高能量密度靜電電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明寬泛地涉及電容器，并且更具體地涉及在增強(qiáng)的電容率的聚合物層之間具 有電介質(zhì)層的高能量密度電容器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電容器的制造方法是多種多樣的，這取決于電容器的性質(zhì)和能量存儲需求。在電 子學(xué)中，低損耗因數(shù)和小尺寸是主要的需求。在其它應(yīng)用中，能量存儲器件的尺寸不及成本 重要。在另外的其它應(yīng)用中，快速傳輸存儲在電容器中的能量是最重要的問題。
[0003] 在能量存儲領(lǐng)域，通常認(rèn)為電容器是有利的。過去，純靜電電容器通常是能量密度 最低的，并且是最昂貴的存儲大量能量的器件之一。盡管有其局限性，靜電電容器也已經(jīng)在 電子學(xué)中廣為使用，因?yàn)樗鼈兡軌騻鬏敺浅８叩念~定功率（powerrates)。這個非常有吸引 力的特點(diǎn)是由于電力在電容器內(nèi)的存儲方式。例如，由于電容器的放電通常不取決于電化 學(xué)物質(zhì)在相對宏觀的環(huán)境中的運(yùn)動，電容器傳輸?shù)碾娏νǔ１瘸叽缦喈?dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)電池至少 大幾個數(shù)量級。
[0004] 電容器通常也可承受相對較低的溫度和相對較高的溫度。許多類型的電容器可 在-30°C至120°C的溫度范圍內(nèi)工作。在具有受控或線性電容的條件下，擴(kuò)展這些范圍也是 一個受關(guān)注的特點(diǎn)。
[0005] 不幸的是，電容器的特性還通常為單位體積或重量存儲的單位能量的高成本。在 應(yīng)用中，使用靜電電容器儲存大量能量受到了高單位成本的嚴(yán)重阻礙。鑒于全世界不斷增 加的能量存儲的需求，迫切需要降低儲存單位能量的單位成本。
[0006] 作為【背景技術(shù)】，假設(shè)1立方米的體積并使用mks系統(tǒng)的單位，可以看出能量正比于 電容率并且反比于電極間厚度或距離的平方，如下所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 固態(tài)電能態(tài)存儲器件，包括： 一對導(dǎo)電電極，所述一對導(dǎo)電電極包括第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電 極是平行的并且被介入空間間隔分開；和 主電介質(zhì)，所述主電介質(zhì)包括主電介質(zhì)材料，設(shè)置在所述一對導(dǎo)電電極之間且在所述 介入空間內(nèi)，并且具有鄰近所述第一電極的第一表面以及鄰近所述第二電極的相對的第二 表面；和 二級電介質(zhì)層，所述二級電介質(zhì)層包括二級電介質(zhì)材料，設(shè)置在所述主電介質(zhì)的第一 表面和所述第一電極之間并與所述主電介質(zhì)的所述第一表面和所述第一電極相接觸，所述 二級電介質(zhì)層具有增加的電容率。
2. 如權(quán)利要求1的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，還包括： 三級電介質(zhì)層，所述三級電介質(zhì)層包括三級電介質(zhì)材料，設(shè)置在所述主電介質(zhì)的第二 表面和所述第二電極之間并與所述主電介質(zhì)的所述第二表面和所述第二電極相接觸，所述 三級電介質(zhì)層具有增加的電容率。
3. 如權(quán)利要求2的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述二級電介質(zhì)材料不同于所述主電介 質(zhì)材料。
4. 如權(quán)利要求3的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述二級電介質(zhì)材料與所述三級電介質(zhì) 材料相同。
5. 如權(quán)利要求4的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述主電介質(zhì)層具有主厚度，所述二級 電介質(zhì)層具有二級厚度，所述三級電介質(zhì)層具有三級厚度，并且所述二級厚度與所述三級 厚度約相同且實(shí)質(zhì)上小于所述主厚度。
6. 如權(quán)利要求5的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述二級電介質(zhì)層包括絕緣聚合物。
7. 如權(quán)利要求6的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述絕緣聚合物包括二甲苯基聚合物。
