高能量密度静电电容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明宽泛地涉及电容器，并且更具体地涉及在增强的电容率的聚合物层之间具 有电介质层的高能量密度电容器。
【背景技术】
[0002] 电容器的制造方法是多种多样的，这取决于电容器的性质和能量存储需求。在电 子学中，低损耗因数和小尺寸是主要的需求。在其它应用中，能量存储器件的尺寸不及成本 重要。在另外的其它应用中，快速传输存储在电容器中的能量是最重要的问题。
[0003] 在能量存储领域，通常认为电容器是有利的。过去，纯静电电容器通常是能量密度 最低的，并且是最昂贵的存储大量能量的器件之一。尽管有其局限性，静电电容器也已经在 电子学中广为使用，因为它们能够传输非常高的额定功率（powerrates)。这个非常有吸引 力的特点是由于电力在电容器内的存储方式。例如，由于电容器的放电通常不取决于电化 学物质在相对宏观的环境中的运动，电容器传输的电力通常比尺寸相当的电化学电池至少 大几个数量级。
[0004] 电容器通常也可承受相对较低的温度和相对较高的温度。许多类型的电容器可 在-30°C至120°C的温度范围内工作。在具有受控或线性电容的条件下，扩展这些范围也是 一个受关注的特点。
[0005] 不幸的是，电容器的特性还通常为单位体积或重量存储的单位能量的高成本。在 应用中，使用静电电容器储存大量能量受到了高单位成本的严重阻碍。鉴于全世界不断增 加的能量存储的需求，迫切需要降低储存单位能量的单位成本。
[0006] 作为【背景技术】，假设1立方米的体积并使用mks系统的单位，可以看出能量正比于 电容率并且反比于电极间厚度或距离的平方，如下所示：
【主权项】
1. 固态电能态存储器件，包括： 一对导电电极，所述一对导电电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电 极是平行的并且被介入空间间隔分开；和 主电介质，所述主电介质包括主电介质材料，设置在所述一对导电电极之间且在所述 介入空间内，并且具有邻近所述第一电极的第一表面以及邻近所述第二电极的相对的第二 表面；和 二级电介质层，所述二级电介质层包括二级电介质材料，设置在所述主电介质的第一 表面和所述第一电极之间并与所述主电介质的所述第一表面和所述第一电极相接触，所述 二级电介质层具有增加的电容率。
2. 如权利要求1的固态电能态存储器件，还包括： 三级电介质层，所述三级电介质层包括三级电介质材料，设置在所述主电介质的第二 表面和所述第二电极之间并与所述主电介质的所述第二表面和所述第二电极相接触，所述 三级电介质层具有增加的电容率。
3. 如权利要求2的固态电能态存储器件，其中所述二级电介质材料不同于所述主电介 质材料。
4. 如权利要求3的固态电能态存储器件，其中所述二级电介质材料与所述三级电介质 材料相同。
5. 如权利要求4的固态电能态存储器件，其中所述主电介质层具有主厚度，所述二级 电介质层具有二级厚度，所述三级电介质层具有三级厚度，并且所述二级厚度与所述三级 厚度约相同且实质上小于所述主厚度。
6. 如权利要求5的固态电能态存储器件，其中所述二级电介质层包括绝缘聚合物。
7. 如权利要求6的固态电能态存储器件，其中所述绝缘聚合物包括二甲苯基聚合物。
8. 如权利要求7的固态电能态存储器件，其中所述二甲苯基聚合物是puralene聚合 物。
9. 如权利要求6的固态电能态存储器件，其中所述绝缘聚合物具有电场有序固体基 质。
10. 如权利要求6的固态电能态存储器件，其中所述绝缘聚合物具有磁场诱导的自由 基中间体物质。
11. 如权利要求9的固态电能态存储器件，其中所述绝缘聚合物具有磁场诱导的自由 基中间体物质。
12. 如权利要求9的固态电能态存储器件，其中所述绝缘聚合物具有磁场增强的电容
13. 如权利要求9的固态电能态存储器件，其中所述绝缘聚合物具有电场增强的电容 率。
14. 固态电能态存储器件，包括： 一对导电电极，所述一对导电电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电 极是平行的并且被介入空间间隔分开；和 整体形成的非均质电介质，所述整体形成的非均质电介质设置在所述一对导电电极之 间且在所述介入空间内，所述整体形成的非均质电介质具有包括第一表面和第一组成的第 一部分、中央部分、和包括与所述第一表面相对的第二表面和第二组成的第二部分，所述第 一表面邻近所述第一电极并与所述第一电极相接触，以及所述相对的第二表面邻近所述第 二电极并与所述第二电极相接触，并且所述中央部分具有中央组成并设置在所述第一部分 和所述第二部分之间，并且所述中央组成具有中央平均电容率，所述第一组成具有第一平 均电容率，所述第二组成具有第二平均电容率，并且所述第一平均电容率与所述中央平均 电容率不同，且所述第二平均电容率与所述中央平均电容率不同。
15. 如权利要求14的固态电能态存储器件，其中所述第二平均电容率约等于所述第一 平均电容率。
16. 如权利要求15的固态电能态存储器件，其中所述第二平均电容率小于所述中央平 均电容率。
17. 如权利要求15的固态电能态存储器件，其中所述中央组成、第一组成和第二组成 中的至少一种是磁场增强的电容率组成。
18. 如权利要求15的固态电能态存储器件，其中所述中央组成、第一组成和第二组成 中的至少一种是电场增强的电容率组成。
19. 如权利要求15的固态电能态存储器件，其中所述第二平均电容率大于所述中央平 均电容率。
20. 如权利要求19的固态电能态存储器件，其中所述中央组成、第一组成和第二组成 中的至少一种是增强的电容率组成，该增强电容率组成选自电场增强的电容率组成和磁场 增强的电容率组成所构成的组。
【专利摘要】固态电能态存储器件包括多个电介质层或整体非均质电介质层。在电介质的形成过程中，在完全固化之前通过使电介质材料暴露在电场和/或磁场中，而使非均质层的层或部分具有增加的电容率。这种暴露会导致自由基和/或有序基质的产生。用于器件的电介质可包含新型的二甲苯基聚合物，该二甲苯基聚合物在大气条件下经与单原子氧的反应形成，并在衬底上的凝聚和固化过程中通过使聚合物暴露在磁场和/或电场中而提供增加的电容率。
【IPC分类】H01G4-08
【公开号】CN104854669
【申请号】CN201280077599
【发明人】D·卡弗, R·卡弗, S·雷诺茨
【申请人】卡弗科学有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2012年12月31日
【公告号】CA2890261A1, EP2917925A2, WO2014074122A2, WO2014074122A3