(57)【要約】【課題】一つのセルに相対的に高い容量を具現する電極構造と相対的に高い出力を具現する電極構造を備えて、出力及び容量を向上させたエネルギー貯蔵装置を提供する。【解決手段】本発明によるエネルギー貯蔵装置は、第１空間及び第２空間を有する内部空間を提供するケース、前記ケースの前記内部空間を満たす電解液、前記第１空間と前記第２空間の境界に配置され、活性炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ）を含む陽極活物質層を有する陽極構造体、前記第１空間に配置され、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）を含む第１陰極活物質層を有する第１陰極、そして前記第２空間に配置され、活性炭素を含む第２陰極活物質層を有する第２陰極を含む。【選択図】図１
2012039056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１空間及び第２空間を有する内部空間を提供するケース；
前記ケースの前記内部空間を満たす電解液；
前記第１空間と前記第２空間の境界に配置され、活性炭素を含む陽極活物質層を有する陽極構造体；
前記第１空間に配置され、グラファイトを含む第１陰極活物質層を有する第１陰極；及び
前記第２空間に配置され、活性炭素を含む第２陰極活物質層を有する第２陰極
を含むエネルギー貯蔵装置。
【請求項２】
前記陽極構造体は表面に前記陽極活物質層がコーティングされた陽極集電体をさらに含み、
前記陽極集電体は前記第１空間と第２空間を区画する区画壁として用いられる、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項３】
前記陽極集電体はアルミニウム箔を含む、請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項４】
前記第１陰極は表面に前記第１陰極活物質層がコーティングされた第１陰極集電体をさらに含み、
前記第２陰極は表面に前記第２陰極活物質層がコーティングされた第２陰極集電体をさらに含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項５】
前記第１陰極集電体は銅箔を含み、
前記第２陰極集電体はアルミニウム箔を含む、請求項４に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項６】
前記電解液は前記第１空間を満たす第１電解液を含み、
前記第１電解液は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ５、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ、ＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）、（ＣＦ２）２（ＳＯ２）２ＮＬｉ、そして（ＣＦ２）３（ＳＯ２）２ＮＬｉのうち少なくとも何れか一つの電解質塩を含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項７】
前記電解液は前記第２空間を満たす第２電解液を含み、
前記第２電解液は、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート、テトラエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（、エチルメチルアンモニウムフルオロ、ジエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート、スピロビピロリジニウムテトラフルオロボレートのうち少なくとも何れか一つの電解質塩を含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項８】
前記陽極構造体と前記第１陰極の間に配置された第１分離膜；及び
前記陽極構造体と前記第２陰極の間に配置された第２分離膜
をさらに含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項９】
第１空間及び第２空間を有する内部空間を提供するケース；
前記第１空間を満たす第１電解液及び前記第２空間を満たす第２電解液を有する電解液；
前記第１空間と前記第２空間の境界に配置され、陽極活物質層を有する陽極構造体、
前記第１空間に配置され、第１陰極活物質層を有する第１陰極；及び
前記第２空間に配置され、第２陰極活物質層を有する第２陰極
を含み、
前記第１電解液は前記第１陰極活物質層の内部に吸蔵される充電反応メカニズムを有する第１陽イオンを含み、
前記第２電解液は前記第２陰極活物質層の表面に吸着される充電反応メカニズムを有する第２陽イオンを含む、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１０】
前記第１陽イオンはリチウムイオン（Ｌｉ＋）を含む、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１１】
前記第２陽イオンはアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）を含む、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１２】
前記陽極活物質層は活性炭素を含み、
前記第１陰極活物質層はグラファイトを含み、
前記第２陰極活物質層は活性炭素を含む、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１３】
