CN1408128A - 超薄电化学储能装置 - Google Patents

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Abstract

一种超薄电化学多电池储能装置设置在一个单独的轻质柔性外壳内。储能装置利用穿孔绝缘框架形成其内部结构。通过将多层集流器附着到穿孔绝缘框架上、用电极材料填充形成在框架中的开口、并将集流器与电极之间的电解质叠置，所形成的组件将多个电池设置在多个电池组中，而且由于组件的构造，所有电池可以是串联、并联或串并联的某种组合。外部集流器因其复合结构而具良好的侧向导电性并提供压力不敏感界面接触。储能装置有利地具有低电阻、低等效串联电阻和高电压/电容，同时优选地保持小于1毫米厚。

Description

超薄电化学储能装置
本申请要求1999年12月6日提交的题为“用于电化学电容器和电池的新型封装件(Novel Enclosures for Electrochemical Capacitors and Batteries)”的临时专利申请USSN60/168,761的优先权，其整体在此引用作为参考。
                            技术领域
本发明主要涉及用于存储和释放电能的电化学系统。本发明具体涉及用在电子电路中的电化学系统，例如电容器或电池。本发明更具体地涉及例如电容器或电池的用于在电子电路中工作的电化学系统，其在电极之间设置有非液体、有机溶液、水溶液，或者质子介质电解液材料。
再进一步，本发明涉及双极组件的改进结构，其解决了现有双极结构中的缺陷。本发明具体涉及电化学系统的多个单电池的装配。更具体的是，分立的电池可以彼此逐一地连接形成电池组(stack)。而且，电池组可以连接在一起形成组件。此外，本发明对于实现电池间或电池组间的串联、并联、或其组合，以及在一个单独的外壳中实现与一个或多个电容器组合的一个或多个电池的混合组(pack)是很适应的。
                            背景技术
随着电子装置和其它电子设备变得日益轻便并具备更多的功能，必须在能够实现这种便携性的这些装置的元件中进行改进。由于目前电子技术的情况非常普遍，对电子设备的大小和功能的限制因素在于其组成部件的大小和重量，特别是其储能部件的大小和重量。另外，电子仪器的小型化朝向将各种部件集成于一个单独装置中发展，以节省便携式装置和固定式装置的空间和重量。
用于便携式电子仪器的当前主要的能源是电化学电池和/或电化学电容器。这些当前储能部件的一个限制性特征是电化学系统的封装，以及包括该系统的电池中的互连。目前的惯例是将活性电极和电解质材料装在金属壳体中。这种形式的安装适用于较宽范围的形状和尺寸。然而过去，这导致设计者使电子装置的形式来适应壳体，而不是在设计完他们所选择的装置之后再将电池或电容器添加进入。结果，与装置的功能性相对的金属容器影响了这种便携式电子装置的设计。
类似地，提高给定电路设计的电压和/或电流的能力需要在电子装置之内的每个容器中有多个储能部件。再者，其迫使设计者根据需要容放多个电容器或电池的壳体来调整设计。
电容器的另一种封装是公知的。授予Louie等人的美国专利第5591540号公开了一种电化学充电存储装置，该专利在此引用作为参考。尽管对于其目的是有用的，但是第′540号专利中的装置只提供了一种单一的电容器电池。由于需要将多个储能部件结合进一个单独的装置中，采用第′540号专利的封装的设计简单重复了过去的空间逼仄的设计。
此外，在多数电化学系统中，电极由液态溶液分隔。在该称作电解液的溶液中，离子可自由移动。但是，在电化学系统中存在液体并不总是很方便。使用液体具有许多缺点。首先，液体可能从部件中泄漏。其次，需要附加的电池元件以保持液体在电极之间被吸收。最后，所使用的多数液体是腐蚀性的、苛性的、甚至是可燃的。
液态电解质还与电池结构有关。通常，液态电解质电化学系统被制成分立的电池，以便在电极之间容纳液体。由于在多数应用场合中，需要比能够由分立电池提供的电压大的工作电压，故需要将多个电池连接成一个组，以获得特定的电压。
授予Muranaka等人的美国专利第4488203号公开了一种电化学双层电容器，该专利的内容在此引用作为参考。尽管对于其目的是有用的，但是第′203号专利中的装置只公开了一种“以简单方式彼此隔离的”单一电容电池。(见美国专利第4488203号第2栏第3-5行)另外，尽管能够叠置以形成多个串联电容器电池，但是第′203号专利中的装置明显需要更多的空间，并产生额外的重量，该重量是单个元件中的完全一体化的多个电容器电池不具备的。
