・ｃｃである請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項８１】
約１．５オーム・ｃｃ〜約２００オーム・ｃｃのウルトラキャパシターの容積ＥＳＲをさらに示す請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項８２】
約１５０オーム・ｃｃ〜約２０００オーム・ｃｃのウルトラキャパシターの容積ＥＳＲをさらに示す請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項８３】
少なくとも２０時間一定の電圧に保持されている間、約６０パーセント未満のキャパシタンス降下を示す請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項８４】
少なくとも２０時間一定の電圧に保持されている間、約３００パーセント未満のＥＳＲ増加を示す請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項８５】
一定の電圧に保持されている間、約６０パーセント未満のキャパシタンス降下を示す請求項７３に記載のウルトラキャパシター。
【請求項８６】
エネルギー蓄積媒体を有するエネルギー蓄積セルをハウジング内に配置する工程と、
約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲内において動作するウルトラキャパシターを作製するため、前記ハウジングを、改良された電解液系（ＡＥＳ）で充填する工程と、を備える、ウルトラキャパシターの製造方法。
【請求項８７】
前記ＡＥＳは、新規な電解液エンティティ（ＮＥＥ）を含む請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記ＮＥＥは、高温ウルトラキャパシターとしての使用に適している請求項８６又は８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記ウルトラキャパシターは、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項８６〜８８のいずれかに記載の方法。
【請求項９０】
前記ウルトラキャパシターは、約８０℃〜約１５０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記ＡＥＳは、高度に精製された電解液を含む請求項８６に記載の方法。
【請求項９２】
前記高度に精製された電解液は、高温ウルトラキャパシターにおける使用に適している請求項８６又は９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記ウルトラキャパシターは、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項８６、９１又は９２のいずれかに記載の方法。
【請求項９４】
前記ウルトラキャパシターは、約８０℃〜約１５０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項９３に記載の方法。
【請求項９５】
前記ＡＥＳは、向上した電解液の組み合わせを含む請求項８６に記載の方法。
【請求項９６】
前記向上した電解液の組み合わせは、高温及び低温の両方のウルトラキャパシターにおける使用に適している請求項８６又は９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記ウルトラキャパシターは、約−４０℃〜約１５０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項８６、９５又は９６に記載の方法。
【請求項９８】
前記ウルトラキャパシターは、約−３０℃〜約１２５℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
既知のエネルギー蓄積装置の現存の電解液を超える利点が、以下の改善点から選択されたことを特徴とする請求項８６〜９８のいずれかに記載の方法：
減少した全抵抗、増加した抵抗の長期安定性、増加した全キャパシタンス、増加したキャパシタンスの長期安定性、増加したエネルギー密度、増加した電圧安定性、減少した気体圧力、個々のキャパシターにおける幅広い温度範囲パフォーマンス、個々のキャパシターにおける増加した温度耐久性；増加した製造容易性、及び、改善された費用効果。
【請求項１００】
製造されたウルトラキャパシターが請求項１〜８５のいずれかに記載のウルトラキャパシターである請求項７２に記載の方法。
【請求項１０１】
前記配置する工程が、電極、セパレーター、リード、組み立てられたエネルギー蓄積セル及びハウジングの少なくとも１つを含むウルトラキャパシターの構成要素を予め処理し、その中の水分を減少させることをさらに含む請求項８６〜１００のいずれかに記載の方法。
【請求項１０２】
前記予め処理することが、約１００℃〜約１５０℃の温度範囲に亘って、実質的に真空下、選択された構成要素を加熱することを含む請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０３】
前記予め処理することが、約１５０℃〜約３００℃の温度範囲に亘って、実質的に真空下、選択された構成要素を加熱することを含む請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０４】
前記配置する工程が、実質的に不活性な環境下において実行される請求項８６〜１０３のいずれかに記載の方法。
【請求項１０５】
前記製造する工程が、電解液とともに、低化学反応性を示すハウジング用内面材料を選択することを含む請求項８６〜１０４のいずれかに記載の方法。
【請求項１０６】
前記ハウジングの内部の実質的に一部に内面材料を含ませる工程をさらに含む請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記製造する工程が、内面材料として、アルミニウム、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）、フッ素化された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）、及び、セラミック材料の少なくとも一種を選択することを含む請求項１０５もしくは１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記製造する工程が、前記ハウジングを複数層の材料で作製することを含む請求項８６〜１０４のいずれかに記載の方法。
【請求項１０９】
前記ハウジングを複数層の材料で作製することは、ハウジングの外部に溶接可能な材料を配置することを含む請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
前記製造する工程は、前記ハウジングのためのキャップ及び本体の少なくとも１つを製造することを含む請求項８６〜１０９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１１】
前記製造する工程は、充填のため、前記ハウジング内にフィルポートを配置することを含む請求項８６〜１１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１１２】
ハウジングから絶縁された絶縁体及び電極を含む密閉材を前記ハウジング内に配置することを含む請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１３】
前記密閉材を配置することが、ガラス−金属密閉材を配置することを含む請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１４】
前記密閉材を配置することが、半球状の密閉材を配置することを含む請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１５】
前記ガラス−金属密閉材を配置することが、前記ハウジングの外表面に前記ガラス−金属密閉材を溶接することを含む請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１６】
エネルギー蓄積セルを製造することをさらに含む請求項８６〜１１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１１７】
前記エネルギー蓄積セルを製造することが、エネルギー蓄積媒体を集電体に接続することにより電極を得ることを含む請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記電極を得ることが、エネルギー蓄積媒体を集電体に接続することにより製造された複数の電極エレメントを接続することを含む請求項１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
前記複数の電極エレメントを接続することは、１つの電極エレメントの集電体及び他の電極エレメントの集電体に対して連結エレメントを超音波溶接することを含む請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記エネルギー蓄積セルを製造することが、少なくとも１つのリードを電極に接合することを含む請求項１１６に記載の方法。
【請求項１２１】
前記少なくとも１つのリードを電極に接合することが、少なくとも１つの参照マークを電極上に配置することを含む請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２２】
前記少なくとも１つのリードを電極に接合することが、各参照マークに各リードを配置することを含む請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２３】
前記少なくとも１つのリードを接合することが、集電体からエネルギー蓄積媒体を除去することを含む請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２４】
前記少なくとも１つのリードを接合することが、集電体に対してリードを超音波溶接することを含む請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２５】
前記エネルギー蓄積セルを製造することが、少なくとも２つの電極間にセパレーターを配置することを含む請求項１１６に記載の方法。
【請求項１２６】
電極のそれぞれをセパレーターに整列させる工程をさらに含む請求項１２５に記載の方法。
【請求項１２７】
エネルギー蓄積セルを製造することが、少なくとも２つの電極、及び、それらの間に配置されたセパレーターを梱包することを含む請求項１１６に記載の方法。
【請求項１２８】
前記梱包することは、蓄積セルを巻回して、巻回された蓄積セルとすることを含む請求項１２７に記載の方法。
【請求項１２９】
前記エネルギー蓄積セルを製造することは、前記蓄積セルを覆うようにラッパーを配置することを含む請求項１１６に記載の方法。
【請求項１３０】
前記エネルギー蓄積セルを配置することは、複数のリードを一体に束ねて端子を提供することを含む請求項８６〜１２９のいずれかに記載の方法。
【請求項１３１】
前記複数のリードを一体に束ねることは、リードを並べて一組の整列されたリードとして、端子を形成することを含む請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
前記一組の整列されたリードの周りにラッパーを配置することをさらに含む請求項１３１に記載の方法。
【請求項１３３】
前記一組の整列されたリードにおいて折り曲げ部を配置することをさらに含む請求項１３１に記載の方法。
【請求項１３４】
前記一組の整列されたリードを前記ハウジングのコンタクトに接続することをさらに含む請求項１３１に記載の方法。
【請求項１３５】
前記接続することが、前記一組の整列されたリードを前記コンタクトに溶接することを含む請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
前記接続することが、前記ハウジングのコンタクトを接続するためのジャンパー及びブリッジの一方に対して、前記一組の整列されたリードを溶接することを含む請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３７】
前記ハウジングのコンタクトに対して、ジャンパー及びブリッジの少なくとも一方を電気的に接続することをさらに含む請求項８６〜１１５に記載の方法。
【請求項１３８】
実質的に、前記ハウジングの内部のコンタクトを覆うように絶縁材料を配置する工程をさらに含む請求項１３７に記載の方法。
【請求項１３９】
前記ハウジング内において、前記エネルギー蓄積セルを気密密閉する工程をさらに含む請求項８６〜１３８のいずれかに記載の方法。
【請求項１４０】
少なくとも１つのキャップを本体と一体化してハウジングを提供する工程をさらに含む請求項８６〜１３９のいずれかに記載の方法。
【請求項１４１】
前記キャップは、凹状キャップ、凸状キャップ、及び、フラットなキャップのうちの１つを含む請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４２】
一体化を行うため、前記ハウジングにおいて複数層の材料の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４３】
気密密閉することが、前記ハウジングの構成要素を、一体として、パルス溶接すること、レーザー溶接すること、電気抵抗溶接すること、及び、ＴＩＧ溶接することの少なくとも１つを含む請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４４】
前記ＡＥＳを精製することをさらに含む請求項８６〜１４３のいずれかに記載の方法。
【請求項１４５】
充填を行うため、前記ハウジングにおいてフィルポートを配置する工程をさらに含む請求項８６〜１４４のいずれかに記載の方法。
【請求項１４６】
前記充填の完了時、前記フィルポートを密閉する工程をさらに含む請求項１４５に記載の方法。
【請求項１４７】
前記密閉することが、適合可能な材料を前記フィルポートに嵌入させることを含む請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４８】
前記フィルポートに嵌入された材料を前記ハウジングに対して溶接することをさらに含む請求項１４７に記載の方法。
【請求項１４９】
前記充填することが、前記ハウジング内においてフィルポートを覆うように前記ＡＥＳを配置することを含む請求項１４５に記載の方法。
【請求項１５０】
前記充填することが、前記ハウジング内においてフィルポートを真空引きすることを含む請求項１４９に記載の方法。
【請求項１５１】
前記真空は、約１５０ミリトール未満である請求項１５０に記載の方法。
【請求項１５２】
前記真空は、約４０ミリトール未満である請求項１５０に記載の方法。
【請求項１５３】
前記充填は、実質的に不活性な環境下実行される請求項１４５に記載の方法。
【請求項１５４】
高温再充電可能エネルギー蓄積装置（ＨＴＲＥＳＤ）を使用する方法であって、
改良された電解液系（ＡＥＳ）を含むＨＴＲＥＳＤを得る工程と、
当該ＨＴＲＥＳＤにおいて電圧を維持している間、２０時間で少なくとも２回、ＨＴＲＥＳＤの充電及び放電を交互に行うことによりＨＴＲＥＳＤをサイクルさせる工程と、を備え、
ＨＴＲＥＳＤが０．０１Ｗ／リットル〜１５０ｋＷ／リットルに初期ピーク電力密度を示し、ＨＴＲＥＳＤが、約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲内のある環境温度において操作される際、ＨＴＲＥＳＤが少なくとも２０時間使用される、方法。
【請求項１５５】
前記ＨＴＲＥＳＤがウルトラキャパシターである請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５６】
前記温度範囲が、約−４０℃〜約１５０℃である請求項１５４又は１５５に記載の方法。
【請求項１５７】
前記温度範囲が、約−４０℃〜約１２５℃である請求項１５４又は１５５に記載の方法。
【請求項１５８】
前記温度範囲が、約８０℃〜約２１０℃である請求項１５４又は１５５に記載の方法。
【請求項１５９】
前記温度範囲が、約８０℃〜約１７５℃である請求項１５４又は１５５に記載の方法。
【請求項１６０】
前記温度範囲が、約８０℃〜約１５０℃である請求項１５４又は１５５に記載の方法。
【請求項１６１】
前記温度範囲が、約−４０℃〜約８０℃である請求項１５４又は１５５に記載の方法。
【請求項１６２】
前記ＨＴＲＥＳＤが、約０．０１Ｗ／リットル〜約１０ｋＷ／リットルの初期ピーク電力密度を示す請求項１５４に記載の方法。
【請求項１６３】
前記ＨＴＲＥＳＤが、約０．０１Ｗ／リットル〜約５ｋＷ／リットルの初期ピーク電力密度を示す請求項１５４〜１６２のいずれかに記載の方法。
【請求項１６４】
前記ＨＴＲＥＳＤが、約０．０１Ｗ／リットル〜約２ｋＷ／リットルの初期ピーク電力密度を示す請求項１６３に記載の方法。
【請求項１６５】
約１００℃〜約１５０℃の範囲内において実質的に一定の温度に維持している間、約１０ｍＡ／ｃｃ未満の容積漏れ電流（ｍＡ／ｃｃ）を示す、請求項１〜８５のいずれかに記載のウルトラキャパシターを得る工程と、
ウルトラキャパシターにおいて２０時間電圧を維持している間、２０時間で少なくとも２回、当該ウルトラキャパシターの充電と放電とを交互に行うことにより当該ウルトラキャパシターをサイクルさせる工程と、を備え、
ウルトラキャパシターが、約−４０℃〜約２１０℃の範囲内において実質的に一定の温度に維持されつつ、少なくとも２０時間の使用後、約３００パーセント未満のＥＳＲ増加を示す、ウルトラキャパシターの使用方法。
【請求項１６６】
前記温度範囲が、約−４０℃〜約１５０℃である請求項１６５に記載の方法。
【請求項１６７】
前記温度範囲が、約−４０℃〜約１２５℃である請求項１６５に記載の方法。
【請求項１６８】
前記温度範囲が、約８０℃〜約２１０℃である請求項１６５に記載の方法。
【請求項１６９】
前記温度範囲が、約８０℃〜約１７５℃である請求項１６５に記載の方法。
【請求項１７０】
前記温度範囲が、約８０℃〜約１５０℃である請求項１６５に記載の方法。
【請求項１７１】
前記温度範囲が、約−４０℃〜約８０℃である請求項１６５に記載の方法。
【請求項１７２】
ユーザーに対して、高温再充電可能エネルギー蓄積装置を提供する方法であって、
約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲内における環境温度にさらされるとき、０．０１Ｗ／リットル〜１００ｋＷ／リットルの初期ピーク電力密度及び少なくとも２０時間の耐久期間を示す改良された電解液系（ＡＥＳ）を含む高温再充電可能エネルギー蓄積装置(ＨＴＲＥＳＤ)を選択する工程と、
当該ユーザーに対してＨＴＲＥＳＤが提供されるように当該蓄積装置を配送する工程と、を有する方法。
【請求項１７３】
ユーザーに対して、高温再充電可能エネルギー蓄積装置を提供する方法であって、
ウルトラキャパシターを、約−４０℃〜約２１０℃の範囲内において実質的に一定の温度に維持している間、約１０ｍＡ／ｃｃ未満の容積漏れ電流（ｍＡ／ｃｃ）を示す、請求項１〜８５のいずれかに記載のウルトラキャパシターを得る工程と、
当該ユーザーに対してＨＴＲＥＳＤが提供されるように当該蓄積装置を配送する工程と、を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１２年２月２４日に、”ウルトラキャパシターのための電解液”なる名称で出願された米国仮出願第６１／６０２,７１３号、２０１２年７月９日に、”高温エネルギー蓄積装置”なる名称で出願された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４５９９４号、２０１２年７月１９日に、”ダウンホール装置のための電源”なる名称で出願された米国出願第１３／５５３,７１６号、２０１２年１１月９日に、”ウルトラキャパシターのための電解液”なる名称で出願された米国仮出願第６１／７２４,７７５号の優先権の利益を主張する。各文献は、全体として、本明細書において引用することにより援用する。
【０００２】
本発明の背景
１. 発明の技術分野
本明細書に開示された発明は、エネルギー蓄積装置に関し、より詳細には、これらのエネルギー蓄積装置における使用のための改良された電解液系、及び、高温において作動しうる電気二重層キャパシターを提供するための関連技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
２. 関連技術の記載
エネルギー蓄積セルは、我々の社会において至る所に存在する。大抵の者は、エネルギー蓄積セルを単に”バッテリー”として受け入れているが、この明細書において他のタイプのセルも含まれるべきである。例えば、最近、ウルトラキャパシターは、それらの望ましい特性のため、より多くの注目を集めている。すなわち、今日、多くのタイプのエネルギー蓄積装置が知られるようになり、使用されるようになってきている。
【０００４】
"スーパーキャパシター"、"スーパーコンデンサー"、"シュード（擬似）キャパシター"、"電気化学二重層キャパシター"、もしくは、"ウルトラキャパシター"としても知られる電気二重層キャパシターは、一般的なキャパシターを超える、実質的に改良された性能を示すキャパシターである。そのような一つのパラメーターはエネルギー密度である。一般的に、ウルトラキャパシターは、高容量の電解キャパシターより高いエネルギー密度を有し、そのオーダーは数千倍である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
キャパシターは、どんなエレクトロニクスデバイス及びシステムにおいても重要な構成要素の一つである。既存の機能には、電源電圧のスムージング、エネルギー源のサポート、及び、フィルタリングが含まれる。様々な産業分野において、エレクトロニクス及びキャパシターの実現のための環境が求められている。
【０００６】
例えば、石油採掘、航空宇宙、航空、軍事、自動車等の産業分野は、電気部品が高温（例えば、８０℃を超える温度）において連続して作動することを要求するようないくつかのアプリケーションを含むことを考えて頂きたい。様々なファクターで熱にさらされることにより、高温において、エネルギー蓄積システムの性能が低下するように作用し、エネルギー蓄積セルが早期に劣化する。耐久性及び安全性は、典型的な航空宇宙及び防衛の分野において重要な前提条件である。エンジン、ターボファン、及び、制御・検出エレクトロニクスがロケットエンジンの外側のシェルの近くに配置されるアプリケーション、小さなギアーボックスもしくは埋め込まれたオルタネーター／スターター等の自動車アプリケーションは、また、高温における耐久性及び長い耐用期間を要求する。
【０００７】
産業界において使用される電気部品は、性能要求を満たしつつ、物理的に頑丈でなければならない。ウルトラキャパシターの設計者及び製造者にとって、付随する課題の一つは、高温において良好に且つ信頼性高く機能する電解液を得ること、並びに、高温及び低温の両方において良好に且つ信頼性高く機能する電解液を得ることである。残念ながら、大抵の電解液において、より高温において、望ましい特性が示されないか、もしくは、維持されない。そして、高温において耐久性が達成されるものであっても、低温において信頼性高く機能することができない。したがって、過酷な環境において良好に機能するウルトラキャパシター用電解液が必要とされている。好ましくは、当該電解液は、安定な伝導性、低い内部抵抗、並びに、安定で且つ高い容量、及び、安定で且つ低い漏れ電流を幅広い温度範囲に亘って提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の概要
一の態様では、ウルトラキャパシターを開示する。当該ウルトラキャパシターは、気密密閉されたハウジング内に配置された、エネルギー蓄積セル及び改良された電解液系（ＡＥＳ）を含み、当該セルは、正のコンタクト及び負のコンタクトに電気的に接続され、当該ウルトラキャパシターは、約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度において作動するように構成されている。
【０００９】
他の態様では、ウルトラキャパシターを製造するための方法を提供する。当該方法は、ハウジング内に、エネルギー蓄積媒体を含むエネルギー蓄積セルを配置する工程と、約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲内において動作するウルトラキャパシターを作製するため、ハウジングを、改良された電解液系（ＡＥＳ）で充填する工程と、を有する。
【００１０】
さらに別の態様では、高温再充電可能エネルギー蓄積装置（ＨＴＲＥＳＤ）を使用する方法を提供する。当該方法は、改良された電解液系（ＡＥＳ）を含むＨＴＲＥＳＤを得る工程と、当該ＨＴＲＥＳＤにおいて電圧を維持している間、少なくとも２回、ＨＴＲＥＳＤの充電及び放電を交互に行うことによりＨＴＲＥＳＤをサイクルさせる工程と、を有し、ＨＴＲＥＳＤが０．０１Ｗ／リットル〜１５０ｋＷ／リットルの初期ピーク電力密度を示し、ＨＴＲＥＳＤが、約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲内のある環境温度において操作される際、ＨＴＲＥＳＤが少なくとも２０時間使用される。
【００１１】
さらに別の態様では、ウルトラキャパシターを使用する方法を提供する。当該方法は、約１００℃〜約１５０℃の範囲内において実質的に一定の温度に維持している間、約１０ｍＡ／ｃｃ未満の容積漏れ電流（ｍＡ／ｃｃ）を示す、本明細書において記載されているウルトラキャパシターを得る工程と、ウルトラキャパシターにおいて電圧を維持している間、少なくとも２回、当該ウルトラキャパシターの充電と放電とを交互に行うことにより当該ウルトラキャパシターをサイクルさせる工程と、を有し、ウルトラキャパシターが約−４０℃〜約２１０℃の範囲内において実質的に一定の温度に維持されるとともに、少なくとも１時間の使用後、ウルトラキャパシターが約１,０００パーセント未満のＥＳＲ増加を示す。
【００１２】
他の態様では、ユーザーに対して、高温再充電可能エネルギー蓄積装置を提供する方法を提供する。当該方法は、約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲内における環境温度にさらされるとき、０．０１Ｗ／リットル〜１００ｋＷ／リットルの初期ピーク電力密度及び少なくとも１時間の耐久期間を示す改良された電解液系（ＡＥＳ）を含む高温再充電可能エネルギー蓄積装置(ＨＴＲＥＳＤ)を選択する工程と、当該ユーザーに対して、ＨＴＲＥＳＤが提供されるように当該蓄積装置を配送する工程と、を有する。
【００１３】
さらに別の態様では、ユーザーに対して、高温再充電可能エネルギー蓄積装置を提供する方法を提供する。当該方法は、ウルトラキャパシターを、約−４０℃〜約２１０℃の範囲内において実質的に一定の温度に維持している間、約１０ｍＡ／ｃｃ未満の容積漏れ電流（ｍＡ／ｃｃ）を示す、本明細書において記載されている任意のウルトラキャパシターを得る工程と、当該ユーザーに対して、ＨＴＲＥＳＤが提供されるように当該蓄積装置を配送する工程と、を有する。
【００１４】
さらに他の態様では、改良された電解液系(ＡＥＳ)を開示する。当該ＡＥＳは、少なくとも一種のアニオンと少なくとも一種のカチオンとを含むイオン液体を含有し、１,０００ｐｐｍ未満のハロゲン含有量、及び、１００ｐｐｍ未満の水含有量を示す。
【００１５】
さらに別の態様では、改良された電解液系(ＡＥＳ)を開示する。当該ＡＥＳは、少なくとも一種のアニオンと少なくとも一種のカチオンとを含むイオン液体を含有し、１,０００ｐｐｍ未満のハロゲン含有量、及び、１,０００ｐｐｍ未満の水含有量を示す。
【００１６】
本発明の以下の及び他の特徴及び利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。添付の図面は、限定と解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、典型的なウルトラキャパシターの特徴を示している。
【図２】図２は、基板上において成長させた複数のカーボンナノチューブ(ＣＮＴ)を示したブロック図である。
【図３】図３は、電極部材を提供するため、図３のＣＮＴの上に集電体を積層することを示したブロック図である。
【図４】図４は、図３の電極部材にトランスファーテープを追加することを示したブロック図である。
【図５】図５は、トランスファープロセスの間における電極部材を示したブロック図である。
【図６】図６は、トランスファー後の電極部材を示したブロック図である。
【図７】図７は、複数の電極部材から製造された典型的な電極を示したブロック図である。
【図８】図８は、典型的なウルトラキャパシターに含まれうるカチオンの主要構造の具体例を示している。
【図９】図９は、未処理の電解液と精製された電解液とをそれぞれ使用する典型的なウルトラキャパシターの比較データを提供する。
【図１０】図１０は、未処理の電解液と精製された電解液とをそれぞれ使用する典型的なウルトラキャパシターの比較データを提供する。
【図１１】図１１は、典型的なウルトラキャパシターのハウジングの具体例を示している。
【図１２】図１２は、典型的なキャパシターの蓄積セルの具体例を示している。
【図１３】図１３は、ハウジング本体の内部に配置されたバリアーを示している。
【図１４】図１４Ａ及び１４Ｂは、ハウジングのキャップの特徴を示している。図１４Ａと図１４Ｂは、本明細書においてまとめて図１４と称する。
【図１５】図１５は、本明細書の教示に従いウルトラキャパシターを組み立てることを示している。
【図１６】図１６Ａ及び１６Ｂは、それぞれ、バリアーを含まない具体例と、バリアーを含む同様の具体例に係るウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。図１６Ａ及び１６Ｂは、本明細書においてまとめて図１６と称する。
【図１７】図１７は、蓄積セルの周りに配置された、ラッパー（包装材）としてのバリアーを示す。
【図１８】図１８Ａ、１８Ｂ、及び１８Ｃは、多層材料を含むキャップの具体例を示している。図１８Ａ、１８Ｂ、及び１８Ｃは、本明細書において、まとめて図１８と称する。
【図１９】図１９は、ガラス―金属密閉材を含む電極アセンブリーの断面図である。
【図２０】図２０は、図１８Ｂのキャップに導入された、図１９の電極アセンブリーの断面図である。
【図２１】図２１は、アセンブリーにおけるエネルギー蓄積セルの配置を示している。
【図２２】図２２Ａ、図２２Ｂ、及び、図２２Ｃは、組み立てられたエネルギー蓄積セルの具体例を示す。図２２Ａ、図２２Ｂ、及び、図２２Ｃは、本明細書においてまとめて図２２と称する。
【図２３】図２３は、ウルトラキャパシターにポリマー絶縁体を組み込むことを示している。
