(57)【要約】  本明細書は、第一電極、第二電極及び前記第一電極と前記第二電極との間に配置される誘電層含む非線形コンデンサを提供する。誘電層は、コポリマー、ホモポリマー、Sharpポリマー、NLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含む。コンデンサの容量Cと電極間の電圧との間の関係が、電圧Vが不等式０＜V≦Vmaxを満たす場合、単調増加する多項式の従属（Ｉ）により特徴づけられ、電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、指数ｉは２〜ｍの範囲である場合、少なくとも一つの係数Ciは０ではなく、ｍは２、３、４、５、又は６である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極、第二電極、及び前記第一電極と前記第二電極との間に配置される誘電層を含む、非線形コンデンサであって、
前記誘電層が、コポリマー、ホモポリマー、Sharpポリマー、NLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含み、
コンデンサの容量Cと前記第一電極及び前記第二電極間の電圧Vとの関係が、前記電圧Vが不等式０＜V≦Vmaxを満たす場合、
【数１】
2021502697.tif 000024
の単調増加する多項式の従属により特徴づけられ、
前記電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、指数ｉは２〜ｍの範囲である場合、少なくとも一つの係数Ciは０ではなく、ｍは２、３、４、５、又は６である、非線形コンデンサ。
【請求項２】
電圧の使用範囲がＶintからVmaxであって、
Vintが、V＝Vmaxとなる点における、従属Q（V）＝C（V）・Vに対する接線である直線と横軸との交点により決定され、電圧Vmax及びVint間の差は下記比により定義される、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【数２】
2021502697.tif 000025
【請求項３】
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、双極子及びπ−π相互作用により互いに作用し、分子スタックを形成し、
前記有機化合物が、ポリマー骨格又は共役Sharp及びNLSD分子化合物に結合する、アルキル尾部置換基を更に含み、
前記アルキル尾部置換基が、疎水性相互作用により互いに作用し、分子スタックを取り巻いて分離する覆いも形成し、有機化合物の溶解性を提供し、前記コンデンサの電極に印加される前記使用電圧での前記誘電層の電子なだれ絶縁を起きないようにする、
請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【請求項４】
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、リンカー基と結合したベンゼン環を含み、下記式により記載される、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【化１】
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（ここで、Lは−N＝N−、−CC−（アルキン）、及び−C＝C−から選択されるリンカー基であり、ｎ＝０、１、２、３、４、５及び６である）
【請求項５】
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、末端及び／又は側（横）面に位置する求電子基（アクセプター）及び／又は求核基（ドナー）を更に含む、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【請求項６】
前記求電子基（アクセプター）が、−NO２、−NH３+、及び−NRR’R”（四級窒素塩）、カウンターイオンCl−又はBr−、−CHO（アルデヒド）、−CRO（ケト基）、−SO３H（スルホン酸）、−SO３R（スルホネート）、−SO２NH２（スルホンアミド）、−COOH（カルボン酸）、−COOR（エステル、カルボン酸側から）、−COCl（カルボン酸塩化物）、−CONH２（アミド、カルボン酸側から）、−CF３、−CCl３、並びに−CNから選択され、
Rは、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど）、アリル（−CH２−CH＝CH２）、ベンジル（CH2C6H5）基、フェニル（＋置換フェニル）及び他のアリール（芳香族）基を含むリストから選択される基であり、R’及びR”はR基のリストから独立に選択される、請求項５に記載の非線形コンデンサ。
【請求項７】
前記求核基（ドナー）が、−Ｏ−（−ONa又は−OKなどのフェノキシド）、−NH２、−NHR、−NR２、−OH、OR（エーテル）、−NHCOR（アミド、アミン側から）、−OCOR（エステル、アルコール側から）、アルキル、−C６H５、ビニル、及びNRR’から選択され、
R及びR’は、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど）、アリル（−CH２−CH＝CH２）、ベンジル（CH2C6H5）基、フェニル（＋置換フェニル）及び他のアリール（芳香族）基を含むリストから独立に選択される基である、請求項５に記載の非線形コンデンサ。
【請求項８】
少なくとも一つの尾部置換基が、−(CH2)nCH3、−CH((CH2)nCH3)2)（ｎは１以上）、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、分岐アルキル、分岐アリール、環状アルキル基複合体、−X＝CH(CH2)nCH3、-CC(CH2)nCH3、−X＝C((CH2)nCH3)((CH2)mCH3)及びそれらの組み合わせを含むリストから独立に選択され、
前記アルキル基はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、i−ブチル基及びｔ−ブチル基から選択され、前記アリール基はフェニル基、ベンジル基及びナフチル基から選択され、XはC、S又はNであり、ｎ及びｍは１〜２０から独立に選択される、請求項３に記載の非線形コンデンサ。
【請求項９】
前記コポリマーが下記構造１〜２６を有するYanLi材料から選択される、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【表１】
2021502697.tif 000027
【表２】
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【表３】
2021502697.tif 000029
【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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【請求項１０】
前記電圧Vintが、前記導関数
