(57)【要約】多孔性導体基板（１１０）と、多孔性導体基板（１１０）の内面（１１２）と接触する絶縁体層（１２０）と、絶縁体層（１２０）の外面（１２２）と接触する導体層（１３０）と、を含むエネルギー貯蔵装置（１００）。
2015526893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性導体基板と、前記多孔性導体基板の内面と接触する絶縁体層と、前記絶縁体層の外面と接触する導体層とを備えるエネルギー貯蔵装置。
【請求項２】
前記絶縁体層がさらに、前記多孔性導体基板の外面と接触する、請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項３】
前記絶縁体層が前記多孔性導体基板の内面に形成される、請求項１または２に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項４】
前記導体層が前記絶縁体層の外面に形成される、請求鵜３に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項５】
前記絶縁体層が順次成膜された第一および第二の絶縁体材料コーティングを含む、請求項３または４に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項６】
前記絶縁体層が、前記第二の絶縁体材料コーティングの後に成膜された第三のコーティングをさらに含む請求項５に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項７】
前記絶縁体材料コーティングの各々の厚さが２〜１０ｎｍの間である、請求項５または６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項８】
前記絶縁体層が第一の絶縁体材料から形成された第一の層と、前記第一の絶縁体材料と異なる第二の絶縁体材料から形成された第二の層と、を含む、請求項３〜７のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項９】
前記第一の絶縁体材料の絶縁耐力が前記第二の絶縁体材料より高い、請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１０】
前記第二の絶縁体材料の誘電率が前記第一の材料より高い、請求項８または９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１１】
前記第一および第二の層の少なくとも一方または両方の厚さが約５０ｎｍ未満である、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１２】
前記第二の層の厚さが前記第一の層の厚さと実質的に同じか、それより小さい、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１３】
前記絶縁体層が、前記第二の絶縁体材料と異なる絶縁体材料から形成され、前記第二の層に成膜された第三の層をさらに含む、請求項８〜１２のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１４】
前記第三の層の誘電電界強度が前記第二の絶縁体材料より高い、請求項１３に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１５】
前記絶縁体層が、
電圧が前記多孔性導体基板と導体層に印加されると、エネルギーを分極構成で貯蔵するように動作する第一の蓄電層と、
電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成された第二の蓄電層であって、前記電気的絶縁状態から前記電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が前記多孔性導体基板と前記導体層に印加されたことに応答して起こる、前記第二の蓄電層と
を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１６】
前記閾値電圧が少なくとも１００ボルトである、請求項１５に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１７】
前記第二の蓄電層がイオン化可能であり、前記電気的導通状態が、前記第二の蓄電層の降伏電圧と等しいか、これを超える電圧を前記第二の蓄電層に印加することによって生成されるイオン化状態である、請求項１５または１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１８】
前記第二の蓄電層が、前記多孔性導体基板と導体層との間に電気的に直列に配置された複数の半導体部分を含み、各半導体部分には、電気的絶縁から電気的導通にその電気挙動が変化する閾値電圧が関連付けられている、請求項１５または１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１９】
前記絶縁体層が、前記第一の蓄電層の、前記第二の蓄電層と反対側に位置付けられた第三の蓄電層をさらに含み、前記第三の蓄電層が、電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、前記電気的絶縁状態から前記電気的導通状態への移行が、前記多孔性導体基板と前記導体層に前記電圧が印加されたことに応答して起こる、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２０】