【図２４】図２４Ａ、図２４Ｂ、及び、図２４Ｃは、エネルギー蓄積のためのキャップの他の具体例に係るテンプレートの特徴を示している。図２４Ａ、図２４Ｂ、及び、図２４Ｃは、本明細書においてまとめて図２４と称する。
【図２５】図２５は、半球状の材料を含む電極アセンブリーの斜視図である。
【図２６】図２６は、図２４のテンプレートに導入された図２５の電極アセンブリーを含むキャップの斜視図である。
【図２７】図２７は、図２６のキャップの断面図である。
【図２８】図２８は、電極アセンブリーに蓄積セルの端子を接続することを示している。
【図２９】図２９は、円柱状のハウジングに配置されたエネルギー蓄積セルの等角透視図である。
【図３０】図３０は、一の具体例の様々な層を示す、蓄積セルの側面図である。
【図３１】図３１は、複数のリードを配置するための参照マークを含む巻回された蓄積セルの等角図である。
【図３２】図３２は、展開された図３１の蓄積セルの等角図である。
【図３３】図３３は、複数のリードを有する巻回された蓄積セルを示している。
【図３４】図３４は、蓄積セルに接続された、位置合わせされたリード（すなわち、端子）に付与されたＺ状の折り曲げ部を示す。
【図３５】図３５は、典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図３６】図３６は、典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図３７】図３７は、典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図３８】図３８は、典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図３９】図３９は、２１０℃における典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図４０】図４０は、２１０℃における典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図４１】図４１は、２１０℃における典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図４２】図４２は、２１０℃における典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図４３】図４３は、２１０℃における典型的なウルトラキャパシターの性能を示したグラフである。
【図４４】図４４Ａ及び４４Ｂは、それぞれ、キャパシタンスとＥＳＲとの関係を示したグラフであり、１５０℃、１．５Ｖにおいて、新規な電解液エンティティ:１−ブチル−１−メチルピペリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドを含有するウルトラキャパシターの性能を示している。
【図４５】図４５Ａ及び４５Ｂは、それぞれ、キャパシタンス及びＥＳＲのグラフであり、１５０℃、１．５Ｖにおいて、新規な電解液エンティティ：トリヘキシルテトラデシルフォスフォニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドを有するウルトラキャパシターの性能を示している。
【図４６】図４６Ａ及び図４６Ｂは、それぞれ、キャパシタンス及びＥＳＲのグラフであり、１５０℃、１．５Ｖにおいて、新規な電解液エンティティ：ブチルトリメチルアンモニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドを有するウルトラキャパシターの性能を示している。
【図４７】図４７Ａ及び４７Ｂは、それぞれ、キャパシタンス及びＥＳＲのグラフであり、１２５℃、１．５Ｖにおいて、向上した電解質コンビネーションを調製する際使用されるイオン液体から選択されたイオン液体を含むウルトラキャパシターの性能を示している。
【図４８】図４８Ａ及び４８Ｂは、それぞれ、キャパシタンス及びＥＳＲのグラフであり、１２５℃、１．５Ｖにおいて、３７．５％の有機系溶媒−イオン液体（図４７において同じ）ｖ／ｖを含有するウルトラキャパシターの性能を示している。
【図４９】図４９は、−４０℃、１．５Ｖにおいて、３７．５％の有機系溶媒−イオン液体（図４７において同じ）ｖ／ｖを含有するウルトラキャパシターの性能を示したＥＳＲグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の詳細な説明
本願において、以下に限定される訳ではないが、構成要素（具体的には、電極材料、電解液等）、条件（具体的には、温度、様々なレベルで様々な不純物が存在しないこと）、及び、性能特性（具体的には、初期キャパシティーと比較したサイクル後のキャパシティー、低漏れ電流等）を含む、様々なバリエーションが開示されている。これらの変数の任意のコンビネーションが、本発明の実施の形態を規定しうることは理解されたい。例えば、特定の電解液を用い、特定の温度範囲において、特定の量未満の不純物を含み、特定の値を有するサイクル後のキャパシティー及び漏れ電流でもって作動させる、特定の電極材料のコンビネーションは、本発明の一の態様である。ここで、これらの変数は、可能性として含まれるが、特定のコンビネーションは明確には述べられていないかもしれない。商品、構成要素、条件、及び／又は、方法の他のコンビネーションは、また、本明細書において列挙された変数の中から具体的に選択され、当該技術分野における当業者にとって明白であるように、他の実施の形態を規定しうる。
【００１９】
改良された電解液系及びその使用を含め、本発明は、以下の定義を参照して記載されている。便宜のため、定義を以下に説明している。他に特に規定がなければ、本明細書において用いられている次の用語は、以下のように定義する：
【００２０】
１. 定義
本発明もしくはその実施の形態の構成要素を説明する際、冠詞”一つの（ａ）”、”一つの（ａｎ）”、及び、”その（ｔｈｅ）”は、１以上の構成要素が存在することを意味することを意図している。同様に、形容詞”他の”は、ある構成要素を説明するために使用されるとき、１以上の構成要素を意味することを意図している。”含む（including）”、”有する（has）”、”有している（having）”なる用語は、包括的であることを意図しており、列挙された構成要素以外の付加的な構成要素が存在してもよい。
【００２１】
"アルケニル"や"アルキニル"なる用語は、当該技術分野において認識され、長さが同様である飽和脂肪族基、及び、以下に記載されているアルキルに対する可能な代替物を意味するが、少なくとも１つの二重結合もしくは三重結合をそれぞれ含むものではない。
【００２２】
"アルキル"なる用語は、当該技術分野において認識され、直鎖状アルキル基、アルキル基内の分岐状アルキル基、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、及び、シクロアルキル置換されたアルキル基を含む飽和脂肪族基を含んでいてもよい。ある態様では、直鎖状アルキル基もしくは分岐状アルキル基は、その主鎖において、約２０未満の炭素原子を含む（例えば、直鎖についてＣ１-Ｃ２０、分岐鎖についてＣ１-Ｃ２０）。同様に、シクロアルキルは、それらの環状構造において約３〜約１０の炭素原子を有し、別の態様では、環状構造において、約５、６、７の炭素を含む。アルキル基の具体例には、以下に限定される訳ではないが、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、シクロヘキシル等が含まれる。
【００２３】
本明細書において、使用されているように、"クラッド"、”クラッディング”等の用語は、異種金属の接合体を意味する。クラッディングは、通常、高温下、ダイにより２つの金属を押し出すこと、シートをプレスすること、もしくはロールすることにより得られる。レーザークラッディング等の他のプロセスを用いても良い。結果として、複数の層からなる材料のシートとなる。当該シートにおいては、複数の層の材料が一体として接合され、当該材料は、単一のシートとして機能する（具体的には、同種の材料の単一のシートとして形成されるであろう）。
【００２４】
慣行として、”汚染物質”は、もしこれが導入された場合、ウルトラキャパシター１０の性能に悪影響を及ぼしうる不要物質と定義されうる。また、概して、本明細書において、汚染物質は、１００万分の１（パーツパーミリオン）（ｐｐｍ）等の濃度により評価されうる。当該濃度は、重量、体積、サンプル重量もしくは適切であると認められる他の任意の方法により算出される。
【００２５】
"シアノ"なる用語には、当該技術分野における通常の意味が与えられ、官能基ＣＮと記される。"硫酸塩（硫酸エステル）"なる用語には、当該技術分野における通常の意味が与えられ、官能基ＳＯ２と記される。"スルホン酸塩"なる用語には、当該技術分野における通常の意味が与えられ、官能基ＳＯ３Ｘと記される。ここで、Ｘは、電子対、水素、アルキル、シクロアルキルであってもよい。"カルボニル"なる用語には、当該技術分野における通常の意味が与えられ、官能基Ｃ＝Ｏと記される。
【００２６】
概して、"電極"なる用語は、電気回路に組み込まれうる装置において、通常非金属である他の材料と接触するように使用される導電体を意味する。概して、本明細書において使用される”電極”なる用語は、集電体２、及び、集電体２に付随する付加的な構成要素（例えば、エネルギー蓄積媒体等）と関連し、所望の機能を提供する（例えば、エネルギー蓄積及びエネルギー伝送を行うため、集電体２と一体化されているエネルギー蓄積媒体等）。
【００２７】
”エネルギー密度”は、ピークデバイス電圧の２乗にデバイスキャパシタンスを掛け合わせ装置の質量もしくは体積で除したものを１．５倍したものである。
【００２８】
本明細書において議論しているように、”密閉した”とは、その性能（すなわち、漏れ速度）が、"ａｔｏｍ−ｃｃ／分"の単位で定義される密閉（シール）を意味する。これは、外気における気圧及び温度において、１分当たりの、１立方センチメートルのガス（例えばＨｅ）の量を意味する。これは、”標準Ｈｅ−ｃｃ／分”の単位における表現と同じである。さらに、１１ａｔｍ−ｃｃ／分は、1.01325ミリバール−リットル／分と等しい。
【００２９】
"ヘテロアルケニル"及び"ヘテロアルキニル"なる用語は、当該技術分野において認識され、本明細書において記載されたアルケニル基及びアルキニルアルキル基を意味する。ここで、１以上の原子は、ヘテロ原子（例えば、酸素、窒素、硫黄等）である。
【００３０】
"ヘテロアルキル"なる用語は、当該技術分野において認識され、本明細書において記載されたアルキル基を意味する。ここで、１以上の原子は、ヘテロ原子（例えば、酸素、窒素、硫黄等）である。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。
【００３１】
慣行では、"内部抵抗"、"実効直列抵抗"及び"ＥＳＲ"なる用語、装置の抵抗の性状を示すために当該技術分野において知られている用語は、本明細書において相互に交換可能に使用される。
【００３２】
慣行では、”漏れ電流”なる用語は、概して、キャパシターによって降下した電流であって所定の期間後に測定された電流を意味する。この測定は、キャパシター端子が実質的に固定されたポテンシャル差（端子電圧）に保持されるときに実行される。漏れ電流を評価する際、典型的な期間は７２時間である。しかしながら、異なる期間を適用してもよい。従来技術に係るキャパシターの漏れ電流は、概して、エネルギー蓄積媒体の増加する体積及び表面積並びにハウジングの内表面積の付随する増加に伴って増加することに留意すべきである。概して、増加する漏れ電流は、ウルトラキャパシター１０内の反応速度が徐々に増加することを示していると考えられる。漏れ電流の性能要求は、概して、特定のアプリケーションにおいて広く行き渡っている環境条件により規定される。例えば、２０ｍＬの体積を有するウルトラキャパシター１０に関しては、漏れ電流の実効的なリミットは、２００ｍＡ未満まで低下するであろう。
【００３３】
キャパシターの“耐用期間”は、概して、特定のアプリケーションにより定義され、（所定のアプリケーションについて明らかもしくは限定的である）漏れ電流のある割合の増加及びキャパシタンスもしくは内部抵抗等の他のパラメーターのある割合の低下により典型的に示される。例えば、ある態様では、自動車アプリケーションにおけるキャパシターの耐用年数は、漏れ電流がその初期の（耐用期間の初期のもしくは“ＢＯＬ”の）値の２００％まで増加する時間として定義される。他の具体例においては、石油及びガスのアプリケーションにおけるキャパシターの耐用期間は、次のいずれかが起こる温度として定義してもよい；キャパシタンスがそのＢＯＬ値の５０％まで低下する、内部抵抗がそのＢＯＬ値の２００％まで増加する、リークがそのＢＯＬ値の２００％まで増加する。慣行では、本明細書において使用されている装置の“耐久性”及び“信頼性”なる用語は、概して、前に定義した装置の耐用期間に関連する。
【００３４】
装置の“作動温度範囲”は、概して、あるレベルの性能が維持され、所定のアプリケーションのために決定される温度範囲に関連する。例えば、ある態様では、石油及びガスのアプリケーションの作動温度範囲は、装置の抵抗が、３０℃において当該装置の抵抗の約１,０００％未満であり、キャパシタンスが３０℃において当該キャパシタンスの約１０％より大きい温度範囲として規定される。
【００３５】
いくつかの例では、作動温度範囲の仕様は、有益な温度の下限を提供する一方、耐用期間の仕様は、有益な温度の上限を提供する。
【００３６】
“ピーク電力密度”は、ピークデバイス電圧を当該装置の実効直列抵抗により除しさらに当該装置の質量もしくは体積により除したものの２乗の４分の１倍である。
【００３７】
本明細書において述べているように、ウルトラキャパシター１０の“容積漏れ電流”は、概して、ウルトラキャパシター１０の体積で除した漏れ電流を意味し、例えば、ｍＡ／ｃｃの単位で表されうる。同様に、ウルトラキャパシター１０の“容積漏れ電流”は、概して、ウルトラキャパシター１０の体積で除したウルトラキャパシター１０のキャパシタンスを意味し、例えば、Ｆ／ｃｃの単位で表されうる。さらに、ウルトラキャパシター１０の“容積ＥＳＲ”は、ウルトラキャパシター１０の体積で乗したウルトラキャパシター１０のＥＳＲを意味し、例えば、オーム・ｃｃの単位で表されうる。
【００３８】
慣行として、本明細書において使用されている“でもよい（ｍａｙ）”なる用語は、選択と解釈され；“含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）”は、他のオプション（例えば、工程、材料、構成要素、組成等）を排除するものではないと解釈され；“であるべきである（ｓｈｏｕｌｄ）”は、要求を暗示するものではなく、むしろ、単に、不定期のもしくは状況の優先を意味する。同様に、他の同じような技術が、一般的に慣行的な方法で使用される。
【００３９】
本明細書において議論されているように、“適している（adapting）”“構成されている（configuring）”“組み立てる（constructing）”等の用語は、意図された結果を提供するため、本明細書において開示された任意の技術のアプリケーション並びに他の同様の技術（現在知られたもしくは後で工夫された）のアプリケーションを含むことが考えられうる。
【００４０】
II.本発明のキャパシター
幅広い温度範囲において改善された性能をユーザーに提供するキャパシターが本明細書において開示されている。例えば、本明細書において開示された改良された電解液系を含む本発明に係るキャパシターは、約４０℃程度〜約２１０℃程度の範囲に亘る温度において作動しうる。
【００４１】
概して、本発明のキャパシターは、従来の装置と比較して、高い信頼性、広い作動温度範囲、高いパワー密度、及び、高いエネルギー密度の組み合わせを提供するように構成されているエネルギー蓄積媒体を含む。キャパシターは、当該温度範囲を超えるオペレーションを確実なものとするように構成された構成要素を含み、本明細書において開示された改良された電解液系からのみ選択された電解液６を含む。構造、エネルギー蓄積媒体、及び、改良された電解液系の組み合わせは、既存のキャパシターを超える改良された特性及びより大きな性能及び耐久性を有する、極端な条件下でのオペレーションが可能な本発明の強固なキャパシターを提供する。
【００４２】
したがって、本発明は、密閉されたハウジング内に配置されたエネルギー蓄積セルと、改良された電解液系（ＡＥＳ）と、を有し、当該セルは、正のコンタクト及び負のコンタクトに電気的に接続され、ウルトラキャパシターが、約−４０℃〜約２１０℃；約−３５℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約２０５℃；約−３０℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約２００℃；約−２５℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１９５℃；約−２０℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１９０℃；約−１５℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１８５℃；約−１０℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１８０℃；約−５℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１７５℃；約０℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１７０℃；約５℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１６５℃；約１０℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１６０℃；約１５℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１５５℃；約２０℃〜約２１０℃；約−４０℃〜約１５０℃の温度範囲（“作動温度”）内の温度において作動するように構成されているウルトラキャパシターを提供する。
【００４３】
ある特定の実施の形態においては、ＡＥＳは、新規な電解液エンティティ（ＮＥＥ）を含み、例えば、このＮＥＥは、高温ウルトラキャパシターにおいて使用されるように構成されている。ある実施の形態では、ウルトラキャパシターは、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度、例えば、約８０℃〜約１５０℃の温度範囲内の温度において作動するように構成されている。
【００４４】
ある特定の実施の形態において、ＡＥＳは、高度に精製された電解液を含む。例えば、高度に精製された電解液は、高温ウルトラキャパシターにおいて用いられるように構成されている。ある態様では、ウルトラキャパシターは、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度において作動するように構成されている。
【００４５】
ある特定の実施の形態において、ＡＥＳは、向上した電解液の組み合わせを含む。例えば、この向上した電解質の組み合わせは、高温及び低温の両方のウルトラキャパシターにおいて使用されるように構成されている。ある態様では、このウルトラキャパシターは、約−４０℃〜約１５０℃の温度範囲内の温度において作動するように構成されている。
【００４６】
そのように、及び、上述したように、既知のエネルギー蓄積装置の現存する電解液を超える利点は、次の１以上の改良点から選択される：減少した全抵抗、増加した抵抗の長期安定性、増加した全キャパシタンス、増加したキャパシタンスの長期安定性、増加したエネルギー密度、増加した電圧安定性、減少した気圧、それぞれのキャパシターについて幅広い温度範囲パフォーマンス、それぞれのキャパシターについての増加した温度耐性、増加した製造容易性、及び改良された費用効果。
【００４７】
ウルトラキャパシターのある実施の形態において、エネルギー蓄積セルは、正の電極と負の電極とを備える。
【００４８】
ウルトラキャパシターのある実施の形態において、少なくとも１つの電極は、炭素質エネルギー蓄積媒体を含む。例えば、当該炭素質エネルギー蓄積媒体は、カーボンナノチューブを含む。特定の実施の形態において、当該炭素質エネルギー蓄積媒体は、活性炭、カーボンファイバー、レーヨン、グラフェン、エアロゲル、カーボンクロス、及び、カーボンナノチューブを含んでいてもよい。
【００４９】
ウルトラキャパシターのある実施の形態において、それぞれの電極は集電体を含む。
【００５０】
ウルトラキャパシターのある実施の形態において、ＡＥＳは、不純物含有量を減少させるために精製される。ウルトラキャパシターのある実施の形態において、ハロゲン化物イオンの含有量は、約１,０００パーツパーミリオン未満、例えば、約５００パーツパーミリオン未満、例えば、約１００パーツパーミリオン未満、例えば、約５０パーツパーミリオン未満である。ある特定の実施の形態において、電解液中のハロゲン化物イオンは、塩素、臭素、フッ素、及び、ヨウ素からなる群から選択された１以上の塩化物イオンから選択される。特定の実施の形態において、電解液中における不純物の全濃度は、約１,０００パーツパーミリオン未満である。ある態様において、不純物は、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、エチルアセテート及び塩化メチレンからなる群から選択された１以上から選ばれる。
【００５１】
ウルトラキャパシターのある実施の形態において、電解液内の金属種の全濃度は、約１,０００パーツパーミリオン未満である。ある特定の実施の形態において、当該金属種は、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ及びＺｎからなる群から選択された１以上の金属から選ばれる。他の特定の実施の形態において、当該金属種は、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ及びＺｎからなる群から選択された１以上の金属合金から選ばれる。さらに別の特定の実施の形態において、当該金属種は、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ及びＺｎからなる群から選択された金属の１以上の酸化物から選ばれる。
【００５２】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、電解液内の全水分含有量は、約５００パーツパーミリオン未満であり、例えば、約１００パーツパーミリオン未満、例えば、約５０パーツパーミリオン未満、例えば、約２０パーツパーミリオンである。
【００５３】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、ハウジングは、その内表面の実質的に一部を覆うように配置されたバリアーを含む。特定の態様においては、当該バリアーは、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）、フッ素化された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。特定の実施の形態において、当該バリアーは、セラミック材料を含む。当該バリアーは、また、耐食性、所望の誘電特性、及び、低い電気化学反応性を示す材料を含んでいてもよい。当該バリアーの特定の実施の形態において、当該バリアーは、複数層の材料を含む。
【００５４】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ハウジングは、複数層の材料を含む。例えば、当該複数層の材料には、第２の材料上に覆われた第１の材料が含まれる。特定の実施の形態において、当該複数層の材料は、鋼鉄、タンタル、アルミニウムの少なくとも１種を含む。
【００５５】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ハウジングは、少なくとも１つの密閉材を含む。
【００５６】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ハウジングは、少なくとも１つのガラス−金属密閉材を含む。例えば、当該ガラス−金属密閉材のピンは、少なくとも１つのコンタクトを提供する。ある特定の実施の形態において、当該ガラス−金属密閉材は、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、及び、ステンレスとチタンからなる群から選択された材料が含まれるフィードスルーを含有する。他の特定の実施の形態において、当該ガラス−金属密閉材は、ニッケル、モリブデン、クロム、コバルト、鉄、銅、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、炭素、及び、タングステン、並びにそれらの合金からなる群から選択された少なくとも一種の材料が含まれる本体を備える。
【００５７】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該エネルギー蓄積セルは、セパレーターを含み、正の電極と負の電極との間において電気的に分離する。例えば、当該セパレーターは、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）、ガラスファイバー、ガラスファイバー強化プラスティック、もしくは、これらの任意の組合せからなる群から選択された材料を含む。ある特定の実施の形態において、当該セパレーターは実質的に水分を含まない。他の特定の実施の形態において、当該セパレーターは実質的に疎水性である。
【００５８】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、密閉材は、約５．０×１０−６ａｔｍ−ｃｃ／秒以下、例えば、約５．０×１０−７ａｔｍ−ｃｃ／秒以下、約５．０×１０−８ａｔｍ−ｃｃ／秒以下、約５．０×１０−９ａｔｍ−ｃｃ／秒以下、約５．０×１０−１０ａｔｍ−ｃｃ／秒以下の漏れ速度を示す。
【００５９】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、少なくとも１つのコンタクトが、他のウルトラキャパシターの他のコンタクトと一体化されるように構成されている。
【００６０】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該蓄積セルは、その外部を覆うように配置されたラッパーを含む。例えば、当該ラッパーは、ＰＴＦＥ及びポリイミドの一方を含む。
【００６１】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、容積漏れ電流は、当該温度範囲において、約１０アンペア／リットル未満である。
【００６２】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、容積漏れ電流は、約０ボルト〜約４ボルト、例えば、約０ボルト〜約３ボルト、約０ボルト〜約２ボルト、約０ボルト〜約１ボルトの特定の電圧範囲において、約１０アンペア／リットル未満である。ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ハウジング内の水分レベルは、約１,０００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）、例えば、約５００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）、例えば、約３５０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満である。
【００６３】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ウルトラキャパシターの電極内の水分含有量は、約１,０００ｐｐｍ、例えば、約５００ｐｐｍ、例えば、約３５０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満である。
【００６４】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ウルトラキャパシターのセパレーター内の水分含有量は、約１,０００ｐｐｍ、例えば、約５００ｐｐｍ、例えば、約１６０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満である。
【００６５】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、塩化物濃度は、電極、電解液、及び、セパレーターからなる群から選択された構成要素の一つについて、約３００ｐｐｍ未満である。
【００６６】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ウルトラキャパシターの容積漏れ電流(ｍＡ／ｃｃ)は、実質的に一定の温度に維持されている間、約１０ｍＡ／ｃｃ未満であり、例えば、実質的に一定の温度に維持されている間、約１ｍＡ／ｃｃ未満である。
【００６７】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ウルトラキャパシターの容積漏れ電流は、実質的に一定の温度に維持されている間、約０．０００１ｍＡ／ｃｃより大きい。
【００６８】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ウルトラキャパシターの容積キャパシタンスは、約６Ｆ／ｃｃ〜約１ｍＦ／ｃｃ、約１０Ｆ／ｃｃ〜約５Ｆ／ｃｃ、もしくは、約５０Ｆ／ｃｃ〜約８Ｆ／ｃｃである。
【００６９】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ウルトラキャパシターの容積ＥＳＲは、約２０ミリオーム・ｃｃ〜約２００ミリオーム・ｃｃ、約１５０ミリオーム・ｃｃ〜約２オーム・ｃｃ、約１．５オーム・ｃｃ〜約２００オーム・ｃｃ、約１５０オーム・ｃｃ〜約２０００オーム・ｃｃである。
【００７０】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ウルトラキャパシターは、実質的に一定の電圧及び一定の作動温度に維持されている間、約９０パーセント未満のキャパシタンス低下を示す。特定の実施の形態において、当該ウルトラキャパシターは、少なくとも１時間、例えば、少なくとも１０時間、例えば、少なくとも５０時間、例えば、少なくとも１００時間、例えば、少なくとも２００時間、例えば、少なくとも３００時間、例えば、少なくとも４００時間、例えば、少なくとも５００時間、例えば、少なくとも１,０００時間、実質的に一定の電圧及び一定の作動温度に維持されている間、約９０パーセント未満のキャパシタンス低下を示す。
【００７１】
ある態様のウルトラキャパシターにおいて、当該ウルトラキャパシターは、少なくとも１時間、例えば、少なくとも１０時間、例えば、少なくとも５０時間、例えば、少なくとも１００時間、例えば、少なくとも２００時間、例えば、少なくとも３００時間、例えば、少なくとも４００時間、例えば、少なくとも５００時間、例えば、少なくとも１,０００時間、実質的に一定の電圧及び一定の作動温度に維持されている間、約１,０００パーセント未満のＥＳＲ増加を示す。
【００７２】
例えば、図１に示すように、キャパシターの典型的な具体例が示されている。このケースにおいて、キャパシターは、”ウルトラキャパシター１０”である。典型的なウルトラキャパシター１０は、電気二重層キャパシター(ＥＤＬＣ)である。ウルトラキャパシター１０は、いくつかの異なるフォームファクターにおいて具体化されていてもよい（すなわち、ある外形を示す）。潜在的に有益なフォームファクターの具体例としては、円柱状セル、環状セル、もしくは、リング状セル、平面角柱状セル、ボックス状セルを含む平面角柱状セルのスタック、湾曲した空間等特定の外形を提供するように成形された平面角柱状が含まれる。円柱状のフォームファクターは、円柱状のシステム、もしくは、円柱状のフォームファクターに搭載されたシステム、もしくは円柱状のキャビティーを有するシステムと一緒に使用する際に最も有益であろう。環状もしくはリング状のフォームファクターは、リング状であるシステム、リング状のフォームファクターに搭載されているシステム、もしくは、リング状のキャビティーを有するシステムと一緒に使用する際有益であろう。
【００７３】
概して、本明細書において、”ゼリーロール”アプリケーション（円柱形状に形成されたハウジング７のために構成されている蓄積セル１２）に関して開示されているが、当該巻回された蓄積セル２３は所望の任意の形状をとってもよい。例えば、蓄積セル１２を巻回することとは対照的に、巻回された蓄積セル２３を提供するために、蓄積セル１２を折り曲げることを実行してもよい。他のタイプのアセンブリーを使用してもよい。一つの例として、蓄積セル１２は、コインタイプ、ポーチタイプ、もしくは角柱タイプのセルと称されるフラットセルであってもよい。したがって、巻回することは、単に、巻回された蓄積セル２３のアセンブリーの一つの選択肢である。それゆえ、本明細書において、”巻回された蓄積セル２３”であることについて議論されているけれども、これは、限定するものではない。概して、”巻回された蓄積セル２３”なる用語は、所定のデザインのハウジング７内に良好にフィットさせるために、蓄積セル１２を梱包もしくはパックする任意の適当なフォームが含まれると考えられる。
【００７４】
様々なフォームのウルトラキャパシター１０を一緒に組み合わせてもよい。既知の技術、例えば、少なくとも１つの機械的コネクターを用いてコネクターを一体に溶接すること、互いに電気的に接合されるようにコンタクトを設置すること等を使用して様々なフォームを組み合わせてもよい。複数のウルトラキャパシター１０は、並列接続もしくは直列接続の少なくとも一方により電気的に接続されていてもよい。
【００７５】
本発明の目的のため、ウルトラキャパシター１０は、約０．０５ｃｃ〜約７．５リットルの範囲の体積を有していてもよい。
【００７６】
ウルトラキャパシター１０が特に有益である様々な環境が存在しうる。例えば、自動車のアプリケーションにおいては、１０５℃の使用時温度が実現される（ここでは、キャパシターの実際の耐用期間が１年〜２０年の範囲に亘るであろう）。例えば、地熱井掘削等のいくつかの掘削アプリケーションにおいては、３００℃以上の使用時温度に達する（ここでは、キャパシターの実際の耐用期間は、約１時間〜約１,００００時間の範囲に亘るであろう）。
【００７７】
本発明のウルトラキャパシターの構成要素について以下に説明する。
【００７８】
Ａ. 本発明の改良された電解液系
本発明の改良された電解液系は、本発明のウルトラキャパシターの電解液成分を提供し、図１に電解液６と示されている。電解液６は、電極３及びセパレーター５内のボイドスペース、及び、それらの間のボイドスペースを充填する。概して、本発明の改良された電解液系は、特有の電解液、精製された改良された電解液系、もしくは、これらの組み合わせを含む。電解液６は、例えば、１以上の塩、もしくは、イオン液体を含む物質であり、電気的に電荷を帯びたイオン（例えば、正の電荷を帯びたイオン及び負の電荷を帯びたイオン）となり、且つ、溶媒を含みうる。本発明の改良された電解液系において、そのような電解液成分は、ある性能及び耐久性を向上させることに基づいて選択され、１以上の溶媒と組み合わせてもよい。溶媒は、新規で有用な電気化学的安定性及び性能を備える組成物を生成するため、上記物質を溶解させない。
【００７９】
本発明の改良された電解液系は、現存するエネルギー蓄積装置（例えば、本明細書において開示されていない電解液を含むエネルギー蓄積装置、もしくは、不十分な純度を有する電解液を含有するエネルギー蓄積装置）を超える、本発明のウルトラキャパシターに特有で且つ明確に区別できる利点を提供する。これらの利点には性能及び耐久性の両方における改良（例えば、以下の１以上）を含む：減少した全抵抗、増加した抵抗の長期安定性（例えば、所定の温度において所定の時間材料の増加した抵抗が減少すること）、増加した全キャパシタンス、増加したキャパシタンスの長期安定性（例えば、所定の温度において所定の時間キャパシターの減少したキャパシタンスが減少すること）、増加したエネルギー密度（より高い電圧に耐えること、及び／又は、より高いキャパシタンスへと導くことによる）、増加した電圧安定性、減少した気圧、それぞれのキャパシターについて幅広い温度範囲パフォーマンス（例えば、２つの温度間を変位する際、キャパシタンスの大きな減少、及び／又は、ＥＳＲの増加がないこと、具体的には、約＋３０℃から約−４０℃まで変位する際、キャパシタンスの９０％減少、及び／又は、ＥＳＲの１,０００％の増加がないこと）、それぞれのキャパシターについての増加した温度耐性（具体的には、所定の時間後、所定の温度におけるキャパシタンスの５０％未満の減少、及び／又は、所定の時間後、所定の温度におけるＥＳＲの１００％未満の増加、及び／又は、所定の時間後、所定の温度における１０Ａ／Ｌ未満の漏れ電流、具体的には、キャパシタンスの４０％未満の減少、及び／又は、ＥＳＲの７５％の増加、及び／又は、５Ａ／Ｌ未満の漏れ電流、具体的には、キャパシタンスの３０％未満の減少、及び／又は、ＥＳＲの５０％の増加、及び／又は、１Ａ／Ｌ未満の漏れ電流）、増加した製造容易性（減少した気圧を有し、それにより良好な生産性を有し及び／又はキャパシターを電解液で充填する効率的な方法を有することによる）、及び、改良された費用効果（他の材料よりコストが安い材料によりボイドスペースを充填することによる）。明確のため、性能特性は、同様の所定の使用時における、材料の中での比較に適した、所定の使用時における装置の有用性に向けられた特性に関する。一方、耐久特性は、そのような特性を一定時間維持する能力に向けられた特性に関する。上記の性能及び耐久性の具体例は、本明細書における”性能もしくは耐久性における大きな変化”が何であるかについて背景を与えるのに役に立つはずである。
【００８０】
明確のため、及び、概して、本発明のエネルギー蓄積装置において組み込まれるため本明細書において使用されている”電解液６”は、本発明の改良された電解液系を意味する。
【００８１】
ＡＥＳもしくは電解液６の特性は、キャパシタンスの増加、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の減少、高い熱的安定性、低いガラス転位温度（Ｔｇ）、改善された粘性、ロエペクティー特性もしくはチキソトロピー特性（具体的には、温度に依存するもの）、並びに、高い伝導性等から選択され、幅広い温度範囲に亘って良好な電気特性を示した特性における改良の結果であってもよい。一例として、電解液６は、高い流動性を有していてもよく、もしくは、対照的に、実質的に固体であり、電極３の分離が保証される。
【００８２】
本発明の改良された電解液系は、高温ウルトラキャパシターにおいて使用される、本明細書において記載された新規な電解液、高温ウルトラキャパシターにおいて使用される、高度精製電解液、及び、全ての温度に亘って性能もしくは耐久性の大きな低下がない、−４０℃〜２１０℃の温度範囲における使用に適した改良された電解液の組み合わせが含まれる。
【００８３】
本明細書に表された開示は、本明細書において記載された改良された電解液系をウルトラキャパシターに適用することについてフォーカスしているけれども、これらの改良された電解液系は、任意のエネルギー蓄積装置に適用可能である。
【００８４】
i. 新規な電解液エンティティ(ＮＥＥ)
本発明の改良された電解液系(ＡＥＳ)は、ある態様では、高温ウルトラキャパシターにおいて使用される、ある新規な電解液を含む。これに関して、純度及び低い水分を保つことは、エネルギー蓄積装置１０の性能の程度に関連すること；疎水性の材料を含み、より高い純度及び低い水分含有量を示すことが分かっている電解液を使用することが、改善された性能を得るために有利であることが分かってきた。これらの電解液は、約８０℃〜約２１０℃、例えば、約８０℃〜約２００℃、例えば、約８０℃〜約１９０℃、例えば、約８０℃〜約１８０℃、例えば、約８０℃〜約１７０℃、例えば、約８０℃〜約１６０℃、例えば、約８０℃〜約１５０℃、例えば、約８５℃〜約１４５℃、例えば、約９０℃〜約１４０℃、例えば、約９５℃〜約１３５℃、例えば、約１００℃〜約１３０℃、例えば、約１０５℃〜約１２５℃、例えば、約１１０℃〜約１２０℃の温度範囲において、良好な性能特性を示す。
【００８５】
したがって、改良された電解液系（ＡＥＳ）として有用な新規な電解液エンティティには、カチオン（具体的には、図８に示され、本明細書において記載されたカチオン）、及び、アニオンを含む種、もしくは、そのような種の組み合わせが含まれる。いくつかの実施の形態においては、これらの種には、窒素含有、酸素含有、リン含有及び／又は硫黄含有カチオンが含まれる。これには、ヘテロアリールカチオン、及び、複素環式カチオンが含まれる。一組の実施の形態において、改良された電解液系(ＡＥＳ)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、ピペリジウム、ビラジニウム、ピラゾリウム、ビリダゾリウム、ピリジニウム、ピリミジウム、サルフォニウム、チアゾリウム、トリアゾリウム、グアニジン、イソクイノリウム、ベンゾトリアゾリウム、及び、ビオロゲンタイプのカチオンからなる群から選択されたカチオンを含む種を有する。これらのカチオンのいずれかは、本明細書において開示された代替物と交換可能である。ある実施の形態において、本発明の改良された電解液系(ＡＥＳ)にとって有益な新規な電解液エンティティは、ホスホニウム、ピペリジウム、及び、アンモニウムからなる群から選択された、図８に示されたカチオンと、テトラフルオロホウ酸塩、ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、テトラシアノホウ酸塩、及び、トリフルオロメタンスルホン酸からなる群から選択されたアニオンとの任意の組合せを含む。ここで、様々な分岐された官能基Ｒｘ(例えば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３...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、水酸基、硫酸塩、スルホン酸塩、及び、カルボニルからなる群から選択されうる。これらのいずれかは選択的に置換される。少なくとも２つのＲｘはＨ（すなわち、Ｒ官能基の選択及び方向は、図８に示されたカチオン種を生成する）ではない。
【００８６】
例えば、ある特定の実施の形態において、上記のカチオン及びアニオンの組み合わせを前提として、ＡＥＳは、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、１−ブチル−１−メチルピペリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、及び、ブチルトリメチルアンモニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドからなる群から選択されてもよい。一定時間に亘って、キャパシタンス及びＥＳＲ測定により示された温度範囲における向上した性能特性をサポートするデータが、図４４Ａ及びＢ、図４５Ａ及びＢ、図４６Ａ及びＢに与えられている。これは、高温における有用性及び長期耐久性を示している。
【００８７】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【００８８】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−ブチル−１−メチルピペリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【００８９】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、ブチルトリメチルアンモニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【００９０】
他の実施の形態において、本発明の改良された電解液系（ＡＥＳ）として有用な新規な電解液エンティティには、イミダゾリウム及びピロリジウムからなる群から選択された、図８に示されたカチオンと、テトラフルオロホウ酸塩、ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、テトラシアノホウ酸塩、及び、トリフルオロメタンスルホン酸からなる群から選択されたアニオンと、の任意の組合せを含む。ここで、様々な分岐された官能基Ｒｘ(例えば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３...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、水酸基、硫酸塩、スルホン酸塩、及び、カルボニルからなる群から選択されうる。これらのいずれかは、選択的に置換される。少なくとも２つのＲｘはＨ（すなわち、Ｒ官能基の選択及び方向は、図８に示されたカチオン種を生成する）ではない。ある特定の実施の形態において、２つのＲｘは、Ｈではなく、アルキルである。さらに、記載されたカチオンは、高い熱的安定性並びに高い伝導性を示し、幅広い温度範囲に亘って良好な電気化学的特性を示す。
【００９１】
例えば、ある特定の実施の形態において、上述のカチオンとアニオンとの組み合わせを前提として、ＡＥＳは、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩;１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩;１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩;１−ヘキシル３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩;１−ブチル−１−メチルピロリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド;１−ブチル−１−メチルピロリジウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロリン酸塩;１−ブチル−１−メチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩、及び、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸からなる群から選択されてもよい。
【００９２】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩である。
【００９３】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【００９４】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩である。
【００９５】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩である。
【００９６】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−ヘキシル３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩である。
【００９７】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−ブチル−１−メチルピロリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【００９８】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−ブチル−１−メチルピロリジウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロリン酸塩である。
【００９９】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−ブチル−１−メチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩である。
【０１００】
ある実施の形態において、ＡＥＳは、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸である。
【０１０１】
他の実施の形態において、２つのＲｘのうち一つは、Ｈではなく、アルキル、具体的には、メチルであり、他方は、アルコキシで置換されたアルキルである。さらに、当該分子において式（１）のＮ、Ｏアセタール骨格構造を有するカチオンは、高い電気伝導性を有すること、及び、これらのカチオンの中に含まれ、ピロリジン骨格及びＮ、Ｏアセタール官能基を有するアンモニウムカチオンが、電気伝導性において、及び、有機溶媒中での溶解度において特に高いことが分かってきた。そのため、ある態様では、改良された電解液系は、以下の式の塩を含む：
【化１】
2015515741.tif 000003
ここで、Ｒ１及びＲ２は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれ、アルキルであり、Ｘ−は、アニオンである。いくつかの実施の形態において、Ｒ１は、１〜４の炭素原子を含む直鎖状もしくは分岐状アルキルである。Ｒ２は、メチルもしくはエチルである。そして、Ｘ−は、シアノホウ酸塩含有アニオン１１である。特定の実施の形態において、Ｘ−は、[Ｂ(ＣＮ)]４を含み、Ｒ２は、メチル基又はエチル基の一方である。他の特定の実施の形態において、Ｒ１とＲ２の両方がメチルである。さらに、ある実施の形態において、本発明の改良された電解液系に適したシアノホウ酸塩アニオン１１、Ｘ−には、[Ｂ(ＣＮ)４]−もしくは[ＢＦｎ(ＣＮ)４−ｎ]−が含まれる。ここで、ｎ＝０、１、２又は３である。
【０１０２】
式（１）の新規な電解液エンティティを含み、式（１）に示された第四級アンモニウムカチオンから構成される本発明のＡＥＳのカチオンと、シアノホウ酸塩アニオンと、の具体例はＮ−メチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウム(Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジウム)、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウム、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジウム、Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−イソプロピルピロリジウム、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウム、Ｎ−イソブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウム、Ｎ−tert（ターシャリー）-ブチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウム、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジウム、Ｎ−エチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジウム(Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−エチルピロリジウム)、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−ｎ−プロピルピロリジウム、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−イソプロピルピロリジウム、Ｎ−ｎ−ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジウム、Ｎ−イソブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジウム及びＮ−tert-ブチル−Ｎ−エトキシメチルピロリジウムから選択される。他の具体例にはＮ−メチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウム(Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジウム)、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウム及びＮ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジウムが含まれている。
【０１０３】
付加的なアニオンと組み合わされる式（１）のカチオンの付加的な具体例はＮ−メチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩(Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩)、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−メチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウムビストリフルオロメタンスルフォニルイミド、(Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジウムビストリフルオロメタンスルフォニルイミド)、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウムビストリフルオロメタンスルフォニルイミド、Ｎ−エトキシメチル−Ｎ−メチルピロリジウムビストリフルオロメタンスルフォニルイミド、Ｎ−メチル−Ｎ−メトキシメチルピロリジウムトリフルオロメタンサルフォレート(Ｎ−メトキシメチル−Ｎ−メチルトリフルオロメタンサルフォレート)から選択してもよい。
【０１０４】
電解液として使用されるとき、第四級アンモニウム塩は、適切な有機溶媒と混合して使用してもよい。有益な溶媒には、環式炭酸エステル、直鎖状炭酸エステル、リン酸エステル、環状エーテル、 直鎖状エーテル、ラクトン化合物、直鎖状エステル、ニトリル化合物、アミド化合物及びスルホン化合物が含まれる。そのような化合物の具体例が、以下に示されている。しかしながら、使用されるべき溶媒は、これらの化合物に限定されない。
【０１０５】
環式炭酸エステルの具体例は、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン等であり、これらの中で炭酸プロピレンが好ましい。
【０１０６】
直鎖状炭酸エステルの具体例は、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等であり、これらの中で炭酸ジメチル及び炭酸エチルメチルが好ましい。
【０１０７】
リン酸エステルの具体例は、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル等である。環状エーテルの具体例は、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等である。直鎖状エーテルの具体例は、ジメトキシエタン等である。ラクトン化合物の具体例は、γ-ブチロラクトン等である。直鎖状エステルの具体例は、プロピオン酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、蟻酸メチル等である。ニトリル化合物の具体例は、アセトニトリル等である。アミド化合物の具体例は、ジメチルホルムアミド等である。スルホン化合物の具体例は、スルホラン、メチルスルホラン等である。いくつかの実施の形態において、環式炭酸エステル、直鎖状炭酸エステル、ニトリル化合物及びスルホン化合物は、特に好ましい。
【０１０８】
これらの溶媒は、単一で使用してもよいし、もしくは、少なくとも２種の溶媒を混合して使用してもよい。好ましい有機溶媒混合物の具体例は、環式炭酸エステル及び直鎖状炭酸エステルの混合物、例えば、炭酸エチレンと炭酸ジメチルとの混合物、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルとの混合物、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとの混合物、炭酸プロピレンと炭酸ジメチルとの混合物、炭酸プロピレンと炭酸エチルメチルとの混合物、及び、炭酸プロピレンと炭酸ジエチルとの混合物、直鎖状炭酸エステルの混合物、例えば、炭酸ジメチルと炭酸エチルメチルとの混合物、並びに、スルホラン化合物の混合物、例えば、スルホランとメチルスルホランとの混合物である。さらに好ましくは、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルとの混合物、炭酸プロピレンと炭酸エチルメチルとの混合物、並びに、炭酸ジメチルと炭酸エチルメチルとの混合物である。
【０１０９】
いくつかの実施の形態において、本発明の第四級アンモニウム塩が電解液として使用されるとき、電解液濃度は少なくとも０．１Ｍであり、いくつかの実施の形態では、少なくとも０．５Ｍであり、少なくとも１Ｍであってもよい。仮に濃度が０．１Ｍ未満である場合、低電気伝導性が得られ、低下した性能を有する電気化学装置が製造される。濃度の上限値は、室温において電解液が液体の塩である場合分離濃度である。溶液が分離するとき、リミットの濃度は１００％である。塩が室温において固体である場合、リミットの濃度は、溶液に塩が飽和する濃度である。
【０１１０】
ある態様では、組み合わせることが、改良された電解液系を利用することによる利点に悪影響を与えない限り、具体的には、性能もしくは耐久性を１０％より大きく変えない限り、改良された電解液系(ＡＥＳ)に、本明細書において開示されたもの以外の電解液を混合してもよい。ＡＥＳと混合されるのに適した電解液の具体例は、アルカリ金属塩、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩等である。これらの電解液は、単一で使用されてもよく、それらの少なくとも２種が組み合わされて使用され、本明細書に開示されたＡＥＳと混合される。有効なアルカリ金属塩には、リチウム塩、ナトリウム塩及びカリウム塩が含まれる。そのようなリチウム塩の具体例は、六フッ化リン酸リチウム、ホウフッ化リチウム、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、スルホニルイミドリチウム、スルホニルメチドリチウム等であるが、しかしながら、これらに限定されることはない。有効なナトリウム塩の具体例は、六フッ化リン酸ナトリウム、ホウフッ化ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、トリフルオロメタンスルホン酸ナトリウム、スルホニルイミドナトリウム、スルホニルメチドナトリウム等である。有効なカリウム塩の具体例は、六フッ化リン酸カリウム、ホウフッ化カリウム、過塩素酸カリウム、トリフルオロメタンスルホン酸カリウム、スルホニルイミドカリウム、スルホニルメチドカリウム等である。しかしながら、これらは限定されるものではない。
【０１１１】
上述の（すなわち、改良された電解液系の利用により達成される利点に重大な影響を与えない）組み合わせにおいて使用されうる有効な第四級アンモニウム塩には、テトラアルキルアンモニウム塩、イミダゾリウム塩、ピラゾリウム塩、ピリジニウム塩、トリアゾリウム塩、ピリダジニウム塩等が含まれるが、しかしながら、これらに限定されることはない。有効なテトラアルキルアンモニウム塩の具体例は、テトラエチルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、テトラメチルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、テトラプロピルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、トリエチルメチルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、トリメチルエチルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、ジメチルジエチルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、トリメチルプロピルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、トリメチルブチルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、ジメチルエチルプロピルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、メチルエチルプロピルブチルアンモニウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ,Ｎ−ジメチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−エチル−Ｎ−プロピルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ,Ｎ−ジメチルピペリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−メチル−Ｎ−エチルピペリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−エチル−Ｎ−プロピルピペリジウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−Ｎ−ジメチルモルホリニウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−メチル−Ｎ−エチルモルホリニウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルモルホリニウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−エチル−Ｎ−プロピルモルホリニウムテトラシアノホウ酸塩等である。これらの具体例に限定されることはない。
