能量存储设备制造技术

能量存储设备(100)，其包括：多孔导体基板(110)；与所述多孔导体基板(110)的内表面(112)接触的绝缘体层(120)；以及与所述绝缘体层(120)的外表面(122)接触的导体层(130)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能量存储设备，特别是(但不是仅仅)涉及用于驱动例如电动车辆的电气装置的能量存储设备。
技术介绍
用于驱动电动车辆的常规电池的限制在现有技术中有许多文件记载，其中电池重量和充电时间极大地限制能量存储潜力。电池的容量和重量也是便携式电子装置中的重要因素。本申请人已认识到需要改进形式的能量存储装置，以克服或至少缓和与现有技术有关的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个方面，提供能量存储设备，其包括：多孔导体基板；与所述多孔导体基板的内表面接触的绝缘体层；以及与所述绝缘体层的外表面接触的导体层(例如，外导体层)。以这种方式，能量存储设备具备电容器结构，其中所述多孔导体基板与所述绝缘体层之间的接触面积相对于常规的板状电容器显著增加，在常规的板状电容器中，所述接触面积限制为导体板的横截面积。在一个实施方案中，所述多孔导体基板限定了互连空隙的网络(例如，每个空隙连接到所述多孔导体基板的外表面)。在一个实施方案中，互连空隙的网络从所述多孔导体基板的一个横向侧延伸到所述多孔导体基板的相对的横向侧。在一个实施方案中，所述多孔导体基板的平均有效孔隙直径介于10-300nm(例如20-100nm或50-100nm)之间。在一个实施方案中，所述多孔导体基板通过溶胶-凝胶工艺形成。在一个实施方案中，所述多孔导体基板是碳气凝胶。在一个实施方案中，所述多孔导体基板基本上是平面的。<br>在一个实施方案中，所述绝缘体层形成在所述多孔导体基板的内表面上(例如，作为固体层)。在一个实施方案中，所述导体层形成在所述绝缘体层的外表面上(例如，作为固体层)。在一个实施方案中，所述绝缘体层额外与所述多孔导体基板的外表面接触(例如，形成在所述多孔导体基板的外表面上)。在一个实施方案中，所述绝缘体层包括第一和第二顺序涂敷的绝缘体材料的涂层。以这种方式，可以降低延伸通过绝缘体层的总厚度的缺陷或“针孔”的风险，因为任何一个层不可能在两个单独形成的层上的相同位置形成缺陷。在一个实施方案中，绝缘体层还包括在绝缘体材料的第二涂层之后涂敷的第三涂层(例如，以进一步降低延伸通过绝缘体层的总厚度的缺陷的风险)。在一个实施方案中，第一到第三绝缘体材料的涂层中的每一个的厚度介于2-10nm之间(例如，约4nm)。以这种方式，可以优化每个涂层的介电强度，因为通常材料的介电强度性质会随着厚度的降低而改善(按厚度)。在一个实施方案中，所述绝缘体层包括由第一绝缘体材料形成的第一层和由不同于所述第一材料的第二绝缘体材料形成的第二层。以这种方式，可以提供其中可实现两种材料的益处的多层电介质。在一个实施方案中，第一绝缘体材料比第二绝缘体材料具有更高的介电强度(例如，第一材料的介电强度是第二材料的介电强度的至少10倍、至少50倍或至少100倍)。在一个实施方案中，第一绝缘体材料包含氧化硅或类金刚石碳。在一个实施方案中，第二材料比第一材料具有更高的介电常数。在一个实施方案中，第二材料包含钛酸锶、氧化钛或聚合物层(例如，通过浸渍或轧制涂覆)。在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一个或两个的厚度小于约50nm(例如小于约20nm)。以这种方式，每个层的厚度可被选择为低于另一层的德布罗意波长，从而允许电压性能保持得如同另一种材料实际上几乎“不存在”。在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一个的厚度约为10nm。在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的每一个或至少一个的厚度大于约5nm(例如，以减少由量子隧穿引起的有效泄漏)。在一个实施方案中，所述第二层的厚度基本上等于或小于所述第一层的厚度。在一个实施方案中，所述绝缘体层还包括由不同于所述第二绝缘体材料的绝缘体材料形成并且涂敷到所述第二层的第三层。在一个实施方案中，第三层比第二绝缘体材料具有更高的介电场强度(例如，第三层的介电强度是第二材料的介电强度的至少10倍、至少50倍或至少100倍)。在一个实施方案中，第三层由与第一层相同的材料形成。在一个实施方案中，导体层的厚度介于1-20nm之间。在一个实施方案中，所述绝缘体层包括：第一电存储层，其可操作以便当在多孔导体基板和导体层的两端施加电压时以极化形态(polarised configuration)存储能量(例如，第一电存储层的击穿电压高于阈值电压)；以及第二电存储层，其被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在多孔导体基板和导体层的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态(例如，第二电存储层的转换电压(从电绝缘形态变化到导电形态时的电压)等于或低于在从电绝缘形态转换到导电形态之前第二电存储层的两端的阈值电压的分量)。以这种方式，在通过极化存储能量之前，必须将第二电存储层从电绝缘形态转化到导电形态，由此增加装置的存储容量。此附加的存储能量随后在第二电存储层于放电阶段期间转化回电绝缘形态时被释放。在一个实施方案中，阈值电压为至少100伏特(例如，至少1000伏特或甚至至少10,000伏特)。在一个实施方案中，第二电存储层是可电离的，并且导电形态是通过在第二电存储层的两端施加等于或超过第二电存储层的击穿电压的电压而产生的电离配置。在另一个实施方案中，第二电存储层包括多个在多孔导体基板和导体层之间电串联布置的半导体部件(例如包括至少一个掺杂的半导体层的部件)，各半导体部件具有与其相关的阈值电压，在所述阈值电压下，其电特性从电绝缘性的变化为导电的。在一个实施方案中，所述第二电存储层比所述第一电存储层具有更低的相对电容率。在一个实施方案中，所述第二电存储层包含固体。在一个实施方案中，所述第二电存储层包含流体(例如气体)。