【数３】
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が増加する場合、前記最大電圧Vmaxに近づく、請求項２に記載の非線形コンデンサ。
【請求項１１】
比（Vmax−Vint）／Vmaxが0.1未満である、請求項２に記載の非線形コンデンサ。
【請求項１２】
前記電極上の前記電荷Qが電荷Qint＝Q（Vint）及び最大電荷Qmax＝Q（Vmax）の間の範囲で変化するまで（間に）電極に印加される前記電圧が、コンデンサの充電／放電の間に、およそ一定であり、電圧Vint及び電圧Vmax間の範囲で変化する、請求項２に記載の非線形コンデンサ。
【請求項１３】
前記有機化合物が、局所電場Elocの強度の一連の程度に分解で近似される誘導分極Pindによって特徴づけられる、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【数４】
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（αは線形分極率、βは平方分極率）
【請求項１４】
電圧に対して電気容量がべき乗で従属する請求項１に記載の非線形コンデンサを含み、Vmax２００ボルトからVmax１０００ボルトの範囲の電圧でパワーエレクトロニクスを使用する、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１５】
電圧に対して電気容量がべき乗で従属する請求項１に記載の非線形コンデンサを含み、パワーエレクトロニクスを使用し、１０００ボルトより大きいVmax電圧で動作する、エネルギー貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路のパッシブ部品に一般的に関し、特に、非線形コンデンサ及びそれを含むエネルギー貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー貯蔵は、多くの種類の電子デバイス、特にモバイルデバイス並びに電気及びハイブリッドガス−電気車両（本明細書内で「ハイブリッド車両」ともいう）などの、車両の極めて重大な部品である。エネルギー貯蔵装置は、様々な物理的効果に基づき得る。例えば、電場は、コンデンサ中のエネルギーの貯蔵に使用され得、（イオン運動に関する）化学反応が、電池中のエネルギー貯蔵に使用され得る。しかしながら、コンデンサ中のエネルギー貯蔵は、現在のデバイス（例えば、制限された表面積を有する、２−Ｄコンデンサプレート）の形状、及び低い誘電率又は低い誘電絶縁電圧によって制限され、電池は、電気化学反応に固有の比較的遅いイオン運動により、遅い応答時間を有し得る。
【０００３】
現在の電池に関する制限が存在する。例えば、現在の電池は、イオンの電気化学反応に由来する比較的低い電圧（＜５Ｖ）による低い貯蔵密度を有し得る。加えて、現在の電池中のイオンの低い運動性が、低い充電及び放電特性を招き得る。更に、イオン輸送への現在の電池の依存は、電池の高い分解速度を引き起こす。ハイブリッド又は電気車両などの、電池から電気供給されるデバイスの性能は、そのような車両に使用される電池の重量に対して貯蔵される低いエネルギーによって制限され得る。
【０００４】
誘電材料の重要な特性は、その誘電体の誘電率である。誘電材料の色々な種類は、コンデンサに使用され、セラミックス、ポリマーフィルム、紙及び様々な種類の電解コンデンサを含む。最も広く使用されるポリマーフィルム材料は、ポリプロピレン及びポリエステルである。誘電体の誘電率増加は、体積エネルギー密度増加を可能にし、重要な技術課題になる。
【０００５】
有機分子の二次非線形光学（ＮＬＯ）効果は、無機結晶を超えるそれらの利点が広く調査されてきた。特性研究は、例えば、それらの大きな光学非線形性、超速応答速度、高い損傷基準及び低い吸収損失などを含む。特に、優れた光学特性を有する有機薄膜は、光学スイッチング、データ操作及び情報処理などの集積光学において、驚異的な潜在能力を有する。有機ＮＬＯ分子のうち、アゾ染料発色団は、ｐ−電子雲の非局在化による比較的大分子の超分極率（ｂ）のため、多くの研究者の特別な興味を引いている。それらは、過去十年にわたり、最も頻繁に、ポリマーのマトリクス（ゲスト−ホストポリマー）においてゲストとして合体されるか、又はポリマーのマトリクス（機能化ポリマー）へグラフトされた。
【０００６】
有機化合物の超電子分極は、Roger D. Hartman 及び Herbert A Pohlによる「高分子固体における超電子分極」Journal of Polymer Science: Part A-1 Vol. 6, pp. 1135-1152 (1968) において、より詳細に記載されている。超電子分極は、励起子の電荷対との柔軟な相互作用による電子分極外部場として観察されてもよく、電荷は分子的に分離され、分子的に制限されるドメインに分布する。本文献において、４つのポリアセンキノンラジカルポリマーが調査された。これらのポリマーは、１００Ｈｚで誘電率１８００−２４００を有し、１０００００Ｈｚにおいて約５８−１００に減少する。記載される材料の生産方法の本質的な欠点は、誘電率の測定を対象とするサンプルを形成するため、高い圧力（最大20ｋbar）を使用することである。
【０００７】
２つのアゾ結合（３RM）を有する固定された基を含むメタクリレートとメチルメタクリレートとのコポリマーが調製され、それらの光で誘起された複屈折濃度及び速度が、X. Meng, A Natansohn 及び P. Rochonの「可逆な光学貯蔵に関するアゾポリマー：１３．二つのアゾ結合を含有する固定された側鎖の光配向」Polymer Vol. 38 No. 11, pp. 2677 - 2682, (1997) において研究された。１１．６モル％のアゾ構造単位を有するコポリマーに関して０．１１及び３０．０モル％のアゾ構造単位を有するコポリマーに関して０．１３の複屈折率が見いだされた；これはただ一つのアゾ基を有する発色団を含有する典型的なアゾホモポリマー、ポリ｛４’−［２−（アクリロイロキシ）エチル］エチルアミノ｝−４−ニトロアゾベンゼン［ｐｏｌｙ（ＤＲ1Ａ）］において誘導される複屈折より高い。１１．６モル％の３ＲＭを含有するコポリマーに関するアゾ構造単位当たりの複屈折は、同様のアゾ含有量を有するＤＲ1Ａコポリマーに対して約５倍であり、これは、３ＲＭ（高い長さ／直径比）の固有の構造特性による。ＵＶ及び可視領域の両方のスペクトルにおける二色性が、全体の光で誘起される複屈折に寄与する。３ＲＭコポリマーにおける誘導複屈折の速度は、ｐｏｌｙ（ＤＲ1Ａ）より低く、複屈折安定性（９１−９６％の誘導複屈折が、書き込みレーザーが切られた後に維持される）は、ｐｏｌｙ（ＤＲ1Ａ）（約８０％）より優れる。良好な安定性及び遅い複屈折成長速度は、大きい側鎖のより低い運動性による。
【０００８】