前記第二の蓄電層および第三の蓄電層が異なる電気特性を有する、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２１】
エネルギー貯蔵装置の製造方法であって、
多孔性導体基板を提供するステップと、
前記多孔性導体基板の内面と接触する絶縁体層を提供するステップと、
前記絶縁体層の外面と接触する導体層を提供するステップと
を含む方法。
【請求項２２】
前記絶縁体層を前記多孔性導体基板の内面に曝露する前記ステップが、前記多孔性導体基板の内面に前記絶縁体層を形成するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記導体層を提供するステップが、前記絶縁体層の外面に導体層を形成するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記多孔性導体基板が、前記絶縁体層を形成する前記ステップの後も多孔性のままである、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記導体層を形成する前記ステップが、導体材料を前記絶縁体層の外面に成膜するステップを含む、請求項２２〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記絶縁体層を成膜する前記ステップが、
第一の絶縁体材料コーティングを前記多孔性導体基板の内面に成膜するステップと、
前記第一の絶縁体材料コーティングが実質的に十分に形成された後に、第二の絶縁体材料コーティングを前記第一の絶縁体材料コーティングの外面に成膜するステップと、
を含む、請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記絶縁体層を成膜する前記ステップが、
前記第二の絶縁体材料コーティングが実質的に十分に形成された後に、第三の絶縁体材料コーティングを前記第二の絶縁体材料コーティングの外面に成膜するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記絶縁体層の各々の厚さが２〜１０ｎｍの間である、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記絶縁体層を成膜する前記ステップが、第一の絶縁体材料から形成された第一の層を成膜するステップと、前記第一の絶縁体材料と異なる第二の絶縁体材料から形成された第二の層を成膜するステップと、を含む、請求項２２〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記第一の絶縁体材料の絶縁耐力が前記第二の絶縁体材料より高い、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第二の材料の誘電率が前記第一の材料より高い、請求項２９または３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第一および第二の層の少なくとも一方または両方の厚さが約５０ｎｍ未満である、請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記絶縁体層を成膜する前記ステップが、前記第二の層に、前記第二の絶縁体材料と異なる絶縁体材料から形成された第三の層を成膜するステップをさらに含む、請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記第三の層の誘電電界強度が前記第二の絶縁体材料より高い、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記多孔性導体基板が中心長手方向軸を画定する実質的に平坦な本体を含み、層の少なくとも１つを形成する前記ステップが、前記多孔性導体基板を前記中心長手方向軸を中心に層成膜機器に関して回転させるステップを含む、請求項２１〜３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記形成するステップが、前記基板の前記中心長手方向軸を、前記中心長手方向軸に関して傾けた別の軸を中心に前記層成膜装置に対して同時に回転させるステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
絶縁体層により分離される第一および第二の導体部分を含むコンデンサにおいて、前記絶縁体層が、第一の絶縁体材料から形成された第一の層と、前記第一の絶縁体材料と異なる第二の絶縁体材料から形成された第二の層と、を含むコンデンサ。
【請求項３８】
前記第一の絶縁体材料の絶縁耐力が前記第二の絶縁体材料より高い、請求項３７に記載のコンデンサ。
【請求項３９】
前記第二の絶縁体材料の誘電率が前記第一の絶縁体材料より高い、請求項３７または３８に記載のコンデンサ。
【請求項４０】
前記第一および第二の層の少なくとも一方または両方の厚さが約５０ｎｍ未満である、請求項３８または３９に記載のコンデンサ。
【請求項４１】
前記第二の層の厚さが前記第一の層の厚さと実質的に等しいか、これより小さい、請求項３７〜４０のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項４２】