前記陽極構造体は表面に前記陽極活物質層がコーティングされた陽極集電体をさらに含み、
前記陽極集電体は前記第１空間と第２空間を区画させる区画壁として用いられる、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１４】
前記陽極構造体と前記第１陰極はリチウムイオンキャパシタの電極構造を成し、
前記陽極構造体と前記第２陰極は電気二重層キャパシタの電極構造を成す、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１５】
前記陽極構造体は表面に前記陽極活物質層がコーティングされた陽極集電体をさらに含み、
前記第１陰極は表面に前記第１陰極活物質層がコーティングされた第１陰極集電体をさらに含み、
前記第２陰極は表面に前記第２陰極活物質層がコーティングされた第２陰極集電体をさらに含み、
前記陽極集電体はアルミニウム箔を含み、
前記第１陰極集電体は銅箔を含み、
前記第２陰極集電体はアルミニウム箔を含む、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエネルギー貯蔵装置に関し、より詳細には、容量及び出力を向上させたエネルギー貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代エネルギー貯蔵装置のうちウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタと呼ばれる装置は、早い充放電速度、高い安定性、そして環境に優しい特性により、次世代エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている。一般的なスーパーキャパシタは、電極構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、分離膜（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、そして電解液（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）などで構成される。前記スーパーキャパシタは、前記電極構造体に電力を加えて、電解液内のキャリアイオンを選択的に前記電極に吸着させる電気化学的反応メカニズムを原理で駆動される。現在、代表的なスーパーキャパシタには、リチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）、電気二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）、擬似キャパシタ（ｐｓｅｕｄｏ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、そしてハイブリッドキャパシタ（ｈｙｂｒｉｄ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）などがある。
【０００３】
前記リチウムイオンキャパシタは、活性炭素からなった陽極とグラファイトからなった陰極を用いて、リチウムイオンをキャリアイオンとするスーパーキャパシタである。前記電気二重層キャパシタは、活性炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ）からなった電極を用いて、電気二重層電荷吸着（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）を反応メカニズムとするスーパーキャパシタである。前記擬似キャパシタは、遷移金属酸化物（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）または導電性高分子（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ）を電極に用いて、擬似容量（ｐｓｅｕｄｏ−ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を反応メカニズムとするスーパーキャパシタである。そして、前記ハイブリッドキャパシタは、前記電気二重層キャパシタと擬似キャパシタの中間的な特性を有するスーパーキャパシタである。
【０００４】
しかし、上述のようなエネルギー貯蔵装置は２次電池に比べて相対的に低い容量を有する。これは、上述のスーパーキャパシタの殆どが電極と電解液の界面間のキャリアイオンの移動と電極表面での化学反応を用いた充放電メカニズムで駆動されるためである。そのため、現在、スーパーキャパシタのようなエネルギー貯蔵装置において、相対的に低い容量を改善するための技術開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国公開特許第１９９６−７００２１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は出力及び容量を向上させたエネルギー貯蔵装置を提供することである。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は一つのセルに相対的に高い容量を具現する電極構造と相対的に高い出力を具現する電極構造を備えたハイブリッドタイプのエネルギー貯蔵装置を提供することである。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は一つのセルに相対的に高い容量を具現する反応メカニズムを用いたエネルギー貯蔵構造と相対的に高い出力を具現する反応メカニズムを用いたエネルギー貯蔵構造を備えたハイブリッドタイプのエネルギー貯蔵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるエネルギー貯蔵装置は、第１空間及び第２空間を有する内部空間を提供するケース、前記ケースの前記内部空間を満たす電解液、前記第１空間と前記第２空間の境界に配置され、活性炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ）を含む陽極活物質層を有する陽極構造体、前記第１空間に配置され、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）を含む第１陰極活物質層を有する第１陰極、そして前記第２空間に配置され、活性炭素を含む第２陰極活物質層を有する第２陰極を含む。