アルキルスペーサー及び様々な置換基単位を有するアゾベンゼン基を有する新しいポリマーが、VitaliySmokal、Oksana Krupka、Agnesa Sinugina、及びVladimir Syromyatnikovの「新しいプッシュ−プルアゾベンゼンポリマーの合成、特性、及び研究」Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 590: pp. 105-110, (2014) において示された。アゾポリマーが２段階合成方法によって得られた。これは、メタクリルモノマーの調製及びそれらの高分子量化を含む。それらの光物理及び光化学特性が調査された。ポリマーは、lHNMR、IR、UV分光法によって、特徴づけられ、評価された。熱安定性は、ＤＳＣ法によって特徴づけられた。合成されたポリマーは、１１０〜１４０℃の範囲のガラス転移温度を示した。
【０００９】
３種のプッシュ−プル側鎖アゾベンゼンポリマーのスピン−蒸着薄膜の二次及び三次の非線形光学応答が、Hasnaa El Ouazzaniらの「新規のプッシュ−プルアゾベンゼンポリマーの二次及び三次非線形性」J. Phys. Chem B, vol. 115, pp. 1944-1949 (2011)において、１０６４nmの基本波長において、30ｐｓレーザーパルスを使用した、第二及び第三高調波メーカーフリンジ法により調査された。測定は、様々な分極配置が利用されながら、フィルムのコロナポーリングによって発色団を整列させる前及び後で行われた。分子内で様々な電荷輸送に関する、系の構造の強い応答依存性が見いだされた。報告された発見は、既報の結果と比較される。
【００１０】
アゾベンゼン発色団で機能化された側鎖メタクリルポリマーの合成が、Oksana Krupkaらの「新規のアゾベンゼンポリマーの薄膜における電子−光学特性」CHEMISTRY &CHEMICAL TECHNOLOGY, Vol. 9, No. 2, pp. 137 - 141, (2015) において詳細に記載される。薄膜吸収の可逆変化が、外部DC場印加の下、単色の、線形分極光でそれを照射する場合に、観察される。変化の量は、光分極とDC電場方向との間の角度に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願１５／０４３，２４７号
【特許文献２】米国特許出願１５／４４９，５８７号
【特許文献３】米国特許出願１５／７１０，５８７号
【特許文献４】米国特許出願１５／４６９，１２６号
【特許文献５】米国特許出願１５／０９０，５０９号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Journal of Polymer Science: Part A-1 Vol. 6, pp. 1135-1152 (1968)
【非特許文献２】Polymer Vol. 38 No. 11, pp. 2677 - 2682, (1997)
【非特許文献３】Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 590: pp. 105-110, (2014)
【非特許文献４】J. Phys. Chem B, vol. 115, pp. 1944-1949 (2011)
【非特許文献５】CHEMISTRY &CHEMICAL TECHNOLOGY, Vol. 9, No. 2, pp. 137 - 141, (2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
コンデンサベースのエネルギー貯蔵装置は、例えば電池の電気化学エネルギー貯蔵装置に対して、よく知られる利点を有することが知られる。しかしながら、コンデンサにベースの普通のエネルギー貯蔵装置は、電池の場合より、小さな体積又は重さであるいは低いエネルギー貯蔵コストでエネルギーをしばしば貯蔵せず、コンデンサを例えば電気自動車のいくつかの適用に実現不可能にする。電池と比較して、開示された固体状態のエネルギー貯蔵装置は、相当高い電気密度、すなわち充電／放電速度でエネルギーを貯蔵することを可能にし、ほとんど分解しない長い寿命を有し、数百、数千又は数百万回の充電及び放電（サイクル）を行うことができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、第一電極、第二電極、及び第一電極と第二電極の間に配置される誘電層を含む非線形コンデンサを提供する。誘電層は、コポリマー、ホモポリマー、Sharp（シャープ）ポリマー、NLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含む。コンデンサの容量Cと電極の間の電圧Vとの間の関係が、電圧Vが不等式０＜V≦Vmaxを満たす場合、
【数１】
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の単調増加する多項式の従属により特徴づけられ、
電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、少なくとも一つの係数Ciは、２〜ｍの範囲のｉの値に対して、０ではなく、ｍは２、３、４、５、又は６である。
【００１５】
別の態様において、本発明は、上記の電圧に対して容量がべき乗で従属する非線形コンデンサを含み、Vmax２００ボルトからVmax１０００ボルトの範囲の電圧でパワーエレクトロニクスを使用する、エネルギー貯蔵装置を提供する。いくつかの例において、エネルギー貯蔵装置は、1000ボルトより大きいＶｍａｘで操作されてもよい。
【００１６】
参考文献の組み込み
本明細書内で言及されるすべての刊行物、特許、及び特許出願は、それぞれの刊行物、特許、又は特許出願が、具体的に独立して、参照して援用されることを示されるように、本明細書内で同じ程度に参照して援用される。
【００１７】
前記有機化合物は、２０１６年２月１２日に出願された米国特許出願１５／０４３，２４７号（Attorney Docket Number CSI-046）に一般記載されるＳｈａｒｐポリマー；２０１７年３月３日に出願された米国特許出願１５／４４９，５８７号（Attorney Docket Number CSI-050B）、２０１７年９月９日に出願された米国特許出願１５／７１０，５８７号（Attorney Docket Number CSI-050C）に一般記載されるＹａｎｌｉポリマー；２０１７年３月２４日に出願された米国特許出願１５／４６９，１２６号（Attorney Docket Number CSI-050）に一般記載される非線形誘電材料；２０１６年４月４日に出願された米国特許出願１５／０９０，５０９号（Attorney Docket Number CSI-051）、２０１６年５月２４日に出願された米国特許出願１５／１６３，５９５号（Attorney Docket Number CSI-051B）に一般記載される電気的に分極可能な化合物を組みこんでもよく、参照して援用され、それらは、典型的な複合体の分極可能な有機化合物を記載し、本明細書内で電気的に分極可能な芳香族多環共役コアとして参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明のより完全な評価及びその利点が、同じことが下記詳細な記載を参照してより理解されるように、説明のすべてが、本発明の一部を形成する、添付の図と詳細な説明とのつながりを考慮して、容易に達成されるだろう。本発明の実施態様は、例示のみの目的で、下記図に示される：