【０１１２】
上述の（すなわち、改良された電解液系の利用により達成される利点に重大な影響を与えない）組み合わせにおいて使用されうるイミダゾリウム塩の具体例には、１、３−ジメチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩、１、３−ジエチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩、１、２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩及び１、２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩が含まれるが、しかしながら、これらに限定されることはない。ピラゾリウム塩の具体例は、１、２−ジメチルピラゾリウムテトラシアノホウ酸塩、１−メチル−２−エチルピラゾリウムテトラシアノホウ酸塩、１−プロピル−２−メチルピラゾリウムテトラシアノホウ酸塩及び１−メチル−２−ブチルピラゾリウムテトラシアノホウ酸塩であるが、しかしながら、これらに限定されることはない。ピリジニウム塩の具体例は、Ｎ−メチルピリジニウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−エチルピリジニウムテトラシアノホウ酸塩、Ｎ−プロピルピリジニウムテトラシアノホウ酸塩及びＮ−ブチルピリジニウムテトラシアノホウ酸塩であるが、しかしながら、これらに限定されることはない。トリアゾリウム塩の具体例は、１−メチルトリアゾリウムテトラシアノホウ酸塩、１−エチルトリアゾリウムテトラシアノホウ酸塩、１−プロピルトリアゾリウムテトラシアノホウ酸塩及び１−ブチルトリアゾリウムテトラシアノホウ酸塩であるが、しかしながら、これらに限定されることはない。ピリダジニウム塩の具体例は、１−メチルピリダジニウムテトラシアノホウ酸塩、１−エチルピリダジニウムテトラシアノホウ酸塩、１−プロピルピリダジニウムテトラシアノホウ酸塩及び１−ブチルピリダジニウムテトラシアノホウ酸塩であるが、これらに限定されることはない。第四級ホスホニウム塩の具体例は、テトラエチルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、テトラメチルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、テトラプロピルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、テトラブチルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、トリエチルメチルホスホニウムテトラフルオロホウ酸塩、トリメチルエチルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、ジメチルジエチルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、トリメチルプロピルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、トリメチルブチルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、ジメチルエチルプロピルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩、メチルエチルプロピルブチルホスホニウムテトラシアノホウ酸塩であるが、これらに限定されることはない。
【０１１３】
ある実施の形態において、改良された電解液系のために使用される、本明細書において選択された新規な電解液は精製されてもよい。そのような精製は、当該技術分野において認められている技術もしくは本明細書において提供される技術を用いて実行してもよい。このような精製は、本明細書において開示された新規な電解液エンティティの特性をさらに改良しうる。
【０１１４】
ii. 高度に精製された電解液
本発明の改良された電解液系は、ある態様では、高温ウルトラキャパシターにおいて使用されるある高度精製電解液を含む。ある実施の形態では、本発明のＡＥＳを含む高度精製電解液は、以下に開示する電解液、並びに、本明細書において開示された精製プロセスにより精製された上述の新規な電解液である。本明細書において与えられる精製方法により、高温アプリケーション、具体的には、高温ウルトラキャパシターにおいて、例えば、約８０℃〜約２１０℃、例えば、約８０℃〜約２００℃、例えば、約８０℃〜約１９０℃、例えば、約８０℃〜約１８０℃、例えば、約８０℃〜約１７０℃、例えば、約８０℃〜約１６０℃、例えば、約８０℃〜約１５０℃、例えば、約８５℃〜約１４５℃、例えば、約９０℃〜約１４０℃、例えば、約９５℃〜約１３５℃、例えば、約１００℃〜約１３０℃、例えば、約１０５℃〜約１２５℃、例えば、約１１０℃〜約１２０℃の温度範囲において使用するために、改良された電解液系に、向上した特性を与える不純物レベルのものが生成される。
【０１１５】
ウルトラキャパシター１０の改善された特性を得ることにより、現在入手可能なものより良好な電解液系が必要となる。例えば、作動温度範囲を増加させることが、既知の電解液のある形態から不純物を大幅に減少させる／除去することにより達成してもよいことが分かってきた。特に懸念される不純物には、水、ハロゲン化物イオン(塩化物、臭化物、フッ化物、ヨウ化物)、自由アミン(アンモニア)、硫酸塩、及び、金属カチオン(Ａｇ、Ａｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｚｎ)が含まれる。そのような精製の高純度電解液製品は、精製されていない電解液よりかなり優れており、そのため、本発明の改良された電解液系に含まれる電解液を提供する。
【０１１６】
ある特定の実施の形態において、本発明は、カチオン９とアニオン１１の精製された混合物を提供し、いくつかの例では、約５０００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満の塩化物イオン；約１,０００ｐｐｍ未満のフッ化物イオン；及び／又は１,０００ｐｐｍ未満の水（具体的には、約２０００ｐｐｍ未満の塩化物イオン；約２００ｐｐｍ未満のフッ化物イオン；及び／又は約２００ｐｐｍ未満の水、具体的には、約１,０００ｐｐｍ未満の塩化物イオン；約１００ｐｐｍ未満のフッ化物イオン；及び／又は約１００ｐｐｍ未満の水、具体的には、約５００ｐｐｍ未満の塩化物イオン；約５０ｐｐｍ未満のフッ化物イオン；及び／又は約５０ｐｐｍ未満の水、具体的には、約７８０ｐｐｍ未満の塩化物イオン；約１１ｐｐｍ未満のフッ化物イオン；及び／又は約２０ｐｐｍ未満の水）を含む本発明のＡＥＳとして機能しうる溶媒を提供する。
【０１１７】
概して、精製された電解液における不純物は、本明細書において開示された精製方法を使用して除去される。例えば、いくつかの実施の形態において、ハロゲン化物イオン(塩化物、臭化物、フッ化物、ヨウ化物)の全濃度を約１,０００ｐｐｍ未満まで減少させてもよい。金属種(具体的には、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、少なくともそれらの合金及び酸化物の少なくとも一方を含む)の全濃度を約１,０００ｐｐｍ未満まで減少させてもよい。さらに、合成プロセスにおいて使用される溶媒及び前駆体からの不純物は、約１,０００ｐｐｍ未満まで減少させてもよく、これには、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、塩化エチレン等が含まれる。
【０１１８】
いくつかの実施の形態において、ウルトラキャパシター１０の不純物濃度は、イオン選択電極及びカールフィッシャー滴定法を用いて測定され、これは、ウルトラキャパシター１０の電解液６に適用されてきた。ある実施の形態では、本明細書における教示によるウルトラキャパシター１０内の全塩化物濃度は、塩化物（Ｃｌ−及びＦ−）約２００ｐｐｍ未満、水含有量約１００ｐｐｍ未満であることが分かってきた。
【０１１９】
様々な技術、例えば、原子吸光分析法(ＡＡＳ)、誘導結合プラズマ質量分析(ＩＣＰＭＳ)、若しくは、追跡重金属酸化物粒子を可溶化し電気化学的にセンシングする簡略された方法を用いて、不純物を測定してもよい。ＡＡＳは、ガス状態の自由原子による光放射（光）の吸収を採用する化学成分の量的・質的決定のためのスペクトル分析法である。当該技術は、分析されるべきサンプルにおける特定の成分（被分析物）の濃度を決定するために使用される。溶液において、もしくは、直接固体サンプルにおいて、７０の異なる成分を決定するため、ＡＡＳを使用してもよい。ＩＣＰＭＳは、高い感度を有し、１０１２分の１（パーツパートリリオン）未満の濃度の金属及びいくつかの非金属の範囲を決定することができる質量分析法である。この技術は、イオンを分離し検出する方法である質量分析法を、イオンを生成する方法（イオン化）と組み合わせることに基づいている。ＩＣＰＭＳは、また、選択されたイオンについて、同位体特定をモニターすることができる。
【０１２０】
不純物を分析するために、付加的な技術を用いてもよい。これらの技術のいくつかは、固体サンプル中において不純物を分析するのに特に適している。イオンクロマトグラフィー(ＩＣ)は、電解液６（具体的には、イオン液体）におけるハロゲン化物不純物の追跡レベルを決定するために使用してもよい。イオンクロマトグラフィーの一つの利点は、一のクロマトグラフィー分析において、関連のあるハロゲン化物種を検出することができることである。イオン液体からのハロゲン化物を定量化するために使用されうる装置の一の具体例は、２０ｍＭのＮａＯＨ及び１０％（ｖ/ｖ）のアセトニトリルからなる溶離剤を用いるディオネックスＡＳ９―ＨＣカラムである。別の技術は、蛍光Ｘ線を用いるものである。
【０１２１】
固体サンプル中におけるハロゲン含有量を測定するため、蛍光Ｘ線分析(ＸＲＦ)装置を使用してもよい。この技術において、分析されるべきサンプルは、サンプルカップに配置され、サンプルカップは、その後、分析装置に配置される。分析装置において、特定の波長のＸ線により照射される。サンプル中のいずれかのハロゲン原子は、Ｘ線の一部を吸収し、その後、所定のハロゲンに特有の波長において放射光を反射する。当該装置中の検出器は、ハロゲン原子から到来する放射光の量を定量し、放射強度を測定する。さらされる表面領域を調べることにより、サンプル中のハロゲンの濃度を決定することができる。固体のサンプル中の不純物を評価するためのさらなる技術は、熱分解によるものである。
【０１２２】
不純物の吸収は、熱分解及びマイクロクーロメーターを使用することにより効率的に測定することができる。マイクロクーロメーターは、全塩素濃度について、ほとんど全てのタイプの材料を検出することができる。具体例として、少量（１０ミリグラム未満）のサンプルが、石英燃焼管に投入されるか又は配置される。石英燃焼管においては、温度は、約６００℃から約１,０００℃まで変動する。純粋な酸素が、石英管を通過し、任意の塩素含有成分が完全に燃焼される。結果として得られる燃焼生成物は、滴定セルに移動させる。滴定セルにおいて、塩素イオンは電解溶液に捕捉される。電解溶液は、銀イオンを含む。銀イオンは、任意の塩素イオンとすぐに結合し、不溶性の塩化銀として溶液から析出される。滴定セルにおける銀電極は、銀イオン濃度が滴定を始める前の濃度に戻るまで、消費された銀イオンを電気的に置き換える。必要とされる銀の量を発生させるために必要な電流量の経過を追跡ことにより、当該装置は、当初のサンプルにどれだけの塩素が存在していたかを決定することができる。存在する全塩素量をサンプルの重量で除することにより、実際にサンプル中に存在する塩素濃度が得られる。不純物を評価する他の技術を使用してもよい。
【０１２３】
電極３における表面特性化及び水含有量を例えば赤外線分光技術により試験してもよい。約１１３０、１５６０、３２５０、及び、２３００ｃｍ−１における４つの大きな吸収バンドは、それぞれ、アリールにおけるνＣ＝Ｏ 、νＣ＝Ｃ、νＯ−Ｈ及びνＣ−Ｎに相当する。強度及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特定することが可能である。
【０１２４】
電解液６及びウルトラキャパシター１０における不純物を特定するための他の技術は、ラマン分光法である。この分光技術は、通常、可視光、近赤外、もしくは、近紫外のレーザーからの単色光の非弾性散乱もしくはラマン散乱に基づく。レーザー光は、当該系における分子振動、フォノン、もしくは、他の励起と相互作用し、その結果、レーザーフォトンのエネルギーが上下にシフトする。それにより、当該技術はウルトラキャパシター１０内において原子及び分子を特性化するために使用してもよい。ラマン分光法の様々なバリエーションが使用され、ウルトラキャパシター１０の含有量を特性化する際において有益であることが証明されるであろう。
【０１２５】
iii. 向上した電解液コンビネーション
本発明の改良された電解液系は、ある態様では、性能及び耐久性において大きな低下なく、約−４０℃〜約２１０℃；具体的には、約−４０℃〜約１５０℃；具体的には、約−３０℃〜約１５０℃；具体的には、約−３０℃〜約１４０℃；具体的には、約−２０℃〜約１４０℃；具体的には、約−２０℃〜約１３０℃；具体的には、約−１０℃〜約１３０℃；具体的には、約−１０℃〜約１２０℃；具体的には、約０℃〜約１２０℃；具体的には、約０℃〜約１１０℃；具体的には、約０℃〜約１００℃；具体的には、約０℃〜約９０℃；具体的には、約０℃〜約８０℃；具体的には、約０℃〜約７０℃の温度範囲において使用するに適したある向上した電解液コンビネーションを含む。
【０１２６】
概して、所定の温度におけるより高い耐久性は、より低い温度におけるより高い電圧安定性と同時に得られる。したがって、改良された電解液コンビネーションを含む高温耐久性ＡＥＳの開発により、概して、高電圧であるが低温のＡＥＳが同時に開発される。本明細書において開示されたこれらの向上した電解液コンビネーションは、より高い電圧、より高いエネルギー密度、低い温度において有益である。
【０１２７】
ある態様では、本発明は、第２のイオン液体に混合されるイオン液体、有機溶媒と混合されるイオン液体、及び、第２のイオン液体及び有機溶媒と混合されるイオン液体からなる群から選択された新規な電解液混合物を含む、エネルギー蓄積セル、具体的には、ウルトラキャパシターにおいて使用するに適した改良された電解液コンビネーションを提供する。ここで、各イオン液体は、次のカチオン及びアニオンの任意のコンビネーションの塩から選択される。カチオンは、１−ブチル−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、１−ヘキシル３−メチルイミダゾリウム、１−ブチル−１−メチルピペリジウム、ブチルトリメチルアンモニウム、１−ブチル−１−メチルピロリジウム、トリヘキシルテトラデシルホスホニウム、及び、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムからなる群から選択され、アニオンは、テトラフルオロホウ酸塩、ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、テトラシアノホウ酸塩、及び、トリフルオロメタンスルホン酸からなる群から選択される。有機溶媒は、直鎖状スルホン(具体的には、エチルイソプロピルスルホン、エチルイソブチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルイソプロピルスルホン、イソプロピルイソブチルスルホン、イソプロピル s-ブチルスルホン、ブチルイソブチルスルホン、及び、ジメチルスルホン)、直鎖状炭酸塩(具体的には、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、及び、炭酸ジメチル)、及びアセトニトリルからなる群から選択される。
【０１２８】
例えば、上述のカチオン及びアニオンのコンビネーションを前提とすると、各イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩;１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド;１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩;１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩;１−ヘキシル３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩;１−ブチル−１−メチルピロリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド;１−ブチル−１−メチルピロリジウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロリン酸塩;１−ブチル−１−メチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩;トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、１−ブチル−１−メチルピペリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、ブチルトリメチルアンモニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド、及び１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸からなる群から選択されてもよい。
【０１２９】
ある態様では、イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩である。
【０１３０】
ある態様では、イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【０１３１】
ある態様では、イオン液体は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩である。
【０１３２】
ある態様では、イオン液体は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩である。
【０１３３】
ある態様では、イオン液体は、１−ヘキシル３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩である。
【０１３４】
ある態様では、イオン液体は、１−ブチル−１−メチルピロリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【０１３５】
ある態様では、イオン液体は、１−ブチル−１−メチルピロリジウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロリン酸塩である。
【０１３６】
ある態様では、イオン液体は、１−ブチル−１−メチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩である。
【０１３７】
ある態様では、イオン液体は、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【０１３８】
ある態様では、イオン液体は、１−ブチル−１−メチルピペリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【０１３９】
ある態様では、イオン液体は、ブチルトリメチルアンモニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドである。
【０１４０】
ある態様では、イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸である。
【０１４１】
ある態様では、有機溶媒は、エチルイソプロピルスルホン、エチルイソブチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルイソプロピルスルホン、イソプロピルイソブチルスルホン、イソプロピル ｓ−ブチルスルホン、ブチルイソブチルスルホン、若しくはビメチルスルホン、直鎖状スルホンから選択される。
【０１４２】
ある態様では、有機溶媒は、炭酸ポリプロピレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸エチレンから選択される。
【０１４３】
ある態様では、有機溶媒は、アセトニトリルである。
【０１４４】
ある態様では、改良された電解液組成物は、有機溶媒を有するイオン液体であり、当該有機溶媒は、当該組成物の５５体積％〜９０体積％、具体的には３７．５体積％である。
【０１４５】
ある態様では、改良された電解液組成物は、第２のイオン液体を有するイオン液体であり、第１のイオン液体は、当該組成物の５体積％〜９０体積％、具体的には、６０体積％である。
【０１４６】
本発明の改良された電解液組成物は、各キャパシターについて幅広い温度範囲パフォーマンス（２つの温度間を変移する際、キャパシタンスにおいて大きく減少することなく、及び／又は、ＥＳＲにおいて大きく増加することがないこと、具体的には、＋３０℃から−４０℃まで変移する際、キャパシタンスにおいて９０％より大きく減少することなく、及び／又は、ＥＳＲにおいて１,０００％より大きく増加することないこと）、及び、各キャパシターについて増加した温度耐久性（具体的には、所定の時間後、所定の温度において、５０％未満のキャパシタンスの減少、及び／又は、所定の時間後、所定の温度において、１００％未満のＥＳＲの増加、及び／又は、所定の時間後、所定の温度において、１０Ａ／Ｌ未満の漏れ電流、具体的には、所定の時間後、所定の温度において、４０％未満のキャパシタンスの減少、及び／又は、所定の時間後、所定の温度において、７５％未満のＥＳＲの増加、及び／又は、所定の時間後、所定の温度において、５Ａ／Ｌ未満の漏れ電流、具体的には、所定の時間後、所定の温度において、３０％未満のキャパシタンスの減少、及び／又は、所定の時間後、所定の温度において、５０％未満のＥＳＲの増加、及び／又は、所定の時間後、所定の温度において、１Ａ／Ｌ未満の漏れ電流）を提供する。図４７Ａ及びＢ、図４８Ａ及びＢ、及び、図４９Ａ及びＢは、１２５℃における上記列記されたもの、１２５℃における３７．５％の有機溶媒−イオン液体（同様）ｖ／ｖ、及び−４０℃における同じ組成物からのイオン液体の挙動をそれぞれ示している。
【０１４７】
理論により拘泥されることを望まないが、上述のコンビネーションは、−４０℃未満の温度まで性能及び耐久性基準内において作動するウルトラキャパシターを提供するために改良された電解液系の凝固点に影響を与える改良された共晶特性を示す。
【０１４８】
本発明の新規な電解液について上述されているように、ある態様では、改良された電解液系（ＡＥＳ）は、仮にそのような組み合わせが改良された電解液系を利用することにより達成される利点に重大な影響を与えない場合、電解液と混合されてもよい。
【０１４９】
ある態様では、改良された電解液系は、精製された改良された電解液系の使用のために本明細書において使用される。そのような精製は、当該技術分野において知られた技術もしくは本明細書において説明した技術を用いて実施してもよい。
【０１５０】
Ｂ. 電極
ＥＤＬＣは、一対の電極３（電極３は、本明細書において単に参照するために、負の電極３及び正の電極３と称する）を含む。ウルトラキャパシター１０に組み込まれるとき、それぞれの電極３は、電解質界面において二重層電荷を示す。いくつかの実施の形態において、複数の電極３が含まれる（例えば、いくつかの実施の形態において、少なくとも２対の電極３が含まれる）。しかしながら、議論のため、一対の電極３のみ示されている。本明細書において、慣行として、少なくとも一対の電極３は、エネルギー蓄積を示すために、炭素質エネルギー蓄積媒体（本明細書においてさらに議論されている）を使用する。しかしながら、本明細書において議論のため、概して、各電極は炭素質エネルギー蓄積媒体１を含むことが想定される。
【０１５１】
ｉ. 集電体
各電極３は、それぞれの集電体２（“電荷集電体”と称することもある）を含むことに留意すべきである。いつかの実施の形態において、電極３は、セパレーター５により分離されている。概して、セパレーター５は、正の電極３から負の電極３を分離するために使用される薄膜構造材料（通常、シート）である。また、セパレーター５は、複数対の電極３を分離するよう機能する。いくつかの実施の形態において、炭素質エネルギー蓄積媒体１は、一方もしくは両方の電極３に含まれなくてもよい。換言すれば、いつくかの実施の形態において、各電極３は、集電体２のみからなっていてもよい。集電体２を提供するために使用される材料は、粗面化され、陽極酸化等され、その表面領域を増加させてもよい。これらの実施の形態において、集電体２のみが、電極３として機能しうる。しかしながら、これを考慮に入れ、本明細書において使用されているように、“電極３”との用語は、概して、エネルギー蓄積媒体と集電体２との組み合わせを意味する（しかしながら、少なくとも前述の理由によりこれは限定されるものではない）。
【０１５２】
ii. エネルギー蓄積媒体
典型的なウルトラキャパシター１０において、エネルギー蓄積媒体１は、カーボンナノチューブから構成される。エネルギー蓄積媒体１は、例えば、活性炭、カーボンファイバー、レーヨン、グラフェン、エアロゲル、カーボンクロス、及び、複数の形態のカーボンナノチューブを含む他の炭素質材料を含んでいてもよい。活性化カーボンは、例えば、炭素化合物の炭化により得られた炭素材料に第１の活性化処理を実行すること、バインダーを炭素質材料に加えること、形成された本体を炭化すること、最終的に、炭化された形成された本体に対して第２の活性化処理を実行することにより、炭素質材料を生成して、製造してもよい。カーボンファイバー電極は、例えば、高い表面積のカーボンファイバーを含有するペーパーもしくはクロースプレフォームにより製造してもよい。
【０１５３】
カーボンナノチューブを製造するための典型的な方法において、配列されたカーボンナノチューブ凝集体を製造するための装置には、その表面に触媒を有するベース材料において、配列されたカーボンナノチューブ凝集体を合成させる装置が含まれる。当該装置は、触媒を取り囲む環境を、還元ガスの環境とする工程と、少なくとも触媒もしくは還元ガスのいずれかを加熱する工程と、からなる形成工程を備える形成ユニット；触媒を取り囲む環境を、未処理の材料ガスの環境とする工程と、少なくとも触媒もしくは未処理の材料ガスのいずれかを加熱する工程と、により、配列されたカーボンナノチューブ凝集体を合成する成長工程を備える成長ユニット；および少なくとも形成ユニットから成長ユニットまでベース材料を搬送する搬送ユニットを含む。他の様々な方法及び装置は、配列されたカーボンナノチューブ凝集体を提供するため、採用してもよい。
【０１５４】
いくつかの実施の形態において、エネルギー蓄積媒体１を形成するために使用される材料には、純粋な炭素（現在存在するもしくは後で開発された様々な形態のカーボン）以外の材料が含まれていてもよい。換言すれば、他の材料の様々な形成がエネルギー蓄積媒体１内に含まれていてもよい。より詳細には、非限定的な具体例として、少なくとも１つのバインダー材料をエネルギー蓄積媒体１において使用してもよい。しかしながら、これは、他の材料（バインダー材料等）を加えることを提案もしくは要求するものではない。しかしながら、概して、エネルギー蓄積媒体１は、実質的にカーボンから形成され、それゆえ、本明細書においては、“炭素質材料”、“炭素質層”と称され、他の同様の用語により称される。端的に言えば、大部分が炭素で形成されているけれども、エネルギー蓄積媒体１は、エネルギー蓄積媒体１として所望の機能意を提供するため、任意の形態のカーボン（適切もしくは許容可能とみなされる任意の添加物もしくは不純物）を含んでいてもよい。
【０１５５】
一組の実施の形態において、炭素質材料には、少なくとも約６０質量％の炭素原子を含む。他の実施の形態において、少なくとも約７５％、８５％、９０％、９５％、もしくは、９８％の炭素原子を含む。
【０１５６】
炭素質材料は、カーボンブラック、グラファイト、及び、他のもの等を含む様々な形態の炭素を含みうる。炭素質材料は、ナノチューブ、ナノロッド、シート状の、及び／又は円錐状、ロッド状、球状（バッキーボール）等に形成されたグラフェンシートを含む炭素粒子を含んでいてもよい。
【０１５７】
エネルギー蓄積媒体１において使用されるに適した様々な形態の炭素質材料のいくつかの態様が、本明細書において具体例として提供されている。これらの実施の形態は、頑丈なエネルギー蓄積装置を提供し、電極３において使用するに適している。これらの具体例は、例示であり、エネルギー蓄積媒体１において使用するに適した炭素質材料の具体例を限定するものではないことに留意すべきである。
【０１５８】
ある態様では、各電極のエネルギー蓄積媒体１の多孔率は、キャパシターの性能を改善するため、それぞれの電極の電解液のサイズに依存して選択してもよい。
【０１５９】
電極３を提供するためエネルギー蓄積媒体１を集電体２に付与する典型的なプロセスが以下与えられている。以下、図２について参照するが、カーボンナノチューブ凝集体(ＣＮＴ)の形態の炭素質材料に受け入れられる基板１４が示されている。示された実施の形態において、基板１４には、その上に配置された触媒１８の薄い層を有するベース材料１７が含まれる。
【０１６０】
概して、基板１４は、少なくともいくから可撓性を有し（すなわち、基板１４は脆弱ではない）、エネルギー蓄積媒体１（具体的には、ＣＮＴ）の析出のため環境に耐えうる成分から構成される。例えば、基板１４は、約４００℃〜約１,０００℃の高温環境に耐えることができる。様々な材料が、適切と決定された基板１４のために使用してもよい。
【０１６１】
以下、図３を参照する。エネルギー蓄積媒体１（具体的には、ＣＮＴ）を基板１４上に形成した後、集電体２を、その上に配置してもよい。いくつかの実施の形態において、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）の厚さを有する。いくつかの実施の形態においては、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）の厚さを有する。集電体２は、化学気相成長法（ＣＶＤ）、スパッタリング、電子ビーム、熱蒸着もしくは他の適切な技術により、適用される層等の薄層としての外形を有していてもよい。概して、集電体２は、導電性等のその特性のために選択され、電気化学的に不活性であり、エネルギー蓄積媒体１（具体的にはＣＮＴ）と相溶性を有する。いくつかの典型的な材料には、アルミニウム、プラチナ、金、タンタル、チタンが含まれ、他の材料、並びに、様々な合金が含まれていてもよい。
