KR101369738B1 - 콘덴서용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연분리막을 사이에 둔 음극과 양극의 접촉면적을 구조적으로 넓히어 충전량과 충전효율을 증대하고 구조가 간단하여 소형화에 적합함과 아울러 생산성을 증대시켜 경제적으로 제공할 수 있도록 절연체로 이루어지며 단일체가 지그재그 방식으로 배열되게 형성된 절연분리막(1)과; 상기 절연분리막(1)의 지그재그 배열된 면과 면의 사이 공간에 구비되며, 중앙에 구비된 심재(C)와 상기 심재(C)의 외측면에 결합된 전극물질(3)로 이루어진 전극(2)을 포함하여 이루어진 콘덴서용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서에 관한 것이다.

Description

콘덴서용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서{ELECTRODE STRUCTURE AND THE CAPACITOR COMPRISING THE ELECTRODESTRUCTURE}

본 발명은, 전기소자의 하나인 콘덴서의 음극 및 양극을 구성하는 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절연체를 사이에 둔 음극과 양극의 접촉면적을 구조적으로 넓히어 충전량과 충전효율을 증대하고 구조가 간단하여 소형화에 적합함과 아울러 생산성을 증대시켜 경제적으로 제공할 수 있도록 된 콘덴서용 전극구조체, 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서에 관한 것이다.

일반적으로, 전기소자의 하나인 콘덴서는 전기(전하)를 저장하는 소자로, 전하를 정해진 용량만큼 저장하고, 다시 이 저장된 전하를 방출함으로써, 직류차단과 교류통과, 축전지, 필터 등의 기능을 수행하는 전기소자이다.

이러한 콘덴서는 두 개의 전극(음극/양극) 사이에 유전체(절연체)로 절연된 구조로 이루어지며, 양쪽 전극에 전압이 가해지면 두 개의 전극 사이에서 전하가 충전되기 시작하며 순간적으로 전류가 흐르게 된다.

그리고, 전극 사이에 있는 물질에 전하가 더 이상 충전될 수 없을 때에는 전류가 흐르지 않고 다시 두 개의 전극 사이를 연결하면 충전되어 있던 전하가 회로를 따라 흐르게 된다(바전).

상기와 같은 콘덴서는 제작되는 재료에 따라 세라믹 콘덴서, 탄탈콘덴서, 운모콘덴서, 마일러콘덴서, 전해 콘덴서 등이 다양하게 제시되어 있다.

상기에서 전해 콘덴서는 캐미콘(chemical condenser)이라고도 하며, 유전체로 얇은 산화막을 사용하고, 전극으로는 알루미늄을 사용하고 있으며, 유전체를 얇게 할 수 있어 체적에 비해 큰 용량을 얻을 수 있다.

근자에는, 각종 전자기기(휴대폰, 노트북, 각종 음향기기)의 증대로 소형이면서도 충전량과 충전효율을 극대화하도록 된 콘덴서의 필요성이 대두하고 있으며, 이에 따른 각종 고안에 제안되고 있다.

또한, 그 구조가 간단하여 생산성을 증대시켜 저렴하게 제공할 수 있는 콘덴서의 필요성이 대두하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 절연체를 사이에 둔 음극과 양극의 접촉면적을 구조적으로 넓히어 충전량과 충전효율을 증대하고 구조가 간단하여 소형화에 적합함과 아울러 생산성을 증대시켜 경제적으로 제공할 수 있도록 된 콘덴서용 전극구조체, 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘덴서용 전극구조체는, 절연체로 이루어지며 단일체가 지그재그 방식으로 배열된 형성된 절연분리막과; 상기 절연분리막의 지그재그 배열된 면과 면의 사이 공간에 구비되며, 중앙에 구비된 심재와 상기 심재의 외측면에 결합된 전극물질로 이루어진 전극으로 이루어진 것을 특징으로 한다,