【図１】コンデンサの電極上の電荷Qと電極に印加される電圧Vとの間の関係を図式化して示す。
【図２Ａ】平坦及び平面の電極で開示されるコンデンサを図式化して示す。
【図２Ｂ】巻いた（丸い）電極で開示されるコンデンサを図式化して示す。
【図３】コンデンサの電極上の電荷Ｑが、どのように非線形コンデンサ（Ｆ）及び線形コンデンサ（Ｄ）の電極に印加される電圧に依存するかを図式的に示す。
【図４】本発明の記載の態様によるエネルギー貯蔵装置を利用するエネルギー貯蔵電池を図式的に示す。
【図５】本発明の記載の代替態様による二つ以上のネットワーク化されたエネルギー貯蔵電池を有する容量性のエネルギー貯蔵モジュールの例を示す。
【図６】本発明の記載の代替態様による二つ以上のエネルギー貯蔵ネットワーク化されたモジュールを有する容量性のエネルギー貯蔵システムの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の様々な実施態様が、本明細書内で示され及び記載されるが、そのような実施態様は、単に例示のみの目的で提供されることが当業者には明らかであるだろう。多くの変動、変化及び置換が、本発明から逸脱せずに当業者にとって起こってもよい。本明細書内で記載される発明の実施態様に様々な代替が使用されてもよいことが理解されるべきである。
【００２０】
本発明は、上記の非線形コンデンサを提供する。非線形コンデンサの一実施態様において、使用電圧の範囲は、VintからVmaxであり、Vintは、従属Q(V)=C(V)・VがV＝Vmaxとなる点での接線である直線と、横軸との交点によって決定され、Vmax及びVintとの間の差は、下記比によって定義される。
【数２】
2021502697.tif 000004
【００２１】
本発明の別の実施態様において、電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、双極子及びπ−π相互作用により互いに作用し、分子スタックを形成し、有機化合物が、ポリマー骨格又は共役Sharp及びNLSD分子化合物に結合されるアルキル尾部置換基を更に含む。アルキル尾部置換基は、疎水性相互作用により、互いに作用し、分子スタックを取り巻いて分離する覆いも形成し、有機化合物の溶解性を提供し、コンデンサの電極に印加される使用電圧での誘電層の電子なだれ絶縁を起きないようにする。本発明の更なる別の実施態様において、電気的に分極可能な芳香族多環共役コアは、リンカー基と結合したベンゼン環を含み、下記構造式によって記載される：
【化１】
2021502697.tif 000005
ここで、Lは−N＝N−、−CC−（アルキン）、及び−C＝C−から選択されるリンカー基であり、ｎ＝０、１、２、３、４、５及び６である。本発明の更なる別の実施態様において、電気的に分極可能な芳香族多環共役コアは、末端及び／又は側（横）面に位置する求電子基（アクセプター）及び／又は求核基（ドナー）を更に含む。求電子基（アクセプター）は、−NO２、−NH３+、及び−NRR’R”（四級窒素塩）、カウンターイオンCl−又はBr−、−CHO（アルデヒド）、−CRO（ケト基）、−SO３H（スルホン酸）、−SO３R（スルホネート）、−SO２NH２（スルホンアミド）、−COOH（カルボン酸）、−COOR（エステル、カルボン酸側から）、−COCl（カルボン酸塩化物）、−CONH２（アミド、カルボン酸側から）、−CF３、−CCl３、並びに−CNから選択され、Rは、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど）、アリル（−CH２−CH＝CH２）、ベンジル（−CH2C6H5）基、フェニル（＋置換フェニル）及び他のアリール（芳香族）基を含むリストから選択される基であり、R’及びR”はR基のリストから独立に選択される。求核基（ドナー）は、−Ｏ−（−ONa又は−OKなどのフェノキシド）、−NH２、−NHR、−NR２、−OH、OR（エーテル）、−NHCOR（アミド、アミン側から）、−OCOR（エステル、アルコール側から）、アルキル、−C６H５、ビニル、及びNRR’から選択され、R及びR’は、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど）、アリル（−CH２−CH＝CH２）、ベンジル（−CH2C6H5）基、フェニル（＋置換フェニル）及び他のアリール（芳香族）基を含むリストから独立に選択される基である。
【００２２】
芳香族多環共役分子中に求電子基（アクセプター）及び求核基（ドナー）が存在することは、共役分子中の電気密度の非均一分布：一つの場所（ドナー領域）における電子の余剰及び他の場所（アクセプター領域）における電子の欠乏：を促進させる。共役分子に伴った電気密度の非均一分布における外部電場の影響は、誘導分極Pindを導く。一般的な場合において、誘導分極は、局所電場Elocの強度の非線形機能である。弱い非線形の想定において、局所電場の強度の一連の程度に誘導される分極のいくつかの分解条件により、誘導分極Pindを近似することが可能である。そのような場合において、（例えば分子の）環境の誘導された分極は下記式において記載され得る：
【数３】
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ここでαは線形分極率、βは平方分極率である。電場の小ささの想定が、常には正しくないが、それでもなお、α及びβのパラメーターは、本発明の化合物の分極率の性質の分析に使用されてもよい。本発明において、記載された化合物の誘導分極における増加の方法、従って、線形分極率α及び平方分極率βの増加の方法が主に注目される。そのような注目は、双極子、四極子電気モーメント定数が、そのような共役分子の自己組織化で、相互に中和されることによって引き起こされる。分析は、分子中の平均電気密度の大きさに依存し、非線形分極率は、電気密度の不均質の大きさに依存する。電子ドナー及びアクセプター基の非中心対称性の配向が、電場の存在下で化合物の電気的な分極の強い非線形応答を導き得ることも示される。線形分極率α及び平方分極率βへの化学構造の影響は表１に示される。
【００２３】
【表１】
2021502697.tif 000007
【表２】
2021502697.tif 000008
【表３】
2021502697.tif 000009
【００２４】
表１は、電子共役系上の電子供与基及び電子吸引基の配置が、分極率増加に重要であることを示している。更に、表１の構造は、分極率を強化するためにさらに変化されてもよい共役環系を示す。しかしながら、それらは、制限のない例であり、高い抵抗率を達成するため、追加の抵抗置換基（尾部）を必要とする。
【００２５】
