CN102842423A - 陶瓷纳米物理式能源储放装置及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种陶瓷纳米物理式能源储放装置及其制作方法，该装置包含至少两储电层、至少一介电层以及二电极板，储电层包含介电陶瓷和纳米导电质，纳米导电质分散于介电陶瓷之间，介电层设置于两个储电层之间，而电极板设置于顶部及底部，当通电时，随着电磁场的改电而改变介电陶瓷及介电层中的晶体结构，使纳米导电层能够通过晶体结构，而以物理方式快速地进行储存电能或释放电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷纳米物理式能源储放装置及其制作方法，尤其是利用高介电系数的介电陶瓷，掺入纳米导电质，在通电时改变晶体结构，而能够使纳米导电质通过，而以物理方式进行储存电能或释放电能。
背景技术
传统技术中，以电解质作为电能的储存材料能够储存较大的电量，例如铝电解电容，或是铅蓄电池的硫酸/硫酸铅等，主要是运用化学能与电能的转换来进行充电、放电，主要仰赖离子来进行。
但这些电解质或电解质溶液，有因放置过久而外部封装破坏，致使电解质或电解质溶液泄露的风险，这对于环境会造成难以估计的伤害。另外，电极、电解液在使用后容易因为离子反应、氧化的现象而使得无法充饱，容量减低的问题，而这些电池的电解液若都处理不慎也容易流出。
因此，需要一种能够改善可靠性、电容量、充电速度，并提供更好的环境友善性的能源储存装置。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种陶瓷纳米物理式能源储放装置，本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置包含至少两个储电层、至少一介电层以及二个电极板，储电层包含介电陶瓷和纳米导电质，纳米导电质分散于介电陶瓷之间，介电层设置于两个储电层之间，而电极板设置于最上层的储电质的顶部，以及最下层的储电层的底部。当从电极板通电时，由于电场及磁场的变化而使得介电陶瓷及介电层的晶格结构改变，使得纳米导电质能够通过介电陶瓷及介电层的晶格结构而导电，而能够以物理的方式，达到快速地储存及释放电能的效果。
形成介电陶瓷及介电层的材料的介电常数在900W/M～1800W/M的范围，主要为钛酸盐，例如，钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)等。纳米导电质可以为纳米碳管、石墨烯等。电极板以导电材料所制成，包含金、银、铂、钯或其合金或是石墨。本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置主要是利用充放电时，改变介电陶瓷的晶体结构而储存/释放电能。
本发明的另一目的在提供一种陶瓷纳米物理式能源储放装置的制作方法，该方法包含介电陶瓷浆料形成步骤、陶瓷板成型步骤、储电层形成步骤、压合及烧结步骤、电极板连接步骤以及连接封装及检验步骤。介电陶瓷浆料形成步骤主要是将介电陶瓷的原料，如钛酸钡、钛酸锶、锆钛酸铅等与酒精、甲苯等溶剂混合，再研磨，例如，球磨，为一介电陶瓷浆料，陶瓷板成型步骤将介电陶瓷浆料添加可塑剂及有机油脂类物质，如甘油，再次研磨并过筛后，烘烤将溶剂挥发后，而成型为一陶瓷板。储电层形成步骤将陶瓷板烧结，并渗入纳米导电质，而形成一储电层。
压合及烧结步骤将每两个储电层中设置一介电层后，将所述储电层及介电层共烧结，而形成一介电多层结构，电极板连接步骤将电极板设置于介电多层结构的顶部及底部，而形成单一陶瓷纳米物理式能源储放装置。连接封装及检验步骤依据所需的电量，将陶瓷纳米物理式能源储放装置串联或并联，再进行外壳封装、线路连接及电量检验。
本发明的陶瓷纳米物理式能源储放装置，主要是利用高介电系数的介电陶瓷，掺入纳米导电质，在通电时藉由电磁场的变化，改变介电陶瓷及介电层的晶体结构及原子方向性，达到最大且最有效的导电面积，使纳米导电质通过晶体结构而以物理方式快速地进行储存电能或释放电能，由于电子的移动速度优于离子，储存及释放电容的可耐性次数可达到106次，使得可靠度、电容量、电能转换速度上都明显优于传统电容。
附图说明
图1为本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置的截面示意图；以及
图2为本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置的制作方法的流程图。
具体实施方式
以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。