前記絶縁体層が、前記第二の絶縁体材料と異なる絶縁体材料から形成され、前記第二の層に成膜された第三の層をさらに含む、請求項３７〜４１のいずれか１項に記載のコンデンサ。
【請求項４３】
前記第三の層の誘電電界強度が前記第二の絶縁体材料より高い、請求項４２に記載のコンデンサ。
【請求項４４】
エネルギー貯蔵装置であって、
第一および第二の離間された導体部分であって、該第一および第二の離間された導体部分間に閾値電圧より高い電圧を発生させるように動作する前記第一および第二の離間された導体部分と、
前記第一の導体部分と前記第二の導体部分との間に位置付けられた第一の蓄電部分であって、前記第一および第二の導体部分に前記電圧が印加されると、エネルギーを分極構成で貯蔵するように動作する第一の蓄電部分と、
前記第一の蓄電部分と、前記第一および第二の導体部分のうちの一方との間に位置付けられた第二の蓄電部分であって、該第二の蓄電部分は、電気的絶縁状態から電気的導通状態の間で変化するように構成され、前記電気的絶縁状態から前記電気的導通状態への移行が、前記第一および第二の導体部分に前記電圧が印加されたことに応答して起こる、前記第二の蓄電部分と
を備えるエネルギー貯蔵装置。
【請求項４５】
前記閾値電圧が少なくとも１００ボルトである、請求項４４に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項４６】
前記第二の蓄電部分がイオン化可能であり、前記電気的導通状態が、前記第二の蓄電部分の降伏電圧と等しいか、これを超える電圧を前記第二の蓄電部分に印加することによって生成されるイオン化状態である、請求項４４または４５に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項４７】
前記第二の蓄電部分が、前記第一および第二の離間された導体部分間に電気的に直列に配置された複数の半導体部分を含み、各半導体部分には、その電気的挙動が電気的絶縁から電気的導通に変化する閾値電圧が関連付けられている、請求項４４または４５に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項４８】
前記第一および第二の蓄電部分の少なくとも一方が多孔性構造を含む、請求項４４〜４７のいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項４９】
前記第一の蓄電部分が前記多孔性構造を含み、前記第二の蓄電部分が、前記多孔性構造の内部へと延びる流体を含む、請求項４８に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項５０】
装置が、前記第一の蓄電部分の、前記第二の蓄電部分と反対側に位置付けられた第三の蓄電部分をさらに備え、前記第三の蓄電部分が、電気的絶縁状態から電気的導通状態の間で変化するように構成され、前記電気的絶縁状態から前記電気的導通状態への移行が、前記第一および第二の導体部分に前記電圧が印加されたことに応答して起こる、請求項４４〜４９のいずれか１項に記載の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、エネルギー貯蔵装置、詳しくは、これに限定されないが、電気自動車等の電気機器への電源供給に使用するためのエネルギー貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車への電源供給に使用される従来の電気バッテリの制約は、当業界において十分に立証されており、バッテリの重量と充電時間がエネルギー貯蔵の可能性を大きく制限している。バッテリの容量と重量はまた、携帯型電子機器における重要な要素でもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本出願人は、先行技術に伴う問題を克服し、または少なくとも軽減する、改良された形態のエネルギー貯蔵装置に対する必要性を特定した。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第一の態様によれば、多孔性導体基板と、多孔性導体基板の内面と接触する絶縁体層と、絶縁体層の外面と接触する導体層（例えば外側導体層）と、を含むエネルギー貯蔵装置が提供される。
【０００５】
このようにして、多孔性導体基板と絶縁体層の間の接触面積が、この接触領域が導体板の断面積に限定される従来の平板コンデンサと比較して大幅に増大されたコンデンサ構造を備えるエネルギー貯蔵装置が提供される。
【０００６】
一実施形態において、多孔性導体基板は連通細孔の網状構造（例えば各細孔が多孔性導体基板の外面と連通している）を画定する。
一実施形態において、連結細孔網状構造は多孔性導体基板の一方の側面から多孔性導体基板の反対の側面へと延びる。
【０００７】
一実施形態において、多孔性導体基板の平均有効孔径は１０〜３００ｎｍ（例えば２０〜１００ｎｍまたは５０〜１００ｎｍ）の間である。
一実施形態において、多孔性導体基盤はゾルゲル法によって形成される。
【０００８】
一実施形態において、多孔性導体基板はカーボンエアロゾルである。
一実施形態において、多孔性導体基板は実質的に平坦である。
一実施形態において、絶縁体層は多孔性導体基板の内面に（例えば固体層として）形成される。
【０００９】