【０１６２】
集電体２がエネルギー蓄積媒体１（具体的にはＣＮＴ）の上に配置されると、電極エレメント１５が実現される。各電極エレメント１５をそれぞれ電極３として使用してもよく、電極３を提供するため、少なくとも他の電極エレメントと接合されてもよい。
【０１６３】
一旦、集電体２が所望の基準にしたがって作製されると、作製後処理を開始してもよい。典型的な後処理には、わずかな酸化環境において、エネルギー蓄積媒体１（具体的には、ＣＮＴ）の加熱及び冷却が含まれる。製造（及び任意の後処理）後、移送ツールを集電体２に適用してもよい。図４が参照されている。
【０１６４】
図４は、移送ツール１３を集電体２に適用することが例示されている。この具体例において、移送ツール１３は、“乾燥”移送方法において使用される熱解放テープである。典型的な熱解放テープは、カリフォルニア、プレモント、及び、日本、大阪の日東電工により製造されている。一の適切な移送テープは、リバアルファ（登録商標）として市販されている。この解放テープは、室温においてタイトに接着し、加熱により剥離されうる接着テープとして特徴づけられうる。このテープ、及び、他の適切な態様の熱解放テープは、予め決定された温度において解放されうる。好ましくは、解放テープは、電極エレメント１５上の化学的に活性な残留物を残さない。
【０１６５】
“ウェット”移送方法と称される他のプロセスにおいて、化学的解放のために設計されたテープを使用してもよい。一旦塗布されると、テープはその後溶媒中に浸漬することにより除去される。当該溶媒は、接着剤を溶解するように設計されている。
【０１６６】
他の態様では、移送ツール１３は、例えば集電体２に真空を適用すること等、“空気式”方法を用いる。真空は、例えば、真空を発生させるための複数の穴を有するローラーを介して適用される。真空駆動の具体例は、消費材料は移送プロセスの一部として使用されないため、電気的に制御され、経済的であるという利点を提供する。移送ツール１３の他の具体例を使用してもよい。
【０１６７】
一旦移送ツール１３が一時的に集電体２に接続されると、電極エレメント１５は、基板１４から徐々に除去される（図４、５参照）。当該除去には、概して、エネルギー蓄積媒体１（具体的にはＣＮＴ）を基板１４から剥離すること、基板１４及びエネルギー蓄積媒体１（具体的にはＣＮＴ）の一の端部において開始することが含まれる。
【０１６８】
その後、移送ツール１３は、電極エレメント１５から分離されてもよい（図６参照）。いくつかの実施の形態において、移送ツール１３は、電極エレメント１５を導入するために、使用される。例えば、移送ツール１３は、電極エレメント１５をセパレーター５上に配置するために使用してもよい。概して、一旦基板１４から除去されると、電極エレメント１５は使用に供される。
【０１６９】
大きな電極３が望まれるいくつかの例において、複数の電極エレメント１５が一体化されてもよい。図７について参照する。図７において示されているように、複数のエレメント１５が、例えば、カップリング５２を複数の電極エレメント１５の各電極エレメント１５に接続することにより、一体化させてもよい。一体化された電極エレメント１５は、電極３の具体例を提供する。
【０１７０】
いくつかの実施の形態において、カップリング２２は、溶接部２１において各電極エレメント１５と接合されている。各溶接部２１は、超音波溶接部２１として提供されてもよい。超音波溶接技術は、特に、各溶接部２１を提供することに適していることが分かってきた。すなわち、概して、エネルギー蓄積媒体１（具体的には、ＣＮＴ）の凝集体は、溶接部と相溶性を有しない。溶接部においては、本明細書において開示されたような名目上の集電体のみが用いられる。結果として、電極エレメント１５を接合するための多くの技術は、破壊的であり、エレメント１５に損傷を与える。しかしながら、他の実施の形態において、他の態様のカップリングが使用され、カップリング２２は溶接部２１でない。
【０１７１】
カップリング２２は、薄膜、メッシュ、複数のワイヤー、もしくは、他の形態であってもよい。概して、カップリング２２は、導電性等の特性、及び、電気化学的に不活性であることから選択される。いつかの実施の形態において、カップリング２２は、集電体２に存在するものと同じ材料から製造される。
【０１７２】
いくつかの実施の形態において、カップリング２２は、その酸化物層を除去することにより調製される。酸化物は、例えば、溶接部２１を提供する前に、カップリング２２をエッチングすることにより除去してもよい。エッチングは、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）により完成されてもよい。電極３は、ウルトラキャパシター１０の様々な態様で使用されてもよい。例えば、電極３は、”ゼリーロール”タイプのエネルギー蓄積装置内に巻回されていてもよい。
【０１７３】
Ｃ. セパレーター
セパレーター５は、様々な材料から製造してもよい。いくつかの実施の形態において、セパレーター５は、不織布のガラスである。セパレーター５は、グラスファイバー、セラミックス、及び、例えば、ドイツ、ウィルミントンのデュポンケミカルによりテフロン登録商標として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製造されていてもよい。例えば、不織布のガラスを使用して、セパレーター５は、主要なファイバーと、主要なファイバーのそれぞれのものより小さなファイバー直径をそれぞれ有し、主要なファイバーを一体に結合させるバインダーファイバーとを含んでいてもよい。
【０１７４】
ウルトラキャパシター１０の長寿命化のため、そして、高温において性能を確保するため、セパレーター５は、不純物の量が減少し、特に、その中に含まれる水分の量が非常に限定されているべきである。特に、化学反応を減少させ、ウルトラキャパシター１０の寿命を改善し、高温のアプリケーションにおいて良好な性能を提供するため、約２００ｐｐｍの制約が望まれる。セパレーター５において使用される材料のいくつかの具体例には、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）、ガラスファイバー、及び、ガラス強化プラスティック（ＧＲＰ）が含まれる。
【０１７５】
概して、セパレーター５のために使用される材料は、水含有量、多孔率、融点、不純物含有量、結果として得られる電気的性能、厚さ、コスト、入手可能性等に従って、選択される。
【０１７６】
したがって、各セパレーター５から過剰な水分を排除することを確実なものとするための手続を採用してもよい。他の技術の中で、真空乾燥手続を用いてもよい。セパレーター５において使用される材料の選択が表１に示されている。いくつかの関連する性能データが表２に与えられている。
【表１】
2015515741.tif 000004
【表２】
2015515741.tif 000005
【０１７７】
表２についてデータを収集するため、炭素質材料に基づく２つの電極３を提供した。電極３は、互いに逆方向に向き合って配置されていた。セパレーター５のそれぞれは、短絡を防止するため、電極３の間に配置された。その後、２つの構成要素が電解液６により湿潤され一体として真空引きされた。２つのアルミニウムバーとＰＴＦＥ材料とを外部構造として使用し、結果として得られたウルトラキャパシター１０を梱包した。
【０１７８】
ＥＳＲの最初のテスト、及び、ＥＳＲの２番目のテストを同じ構成で順次行った。２番目のテストは、最初のテストの後５分間行った。さらに、構成要素に湿潤させるため、電解液６のため時間を残した。
【０１７９】
ある実施の形態において、ウルトラキャパシター１０は、セパレーター５を含まない。例えば、構造の配置による物理的分離の電極３が想定される特定の実施の形態において、電極３間に電解液６のみを有するだけで十分である。さらに詳細には、及び、物理的分離の具体例として、ある一つのウルトラキャパシター１０は、分離が、連続する基板上において想定されるようにハウジング内に配置されている電極３を含んでいてもよい。卓上サンプルは、ビーカー内に与えられたウルトラキャパシター１０を含むであろう。
【０１８０】
Ｄ. 蓄積セル
一旦組み立てられると、電極３及びセパレーター５は、蓄積セル１２を提供する。概して、蓄積セル１２は、編まれた形態もしくは角柱の形態のいずれかで形成され、その後、円柱状もしくは角柱状のハウジング７で梱包される。一旦、電解液６が含まれると、ハウジング７は、密閉されてもよい。様々な具体例において、パッケージは、レーザー、超音波、及び／又は、溶接技術を利用する技術により密閉される。蓄積セル１２の頑丈な物理的保護を与えることに加えて、ハウジング７は、ハウジング７内の各端子８と電気的に連通させるために外部のコンタクトを用いて構成されている。それぞれの端子８は、概して、エネルギー蓄積媒体１に接続されている電気リードを介した、エネルギー蓄積媒体１に蓄積されているエネルギーの電気的アクセスを提供する。
【０１８１】
概して、本明細書において開示されたウルトラキャパシター１０は、約５．０×１０−６ａｔｍ−ｃｃ／秒以下のリーク速度を有し、約５．０×１０−１０ａｔｍ−ｃｃ／秒以下のリーク速度を示しうる気密密閉材を提供することができる。良好に気密された密閉材の性能は、ユーザー、設計者、もしくは製造者により適切と判断され、”気密された”は、ユーザー、設計者、製造者、もしくは、他の関係者により規定されるスタンダードを究極的には意味すると考えられる。
【０１８２】
リーク検出は、例えば、トレーサーガスを使用することにより行ってもよい。リークテストのため、ヘリウム等のトレーサーガスを使用することは、ドライで、速くて、正確で、及び、非破壊的な方法であるため、望ましい。この技術のある具体例において、ウルトラキャパシター１０は、ヘリウムの環境に置かれる。ウルトラキャパシター１０は、圧力が加えられたヘリウムに供される。その後、ウルトラキャパシター１０は、ヘリウムの存在をモニターすることができる検出器（例えば原子吸着ユニット等）に接続される真空チャンバー内に配置される。加圧時間、圧力、及び、内部体積を知った上で、ウルトラキャパシター１０のリーク速度を決定してもよい。
【０１８３】
いくつかの実施の形態において、少なくとも１つのリード（本明細書において”タブ”とも称される）は、集電体２の一つに電気的に接続されている。複数のリード（したがってウルトラキャパシター１０の極性に対するリード）は、一体化され、各端子８に接続されていてもよい。反対に、端子８は、”コンタクト”と称される電気的アクセス（ハウジング７及び外部電極（本明細書において慣行として”フィードスルー”もしくは”ピン”とも称される）のいずれか一方）に接続されていてもよい。図２８、３２〜３４を参照している。
【０１８４】
Ｅ. ハウジング
図１１は、典型的なハウジング７の外形を示している。他の事項の中で、ハウジング７は、ウルトラキャパシター１０のための構造及び物理的保護を与える。この具体例において、ハウジング７は、環状に円柱状に形成された本体２０及び補助的なキャップ２４を含む。この具体例においては、キャップ２４は、除去され電気的絶縁体２６で充填されている中央部を有する。キャップ状のフィードスルー１９は、ユーザーに、蓄積されたエネルギーへのアクセスを提供するため、電気的絶縁体２６を貫通する。さらに、ハウジングは、また、内部バリアー３０を有していてもよい。
【０１８５】
この具体例は、キャップ２４上において一つのフィードスルー１９のみを示しているけれども、ハウジング７の構造は、本明細書において開示された具体例に限定されないことを認識すべきである。例えば、キャップ２４は、複数のフィードスルー１９を含んでいてもよい。いくつかの実施の形態において、本体２０は、環状の円柱の反対の端部において同様の第２のキャップ２４を有する。さらに、ハウジング７は、環状の円柱形状の本体２０を有する具体例に限定されないことを理解すべきである。例えば、ハウジング７は、クラムシェルデザイン、角柱デザイン、ポーチ、もしくは、設計者、製造者、もしくは、ユーザーのニーズに適した他の任意のデザインであってもよい。
【０１８６】
以下、図１２を参照すると、典型的なエネルギー蓄積セル１２が示されている。この具体例において、エネルギー蓄積セル１２は、”ゼリーロール”タイプのエネルギー蓄積装置である。これらの実施の形態において、エネルギー蓄積材料は巻回されタイトなパッケージに入れられている。複数のリードは、概して、各端子８を形成し、エネルギー蓄積セル１２の適切な層への電気的なアクセスを提供する。概して、組み付けられたとき、各端子８は、電気的に、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、直接ハウジング７に）接続される。エネルギー蓄積セル１２は、様々な形態を取ってもよい。概して、少なくとも２つのリード（具体的には、端子８）が存在し、各集電体２について一つである。簡単のため、端子８の一つのみが図１２、１５、１７に示されている。
【０１８７】
極めて高い気密性のハウジング７が望ましい。すなわち、外部環境（例えば、空気、湿気等）の侵入を抑制することは、エネルギー蓄積セル１２の構成要素の純度を維持することを助力する。さらに、これは、エネルギー蓄積セル１２から電解液６が漏れるのを抑制する。
【０１８８】
この具体例において、本体２０の内部直径とぴったりフィットさせるために設計されている外部直径を有するキャップ２４が製造される。組み立て時、キャップ２４は、本体２０に溶接されてもよい。そのため、ユーザーに気密性密閉材を提供する。典型的な溶接技術には、レーザー溶接及びＴＩＧ溶接が含まれ、適切と認められる他の形態の溶接が含まれていてもよい。
【０１８９】
ハウジング７のための共通の材料には、ステンレススチール、アルミニウム、タンタル、ニッケル、銅、錫、様々な合金、積層体等が含まれる。いくつかのポリマーベース材料等の構造材料をハウジング７に（概して少なくともいくつかの金属成分と一緒に）使用してもよい。
【０１９０】
いくつかの実施の形態において、本体２０を作製するために使用される材料には、アルミニウムが含まれる。このアルミニウムは、設計者もしくは製造者により適切であると認められた任意のタイプのアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含みうる（これらの全てが、広く、本明細書において単に”アルミニウム”と称される）。様々な合金、積層体等が、アルミニウム（当該アルミニウムは、本体２０の内部に配置されている）上に（具体的には、これを覆うように）配置されていてもよい。本体及び／又はハウジング７を補助するため、付加的な材料（例えば、いくつかのポリマーベース材料等の構造材料もしくは電気的絶縁性材料等）を使用してもよい。同様に、アルミニウム上に配置された材料は、設計者もしくは製造者により適切であると認められたものにより選択されてもよい。
【０１９１】
いくつかの実施の形態において、多層材料が内部コンポーネントのために使用される。例えば、少なくとも１つの端子８において複数の材料を提供するため、アルミニウムはステンレススチールで被覆されていてもよい。これらの実施の形態のうちいくつかにおいて、アルミニウムの一部は、ステンレススチールを露出させるためにアルミニウムを除去してもよい。単純な溶接法を用いることにより端子８をフィードスルー１９に取り付けるため、露出されたステンレススチールをその後使用してもよい。
【０１９２】
内部コンポーネントのためクラッド材料を使用することは、クラッド材料の特定の具体例を要求しうる。例えば、アルミニウム（下層）、ステンレススチール及び／又はタンタル（中間層）及びアルミニウム（上層）を含むクラッド材料を用いることは有益であろう。これは、ウルトラキャパシター１０の内部環境にステンレススチールをさらすことを抑制する。これらの実施の形態は、例えば、ＰＥＦＥ等のポリマー材料で付加的に被覆することにより議論してもよい。
【０１９３】
したがって、多層材料を利用するハウジング７を提供することは、比較的低い初期値及び実質的に遅い漏れ電流の増加を従来技術と照らして長時間有し、漏れ電流を示すエネルギー蓄積装置を提供する。重大なことであるが、エネルギー蓄積装置の漏れ電流は、ウルトラキャパシター１０が常温にさらされるとき、実用的な（すなわち、できるだけ低い）レベルに維持される。従来のキャパシターは、長期に亘り、非常に大きな初期値の漏れ電流、及び／又は、非常に急速な漏れ電流の増加を示すであろう。
【０１９４】
さらに、ウルトラキャパシター１０は、ハウジング７とエネルギー蓄積セル１２との間の反応が減少した結果、他の利益を示しうる。例えば、エネルギー蓄積の実効直列抵抗（ＥＳＲ）は、長時間に亘って、比較的低い値を示しうる。さらに、従来技術のキャパシターにおいて起こりうる望ましくない化学反応は、通常、ガス発生、もしくは、気密密閉されたハウジングの場合においてハウジング７の膨張等の望ましくない結果をもたらす。両方の場合において、これは、ハウジング７の構造的完全性及び／又はエネルギー蓄積の気密シールの毀損をもたらす。これらの結果は、開示のバリアーを適用することにより実質的に減少もしくは排除されるであろう。
【０１９５】
多層材料（クラッド材料）を使用することにより、ステンレススチールをハウジング７に組み込んでもよく、ガラス−金属密閉材を有するコンポーネントを使用してもよい。当該コンポーネントは、レーザーもしくは抵抗溶接等の技術を用いることによりクラッド材料のステンレススチールサイドに溶接してもよい。一方、クラッド材料のアルミニウムサイドを他のアルミニウムパーツ（具体的には、本体２０）と溶接させてもよい。
【０１９６】
いくつかの実施の形態において、絶縁性ポリマーを使用して、ハウジング７の部分を被覆してもよい。このようにして、エネルギー蓄積の構成要素を許容可能なタイプの金属（例えば、アルミニウム）のみにさらされることを確実なものとすることが可能である。典型的な絶縁性ポリマーには、ＰＦＡ、ＦＥＰＴＦＥ及びＰＴＦＥが含まれる。適切なポリマー（もしくは他の材料）は、システム設計者もしくは製造者のニーズ及び各材料の特性のみにより制限される。図２３を参照する。図２３においては、少量の絶縁性材料３９がスリーブ５１のステンレススチール及びフィードスルー１９に対して電解液６をさらすことを制限するために含まれている。この具体例において、端子８は、例えば溶接等によりフィードスルー１９に接続され、その後、絶縁材料３９で被覆される。
【０１９７】
i. ハウジングキャップ
この具体例は、キャップ２４上に一のフィードスルー１９のみが示されているけれども、ハウジング７の構造は、本明細書において開示された具体例により制限されないことを認識すべきである。例えば、キャップ２４は、複数のフィードスルー１９を含んでいてもよい。いくつかの実施の形態において、本体２０は、環状円柱体の反対側の端部において同様の第２のキャップ２４を含む。さらに、ハウジング７は、環状円柱状に形成された本体２０を有する具体例に限定されないことは認識すべきである。例えば、ハウジング７は、クラムシェルデザイン、角柱デザイン、ポーチ、もしくは、設計者、製造者、もしくは、ユーザーのニーズに適している任意の他のデザインであってもよい。
【０１９８】
以下、図１８を参照する。キャップ２４のためのブランク３４の具体例の外形が示されている。図１８Ａにおいて、ブランク３４は、多層材料を含む。第１材料４１の層は、アルミニウムであってもよい。第２材料４２は、ステンレススチールであってもよい。図１８の実施の形態において、ステンレススチールは、アルミニウムを被覆している。それにより、金属特性の所望の組み合わせを示す材料が提供される。すなわち、本明細書において与えられる実施の形態において、アルミニウムは、エネルギー蓄積セルの内部（すなわち、ハウジング）にさらされ、一方、ステンレススチールは外部にさらされる。このようにして、アルミニウムの好ましい電気的特性が享受され、ステンレススチールの構造特性（及び、溶接可能性等の金属特性）が、製造のため信頼されている。多層材料は、適切と認められる付加的な層を含んでいてもよい。
【０１９９】
上述したように、第１の材料４１の層は、第２の層４２の層を覆っている（もしくは、第２の層４２により覆われている）。図１８Ａを参照すると、ある実施の形態にいて、フラットキャップ２４を作製するため、シート状のフラットストック（不図示）が使用されブランク３４を与える。キャップ２４を本体２０に取り付けることを容易にするため、第２の材料４２の層の一部を（例えば、キャップ２４の外周の周りにおいて）除去してもよい。図１８Ｂにおいて、ブランク３４の他の具体例が示されている。この具体例において、ブランク３４は、クラッド材料のシートとして与えられ、これは、凹状に形成されている。図１８Ｃにおいて、ブランク３４は、クラッド材料のシートとして与えられ、これは、凸状に形成されている。様々な態様のブランク３４（図１８に示されたもの等）から製造されているキャップ２４は、ハウジング７の本体２０に対する溶接をサポートするように構成されている。より詳細には、図１８の形態が、本体２０の内径内にフィットするように適用され、一方、図１８Ｃの形態が、本体２０の外径を超えてフィットするように適用されている。様々な代替の実施の形態において、シート内のクラッド材料の複数の層を反転させてもよい。
【０２００】
以下、図１９を参照する。電極アセンブリー５０の具体例が示されている。電極アセンブリー５０は、ブランク３４にインストールされるように、及び、エネルギー蓄積媒体からユーザーへの導通を提供するように設計されている。概して、電極アセンブリー５０は、スリーブ５１を含む。スリーブ５１は、絶縁体２６を囲み、これは、フィードスルー１９を囲む。この具体例において、スリーブ５１は、フランジが付された上部を有する環状の円柱体である。
【０２０１】
キャップ２４を組み立てるため、ブランク３４に穴（不図示）が形成されている。穴は、電極アセンブリー５０と一致する大きさに形成されている外形を有する。したがって、電極アセンブリー５０は、ブランク３４の穴に挿入される。一旦電極アセンブリー５０が挿入されると、電極アセンブリー５０は、溶接等の技術によりフランク３４に固定されてもよい。溶接は、スリーブ５１のフランジの外周の周りにおいて溶接するレーザー溶接であってもよい。図２０を参照すると、溶接が実行される点６１が示されている。この実施の形態において、点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ための適切な位置、比較的簡単な溶接法を提供する。したがって、本明細書における教示により、ブランク３４において、電極アセンブリー５０を適切な場所に溶接することができる。
【０２０２】
スリーブ５１を作製するための材料には、様々なタイプの金属もしくは金属合金を含んでいてもよい。概して、スリーブ５１のための材料は、例えば、構造完全性及び（ブランク３４に対する）ボンディング性にしたがって選択される。スリーブ５１のための典型的な材料には、３０４ステンレススチールもしくは３１６ステンレススチールが含まれる。フィードスルー１９を作製するための材料には、様々なタイプの金属もしくは金属合金が含まれていてもよい。概して、フィードスルー１９のための材料は、例えば、構造完全性及び電気伝導度にしたがって選択される。電極のための典型的な材料には、４４６ステンレススチールもしくは５２合金が含まれる。
【０２０３】
概して、絶縁体２６は、既知の技術（具体的には、ガラス−金属ボンディング）を介してスリーブ５１及びフィードスルー１９と接合される。絶縁体２６を作製するための材料には、以下に制限される訳ではないが、様々なタイプのガラスが含まれていてもよい。これには、高温ガラス、セラミックガラス、もしくはセラミック材料が含まれる。概して、絶縁体のための材料は、例えば、構造完全性及び電気抵抗（すなわち、電気的絶縁特性）にしたがって選択される。
【０２０４】
ガラス−金属接合に依存するコンポーネント（例えば、電極アセンブリー５の前述の具体例等）を使用すること、並びに、様々な溶接技術を使用することは、エネルギー蓄積の気密シールを提供する。同様に、気密シールを提供するために、他のコンポーネントを使用してもよい。本明細書において使用されているように、“気密密閉（気密シール）”なる用語は、概して、本明細書において規定されているもの以下のリーク速度を示す密閉を意味する。しかしながら、実際のシール有効性は、このスタンダードよりもよく機能しうると考えられる。
【０２０５】
電極アセンブリー５０をブランク３４に接続するための付加的なもしくは他の技術には、そのような技術が適当であると考えられるときは、スリーブ５１のフランジの下において（フランジと第２の材料４２の層との間において）接着剤を使用することが含まれる。
【０２０６】
以下、図２１を参照する。エネルギー蓄積セル１２は、本体２０内に配置される。少なくとも１つの端子８は、（例えば、フィードスルー１９に対して）適切に接続されている。そして、キャップ２４は、ウルトラキャパシター１０を提供するため、本体２０と一体化されている。
【０２０７】
一旦組み立てられると、キャップ２４及び本体２０は密閉されてもよい。図２２は、組み立てられたエネルギー蓄積装置（この場合、ウルトラキャパシター１０）の様々な実施の形態を示している。図２２Ａにおいて、フラットなキャップ２４を作製するために、フラットなブランク３４（図１８Ａ参照）が使用されている。キャップ２４が本体２０上に設置されると、キャップ２４及び本体２０は、密閉材６２を作製するために溶接される。この場合、本体２０は、環状の円柱体であるため、溶接は、密閉材６２を提供するため、本体２０及びキャップ２４の周りに進展する。第２の実施の形態において、図２２Ｂにおいて示されているように、凹状のキャップ２４を作製するために、凹状のブランク３４（図１８Ｂ参照）が使用される。一旦、キャップ２４が本体２０上に設置されると、密閉材６２を作製するため、キャップ２４と本体２０とは溶接される。第３の実施の形態においては、図２２Ｃに示されているように、凸状のキャップ２４を作製するため、凸状のブランク３４（図１８Ｃ参照）を使用される。一旦、キャップ２４が本体２０上に設置されると、密閉材６２を作製するため、キャップ２４と本体２０とは溶接されてもよい。
【０２０８】
必要に応じて、多層材料において他の金属を露出するため、（例えば、機械加工、もしくは、エッチング等の技術により）クラッド材料を除去してもよい。したがって、いくつかの実施の形態において、密閉材６２には、アルミニウム−アルミニウム溶接が含まれていてもよい。アルミニウム−アルミニウム溶接は、必要に応じて、他のファスナーにより補完されてもよい。
【０２０９】
他の技術を使用してハウジング７を密閉してもよい。例えば、レーザー溶接、ＴＩＧ溶接、抵抗溶接、超音波溶接、及び、他の形態の機械的密閉材を使用してもよい。しかしながら、概して、ウルトラキャパシター１０において提供される頑強な気密密閉材を提供するため、伝統的な形態の機械的密閉材だけでは十分ではないことに留意すべきである。
【０２１０】
以下、図２４を参照する。そのアセンブリーの外形において、キャップ２４の他の態様が示されている。図２４Ａは、キャップ２４の本体を提供するために使用されるテンプレート（すなわち、ブランク３４）を示す。概して、テンプレートは、適当なタイプのエネルギー蓄積セル（例えば、ウルトラキャパシター１０等）のハウジング７と一体化される大きさで形成されている。キャップ２４は、最初、テンプレートを形成するテンプレートを提供し、当該テンプレート（図２４Ｂに図示）内にドーム３７を含め、その後、ドーム３７に穴を開けてスルーウェイ３２（図２４Ｃ図示）を提供することにより形成してもよい。勿論、ブランク３４（具体的には、ストックの円状片）を押圧し、もしくは反対に上述の特性が同時に提供されるように製造してもよい。
【０２１１】
概して、及び、これらの実施の形態に関して、キャップは、アルミニウム、もしくはその合金から形成されていてもよい。しかしながら、キャップは、製造者、ユーザー、設計者等により適切であると認められる任意の材料により形成されていてもよい。例えば、キャップ２４は、スチールから製造され、不動態化され（すなわち、不活性のコーティングで被覆され）、もしくは反対にハウジング７において使用するために調製される。
【０２１２】
以下、図２５を参照すると、電極アセンブリー５０の他の実施の形態が示されている。これらの実施の形態において、電極アセンブリー５０は、フィードスルー１９及びフィードスルー１９の周りに配置された半球形状の材料を含む。この半球形状の材料は、絶縁体２６として機能し、概して、ドーム３７に一致させるため、半球形状に成形されている。半球状の絶縁体２６は、電解液６の化学的な影響に耐えつつ、気密密閉材を提供するための適切な材料から製造されていてもよい。典型的な材料には、ＰＦＡ(パーフルオロアルコキシポリマー)、ＦＥＰ(フッ素化されたエチレンプロピレン)、ＰＶＦ(ポリビニルフルオライド)、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)、（様々な程度で）同様の特性を示し、十分な性能を（例えば、他の事項の中で、高い温度、低いコスト等で、溶媒、酸、及び、塩基に対する高い抵抗を示すことにより）提供する任意の他の材料を含んでいてもよい。
【０２１３】
フィードスルー１９は、アルミニウム、もしくは、その合金により形成されてもよい。しかしながら、フィードスルー１９は、製造者、ユーザー、設計者等が適当であると認められる任意の材料から形成されてもよい。例えば、フィードスルー１９は、スチールから製造され、不動態化され（すなわち、シリコン等の不活性コーティングにより被覆され）、もしくは、反対に、電極アセンブリー５０において使用するために調製されてもよい。不動態化のための典型的な技術には、基板の表面上に水素化されたアモルファスシリコンのコーティングを積層すること、実効的な時間長さの間、圧力及び上昇させた温度の下、少なくとも１つの不飽和炭酸水素基を有する結合剤の基板を露出することによりコートされた基板を機能化することが含まれる。水素化されたアモルファスシリコンコーティングは、実効的な時間長さの間、圧力及び上昇させた温度の下、水素化ケイ素ガスに対して基板を露出することにより析出される。
【０２１４】
半球状の絶縁体２６は、キャップ２４に組み付けられたときぴったりフィットさせること（すなわち、気密シール）が達成されるように、ドーム３７に比較した大きさで形成されていてもよい。半球状の絶縁体２６は、完全に対象である必要はなく、最上級の半球体特性を有すればよい。すなわち、半球状の絶縁体２６は、実質的に半球状であり、例えば、割合をわずかばかり調整すること、最適なフランジ（例えば、ベースにおいて）、及び、適切と認められる他の特徴が含まれる。半球状の絶縁体２６は、概して、単一の材料から形成されるが、しかしながら、これは必須ではない。例えば、半球状の絶縁体２６は、所望の拡張もしくは圧縮性を提供するため、その中に空気もしくはガスにより充填されたトーラス（不図示）が含まれていてもよい。
【０２１５】
図２６に示されているように、電極アセンブリー５０は、半球状の気密密閉材を含むキャップ２４の実施の形態を提供するため、テンプレート（すなわち、形成されたブランク３４）内に挿入してもよい。