本発明の別の実施態様において、少なくとも一つの尾部置換基は、−(CH2)nCH3、−CH((CH2)nCH3)2)（ｎは１以上）、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、分岐アルキル、分岐アリール、環状アルキル基複合体、−X＝CH(CH2)nCH3、−CC(CH2)nCH3、−X＝C((CH2)nCH3)((CH2)mCH3)及びそれらの組み合わせを含むリストから独立に選択され、アルキル基はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、i−ブチル基及びｔ−ブチル基から選択され、アリール基はフェニル基、ベンジル基及びナフチル基から選択され、XはC、S又はNであり、ｎ及びｍは１〜２０から独立に選択される。本発明の更なる別の実施態様において、下の表２に示すように下記構造１〜２６を有するYanLi材料から選択される。
【００２６】
【表４】
2021502697.tif 000010
【表５】
2021502697.tif 000011
【表６】
2021502697.tif 000012
【表７】
2021502697.tif 000013
【表８】
2021502697.tif 000014
【表９】
2021502697.tif 000015
【表１０】
2021502697.tif 000016
【表１１】
2021502697.tif 000017
【００２７】
記載された非線形コンデンサの一実施態様において、前記電圧Vintが、導関数
【数４】
2021502697.tif 000018
が増加する場合、最大電圧Vmaxに近づく。記載された非線形コンデンサの別の実施態様において、比（Vｍａｘ−Ｖｉｎｔ）／Ｖmaxは０．１未満である。記載された非線形コンデンサの更に別の態様において、電極上の電荷Qが電荷Qint＝Q（Vint）及び最大電荷Qmax＝Q（Vmax）の間の範囲で変化するまで（間に）電極に印加される電圧Vが、非線形コンデンサの充電／放電の間に、およそ一定であり、電圧Vint及び電圧Vmax間の範囲で変化する。記載された非線形コンデンサの別の実施態様において、有機化合物は、局所電場Elocの強度の一連の程度に分解の形式で記載されてもよい誘導分極Pindによって特徴づけられ：
【数５】
2021502697.tif 000019
ここでαは線形分極率であり、βは平方分極率である。
【００２８】
本発明は、上記のエネルギー貯蔵装置を提供する。
【００２９】
本発明をより容易に理解するため、本発明の理解を助ける目的であるが、特許請求の範囲を限定する意図のない、下記図の参照を行う。
【００３０】
図１は、コンデンサの電極上の電荷Q=C (V)・Vと電極に印加される電圧との関係を図式的に示す（曲線A参照）。電荷Qは、前記電圧Vが不等式０＜V≦Vmaxを満たす場合、
【数６】
2021502697.tif 000020
の単調増加する多項式の従属により、電圧Vに非線形に依存し、ここで、電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、係数Qｉは、ｉ次の電荷Ｑの非線形性、ｍは１、２、３、４、５、又は６であり、ＱｍａｘはＱ（Ｖｍａｘ）を特徴づける。直線２は、電圧Ｖが最大電圧と等しい場合、すなわちＶ＝Ｖｍａｘである場合、非線形従属Ｑ（Ｖ）の接線である。この直線ＢはＶ＝Vintの点で横軸と交差し、この電圧に相当する電荷はQint＝Q（Vint）と等しい。下記比は、二つの電圧Vmax及びVintの間の差のために行われる。
【数７】
2021502697.tif 000021
【００３１】
上記式から、差Vｍａｘ−Ｖｉｎｔは、最大電圧Ｖｍａｘで非線形従属の勾配の増加と共に減少するという結果になる。コンデンサの充電／放電の間に、電圧Ｖは、電荷ＱがＱｍａｘ及びＱｉｎｔの間で変化しながら、Ｖｍａｘ及びＶｉｎｔの間の間隔で変化する。
【００３２】
本発明は、互いに平行に配置され、巻かれた又は平ら及び平面の二つの金属電極並びにこの電極の間の誘電層を含む非線形コンデンサを提供する。誘電層は、コポリマー、ホモポリマー、ＳｈａｒｐポリマーＮＬＳＤ化合物及びそれらの組み合わせから選択される、上記の少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含む。
【００３３】
非線形コンデンサは、図２Ａに示すように、第一電極１、第二電極２、及び第一電極と第二電極との間に配置される誘電層３を含む。電極１及び２は、銅、亜鉛若しくはアルミニウムなどの金属、又は他の導電材料から作られもよく、一般的に平面の形態である。
【００３４】
電極１、２は、平らで平面であり、互いに平行に配置される。別法として、電極は平面で平行であってもよく、平らである必要はなく、コイル状、巻かれる状態、湾曲状、折りたたまれた状態、又はコンデンサのすべての形態の因子を減少させる形の状態であってもよい。電極は、非−平ら、非−平面、若しくは非−平行又はそれら２つ以上の組み合わせである電極であってもよい。例示の目的で、制限する目的はないが、電極１、２の間の間隔は約１００nmから約１００００μｍの範囲であってもよい。電極１、２の間の最大電圧Ｖｂｄは、破断電場Ｅｂｄ及び電極間隔ｄのおよその積である。Ｅｂｄが０．１Ｖ／ｎｍであり、電極１及び２の間隔ｄが１００００μｍ（１０００００ｎｍ）である場合、最大電圧Ｖｂｄは１０００００ボルトであり得る。
【００３５】
電極１、２は、互いに同じ形、同じ寸法、及び同じ面積Ａであってもよい。例示する目的であり、限定する目的はないが、それぞれの電極１、２の面積Ａは、約０．０１ｍ２〜約１０００ｍ２の範囲であってもよい。これらの範囲は限定されない。電極間隔ｄ及び面積Aの他の範囲は、本発明の態様の範囲内である。
【００３６】
本発明は、図２Ｂに表現されるように、たとえばコイル状の非線形コンデンサを含む。この例において、コンデンサ２０は、第一電極２１、第二電極２２及び第一電極及び第二電極の間に配置される上述した種類の誘電材料層２３を含む。電極２１、２２は銅、亜鉛若しくはアルミニウムなどの金属又は他の導電材料から作られてもよく、一般に平面の形状である。一実施において、電極及び誘電材料層２３は、一緒にはさまれ、ポリプロピレン又はポリエステルなどの例えばプラスチックフィルムの分離材料と共にコイルにまかれる材料の長い一片の形態であり、電極２１、２２間の電気ショートを抑制する。
【００３７】
図３は、標準材料（Ｄ）とコポリマー、ホモポリマー、Ｓｈａｒｐポリマー、ＮＬＳＤ化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を有する誘電層の材料（Ｆ）とに関して、装置に含まれる電圧（Ｖ）に対する電極に蓄積される電荷（Ｑ）の従属（Ｑ−Ｖプロット）を示す。
【００３８】
図３を参照すると、例となる装置中に貯蔵される総エネルギーは、例えば、（ａ）装置の電極を超えた最大達成可能な電圧、Ｖｍａｘ、（ｂ）この電圧で装置の電極上に貯蔵される電荷、Ｑｍａｘ及び／又は（ｃ）装置に関するＱ−Ｖ曲線の形成に依存し得る。一般に、装置内に貯蔵される総エネルギー、Ｅは、式（Ｉ）によって与えられる。
【数８】
2021502697.tif 000022
【００３９】
制限しないが、装置中に貯蔵されるエネルギー（及びエネルギー密度）は、少なくとも下記３つの方法で増加させてもよい：破断電圧の増加、高次の誘電層の誘電材料の誘電率εの増加、及びＱ−Ｖ曲線下の面積の増加。
【００４０】
最大電圧Ｖｍａｘは、装置により支持され得る最大電圧、すなわち、破断電圧Ｖｂｄによって制限され得る。Ｖｍａｘが増加するように設計された装置は、破断電圧Ｖｂｄを増加させ得る。
【００４１】
一般に、装置中に貯蔵されるエネルギーは、図３に示すようなプロットにおけるＱ−Ｖ曲線下の面積と等しい。大部分の材料にとって、電気容量は、Ｑ（すなわち図３中の点線「Ｄ」によって示されるようなＶ（Ｑ）＝Ｑ／Ｃ）に依存せず、装置中に貯蔵されるエネルギーは式（ＩＩ）によって与えられる。
【数９】
2021502697.tif 000023
【００４２】
ＣがＱに依存する場合、図３中の曲線の形態は、最大Ｃ*Ｖmax2の貯蔵エネルギーの増加を可能にしてもよく、大部分の材料に関して２倍の貯蔵エネルギーである。
【００４３】
Ｑ−Ｖ曲線下の面積は、Ｖに対する誘電率の非線形従属する誘電材料を含むことによって増加されてもよい。
【００４４】
図２Ａ又は図２Ｂ中に示される種類の１以上のコンデンサは、エネルギー貯蔵電池中で使用されてもよい。例示の目的であって、限定する目的はない図４では、図２Ｂで示される種類の、例えば１以上のコンデンサ２０の容量性のエネルギー貯蔵装置を含むエネルギー貯蔵電池４０の可能な実施が、ＤＣ電圧変換装置４１と連結される。一つの高次コンデンサが単純に描写されているが、他の実施において、様々な種類に関するコンデンサネットワーク及び／又は並列の組み合わせ中の２、又は３又はそれ以上の高次コンデンサの容量性のエネルギー貯蔵電池４０の組み合わせが、電圧変換装置４１に連結されてもよい。
【００４５】
更に別の実施において、容量性のエネルギー貯蔵電池４０は冷却装置４２を更に含んでもよい。いくつかの実施において、冷却は、容量性のエネルギー貯蔵装置４０及びＤＣ電圧変換装置４１上に例えば、放射冷却羽根を使用して受動的であってもよい。別法として、空気、水又はエチレングリコールなどの流体が、積極冷却系において冷却剤として使用され得る。例示する目的であり、制限する目的はないが、冷却系３０は、容量性のエネルギー貯蔵装置２０及びＤＣ電圧変換装置４１に接触した熱導管を含んでもよい。導管は、固体、液体又はガスであってもよい、熱交換媒体で満たされる。いくつかの実施において、冷却機構は、熱交換媒体から抽出される熱に構成される熱交換器４４を含んでもよい。他の実施において、冷却機構４１は、容量性のエネルギー貯蔵装置２０及びＤＣ−電圧変換装置４１上の冷却羽根の形態での導管を含み、熱交換媒体は、例えば送風機によって、冷却羽根から吹かれる空気である。本発明の別の実施態様において、熱交換器４４は、冷却を行うために構成される相変化熱パイプを含んでもよい。相変化熱パイプによって行われる冷却は、相変化材料の（例えば氷若しくは他の固体の融解を使用して）固体から液体への相変化、又は（例えば水若しくはアルコールの揮発によって）液体から気体への相変化に関してもよい。更に他の実施において、導管又は熱交換機４４は、パラフィンワックスなどの固体から液体に相変化する材料を含む容器を含んでもよい。
【００４６】
本発明の態様として、例えば図５に示すような、容量性のエネルギー貯蔵モジュール５０である。示された例において、エネルギー貯蔵モジュール５０は、上述した種類の２以上のエネルギー貯蔵電池４０を含む。それぞれのエネルギー貯蔵電池は、１以上のコンデンサ４８及び、バック変換器、ブースト変換器、又はバック／ブースト変換器であってもよい、ＤＣ−電圧変換器４１を有する、容量性のエネルギー貯蔵装置４６を含む。加えて、それぞれのモジュールは、例えば、マイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、結合プログラム可能論理回路（ＣＰＬＤ）、閉ループ制御プロセス実行能力及び（任意選択で）通信インターフェイスの適切な論理回路、並びに、例えば、流入電圧Ｖｉｎ及び流出電圧Ｖｏｕｔに関する電圧センサーV、容量性のエネルギー貯蔵装置４６へ／からの電流Ｉｓｄ及び／又はＤＣ−電圧変換装置４１へ／からの電流Ｉｖｃに関する電流センサーＡ、容量性のエネルギー貯蔵装置及び／又はＤＣ−電圧変換装置上の温度センサーの、ＤＣ電圧変換装置４１上のセンサーと連結されるアナログからデジタル変換器を含む制御盤４９を含んでもよい。いくつかの実施において、制御盤４９は、ＤＣ−電圧変換装置４１に統合されてもよい。ＤＣ−電圧変換装置４１は、バックレギュレーター、ブーストレギュレーター、分離した流入／流出でのバック及びブーストレギュレーター、双方向のブースト／バックレギュレーター又はスプリット−パイ（split-pi）変換器を含んでもよく、制御盤４９は、安定な流入電圧を維持しながら、おおよそ一定の電流でコンデンサを放電及び／又は充電する間、ＤＣ−電圧変換装置から一定の流出電圧Ｖｏｕｔを維持するように構成されてもよい。ＤＣ−電圧変換装置４１及び制御盤４９は、所望の範囲で電圧を維持するように構成されてもよい。例示する目的で、限定する目的はないが、制御盤４９は、双方向のバック／ブースト変換器に関するコントローラーに基づいてもよい。そのような配置において、制御盤５９は、適切な制御ループを形成する暗号によりＤＣ−電圧変換装置の流出電圧を安定化する。可能な制御ループの一例は、米国特許出願２０１７０２３７２７１号に記載されており、本明細書内に参照して援用される。
【００４７】
制御盤４９の操作の仕様は、ＤＣ−電圧変換装置４１に使用されるバック／ブースト変換機の種類に多少依存する。例えば、バック／ブースト変換器は、流入電圧Ｖｉｎに連結された流入側及びコイルの一面、地面又は共通電圧に連結された他の面に連結された流出側とのハイサイドスイッチを有する単一のスイッチ変換器であってもよい。コンデンサは、流出電圧Ｖｏｕｔを横切って連結される。パルス状のスイッチ信号は、オン及びオフのスイッチを変える。流出電圧は、信号をスイッチする負荷サイクルに依存する。例示する目的で、スイッチは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ装置、堆積（stacked）ＭＯＳＦＥＴ装置、IGCT装置、高ドレイン−ソース電圧SicMOSFET装置などの、エネルギー貯蔵電に関するＤＣ−電圧変換器の電圧及び／又は電流要求に依存する、門の（ｇａｔｅｄ）スイッチ装置として埋め込まれてもよい。門のスイッチ装置の場合において、制御盤は、スイッチ装置の門の端子に信号を提供する。制御盤４９は、この種類のバック／ブースト変換器を行使し、スイッチ信号の負荷サイクルを調製することによって降圧（バック）又は昇圧（ブースト）する。
【００４８】
モジュール５０は、個々のエネルギー貯蔵電池のアノード及びカソードを結合する相互連結系を含み、容量性のエネルギー貯蔵モジュールの一般的なアノード及び一般的なカソードを創る。いくつかの実施において、相互連結系は、パラメーターバス５２及び電力スイッチPSWを含んでもよい。モジュール５０内のそれぞれのエネルギー貯蔵電池４０は、電力スイッチPSWを経由してパラメーターバス５２に連結されてもよい。これらのスイッチは、一般的なアノード及び一般的なカソードとして役に立ち得る、２以上のレールを経由して、並列又は直列で選択的に連結される２以上のモジュールを可能にする。電力スイッチは、モジュールから分離された１以上のエネルギー貯蔵電池も可能にし、例えば、モジュールの遮断操作なしで、電池の重複性及び／又は維持を可能にする。電力スイッチPSWは、固体状態の電力スイッチ技術に基づいてもよく、電気化学スイッチ（例えばリレー）又はその二つのいくつかの組み合わせによって実行されてもよい。