一実施形態において、導体層は絶縁体層の外面に（例えば固体層として）形成される。
一実施形態において、絶縁体層はさらに、多孔性導体基板の外面と接触する（例えばその上に形成される）。
【００１０】
一実施形態において、絶縁体層は順次成膜された第一および第二の絶縁体材料コーティングを含む。このようにして、いずれの１層も別々に形成された２層の同じ位置に欠陥を形成させる可能性が低いことから、欠陥、すなわち「ピンホール」が絶縁体層の全体の厚さにわたって延びる危険性が低減しうる。一実施形態において、絶縁体層は、第二の絶縁体材料コーティングの後に成膜された第三のコーティングをさらに含む（例えば、欠陥が絶縁体層の全体の厚さにわたって延びる危険性をさらに軽減させるため）。
【００１１】
一実施形態において、第一から第三の絶縁体材料コーティングの各々の厚さは２〜１０ｎｍの間（例えば、約４ｎｍ）である。このようにして、各コーティングの絶縁耐力は、一般に、厚さの縮小に伴って材料の絶縁耐力が通常、（厚さにより）改善されるため、最適化されうる。
【００１２】
一実施形態において、絶縁体層は第一の絶縁体材料から形成された第一の層と、第一の材料と異なる第二の絶縁体材料から形成された第二の層と、を含む。このようにして、両方の材料の利点が実現されるような多層誘電体が提供されうる。
【００１３】
一実施形態において、第一の絶縁体材料の絶縁耐力は第二の絶縁体材料より高い（例えば、第二の材料の絶縁耐力の少なくとも１０倍、少なくとも５０倍、または少なくとも１００倍）。一実施形態において、第一の絶縁体材料は酸化シリコンまたはダイヤモンドライクカーボンを含む。
【００１４】
一実施形態において、第二の材料の誘電率は第一の材料より高い。一実施形態において、第二の材料はチタン酸ストロンチウム、酸化チタン、またはポリマ層（例えば、浸漬または圧延法で成膜される）を含む。
【００１５】
一実施形態において、第一および第二の層の少なくとも一方または両方の厚さは約５０ｎｍ未満（例えば、約２０ｎｍ未満）である。このようにして、各層の厚さは、他方の層のド・ブロイ波長より小さく、電圧性能が、他方の材料が事実上、ほとんど「そこにない」かのごとくに保持されるように選択してもよい。一実施形態において、第一および第二の層の少なくとも一方の厚さは約１０ｎｍである。
【００１６】
一実施形態において、第一および第二の層の各々または少なくとも一方の厚さは約５ｎｍより大きい（例えば、量子トンネル現象による実効リークを減少させるため）。
一実施形態において、第二の層の厚さは第一の層の厚さと実質的に同じか、それより小さい。
【００１７】
一実施形態において、絶縁体層は、第二の絶縁体材料と異なる絶縁体材料から形成され、第二の層に成膜された第三の層をさらに含む。
一実施形態において、第三の層の誘電電界強度は第二の絶縁体材料より高い（例えば、第二の材料の絶縁耐力の少なくとも１０倍、少なくとも５０倍、または少なくとも１００倍）。一実施形態において、第三の層は第一の層と同じ材料から形成される。
【００１８】
一実施形態において、導体層の厚さは１〜２０ｎｍの間である。
一実施形態において、絶縁体層は、電圧が多孔性導体基板と導体層に印加された時にエネルギーを分極構成で貯蔵するように動作する第一の蓄電層（例えば、第一の蓄電層の降伏電圧は閾値電圧より高い）と、電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が多孔性導体基板と導体層に印加されたことに応答して起こるような第二の蓄電層（例えば、第二の蓄電層の移行電圧（この電圧で電気的絶縁状態から電気的導通状態への変化が起こる）は電気的絶縁状態から電気的導通状態に移行する前の第二の蓄電層の閾値電圧の成分と同じか、それより低い）と、を含む。
【００１９】
このようにして、分極によりエネルギーが貯蔵される前に、第二の蓄電層を電気的絶縁状態から電気的導通状態に変換することによって、装置の貯蔵能力を高める作業を行わなければならない。追加で貯蔵されるこのエネルギーは、第二の蓄電層が放電段階中に電気的絶縁状態に戻る時に放出される。
【００２０】
一実施形態において、閾値電圧は少なくとも１００ボルトである（例えば、少なくとも１０００ボルトまたは、少なくとも１０，０００ボルトでさえある）。
一実施形態において、第二の蓄電層はイオン化可能であり、電気的導通状態は、第二の蓄電層の降伏電圧と等しいか、これを超える電圧を第二の蓄電層に印加することによって生成されるイオン化状態である。
【００２１】
他の実施形態において、第二の蓄電層は、多孔性導体基板と導体層との間に電気的に直列に配置された複数の半導体部分（例えば、少なくとも１つのドープ半導体層を含む部分）を含み、各半導体部分には、電気的絶縁から電気的導通にその電気挙動が変化する閾値電圧が関連付けられている。
【００２２】
一実施形態において、第二の蓄電層の比誘電率は第一の蓄電層の比誘電率より低い。
一実施形態において、第二の蓄電層は固体を含む。
一実施形態において、第二の蓄電層は液体（例えば気体）を含む。
【００２３】
一実施形態において、絶縁体層は、第一の蓄電層の、第二の蓄電層と反対側に位置付けられた第三の蓄電層をさらに含み、第三の蓄電層は、電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行は、多孔性導体基板と導体層に電圧が印加されたことに応答して起こる（例えば、第三の蓄電層の移行電圧は、電気的絶縁状態から電気的導通状態に移行する前の第三の蓄電層の閾値電圧の成分と同じまたはそれ以下である）。