在一个实施方案中，所述绝缘体层还包括位于所述第一电存储层的与所述第二电存储层相对的侧上的第三电存储层，所述第三电存储层被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在多孔导体基板和导体层的两端施加电压从电绝缘形态转换到导电形态(例如，第三电存储层的转换电压等于或低于在从电绝缘形态转换到导电形态之前第三电存储层的两端的阈值电压的分量)。在一个实施方案中，第二和第三电存储层具有不同的电性质(例如，一个被选择是因为它能够接受电子，而另一个被选择是因为它能够释放电子)。在一个实施方案中，第一、第二和第三电存储层中的至少一个形成得具有基本上均匀的厚度。根据本专利技术的第二个方面，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量存储设备，其包括：多孔导体基板；与所述多孔导体基板的内表面接触的绝缘体层；以及与所述绝缘体层的外表面接触的导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.06 GB 1212051.51.一种能量存储设备，其包括：多孔导体基板；与所述多孔导体基板的内
表面接触的绝缘体层；以及与所述绝缘体层的外表面接触的导体层。
2.根据权利要求2所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层额外与所述多
孔导体基板的外表面接触。
3.根据权利要求1或2所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层形成在所
述多孔导体基板的所述内表面上。
4.根据权利要求3所述的能量存储设备，其中所述导体层形成在所述绝缘
体层的所述外表面上。
5.根据权利要求3或4所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层包括顺序
涂敷的绝缘体材料的第一和第二涂层。
6.根据权利要求5所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层还包括在所述
绝缘体材料的第二涂层之后涂敷的第三涂层。
7.根据权利要求5或6所述的能量存储设备，其中每个所述绝缘体材料的
涂层的厚度在2-10nm之间。
8.根据权利要求3到7中任一项所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层
包括由第一绝缘体材料形成的第一层和由不同于所述第一材料的第二绝缘体
材料形成的第二层。
9.根据权利要求8所述的能量存储设备，其中所述第一绝缘体材料比所述
第二绝缘体材料具有更高的介电强度。
10.根据权利要求8或9所述的能量存储设备，其中所述第二材料比所述
第一材料具有更高的介电常数。
11.根据权利要求8到10中任一项所述的能量存储设备，其中所述第一层
和第二层中的至少一个或两个的厚度小于约50nm。
12.根据权利要求8到11中任一项所述的能量存储设备，其中所述第二层
的厚度基本上等于或小于所述第一层的厚度。
13.根据权利要求8到12中任一项所述的能量存储设备，其中所述绝缘体
层还包括由不同于所述第二绝缘体材料的绝缘体材料形成并且涂敷到所述第
二层的第三层。
14.根据权利要求13所述的能量存储设备，其中所述第三层比所述第二绝
缘体材料具有更高的介电场强度。
15.根据前述任一权利要求所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层包括：
第一电存储层，其可操作以在所述多孔导体基板和所述导体层的两端施加
电压时以极化形态存储能量；以及
第二电存储层，其被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应
在所述多孔导体基板和所述导体层的两端施加超过阈值电压的电压从所述电
绝缘形态转换到所述导电形态。
16.根据权利要求15所述的能量存储设备，其中所述阈值电压至少为100
伏特。
17.根据权利要求15或16所述的能量存储设备，其中所述第二电存储层
是可电离的，并且所述导电形态是通过在所述第二电存储层的两端施加等于或
超过所述第二电存储层的击穿电压的电压而产生的电离形态。
18.根据权利要求15或16所述的能量存储设备，其中所述第二电存储层
包括多个在所述多孔导体基板和所述导体层之间电串联布置的半导体部件，各
半导体部件具有与其相关的阈值电压，在所述阈值电压，其电特性从电绝缘性
的变化为导电的。
19.根据权利要求15到18中任一项所述的能量存储设备，其中所述绝缘
体层还包括位于所述第一电存储层的与所述第二电存储层相对的一侧的第三
电存储层，所述第三电存储层被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其
中响应在所述多孔导体基板和所述导体层的两端施加电压从所述电绝缘形态
转换到所述导电形态。
20.根据权利要求15到19中任一项所述的能量存储设备，其中所述第二
和第三电存储层具有不同的电性质。
21.一种制造能量存储设备的方法，其包括：
提供多孔导体基板；
提供与所述多孔导体基板的内表面接触的绝缘体层；以及
提供与所述绝缘体层的外表面接触的导体层。
22.根据权利要求21所述的方法，其中使所述绝缘体层暴露于所述多孔导
体基板的内表面的步骤包括在所述多孔导体基板的内表面上形成所述绝缘体
层。
23.根据权利要求22所述的方法，其中提供所述导体层的步骤包括在所述
绝缘体层的外表面上形成导体层。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述多孔导体基板在所述形
成所述绝缘体层的步骤后保持多孔。
25.根据权利要求22到24中任一项所述的方法，其中形成所述导体层的
步骤包括将导体材料涂敷到所述绝缘体层的所述外表面。
26.根据权利要求22到25中任一项所述的方法，其中所述涂敷所述绝缘
体层的步骤包括：
将绝缘体材料的第一涂层涂敷到所述多孔导体基板的内表面；以及
在基本上完全形成绝缘体材料的所述第一涂层之后，将绝缘体材料的第二
涂层涂敷到绝缘体材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·休·宝特伍德，
申请(专利权)人：ZYK公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU