[发明专利]高电压高功率储能器件、系统及相关联方法

权利要求书

1.一种高功率密度储能器件，其具有提高的操作电压，包括：

在导电衬底上具有结构化表面的阴极；

被定位成与该阴极邻近的阳极，阴极的结构化表面被定向成朝向阳极的表面；

施加到阳极的结构化表面的介电材料；

施加到阴极的结构化表面的导电材料或赝电容材料；以及

设置在阴极和阳极之间的电解质。

2.权利要求1的器件，其中该阳极具有结构化表面。

3.权利要求1的器件，其中该阳极包括硅材料。

4.权利要求1的器件，还包括隔板，该隔板设置在阴极和阳极之间，以将阴极与阳极电隔离，并允许电解质的离子穿过。

5.权利要求1的器件，其中阴极的结构化表面在尺寸上具有从约10纳米到约100微米的表面特征。

6.权利要求5的器件，其中所述表面特征包括从由柱、管、沟槽、圆锥、棱锥、孔、海绵及其组合构成的组所选择的成员。

7.权利要求3的器件，其中阳极的结构化表面在尺寸上具有从约10纳米到约100微米的表面特征。

8.权利要求7的器件，其中所述表面特征包括从由柱、管、沟槽、圆锥、棱锥、孔、海绵及其组合构成的组所选择的成员。

9.权利要求1的器件，其中该阳极包括导电硅衬底，该导电硅衬底包括从由单晶硅、多晶硅、非晶硅、多孔硅及其组合构成的组中选择的材料。

10.权利要求1的器件，其中该阳极包括导电多孔硅衬底。

11.权利要求1的器件，其中该介电材料是颗粒材料。

12.权利要求1的器件，其中该介电材料是高击穿高K氧化膜。

13.权利要求1的器件，其中该介电材料包括从由SiO2、Ta2O5、Nb2O5、Al2O3、TiO2、HfO2、HfSiOx、HfAlOx、VOx、SrTiO3、(Ba，Sr)TiO3、LiNbO3、Bi2Ti2O3及其组合所构成的组中选择的成员。

14.权利要求1的器件，其中该导电材料选自由TiNx、TixAlyNz、VNx、NbNx、MoNx、TiCx、ZrCx、HfCx、VCx、NbCx、TaCx、WCx、TiSix、NiSix、CoSix、Mo、W、Pt、Ru、Ni、Co、Cu、Pd、Au及其组合所构成的组。

15.权利要求1的器件，其中该赝电容材料选自由RuO2、MnO2、V2O5、NiOx、CoOx及其组合所构成的组。

16.权利要求1的器件，其中该阴极包括从由导电聚合物、金属泡沫、碳基材料、导电硅、导电碳化硅及其组合所构成的组中选择的材料。

17.权利要求1的器件，其中该电解质是水性电解质、有机电解质或者离子液体电解质。

18.一种电子系统，具有单片集成的储能器件，包括：

半导体衬底；

至少一个电子电路元件；以及

权利要求1的至少一个储能器件，其中所述至少一个储能器件和所述至少一个电子电路元件被单片形成在该半导体衬底上。

19.权利要求18的系统，其中所述电子电路元件包括处理单元。

20.权利要求18的系统，其中所述电子电路元件包括控制单元。

21.一种具有提高的操作电压的高储能系统，包括：

权利要求1的多个高储能器件，其串联或并联地功能性耦合在一起。

22.权利要求21的系统，其中所述多个高储能器件共用至少一个双侧表面结构化衬底。

23.一种提高储能器件的操作电压和储能容量的方法，包括：

在导电硅电极上形成结构化表面；

将介电材料施加到阳极的结构化表面；

将阴极定位成与阳极的结构化表面邻近；

将隔板定位在阳极和阴极之间；以及

在阳极和阴极之间设置电解质。

24.权利要求23的方法，其中该电解质根据器件的操作过程期间介电材料的泄漏电流根据需要局部地修复和加厚介电材料。