【００２４】
一実施形態において、第二および第三の蓄電層は異なる電気特性を有する（例えば、一方はその電子を受け取る能力のために選択され、もう一方はその電子を手放す能力のために選択される）。
【００２５】
一実施形態において、第一、第二、第三の蓄電層の少なくとも１つは、実質的に均一な厚さに形成される。
本発明の第二の態様によれば、エネルギー貯蔵装置の製造方法が提供され、これは、多孔性導体基板を提供するステップと、多孔性導体基板の内面と接触する絶縁体層を提供するステップと、絶縁体層の外面と接触する導体層を提供するステップと、を含む。
【００２６】
一実施形態において、絶縁体層を多孔性導体基板の内面に曝露するステップは、多孔性導体基板の内面に絶縁体層を形成するステップを含む。
一実施形態において、導体層を提供するステップは、絶縁体層の外面に導体層を形成するステップを含む。
【００２７】
一実施形態において、多孔性導体基板は、絶縁体層を形成するステップの後も多孔性のままである。
一実施形態において、導体層を形成するステップは、導体材料を絶縁体層の外面に成膜するステップを含む。
【００２８】
一実施形態において、絶縁体層を成膜するステップは、第一の絶縁体材料コーティングを多孔性導体基板の内面に成膜するステップと、第一の絶縁体材料コーティングが実質的に十分に形成された後に、第二の絶縁体材料コーティングを第一の絶縁体材料コーティングの外面に成膜するステップと、を含む。
【００２９】
一実施形態において、絶縁体層を成膜するステップは、第二の絶縁体材料コーティングが実質的に十分に形成された後に、第三の絶縁体材料コーティングを第二の絶縁体材料コーティングの外面に成膜するステップをさらに含む。
【００３０】
一実施形態において、多孔性導体基板は、多孔性導体基板の一方の側面から多孔性導体基板の反対の側面へと延びる連通細孔の網状構造を画定する。
一実施形態において、絶縁体層はさらに、多孔性導体基板の外面に形成される（例えば、そこに成膜される）。
【００３１】
一実施形態において、少なくとも１つの成膜するステップは、薄膜堆積により（例えば、電子層堆積により）成膜するステップを含む。
一実施形態において、層の各々は実質的に均一な厚さに形成される。
【００３２】
一実施形態において、多孔性導体基板の平均有効孔径は１０〜３００ｎｍ（例えば２０〜１００ｎｍまたは５０〜１００ｎｍ）の間である。
一実施形態において、構造はゾルゲル法で形成される。
【００３３】
一実施形態において、構造はカーボンエアロゲルである。
一実施形態において、第一から第三の絶縁体層の各々の厚さは２〜１０ｎｍの間（例えば約４ｎｍ）である。
【００３４】
一実施形態において、絶縁体層を成膜するステップは、第一の絶縁体材料から形成された第一の層を成膜するステップと、（例えば第一の層が形成された後に）第一の材料と異なる第二の絶縁体材料から形成された第二の層を成膜するステップと、を含む。
【００３５】
一実施形態において、第一の絶縁体材料の絶縁耐力は第二の絶縁体材料より高い（例えば、第二の材料の絶縁耐力の少なくとも１０倍、少なくとも５０倍、または少なくとも１００倍）。一実施形態において、第一の絶縁体材料は酸化シリコンまたはダイヤモンドライクカーボンを含む。
【００３６】
一実施形態において、第二の材料の誘電率は第一の材料より高い。一実施形態において、第二の材料はチタン酸ストロンチウム、酸化チタンまたはポリマ層を含む。
一実施形態において、第一および第二の層の少なくとも一方または両方の厚さは約５０ｎｍ未満（例えば、約２０ｎｍ未満）である。一実施形態において、第一および第二の層の少なくとも一方の厚さは約１０ｎｍである。
【００３７】
一実施形態において、第一および第二の層の各々または少なくとも一方の厚さは約５ｎｍより大きい。
一実施形態において、第二の層の厚さは、第一の層の厚さと実質的に等しいか、それより小さい。
【００３８】
一実施形態において、絶縁体層を成膜するステップは、第二の層に、第二の絶縁体材料と異なる絶縁体材料から形成された第三の層を成膜するステップをさらに含む。
一実施形態において、第三の層の誘電電界強度は第二の絶縁体材料より高い（例えば、第二の材料の絶縁耐力の少なくとも１０倍、少なくとも５０倍、または少なくとも１００倍）。一実施形態において、第三の層は第一の層と同じ材料で形成される。
【００３９】
一実施形態において、多孔性導体基板は中心長手方向軸を画定する実質的に平坦な本体を含み、層の少なくとも１つを形成する（例えば成膜する）ステップは、多孔性導体基板を中心長手方向軸を中心に層成膜機器に対して回転させるステップを含む。
【００４０】
一実施形態において、形成するステップは、多孔性導体基板の中心長手方向軸を、中心長手方向軸に関して傾けた（例えば、中心長手方向軸に対して約４５度傾けた）別の軸を中心に層成膜装置に対して同時に回転させるステップをさらに含む。
【００４１】
一実施形態において、多孔性導体基板は中心長手方向軸および別の軸を中心に、等しい周波数または調波周波数で回転される。
本発明の第三の態様によれば、絶縁体層により分離される第一および第二の導体部分を含むコンデンサが提供され、絶縁体層は、第一の絶縁体材料から形成される第一の層と、第一の材料と異なる第二の絶縁体材料から形成される第二の層と、を含む。
