本發明專利技術的實施方案涉及包括嵌入聚合物基體中的細長導電結構的復
合制品的能量儲存裝置，例如電容器和電池。含有離子物質的液體分散在
該制品的聚合物基體內。所述液體可接觸聚合物基體內的細長導電結構。
當復合制品用作能量儲存裝置時，細長導電結構和液體之間的界面處的大
表面積可提供高的能量儲存。本發明專利技術的實施方案使得能夠使用表現出高溫
和低溫穩定性、高的循環可重復性及機械柔性的復合制品來存儲能量。所
述復合制品還可以是無毒的、生物相容的和環境友好的。因此，所述復合
制品可用于各種能量儲存應用，如機動車、RFID、MEMS和醫療領域。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及能量儲存裝置和與這種結構相關的方法以及復合制 品，更具體地，涉及由聚合物基體和細長導電結構形成的復合制品。
技術介紹
能量儲存裝置包括電化學電容器(例如，超級電容器)和電池。 包括超級電容器在內的電化學電容器是用于便攜式系統和機動車應用的有前途的電源。常規的電容器通常具有微法或皮法數量級的電容。自20 世紀卯年代以來，已經開發了具有高得多的電容的超級電容器。超級電容 器還具有高的功率密度，其在電能儲存裝置的應用中可以;l有利的。電化學電容器的性能特性部分地由電極的結構和電化學性質確定。包 括摻雜的導電聚合物、金屬氧化物、金屬氮化物和各種形式的碳在內的各 種材料已經被研究用作電極材料。#超級電容器電極因其高表面積和多 孔性質而具有吸引力。近來，碳納米管已經被用作電化學雙層電容器的電 極(例如,見Frackowiak和Beguin的^E7ec加c/re挑/cfl/加mge ewe^ c"f6o" wflif她to wfl朋欲w"wm/ cw6卵s; Carbon 40(2002)1775 )。在美 國專利No.7，061，749 (Liu)中已經描述了使用單壁碳納米管和聚合物復合 材料的組合作為電極材料的超級電容器，其中在電極之間插入可滲透電解 液的隔離器或隔離物。在這種電容器中，液體電解質和隔離器的使用可能 導致限制。常規的超級電容器電極的制造過程通常涉及諸如活性電極材料和粘合 劑的物理混合和退火處理的各種步驟，退火處理對于減小電荷轉移的阻抗 而言是重要的。多孔的電絕緣隔離器可夾在兩個電極之間。這類工藝可能 復雜并具有其它缺點。電池通常用作諸如便攜式電子器件和電動或混合氣電機動車系統的能 量儲存裝置。對于電池用電極材料，尤其是用于鋰電池的陰極材料，已經 進行了大量的工作。鋰電池的陽極包含用于在放電期間釋放鋰離子的活性7材料。也已經考慮將碳納米管作為電極材料，包括作為鋰電池用陰極材料。例如，與JP-A-5-175929對應的日本專利No.2,513，418公開了 一種包含碳 納米管的陰極。通過放電獲得的碳納米管已經用作陰極電極。使用摻雜鋰 的過渡金屬合金氧化物作為陰極材料和碳納米管作為陽極材料的鋰電池 也已經有記載，如在美國專利No.7，060,3卯(Chen)中記載的。在電池中使用碳納米管作為電極材料的常規技術可涉及數個步驟，包 括將納米管與導電粘合劑混合和實施退火處理，這增加了等效電阻并且 實際上降低了電池的性能。通常，需要提供克服常規裝置及其形成方法的局限性(包括上述提及 的那些)的能量儲存裝置(例如，電化學電容器和電池)。具體地，期望 能量儲存裝置表現出穩定性、柔性、生物相容性、易包裝性和由相對環境 友好的材料制成。還期望這類能量儲存裝置的電極具有高的可利用表面 積、高孔隙率和高電導率。還需要制造這種電極的簡單、便宜和易于重復 的方法。
技術實現思路
提供由聚合物基體和細長導電結構形成的復合制品以及與這類制品相 關的能量儲存裝置和方法。下面將說明本專利技術的各個方面。所給出的實施方案可以實施本專利技術的 一個或多個方面。因此，盡管某些方面事實上可能是相互排斥的，但是也 無意于將多個方面理解為相互排斥。在一個方面中，本專利技術涉及一種能量儲存裝置，所述能量儲存裝置包 括不導電的聚合物基體和包括嵌入所述聚合物基體中的第一細長導電結 構的第一電極。所述能量儲存裝置還包括第二電極和包含離子物質的液 體。所述液體包含于所述聚合物基體內。在一些實施方案中，該能量儲存 裝置可以是電容器或電池。在另一方面中，本專利技術涉及一種復合制品，所述復合制品包括不導電 的聚合物基體和^所述聚合物基體中的多個細長導電結構。