【００１０】
本発明の実施例によると、前記陽極構造体は表面に前記陽極活物質層がコーティングされた陽極集電体をさらに含み、前記陽極集電体は前記第１空間と第２空間を区画させる区画壁として用いられることができる。
【００１１】
本発明の実施例によると、前記陽極集電体はアルミニウム箔を含むことができる。
【００１２】
本発明の実施例によると、前記第１陰極は表面に前記第１陰極活物質層がコーティングされた第１陰極集電体をさらに含み、前記第２陰極は表面に前記第２陰極活物質層がコーティングされた第２陰極集電体をさらに含むことができる。
【００１３】
本発明の実施例によると、前記第１陰極集電体は銅箔（ｃｏｐｐｅｒ  ｆｏｉｌ）を含み、前記第２陰極集電体はアルミニウム箔（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｆｏｉｌ）を含むことができる。
【００１４】
本発明の実施例によると、前記電解液は前記第１空間を満たす第１電解液を含み、前記第１電解液はＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ５、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ、ＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）、（ＣＦ２）２（ＳＯ２）２ＮＬｉ、そして（ＣＦ２）３（ＳＯ２）２ＮＬｉのうち少なくとも何れか一つの電解質塩を含むことができる。
【００１５】
本発明の実施例によると、前記電解液は前記第２空間を満たす第２電解液を含み、前記第２電解液はテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ：ＴＥＡＢＦ４）、テトラエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ：ＴＥＭＡＢＦ４）、エチルメチルアンモニウムフルオロ（ｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏ：ＥＭＢＦ４）、ジエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ｄｉｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ：ＤＥＭＥＢＦ４）、スピロビピロリジニウムテトラフルオロボレート（ｓｐｉｒｏｂｉｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ：ＳＢＰＢＦ４）のうち少なくとも何れか一つの電解質塩を含むことができる。
【００１６】
本発明の実施例によると、前記陽極構造体と前記第１陰極の間に配置された第１分離膜及び前記陽極構造体と前記第２陰極の間に配置された第２分離膜をさらに含むことができる。
【００１７】
本発明によるエネルギー貯蔵装置は、第１空間及び第２空間を有する内部空間を提供するケース、前記第１空間を満たす第１電解液及び前記第２空間を満たす第２電解液を有する電解液、前記第１空間と前記第２空間の境界に配置され、陽極活物質層を有する陽極構造体、前記第１空間に配置され、第１陰極活物質層を有する第１陰極、そして前記第２空間に配置され、第２陰極活物質層を有する第２陰極を含み、前記第１電解液は前記第１陰極活物質層の内部に吸蔵される充電反応メカニズムを有する第１陽イオンを含み、前記第２電解液は前記第２陰極活物質層の表面に吸着される充電反応メカニズムを有する第２陽イオンを含む。
【００１８】
本発明の実施例によると、前記第１陽イオンはリチウムイオン（Ｌｉ＋）を含むことができる。
【００１９】
本発明の実施例によると、前記第２陽イオンはアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）を含むことができる。
【００２０】
本発明の実施例によると、前記陽極活物質層は活性炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ）を含み、前記第１陰極活物質層はグラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）を含み、前記第２陰極活物質層は活性炭素を含むことができる。
【００２１】
本発明の実施例によると、前記陽極構造体は表面に前記陽極活物質層がコーティングされた陽極集電体をさらに含み、前記陽極集電体は前記第１空間と第２空間を区画する区画壁として用いられることができる。
【００２２】
本発明の実施例によると、前記陽極構造体と前記第１陰極はリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）の電極構造を成し、前記陽極構造体と前記第２陰極は電気二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）の電極構造を成すことができる。
