[发明专利]超导性超级电容器

说明书

本申请为于2010年12月29日提交的、名为“超导性超级电容器”的PCT国际申请PCT/US2010/062389的对应中国国家阶段申请第201080026830.1号的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及大规模电子电路及其制作，大规模电子电路装在以混凝土、陶瓷或其它类似的非导电材料制成的大规模防水真空的非导电外壳中，使用具有当地充足的自然资源的层，例如砂或其它介电材料等，作为绝缘体(不论人为制成的或自然发生的)；以人为产生的或自然发生的金属材料层作为导体，例如，铁、铝等；金属探针从壳体伸出且与各导电层并联；并且人为产生或自然发生的现象作为探针的能量来源，例如，闪电。尤其是，本发明涉及用于形成具有集成的多层电容的宏电子组件的方法，该集成的多层电容基于其形成于壳体中的非常宽的半径及层数，具有宽范围的电容值。因此可以将获得的电力接着存储且分配，以供人类使用。新型发电厂考虑利用此超导性超级电容器技术，将电能提供给电网并且由电力充电站使用，以用于电动运输车辆，例如汽车、卡车、公交车、船、火车及飞机。

背景技术

微电子电容器通常由以下步骤形成：在陶瓷基板上形成导电区域的图案以界定底部电极；在底部电极上沉积介电材料薄层以形成用于微电子电容器的介电质；接着使用在介电材料上的第二导电区域，在介电质上形成第二电极的图案以形成微电子电容器。在这种方式中，微电子电容器存储电荷，并且因为必须作功以对微电子电容器充电，所以微电子电容器还将存储电势能。如果考虑具有半径R的独立的金属球体的实例，任何存储在此球体上的电荷称为Q，可以表示为电势：

V=14πϵ0QR]]>

这样存储在球体上的电荷量与电势(V)成正比。此比例关系存在于任何形状或尺寸的任何导体。如果导体能够在低电势处存储大量的电荷，那么该单个导体的电容量(C)很大，所以关系为：

Q＝CV变成C=QV=Q14πϵ0QR=4πϵ0R]]>

因此，球体的电容量随着其半径增加，并且以并联方式联接在一起的许多这些球体产生了总电容量，总电容量是它们单个电容量的总和。此外，电容器不仅存储电荷(Q)，还存储电势能(U)，电势能可大体表示为：

U=12Q2C]]>

(忽略介电层中的能量密度)。电势能(U)也是对电容器进行充电所必须作的功的总量。

在此需要本文中称为超导性超级电容器的宏电子电路(macroelectroniccircuit)以及利用上述关系的方法，以用于获取和存储不论是自然发生或人为产生的闪电的电荷，作为人类使用的替代能源。在确定雷击而产生的总能量范围处于特定设定范围中之后，可基于地面面积或可用于支撑本发明的超导性超级电容器壳体的其它底面，来确定电容器的嵌入并联层的理想半径和数量，该电容器形成本发明超导性超级电容器。

发明内容