所述復合制8品還包括包含離子物質的液體，所述液體包含于所述聚合物基體內。所述 復合制品可用于例如能量儲存裝置中。在又一方面中，本專利技術涉及一種形成可用于能量儲存裝置的復合制品的方法。所述方法包括形成細長導電結構組和利用聚合物和液體的溶液 來浸潤所述細長導電結構組。以使細長導電結構嵌入不導電的聚合物基體 中的方式來形成復合制品。當結合附圖考慮時，通過本專利技術的以下詳細說明，本專利技術的其它方面、 實施方案和特征將變得明顯。附圖是示意性的，無意于按比例繪制。在附 圖中，在各個圖中示出的每個相同或基本類似的組件均用單個附圖標記表 示。為了清^見，不是每個組件都在每個附圖中標出。在本領域技術人 員無需說明即可理解本專利技術的情況下，也沒有示出本專利技術的每個實施方案 的每個組件。通過引用并入本文中的全部專利申請和專利通過引用將其全 部內容并入本文。在沖突的情況下，以本說明書為準，包括定義(如果有 的話)也是如此。附圖說明圖l顯示根據本專利技術一個實施方案的復合制品；圖2顯示根據本專利技術一個實施方案的電容器；圖3顯示根據本專利技術一個實施方案的電池；圖4顯示根據本專利技術一個實施方案的復合制品的形成方法；圖5顯示根據本專利技術一個實施方案的復合制品的柔性的照片；圖6顯示根據本專利技術一個實施方案的細長導電結構和聚合物基體的圖像；圖7A-7B顯示根據本專利技術一個實施方案的電容器的電M的實驗結果 的曲線圖8顯示根據本專利技術一個實施方案的電池的電性能實驗結果的曲線9圖9顯示根據本專利技術一個實施方案的對準的細長導電結構的圖像；圖10A-10B分別顯示根據本專利技術一個實施方案的具有特定電解液的超 級電容器的循環伏安圖和充電-放電曲線；圖11A-11B分別顯示根據本專利技術一個實施方案的電池的容量-電壓圖 和容量-循環圖12A-12B分別顯示根據本專利技術一個實施方案的在不同溫度下的功率 密度-溫度曲線和循環伏安圖；以及圖13A-13B分別顯示根據本專利技術一個實施方案的使用汗液(例如汗水) 作為超級電容器電解液的超級電容器的循環伏安圖和充電-放電曲線。具體實施例方式本專利技術的實施方案涉及可包含至少部分嵌入聚合物基體中的細長導電 結構的復合制品。如下進一步描述的，該復合制品可用于形成包括例如電 容器、電池和燃料電池的能量儲存裝置，并且也可用于太陽能電池。在一 些實施方案中，含有離子物質的液體可包含在所述制品的聚合物基體內， 并且所述液體可接觸聚合物基體內的細長導電結構。當復合制品用于能量 儲存裝置中時，細長導電結構和液體之間的界面處的大表面積可提供高的 能量儲存。本專利技術的實施方案使得能夠使用表現出高溫和低溫穩定性、高 的循環重復性和M柔性的復合制品來儲存能量。所述復合制品也可以是 無毒的、生物相容的和對環境友好的。因此，所述復合制品可用于各種能 量儲存應用，例如用于機動車領域中的電動和混合動力車輛，以及用于 RFID和醫藥領域中的應用。圖1示出復合制品10的一個實施方案。該制品包括不導電的聚合物基 體2和嵌入聚合物基體中的多個細長導電結構4。具有離子物質的液體6 包含在聚合物基體內。因此，復合制品10是可用于形成不同的能量儲存裝 置例如電容器和電池的相對簡單的結構。當用于能量^f^存的應用時，復合 制品10的簡單性是有利的，這至少部分是因為降低了現有技術的能量儲存 裝置所需的封裝復雜性。現在將更詳細地描述復合制品10的各個方面。10任意適合的聚合物和/或嵌段共聚物都可用作聚合物基體2。在本專利技術 的一些實施方案中，優選聚合物基體是不導電的。本文所用的術語"不導電 的"是指材料為電本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種能量儲存裝置，包括： 不導電的聚合物基體； 包括嵌入所述聚合物基體中的第一細長導電結構的第一電極； 第二電極；和 包含在所述聚合物基體內的含有離子物質的液體。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：普利克爾·M·阿賈揚，羅伯特·J·林哈特，奧姆卡拉姆·納拉馬舒，阿沙瓦尼·庫馬爾，薩拉瓦納巴布·穆魯蓋桑，沙伊朱蒙·M·馬尼克特，維克托·L·普什帕拉杰，
申請(專利權)人：倫斯萊爾工藝研究院，
類型：發明
國別省市：US
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