【００２３】
本発明の実施例によると、前記陽極構造体は表面に前記陽極活物質層がコーティングされた陽極集電体をさらに含み、前記第１陰極は表面に前記第１陰極活物質層がコーティングされた第１陰極集電体をさらに含み、前記第２陰極は表面に前記第２陰極活物質層がコーティングされた第２陰極集電体をさらに含み、前記陽極集電体はアルミニウム箔（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｆｏｉｌ）を含み、前記第１陰極集電体は銅箔（ｃｏｐｐｅｒ  ｆｏｉｌ）を含み、前記第２陰極集電体はアルミニウム箔を含むことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によるエネルギー貯蔵装置は、一つの陽極構造体と二つの陰極が一つのセルに備えられて、相異なる充放電反応メカニズムで動作されるハイブリッドタイプのスーパーキャパシタ構造を有することができる。これにより、本発明によるエネルギー貯蔵装置は、一つのセルに相異なるスーパーキャパシタの電極構造を備えたハイブリッドタイプのスーパーキャパシタ構造を有することができる。
【００２５】
本発明によるエネルギー貯蔵装置は、一つの共通陽極構造体、前記共通陽極構造体とともにリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）の電極構造を成す第１陰極、そして前記共通陽極構造体とともに電気二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）の電極構造を成す第２陰極を備えることができる。これにより、本発明によるエネルギー貯蔵装置は、相対的に高い容量を具現するリチウムイオンキャパシタの電極構造と相対的に高い出力を具現する電気二重層キャパシタの電極構造を備えて、容量及び出力を向上させた構造を有することができる。
【００２６】
本発明によるエネルギー貯蔵装置は、一つのセルに一つの共通陽極構造体を備えて、前記陽極構造体とともに相対的に高い容量を具現することができる反応メカニズムを有する第１陰極、そして前記陽極構造体とともに相対的に高い出力を具現することができる反応メカニズムを有する第２陰極を備えることができる。これにより、本発明によるエネルギー貯蔵装置は、一つのセルに相対的に高い容量を具現する反応メカニズムと相対的に高い出力を具現する反応メカニズムが互いに補完されて駆動されることにより、容量及び出力を向上させた構造を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置を示す図面である。
【図２】図１に図示されたエネルギー貯蔵装置の充電時の反応メカニズムを説明するための図面である。
【図３】図１に図示されたエネルギー貯蔵装置の放電時の反応メカニズムを説明するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを実現する技術などは、添付図面とともに詳細に後述される実施例を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されず、相異なる多様な形態で具現されることができる。本実施例は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を示す。
【００２９】
本明細書で用いられる用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で、単数型は特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。
【００３０】
以下、添付図面を参照して、本発明によるエネルギー貯蔵装置に関して詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置を示す図面である。図１を参照すると、本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置１００は、電極構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、分離膜（ｓｐａｒａｔｏｒ）１３０、そして電解液（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）１４０を含むことができる。
【００３２】
前記電極構造体は、陽極構造体（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）１１０及び陰極構造体（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）１２０を含むことができる。前記陽極及び陰極構造体１１０、１２０はケース（未図示）内に配置されることができる。選択的に、前記陽極及び陰極構造体１１０、１２０の一部は前記ケースの外部に露出されるように構成されることができる。前記陽極構造体１１０と前記陰極構造体１２０は、前記電解液１４０を通じて電気化学反応の媒介体であるキャリアイオンを交換することができる。
【００３３】