8. 如權(quán)利要求7的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述二甲苯基聚合物是puralene聚合 物。
9. 如權(quán)利要求6的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述絕緣聚合物具有電場有序固體基 質(zhì)。
10. 如權(quán)利要求6的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述絕緣聚合物具有磁場誘導(dǎo)的自由 基中間體物質(zhì)。
11. 如權(quán)利要求9的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述絕緣聚合物具有磁場誘導(dǎo)的自由 基中間體物質(zhì)。
12. 如權(quán)利要求9的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述絕緣聚合物具有磁場增強(qiáng)的電容
13. 如權(quán)利要求9的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述絕緣聚合物具有電場增強(qiáng)的電容 率。
14. 固態(tài)電能態(tài)存儲器件，包括： 一對導(dǎo)電電極，所述一對導(dǎo)電電極包括第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電 極是平行的并且被介入空間間隔分開；和 整體形成的非均質(zhì)電介質(zhì)，所述整體形成的非均質(zhì)電介質(zhì)設(shè)置在所述一對導(dǎo)電電極之 間且在所述介入空間內(nèi)，所述整體形成的非均質(zhì)電介質(zhì)具有包括第一表面和第一組成的第 一部分、中央部分、和包括與所述第一表面相對的第二表面和第二組成的第二部分，所述第 一表面鄰近所述第一電極并與所述第一電極相接觸，以及所述相對的第二表面鄰近所述第 二電極并與所述第二電極相接觸，并且所述中央部分具有中央組成并設(shè)置在所述第一部分 和所述第二部分之間，并且所述中央組成具有中央平均電容率，所述第一組成具有第一平 均電容率，所述第二組成具有第二平均電容率，并且所述第一平均電容率與所述中央平均 電容率不同，且所述第二平均電容率與所述中央平均電容率不同。
15. 如權(quán)利要求14的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述第二平均電容率約等于所述第一 平均電容率。
16. 如權(quán)利要求15的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述第二平均電容率小于所述中央平 均電容率。
17. 如權(quán)利要求15的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述中央組成、第一組成和第二組成 中的至少一種是磁場增強(qiáng)的電容率組成。
18. 如權(quán)利要求15的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述中央組成、第一組成和第二組成 中的至少一種是電場增強(qiáng)的電容率組成。
19. 如權(quán)利要求15的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述第二平均電容率大于所述中央平 均電容率。
20. 如權(quán)利要求19的固態(tài)電能態(tài)存儲器件，其中所述中央組成、第一組成和第二組成 中的至少一種是增強(qiáng)的電容率組成，該增強(qiáng)電容率組成選自電場增強(qiáng)的電容率組成和磁場 增強(qiáng)的電容率組成所構(gòu)成的組。
【專利摘要】固態(tài)電能態(tài)存儲器件包括多個電介質(zhì)層或整體非均質(zhì)電介質(zhì)層。在電介質(zhì)的形成過程中，在完全固化之前通過使電介質(zhì)材料暴露在電場和/或磁場中，而使非均質(zhì)層的層或部分具有增加的電容率。這種暴露會導(dǎo)致自由基和/或有序基質(zhì)的產(chǎn)生。用于器件的電介質(zhì)可包含新型的二甲苯基聚合物，該二甲苯基聚合物在大氣條件下經(jīng)與單原子氧的反應(yīng)形成，并在襯底上的凝聚和固化過程中通過使聚合物暴露在磁場和/或電場中而提供增加的電容率。
【IPC分類】H01G4-08
【公開號】CN104854669
【申請?zhí)枴緾N201280077599
【發(fā)明人】D·卡弗, R·卡弗, S·雷諾茨
【申請人】卡弗科學(xué)有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2012年12月31日
【公告號】CA2890261A1, EP2917925A2, WO2014074122A2, WO2014074122A3