参考图1，图1为本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置的截面示意图。如图1所示，本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置1包含至少两个储电层10、至少一介电层20以及二个电极板30，储电层10包含介电陶瓷11和纳米导电质13，纳米导电质13分散于介电陶瓷11之间的空隙，介电层20设置于两个储电层之间，而电极板30设置于最上层的储电质10的顶部，以及最下层的储电层10的底部。当从电极板30通电时，由于电场及磁场的变化而使得介电陶瓷11及介电层20的晶格结构改变，使得纳米导电质13能够通过介电陶瓷11及介电层20的晶格结构而导电，而能够以物理的方式，达到快速地储存及释放电能的效果。
形成介电陶瓷11及介电层20的材料的介电常数在900W/M～1800W/M的范围，主要为钛酸盐类，例如，钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)等。纳米导电质13主要为纳米碳管及石墨烯。电极板30是以导电材料所制成，包含金、银、铂、钯或其合金或是石墨。
参考图2，图2为本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置的制作方法的流程图。如图2所示，本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置的制作方法S1包含介电陶瓷浆料形成步骤S10、陶瓷板成型步骤S20、储电层形成步骤S30、压合及烧结步骤S40、电极板连接步骤S50以及连接封装及检验步骤S60。介电陶瓷浆料形成步骤S10主要是将介电陶瓷的原料，如钛酸钡、钛酸锶与酒精、甲苯等溶剂混合，再研磨，例如，球磨，为一介电陶瓷浆料，陶瓷板成型步骤S20将介电陶瓷浆料添加可塑剂及有机油脂类物质，再次研磨并过筛后，烘烤将溶剂挥发后，而成型为一陶瓷板。储电层形成步骤S30将陶瓷板烧结，并渗入纳米导电质，而形成一储电层。
压合及烧结步骤S40将每两个储电层中设置一介电层后，将所述储电层及介电层共烧结，而形成一介电多层结构，电极板连接步骤S50将电极板设置于介电多层结构的顶部及底部，而形成单一陶瓷纳米物理式能源储放装置。连接封装及检验步骤S60依据所需的电量，将陶瓷纳米物理式能源储放装置串联或并联，再进行外壳封装、线路连接及电量检验。
进一步地，本发明陶瓷纳米物理式能源储放装置的制作方法S1可进一步在压合及烧结步骤S40或电极板连接步骤S50之后包含一容量检验步骤S45，以确保陶瓷纳米物理式能源储放装置的电容量。
本发明的陶瓷纳米物理式能源储放装置，主要是利用高介电系数的介电陶瓷，掺入纳米导电质，在通电时藉由电磁场的变化，改变介电陶瓷及介电层的晶体结构及原子方向性，达到最大且最有效的导电面积，使纳米导电质通过晶体结构而以物理方式快速地进行储存电能或释放电能，由于电子的移动速度优于离子，储存及释放电容的可耐性次数可达到106次，使得可靠度、电容量、电能转换速度上都明显优于传统电容。
以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
Claims (6)
1.一种陶瓷纳米物理式能源储放装置，其特征在于，包含：
至少两个储电层，包含多个介电陶瓷和多个纳米导电质，所述纳米导电质分散于所述介电陶瓷之间；
至少一介电层，每一介电层设置于所述储电层的两个之间；以及
二电极板，以一导电材料制成，分别设置于所述储电质的最上层的顶部，以及所述储电层的最下层的底部，
其中当对该二电极板通电时，该至少一介电层及该储电层中的所述介电陶瓷的晶体结构将会改变，使得所述纳米导电质能够通过该至少一介电层及所述介电陶瓷的晶体结构。
2.如权利要求1所述的陶瓷纳米物理式能源储放装置，其特征在于，形成所述介电陶瓷及所述介电层的材料的介电常数在900W/M～1800W/M的范围，主要为钛酸盐类。
3.如权利要求2所述的陶瓷纳米物理式能源储放装置，其特征在于，形成所述介电陶瓷及所述介电层的材料为钛酸盐类。
4.一种陶瓷纳米物理式能源储放装置的制作方法，其特征在于，包含：
一介电陶瓷浆料形成步骤，将一介电陶瓷的原料与一溶剂混合，再研磨为一介电陶瓷浆料；
一陶瓷板成型步骤，将介电陶瓷浆料再次研磨并过筛后，烘烤将该溶剂挥发，而成型为一陶瓷板；
一储电层形成步骤，将该陶瓷板烧结，并渗入多个纳米导电质，而形成一储电层；
一压合及烧结步骤，将每两储电层中设置一介电层，再将所述储电层及介电层共烧结，而形成一介电多层结构；以及
一电极板连接步骤，将两电极板设置于该介电多层结构的顶部及底部，而形成单一陶瓷纳米物理式能源储放装置。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，介电陶瓷的原料为钛酸盐类。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将进一步在陶瓷板成型步骤中添加一可塑剂及有机油脂类物质。
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| CN101244930A (zh) * | 2008-03-17 | 2008-08-20 | 江苏裕成电子有限公司 | 低温烧结压电陶瓷及其制备工艺 |
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