상기한 절연분리막은 Al₂O₂(산화 알루미늄) 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 전극물질은 양극을 구성하는 양극물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 양극물질은 LiCo(리튬코발트) 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 전극물질은 음극을 구성하는 음극물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 음극물질은 실리콘재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 음극물질은 산화실리콘 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 심재는 전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 전도성 물질은 탄소섬유로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 전도성 물질은 금속섬유로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 전도성 물질은 그라파이트(Graphite)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 전극은 중앙에 전도성 심재가 구비되며, 상기 전도성 심재의 외주면에 전극물질이 적층되며 라인형상으로 이루어진 전극체들의 결합으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘덴서는 상기한 전극구조체와, 상기 전극구조체와 다른 극성을 가지는 전극구조체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콘덴서용 전극구조체는 중앙에 구비된 심재와, 상기 심재의 외주면에 결합된 전극물질과 상기 전극물질의 외주면에 결합된 절연체로 이루어진 절연분리막을 포함하는 제1전극소자와, 상기 제1전극소자와 다른 극성을 가지는 전극물질을 포함하는 제2전극소자가, 각각의 면과 면이 교차되어 접하면서 지그재그 방식으로 다수의 층을 이루며 배열된 것으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 의한 콘덴서용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서는 음극, 양극. 유도체(절연체)를 단일체로 구성할 수 있어, 고밀도 및 음극과 양극의 접촉면적의 조절이 가능함에 따라 콘덴서에 대한 최적의 조건을 구현할 수 있어, 충전량 및 효율을 극대화할 수 있으며, 절연분리막을 사이에 둔 음극과 양극의 접촉면적을 구조적으로 넓히어 충전량과 충전효율을 증대하며 구조가 간단하여 소형화에 적합함과 아울러 생산성을 증대시켜 경제적인 효과를 가진다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체를 보인 개략 사시 예시도.
도 6 내지 도 10은 본 실시예의 콘덴서용 전극구조체를 구성하는 전극의 예시들을 보인 개략 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 콘덴서를 보인 개략 예시도.
도 12는 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 콘덴서를 보인 개략 예시도.
도 13은 본 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체를 구성하는 전극의 다른 예를 보인 개략 사시 예시도.
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체를 보인 개략 사시 예시도.
도 16은 본 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체를 구성하는 전극의 다른 예를 보이 개략 사시 예시도.
도 17은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체를 보인 개략 사시 예시도.
도 18은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 의한 콘덴서를 보인 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서를 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체를 보인 도면으로서, 본 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체는, 절연체로 이루어지며 단일 체가 지그재그 방식으로 배열되게 형성된 절연분리막(1)과, 상기 절연분리막(1)의 지그재그 배열된 면과 면의 사이 공간에 구비되는 전극(2)을 포함하여 이루어진다.

이에 따라, 음극(2a) 및 양극(2b)을 구성하는 전극(2)들이 좁은 공간에 치밀하게 구비되어 있어, 점유면적에 대하여 충전량 과 충전효율을 극대화할 수 있다.

즉, 음극(2a), 양극(2b), 절연분리막(1)을 단일체로 구성할 수 있어, 고밀도 및 음극(2a)과 양극(2b)의 접촉면적의 조절이 가능함에 따라 최적의 조건을 구현할 수 있어, 충전량 및 효율을 극대화할 수 있다.

상기에서 절연분리막(1)은 Al₂O₂(산화 알루미늄) 재질로 이루어지며 미소공 성의 성질을 가지는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체에서 상기한 전극(2)은 중앙에 구비된 심재(C)와 상기 심재(C)의 외측면에 결합된 전극물질(3)로 이루어진다.

즉, 상기한 전극물질(3)이 양극을 구성하는 양극물질(3b)로 이루어진 경우, 양극(2b)을 구성하는 전극구조체를 구성하며, 상기한 전극물질(3)이 음극(2a)을 구성하는 음극물질(3a)로 이루어진 경우에는 음극(2a)을 구성하는 전극구조체를 구성하게 된다.

상기에서 양극물질(3b)은 LiCo(리튬코발트) 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 음극물질(3a)은 실리콘재질 또는 산화실리콘 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기한 심재(C)는 전도성 물질로 이루어져 전기적인 접속자의 기능을 수행하도록 하는 것이 바람직하며, 상기 전도성 물질은 탄소섬유, 금속섬유 또는 그라파이트(Graphite)로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.

이에 따라, 상기한 심재(C)를 통해 음극물질(3a) 또는 양극물질(3b)을 전기적으로 연결하여 충/방전하게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 전극구조체는 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 양극 전극구조체 및 음극 전극구조체를 각각 구성할 수 있으며, 바람직하게는 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 전극(2)들이 그 극을 다르게 하면서 상기 절연분리막(1)의 사이 공간에 교대로 적층 배열되어 서로 다른 극성의 전극들이 상하에 각각 위치되게 구성하는 것이 가장 바람직하다.

상기에서 본 실시예에 의한 전극구조체를 구성하는 전극(2)은 도 6에서 도시된 바와 같이 상기 심재(C)가 판상으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 도 7에서 도시된 바와 같이 탄소섬유 또는 금속섬유들이 배열된 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 탄소섬유 또는 금속섬유들은 도 8에서 도시된 바와 같이 상하 2층 또는 복수 개의 층으로 적층되어 심재(C)를 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예의 전극구조체에 적용되는 전극(2)은 도 9 및 도 10에서 도시된 바와 같이 중앙에 전도성 심재(C)가 구비되며 상기 전도성 심재(C)의 외주면에 전극물질(3)이 적층되며 라인(line; 선)형상으로 이루어진 전극체(4)들이 배열결합하여 구성된 것으로 이루어질 수 있다.