前記陽極構造体１１０は、前記分離膜１３０を間に置いて前記陰極構造体１２０と対向されるように配置されることができる。前記陽極構造体１１０は、陽極集電体（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）１１２及び前記陽極集電体１１２の表面を覆う陽極活物質層（ｃａｔｈｏｄｅ  ａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｌａｙｅｒ）１１４を含むことができる。前記陽極集電体１１２には多様な種類の金属箔（ｍｅｔａｌ  ｆｏｉｌ）のうち何れか一つが用いられることができる。前記陽極活物質層１１４は前記金属箔の表面に陽極活物質（ｃａｔｈｏｄｅ  ａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）をコーティングして形成されることができる。一例として、前記陽極集電体１１２はアルミニウム箔であり、前記陽極活物質層１１４は活性炭（ａｃｔｉｖｅ  ｃａｒｂｏｎ）からなったコーティング膜であることができる。
【００３４】
一方、前記陽極構造体１１０は前記エネルギー貯蔵装置１００の内部空間を区画する区画壁として用いられることができる。例えば、前記陽極集電体１１２は、前記ケースの内部空間が二つの空間に分離されるように、前記ケースを区画することができる。このために、前記陽極集電体１１２は前記ケースを垂直に横切るように配置された金属箔の形態で提供されることができる。これにより、前記ケースの内部空間は互いに区画された第１空間１０１及び第２空間１０２に分離されて、前記陽極集電体１１２は大略前記第１空間１０１と前記第２空間１０２の境界に配置されることができる。
【００３５】
前記陰極構造体１２０は、前記陽極構造体１１０を基準に前記陽極構造体１１０の一側に配置された第１陰極１２２及び前記陽極構造体１１０の他側に配置された第２陰極１２４を含むことができる。
【００３６】
前記第１陰極１２２は前記第１空間１０１に配置されることができる。前記第１陰極１２２は、第１陰極集電体（ｆｉｒｓｔ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）１２２ａ及び前記第１陰極集電体１２２ａの表面に形成された第１陰極活物質層（ｆｉｒｓｔ  ａｎｏｄｅ  ａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）１２２ｂを含むことができる。前記第１陰極集電体１２２ａには多様な種類の金属箔（ｍｅｔａｌ  ｆｏｉｌ）が用いられることができ、前記第１陰極活物質層１２２ｂは前記金属箔の表面に第１陰極活物質をコーティングして形成されることができる。一例として、前記第１陰極集電体１２２ａには銅箔（ｃｏｐｐｅｒ  ｆｏｉｌ）が用いられ、前記第１陰極活物質層１２２ｂにはグラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）からなる薄膜が用いられることができる。
【００３７】
前記第２陰極１２４は前記第２空間１０２に配置されることができる。前記第２陰極１２４は、第２陰極集電体（ｓｅｃｏｎｄ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）１２４ａ及び前記第２陰極集電体１２４ａの表面に形成された第２陰極活物質層（ｓｅｃｏｎｄ  ａｎｏｄｅ  ａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）１２４ｂを含むことができる。前記第２陰極集電体１２４ａには多様な種類の金属箔が用いられることができ、前記第２陰極活物質層１２４ｂは前記金属箔の表面に第２陰極活物質をコーティングして形成されることができる。一例として、前記第２陰極集電体１２４ａにはアルミニウム箔（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｆｏｉｌ）が用いられ、前記第２陰極活物質層１２４ｂには活性炭からなった薄膜が用いられることができる。
【００３８】
前記分離膜１３０は前記陽極構造体１１０と陰極構造体１２０の間に選択的に配置されることができる。一例として、前記分離膜１３０は、前記第１空間１０１に配置された第１分離膜１３２及び前記第２空間１０２に配置された第２分離膜１３４を含むことができる。前記第１分離膜１３２は前記陽極構造体１１０と前記第１陰極１２２との間に配置され、前記陽極構造体１１０と前記第１陰極１２２を互いに区画させることができる。これと同様に、前記第２分離膜１３４は前記陽極構造体１１０と前記第２陰極１２４との間に配置され、前記陽極構造体１１０と前記第２陰極１２４を互いに区画させることができる。前記分離膜１３０には、不織布、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙ  ｔｅｔｒａ  ｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）、多孔性フィルム、クラフト紙、セルロース系電解紙、レーヨン繊維、そしてその他の多様な種類のシーツのうち少なくとも何れか一つが用いられることができる。
【００３９】
前記電解液１４０は前記ケース内部を満たすことができる。前記電解液１４０は、前記陽極構造体１１０と前記陰極構造体１２０の間の移動媒介体である陽イオン及び陰イオンを含むことができる。前記電解液１４０は所定の溶媒に電解質塩を溶解させて製造された組成物（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）であることができる。例えば、前記電解液１４０は、前記第１空間１０１に満たされる第１電解液１４２及び前記第２空間１０２に満たされる第２電解液１４４を含むことができる。
【００４０】
前記第１電解液１４２は前記溶媒に第１電解質塩を溶解させて製造された組成物であることができる。前記第１電解質塩は、前記第１陰極１２２の第１陰極活物質層１２２ｂの内部に吸蔵される充電反応メカニズムを有する第１陽イオン１４２ａを有することができる。このような前記第１電解質塩にはリチウム系電解質塩が用いられることができる。前記リチウム系電解質塩は、エネルギー貯蔵装置１００の充放電動作時に前記陽極構造体１１０及び前記第１陰極１２２の間のキャリアイオンとして用いられるリチウムイオン（Ｌｉ＋）を含む塩であることができる。例えば、前記リチウム系電解質塩はＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ５、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ、ＣＦ３ＳＯ３、そしてＬｉＣのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。または、前記リチウム系電解質塩はＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）、（ＣＦ２）２（ＳＯ２）２ＮＬｉ、そして（ＣＦ２）３（ＳＯ２）２ＮＬｉのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。
【００４１】
前記第２電解液１４４は前記溶媒に第２電解質塩を溶解させて製造された組成物であることができる。前記第２電解質塩は、前記第２陰極１２４の第２陰極活物質層１２４ｂの表面で吸脱着される充放電反応メカニズムを有する第２陽イオン１４４ａを有することができる。このような前記第２電解質塩には非リチウム系電解質塩が用いられることができる。前記非リチウム系電解質塩は、前記エネルギー貯蔵装置１００の充放電動作時に前記陽極構造体１１０及び前記第２陰極１２４の間にキャリアイオンとして用いられる非リチウムイオンを含む塩であることができる。例えば、前記非リチウム系電解質塩はアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）を含むことができる。より具体的には、前記非リチウム系電解質塩は、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ：ＴＥＡＢＦ４）、テトラエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ：ＴＥＭＡＢＦ４）、エチルメチルアンモニウムフルオロ（ｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏ：ＥＭＢＦ４）、そしてジエチルメチルアンモニウムテトラフルオロボレート（ｄｉｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ：ＤＥＭＥＢＦ４）のうち少なくとも何れか一つを含むことができる。または、前記非リチウム系電解質塩はスピロビピロリジニウムテトラフルオロボレート（ｓｐｉｒｏｂｉｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｉｕｍ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏｒａｔｅ：ＳＢＰＢＦ４）を含むことができる。
【００４２】
前記第１及び第２電解液の溶媒は、環状カーボネート及び線状カーボネートのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。例えば、前記環状カーボネートには、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、そしてビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）のうち少なくとも何れか一つが用いられることができる。前記線状カーボネートには、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、メチルブチルカーボネート（ＭＢＣ）、そしてジブチルカーボネート（ＤＢＣ）のうち少なくとも何れか一つが用いられることができる。その他にも、多様な種類のエーテル、エステル、そしてアミド系列の溶媒が用いられることができる。
【００４３】
上述のように、本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置１００は、一つの陽極構造体１１０と二つの第１及び第２陰極１２２、１２４とを一つのセルに備え、相異なる反応メカニズムで動作されるハイブリッド方式のスーパーキャパシタ構造を有することができる。例えば、前記エネルギー貯蔵装置１００の第１空間１０１には、前記陽極構造体１１０と前記第１陰極１２２で構成されていわゆるリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）の電極構造が提供されることができ、前記エネルギー貯蔵装置１００の第２空間１０２には、前記陽極構造体１１０と前記第２陰極１２４で構成されていわゆる電気二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）の電極構造が提供されることができる。ここで、前記リチウムイオンキャパシタの電極構造は活性炭素とグラファイトを用いるバッテリーの電極構造と類似するため、前記電気二重層キャパシタの電極構造に比べて高い容量を具現することができる。一方、前記電気二重層キャパシタの電極構造は活性炭素を用いる電気二重層電荷吸着（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）を反応メカニズムとして充放電駆動するため、前記リチウムイオンキャパシタの電極構造に比べて高い出力を具現することができる。これによって、本発明によるエネルギー貯蔵装置１００は、一つのセルに相対的に高い容量を具現する電極構造と相対的に高い出力を具現する電極構造を備えることにより、出力と容量の両方を増加させたハイブリッドタイプのスーパーキャパシタ構造を有することができる。
【００４４】
次に、上述の本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の充放電メカニズムに対して詳細に説明する。ここで、上述のエネルギー貯蔵装置１００に対して重複される内容は省略または簡素化されることができる。
【００４５】
図２は図１に図示されたエネルギー貯蔵装置の充電時の反応メカニズムを説明するための図面であり、図３は図１に図示されたエネルギー貯蔵装置の放電時の反応メカニズムを説明するための図面である。
【００４６】
図２及び図３を参照すると、本発明のエネルギー貯蔵装置１００は充電動作が開示されると、前記陽極構造体１１０と前記第１陰極１２２で構成される第１電極構造と前記陽極構造体１１０と前記第２陰極１２４で構成された第２電極構造から同時に前記エネルギー貯蔵装置１００の充電がなされることができる。より具体的には、前記陽極構造体１１０の陽極集電体１１２にプラス電力が印加され、前記第１陰極１２２の第１陰極集電体１２２ａにマイナス電力が印加されることができる。これによって、前記第１電解液１４２内の陽イオン１４２aは前記第１陰極１２２の第１陰極活物質層１２２ｂの内部に吸蔵され、陰イオン１４２ｂは前記陽極構造体１１０の陽極活物質層１１４の表面に吸着されることができる。即ち、前記エネルギー貯蔵装置１００内の第１空間１０１では第１電解液１４２内の陽イオン１４２ａが前記第１陰極活物質層１２２ｂの内部に吸蔵される充電反応メカニズムが具現されることができる。これと同時に、前記第２電解液１４４内の陽イオン１４４ａは前記第２陰極１２４の第２陰極活物質層１２４ｂの表面に吸着され、陰イオン１４４ｂは前記陽極構造体１１０の陽極活物質層１１４の表面に吸着されることができる。即ち、前記エネルギー貯蔵装置１００内の第２空間１０２では前記第２電解液１４４内の陽イオン１４４ａが前記第２陰極活物質層１２４ｂの表面に吸着される充電反応メカニズムが具現されることができる。
【００４７】
ここで、前記第１電極構造はいわゆるリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）の電極構造を成すため、相対的に電気二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）の電極構造を成す前記第２電極構造に比べて、高い容量を具現することができる。これによって、前記エネルギー貯蔵装置１００は、相対的に低い容量を有する前記第２電極構造を補完し、前記第１電極構造によって容量をさらに向上させることができる。
【００４８】
上述のような充電動作が完了されると、前記エネルギー貯蔵装置１００の前記陽極構造体１１０及び前記陰極構造体１２０への電力印加は中断されることができる。そして、前記エネルギー貯蔵装置１００を用いる。ここで、前記エネルギー貯蔵装置１００の出力は前記第１電極構造と前記第２電極構造から同時になされることができる。この際、前記第２電極構造は前記第１電極構造に比べて、高い出力を具現することができる。これによって、前記エネルギー貯蔵装置１００は、相対的に低い出力を有する前記第１電極構造を補完し、前記第２電極構造によって出力をさらに向上させることができる。
【００４９】
上述のように、本発明によるエネルギー貯蔵装置１００は、前記第１空間１０１で前記陽極活物質層１１４と前記第１陰極活物質層１２２ｂの間にリチウムイオン（Ｌｉ＋）をキャリアイオンとするいわゆるリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）の反応メカニズムで動作され、前記第２空間１０２で前記陽極活物質層１１４と前記第２陰極活物質層１２４ｂの間に非リチウムイオン（例えば、アンモニウムイオン：ＮＨ４＋）をキャリアイオンとするいわゆる電気二重層電荷吸着（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）を反応メカニズムとして動作されることができる。これによって、本発明によるエネルギー貯蔵装置１００は、一つのセルに相対的に高い容量を具現する充放電メカニズムと相対的に高い出力を具現する充放電メカニズムが互いに補完して駆動されるため、容量及び出力を向上させた構造を有することができる。
【００５０】
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で用いることができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、述べた開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施例は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００５１】
１００  エネルギー貯蔵装置
１１０  陽極構造体
１１２  陽極集電体
１１４  陽極活物質層
１２０  陰極構造体
１２２  第１陰極
１２２ａ  第１陰極集電体
１２２ｂ  第１陰極活物質層
１２４ａ  第２陰極集電体
１２４ｂ  第２陰極活物質層
１３０  分離膜
１３２  第１分離膜
１３４  第２分離膜
１４０  電解液
１４２  第１電解液
１４２ａ  第１陽イオン
１４４  第２電解液
１４４ａ  第２陽イオン
【図１】
2012039056.tif 000003
【図２】
2012039056.tif 000004
【図３】
2012039056.tif 000005