因此，希望提供一种超薄多电池储能部件，其可包括电化学电容器、双层电容器或电池组。在本发明的也被称作伪电容器(pseudo-capacitors)或电池电容(batcap)的电化学电容器形式中，电极包括可以参与可逆电荷转移反应的材料。由此，能量的一部分存储在电极表面的双层中，而另一部分由电荷转移反应提供。在本发明的双层电容器形式中，基本上所有的能量存储在电极表面的双层中。在本发明的电池形式中，阳极和阴极材料是专门选择的，使得在电池工作过程中各自起作用。存储在电极中的化学能经由活性材料的电荷转移反应而转化成电能。
还希望提供一种用于单个电子装置的电化学多电池储能部件的新型封装，其中根据一个一体化的结构中部件的构造，电池可以是串联的、并联的或二者的结合。该方法所需的封装材料必须是重量轻、不贵的柔性材料，并可以用目前的加工技术和工具进行加工。
                          发明内容
本发明认识到并解决了有关电化学多电池储能部件的结构以及制造该部件的方法的各种前述的和其它的限制因素和缺陷。因此，本发明提供一种改进的超薄电化学多电池储能部件和制造该部件的改进方法，其中该部件包括电化学电容器、双层电容器或电池组、或者其组合，这些电容器、电池组等被连接成串联、并联或串并联组合。
因此，本发明的主要目的在于提供一种改进的电化学多电池电容器和/或电池组。更具体的，本发明的目的在于提供一种在改进的壳体中的电化学多电池电容和/或电池组。在此情况下，本发明另一更具体的目的是提供一种电化学多电池电容器和/或电池组，其中改进的壳体由薄膜材料制成。
本发明另一更具体的目的是提供一种具有低阻抗的电化学多电池电容器和/或电池组。在此情况下，本发明的主要目的是提供一种具有低等效串联电阻(下文称作ESR)和高电容量的电化学多电池电容器。
本发明的再一个目的是提供一种超薄电化学多电池电容器和/或电池组。在该情况下，本发明更具体的目的是提供一种电化学多电池储能部件，其由于其构造而将多个相连的电池设置成串联、并联或串并联组合，并使得单个公共集流器(current collector)能在同一平面中的两个电池或电池组之间形成串联。
本发明的进一步目的是提供一种简单且生产成本低的超薄电化学储能部件。
本发明的附加目的和优点在下面的详细说明中阐述，或从下面的详细说明中本领域中的普通技术人员将更加清楚。此处，还将进一步认识到，在不脱离本发明思想和范围的情况下，对于专门说明和讨论的特征和材料的改型和变化可以在本发明的各实施例和应用中实践。这些改变可以包括(但不限于)对于所显示或讨论的同等步骤、装置、特征和材料的替换，以及各种步骤、部件、特征等的功能上或位置上的转变。
进一步地，可以理解，本发明的不同实施例以及不同的当前优选的实施例可以包括当前公开的步骤、特征、元件或其等同物的各种组合或结构(包括未在附图中明确显示或未在详细说明中陈述的其步骤、特征或结构的组合)。
本发明的这些和其它特征、方面和优点参照下述说明和所附的权利要求将变得更好理解。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明原理。
在一个示范性的实施例中，可以提供一种多电池电容器，其包括：两个涂覆有金属薄膜并附着到塑料穿孔绝缘框架上的导电聚合物集流器元件。这种组合形成集流器组件。在形成于各穿孔绝缘框架的开口之内，具有大表面积的碳基电极材料，以形成电容电极板。在集流器纵向串联电连接两个同平面电池之处，集流器被称作公共集流器。在集流器只将单个电池连接至某些外部电路或接触电池组的端部电池，从而将电池组连接至某些外部电路之处，集流器被称作终端集流器。这些公共和终端集流器对外用于一个或多个电池组。
对内用于串联连接的一个电池组的双极集流器组件可以包括两个塑料穿孔绝缘框架，该框架连接到单个导电聚合物集流器的两侧。双极组件内的导电聚合物集流器不必有金属薄膜涂层。穿孔绝缘框架中形成的开口之内的双极集流器组件的顶侧和底侧上可放置相同的大表面积的碳基电极材料以形成电极板。这种双极集流器，尽管主要用于电池组内的内部电连接，但还可以电连接到外部电路上。
电容器装置可以通过将外部集流器组件与一个或多个双极集流器组件叠置而成。在双极集流器的每侧上均有电极板，电极板被质子导电聚合物隔膜分隔。该隔膜用作各电容器电池内的质子传导层。随后电容器可安放在由轻质柔性非导电材料构成的叠层壳体中，所述材料如涂覆有金属薄膜的聚酯。壳体于是可围绕其周边被密闭密封以包封该电容器。
可在周边留出开口用作突出部结构(tab structures)的通道。这些突出部结构可作为外部电子电路与公共集流器、终端集流器或双极集流器中的每一个之间的电连接点。开口可用压敏冷粘结剂、热粘结剂或其他类型的密封剂密封。
在另一示范性实施例中，外壳的周界可完全密闭密封。在壳体的上表面可以有两个预冲孔，用于集流器组件和突出部之间的电连接。这使得突出部置于电容器装置之外，并减少了短路和蒸汽损失的发生，而且提高了生产的容易程度以及突出部定位的灵活性。
                           附图说明
针对本领域普通技术人员的、包括其优选实施方式的本发明的全部且可行的公开在参照附图的说明书中得以阐述，附图中：
图1A是具有所粘接的突出部结构和穿孔绝缘框架的金属涂覆的公共集流器和金属涂覆的终端集流器的分解立体图；
图1B是形成集流器组件的图1A中元件的组合的立体图；
图1C是与图1B所示相反并由此形成装置顶部和底部的集流器组件的立体图；
图1D是图1B和图1C中的集流器组件的备选实施例的立体图，具有形成穿孔绝缘框架的多个同平面的分立的单个开口框架；
图2A是双极集流器的局部分解立体图，包括不具有突出部结构的包封导电聚合物集流器的两个穿孔绝缘框架；
图2B是形成双极集流器组件的图2A中元件的组合的立体图；
图3是在图1C的集流器组件的穿孔绝缘框架中形成电极板的分解立体图；
图4是包括三个电池组的完整装置的分解立体图；
图5是图4所示完整装置的剖面图，示出了串联的三个电池组；
图6是本发明的叠层外壳的剖面图；
图7是本发明的示范性实施例的立体图，示出了穿过根据本发明构造的装置的密封边缘延伸的突出部结构；
图8是示出根据本发明突出部结构的备选实施例的立体图，其作为通过在装置外壳表面中的预冲孔而电连接到集流器上的分立元件；
图9是比较根据本发明制造的各种超薄电化学电容器的物理特性和性能数据的表；以及
图10是比较各种材料的集流器的物理特性、侧向导电性和方向电阻的表。集流器由单层、双层或三层结构中的一种构成，其中包括导电聚合物薄膜的集流器的导电性通过附加的金属层而提高。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记用于表示本发明相同或类似的部件或元件。
                            具体实施方式
现在详细参照本发明的优选实施例，其示例充分表现于附图中。提供的这些示例借助了本发明的解释但不局限于该解释。事实上，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本发明思想和范围的前提下进行各种改型和变化。例如，作为一个实施例的一部分所示出或描述的部件可以用在另一实施例中，以形成再一个实施例。更进一步地，实践中可以对材料和/或特性的选择有所变化，以满足用户的特殊要求。因此，本发明趋于涵盖在当前特征和其等同物范围之内的这些改型和变化。
如上所述，本发明特别涉及一种改进的超薄电化学多电池储能装置，其中根据部件的构造和其改进的封装，电池或电池组串联或并联或串并联结合。本发明适用于在给定装置中形成制造在一起的或单独制造的双层电容器、伪电容器、和/或电池组，及其组合。通常，这种储能装置的厚度在约0.3至约3mm之间，优选在约0.3至约1mm之间。
根据本发明，可以通过如下方法制造这样一种具有小于100毫欧的低内阻的超薄电化学系统，该方法通过将分立的电池或双极电池组放置在一普通的穿孔绝缘框架中，并用非双极的串联公共集流器连接它们。在该系统内，本发明在获得串联、并联或串并联组合的电池间或电池组间的连接时提供了较大的适应性。此外，这些系统可以有利地证实高电压/电容值，同时保持相应低的ESR和内阻。
图1A示出了非导电塑料穿孔绝缘框架26。这种框架26形成本发明电池或双极电池组的一般内部结构。该一般框架26允许双极电池组或单个电池子组件共面形成。框架26可以为大致矩形或其它形状，且具有穿过其中的任意数量的开口28。如图所示，一个示范性优选实施例在穿孔绝缘框架26中具有三个开口28。
图1A还示出了一对集流器20和22。公共集流器20连接两个相邻电池组内的同平面电池的外部电极。终端集流器22经由一整体的突出部结构24将同平面电池的外部电极与外部电路相连。由于本发明的平面几何形状，电池之间和电池组之间的电连接需要极好的侧向导电性。另外，界面接触需要是压力不敏感的。当金属箔具备优异的侧向导电性时，它们的界面接触可以是压敏的。具有导电填充物的导电聚合物和聚合物复合物具有良好的实际横向导电性，但具有较差的侧向导电性。优选的是，两种材料以这样的方式组合，该方式使金属、金属合金或金属膜的高侧向导电性具备导电聚合物或含导电填充物的聚合物或其某些组合的压力不敏感性。
在一个优选实施例中，公共和终端集流器20和22由至少两种材料构成。第一层为与电池电极接触的导电聚合物层。第二导电结构52优选为金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物，这些材料有高电导率、低接触电阻、以及对导电聚合物层或聚合物复合物的良好粘结性能，以增加公共和终端电极20和22的侧向导电性。不利的是，具有高侧向导电性和低成本的多种材料在通常用于双层电容器、伪电容器和电池组中的电解质存在时是不稳定的。结果，公共和终端集流器20和22的优选实施例具有复合第二结构，其包括导电材料或一些材料的组合，该些材料在接触这些电解质和金属、金属合金或金属薄膜时是稳定的。或者，各自具有不同成分的多种金属、金属合金、金属薄膜或其组合物或混合物可以与导电聚合物层结合使用。
这种导电材料的一个示例为聚合物薄膜或碳-塑料复合物薄膜。金属、金属合金、金属薄膜或其组合物或混合物可以为镍、铬、铅、锡、银、钛、黄铜、金、铜或青铜，但不限于此。导电聚合物层可以采用下述方法中的任一种沉积到金属基底、金属合金基底、金属薄膜基底、或其组合物或混合物基底上，但不限于此，这些方法包括：丝网印刷、刷涂、推进剂喷射/空气涂刷(propellant spraying/air brushing)、或铸塑。或者，金属、金属合金、金属薄膜、或其组合物或混合物可以采用下述方法中的任一种沉积到导电聚合物层基底上，但不限于此，这些方法包括：真空沉积、火焰喷涂、熔融浴浸(molten bath dipping)、热层压、化学沉积、电镀、等离子体沉积、溅射、或载体中的推进剂喷射/空气涂刷(propellant spray/air brushing in acarrier)。
或者，公共和终端集流器20和22可包括任意数量的层。层和材料的结合可以调整，以获得所需的特性组合，这些特性包括：稳定性、侧向导电性、与导电聚合物层的界面接触电阻、压力不敏感性、可焊性、蠕变、钝化作用、接触电阻和电解液透过性，且获得了整个储能部件的所需性能特征。
用于电连接其它外部电子装置或电路的整体突出部结构24附着到终端集流器22上或作为终端集流器22的延伸部分的。整体突出部结构24可包括与公共和终端集流器20和22相同的具有导电填充物的多层导电聚合物或聚合物复合物、或其组合物。
如图1B所示，公共集流器20可用一种方式附着到穿孔绝缘框架26上，以覆盖其中三个示范性开口28中的两个。类似地，外部终端集流器22可用一种方式粘接到穿孔绝缘框架26上，以即覆盖剩余的示范性开口28。压敏冷粘结剂可用于结合储能部件的各元件。公共和终端集流器20和22与穿孔绝缘框架26的这种结合共同形成根据本发明的外部集流器组件200。
图1C示出了外部集流器组件300，其包括一对以覆盖其中的开口38的方式粘接到穿孔绝缘框架36上的终端和公共集流器30和32。用于电连接其它外部电子装置或电路的突出部结构34可以电连接到终端集流器30上，或成为终端集流器30的一体延伸部分。外部集流器组件300是外部集流器组件200的镜像，并且这两个集流器组件可分别用作需要来形成超薄电化学储能装置的电池组的下部和上部子组件。图1D示出了组件200′和300′的备选实施例，其中各穿孔绝缘框架由共面的多个分立单一开口框架27形成。该组件200′和300′将允许总体装置的更大的灵活性。
对于电池组内部使用，在外部集流器组件200和300之间需要双极集流器组件400。图2A示出了双极集流器组件400的局部分解视图。在优选实施例中，双极集流器组件400可包括一组三个的双极集流器40。然而，这样的内部双极集流器没有金属、金属合金、金属薄膜或其组合物或混合物作为表面。相反，这种双极集流器组件包括导电的聚合物薄膜或碳/塑料复合物薄膜。
此外，双极集流器组件400可包括两个穿孔绝缘框架42和44，且如同外部集流器组件200和300中那样，可以有形成在普通穿孔绝缘框架42和44中的开口46。双极集流器40可以粘接在绝缘框架42和44之间，如图2B所示。如使用者所希望的那样，一个双极集流器组件400可以包括在装置中以进一步增加内部电池的数量。
在普通穿孔绝缘框架26、36、42和44内的开口28、38和46中，可以放置包括大表面积碳基材料48的电极材料。这种材料可用于形成电极板48。如图3所示，示出了示范性外部集流器组件300，将该电极48放置在穿孔绝缘框架36的开口38内导致了三个电极板的形成。
优选的是，电极包括与水性酸混合的碳材料，诸如磺酸，但不限于此。磺酸浓度可在约1至约8摩尔范围内变化，电极的碳含量可在约8％至约36％重量比范围内变化。优选地，电极厚度范围为约30至约300微米。或者，可以使用其它水性酸溶液或其它含质子溶液。
在电化学储能装置的一个示范性实施例中，电极包括大表面积的碳和质子介质。质子介质可以为如下物质，但不限于此，该物质包括：水；水性酸溶液；磺酸；如聚乙烯磺酸的聚磺酸；质子酸；带有一个或多个醇式羟基的化合物；带有一个或多个羧酸基的化合物；带有一个或多个下列基团的化合物：嗍风酰亚胺(sulfonimides)、-PO2H2、-CH2PO3H2、-OSO3H-、-OPO2H2、-OPO3H2、-OArSO3H；以及其组合。