【００４２】
一実施形態において、第一の絶縁体材料の絶縁耐力は第二の絶縁体材料より高い（例えば、第二の材料の絶縁耐力の少なくとも１０倍、少なくとも５０倍、または少なくとも１００倍）。一実施形態において、第一の絶縁体材料は酸化シリコンまたはダイヤモンドライクカーボンを含む。
【００４３】
一実施形態において、第二の材料の誘電率は第一の材料より高い。一実施形態において、第二の材料はチタン酸ストロンチウム、酸化チタンまたはポリマ層を含む。
一実施形態において、第一および第二の層の少なくとも一方または両方の厚さは、約５０ｎｍ未満（例えば、約２０ｎｍ未満）である。一実施形態において、第一および第二の層の少なくとも一方の厚さは約１０ｎｍである。
【００４４】
一実施形態において、第一および第二の層の各々または少なくとも一方の厚さは、約５ｎｍより大きい（例えば、量子トンネル現象による有効リークを低減させるため）。
一実施形態において、第二の層の厚さは、第一の層の厚さと実質的に等しいか、これより小さい。
【００４５】
一実施形態において、絶縁体層は、第二の絶縁体材料と異なる絶縁体材料から形成され、第二の層に成膜された第三の層をさらに含む。
一実施形態において、第三の層の誘電電界強度は、第二の絶縁体材料より高い（少なくとも、第二の材料の絶縁耐力の少なくとも１０倍、少なくとも５０倍、または少なくとも１００倍）。
【００４６】
本発明の第四の態様によれば、エネルギー貯蔵装置が提供され、これは、両者間に閾値電圧より高い電圧を発生させるように動作する第一および第二の離間された導体部分と、第一および第二の導体部分間に位置付けられた第一の蓄電部分（例えば第一の電気的絶縁部分）であって、第一および第二の導体部分に電圧が印加された時にエネルギーを分極構成で貯蔵するように動作するものである第一の蓄電部分（例えば、第一の蓄電部分の降伏電圧は閾値電圧より高い）と、第一の蓄電部分と、第一および第二の導体部分のうちの一方との間に位置付けられた第二の蓄電部分（例えば第二の電気的絶縁部分）であって、電気的絶縁状態から電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、第一および第二の導体部分に電圧が印加されたことに応答して起こるような第二の蓄電部分（例えば、第二の蓄電部分の移行電圧（この電圧で電気的絶縁状態から電気的導体状態への移行が起こる）は、電気的絶縁状態から電気的導体状態に移行する前の第二の蓄電部分の閾値電圧の成分と同じか、それより小さい）と、を含む。
【００４７】
一実施形態において、閾値電圧は少なくとも１００ボルトである（例えば少なくとも１０００ボルト、または少なくとも１０，０００ボルトでさえある）。
一実施形態において、第二の蓄電部分はイオン化可能であり、電気的導通状態は、第二の蓄電部分の降伏電圧と等しいか、これを超える電圧を第二の蓄電部分に印加することによって生成されるイオン化状態である。
【００４８】
他の実施形態において、第二の蓄電部分は、第一および第二の離間された導体部分間に電気的に直列に位置付けられた複数の半導体部分（例えば、少なくとも１つのドープ半導体層を含む部分）を含み、各半導体部分には、その電気的挙動が電気的絶縁から電気的導通に変化する閾値電圧が関連付けられている。
【００４９】
一実施形態において、第一および第二の導体部分の少なくとも一方は導体板を含む。
一実施形態において、第一の蓄電部分は第一および第二の導体部分に関して実質的に固定されている。
【００５０】
一実施形態において、第二の蓄電部分の比誘電率は第一の蓄電部分の比誘電率より低い。
一実施形態において、第二の蓄電部分は固体を含む。
【００５１】
一実施形態において、第二の蓄電部分は流体（例えば気体）を含む。
一実施形態において、第一の導体部分は多孔性導体基板（例えば開気孔構造を有する）を含む。
【００５２】
一実施形態において、多孔性導体基板はエアロゲル（例えば、導電性カーボンエアロゲル）である。
一実施形態において、第一および第二の蓄電部分の少なくとも一方は多孔性構造を含む。例えば、第二の蓄電部分が流体（例えば封入された流体）を含む場合、第一の蓄電部分は多孔性構造を含んでいてもよく、第二の蓄電部分の流体は多孔性構造の内部へと延びていてもよい。
【００５３】
一実施形態において、多孔性蓄電部分はエアロゾル（例えば、第一および第二の蓄電部分に所望の電気的属性を提供するようにドープされたシリコンベースエアロゲル）である。
【００５４】
一実施形態において、第二の蓄電部分は流体を含み、第一および第二の導体部分のうちの少なくとも一方は第一の蓄電部分と同じ材料から形成されたコーティング（例えば、その、第一の蓄電部分に面する内面上のコーティング）を含んでいてもよい。
【００５５】
一実施形態において、この装置は、第一の蓄電部分の、第二の蓄電部分と反対側に位置付けられた第三の蓄電部分（例えば第三の電気的絶縁部分）をさらに含み、第三の蓄電部分は、電気的絶縁状態から電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行は、第一および第二の導体部分に電圧が印加されたことに応答して起こる（例えば、第三の蓄電部分の移行（例えば降伏）電圧は、電気的絶縁状態から電気的導通状態に移行する前の第三の蓄電部分の閾値電圧の成分と同じか、それより低い）。
【００５６】
一実施形態において、第二および第三の蓄電部分の電気特性は異なる（例えば、一方はその電子を受け取る能力のために選択され、もう一方はその電子を手放す能力のために選択される）。
【００５７】
一実施形態において、第一、第二、第三の蓄電部分の少なくとも１つは実質的に均一な層に形成される。
ここで、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態を例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第一の実施形態によるエネルギー貯蔵の概略的側方断面図を示す。
【図２】図２のエネルギー貯蔵装置の構造の詳細を示す。
【図３】図１のエネルギー貯蔵装置の製造中のある段階で使用される装置を示す。
【図４】本発明の第二の実施形態によるエネルギー貯蔵装置の概略的側方断面図を示す。
【図５】本発明の第三の実施形態によるエネルギー貯蔵装置の概略的側方断面図を示す。
【図６】本発明の第三の実施形態によるエネルギー貯蔵装置の概略的側方断面図を示す。
【図７】本発明の第三の実施形態によるエネルギー貯蔵装置の概略的側方断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、実質的に平坦な多孔性導体基板１１０と、多孔性導体基板１１０の内面１１２と外面１１４の上に形成された固体絶縁体層１２０と、絶縁体層１２０の外面１２２に形成された固体の外側導体層１３０と、を含むエネルギー貯蔵装置１００を示す。
【００６０】
多孔性導体基板１１０は、連通細孔（例えば、各細孔が多孔性導体基板の外面と連通する）の網状構造を画定し、連通細孔網状構造は多孔性導体基板の１つの側面から多孔性導体基板の反対の側面へと延びる。一実施形態において、多孔性導体基板１１０は、（例えばゾルゲル法で形成された）導電性カーボンエアロゾルであり、平均有効孔径は１０〜３００ｎｍ（例えば２０〜１００ｎｍ、または５０〜１００ｎｍ）の間である。
【００６１】
絶縁体層１２０は、多孔性導体基板１００に直接形成され、電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧より高い電圧が多孔性導体基板１１０と外側導体層１３０に印加されたことに応答して起こるような内側蓄電層１４０と、多孔性導体基板１１０と導体層１３０に電圧が印加されるとエネルギーを分極構成で貯蔵するように動作する外側蓄電層１５０と、を含む。
【００６２】
内側蓄電層１４０はイオン化可能な固体を含んでいてもよい。
外側蓄電層１５０は、誘電材料を含んでいてもよい。
図２に示されるように、内側および外側蓄電層１４０、１５０の各々は、その断面厚さが多孔性導体基板１１０の細孔寸法と比較して小さく、多孔性導体基板１１０の中へと浸透する。外側導体層１３０の断面厚さははるかに大きいが、内側および外側蓄電層１４０、１５０の断面厚さが小さいことから、外側導体層１３０も多孔性導体基板１１０の中へと浸透する。このようにして、隣接する層同士の間ごとに実質的な表面接触面積が提供される。
【００６３】
内側および外側蓄電層１４０、１５０の各々は、順次成膜される３つの蓄電層材料コーティングを含む。このようにして、いずれの１層も別々に形成された３つの層の上の同じ位置に欠陥を形成させる可能性が低いため、欠陥、すなわち「ピンホール」が絶縁体層の厚さ全体にわたって延びる危険性が低減しうる。一実施形態において、第一から第三の蓄電材料コーティングの各々の厚さは２〜１０ｎｍの間（例えば、４ｎｍ）である。このようにして、各コーティングの絶縁耐力は、一般に、ある材料の絶縁耐力の特性が通常、厚さの縮小に伴って（厚さにより）改善されることから、最適化されうる。
【００６４】
図３は、図１のエネルギー貯蔵装置１００の製造において内側および外側蓄電層１４０、１５０の形成中に使用される装置２００を示す。装置２００は、多孔性導体基板１１０を保持するための取付装置２１０と、層成膜装置２２０（例えば原子層堆積用成膜機器）とを含む。
【００６５】
取付装置２１０は、多孔性導体基板１１０の一方の縁を把持するように構成された万力部分２１２と、万力部分２１２を層成膜装置２２０に関して、多孔性導体基板１１０の中心長手方向軸に沿って延びる第一の回転軸を中心に回転させるように構成された第一の回転部分２１４と、第一の回転部分２１４を中心長手方向軸に関して傾けた（例えば、中心長手方向軸に約４５度傾けた）第二の回転軸を中心に回転させるように構成された第二の回転部分２１６と、を含む。
【００６６】
一実施形態において、取付装置２１０は、多孔性導体基板１１０を中心長手方向軸「Ａ」と別の軸「Ｂ」を中心に、等しい周波数または調波周波数で回転させるように構成されている。
【００６７】
図４は、図１のエネルギー貯蔵装置１００に基づくエネルギー貯蔵装置３００を示し、これは実質的に平坦な多孔性導体基板３１０と、多孔性導体基板３１０の内面と外面に形成された固体絶縁体層３２０と、絶縁体層３２０の外面３２２に形成された固体外側導体層３３０と、を含む。
【００６８】
絶縁体層３２０は、多孔性導体基板３００に直接形成され、電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が多孔性導体基板３１０と外側導体層３３０に印加されたことに応答して起こるような内側蓄電層３４０と、多孔性導体基板３１０と導体層３３０に電圧が印加されるとエネルギーを分極構成で蓄積するように動作する中央蓄電層３５０と、（内側蓄電層３４０と同様に）電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が多孔性導体基板３１０と外側導体層３３０に印加されたことに応答して起こるような外側蓄電層３６０と、を含む。
【００６９】
エネルギー貯蔵装置１００と同様に、内側、中央、外側蓄電層３４０、３５０、３６０は、前述のように欠陥、すなわち「ピンホール」の危険性を低減させるために、順次成膜された３つの蓄電層材料コーティングを含む。
【００７０】
図５は、絶縁体構造４３０によって分離される第一および第二の導体板４１０、４２０を含むエネルギー貯蔵装置４００を示す。
絶縁体構造４３０は、電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が第一および第二の導体板４１０、４２０に印加されたことに応答して起こるような第一の固体蓄電層４４０と、電圧が第一および第二の導体板４１０、４２０に印加されるとエネルギーを分極構造で貯蔵するように動作する中央固体蓄電層４５０と、（第一の蓄電層４４０と同様に）電気的絶縁状態から電気的導通状態に変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値を超える電圧が第一および第二の導体板４１０、４２０に印加されたことに応答して起こるような第二の固体蓄電層４６０と、を含む。
【００７１】
図６は、絶縁体構造５３０によって分離される第一および第二の導体板５１０、５２０を含むエネルギー貯蔵装置５００を示す。
絶縁体構造５３０は、電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が第一および第二の導体板５１０、５２０に印加されたことに応答して起こるような第一の蓄電流体５４０（例えば、液体または気体）を収容した第一のチャンバ５３４と、電圧が第一および第二の導体板５１０、５２０に印加された時にエネルギーを分極構成で貯蔵するように動作する中央固体蓄電層５５０と、（第一の蓄電層５４０と同様に）電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が第一および第二の導体板５１０、５２０に印加されことに応答して起こるような第二の蓄電流体５６０を収容した第二のチャンバ５３６と、第一および第二のチャンバ５３４、５３６を隔離して、第一および第二の蓄電流体５４０、５６０の混合を防止するシール材５３８と、を含む筐体５３２を備える。
【００７２】
一実施形態において、第一および第二の蓄電流体５４０、５６０は、イオン化可能気体（例えば、希ガス）またはイオン化可能液体を含む。
図７は、絶縁体構造６３０により分離される第一および第二の多孔性導体板６１０、６２０を含むエネルギー貯蔵装置６００を示す。
【００７３】
絶縁体構造６３０は、電気的絶縁状態と電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が第一および第二の多孔性導体板６１０、６２０に印加されたことに応答して起こるような、第一の蓄電流体６４０（例えば液体または気体）を収容した第一のチャンバ６３４と、電圧が第一および第二の多孔性導体板６１０、６２０に印加された時にエネルギーを分極構成で貯蔵するように動作する中央固体蓄電層６５０と、（第一の蓄電流体５４０と同様に）電気的絶縁状態から電気的導通状態の間で変化するように構成され、電気的絶縁状態から電気的導通状態への移行が、閾値電圧を超える電圧が第一および第二の多孔性導体板６１０、６２０に印加されたことに応答して起こるような第二の蓄電流体６６０を収容した第二のチャンバ６３６と、第一および第二のチャンバ６３４、６３６を隔離して、第一および第二の蓄電流体６４０、６６０の混合を防止するシール材６３８と、を含む筐体６３２を備える。
【００７４】
第一および第二の蓄電流体６４０、６６０と中央固体蓄電層６５０の間の接触面積を最大限にするために、中央固体蓄電層６５０は、中央高誘電率部分６５２と、その中に第一および第二の蓄電流体５４０、５６０が浸透する第一および第二の外側多孔性高誘電率部分６５４、６５６と、を含む。
【００７５】
一実施形態において、第一および第二の蓄電流体５４０、５６０は、イオン化可能ガス（例えば希ガス）またはイオン化可能液体を含む。
第一および第二の蓄電流体５４０、５６０のイオン化に起因するあらゆる材料堆積の影響を軽減させるために、第一および第二の多孔性導体板６１０、６２０は、第一および第二の外側の多孔性高誘電率部分６５４、６５と同じ材料から形成される第一および第二の外側コーティング６１２、６２２を含む。装置が周期的に（例えばＡＣで）使用される場合、極性反転はあらゆる材料移動を反転させるように作用する。
【図１】
2015526893.tif 000003
【図２】
2015526893.tif 000004
【図３】
2015526893.tif 000005
【図４】
2015526893.tif 000006
【図５】
2015526893.tif 000007
【図６】
2015526893.tif 000008
【図７】
2015526893.tif 000009
【国際調査報告】
2015526893.tif 000010
2015526893.tif 000011
2015526893.tif 000012
2015526893.tif 000013
2015526893.tif 000014