[发明专利]用于电池应用的多孔非晶硅-碳纳米管复合式电极

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施例大致关于形成能量储存装置的方法。更明确地，本文所述实施例关于形成电池与电化学电容器的方法。

现有技术

充电快速、高容量的能量储存装置(诸如，超级电容器与锂(Li)离子电池)用于数目渐增的应用中，包括便携式电子产品、医疗装置、运输工具、并网型大能量储存器、可替换能量储存器及不间断电源(UPS)应用。各个这些应用中，能量储存装置的充电时间与容量是重要的参数。此外，上述能量储存装置的尺寸、重量和/或价钱可为显著的限制因素。此外，低内电阻是高效能所必需的。电阻越低，能量储存装置在输送电能中碰到的限制便越少。举例而言，超级电容器的实例中，较低的内电阻可让超级电容器更快速与更有效率地充电与放电。电池的实例中，电池中的内电阻通过减少电池储存的有用能量的总量以及降低电池输送数字装置所需的高电流脉冲的能力来影响性能。

因此，本领域中需要充电较快、容量较高的能量储存装置，该能量存储装置较小、较轻且具有较长生命周期并可更具成本效益地加以制造。本领域中亦需要可减少储存装置的内电阻的电储存装置的部件。

发明内容

本发明的实施例大致关于形成能量储存装置的方法。更明确地，本文所述实施例关于形成电池与电化学电容器的方法。一实施例中，提供用于电化学装置中的高表面积电极。高表面积电极包括具有导电表面的基板；基板的导电表面上的多孔非晶硅层，其中多孔非晶硅层具有一连串的互连孔；以及嵌入非晶硅层的一连串的互连孔中的碳纳米管。

另一实施例中，提供用于能量储存装置中的高表面积电极。高表面积电极包括具有导电表面的基板、以及沉积于导电表面上的多孔非晶硅碳纳米管复合式材料。沉积于导电表面上的多孔非晶硅碳纳米管复合式材料包括形成于基板的导电表面上的多孔非晶硅层，其中多孔非晶硅层具有一连串的互连孔；以及嵌入多孔非晶硅层的一连串的互连孔中碳纳米管。

又一实施例中，提供用于能量储存装置中的高表面积电极的形成方法。该方法包括在具有导电表面的集电器上形成非晶硅层、将非晶硅层浸入电解液中以在非晶硅层中形成一连串的互连孔、并在非晶硅层的一连串的互连孔中形成碳纳米管。

又另一实施例中，提供制造高表面积电极的方法。该方法包括沉积铝硅基质于基板上、自硅基质移除铝以形成具有复数个孔的多孔硅层、并在多孔硅层中的复数个孔中生长碳纳米管以形成硅碳纳米管基质。

又一实施例中，制造高表面积电极的设备包括第一端；第二端；至少一个材料卷带(web)，自第一端延伸至第二端；支撑系统，用以支撑自第一端至第二端的至少一个材料卷带；及多个腔室，配置于第一端与第二端之间，多个腔室适用于且配置成在至少一个材料卷带上形成高表面积电极，其中至少一个材料卷带延伸通过多个腔室。

又一实施例中，提供在基板上形成能量储存装置的设备，基板包括至少一个导电材料连续卷带。该设备包括第一端；第二端；支撑系统，用以支撑自第一端延伸至第二端的至少一个导电材料连续卷带；第一腔室，配置于第一端与第二端之间，用以沉积非晶硅层于至少一个导电材料连续卷带上；以及第二腔室，配置于第一端与第二端之间，用以暴露非晶硅层于阳极化处理过程。第一腔室包括热灯丝，适用于在高于1,500℃的表面温度下被加热；喷头，适用于输送含硅气体以利用热丝化学气相沉积(HWCVD)过程而在至少一个导电材料连续卷带上形成非晶硅层；及含硅气体源，与喷头耦接以输送含硅气体至喷头。第二腔室包括处理容积，适用于容纳电解液；阳极组件，配置于电解液中，其中阳极组件可移动以接触基板并加阳极偏压于基板；阴极组件，配置于电解液中；一或多个进入喷嘴，配置成分配电解液进入处理容积；及电源，适用于输送功率至阳极组件与阴极组件，以致阳极化处理非晶硅层以形成互连多孔非晶硅层。

附图说明

为了更详细地了解本发明的上述特征，可参照实施例(某些描绘于附图中)来理解本发明简短概述于上的特定描述。然而，需注意附图仅描绘本发明的典型实施例而因此不被视为本发明范围的限制因素，因为本发明可允许其他等效实施例。

图1是电连接至负载的Li-离子电池的一实施例的示意图；

图2A-2D是根据本文所述实施例形成的高表面积电极的一实施例的示意横剖面图；

图3是根据本文所述实施例形成的具有互连孔的非晶硅层的一实施例的示意横剖面图；

图4是根据本文所述实施例形成的多孔非晶硅碳纳米管复合式材料的一实施例的示意横剖面图；