在本发明的一个示范性实施例中，电解质可包括有机溶剂。在本发明的备选示范性实施例中，电化学储能电池的电极包括参与可逆电荷转移反应的活性材料。在又一个示范性的优选实施例中，可以通过如下方法形成超薄电化学多电池的组件，如图4所示，即利用具有其各自电极板48的外部和双极集流器组件200、300和400，通过叠置组件200、300和400，并将各组件用质子导电聚合物隔膜50隔开。隔膜50用作电池组的相对电极板48之间的质子导电层。
图5示出了这样的示范性组件，其导致在三个单独的电池组中形成两两叠置的串联的六个单元电池。借助这种电容器的构造，电容器电池是串联的。流经电容器电池组的电流可以在突出部结构34起始，侧向流入外部终端集流器30，向上至左侧两个电池的电池组至公共集流器20。(左、右和中只为了参考的目的而相对于当前图示使用。)随后电流可沿中心电池组向下流至公共集流器32，最后沿右侧电池组向上流至外部终端集流器22，并流出一体的突出部结构24。或者，由于在电极48的构造中采用了能够参与可逆电荷转移反应的材料，电流可在相反的方向流动。
电化学储能装置可以安放在外壳54中。外壳54优选地为轻质柔性非导电叠层。如图6所示，外壳54可包括具有外部金属膜58的非导电聚酯材料56和维持与内部组件接触的内部粘结层60。通过将金属薄膜58设置在外壳54的外表面上，倘若粘结剂层60老化，且使得在外部集流器组件200和300的任一个上的非导电聚酯56和导电薄膜涂层52之间接触，则短路的几率也可降低。或者，非导电聚酯材料56可包括外层，并且金属薄膜58可用作中间层。更进一步地，该装置根本不需要外壳，外部集流器组件200和300可用作该装置的“外壳”。
如从图7中本发明的优选实施例可见，内部超薄电化学储能组件可安放在叠层外壳54中。该外壳54可基本上围绕其整个外周密闭密封以包封组件。周边中留出的开口62可用作一体突出部结构24和34的通道。这些一体突出部结构24和34可用作与外部电子部件或电路的电连接点。该开口62可用压敏冷粘结剂、热粘结剂或任何其它密封材料密封，以防止电化学电池内溶液的蒸汽损失。
在备选的示范性优选实施例中，如图8所示，叠层外壳54的周界可以彻底密闭密封。在叠层外壳54的表面上可有两个预冲孔64和66，用于外部终端集流器22和30与突出部结构24和34之间的电连接。在该备选实施例中，突出部结构24和34是与外部终端集流器分隔且独立的结构。通过预冲孔64和66至外部终端集流器22和30的电连接可用于进一步降低短路的潜在发生几率和可能随叠层外壳54外周边中的任何开口62而发生的蒸汽损失。另外，这种连接方法提高了生产突出部结构的容易性和定位突出部结构的灵活性。
示例
图9提供了比较根据本发明制造的各种超薄电化学电容器，并示出本发明的物理特性和性能水平的表。图9的表中的几个示例如下：示例1
双层电容器储能装置由六个电池构成。结构如图1-5。电池连接成串联连接的三个电池组。每个电池组包括两个双极连接的电池。每个电池包括：阳极和阴极、电极之间的质子导电聚合物隔膜、单层碳/塑料复合物导电薄膜、以及公共和终端集流器。阳极和阴极包括大表面积碳粉和磺酸水性溶液。集流器包括导电碳复合物薄膜第一层以及第二外部金属层，该第一层与各电池组的外部电极接触。该部件的尺寸为54×34×0.5mm。示例2
双层电容器储能装置由六个电池构成。结构如图1-5。电池连接成串联连接的三个电池组。各电池组包括两个双极连接的电池。每个电池包括：阳极和阴极、电极之间的质子导电聚合物隔膜、单层碳/塑料复合物导电薄膜、以及公共和终端集流器。阳极和阴极包括大表面积的碳粉和磺酸水性溶液。集流器包括导电碳复合物薄膜第一层以及第二外部金属层，该第一层与各电池组的外部电极接触。该部件的尺寸为54×25×0.5mm。示例3
双层电容器储能装置由六个电池构成。结构如图1-5。电池连接成串联连接的两个电池组。每个电池组包括三个双极连接的电池。每个电池包括：阳极和阴极、电极之间的质子导电聚合物隔膜、单层碳/塑料复合物导电薄膜、以及公共和终端集流器。阳极和阴极包括大表面积碳粉和磺酸水性溶液。集流器包括导电碳复合物薄膜第一层以及第二外部金属层，第一层与每个电池组的外部电极接触。该部件的尺寸为34×34×0.8mm。
图10提供了可用于双层公共或终端集流器的几种材料关于它们的侧向导电性和方向电阻特性的比较表。
尽管本发明的优选实施例和示例已经使用特定的术语和装置进行了描述，但是这样的说明只是为了说明性目的。所用的词语是说明性的词语而不是限制性的。可以理解，在不脱离本发明思想和范围的前提下，本领域的普通技术人员可以做出各种变化和改型，其将在下述权利要求书中阐述。此外，应该理解，各种其它实施例的各方面可以整体或部分互换。因此，所附权利要求书的思想和范围不应局限于在此包含的优选形式的说明。