즉, 다수의 전극체(4)들이 절연분리막(1)의 사이 공간에 적층배열되어 전극구조체를 구성하도록 된 것으로, 이 경우 상기 전극체(4)들이 복수 개의 층으로 적층된 상태로 절연분리막(1)의 사이 공간에 위치되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 전극체(4)들은 면과 면이 서로 연결된 상태를 유지하여 전기적으로 연결된다.

도 13 및 도 16은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 콘덴서용 전극구조체를 보인 도면으로, 본 실시예에 의한 전극구조체는 도 16에서 도시된 바와 같이 중앙에 구비된 심재(C)와 상기 심재(C)의 외주면에 결합된 전극물질(3)과 상기 전극물질(3)의 외주면에 결합된 절연체로 이루어진 절연분리막(1)을 포함하는 제1전극소자(5)와, 중앙에 구비된 심재(C)와 상기 심재(C)의 외주면에 결합되며 상기 제1전극소자(5)에 대하여 다른 극성을 가지는 전극물질(3)을 포함하는 제2전극소자(6)가, 도 14 및 도 15과 도 17에서 도시된 바와 같이 각각의 면과 면이 교차되어 접하면서 지그재그 방식으로 다수의 층을 이루며 배열된 것으로 이루어진다.

이때 상기 절연체는 상술한 절연분리막(1)의 기능을 수행하여 서로 다른 극성을 가지는 전극물질(3)이 서로 접촉하지 않도록 되어 있다.

이 경우, 도 18에서 도시된 바와 같이, 서로 다른 극성을 가지는 전극(2)들이 지그재그 방식으로 다수의 층을 이루며 배열된 것으로 이루어져 전극구조체 자체가 콘덴서를 구성하게 된다.

따라서, 소형의 콘덴서를 구현하게 되어, 다양한 용도로 사용을 할 수 있어, 사용상의 효용성을 증대한다.

상기와 같은 서로 다른 극성을 가지는 전극구조체들이 도 11 및 도 12에서 도시된 바와 같이 리튬이온을 포함하는 전해질(7)의 충전된 하우징(8)에 구비되어 리튬의 산화반응과 리튬이온의 환원반응을 이용하는 콘덴서를 구성하게 된다.

따라서, 고밀도 및 음극(2a)과 양극(2b)의 접촉면적의 조절이 가능함에 따라 콘덴서의 성능에 대한 최적의 조건을 구현할 수 있어, 충전량 및 효율을 극대화할 수 있으며, 절연분리막을 사이에 둔 음극(2a)과 양극(2b)의 접촉면적을 구조적으로 넓히어 충전량과 충전효율을 증대하고 구조가 간단하여 소형화에 적합함과 아울러 생산성이 증대되어 경제적이다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 절연분리막 2 : 전극
2a ; 음극 2b : 양극
3 : 전극물질 3a : 음극물질
3b : 양극물질 4 : 전극체
5 : 제1전극소자 6 : 제2전극소자
7 : 전해질 8 : 하우징
C : 심재

Claims (22)

1. 절연체로 이루어지며 단일 체가 지그재그 방식으로 배열되게 형성된 절연분리막과;
   상기 절연분리막의 지그재그 배열된 면과 면의 사이 공간에 구비되며, 중앙에 구비된 심재와 상기 심재의 외측면에 결합된 전극물질로 이루어진 전극을 포함하고,
   상기한 절연분리막은 Al₂O₂(산화 알루미늄) 재질로 이루어지며,
   상기한 심재는 전도성 물질로 이루어지고,
   상기한 전극은 중앙에 전도성 심재가 구비되고 상기 전도성 심재의 외주면에 전극물질이 적층되는 라인형상으로 이루어진 전극체들의 결합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서;
   상기한 전극물질은 양극을 구성하는 양극물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
   
4. 제 3항에 있어서;
   상기한 양극물질은 LiCo(리튬코발트) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
   
5. 제 1항에 있어서;
   상기한 전극물질은 음극을 구성하는 음극물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
   
6. 제 5항에 있어서;
   상기한 음극물질은 실리콘재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
   
7. 제 5항에 있어서;
   상기한 음극물질은 산화실리콘 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
   
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서;
   상기한 전도성 물질은 탄소섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
   
10. 제 1항에 있어서;
    상기한 전도성 물질은 금속섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
    
11. 제 1항에 있어서;
    상기한 전도성 물질은 그라파이트(Graphite)로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서용 전극구조체
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 콘덴서용 전극구조체로 이루어진 제1전극구조체와,
    상기 제1전극구조체에 대하여 다른 극성을 가지는 제2전극구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘덴서.
    
16. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 콘덴서용 전극구조체로 이루어진 제1전극구조체와,
    상기 제1전극구조체에 대하여 다른 극성을 가지는 제2전극구조체를 포함하고,
    상기한 제2전극구조체는 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 콘덴서용 전극구조체로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘덴서.
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제

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