[发明专利]甚高电容的膜电容器及其制造方法

说明书

本发明特别涉及一种甚高电容的膜电容器(1)，其包括由至少一个介电膜(100a，...，100i)构成的介电层(100)，该介电层(100)的每个介电膜(100a，...，100i)具有以下参数：‑相对介电常数使得‑厚度[e_fⁱ]使得0.05μm≤e_fⁱ≤50μm，‑介电强度使得在参数中“f”表示“膜”且i≥1的参数，“i”表示所述介电层(100)的“第i”介电膜(100i)，该介电层(100)将第一电荷载流子结构(200)与第二电荷载流子结构(300)分开，这两种结构具有由介电层(100)分开的相对表面(S)。

技术领域

本发明涉及一种甚高电容的膜电容器，以及制造这种电容器的方法。

背景技术

膜电容器由两种结构构成，这两种结构通常是金属的，电荷承载的并且由介电绝缘体分开。该绝缘体是至少一种膜的形式，通常是自支撑聚合物膜，其特征在于平均厚度[e_f]通常为0.05μm<e_f<50μm，并且相对介电常数[ε_f]其中ε_f>1。

由于膜电容器的电容与ε_f成正比并且与e_f成反比，因此通过使用小厚度的介电绝缘体(e_f<<10μm，符号“<<”表示“低于或甚至远低于”)和高相对介电常数(ε_f>>10，符号“>>”表示“高于或甚至远高于”)可以获得甚高电容的膜电容器(下文缩写为“VHCFC”)。

该膜的粗糙度和/或上述堆叠的配置意味着，在大多数情况下，可能存在充有空气的区域。然而，与e_f(通常e_f≤1μm且≤10％)相比，它们的厚度仍然很小。

这种现象是已知的并且在浸渍电容器的情况下使用，其中空气然后被浸渍剂代替，通常介电液体的相对介电常数[ε_i]接近ε_f(通常|ε_f-ε_i|≤2)。在非浸渍电容器(称为“干式电容器”)的情况下，相对介电常数[ε_air]的空气基本上等于1，然后与主介电绝缘体局部串联。由于包含空气的区域的有效厚度，当ε_f<<10时，堆叠中的这种存在对电容器的操作几乎没有影响。但是在ε_f>>10的VHCFC中不再是这种情况。

更通常地，当操作梯度变高(≥50V/μm)时，介电特性不同且通常与主绝缘体相比较低的这些区域的存在可能导致局部放电或不希望的击穿，从而损坏电容器或至少其性能(通常为隔离电阻和漏电流)。更加真实的是ε_f很高。

此外，最常见的电能存储设备是电容器、超级电容器和电池。

电容器有几种类型(膜、陶瓷、电化学类型等)，但通过电容效应存储所有能量：存储的电荷[Q]与存储设备的电容[C]和在该设备的终端处发电压[U]成比例]，使得Q＝C×U。

即使电压可能非常高(U>>1000V)，电容也非常低(C<<1F)，因此存储的电荷量也很低(Q<<10^-3Ah)。然而，响应时间[τ]非常快(τ<<10^-3s)，这允许电容器响应于功率峰值。

因此，电容器很少用作能量存储设备，或者仅在所涉及的一定量的能量非常低和/或所要求的功率很高时(例如灯的闪光)。

超级电容器是主要通过电容效应存储能量的电化学设备。

由于它们的电化学性质，电压很低(U<<10V)。然而，由于它们的结构，电容非常高(C>>1F)并且响应时间很快(τ≈1s)。