Claims (57)

1.一种电化学储能装置，包括：
多个框架，所述框架大致彼此平行地叠置，在所述框架的每一个中有至少一个开口；
多个集流器，所述集流器固定到所述多个框架上；
多个电极，所述多个电极固定在所述多个框架中的所述至少一个开口内；以及
多个质子导电隔膜，其中每个所述隔膜在所述电极的一对相对电极之间，且所述这对相对电极和相联的质子导电隔膜定义了一电池。
2.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述多个框架的每一个形成不只一个开口。
3.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述至少一个开口中的每一个形成在相邻的独立框架之内。
4.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述多个框架是非导电材料。
5.根据权利要求4所述的电化学储能装置，其中，所述非导电材料包括塑料。
6.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述多个集流器包括至少一个保持在该装置内部的双极集流器、至少一个提供共平面电池之间的外部纵向电连接的公共集流器、以及用于装置至外部电路的电连接的外部终端集流器。
7.根据权利要求6所述的电化学储能装置，其中，所述至少一个公共集流器还包括一体延伸的突出部结构。
8.根据权利要求6所述的电化学储能装置，其中，所述外部终端集流器还包括一体延伸的突出部结构。
9.根据权利要求6所述的电化学储能装置，其中，所述至少一个公共集流器和所述外部终端集流器是多层的。
10.根据权利要求9所述的电化学储能装置，其中，所述至少一个公共集流器和所述外部终端集流器包括当固定到所述框架上时与所述多个电极相邻的一导电聚合物层、以及在相对于所述多个电极的所述导电聚合物层的一侧上的一第二导电结构。
11.根据权利要求10所述的电化学储能装置，其中，所述导电聚合物层包括导电聚合物、包括导电填充物的聚合物复合物、或其组合中的至少一种，且其中所述导电聚合物层用作基底。
12.根据权利要求11所述的电化学储能装置，其中，所述第二导电结构包括至少一种材料，该材料被选择以满足用户指定的特性，该特性来自包括以下特性的组：压力不敏感性、侧向导电性、与所述导电聚合物层的界面接触电阻、可焊性、蠕变、稳定性、钝化作用、接触电阻及其组合。
13.根据权利要求11所述的电化学储能装置，其中，所述第二导电结构包括作为所述基底上的表面的至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物。
14.根据权利要求13所述的电化学储能装置，其中，所述至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物包括组中的至少一种，该组包括：镍、铬、铅、锡、银、钛、黄铜、金、铜和青铜。
15.根据权利要求13所述的电化学储能装置，其中，所述至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物通过方法组中的一种沉积到所述基底上，该方法组包括：
真空沉积；
火焰喷涂；
熔融浸浴；
热层压；
化学沉积；
电镀；
等离子体沉积；
溅射；以及
载体中金属颗粒的推进剂喷射/空气涂刷。
16.根据权利要求10所述的电化学储能装置，其中，所述第二导电结构包括作为基底的至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物。
17.根据权利要求16所述的电化学储能装置，其中，所述至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物包括组中的至少一种，该组包括：镍、铬、铅、锡、银、钛、黄铜、金、铜和青铜。
18.根据权利要求16所述的电化学储能装置，其中，所述导电聚合物层包括作为所述基底的表面的导电聚合物、包括导电填充物的聚合物复合物、或其组合中的至少一种。
19.根据权利要求18所述的电化学储能装置，其中，导电聚合物、包括导电填充物的聚合物复合物、或其组合中的所述至少一种通过方法组中的一种沉积到所述基底上，该方法组包括：
丝网印刷；
刷涂；
推进剂喷射/空气涂刷；以及
铸塑。
20.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述多个电极包括大表面积碳和质子介质，其中所述质子介质从材料组中选择，该材料组包括：水；水性酸溶液；磺酸；如聚乙烯磺酸的聚磺酸；质子酸；带有一个或多个醇式羟基的化合物；带有一个或多个羧酸基的化合物；带有一个或多个下列基团的化合物：嗍风酰亚胺、-PO2H2、-CH2PO3H2、-OSO3H、-OPO2H2、-OPO3H2、-OArSO3H；以及其组合。
