Устройство для хранения энергии и способ его изготовления - заявка 2016143558 на патент на изобретение в РФ

1. Устройство для хранения энергии, содержащее:
первый электрод;
второй электрод; и
твердую многослойную структуру, расположенную между указанными первым и вторым электродами,
причем указанные электроды являются плоскими и планарными и расположены параллельно друг другу, и
при этом указанная твердая многослойная структура содержит m изолирующих и проводящих слоев,
указанные слои расположены параллельно указанным электродам, и
указанные слои имеют следующую последовательность: А-В-(А-В-…А-В-)А,
где:
А - однородный изолирующий слой, который содержит изолирующий диэлектрический материал,
В - однородный проводящий слой, и
m равно 3 или больше.
2. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором указанные изолирующие слои являются кристаллическими.
3. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором указанные изолирующие слои содержат модифицированные органические соединения с общей структурной формулой I:
где Cor - полициклическое органическое соединение с π-сопряженной системой;
М - модифицирующие функциональные группы; и
n - количество модифицирующих функциональных групп, где n равно 1 или больше.
4. Устройство для хранения энергии по п. 3, в котором полициклическое органическое соединение выбрано из группы, состоящей из олигофенила, имидазола, пиразола, аценафтена, триазина и индантрона, и полициклическое органическое соединение имеет общую структурную формулу, выбранную из группы, состоящей из структур 1-43, следующим образом:
5. Устройство для хранения энергии по п. 3, в котором модифицирующие функциональные группы выбраны из группы, состоящей из алкила, арила, замещенного алкила, замещенного арила и любой их комбинации.
6. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором указанные изолирующие слои содержат полимерные материалы, выбранные из группы, состоящей из фторированных алкилов, полиэтилена, кевлара, поли(винилидена фторида-гексафторпропилена), полипропилена, фторированного полипропилена, полидиметилсилоксана.
7. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором изолирующие слои содержат полимерный материал, сформированный с блоками, выбранными из структур 44-49, следующим образом:
8. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором проводящие слои являются кристаллическими.
9. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором проводящие слои содержат материал, обладающий молекулярной проводимостью.
10. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором указанные проводящие слои содержат электропроводящие олигомеры.
11. Устройство для хранения энергии по п. 10, в котором продольные оси электропроводящих олигомеров направлены в основном перпендикулярно электродам.
12. Устройство для хранения энергии по п. 10, в котором продольные оси электропроводящих олигомеров направлены в основном параллельно электродам.
13. Устройство для хранения энергии по п. 10, в котором электропроводящие олигомеры в основном обладают боковой трансляционной симметрией.
14. Устройство для хранения энергии по п. 10, в котором электропроводящие олигомеры выбраны из группы, состоящей из структур 50-56, следующим образом:
где X=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 или 12.
15. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором указанные проводящие слои содержат электропроводящие полимеры с низким молекулярным весом.
16. Устройство для хранения энергии по п. 15, в котором электропроводящие полимеры с низким молекулярным весом имеют мономеры, выбранные из группы, состоящей из структур 50-56 следующим образом:
где X=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 или 12.
17. Устройство для хранения энергии по п. 10, в котором электропроводящие олигомеры дополнительно содержат группы-заместители и описаны следующей общей структурной формулой II:
где:
Rq - набор групп-заместителей,
q - количество групп-заместителей R в наборе Rq, и
q=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10.
18. Устройство для хранения энергии по п. 17, в котором группы-заместители R независимо выбраны из группы, состоящей из алкила, арила, замещенного алкила, замещенного арила и любой их комбинации.
19. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором толщина (dins) изолирующего слоя, толщина (dcond) проводящего слоя, количество изолирующих слоев (nins≥2), диэлектрическая проницаемость (εins) изолирующего диэлектрического материала и диэлектрическая проницаемость (εcond) проводящего слоя удовлетворяют следующему отношению:
dcond=p⋅(nins/(nins-1)⋅(εcondins)⋅dins, где p≥3.
20. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором электроды содержат Pt, Cu, Al, Ag и/или Au.
21. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором электроды содержат медь, m равно 3, изолирующий диэлектрический материал А содержит полиэтилен, проводящий материал В содержит полианилин (PANI), толщина изолирующего слоя составляет dins=25 нм, толщина проводящего слоя составляет dcond=50 мкм, и напряжение Vbd пробоя составляет примерно 2 В.
22. Устройство для хранения энергии по п. 1, в котором указанные электроды содержат медь, m равно 7, изолирующий диэлектрический материал содержит полиэтилен, проводящий материал содержит полианилин (PANI), толщина изолирующего слоя составляет dins=25 нм, толщина проводящего слоя составляет dcond=50 мкм, и напряжение Vbd пробоя составляет примерно 4 В.
23. Способ изготовления устройства для хранения энергии, включающий в себя этапы:
a) подготовки проводящей подложки, служащей в качестве первого электрода,
b) формирования многослойной структуры на первом электроде, и
c) формирования второго электрода на многослойной структуре,
причем формирование многослойной структуры включает в себя чередующиеся этапы наложения изолирующих слоев и наложения проводящих слоев или этап совместной экструзии изолирующих и проводящих слоев.
24. Способ по п. 23, согласно которому этап b) формирования многослойной структуры включает в себя чередующиеся этапы наложения раствора изоляционного материала и наложения раствора проводящего материала, причем после обоих этапов наложения следует этап сушки для формирования твердых изолирующих слоев и твердых проводящих слоев, при этом чередующиеся этапы повторяют, пока не будет завершено формирование многослойной структуры, и изолирующий слой сформирован в качестве первого слоя и в качестве последнего слоя, причем каждый из указанного первого слоя и указанного последнего слоя находится в прямом контакте с электродом.
25. Способ по п. 23, согласно которому этап b) формирования многослойной структуры включает в себя чередующиеся этапы наложения расплава изоляционного материала и наложения расплава проводящего материала, причем после обоих этапов наложения следует этап остывания для формирования твердого изолирующего слоя и твердого проводящего слоя, при этом чередующиеся этапы повторяют, пока не будет завершено формирование многослойной структуры, и изолирующий слой сформирован в качестве первого слоя и в качестве последнего слоя, причем каждый из указанного первого слоя и указанного последнего слоя находится в прямом контакте с электродом.
26. Способ по п. 23, согласно которому этап b) формирования твердой многослойной структуры включает в себя этап совместной экструзии набора чередующихся слоев проводящего материала и слоев изолирующего диэлектрического материала на подложку, после которого следует сушка для формирования твердой многослойной структуры.
27. Способ по п. 23, согласно которому этап b) формирования твердой многослойной структуры включает в себя этап совместной экструзии набора чередующихся слоев расплавленного проводящего материала и слоев расплавленного изолирующего диэлектрического материала на подложку, после которого следует этап остывания для формирования твердой многослойной структуры.
Наверх