【００４９】
いくつかの実施において、エネルギー貯蔵モジュール５０は、電力メーター５４を更に含み、モジュールへの電力流入又は流出を監視する。いくつかの実施において、エネルギー貯蔵モジュールは、ネットワーク化された設定される制御ノード５５を更に含み、モジュールからの電力流出及びモジュールへの電力流入を制御する。ネットワーク化された制御ノード５５は、それぞれのモジュールが、高速ネットワークを通じて、システム制御コンピューターと情報交換することを可能にする。ネットワーク化された制御ノード５５は、設定される電圧制御論理回路５６を含み、例えば、個別の制御盤４９を経由して、それぞれのエネルギー貯蔵電池４０内のそれぞれの電圧コントローラー４１の操作を選択的に制御する。制御ノード５５は、設定されたスイッチ制御論理回路５７も含んでもよく、電力スイッチPSWの操作を制御する。制御盤４９及び電力スイッチPSWは、データバス５８を経由して制御ノード５５に連結されてもよい。ネットワーク化された制御ノード５５内の電圧制御及びスイッチ論理回路は、１以上のマイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、又は結合プログラム可能論理回路（ＣＰＬＤ）によって実行されてもよい。制御ノード５５は、ネットワークインターフェース５９を含んでもよく、個々のエネルギー貯蔵電池４０上の、電圧制御論理回路５７及び制御盤４９の間の信号の輸送を促進し、データバス５８を経由して、スイッチ論理回路５６及び電力スイッチPSW間の信号の輸送もする。
【００５０】
本発明の更なる別の態様によると、容量性のエネルギー貯蔵システムは、例えば、図６に示す種類の２以上のネットワーク化された容量性のエネルギー貯蔵モジュールを含んでもよい。そのような容量性のエネルギー貯蔵システム６０の一実施態様は、図６に示される。システム６０は、図５に示される種類の２以上のエネルギー貯蔵モジュール５０を含む。それぞれの容量性のエネルギー貯蔵モジュール５０は、例えば、相互連結系５２によって連結され、制御ノード５５によって制御された、図４に示される種類の、２以上のエネルギー貯蔵電池４０を含む。それぞれの容量性のエネルギー貯蔵モジュールは、モジュール電力メーター５４も含んでもよい。図６に示されないが、それぞれの制御ノード５５は、電圧制御論理回路５６を含んでもよく、個々の容量性のエネルギー貯蔵電池４０及びスイッチ論理回路５７内の電圧コントローラーを制御し、上記のようなモジュールで内部電力スイッチを制御する。加えて、それぞれの制御ノード５５は、内部データバス５８及びネットワークインターフェース５９を含み、上記の様に設置され連結されてもよい。容量性のエネルギー貯蔵モジュール５０への及びからの電力は、システム電力スイッチSPSWを経由してシステム電力バス６２へ連結され、固体状態の電力スイッチ技術に基づくか、あるいは電気化学スイッチ（例えばリレー）又はその２つのいくつかの組み合わせによって実行されてもよい。いくつかの実施において、それぞれの容量性のエネルギー貯蔵モジュール５０及びシステム電力バス６２間の連結されるインバーター（示していない）があってもよく、モジュールからのDC電力をAC電力へ、又は逆に変換する。
【００５１】
システム６０は、システムデータバス６８に連結されるシステムコントローラー６６を含む。システムコントローラーは、スイッチ制御論理６３、電圧制御論理６１、及びシステムネットワークインターフェース６４を含んでもよい。電圧制御論理６０は、個々のモジュール５０の個々の電池４０内の、個々のDC−電圧コントローラーの操作を制御するように設定されてもよい。スイッチ制御論理６３は、個々の容量性のエネルギー貯蔵モジュール５０内の、システム電力スイッチSPSW及び電力スイッチPSWの操作を制御するように設定されてもよい。電力制御信号は、電力制御論理６３から、特定のモジュール、モジュールデータバス６８、及び個々の電池５０の制御盤５９に関する制御ノード４６の、ネットワークインターフェース６４、システムデータバス６８、モジュールネットワークインターフェース６９を通じて、特定の容量性のエネルギー貯蔵モジュールの特定の容量性のエネルギー貯蔵電池４０内の特定のDC制御装置４１に送られてもよい。
【００５２】
例示する目的であり、制限する目的はないが、システムコントローラー６６は、決定論的なコントローラー、非同期式のコントローラー、又は分散されたクロックを有するコントローラーであってもよい。容量性のエネルギー貯蔵システム６０の、特定の一実施態様において、システムコントローラー６６は、設定される分散されたクロックを含んでもよく、１以上の容量性のエネルギー貯蔵モジュール５０の１以上の容量性のエネルギー貯蔵電池内の、いくつかの独立の電圧変更装置の動きを同期させる。
【００５３】
本発明の態様は、従来の電気エネルギー貯蔵システムで可能なものより大きな規模で電気エネルギー貯蔵を可能にする。広範囲のエネルギー貯蔵は、DC−電圧変換装置で１以上のコンデンサを、電池に選択的に連結させ、２以上の電池をモジュールに連結させ、又は２以上のモジュールをシステムに連結させることにより満たされ得る。
【００５４】
本発明は特定の好ましい実施態様を参照して詳細に記載したが、本発明が関係する当業者は、様々な変更及び強化が、つづく特許請求の範囲の主旨及び範囲から逸脱しないで実施されてもよいことを認識するだろう。好ましい又は好ましくない特性は、好ましい又は好ましくない別の特性と組み合わされてもよい。本明細書内で記載される発明の実施態様の様々な代替手段は、本発明の実施において使用され得ることが理解される。下記特許請求の範囲は、本発明の範囲、これらの特許請求の範囲内の方法及び構造、並びにそれらに包含される同等なものを定義することを目的とする。
【符号の説明】
【００５５】
１：電極
２：電極
３：誘電層
２０：コンデンサ
２１：第一電極
２２：第二電極
２３：誘電材料層
４０：容量性のエネルギー貯蔵電池
４１：ＤＣ電圧変換装置
４２：冷却装置
４３：制御盤
４４：熱交換器
４６：容量性のエネルギー貯蔵装置
４８：コンデンサ
４９：制御盤
５０：エネルギー貯蔵モジュール
５２：パラメーターバス
５３：制御盤
５４：電力メーター
５５：制御ノード
５６：電圧論理回路
５７：スイッチ論理回路
５８：データバス
５９：ネットワークインターフェース
６０：エネルギー貯蔵システム
６１：電圧制御論理
６２：システム電力バス
６３：スイッチ制御論理
６４：ネットワークインターフェース
６６：システムコントローラー
６８：システムデータバス
【図１】
2021502697.tif 000037
【図２Ａ】
2021502697.tif 000038
【図２Ｂ】
2021502697.tif 000039
【図３】
2021502697.tif 000040
