[发明专利]柔性能量储存结构薄片

说明书

相关申请

本发明对以下三个共有的美国临时专利申请正式要求优先权：

编号为61/228831，申请日为2009年7月27日，由米勒等申请的，名称为“柔性片式电容”的专利申请，该申请的公开内容通过引用结合到本文中，引用的程度不至于与本申请的公开内容相抵触。

编号为61/363104，申请日为2010年7月9日，由米勒等申请的，名称为“柔性片式电容”的专利申请，该申请的公开内容通过引用结合到本文中，引用的程度不至于与本申请的公开内容相抵触。

编号为61/364667，申请日为2010年7月15日，由米勒等申请的，名称为“柔性片式电容”的专利申请，该申请的公开内容通过引用结合到本文中，引用的程度不至于与本申请的公开内容相抵触。

技术领域

本文公开的主题大体上涉及一种柔性能量储存结构薄片。更特别地，本发明提供一种结构薄片，该结构薄片呈现出较高的能量密度，并且具有如机械挠性、穿透耐受性和/或物理韧性的结构功能。

背景技术

结构薄片技术有许多并且各不相同。一般可以理解的是，当设计具有不同材料性质和/或特殊的结构特征的结构薄片时，结构薄片的耐久性考量、强度要求以及预期用途通常是要考虑的。然而，迄今没有努力着重将结构薄片内的能量储存与普通日用品、电子件、运输工具和建筑物的结构元件相结合。结合结构薄片的所有类型的结构内的储存能量能力可在多种工业中具有广泛的应用。

能量储存技术也有许多并且各不相同。大多数技术分类依靠的两个维度是能量密度和功率密度。能量储存装置可存储大量能量并且在一段很长的时间内释放该能量，这被称为能量密度。相反地，能量储存装置也可存储较少能量，但可以快速充填和释放该能量，这被称为功率密度。取决于应用，这两个属性是有价值的。能量密度规模的高端技术是如压缩空气技术、抽水技术和燃料电池技术。稍低端的技术是电池，从碱性化学一次电池到二次(可充电)电池。功率密度连续体的高端技术是电容器，其依靠几分之一秒的比例来充电和放电。然而，所有现有的能量储存装置，几乎没有花心思在他们的机械强度以及韧性、挠性和相关的厚度上。而具有这些特性的能量储存装置在很多种工业中可具有广泛的应用。

因此，用作能量储存装置并表现出高能量密度，并具有如机械挠性、穿透耐受性和/或物理韧性的结构功能性的结构薄片在本领域将受到好评。

发明内容

根据第一方面，结构薄片包括大于10-mWh/ft2的能量储存密度，并在至少5％的应变下能够抵抗大于5-KPa的应力。

根据另一方面，结构薄片包括：印刷成型的隔离物；印刷成型的电极；以及印刷成型的结构导体。

根据另一方面，能量储存装置的隔离物包括：电绝缘多孔隔间；和无孔电绝缘基座板栅；其中，电绝缘多孔隔间和无孔基座板栅是印刷成型的。

然而根据另一方面，能量储存结构薄片包括能量储存电极，该能量储存电极在邻近粒子之间联锁，并且在能量储存电极之上和之下提供合适的纳米级阶层。

然而根据另一方面，电极粒子包括高孔隙率的电极核心；和导电纳米材料基体，该基体从高孔隙率的电极芯凸出；其中，电极粒子设置为在任何方向与另一阶层联锁，以允许：高能量密度；和随电极阶层的厚度增加的恒定功率。

然而根据另一方面，能量储存结构薄片包括印刷成型于无孔基座层上的图形化电流总线，该无孔基座层将多孔隔离物隔间电气隔离和机械隔离，并且阻止电解液传送。

然而根据另一方面，能量储存结构薄片包括印刷成型于子组件上的导电载流层，该子组件包括隔离物、机座、电极和电流总线。

根据另一方面，能量储存结构薄片包括印刷成型于衬底上的第一子组件，其中，为了容易拆下，衬底与第一子组件的热性质不匹配。

附图说明

本发明的主题在说明书完结之处的权利要求中被特别地指出并且清楚地声明。本发明前述的和其他的特征以及优点可从以下的详细描述中清楚地得出，该详细描述结合相应的附图，其中：

图1描绘根据本发明一个实施例的，用于储存能量和具有容错性的结构薄片的剖开透视图；

图2描绘根据本发明一个实施例的，在形成图1的薄片之前的两个子组件的透视图；

图3描绘根据本发明一个实施例的，应用隔离物层以制成图1-2中的薄片的步骤；

图4描绘根据本发明一个实施例的，产生电极的两个阶段的展示图；

图5描绘在图3的隔离物层和图4的电极层之间联锁的纳米级展示图；