【０２１６】
図２７に示すように、様々な実施の形態において、リテイナー４３は、キャップ２４の下面（すなわち、ハウジング７の内面と対向し、エネルギー蓄積セル１２と対向するキャップ２４の一部）に結合されていてもよいし、もしくは、反対にこれと一体化されていてもよい。リテイナー４３は、アルミニウム溶接（例えば、レーザー、超音波等）の様々な技術を介してキャップ２４に接合されていてもよい。例えば、スタンピング（すなわち、機械的接合）、及び、ろう付け等を含む他の技術をボンディングのために使用してもよい。例えば、リテイナー４３の外周に沿って接合してもよい。概して、ボンディングは、所望の密閉材７１を作製するため、少なくとも１つの接合点に提供される。複数のリベット等少なくとも１つの固定具を使用して、リテイナー４３内において絶縁体２６を密閉してもよい。
【０２１７】
図２７の具体例において、キャップ２４は、凹状デザインのものである（図１８Ｂ参照）。しかしながら、他のデザインを使用してもよい。例えば、凸状キャップ２４を提供してもよく（図１８Ｃ）、オーバー−キャップ２４を使用してもよい（図１８Ｃの実施の形態のバリエーションである。これは、図２２Ｃに示すように載置されるように構成されている）。
【０２１８】
キャップ及びフィードスルー１９のために使用される材料は、半球状絶縁体２６の熱拡散の観点から選択されてもよい。さらに、熱拡散のため、製造技術を改良してもよい。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に圧力を加え、それにより、半球状の絶縁体２６を少なくとも僅かだけ圧縮してもよい。このようにして、気密シールの毀損なく、キャップ２４をいくらか熱拡散させる。
【０２１９】
組み立てられたウルトラキャパシターをさらに明らかにするため、図２８を参照のこと。ここでは、ウルトラキャパシター１０の断面図が示されている。この具体例においては、蓄積セル１２が挿入され、本体２０内に含まれている。複数のリードのそれぞれは、一体に結束され、一の端子８としてハウジング７に接続されている。いくつかの実施の形態において、複数のリードが本体２０の下面に（内部において）結合され、それにより、本体２０を負のコンタクト５５とする。同様に、他の複数のリードを結束し、フィードスルー１９に接合して、正のコンタクト５６を提供してもよい。負のコンタクト５５及び正のコンタクト５６の電気的遮蔽は、電気的絶縁体２６により維持される。概して、リードを接合することは、少なくとも１つのレーザー及び超音波溶接等の溶接により達成される。勿論、適当と認められる他の技術を使用してもよい。
【０２２０】
ii. 内部バリアー（内部障壁）
以下、図１３を参照すると、ハウジング７は、内部バリアー３０を含んでいてもよい。いくつかの実施の形態において、バリアー３０は、コーティングである。この具体例において、バリアー３０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から構成される。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、この組成をバリアー３０に適したものにする様々な特性を示す。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の摩擦係数を有し（これは、任意の既知の固体材料の最も低いものの３分の１である）、高い耐食性、及び、他の有益な特性を有する。概して、キャップ２４の内部は、その上に配置されたバリアー３０を含んでいてもよい。
【０２２１】
バリアー３０には他の材料を使用してもよい。これらの中で、他の材料は、セラミックの形態（適切に適用され性能基準を満たしうる任意のタイプのセラミック）、他のポリマー（好ましくは高温ポリマー）等である。典型的な他のポリマーには、パーフルオロアルコキシ(ＰＦＡ)及びフッ素化されたエチレンプロピレン(ＦＥＰ)並びにエチレンテトラフルオロエチレン(ＥＴＦＥ)が含まれる。
【０２２２】
バリアー３０は、エネルギー蓄積セル１２と、ハウジング７もしくはハウジング７の構成要素との間の電気化学反応もしくは他のタイプの反応を減少させる任意の材料もしくは材料の組み合わせが含まれていてもよい。いくつかの実施の形態において、この組み合わせは、単一の層内における異なる材料の均質分散として明らかにされる。他の実施の形態において、この組み合わせは、複数の層内において材料を相違させることとして明らかにされる。端的に言えば、バリアー３０は、少なくとも１つの電気的絶縁体であり、化学的に不活性（すなわち、低い反応性を示す）であり、それゆえ、蓄積セル１２とハウジング７との間の電気的及び化学的な相互作用の少なくとも一方に対して実質的に抵抗もしくは遅らせる。いくつかの実施の形態において、”低い反応性”及び”低い化学反応性”なる用語は、概して、関係者にとって懸念のレベル未満の化学的相互作用の速度を意味する。
【０２２３】
概して、ハウジング７の内部は、バリアー３０に収容され、内部にさらされるハウジング７の全表面が被覆されていてもよい。少なくとも１つの未処理領域３１が、本体２０内に含まれていてもよいし、キャップ２４の外表面３６の上に含まれていてもよい（図１４Ａ参照）。いくつかの実施の形態において、未処理領域３１、（例えば、溶接により）シールされもしくは接続された領域等が、アセンブリー要求を満たすため、含まれていてもよい。
【０２２４】
バリアー３０は、従来の技術を用いて内部の箇所に適用されてもよい。例えば、ＰＴＦＥの場合、バリアー３０は、コーティングとして内部表面にバリアー３０をペイントすること、もしくは、スプレーすることにより適用してもよい。未処理領域３１が所望の完全性を保持することを確実なものとするため、プロセスの一部としてマスクを使用してもよい。端的に言えば、様々な技術を用いてバリアー３０を提供してもよい。
【０２２５】
典型的な実施の形態において、バリアー３０は、約３ミリ〜約５ミリの厚さを有する。一方、バリアー３０のために使用される材料はＰＦＡ系材料である。この具体例において、バリアー３０を構成する材料を受けるための表面は、酸化アルミニウム等とのグリットブラスティングにより調製される。一旦表面が洗浄されると、材料が、最初液体として塗布され、その後、粉末として塗布される。当該材料は、熱処理プロセスにより硬化される。いくつかの実施の形態において、加熱サイクルは、約３７０℃の温度において、期間については約１０分〜約１５分である。これにより、ピンホールサイズの欠陥もしくはそれより小さい欠陥が実質的に存在しないバリアー３０まで連続仕上げを行うことができる。図１５は、本明細書における教示にしたがってある態様のウルトラキャパシター１０を組み立てることを示している。この実施の形態において、ウルトラキャパシター１０は、そこに配置されたバリアー３０と、そこに配置された、バリアー３０を有するキャップ２４と、エネルギー蓄積セル１２と、を備える本体２０を含む。組み立ての間、キャップ２４は、本体２０の上に設置される。端子８の第１のものは、キャップフィードスルー１９に電気的に接合され、一方、端子８の第２のものは、典型的には、下面、側面、もしくは、キャップ２４において、ハウジング７と電気的に接続されている。いくつかの実施の形態において、端子８の第２のものは、（例えば、反対のキャップ２４等の）他のフィードスルー１９に接続されている。
【０２２６】
ハウジング７の内面に配置されたバリアー３０により、ハウジング７と電解液との間の電気化学的及び他の反応が非常に大きく減少し、もしくは、実質的に排除される。これは、化学的及び他の反応の速度が概して増加するより高温において特に重要である。
【０２２７】
以下、図１６を参照する。他の同様のウルトラキャパシターと比較した、ウルトラキャパシター１０の相対的性能が示されている。図１６Ａにおいて、ウルトラキャパシター１０の従来技術の具体例についての漏れ電流が示されている。図１６Ｂにおいて、バリアー３０を備える同様のウルトラキャパシター１０についての漏れ電流が示されている。図１６Ｂにおいて、ウルトラキャパシター１０は、図１６Ａにおいて漏れ電流が示されているウルトラキャパシターと電気的に等価である。両方のケースにおいて、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、電解液は精製されていなかった。温度を１５０℃において一定に保持した。特に、図１６Ｂの漏れ電流は、長時間に亘って、比較的低い初期値を示し、実質的に増加を示さない。一方、図１６Ａにおける漏れ電流は、長時間に亘って、比較的高い初期値を示し、実質的な増加を示している。
【０２２８】
概して、バリアー３０は、エネルギー蓄積セル１２とハウジング７との間の適切な材料の適切な厚さを与える。バリアー３０は、均一の混合物、不均一の混合物、及び／又は、少なくとも１つの層の材料を含んでいてもよい。バリアー３０は、完全なカバー（すなわち、電極コンタクトを除く、ハウジングの内部表面領域のカバーを提供する）もしくは、部分的なカバーを提供してもよい。いくつかの実施の形態において、バリアー３０は、複数のコンポーネントから構成されてもよい。例えば、以下に表し、図８において例示された実施の形態を検討のこと。
【０２２９】
図１７を参照すると、付加的な実施の形態の外形が示されている。いくつかの実施の形態において、エネルギー蓄積セル１２は、エンベロープ７３内に積層されている。すなわち、エネルギー蓄積セル１２は、その上に配置されたバリアー３０を有し、その上を覆うようにラップされ、もしくは、反対に、一旦組み立てられると、エネルギー蓄積セル１２をハウジング７から分離するために適用される。エンベロープ７３は、エネルギー蓄積セル１２をハウジング７にパッケージするよりかなり前に適用してもよい。それゆえ、エンベロープ７３の使用は、例えば製造者等にある利点を示すかもしれない。（説明のため、エネルギー蓄積セル１２上に緩く配置されているエンベロープ７３が示されていることに留意すべきである）。
【０２３０】
いくつかの実施の形態において、エンベロープ７３は、コーティングとともに使用される。コーティングは、内表面の少なくとも一部上に配置される。例えば、ある態様では、コーティングは、エンベロープ７３が少なくとも部分的に損傷されうる（例えば、突出する端子８である）領域のみにおいて、ハウジング７の内部に配置されている。エンベロープ７３及びコーティングは、一緒に、効果的なバリアー３０を形成する。
【０２３１】
したがって、バリアー３０を組み込むことにより、従来技術に比して、長時間、漏れ電流が比較的低い初期値を有し、漏れ電流において実質的により遅い増加を示すウルトラキャパシターを提供しうる。重要なことであるが、ウルトラキャパシターの漏れ電流を、ウルトラキャパシターが、常温にさらされるとき、実用的な（すなわち、できるだけ低い）レベルに維持される。常温においては、従来技術のキャパシターは、長時間に亘って、漏れ電流の初期値が極めて大きく、及び／又は、漏れ電流において極めて急速な増加を示すであろう。
【０２３２】
バリアー３０の実施の形態、及びその様々な側面を開示するため、ハウジング７とエネルギー蓄積媒体１との間の減少した反応の結果、ウルトラキャパシター１０は他の利点を示しうると認識されるべきである。例えば、ウルトラキャパシター１０の実効直列抵抗（ＥＳＲ）は、長時間に亘って、比較的低い値を示しうる。さらに、従来技術のキャパシターにおいて起こる不所望の化学反応は、通常、ガス発生、もしくは、気密密閉されたハウジングの場合は、ハウジングの膨張等の不所望の効果をもたらす。両方のケースにおいて、これは、ハウジングの構造完全性及び／又はキャパシターの気密シールの毀損をもたらす。究極的には、これは、従来技術のキャパシターのリークもしくは破滅的故障をもたらしうる。いくつかの実施の形態において、これらの効果は、開示されたバリアー３０を適用することにより、実質的に減少し、もしくは、排除されうる。
【０２３３】
”バリアー”及び”コーティング”なる用語は、本明細書における教示の限定と認識すべきではない。すなわち、適切な材料をハウジング７、本体２０、及び／又は、キャップ２４の内部に対して取り付けるための任意の技術を使用してもよい。例えば、他の実施の形態において、バリアー３０は、ハウジング本体２０を構成する材料内にもしくはその上に実際組み込まれる。その後、当該材料は、適切に加工され、もしくは、成形され、ハウジング７の様々なコンポーネントが形成される。バリアー３０を適用するための多くの可能な技術のいくつかを検討する際、ロールオンすること、スパッタリングすること、焼成すること、積層すること、印刷すること、もしくは、反対に、材料を塗布することの同様に適切である。端的には、バリアー３０は、製造者、設計者、及び／又は、ユーザーにより適当と認められた任意の技術を用いて適用してもよい。
【０２３４】
バリアー３０において使用される材料は、反応度、誘電値、融点、ハウジング７の材料への接着性、摩擦係数、コスト、他のそのようなファクター等の特性にしたがって、選択することができる。材料の組み合わせ（例えば、多層化された、混合された、もしくは、反対に組み付けられた）を使用して、所望の特性を提供してもよい。
【０２３５】
いくつかの実施の形態においては、バリアー３０を有するもの等、向上したハウジング７を使用することは、改良された電解液系の劣化を制限しうる。バリアー３０は、向上したハウジング７を提供するための１つの技術を示しているけれども、他の技術を用いてもよい。例えば、アルミニウムから作製されたハウジング７は、電解液６の存在下におけるアルミニウムの電気化学的特性のため、好適であろう。しかしながら、アルミニウムの製造における困難を前提として、アルミニウムを利用するハウジング７の具体例を製造することは（現在まで）可能ではなかった。
【０２３６】
ハウジング７の付加的な態様には、全ての内部表面に対してアルミニウムを示すものが含まれる。内表面は、ハウジングを溶接し気密密閉する能力をユーザーに提供しつつ、電解液にさらされうる。ウルトラキャパシター１０の改良された性能は、減少した内部腐食、伝導性媒体における異種金属を使用することに関連する問題をなくすこと、及び、他の理由により、達成してもよい。好適には、ハウジング７は、入手可能な電極挿入等の現存する技術を用いる。これは、ガラス−金属密閉材を含み（ステンレススチール、タンタル、もしくは、他の好適な材料及び成分から製造されたものを含みうる）、それゆえ、製造することが経済的である。
【０２３７】
本明細書において、ウルトラキャパシター１０に適したハウジング７の具体例として開示されているけれども、これらの具体例は、（バリアー３０と同様に）適当と認められる任意のタイプのエネルギー蓄積装置とともに使用してもよい。例えば、電気化学的バッテリー、特に、リチウムベースのバッテリーを含む他の形態のエネルギー蓄積装置を使用してもよい。
【０２３８】
概して、ハウジング７の内部にさらされる材料は、電解液６、すなわち、本発明の改良された電解液系にさらされるとき、十分に低い反応性を示す。これは、実施の形態のいくつかを単に例示したものであり、本明細書の教示を制限するものではない。
【０２３９】
Ｆ. 一般的なキャパシターの製造のためのファクター
ウルトラキャパシター１０の製造における考慮の重要な側面は、良好な化学的衛生状態を維持することである。構成要素の純度を確保するため、いくつかの実施の形態では、活性炭素、カーボンファイバー、レーヨン、カーボンクロス、及び／又は、ナノチューブが、真空環境下、高温で乾燥させる。これらは、２つの電極３のためのエネルギー蓄積媒体１を構成する。セパレーター５は、また、真空環境下、高温で乾燥される。電極３及びセパレーター５が真空下乾燥すると、５０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満の水を有する環境下において、最終密閉材もしくはキャップを有しないハウジング７内に梱包される。キャップがされていないウルトラキャパシター１０は、例えば、約１００℃〜約３００℃の温度範囲に亘って、真空下において、乾燥させてもよい。一旦、最終乾燥が完了すると、電解液６が加えられ、ハウジング７は、比較的乾燥した環境（約５０ｐｐｍ未満の水分を有する環境等）において密閉される。勿論、他の組み立て方法を用いてもよく、前述の事項は、ウルトラキャパシター１０の典型的な側面のみを提供する。
III. 本発明の方法
不純物を減少させ、本発明に係る装置を作製するのに有用な本発明のある方法が以下本明細書に記載されている。精製のそのような方法は、本発明の任意の改良された電解液系に付加的に適用可能である。
Ａ. 不純物を減少させる方法
i. ＡＥＳ 混入物質
【０２４０】
ある態様では、本発明に係る改良された電解液系(ＡＥＳ)は、混入物質を除去するため、また、本明細書において記載された所望の向上された性能特性を提供するため、精製される。例えば、本開示は、ＡＥＳを精製する方法を提供する。当該方法は、第１の混合物を提供するため、水を改良された電解液系と混合する工程と、前記第１の混合物を分離する工程と、前記第１の混合物から改良された電解液系を収集する工程と、第２の混合物を提供するため、収集された液体に溶媒を加える工程と、第３の混合物を提供するため、第２の混合物に炭素を混合する工程と、精製された改良された電解液系を得るため、第３の混合物から改良された電解液系を分離する工程と、を備える。概して、当該プロセスは、電解液を選択し、制御された条件下、脱イオン化された水、並びに、活性炭素を加えることを要求する。この脱イオン化水並びに活性炭は、その後除去され、それにより、電解液は実質的に精製される。精製された電解液は、他の事項の中で、ウルトラキャパシターにおいて使用されるに適している。
【０２４１】
この方法は、本発明の高純度の改良された電解液系（ＡＥＳ）を確実なものとするため、使用してもよい。本プロセスは、特定のパラメータ（量、定式化、時間等）の観点から表されているけれども、このプレゼンテーションは、電解液を精製するためのプロセスを単に典型的な且つ例示するものであって、それを制限するものではない。
【０２４２】
例えば、本発明は、さらに、次の１以上の工程もしくは特徴を含んでいてもよい：第１の混合物を加熱する工程；分離することは、水及びＡＥＳが実質的に分離されるまで第１の混合物を乱されない状態に保たせることを含む；溶媒を加えることには、ジエチルエーテル、ペントン、シクロペントン、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、及びクロロホルムの少なくとも一種を加えることを含む；炭素を混合することには、炭素粉末を混合することが含まれる；炭素を混合することには、第３の混合物を実質的に一定に撹拌することが含まれる；ＡＥＳを分離することには、第３の混合物から炭素を濾過すること、及び、第３の混合物から溶媒を蒸発させることの少なくとも一方を含む。
【０２４３】
電解液を精製するためのプロセスの第１の工程において、電解液６（いくつかの実施の形態においては、イオン液体）は、脱イオン水と混合され、その後、いくらかの期間、中程度の温度まで昇温される。コンセプトの証明において、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℃の一定温度まで昇温し、一定の（１２０回転／分（ｒｐｍ）の）撹拌に供した。
【０２４４】
第２の工程において、イオン液体と脱イオン水との混合物は、分離が可能にされる。この具体例において、当該混合物は、通風筒を介して、移送され、約４時間滞在することが可能とされる。
【０２４５】
第３の工程において、イオン液体を収集する。この具体例において、下部に混合物の水の相が存在し、上部にイオン液体が存在する。イオン液体の相は、他のビーカーに移送される。
【０２４６】
第４の工程において、溶媒をイオン液体と混合した。この具体例において、約２５ミリリットル（ｍｌ）の体積のエチルアセテートをイオン液体と混合した。この混合物は、再度、中程度の温度まで昇温し、ある程度の時間、撹拌させた。
【０２４７】
溶媒としてエチルアセテートを使用しているけれども、溶媒は、ジエチルエーテル、ペントン、シクロペントン、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、クロロホルムもしくはそれらの任意の組み合わせ、並びに、適切な性能特性を示す他の材料の少なくとも１つであってもよい。所望の性能特性のいくつかには、非極性の溶媒、並びに、高い程度の揮発性のものが含まれる。
【０２４８】
第５の工程において、炭素粉末をイオン液体と溶媒との混合物に加える。この具体例において、約２０質量％（ｗｔ％）の（約０．４５μｍの直径の）炭素をこの混合物に加えた。
【０２４９】
第６の工程において、イオン液体を再度混合した。この具体例において、炭素粉末を含む混合物をその後約７０℃において一晩一定の撹拌（１２０ｒｐｍ）に供した。
【０２５０】
第７の工程において、炭素とエチルアセテートとをイオン液体から分離した。この具体例において、炭素は、ガラスマイクロファイバーフィルターとともにブフナー滴定装置を用いて分離した。多段濾過（３段）を実行した。炭素粒子の実質的にすべてを除去するため、収集されたイオン液体は、その後、０．２マイクロメートルシリンジフィルターを通過させた。この具体例において、その後、回転蒸発を採用することにより、溶媒をイオン液体から分離した。詳細には、イオン液体のサンプルは、温度を７０℃〜８０℃まで増加させつつ、撹拌され、１００℃において終了した。蒸発は、それぞれの温度において、約１５分間実行した。
【０２５１】
電解液を精製するプロセスは、非常に効果的であることが証明された。サンプルのイオン液体について、水分含有量は、オハイオ州コロンバスのメトラー―トレド株式会社により提供される滴定装置（モデルナンバー：ＡＱＣ２２）を用いた滴定により測定した。ハロゲン化物含有量は、ローデアイランド、ウッドソケットのハンナ装置により提供されるＩＳＥ装置（モデルナンバー：ＡＱＣ２２）により測定した。ＩＳＥ装置のための標準的な溶液は、ハンナから得られ、ＨＩ４００７−０３（１,０００ｐｐｍ塩化物スタンダード）、ＨＩ４０１０−０３（１,０００ｐｐｍフッ化物スタンダード）、ＨＩ４０００−００（ハロゲン化物電極についてＩＳＡ）、及び、ＨＩ４０１,０００（フッ化電極のみについてＴＩＳＡＢ溶液）が含まれていた。測定を実行する前において、ＩＳＥ装置は、０．１、１０、１００及び１,０００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）の標準を用いて、標準溶液で較正し、脱イオン水で混合した。ＩＳＡ緩衝液は、Ｃｌ−イオンの測定のための１：５０の割合で標準に加えた。結果を表３に示す。
【表３】
2015515741.tif 000006
【０２５２】
４つのステッププロセスを用いてハロゲン化物イオンを測定してもよい。まず、Ｃｌ−及びＦ−イオンを脱イオン化水中において測定した。次に、０．０１Ｍのイオン液体溶液を脱イオン化水で調製した。その後、Ｃｌ−及びＦ−イオンを当該溶液中で測定した。その後、当該溶液中のイオンの量から水中のイオンの量を差し引くことにより、ハロゲン化物の含有量の概算値を決定した。
【０２５３】
また、漏れ電流の分析を介して電解液コンタミネーション成分に関して精製スタンダードを試験した。図９は、ウルトラキャパシター１０における精製されていない電解液についての漏れ電流を示している。図１０は、同様に構成されたウルトラキャパシター１０における精製されていない電解液についての漏れ電流を示している。一見して理解されるように、初期漏れ電流において実質的に減少し、測定インターバルの後の部分において漏れ電流が緩やかに減少する。表４に、各具体例の製造についてのより多くの情報が与えられている。
【表４】
2015515741.tif 000007
【０２５４】
ウルトラキャパシター１０の抵抗及びキャパシタンスの安定性の改善を含む他の利点が達成される。
【０２５５】
漏れ電流は、数多くの方法により決定してもよい。定性的には、漏れ電流は、一旦装置が平衡状態に達すると、当該装置内に引き込まれる電流と考えられる。実際、概して、漸近的に近づくだけである平衡状態として実際の漏れ電流を概算することが、常にもしくは殆ど常に必要である。そのため、所定の測定における漏れ電流は、ウルトラキャパシター１０に引き込まれる電流を測定することにより概算することができ、一方、ウルトラキャパシター１０は、比較的長い時間、実質的に固定された電圧に保持され、実質的に固定された常温にさらされている。いくつかの例において、比較的長い時間は、指数関数として、電流時間関数を近似し、その後、いくつかの（具体的には、約３〜５の）特性時間定数の線を引くことにより決定してもよい。通常、そのような期間は、多くのウルトラキャパシター技術について、約５０時間から約１００時間におよぶ。別の態様では、任意の理由にとって実用的でない場合、再度、漏れ電流が、ことによると、指数関数、もしくは、適当と認められる任意の近似関数として、電流時間関数を近似することにより、外挿してもよい。とりわけ、漏れ電流は、概して、大気温度に依存するであろう。そのため、ある温度、もしくは、ある温度範囲において、装置の性能を特徴づけるため、概して、漏れ電流を測定する際、目的の大気温度に装置をさらすことが重要である。
【０２５６】
特定の温度において容積漏れ電流を減少させる１つのアプローチは、その温度における作動電圧を減少させることである。特定の温度において容積漏れ電流を減少させる他のアプローチは、ウルトラキャパシターのボイドの体積を増加させることである。また、漏れ電流を減少させるさらに別のアプローチは、電極３においてエネルギー蓄積媒体１の負荷を減少させることである。
【０２５７】
電解液及びイオン液体の精製のための実施の形態のいくつかの側面を開示しているが、様々な態様を実現することができることを認識すべきである。さらに、様々な技術を実用化してもよい。例えば、工程、工程の順番等を調整してもよい。
【０２５８】
ii. 水／水分含有量及び除去
密閉されたウルトラキャパシター１０のハウジング７は、開口されていてもよく、蓄積セル１２は、不純物のため、サンプリングされる。水含有量は、セル１２からの電極、セパレーター、及び電解液のためのカールフィッシャー法を用いて測定してもよい。３つの測定を行い、平均を取ってもよい。
【０２５９】
概して、ウルトラキャパシター内において混入物質を特徴づけるための方法には、その含有量にアクセルするため、ハウジング７を破壊すること、含有量をサンプリングすること、及び、サンプルを分析することが含まれる。本明細書の他の箇所において開示された技術を上記特徴づけをサポートして使用してもよい。
【０２６０】
ウルトラキャパシター、及び、電極、電解液、及び、セパレーター、を含む、他の構成要素内において不純物を正確に実行することを確実なものとするため、組み立て及び分解を適当な環境、例えば、グローブボックス内の不活性な環境において実行してもよいことに留意すべきである。
【０２６１】
ウルトラキャパシター１０内の水分含有量を（電解液及び不純物の質量及び体積について５００パーツパーミリオン（ｐｐｍ）まで、１,０００ｐｐｍまで）減少させることにより、ウルトラキャパシター１０は、広い温度範囲に亘って、より効率的に作動しうる。漏れ電流（ＶＬ）は、その温度範囲及び電圧範囲内では１０アンペア／リットル未満である。
【０２６２】
ある実施の形態において、特定の温度において、漏れ電流(Ｉ／Ｌ)は、７２時間、定格電圧（すなわち、最大定格作動電圧）においてウルトラキャパシター１０の電圧を一定に維持することにより測定される。この期間内において、温度を、特定の温度において、比較的一定に維持される。測定期間の最後に、ウルトラキャパシター１０の漏れ電流を測定する。
【０２６３】
いくつかの実施の形態において、ウルトラキャパシター１０の最大電圧速度は、室温において約４Ｖである。高温（例えば、２１０℃を超える）においてウルトラキャパシター１０の性能を確保するためのアプローチは、ウルトラキャパシター１０の電圧速度を低下（すなわち、減少）させることである。例えば、より高い温度における長いオペレーション期間を達成できるように、電圧速度は、約０．５Ｖを下回るように調整してもよい。
【０２６４】
Ｂ. ウルトラキャパシターの製造方法
他の実施の形態において、本発明は、ハウジング内に、エネルギー蓄積媒体を含むエネルギー蓄積セルを配置する工程と、ウルトラキャパシターが、約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲内の温度において作動するように製造されるように、改良された電解液系（ＡＥＳ）でハウジングを充填する工程と、を有するウルトラキャパシターの製造方法を提供する。
【０２６５】
ある特定の実施の形態において、ＡＥＳは、新規な電解液エンティティ（ＮＥＥ）を含む。例えば、ＮＥＥは、高温ウルトラキャパシターにおいて使用されるに適している。ある実施の形態において、ウルトラキャパシターは、約８０℃〜約２１０の温度範囲内のある温度、例えば、約８０℃〜約１５０℃の温度範囲内の温度において作動するように構成されている。
【０２６６】
ある特定の実施の形態において、ＡＥＳは、高度に精製された電解液を含む。例えば、当該高度に精製された電解液は、高温ウルトラキャパシターにおける使用に適している。ある実施の形態において、ウルトラキャパシターは、約８０℃〜約２１０℃の温度範囲、例えば、約８０℃〜約１５０℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている。
【０２６７】
ある特定の実施の形態において、ＡＥＳは、向上した電解液コンビネーションを含む。例えば、当該向上した電解液コンビネーションは、高温及び低温のウルトラキャパシターの両方における使用に適している。ある実施の形態において、ウルトラキャパシターは、約−４０℃〜約１５０℃の温度範囲、例えば、約−３０℃〜約１２５℃の温度範囲内のある温度において作動するように構成されている。
【０２６８】
ある態様では、製造されたウルトラキャパシターは、本明細書のセクションIIにおいて記載されたウルトラキャパシターである。上述したように、既知のエネルギー蓄積装置の現存する電解液を超える利点は、以下の１以上の改良から選択される：減少した全抵抗、増加した抵抗の長期安定性、増加した全キャパシタンス、増加したキャパシタンスの長期安定性、増加したエネルギー密度、増加した電圧安定性、減少した気圧、それぞれのキャパシターについて幅広い温度範囲パフォーマンス、それぞれのキャパシターについての増加した温度耐性、増加した製造容易性、及び改良された費用効果。
【０２６９】
ある実施の形態において、配置することには、さらに、電極、セパレーター、リード、組み立てられたエネルギー蓄積セル及びハウジングの少なくとも１つを含むウルトラキャパシターの構成要素を予め処理して、その中の水分を減少させる工程を含む。特定の実施の形態において、予め処理することは、約１００℃〜約１５０℃の温度範囲に亘って実質的に真空下において選択された構成要素を加熱することを含む。予め処理することには、約１５０℃〜約３００℃の温度範囲に亘って実質的に真空下において選択された構成要素を加熱することを含んでいてもよい。
【０２７０】
ある実施の形態において、配置することには、実質的に不活性な環境下において実行される。
【０２７１】