【図４】
2021502697.tif 000041
【図５】
2021502697.tif 000042
【図６】
2021502697.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月8日(2020.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極、第二電極、及び前記第一電極と前記第二電極との間に配置される誘電層を含む、非線形コンデンサであって、
前記誘電層が、コポリマー、ホモポリマー、Sharpポリマー、NLSD化合物及びそれらの組み合わせから選択される、少なくとも一つの電気的に分極可能な芳香族多環共役コアを有する少なくとも一つの有機化合物を含み、
コンデンサの容量Cと前記第一電極及び前記第二電極間の電圧Vとの関係が、前記電圧Vが不等式０＜V≦Vmaxを満たす場合、
【数１】
2021502697.tif 000044
の単調増加する多項式の従属により特徴づけられ、
前記電圧Vmaxは、絶縁電圧Vbdを超えない最大使用電圧であり、安全上の理由から選択され、指数ｉは２〜ｍの範囲である場合、少なくとも一つの係数Ciは０ではなく、ｍは２、３、４、５、又は６である、非線形コンデンサ。
【請求項２】
電圧の使用範囲がＶintからVmaxであって、
Vintが、V＝Vmaxとなる点における、従属Q（V）＝C（V）・Vに対する接線である直線と横軸との交点により決定され、電圧Vmax及びVint間の差は下記比により定義される、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【数２】
2021502697.tif 000045
【請求項３】
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、双極子及びπ−π相互作用により互いに作用し、分子スタックを形成し、
前記有機化合物が、ポリマー骨格又は共役Sharp及びNLSD分子化合物に結合する、アルキル尾部置換基を更に含み、
前記アルキル尾部置換基が、疎水性相互作用により互いに作用し、分子スタックを取り巻いて分離する覆いも形成し、有機化合物の溶解性を提供し、前記コンデンサの電極に印加される前記使用電圧での前記誘電層の電子なだれ絶縁を起きないようにする、
請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【請求項４】
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、リンカー基と結合したベンゼン環を含み、下記式により記載される、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【化１】
2021502697.tif 000046
（ここで、Lは−N＝N−、−CC−（アルキン）、及び−C＝C−から選択されるリンカー基であり、ｎ＝０、１、２、３、４、５及び６である）
【請求項５】
前記電気的に分極可能な芳香族多環共役コアが、末端及び／又は側（横）面に位置する求電子基（アクセプター）及び／又は求核基（ドナー）を更に含む、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【請求項６】
前記求電子基（アクセプター）が、−NO２、−NH３+、及び−NRR’R”（四級窒素塩）、カウンターイオンCl−又はBr−、−CHO（アルデヒド）、−CRO（ケト基）、−SO３H（スルホン酸）、−SO３R（スルホネート）、−SO２NH２（スルホンアミド）、−COOH（カルボン酸）、−COOR（エステル、カルボン酸側から）、−COCl（カルボン酸塩化物）、−CONH２（アミド、カルボン酸側から）、−CF３、−CCl３、並びに−CNから選択され、
Rは、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど）、アリル（−CH２−CH＝CH２）、ベンジル（CH2C6H5）基、フェニル（＋置換フェニル）及び他のアリール（芳香族）基を含むリストから選択される基であり、R’及びR”はR基のリストから独立に選択される、請求項５に記載の非線形コンデンサ。
【請求項７】
前記求核基（ドナー）が、−Ｏ−（−ONa又は−OKなどのフェノキシド）、−NH２、−NHR、−NR２、−OH、OR（エーテル）、−NHCOR（アミド、アミン側から）、−OCOR（エステル、アルコール側から）、アルキル、−C６H５、ビニル、及びNRR’から選択され、
R及びR’は、アルキル（メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシルなど）、アリル（−CH２−CH＝CH２）、ベンジル（CH2C6H5）基、フェニル（＋置換フェニル）及び他のアリール（芳香族）基を含むリストから独立に選択される基である、請求項５に記載の非線形コンデンサ。
【請求項８】
少なくとも一つの尾部置換基が、−(CH2)nCH3、−CH((CH2)nCH3)2)（ｎは１以上）、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、分岐アルキル、分岐アリール、環状アルキル基複合体、−X＝CH(CH2)nCH3、-CC(CH2)nCH3、−X＝C((CH2)nCH3)((CH2)mCH3)及びそれらの組み合わせを含むリストから独立に選択され、
前記アルキル基はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、i−ブチル基及びｔ−ブチル基から選択され、前記アリール基はフェニル基、ベンジル基及びナフチル基から選択され、XはC、S又はNであり、ｎ及びｍは１〜２０から独立に選択される、請求項３に記載の非線形コンデンサ。
【請求項９】
前記コポリマーが下記構造１〜２６を有するYanLi材料から選択される、請求項１に記載の非線形コンデンサ。
【表１】
2021502697.tif 000047
【表２】
2021502697.tif 000048
【表３】
2021502697.tif 000049
【表４】
2021502697.tif 000050
【表５】
2021502697.tif 000051
【表６】
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【表７】
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【表８】
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【請求項１０】
比（Vmax−Vint）／Vmaxが0.1未満である、請求項２に記載の非線形コンデンサ。
【請求項１１】
電圧に対して電気容量がべき乗で従属する請求項１に記載の非線形コンデンサを含み、Vmax２００ボルトからVmax１０００ボルトの範囲の電圧でパワーエレクトロニクスを使用する、エネルギー貯蔵装置。
【国際調査報告】
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