[发明专利]高能量密度电容器及无线充电系统

说明书

一种高能量密度电容器，包含基底、正电极、负电极、多个中间介电层以及沉淀在每个中间介电层上的金属层。每个中间介电层都包含高表面积介电材料、电解液以及沉积在基底上的极性有机溶剂的顺序层。所述多个中间介电层和金属层被串联部署以形成堆叠，并且在每个堆叠之间都布置有至少一个内部钝化层。正负电极沿着电容器的高度延伸，并且在其边缘周围具有交替部署的极。中间介电层的偶极子与充电时正负电极之间产生的电场方向相反地对准。

技术领域

本发明的实施例一般涉及能量存储和无线充电系统。

背景技术

电容器中的势能被存储在电场中，而电池则以化学形式存储势能。目前，化学存储技术产生的能量密度高于电容器(每单位重量能够存储更多的能量)，但是电池需要更长的充电时间。

先有技术的超级电容器的能量密度远远低于市场上任何现代化学的同等尺寸的电池。目前市面上可获得的最高能量密度的超级电容器是6瓦时/千克的Maxwell。电池诸如锂离子超过100瓦时/千克。

在许多应用中(例如电动车辆和其它运输模式，包括飞机或火车、手机、公用事业备用存储器、风车和任何其它类型的电力设施)，明显需要高能量密度的电容器来取代电池，因为电容器可被快速充放电并且持续几千、甚至几百万循环。然而，电池通常充电非常慢，并且最多只能持续几千次完整的循环，如果每次循环放电超过百分之五十(50％)则要少得多。此外，电容器没有危险，也没有任何通常与电池相关的安全问题。

已知的无线充电方法通常依赖于感应技术。然而，空心变压器损耗大、效率低。由于电容器取代了电池，因此需要更有效的充电方法，因为电容器的充电速度通常是电池的10倍以上。

从充电牙刷到手机再到电动车辆(EV)。这些旧方法是可以容忍的，但有一个巨大的未服务的需求，就是更快、更有效地为电器和车辆充电。

发明内容

考虑到先有技术的问题和不足，因此本发明的目的是提供具有更高能量密度的改进电容器。

本发明的另一个目的是提供具有三维介电表面的改进电容器。

本发明的另一个目的是通过大幅增加介电常数“k”来提供改进的电容器，同时缩小板之间的距离。

本发明的另一个目的是提供一种利用标准半导体制造技术形成电容器的改进方法，通过添加辅助仪器来帮助极化对准。

本发明的另一个目的是提供一种改进的电容式无线充电系统，其用快速充电、高效率的电容式充电系统取代慢速充电、低效率的充电系统。

本发明的另一个目的仍然是提供一种电容式无线充电系统，其包括超介电材料(UDM)层，既作为电容器上的电介质，又作为耦合充电垫的缓冲层。

本发明的其它目的和优点在一定程度上是显而易见的，并且根据说明书将变得清晰。

本发明涉及一种高能量密度电容器，其包含基底和布置在正电极和负电极之间的至少一个介电层，本发明所实现的上述以及其它目的对于本领域技术人员来说是显而易见的。在每个介电层上都沉积有金属层，用于附接电极的极。正负电极沿着电容器的高度延伸，并在其边缘周围交替部署极，使得正负电极被附接到沉积在每个中间介电层上的周期性金属层。每个中间介电层都被极化，使得其偶极子与充电时正负电极之间产生的电场相反的方向对准。

在一个或多个实施例中，本发明的电容器是多层电容器，其包含布置在每个电容器堆叠之间的内部钝化层，其中堆叠由串联部署的多个中间介电层和金属层组成。

每个中间介电层由高表面积介电材料、电解液和极性有机溶剂组成，并且通过使用半导体制造技术将高表面积介电材料、电解液和极性有机溶剂的顺序层沉积到基底上而形成。高表面积介电材料的介电常数在约10⁹至约10¹¹的范围内。