ある態様では、製造することには、電解液との低い化学的反応性を示す、ハウジングのための内面接触物質を選択することが含まれる。これは、ハウジングの内日の実質的に一部に内面接触物質を含めることをさらに有していてもよい。内面接触物質は、アルミニウム、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)、フッ素化された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)、及び、セラミック材料の少なくとも１つから選択してもよい。
【０２７２】
ある実施の形態において、製造することには、ハウジングを多層材料から形成することが含まれる。例えば、多層材料からハウジングを形成することには、ハウジングの外部に溶接可能な材料を配置することが含まれる。
【０２７３】
ある態様では、製造することには、ハウジングのためのキャップ及び本体の少なくとも一方を製造することが含まれる。この製造することには、ハウジングから絶縁された絶縁体及び電極を含む密閉材をハウジングに配置することを含んでいてもよい。さらに、密閉材を配置することには、ガラス−金属密閉材を配置すること、具体的には、ハウジングの外表面に対するガラス−金属密閉材を溶接することを含んでいてもよい。特定の実施の形態において、密閉材を配置することには、半球状の密閉材を配置することを含む。
【０２７４】
ある実施の形態において、製造することには、充填を提供するために、ハウジング内においてフィルポートを配置することが含まれる。
【０２７５】
ある態様において、作製する方法は、さらに、エネルギー蓄積セルを作製すること、具体的には、エネルギー蓄積媒体に集電体を接続することにより電極を得ること、具体的には、少なくとも１つのリードを電極に接続することを含んでいてもよい。ある実施の形態において、少なくとも１つのリードを電極に接続することには、少なくとも１つの参照マークを電極に配置することを含む。ある実施の形態において、少なくとも１つのリードを電極に接続することには、それぞれの参照マークにおいて各リードを配置することが含まれる。ある実施の形態において、少なくとも１つのリードを接続することには、集電体からエネルギー蓄積媒体を除去することが含まれる。ある態様では、少なくとも１つのリードを接続することには、集電体に対してリードを超音波溶接することが含まれる。
【０２７６】
電極は、また、エネルギー蓄積媒体を集電体に接続することにより製造された複数の電極構成要素を接続することにより得られてもよい。複数の電極構成要素は、１つの電極構成要素の集電体、及び、他の電極構成要素の集電体に接合構成要素を超音波溶接することにより接合してもよい。
【０２７７】
ある態様では、エネルギー蓄積セルを作製することには、少なくとも２つの電極間にセパレーターを配置することが含まれる。電極のそれぞれをセパレーターと一致させることが含まれる。
【０２７８】
ある態様では、エネルギー蓄積セルを製造することには、少なくとも２つの電極と、それらの間に配置されたセパレーターとを梱包することを含む。具体的には、梱包することには、蓄積セルを巻回して、巻回された蓄積セルとすることが含まれる。
【０２７９】
ある態様では、エネルギー蓄積セルを製造することには、蓄積セルに亘ってラッパーを配置することが含まれる。
【０２８０】
ある態様では、エネルギー蓄積セルを配置することには、端子を提供するため、複数のリードを束ねることが含まれる。例えば、複数のリードを一体に束ねることには、端子を形成するために、複数のリードを一体に配列して、配列された一対のリードとすることが含まれる。ある特定の実施の形態において、当該方法は、さらに、配列された一対のリードの周りにラップを配置すること、配列された一対のリードに折り曲げ部を配置すること、ハウジングのコンタクトに、配列された一対のリードを接続することを含む。さらに、接続することには、当該コンタクトの配列された一対のリードを溶接すること、もしくは、ハウジングのコンタクトに接続させるためのジャンパー及びブリッジの一方に、配列された一対のリードを溶接することが含まれる。
【０２８１】
ある態様では、製造する方法は、さらに、ジャンパー及びブリッジの少なくとも一方をハウジングのコンタクトに電気的に接続することを含んでいてもよい。特定の実施の形態において、これは、さらに、ハウジングの内面において、コンタクト上に絶縁性材料を実質的に配置することを含んでいてもよい。
【０２８２】
ある態様では、製造する方法は、ハウジング内において、エネルギー蓄積セルを気密密閉することが含まれていてもよい。具体的には、気密密閉することには、ハウジングの構成要素を一体にパルス溶接、レーザー溶接、抵抗溶接、及びＴＩＧ溶接することが含まれる。
【０２８３】
ある態様では、製造する方法には、ハウジングを提供するため、少なくとも１つのキャップを本体と一体化することを含んでいてもよい。具体的には、当該キャップには、凹状キャップ、凸状キャップ、フラット状キャップの１つが含まれる。ある特定の実施の形態において、当該方法は、さらに、一体化を提供するため、ハウジング内において多層材料の少なくとも一部を除去することが含まれていてもよい。
【０２８４】
ある態様では、製造方法は、さらに、ＡＥＳを精製することを含んでいてもよい。
【０２８５】
ある態様では、製造方法には、さらに、充填することを提供するため、ハウジング内にフィルポートを配置することが含まれている。例えば、充填することには、ハウジング内においてフィルポート上にＡＥＳを配置することが含まれる。特定の実施の形態において、当該方法は、さらに、充填の完了時フィルポートを密閉すること、例えば、相溶性のある材料をフィルポートにフィットさせることを含む。その後、そのような材料は、他のステップにおいて、ハウジングに溶接されてもよい。
【０２８６】
ある態様では、充填の工程には、ハウジング内のフィルポート上において真空引きすることが含まれる。例えば、真空は、約１５０ミリトール未満であり、例えば、真空は、約４０ミリトール未満である。
【０２８７】
ある態様では、充填の工程には、実質的に不活性な環境において実行される。
【０２８８】
i. 製造技術
さらに、ある頑強な組み立て技術が、高い効率のエネルギー蓄積を提供するために要求されうることを認識すべきである。したがって、組み立ての技術のいくつかを以下に議論する。
【０２８９】
一旦ウルトラキャパシター１０が製造されると、それは、高温のアプリケーションにおいて使用されてもよい。漏れ電流が殆ど無いかもしくは無く、抵抗が殆ど増加しない。本明細書において記載されているウルトラキャパシター１０は、約４０℃〜２１０℃の温度において、効率的に作動しうる。当該装置の体積で標準化された漏れ電流は、全作動電圧範囲及び全作動温度範囲に亘って、装置の体積の１リットルにつき１０ミリアンペア（Ａ／Ｌ）未満であった。ある態様では、キャパシターは、約−４０℃〜約２１０℃の温度において作動可能である。
【０２９０】
概略すると、円柱状に成形されたウルトラキャパシター１０の組み立て方法が提供されている。電極３から始めて、一旦エネルギー蓄積媒体１が集電体と接続されると、各電極３が製造される。その後、複数のリードが適当な位置において各電極３と接続される。その後、複数の電極３は、配向され、適切な数のセパレーター５によりそれらの間に組み立てられて、蓄積セル１２が形成される。蓄積セル１２は、その後、円柱状に巻回され、ラッパーで固定してもよい。概して、それぞれのリードは、その後、束ねられ、各端子８が形成される。
【０２９１】
電解液６、すなわち、本発明の改良された電解液系をウルトラキャパシター１０に注入する前（例えば、蓄積セル１２の組み立ての前もしくはその後）、ウルトラキャパシター１０の各構成要素は、水分を除去するため、乾燥させてもよい。これは、分解された構成要素（すなわち、空のハウジング７、並びに、各電極３及び各セパレーター５）により実行し、その後、構成要素（例えば、蓄積セル１２等）を組み立ててもよい。
【０２９２】
乾燥は、例えば、真空環境下、高温において実行してもよい。一旦乾燥させると、蓄積セル１２は、その後、最終密閉材もしくはキャップを有しないハウジング７内に梱包されてもよい。いくつかの実施の形態において、梱包は、５０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）未満の水を含む環境において実行される。キャップが設けられていないウルトラキャパシター１０は、その後、再度乾燥させてもよい。例えば、ウルトラキャパシター１０は、約１００℃〜約３００℃の温度範囲に亘って真空下乾燥させてもよい。一旦最終乾燥が完了すると、その後、ハウジング７は、例えば、５０ｐｐｍ未満の水分を含む環境において密閉されてもよい。
【０２９３】
いくつかの実施の形態において、乾燥プロセス（”焼成”プロセスとも称される）が完了すると、当該構成要素を取り囲む環境は、不活性ガスにより充填されてもよい。典型的なガスには、アルゴン、窒素、貼りウム、及び、同様の特性を示す他のガス（並びにこれらの組み合わせ）が含まれる。
【０２９４】
概して、フィルポート（ハウジング７の表面の穴）は、ハウジング７に含まれ、もしくは、後で加えられてもよい。一旦、ウルトラキャパシター１０が、電解液系６、すなわち、本発明の改良された電解液系で充填されると、その後、フィルポートが閉じられてもよい。フィルポートを閉じることは、例えば、材料（具体的には、ハウジング７と相溶性を有する金属）をフィルポートの中もしくはフィルポートの上において溶接することにより完成されてもよい。いくつかの実施の形態において、フィルポートは、ウルトラキャパシター１０が、その後の開口、充填、閉口のため、他の環境に移されるように、充填の前に、一時的に閉じてもよい。しかしながら、本明細書において議論しているように、ウルトラキャパシター１０は、同じ環境において、乾燥され及び充填されると考えられる。
【０２９５】
ハウジング７を、所望の量の改良された電解液系で充填するため、様々な方法を使用してもよい。概して、充填プロセスを制御することは、他の事項の中から、キャパシタンスの増加、等価直列抵抗(ＥＳＲ)における減少、電解液の損失を制限することを提供しうる。真空充填方法は、ハウジング７を充填し、電解液８で蓄積セル１２を湿潤させる技術の非制限的な具体例として与えられる。
【０２９６】
しかしながら、まず、ウルトラキャパシター１０の構成要素を汚染しうる可能性を有する任意の材料がクリーンで、相溶性があり、乾燥させることを確実なものとするため、測定を行ってもよいことに留意すべきである。慣行として、”良好な衛生状態”は、アセンブリープロセス及び構成要素が汚染物質をウルトラキャパシター１０に導入しないことを確実なものとするため実行される。
【０２９７】
”真空方法”において、コンテナーが、ハウジング７の上であってフィルポートの周りに配置される。その後、電解液６、すなわち、本発明の改良された電解液系が、実質的に酸素及び水（すなわち、水分）が存在しない環境において、コンテナー内に配置される。その後、この環境において真空引きされ、ハウジングから任意の空気が引き抜かれ、それにより、同時に、電解液系６がハウジング７内に引き込まれる。その後、必要であれば、周りの環境は、不活性ガス（アルゴンガス、窒素等もしくは不活性ガスのいくつかの組み合わせ）により再充填されてもよい。ウルトラキャパシター１０は、所望の量の電解液６が引き込まれたか否かを理解するために確認してもよい。当該プロセスは、必要であれば、所望の量の電解液６がウルトラキャパシター１０に入るまで繰り返してもよい。
【０２９８】
電解液６、すなわち、本発明の改良された電解液系により充填した後、ある態様では、ウルトラキャパシター１０を密閉するため、フィルポートに材料を充填してもよい。当該材料には、例えば、ハウジング７及び電解液６と相溶性を有する金属であってもよい。ある具体例において、材料が、フィルポートに圧力嵌めされている。基本的に、フィルポートにプラグの”冷間溶接”を実行する。特定の実施の形態において、圧力嵌めが、本明細書においてさらに議論されている他の溶接技術により補助されてもよい。
【０２９９】
概して、ハウジングを組み立てることは、本体２０内に蓄積セル１２を配置すること、及び、本体２０に改良された電解液系を充填することを通常含む。他の乾燥プロセスを実行してもよい。典型的な乾燥プロセスには、蓄積セル１２を有する本体２０、及び、その中の改良された電解液系を通常は低下させた圧力下（例えば、真空下）加熱することが含まれる。一旦、十分な（任意の）乾燥工程を実行した後に、最終の組み立て工程を実行してもよい。最終工程において、内部電気接続を行い、キャップ２４を組み込み、例えばキャップ２４を本体２０に対して溶接することにより、本体２０にキャップ２４を気密密閉する。
【０３００】
いくつかの態様において、ハウジング７とキャップ２４の少なくとも一方を、複数の層が含まれる材料を含むように製造する。例えば、第１の材料層は、アルミニウムを含有し、第２の材料層は、ステンレススチールであってもよい。この具体例において、ステンレススチールは、アルミニウムの上に被覆し、それにより、金属特性の所望の組み合わせを示す材料を提供する。換言すれば、本明細書において与えられた実施の形態において、アルミニウムが、エネルギー蓄積セルの内部にさらされ、一方、ステンレススチールがその外部にさらされる。この方法では、アルミニウムの有利な電気特性が得られる一方、ステンレススチールの構造特性（及び金属特性、すなわち、溶接可能性）が、製造のために信頼に値する。多層材料は、適切と認められる付加的な層を含みうる。好適には、これは、ステンレススチールとステンレススチールとの溶接、比較的簡単な溶接法を提供する。
【０３０１】
本体２０の製造のために使用される材料にはアルミニウムが含まれるが、設計者もしくは製造者により適切と認められる任意のタイプのアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含み得る（それらの全てが本明細書においては広く”アルミニウム”と称される）。様々な合金、積層体等が、アルミニウムを覆って配置されてもよい（被覆してもよい）。（アルミニウムは、本体２０の内部にさらされる。）付加的な材料（例えば、いくつかのポリマー系材料等の構造材料もしくは電気的絶縁性の材料等）を使用して、本体及び／又はハウジング７を補助してもよい。アルミニウム上に配置された材料は、同様に、設計者もしくは製造者により適切と認められるものにより選択されてもよい。
【０３０２】
アルミニウムの使用は、必要であるわけではなく、また、要求されるわけではない。端的に言えば、設計者、製造者、もしくはユーザー等により適当と認められる任意の材料を使用する選択を与えてもよい。様々なファクター、例えば、電解液６との電気化学的相互作用の減少、構造特性、コスト等を考慮してもよい。
【０３０３】
比較的小さい体積を示すウルトラキャパシター１０の具体例は、角柱形態で製造してもよい。ウルトラキャパシター１０の電極３が互いに対向し、少なくとも一方の電極３は、ガラス−金属密閉材に対する内部コンタクトを有し、他方は、ハウジングもしくはガラス−金属密閉材に対する内部コンタクトを有する。
【０３０４】
特定のウルトラキャパシター１０の体積は、１つのハウジング内において、それらが直列もしくは並列に電気的に接続されるように、いくつかの蓄積セルを接続すること（具体的には、いくつかのゼリーロールを一体に溶接すること）により拡張してもよい。
【０３０５】
様々な実施の形態において、電源を提供するために、複数のウルトラキャパシター１０を一緒に使用することは有用である。信頼のあるオペレーションを提供するため、それぞれのウルトラキャパシター１０は、使用前に試験してもよい。様々なタイプの試験を実行するため、ウルトラキャパシター１０のそれぞれを、複数のウルトラキャパシター１０が直列もしくは並列に取り付けられた単一のセルとして試験してもよい。様々な技術により（例えば、溶接等により）接続された異なる金属を使用することは、接続のＥＳＲを減少させるとともに、接続の強度を増加させることができる。ウルトラキャパシター１０間の接続のいくつかの態様を、以下、説明する。
【０３０６】
いくつかの実施の形態において、ウルトラキャパシター１０は、２つのコンタクトを含む。この２つのコンタクトは、ガラス−金属シールピン（すなわち、フィードスルー１９）及びハウジング７の残りの全部である。複数のウルトラキャパシター１０を直列に接続した場合、通常、（円柱形態のハウジング７の場合）内部リードが最小化され、それにより抵抗が最小となるように、ハウジング７の底面間を相互接続することが望まれる。これらの態様において、相互接続の反対の端部は、通常、ガラス−金属シールピンに接続される。
【０３０７】
相互接続に関して、共通の溶接タイプには、並列チップ電極抵抗溶接機の使用が含まれる。ピンの上において相互接続の端部を整列させ、当該ピンに対する直接相互接続を溶接することにより溶接を行ってもよい。数多くの溶接を用いることは、相互接続部とピンとの間の強度を増加させ、これらの接続を強固なものとするであろう。概して、ピンに溶接する際、ピンと一体化される相互接続部の端部を成形することは、短絡を引き起こすであろう過剰な材料（ピンと重なり合う材料）が実質的に存在しないことを確実なものとするように作用する。
【０３０８】
ピンに対する相互接続部を溶接するため、反対チップ電気抵抗溶接機を使用してもよい。一方、ハウジング７の底面に対する相互接続部を溶接するために超音波溶接機を使用してもよい。含まれる金属が相溶性を有する場合は、はんだ技術を使用してもよい。
【０３０９】
相互接続部において使用される材料に関して、相互接続部に使用される一般のタイプの材料は、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、強固な界面を有するため、使用してもよい。例えば、相互接続部の抵抗を減少させるため、ニッケルに代えて、他の金属及び合金を使用してもよい。
【０３１０】
概して、相互接続部のために選択される材料は、ピンの材料、並びに、ハウジング７の材料との相溶性により選択される。典型的な材料には、銅、ニッケル、タンタル、アルミニウム、ニッケル銅クラッドが含まれる。使用されうる別の金属には、銀、金、黄銅、プラチナ及び錫が含まれていてもよい。
【０３１１】
ピン（すなわち、フィードスルー１９）がタンタルから形成されている場合等いくつかの実施の形態において、相互接続には、ショートブリッジ接続等による中間金属を使用してもよい。典型的なブリッジ接続には、タンタルのストリップが含まれる。これは、アルミニウム／銅／ニッケルのストリップをブリッジに溶接するため、反対チップ電気抵抗溶接機を使用することにより改良されてきた。その後、タンタルストリップをタンタルピンに溶接するために並列電気抵抗溶接機を使用する。
【０３１２】
ブリッジは、また、ハウジング７であるコンタクト上において使用してもよい。例えば、ニッケル片は、ハウジング７の底面に電気抵抗溶接されてもよい。その後、ニッケルブリッジに銅片が超音波溶接されてもよい。この技術は、セルの相互接続部の抵抗を減少させるのを助力する。各接続部に異なる金属を使用することは、セル間の直列に接続された相互接続部のＥＳＲを減少させうる。
【０３１３】
高温環境（すなわち、約２１０℃以下）にとって有益な頑丈なウルトラキャパシター１０の態様を記載するため、いくつかの付加的な側面を以下に提供し、及び／又は、規定する。
【０３１４】
様々な材料を、ウルトラキャパシター１０の製造において使用してもよい。もし、酸素及び水分が除外され、電解液６の漏れが抑制される場合、ウルトラキャパシター１０の完全性は必須である。これを達成するため、シーム溶接及び他の任意のシーリングポイントは、オペレーションの意図された温度範囲に亘って気密基準を満たすべきである。また、選択された材料は、改良された電解液系の生産において使用されるイオン液体及び溶媒等の他の材料との相溶性を有すべきである。
【０３１５】
いくつかの実施の形態において、フィードスルー１９は、例えば、コバール（登録商標）（ペンシルバニア、リーディングのカーペンターテクノロジーカンパニーのトレードマーク）（コバールは、真空溶解された鉄−ニッケル−コバルト低膨張合金であり、その化学組成は、正確で均一な熱拡散特性を確保するため、狭い範囲で制御される）、ニッケル５２（金属に対するガラス及びセラミック密閉材に適しているニッケル鉄合金）、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（良好な高温腐食性及び耐酸化性を提供する非加熱処理可能なフェライトステンレススチール）及びチタンの少なくとも一種の金属から形成される。
【０３１６】
上述の事項を利用するガラス−金属密閉材の本体は、３００シリーズのステンレススチール、例えば、３０４、３０４Ｌ、３１６、及び、３１６Ｌ合金から製造されてもよい。この本体は、インコネル（圧力及び熱に供される極端な環境において使用されるに適した耐酸化性及び耐食性材料であるオーステナイトニッケル−クロム系超合金）、ハステロイ（ニッケル及び様々な割合のモリブデン、クロム、鉄、銅、マグネシウム、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、炭素、及び、タングステンを含む高い耐食性を有する金属合金）等の様々なニッケル合金の１つ等の金属から構成されていてもよい。
【０３１７】
ガラス−金属密閉材におけるフィードスルー１９と周りの本体との間の絶縁材料は、典型的にはガラスである。その成分は、密閉材のそれぞれの製造者に対して独占所有権を有し、密閉材が圧縮下にあるか、調和が取れた状態にあるかに依存する。グラス−金属密閉材において他の絶縁材料を使用してもよい。例えば、その密閉材において様々なポリマーを使用してもよい。したがって、”ガラス−金属”密閉材との用語は、単に密閉材の種類を示すものであり、当該密閉材がガラスを含むべきことが意味されているわけではない。
【０３１８】
ウルトラキャパシター１０のためのハウジング７は、例えば、タイプ３０４、３０４Ｌ、３１６、３１６Ｌステンレススチールから構成されていてもよい。それらは、以下に限定される訳ではないが、１１００、３００３、５０５２、４０４３、及び、６０６１等のいくつかのアルミニウム合金から製造されていてもよい。様々な多層材料を使用してもよいし、例えば、ステンレススチールに対するアルミニウムクラッド等を含んでいてもよい。使用されうる他の非制限的な相溶性金属には、プラチナ、金、ロジウム、ルテニウム、及び、銀が含まれる。
【０３１９】
ウルトラキャパシター１０において用いられるガラス−金属密閉材の特定の具体例には、２つの異なるタイプのガラス−金属密閉材が含まれる。まず、最初のものは、ニューヨーク、エルムスフォールドにアメリカ支店を有するＳＣＨＯＴＴ産のものである。この具体例は、ステンレススチールピン、ガラス絶縁体、及び、ステンレススチール本体を使用する。第２のものは、オハイオ州、シンシナティーのハーマティックシールテクノロジー産のものである。この第２の具体例は、タンタルピン、ガラス絶縁体、及び、ステンレススチール本体を使用する。様々なサイズの様々な具体例を提供してもよい。
【０３２０】
ガラス−金属密閉材の付加的な具体例には、アルミニウム密閉材及びアルミニウム本体を使用する具体例を含む。ガラス−金属密閉材のさらに別の具体例には、エポキシ、もしくは他の絶縁性材料（例えば、セラミックスもしくはシリコン等）を使用するアルミニウム密閉材が含まれる。
【０３２１】
数多くのガラス−金属密閉材の態様は、所望のように構成されていてもよい。例えば、ハウジング及びピンの寸法、及び、ピン及びハウジングの材料は、適当に変更してもよい。ピンは、また、チューブもしくは中身の詰まったピンであってもよく、一のカバーにおいて複数のピンを有していてもよい。ピンに使用される最も一般的なタイプの材料はステンレススチール合金、銅がコアであるステンレススチール、モリブデン、プラチナ−イリジウム、様々なニッケル−鉄合金、タンタル、及び他の金属、いくつかの非伝統的な材料を使用してもよい（例えば、アルミニウム）。ハウジングは、通常、ステンレススチール、チタン、及び／又は、様々な他の材料から形成されていてもよい。
【０３２２】
ウルトラキャパシター１０の組み立てにおいて、様々な固定技術を使用してもよい。例えば、溶接に関して、様々な溶接技術を使用してもよい。以下は、それぞれのタイプの溶接を使用する溶接のタイプ及び様々な目的を例示的に列挙するものである。
【０３２３】
超音波溶接は、他の事項：アルミニウムタブを集電体に溶接接続すること；ガラス−金属シールピンに接続されたクラッドブリッジにジャンパータブを溶接接続すること；及びゼリーロールタブを一体に溶接接続することの中の事項のために使用してもよい。パルス溶接もしくは電気抵抗溶接を、他の事項：リードをカンの底部もしくはピンと溶接接続すること；リードを集電体と溶接接続すること；ジャンパーをクラッドブリッジと溶接接続すること；クラッドブリッジを端子８と溶接接続すること；リードを底部カバーと溶接接続することの中の事項のために使用してもよい。レーザー溶接を、他の事項：ステンレススチールカバーをステンレススチールカンに溶接接続すること；ステンレススチールブリッジをステンレススチールガラス−金属スチールピンに溶接接続すること；プラグをフィルポート内に溶接接続することの中の事項のために使用してもよい。ＴＩＧ溶接を、他の事項：アルミニウムカバーをアルミニウムカンに対して密閉すること；アルミニウム密閉材を適切な位置で溶接接続することの中の事項のために使用してもよい。冷間溶接（高い押圧力とともに金属を圧縮すること）を、他の事項：アルミニウムボールを圧入／フィルポートにピンで留めることによりフィルポートを密閉することの中の事項のために使用してもよい。
【０３２４】
ii. 製造のある好適な具体例
ある好適な具体例を以下本明細書において提供するが、これらは、限定を意図したものではない。
【０３２５】
ある特定の実施の形態において、図２９を参照すると、典型的な電極３の構成要素が示されている。この具体例において、電極３は、負の電極３として使用される（しかしながら、この表示は、任意であり、単に参照のためのものである）。
【０３２６】
例示から分かるように、少なくともこの実施の形態においては、セパレーター５は、概して、エネルギー蓄積媒体１（及び集電体２）より長い長さ及びより広い幅長を有する。より大きなセパレーター５を使用することにより、正の電極３を有する負の電極３の短絡に対してプロテクションを与える。また、セパレーター５において付加的な材料を使用することは、リード及び端子８の良好な電気的プロテクションを提供する。
【０３２７】
以下、図３０を参照する。図３０は、蓄積セル１２の具体例の側面を示す。この具体例において、エネルギー蓄積媒体１のレイヤースタックには、第１のセパレーター５及び第２のセパレーター５が含まれ、蓄積セル１２が、組み立てられ、巻回された蓄積セル２３となるとき、電極３は電気的に分離される。電極３及びウルトラキャパシター１０の組み立てに関し、”正の”及び”負の”なる用語は、単に任意であり、ウルトラキャパシター１０内において構成され、電荷がその中に保存される際、機能を参照することに留意すべきである。当該技術分野において一般的に採用されるこの慣例は、組み立ての前に電荷が保存されることを適用すること、もしくは、異なる電極の物理的同定のために提供される以外の他の任意の態様を暗示することを意味するものではない。
【０３２８】
蓄積セル１２を巻回する前に、負の電極３及び正の電極３を互いに整列させる。電極を整列させることにより、最も高い配列性が存在するとき、イオン伝導性のためのパス長さが概して最小化されるため、ウルトラキャパシター１０の性能は良好となる。さらに、最も高い程度の整列性を与えることにより、過剰のセパレーター５が含まれず、ウルトラキャパシター１０の効率は、結果として、毀損されない。
【０３２９】
以下、再度図３１を参照すると、蓄積セル１２の具体例が示されている。ここでは、電極３は、巻回され、巻回された蓄積セル２３となっている。セパレーター５の１つは、蓄積セル１２の最外層として存在し、エネルギー蓄積媒体１をハウジング７の内部から分離する。
【０３３０】
巻回された蓄積セル２３内の複数の最外電極を本体２０の極性と一致させるため、”極性マッチング”を採用しもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、負の電極３は、巻回された蓄積セル２３を提供するタイトにパックされたパッケージの最も外側のサイドに存在する。これらの具体例において、短絡に対して保証される。換言すれば、負の電極３が本体２０と接続される箇所において、負の電極３は、巻回された蓄積セル２３における最外の電極として配置されている。したがって、例えば、使用中におけるウルトラキャパシター１０の振動により誘発される機械的摩耗等によりセパレーター５が劣化する場合、ウルトラキャパシター１０は、巻回された蓄積セル２３における最外電極と本体２０との間の短絡の結果として劣化しないであろう。
【０３３１】
巻回された蓄積セル２３の各具体例について、少なくともセパレーター５内において、参照マーク７２が存在してもよい。この参照マーク７２は、各電極３にリードを配置することを提供するために使用されるであろう。いくつかの実施の形態において、リードを配置することは、計算することにより提供される。例えば、組み合わされたセパレーター５及び電極３についてゼリーロールの内径及び全厚を考慮することにより、各リードの設置のための位置を概算してもよい。しかしながら、参照マーク７２を使用することがより効率的、効果的であるという慣行が示されている。参照マーク７２には、例えば、セパレーター５のエッジを分割することが含まれていてもよい。
【０３３２】
概して、参照マーク７２は、蓄積セル１２をそれぞれ新たに明確にするため、採用される。換言すれば、蓄積セル１２を新たに明確にすることは、そこに存する少なくとも１つの層の異なる厚さ（前の実施の形態を超える）を要求しうるため、以前の参照マークを使用することは、少なくとも幾分不正確となりうる。
【０３３３】
概して、参照マーク７２は、ロールを、その中心からその外周まで横断する単一の放射線状のラインとして明らかにされている。したがって、リードが参照マーク７２に沿って導入される際、各リードは、残りのリードと整列している（図１０に示されている）。しかしながら、（蓄積セル１２がロールである、もしくは、ロール１２となる態様について）蓄積セル１２が展開されるとき、参照マーク７２は、複数のマーキング（図３２に示されている）であると考えられうる。慣行として、蓄積セル１２をマーキングすることの具体例もしくは外形に拘わらず、リードの組み込みのための位置を特定することは、”参照マーク７２”もしくは”一組の参照マーク７２”を決定することが含まれると考えられる。
【０３３４】
以下、図３２を参照すると、一旦参照マーク７２が（例えば、巻回された蓄積セル１２をマークすることにより）取り付けられると、各リードを導入するための導入サイトが提供される（すなわち、参照マーク７２により記載される）。一旦、各導入サイトが特定されると、任意の所定の蓄積セル１２のビルド特定のため、各導入サイトの相対位置が、蓄積セル１２の特定のビルドの付加的な例のため、繰り返してもよい。
【０３３５】
