[发明专利]在组合之后电介质与电极化学结合的方法

说明书

本发明公开了高介电常数、低漏电能量储存装置如电容器的生产以及能量储存装置的制造方法。所公开的装置包括导电第一电极和导电第二电极以及设置在所述第一和第二电极之间的空间受限的介电薄膜。所述空间受限的介电薄膜包括多个聚合物分子，并且至少一些聚合物分子结合到第一电极。所公开的装置可以包括设置在第一电极和介电薄膜之间和/或第二电极和介电薄膜之间的绝缘层。

相关申请的交叉引用：

本申请要求2014年12月17日提交的美国申请号14/574,175的优先权，该申请是2014年9月26日提交的美国申请号14/499,028的部分继续，其全部内容通过引证结合于此。本申请也是2014年1月16日提交的美国申请号14/156,457的部分继续，该申请要求2013年4月5日提交的美国临时申请号61/808,733的权益，前述申请案的全部内容均通过引证结合于此。本申请也是2014年9月19日提交的美国申请号14/490,873的部分继续，该申请是2013年3月29日提交的美国申请号13/853,712的部分继续，该申请是2012年11月7日提交的现已放弃的美国申请号13/671,546的部分继续，并且是2012年8月30日提交的美国专利申请号13/599,996的部分继续，该申请已在2014年1月21日授权为美国专利号8,633,289，前述申请的全部内容均通过引证结合于此。

技术领域

本公开涉及一种高介电常数、低漏电的能量储存装置，例如电容器，以及制造所述能量储存装置的方法的实施方案。

背景技术

静电式电容是一种尚未广泛用于大量电能储存的能量储存方法。一般来说，在介电材料中的传统静电式能量储存的充电和放电机制在数微微秒至数百微秒的时域范围内。在每单位质量的能量密度和每单位体积的能量密度中需要更密集的能量储存。

发明内容

本公开涉及一种高介电常数、低漏电的能量储存装置，例如电容器，以及制造该能量储存装置的方法的实施方案。能量储存装置的实施方案包括导电第一电极；导电第二电极；和设置在所述导电第一电极和导电第二电极之间的空间受限介电薄膜，所述空间受限的介电薄膜包括多个聚合物分子。仅基于设置在所述导电第一电极和导电第二电极之间的空间受限的介电薄膜的重量，能量储存装置在所述能量储存装置没有充电和/或放电时具有至少1Wh/kg的能量储存容量。在一些实施方案中，绝缘层设置在导电第一电极上、导电第二电极上或者在导电第一电极和导电第二电极上。在任何或所有上述实施方案中，所述聚合物分子可以具有一个或多个极性官能团、可电离的官能团或其组合。在任何或所有上述实施方案中，至少1％的聚合物分子可以结合到第一电极或结合到设置在第一电极上的绝缘层。在任何或所有上述实施方案中，聚合物分子可以是蛋白质分子。在任何或所有上述实施方案中，聚合物分子可以结合到与介电薄膜接触的导电第一电极的至少1％的表面。

在一些实施方案中，一种方法包括通过以下步骤制造能量储存装置：(a)将介电薄膜施加到导电第一电极，所述介电薄膜包括薄膜材料，所述薄膜材料(i)具有电绝缘性和/或呈现高介电常数，(ii)包括多个聚合物分子；(b)使所述介电薄膜与导电第二电极接触；以及(c)在第一电极、介电薄膜和第二电极之间施加电场，从而制造能量储存装置。在某些实施方案中，所述方法还包括将绝缘层施加到导电第一电极上，以形成复合第一电极，以及将介电薄膜施加到复合第一电极的绝缘层上。在任何或所有上述实施方案中，电场可以大于100V/cm。在任何或所有上述实施方案中，聚合物分子可以是蛋白质分子。