21.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述多个电极包括大表面积碳和水性酸。
22.根据权利要求21所述的电化学储能装置，其中，所述水性酸是磺酸，其浓度在约1至约8摩尔的范围内。
23.根据权利要求21所述的电化学储能装置，其中，所述多个电极内的所述大表面积碳的含量在约8％至约36％的重量百分比之间。
24.根据权利要求20所述的电化学储能装置，其中，每个所述电极的厚度在约30至约300微米之间。
25.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述储能装置包括双层电容器、伪电容器、电池组或其并联组合。
26.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述装置的厚度在约0.3至约3毫米之间。
27.根据权利要求1所述的电化学储能装置，其中，所述装置的厚度在约0.3至约1毫米之间。
28.一种形成电化学储能装置的方法，步骤包括：
提供彼此大致平行叠置的多个框架，在每个所述框架中有至少一个开口；
将多个电极固定在每个所述多个框架中的至少一个开口内；
提供多个集流器，所述集流器固定到所述多个框架上；
提供多个质子导电隔膜，其中每个所述隔膜在所述电极的一对相对电极之间，且所述这对相对的电极和相联的质子导电隔膜定义了一电池；以及
通过所述的多个集流器将多个电池结合在一起形成多个串联连接的电池组以形成所述装置。
29.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，每个所述多个框架形成不只一个开口。
30.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述至少一个开口中的每一个形成在相邻的独立框架内。
31.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述多个框架是非导电材料。
32.根据权利要求31所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述非导电材料包括塑料。
33.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述多个集流器包括至少一个保持在该装置内部的双极集流器、至少一个提供共平面电池之间的外部纵向电连接的公共集流器、以及用于装置至外部电路的电连接的外部终端集流器。
34.根据权利要求33所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述至少一个公共集流器还包括一体延伸的突出部结构。
35.根据权利要求33所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述外部终端集流器还包括一体延伸的突出部结构。
36.根据权利要求33所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述至少一个公共集流器和所述外部终端集流器是多层的。
37.根据权利要求36所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述至少一个公共集流器和所述外部终端集流器包括当固定到所述框架上时与所述多个电极相邻的一导电聚合物层、以及在相对于所述多个电极的所述导电聚合物层的一侧上的一第二导电结构。
38.根据权利要求37所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述导电聚合物层包括导电聚合物、包括导电填充物的聚合物复合物、或其组合中的至少一种，且其中所述导电聚合物层用作基底。
39.根据权利要求38所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述第二导电结构包括至少一种材料，该材料被选择以满足用户指定的特性，该特性来自包括以下特性的组：压力不敏感性、侧向导电性、与所述导电聚合物层的界面接触电阻、可焊性、蠕变、稳定性、钝化作用、以及接触电阻。
40.根据权利要求38所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述第二导电结构包括作为所述基底上的表面的至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物。
41.根据权利要求40所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物包括组中的至少一种，该组包括：镍、铬、铅、锡、银、钛、黄铜、金、铜和青铜。
42.根据权利要求40所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物通过方法组中的一种沉积到所述基底上，该方法组包括：
真空沉积；
火焰喷涂；
熔融浸浴；
热层压；
化学沉积；
电镀；
等离子体沉积；
溅射；以及
载体中金属颗粒的推进剂喷射/空气涂刷。
43.根据权利要求37所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述第二导电结构包括作为基底的至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物。
44.根据权利要求43所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述至少一层金属、金属合金、金属薄膜、或者其组合物或混合物包括组中的至少一种，该组包括：镍、铬、铅、锡、银、钛、黄铜、金、铜和青铜。
45.根据权利要求43所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述导电聚合物层包括作为所述基底的表面的导电聚合物、包括导电填充物的聚合物复合物、或其组合中的至少一种。
46.根据权利要求45所述的形成电化学储能装置的方法，其中，导电聚合物、包括导电填充物的聚合物复合物、或其组合中的所述至少一种通过方法组中的一种沉积到所述基底上，该方法组包括：
丝网印刷；
刷涂；
推进剂喷射/空气涂刷；以及
铸塑。
47.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述多个电极包括大表面积碳和质子介质，其中所述质子介质从材料组中选择，该材料组包括：水；水性酸溶液；磺酸；如聚乙烯磺酸的聚磺酸；质子酸；带有一个或多个醇式羟基的化合物；带有一个或多个羧酸基的化合物；带有一个或多个下列基团的化合物：嗍风酰亚胺、-PO2H2、-CH2PO3H2、-OSO3H、-OPO2H2、-OPO3H2、-OArSO3H；以及其组合。
48.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述多个电极包括大表面积碳和水性酸。
49.根据权利要求48所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述水性酸是磺酸，其浓度在约1至约8摩尔的范围内。
50.根据权利要求48所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述多个电极内的所述大表面积碳的含量在约8％至约36％的重量百分比之间。
51.根据权利要求47所述的形成电化学储能装置的方法，其中，每个所述电极的厚度在约30至约300微米之间。
52.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述储能装置包括双层电容器、伪电容器、电池组或其并联组合。
53.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述装置的厚度在约0.3至约3毫米之间。
54.根据权利要求28所述的形成电化学储能装置的方法，其中，所述装置的厚度在约0.3至约1毫米之间。
55.一种电化学储能装置，包括：
多个非导电框架，所述框架大致彼此平行地叠置，在每个所述框架中有至少一个开口；
多个大表面积碳/水性酸电极，所述多个电极固定在每个所述多个非导电框架中的所述至少一个开口内；
多个多层集流器，所述集流器固定到所述多个平面框架上；
多个质子导电隔膜，其中每个所述隔膜在所述多个电极的一对相对的电极之间，且所述这对相对电极和相联的质子导电隔膜定义了一电池；以及
至少一对突出部结构，所述突出部结构电连接至所述多层集流器上。
56.根据权利要求55所述的电化学储能装置，其中，所述多个集流器包括当固定到所述平面框架上时与所述多个所述电极相邻的导电聚合物层、以及在相对于所述多个电极的所述导电聚合物层的一侧上的第二导电结构。
57.根据权利要求56所述的电化学储能装置，其中，所述多个集流器包括至少一个保持在该装置内部的双极集流器、至少一个提供共平面电池之间的外部纵向电连接的公共集流器、以及用于装置经由所述突出部结构至外部电路的电连接的外部终端集流器。
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