概して、各リードは、蓄積セル１２内のそれぞれの集電体２に接続される。いくつかの実施の形態において、集電体２とリードの両方が、アルミニウムにより製造される。概して、リードは、幅Ｗに亘って集電体２に接続されるが、しかしながら、リードは、幅Ｗの一部のみについて接続してもよい。当該接続は、例えば、リードを集電体２に超音波溶接接続することにより達成してもよい。接続を達成するため、エネルギー蓄積媒体１の少なくともいくつかを（適切に）除去し、各リードを適切に集電体２と接続してもよい。接続を提供するため、適切と認められる他の作製及び調整を行ってもよい。
【０３３６】
ある態様では、反対の参照マーク７３が含まれていてもよい。換言すれば、参照マーク７２が与えられているのと同様な方法で、一対の反対の参照マーク７３が作製され、反対の極性の電極が導入される。すなわち、例えば負の電極３等の第１の電極３に対してリードを導入するために参照マーク７２を使用してもよく、一方、正の電極３に対してリードを導入するために、反対の参照マーク７３を使用してもよい。巻回された蓄積セル２３が円柱状である実施の形態において、反対の参照マーク７３は、エネルギー蓄積媒体１の反対再度に配置され、（図示のように）長さに関して参照マーク７２からずれている。
【０３３７】
図３２において、参照マーク７２及び反対の参照マーク７３は、両方とも、単一の電極３の上に配置されるように示されている。すなわち、図２９は、参照マーク７２及び反対の参照マーク７３の空間的（すなわち、線形的）関係を単に例示するための具体例を示していることに留意すべきである。これは、正の電極３及び負の電極３が、エネルギー蓄積媒体１を共有することを暗示すると意味するものではない。しかしながら、参照マーク７２及び反対の参照マーク７３が蓄積セル１２を巻回しその後セパレーター５をマークすることにより配置される例において、参照マーク７２及び反対の参照マーク７３が実際に単一のセパレーター５の上に提供されてもよいことに留意すべきである。しかしながら、実際は、参照マーク７２及び反対の参照マーク７３の一対のみが任意の所定の電極３にリードを導入するために使用されるであろう。すなわち、図３２の具体例は、反対の極性を有するであろう他の電極３についてのエネルギー蓄積媒体１の他の層とともに補助されることを認識すべきである。
【０３３８】
図３３に示すように、前述の組み立て技術により、少なくとも一組の整列されたリードを含む蓄積セル１２となる。第１の組の整列されたリード９１は、巻回された蓄積セル２３を負のコンタクト５５及び正のコンタクト５６の一方に接続する際、特に有益である。一方、一組の反対の整列されたリード９２は、エネルギー蓄積媒体１を反対のコンタクト（５５、５６）に接続することを提供する。
【０３３９】
巻回された蓄積セル２３は、ラッパー９３により囲まれていてもよい。ラッパー９３は、様々な具体例において実現されていてもよい。例えば、ラッパー９３は、カプトン（登録商標）テープ（これは、ドイツ、ウィルミングのデュポンにより開発されたポリイミドフィルムである）もしくはＰＴＦＥテープとして与えてもよい。この具体例において、カプトン（登録商標）テープは、巻回された蓄積セル２３囲み、それに付着される。ラッパー９３（巻回された蓄積セル２３にスライド挿入されているタイトにフィッティングしているラッパー９３）は、接着剤を用いることなく、提供してもよい。ラッパー９３は、バッグ（巻回された蓄積セル２３を概して巻き込むもの（例えば、前で議論したエンベロープ７３等））として、より明らかにされている。これらの実施の形態のいくつかにおいて、ラッパー９３は、収縮ラップとして機能する材料を含んでいてもよく、それゆえ、巻回された蓄積セル２３の物理的な（そして、いくつかの実施の形態では、化学的な）囲みを提供してもよい。概して、ラッパー９３が、ウルトラキャパシター１０の電気化学的機能と相互作用しない材料からなる。例えば、巻回された蓄積セル２３の挿入を助力するため、ラッパー９３は、また、必要に応じて、部分的被覆を提供してもよい。
【０３４０】
いくつかの実施の形態において、負のリード及び正のリードは、巻回された蓄積セル２３の反対サイドに配置されている（ゼリーロールタイプ巻回蓄積セル２３の場合において、負の極性のためのリード及び負の極性のためのリードが直径方向について反対方向である）。概して、負の極性のリード及び正の極性のリードを巻回された蓄積セル２３の反対サイドに配置することは、巻回された蓄積セル２３の製造を容易にするため、且つ、改良された電気的分離を提供するため実行される。
【０３４１】
いくつかの実施の形態において、一旦整列されたリード９１、９２は組み立てられると、収縮ラップ（不図示）を複数の整列されたリード９１、９２の周りに配置されるように、複数の整列されたリード９１、９２のそれぞれは、（適所に）一体に束ねられる。概して、収縮ラップが、ＰＴＦＥにより形成されるが、しかしながら、任意の相溶性を有する材料を使用してもよい。
【０３４２】
いくつかの実施の形態において、一旦収縮ラップ材料が、整列されたリード９１の周りに配置されると、ウルトラキャパシター１０が組み立てられる際、整列されたリード９１は、想定されるある形状に折り曲げられる。すなわち、図３４に関し、整列されたリードは、”Ｚ”の形をとると理解されうる。”Ｚ−折り曲げ部”を整列されたリード９１、９２に与え、収縮ラップを適用した後、収縮ラップが、整列されたリード９１、９２の周りにおいて適所に収縮するように、収縮ラップを加熱し、反対に、活性化してもよい。したがって、いくつかの実施の形態において、整列されたリード９１、９２は、ラッパーにより真っ直ぐにされ、そして、保護されてもよい。Ｚ状折り曲げの使用は、エネルギー蓄積媒体１をキャップ２４内に配置されたフィードスルー１９に接続する際、特に有益である。
【０３４３】
さらに、各組の整列されたリード９１、９２（すなわち、各端子８）をそれぞのコンタクト５５、５６に接続する他の具体例が実用化されうる。例えば、ある態様では、中間リードは、各組の整列されたリード９１、９２との接続が容易となるように、フィードスルー１９及びハウジング７の一方に接続される。
【０３４４】
さらに、使用される材料は、反応性、誘電値、融点、他の材料への付着性、溶接可能性、摩擦係数、コスト、及び他のそのようなファクター等の特性にしたがって選択されてもよい。所望の特性を提供するため、（層状の、混合された、もしくは組み合わされた）材料の組み合わせを使用してもよい。
【０３４５】
iii. 特定のウルトラキャパシターの具体例
本発明の典型的なウルトラキャパシター１０の物理的な側面が、以下に示されている。以下の表において、”タブ”なる用語は、概して、前に議論された”リード”と称される；”ブリッジ”及び”ジャンパー”なる用語は、ある態様のリードを参照する（例えば、ブリッジは、フィードスルーもしくは”ピン”に接続される一方、ジャンパーは、ブリッジをタブもしくはリードに接続するのに有用である）。様々な接続を使用することにより、組み立てプロセスを容易にし、ある組み立て技術を利用する。例えば、ブリッジは、ピンに対して、レーザー溶接され、もしくは、電気抵抗溶接され、ジャンパーに対する超音波溶接により接続される。
【表５】
2015515741.tif 000008
【表６】
2015515741.tif 000009
【表７】
2015515741.tif 000010
【表８】
2015515741.tif 000011
【０３４６】
図３５〜３８は、これらの典型的なウルトラキャパシター１０の性能を示しているグラフである。図３５、３６は、１．７５ボルト、１２５℃におけるウルトラキャパシター１０の性能を示している。図３７、３８は、１．５ボルト、１５０℃におけるウルトラキャパシター１０の性能を示している。
【０３４７】
概して、ウルトラキャパシター１０は、様々な環境条件及び環境要求の下使用してもよい。例えば、端子電圧は、約１００ｍＶから１０Ｖの範囲に亘っていてもよい。外気温度は、約−４０℃から約２１０℃の範囲に亘っていてもよい。典型的な高温の外気温度は、約＋６０℃〜＋２１０℃の範囲に亘る。
【０３４８】
図３９〜４３は、典型的なウルトラキャパシター１０の性能を示す付加的なグラフである。これらの具体例において、ウルトラキャパシター１０は、閉じられたセル（すなわち、ハウジング）であった。ウルトラキャパシター１０は、１００ｍＡの充電及び放電において１０回サイクルされ、０．５ボルトにおいて充電され、抵抗測定され、１０ｍＶまで放電され、その後、１０秒放置し、その後再度サイクルされる。
【０３４９】
表１１及び１２は、ウルトラキャパシター１０のこれらの具体例について比較性能データを提供する。性能データを、図示された様々なオペレーション条件について収集した。
【表９】
2015515741.tif 000012
【表１０】
2015515741.tif 000013
【０３５０】
そのため、表９及び表１０に与えられたデータは、本明細書における教示が、極限の条件下、ウルトラキャパシターの性能を可能とすることを示している。これにしたがって製造されたウルトラキャパシターは、（約２Ｖ未満の電圧、約１５０℃未満の温度において保持されつつ）例えば、１ミリリットルの体積当たり約１ｍＡ未満の漏れ電流を示し、５００時間内において約１００パーセント未満のＥＳＲ増加を示す。ウルトラキャパシターの様々な要求（例えば、電圧及び温度）の中でトレードオフがなされるため、ウルトラキャパシターのための性能レーティング（例えば、ＥＳＲ、キャパシタンス等の増加速度）を管理してもよいし、特定のニーズを提供するために調整してもよい。前述の事項に関連して、”性能レーティング”には、概して従来の定義が与えられることに留意すべきである。当該定義は、オペレーション条件を記載するパラメーターの値に関連する。
【０３５１】
図３４〜４３は、１２５℃〜２１０℃の範囲の温度について、１−ブチル−１−メチルピロリジウム及びテトラシアノホウ酸塩を含むＡＥＳを具有する典型的なウルトラキャパシターの性能を示している。
【０３５２】
図４４Ａ及び４４Ｂは、１−ブチル−１−メチルピペリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドを含むＡＥＳを具有する典型的なウルトラキャパシターの性能データを示している。
【０３５３】
図４５Ａ及び４５Ｂは、トリヘキシルテトラデシルホスホニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドを含むＡＥＳを具有する典型的なウルトラキャパシターの性能データを示している。
【０３５４】
図４６Ａ及び４６Ｂは、ブチルトリメチルアンモニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドを含むＡＥＳを具有する典型的なウルトラキャパシターの性能データを示している。
【０３５５】
図４７Ａ及び４７Ｂは、１２５℃における、１−ブチル−１−メチルピロリジウム及びテトラシアノホウ酸塩を含むＡＥＳを具有する典型的なウルトラキャパシターの性能データを示している。
【０３５６】
図４８Ａ、４８Ｂ及び４８Ｃは、炭酸プロピレン及び１−ブチル−１−メチルピロリジウム及びテトラシアノホウ酸塩の混合物を含むＡＥＳを具有する典型的なウルトラキャパシターの性能データを示している。当該混合物は、約３７．５体積％のプロピレンカーボネートである。キャパシターは、１２５℃（図４８Ａ及び４８Ｂ）において、及び、−４０℃（図４９）において、作動する。試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩を含むＡＥＳを具有していた。
【０３５７】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドを含むＡＥＳを具有していた。
【０３５８】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロホウ酸塩を含むＡＥＳを具有していた。
【０３５９】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩を含むＡＥＳを具有していた。
【０３６０】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−ヘキシル３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩を含むＡＥＳを具有していた。
【０３６１】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−ブチル−１−メチルピロリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミドを含むＡＥＳを具有していた。
【０３６２】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−ブチル−１−メチルピロリジウムトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロリン酸塩を含むＡＥＳを具有していた。
【０３６３】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−ブチル−１−メチルピロリジウムテトラシアノホウ酸塩を含むＡＥＳを具有していた。
【０３６４】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホン酸を含むＡＥＳを具有していた。
【０３６５】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノホウ酸塩を含むＡＥＳを具有していた。
【０３６６】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム及び１−ブチル−１−メチルピロリジウム及びテトラシアノホウ酸塩を含むＡＥＳを具有していた。
【０３６７】
試験された典型的な他のウルトラキャパシターには、１−ブチル−１−メチルピロリジウム及びテトラシアノホウ酸塩及びエチルイソプロピルスルホンを含むＡＥＳを具有していた。
【０３６８】
表９において示され、本明細書の他の箇所において示されたキャパシター及びＥＳＲの測定は、一般的に既知の方法に従って行ったことに留意すべきである。まず、キャパシタンスを測定するための技術について検討する。
【０３６９】
キャパシタンスは、数多くの方法により測定することができる。一の方法には、既知の電流がウルトラキャパシターから（”放電”の間）引き出され、もしくは、ウルトラキャパシターへ（”充電”の間）供給されつつ、キャパシター端子において表示される電圧をモニターすることを含む。より詳細には、我々は、理想のキャパシターを以下の等式により管理されるという事実を利用しうる：
Ｉ＝Ｃ＊ｄＶ／ｄｔ
ここで、Ｉは、充電電流を示し、Ｃはキャパシタンスを示し、ｄＶ／ｄｔは、理想のウルトラキャパシター電圧Ｖの時間微分を示している。理想のキャパシターは、他の事項の中で、内部抵抗が零であり、キャパシタンスが電圧依存性を有するものである。充電電圧Ｉが一定の場合、電圧Ｖは時間に対して線形性を有する。そのため、ｄＶ／ｄｔは、そのラインの傾き、もしくは、デルタＶ／デルタＴとして計算することができる。しかしながら、この方法は、概して、概算であり、キャパシターの有効直列抵抗（ＥＳＲ降下）により与えられる電圧差は、キャパシタンスの計算もしくは測定において考慮されるべきである。概して、有効直列抵抗（ＥＳＲ）は、キャパシター内の散逸効果もしくは他の効果の集中した基本的概算である。キャパシターの挙動は、通常、ＥＳＲと同等の抵抗値を有する抵抗と直列に接続された理想のキャパシターを含む回路モデルに由来する。概して、これは、正確なキャパシター挙動に対して良好な概算を提供する。
【０３７０】
キャパシタンスを測定する１つの方法において、内部抵抗が実質的に電圧に依存せず、充電電流もしくは放電電流が実質的に固定されている場合、ＥＳＲ降下の影響を殆ど無視することができる。その場合、ＥＳＲ降下は、一定のものとして概算することができ、そのような一定の電流による充電もしくは放電の間、電圧の変化の計算から差し引かれる。その際、電圧の変化は、実質的に、キャパシター内に蓄えられた電荷の変化を反映している。したがって、電圧の変化は、キャパシタンスの計算を介したインジケーターと解釈されうる。
【０３７１】
例えば、定電流放電の間、一定電流Ｉは既知である。測定時間間隔デルタＴにおける放電中の電圧変化デルタＶを測定し、デルタＶ／デルタＴの比率により電流値Ｉを除することにより、キャパシタンスの概算をすることができる。Ｉは、アンペアで測定され、デルタＶがボルトで、デルタＴが秒で測定されるとき、キャパシタンスはファラッドの単位となるであろう。
【０３７２】
ＥＳＲの概算に移ると、ウルトラキャパシターの実効直列抵抗（ＥＳＲ）は、数多くの方法により測定してもよい。ある方法には、既知の電流をウルトラキャパシターから引き込む際（“放電”中）、もしくは、ウルトラキャパシターに供給する際（“充電”中）、キャパシター端子において表される電圧をモニターすることが含まれる。より詳細には、ＥＳＲは、下記式により管理されるという事実を用いてもよい：
Ｖ＝Ｐ＊Ｒ
ここで、Ｉは、ＥＳＲを実際通過する電流を示し、Ｒは、ＥＳＲの抵抗値を示し、Ｖは、ＥＳＲにより与えられる電圧差（ＥＳＲ降下）を示す。ＥＳＲは、概して、ウルトラキャパシター内の散逸特性もしくは他の特性の集中した基本的概算である。ウルトラキャパシターの挙動は、通常、ＥＳＲと同等の抵抗値を有する抵抗と直列に接続された理想のキャパシターを含む回路モデルに由来する。概して、これは、正確なキャパシター挙動に対して良好な概算を提供する。
【０３７３】
ＥＳＲを測定するある方法において、停止状態にあったキャパシター（実質的な電流で充電もしくは放電されていないもの）からの放電電流を引き込むことを開始してもよい。電圧変化がキャパシターにより表される時間間隔の間、キャパシターへの蓄積された電圧の変化が、測定された電圧変化に比較して小さいため、測定された電圧変化は、実質的に、キャパシターのＥＳＲを反映したものである。これらの条件下、キャパシターにより表された直前の電圧変化は、ＥＳＲの計算を介したインジケーターと解釈されうる。
【０３７４】
例えば、キャパシターから引き込まれた放電電流を開始する際、測定間隔デルタＴに亘って、直前の電圧変化デルタＶにより表すことができる。測定間隔デルタＴの間、既知の電流Ｉにより放電されたキャパシターのキャパシタンスＣは、測定電圧変化デルタＶと比較して小さい電圧変化を発生させる限り、ＥＳＲの概算を発生させるため、放電電流Ｉにより、時間間隔デルタＴの間のデルタＶを除してもよい。Ｉがアンペア、デルタＶがボルトで測定される場合、ＥＳＲは、オームの単位となるであろう。
【０３７５】
ＥＳＲ及びキャパシタンスの両方が大気温度に依存する。それゆえ、関連する測定は、測定の間、目的の特定の大気温度にウルトラキャパシター１０を供することをユーザーに要求する。
【０３７６】
漏れ電流の性能要求は、特定のアプリケーションにおいて普及している環境条件により概して定義される。例えば、２０ｍＬの体積を有するキャパシターに関し、漏れ電流の実用的な限界値は、１００ｍＡ未満に降下しうる。
【０３７７】
規格化されたパラメーターの名目の値は、規格化特性（具体的には、体積）により、規格化されたパラメータ（具体的には、容積漏れ電流）を掛け合わせること、もしくは、除することにより得ることができる。例えば、１０ｍＡ／ｃｃの容積漏れ電流、及び５０ｃｃの体積を有するウルトラキャパシターの名目漏れ電流は、容積漏れ電流と容積とを掛け合わせたもの５００ｍＡである。ところで、２０ミリオーム・ｃｃの容積ＥＳＲ及び５０ｃｃの体積を有するウルトラキャパシターの名目ＥＳＲは、容積ＥＳＲと容積との商０．４ミリオームである。
【０３７８】
iv. ＡＥＳを含むウルトラキャパシターについての充填効果の実験
さらに、充填プロセスがウルトラキャパシター１０をどのようにして効果あらしめるかを示すため、２つ同様のウルトラキャパシター１０を作製した。一つは、真空引きされておらず、もう一方は真空引きされていた。２つの具体例の電気的性能を表１１に示す。そのような測定の繰り返した性能により、増加した性能は、真空を提供するによりウルトラキャパシター１０を充填することにより実現されることに留意すべきである。概して、ハウジング７内の圧力は、約１５０ミリトール未満まで、より詳細には、約４０ミリトール未満まで減少することが望まれることが決定された。
【表１１】
2015515741.tif 000014
【０３７９】
真空充填技術の効率を評価するため、２つの異なるポーチセルを試験した。ポーチセルは、２つの電極３を含み、それぞれの電極３は、炭素質材料を主成分とする。各電極３は、互いに反対側に向き合って配置された。それらの間にセパレーター５を配置し、短絡を防止し、そして、全てを電解液６に浸漬させた。２つの外部タブを使用して、４つの測定ポイントを提供した。使用したセパレーター５は、ポリエチレンセパレーター５であり、当該セルは、約０．４６８ｍｌの全体積を有していた。
【０３８０】
Ｃ.ウルトラキャパシターの使用方法
本発明は、エネルギー蓄積装置、具体的には、本明細書において記載されたウルトラキャパシターの任意の及び全ての使用を意図している。これは、ウルトラキャパシターの直接の使用、もしくは、任意のアプリケーションのための他の装置においてウルトラキャパシターを使用することを含んでいてもよい。そのような使用は、製造、販売のための提供、もしくは、ユーザーにウルトラキャパシターを提供することを含むことが意図されている。
【０３８１】
例えば、ある態様では、本発明は、高温充電可能エネルギー蓄積装置(ＨＴＲＥＳＤ)、具体的には、ウルトラキャパシターを使用する方法であって、改良された電解液系(ＡＥＳ)を含むＨＴＲＥＳＤを得る工程と、ＨＴＲＥＳＤが、０．０１Ｗ／リットル〜１５０ｋＷ／リットルの初期ピーク電圧密度を示すように、ＨＴＲＥＳＤが、約−４０℃〜約２１０℃の温度範囲にある大気温度で作動するように、ＨＴＲＥＳＤにおいて電圧を維持しつつ、充電と放電とを交互に行うことによりＨＴＲＥＳＤをサイクルさせる工程と、を備える方法を提供する。ある態様では、温度範囲は、約−４０℃〜約１５０℃、約−４０℃〜約１２５℃、約８０℃〜約２１０℃、約８０℃〜約１７５℃、約８０℃〜１５０℃、もしくは、約−４０℃〜約８０℃である。ある態様では、ＨＴＲＥＳＤは、約０．０１Ｗ／リットル〜約１０ｋＷ／リットル、例えば、約０．０１Ｗ／リットル〜約５ｋＷ／リットル、例えば、約０．０１Ｗ／リットル〜約２ｋＷ／リットルの初期ピーク電圧密度を示す。他の態様では、本発明は、ウルトラキャパシターを使用する方法であって、請求項１〜８５のいずれかに記載のウルトラキャパシターであって、約１００℃〜約１５０℃の範囲内の実質的に一定の温度で保持しつつ、約１０ｍＡ／ｃｃ未満の容積漏れ電流(ｍＡ／ｃｃ)を示すウルトラキャパシターを得る工程と、約−４０℃〜約２１０℃の範囲内における実質的に一定の温度に保持しつつ、ウルトラキャパシターが、２０時間の使用後約３００パーセント未満のＥＳＲ増加を示すように、ウルトラキャパシターにおいて電圧を維持しつつ、少なくとも２回、ウルトラキャパシターの充電と放電とを交互に行うことにより、ウルトラキャパシターをサイクルさせる工程と、を備える方法を提供する。ある態様では、温度範囲は、約−４０℃〜約１５０℃、約−４０℃〜約１２５℃、約８０℃〜約２１０℃、約８０℃〜約１７５℃、約８０℃〜１５０℃、もしくは、約−４０℃〜約８０℃である。
【０３８２】
他の態様では、本発明は、ユーザーに高温再充電可能エネルギー蓄積装置を提供する方法であって、０．０１Ｗ／リットル〜１００ｋＷ／リットルの初期ピーク電力密度、及び、約−４０℃〜２１０℃の温度範囲内の大気温度にさらされたとき、少なくとも１時間、例えば、少なくとも１０時間、例えば、少なくとも５０時間、例えば、少なくとも１００時間、例えば、少なくとも２００時間、例えば、少なくとも３００時間、例えば、少なくとも４００時間、例えば、少なくとも５００時間、例えば、少なくとも１,０００時間の耐性期間を示す改良された電解液系(ＡＥＳ)を含む高温再充電可能エネルギー蓄積装置(ＨＴＲＥＳＤ)を選択する工程と、ＨＴＲＥＳＤがユーザーに提供されるように蓄積装置を配送する工程と、を備える方法を提供する。
【０３８３】
他の態様では、本発明は、ユーザーに高温再充電可能エネルギー蓄積装置を提供する方法であって、請求項１〜８５のいずれかのウルトラキャパシターであって、約−４０℃〜２１０℃の範囲の実質的に一定の温度に保持しつつ約１０ｍＡ／ｃｃ未満の容積漏れ電流(ｍＡ／ｃｃ)を示すウルトラキャパシターを得る工程と、ＨＴＲＥＳＤがユーザーに提供されるように、蓄積装置を配送する工程と、を備える方法を提供する。
【０３８４】
参照による援用 
本明細書において引用された全ての特許、公開された特許出願、及び他の文献の全内容は、本明細書において引用することにより全体として明示的に援用される。
【０３８５】
等価物
当該技術分野における当業者は、日常の実験にすぎないもの、本明細書において開示された特定の手続きに対する数多くの等価物を用いることを認識し、解明することができるであろう。そのような等価物は、本発明の技術範囲に含まれると考えられ、以下の特許請求の範囲によりカバーされる。さらに、本明細書において与えられた任意の数の範囲、もしくは、アルファベットの範囲は、これらの範囲の上限値及び下限値の両方を含むことが意図されている。さらに、少なくともある態様では、列挙された独立の具体例の簡潔なもしくは便利な方法を示すことが意図される；リストの各要素は、分離された具体例と考えるべきである。
【０３８６】
本明細書における教示は、単に、例示するものであり、本発明を限定するものではないことを認識すべきである。さらに、当該技術分野における当業者は、本発明の技術的範囲内に残りつつ、付加的な成分、構成要素、配置等を実現することができると認識するであろう。例えば、層の構造、電極、リード、端子、コンタクト、フィードスルー、キャップ等は、本明細書において開示された具体例から変更してもよい。概して、ウルトラキャパシターの構成要素、電極を使用するウルトラキャパシターは、システム設計者、製造者、オペレーター、及び／又はユーザーのニーズ、及び、任意の特定の状況において表された要求のみに限定される。
【０３８７】
さらに、様々な他の構成要素を、本明細書における教示の側面を提供するために含めてもよく、要求してもよい。例えば、付加的な材料、材料の組み合わせ、及び／又は、材料の排除を使用して、本明細書における教示の範囲内にある追加された具体例を提供してもよい。
【０３８８】
本発明は、典型的な具体例に関して記載されているが、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で様々な変更を行うことができることは理解されよう。さらに、その基本的な範囲を逸脱しない範囲で本発明の教示に対して特定の装置、状況、もしくは材料を採用するため、多くの修正が認められるであろう。そのため、本発明を実行するために考えられるベストモードとして開示された特定の実施の形態に限定されるわけではなく、本明細書に添付された特許請求の範囲により解釈されることが意図される。
【図１】
2015515741.tif 000015
【図２】
2015515741.tif 000016
【図３】
2015515741.tif 000017
【図４】
2015515741.tif 000018
【図５】
2015515741.tif 000019
【図６】
2015515741.tif 000020
【図７】
2015515741.tif 000021
【図８】
2015515741.tif 000022
【図９】
2015515741.tif 000023
【図１０】
2015515741.tif 000024
【図１１】
2015515741.tif 000025
【図１２】
2015515741.tif 000026
【図１３】
2015515741.tif 000027
【図１４Ａ】
2015515741.tif 000028
【図１４Ｂ】
2015515741.tif 000029
【図１５】
2015515741.tif 000030
【図１６Ａ】
2015515741.tif 000031
【図１６Ｂ】
2015515741.tif 000032
【図１７】
2015515741.tif 000033
【図１８Ａ】
2015515741.tif 000034
【図１８Ｂ】
2015515741.tif 000035
【図１８Ｃ】
2015515741.tif 000036
【図１９】
2015515741.tif 000037
【図２０】
2015515741.tif 000038
【図２１】
2015515741.tif 000039
【図２２Ａ】
2015515741.tif 000040
【図２２Ｂ】
2015515741.tif 000041
【図２２Ｃ】
2015515741.tif 000042
【図２３】
2015515741.tif 000043
【図２４Ａ】
2015515741.tif 000044
【図２４Ｂ】
2015515741.tif 000045
【図２４Ｃ】
2015515741.tif 000046
【図２５】
2015515741.tif 000047
【図２６】
2015515741.tif 000048
【図２７】
2015515741.tif 000049
【図２８】
2015515741.tif 000050
【図２９】
2015515741.tif 000051
【図３０】
2015515741.tif 000052
【図３１】
2015515741.tif 000053
【図３２】
2015515741.tif 000054
【図３３】
2015515741.tif 000055
【図３４】
2015515741.tif 000056
【図３５】
2015515741.tif 000057
【図３６】
2015515741.tif 000058
【図３７】
2015515741.tif 000059
【図３８】
2015515741.tif 000060
【図３９】
2015515741.tif 000061
【図４０】
2015515741.tif 000062
【図４１】
2015515741.tif 000063
【図４２】
2015515741.tif 000064
【図４３】
2015515741.tif 000065
【図４４Ａ】
2015515741.tif 000066
【図４４Ｂ】
2015515741.tif 000067
【図４５Ａ】
2015515741.tif 000068
【図４５Ｂ】
2015515741.tif 000069
【図４６Ａ】
2015515741.tif 000070
【図４６Ｂ】
2015515741.tif 000071
【図４７Ａ】
2015515741.tif 000072
【図４７Ｂ】
2015515741.tif 000073
【図４８Ａ】
2015515741.tif 000074
【図４８Ｂ】
2015515741.tif 000075
【図４９】
2015515741.tif 000076
【国際調査報告】
2015515741.tif 000077
2015515741.tif 000078
2015515741.tif 000079
2015515741.tif 000080
2015515741.tif 000081