[发明专利]高性能碳纳米管储能器件

说明书

相关申请

本发明要求于2009年12月21日提交的、Nguyen等人的题为“CAPACITOR USING CARBON NANOTUBE ELECTRODE”且代理人案卷号为WIND-P001R的第61/288,788号美国临时专利申请的权益。该申请其全部内容通过援引加入而并入本申请中并用于所有目的。

政府利益

本申请中所描述的发明由非政府雇员做出，他们的贡献根据空军合约(Air Force contract)是在履行职务时做出的，并且受《公法》96-517(35U.S.C.§202)的规定所约束。这些发明根据空军所制定的合约FA9453-09-M-0141在政府支持下做出。政府享有这些发明中的一定权利。

技术领域

本发明的实施例总体上涉及碳纳米管(CNT)、电极和能量存储。

背景技术

随着技术进步，能源技术对于能量的需求迅速增长。将能量储存到功率器件的能力也变得越来越重要。关于能量存储的研究量持续增长的一个领域是具有碳纳米管(CNT)的电容器。CNT一般要在使用金属催化剂层的情况下生长。金属催化剂层在沉积过程中难以控制。金属催化剂层增加了电容器的制造成本。不幸的是，在生长CNT之后金属催化剂层一般会有残留，并对性能产生负面影响。

CNT和金属之间的界面的电阻往往是电容器的电阻的主导分量(dominant component)。用金属催化剂层生长CNT，由于残留的金属催化剂层而导致高界面电阻。高界面电阻从而对性能产生负面影响。特别地，高电阻导致电容器的功率性能较差。

无定形碳(amorphous carbon)也会对性能产生负面影响。用一般工艺生长CNT导致得到无定形碳。无定形碳减小CNT的孔的可介入性(accessibility)，这减小表面面积，从而影响CNT的性能。

发明内容

鉴于以上原因，存在对制造具有降低的成本、减小的电阻以及较佳的性能的储能器件的需要。本发明的实施例提供一种具有较低廉的制造成本和增强的性能(例如，低电阻)的储能器件(例如，电容器)。本发明的实施例包括：在包括金属催化剂或者覆盖有金属催化剂的金属衬底上直接生长碳纳米管(CNT)。CNT直接生长在金属衬底上而无需沉积催化剂层。从CNT去除无定形碳，从而改进储能器件的性能。

在一个实施例中，本发明实现为一种用于形成储能器件的一部分的方法。该方法包括获取金属衬底以及直接在金属衬底上形成多个碳纳米管(CNT)。所述金属衬底可包括金属催化剂或者覆盖有催化剂。所述多个CNT可直接生长在所述金属衬底上而无需催化剂层。所述多个CNT可经由化学气相沉积(CVD)形成。在一个实施例中，所述多个CNT基本上垂直对准。该方法还包括从所述多个CNT去除无定形碳以及将所述多个CNT耦合至电解质隔离部。在一个实施例中，经由涉及水的工艺来去除所述无定形碳。

在另一个实施例中，本发明实现为一种形成电容器的方法。该方法包括在第一金属衬底上形成第一多个碳纳米管(CNT)以及从所述第一多个碳纳米管(CNT)去除无定形碳。所述第一多个CNT可生长在所述第一金属衬底上而不添加催化剂层。所述第一多个CNT可基本上垂直对准。该方法还包括在第二金属衬底上形成第二多个碳纳米管(CNT)以及从所述第二多个CNT去除无定形碳。在一个实施例中，所述第一金属衬底和所述第二金属衬底包括金属催化剂。在另一个实施例中，所述第一金属衬底和所述第二金属衬底覆盖有金属催化剂。所述第一多个CNT和所述第二多个CNT然后可耦合至膜(例如，电解质隔离部)。

在又一个实施例中，本发明为储能器件。该器件包括第一金属衬底、第二金属衬底和电解质隔离部。在一个实施例中，所述第一金属衬底包括金属催化剂。在另一个实施例中，所述第一金属衬底覆盖有金属催化剂。该器件还包括耦合至所述第一金属衬底、所述第二金属衬底和所述电解质隔离部的多个碳纳米管(CNT)。所述多个CNT可基本上垂直对准。所述多个CNT的第一部分直接生长在所述第一金属衬底上，且所述多个CNT的第二部分直接生长在所述第二金属衬底上。在一个实施例中，所述多个CNT直接生长在所述第一金属衬底上而无需催化剂层。无定形碳已从所述多个CNT被去除。所述无定形碳可通过涉及水的工艺而被去除。

附图说明

本发明的实施例通过示例的方式而非限制性的方式示出于附图的各图中，其中相同的附图标记表示相似的要素。