CN103250216A - 有机和有机金属高介电常数材料在改进的能量存储装置中的应用及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电介质材料。所述电介质材料包括基本连续相材料的至少一层。所述电介质材料从由有机物、有机物、有机金属单体或者它们结合的组中选择，其中所述的基本连续相材料具有离域电子。

Description

有机和有机金属高介电常数材料在改进的能量存储装置中的应用及相关方法

相关申请

本披露要求2010-7-21日提交的美国临时专利申请No.61/366,333的优先权，此文包含其全部内容。

技术领域

本发明涉及超高充电能力的电介质材料、相关制备方法及其应用。与现有技术的材料相比，本发明所述的电介质材料在一定厚度下的每单位质量或表面积具有超高能量储存。

背景技术

电能已被用于向汽车提供能量。电推进的优点是它的清洁性、小排放、高效率、低噪音和可靠性。在汽车发展的早些年，电推进是内燃机的最大竞争者。

相对于电动汽车，内燃机具有一个绝对优点，因为其具有由液体燃料尤其是石油馏分和汽油而提供的更大的车载储能。早起电动汽车只能短期行驶，通常少于40英里，接下来就是一个漫长的充电周期。相比较而言，化石燃料为动力的车辆可以行驶数百英里，并且只需要一个快速加油以行驶另一个几百公里。

电力驱动的汽车的显著缺点，已经作为动力源的电动汽车用电池的能量密度低。早期的电池，通常会导致酸的类型，这是非常重的，并添加到该车辆的重量中。多年来，在电池技术方面做了改进，以减少重量带来的影响，但进展还不足以从根本上改变电动汽车与汽油驱动汽车的相对比例。

近年来，锂离子电池已被引入，它减轻了重量，增加电动汽车的驱动距离，但它们非常昂贵，因此，它们的最有前途的应用是在混合动力汽车，其中较小的电池是足够。小电池汽车的主要能量来源仍是汽油发动机。

电容器储存电能。一种电容器，通常包括一对电极，电极的每一侧上配置有电介质材料，以增加能量存储。由所述电容器存储的能量数值与介电常数成正比。因此，介电常数越高，能量存储越大。因此，目前正在努力进行开发电介质材料具有较高的介电常数，使电容器和相关的设备可用于能量存储设备以用于电源和包括如汽车的机械装置。

发明内容

本发明内容用于介绍概念简化形式，下面通过说明性实施例的详细描述进一步描述。

本发明内容并不是对所要求主题的关键特征或基本特征的限定，也不是对要求保护的主题的范围进行限制。已经做了相当多的工作在铜酞菁膜上，它是通过溅射或蒸发的方法制备的薄膜。关于使用的薄膜有几个问题，其中一个是由于薄膜的薄度导致较低的绝缘击穿电压和制备复合薄膜的局限性。

本发明公开的一个或多个实验和研究已研究出酞菁的厚膜结构，并成功开发厚膜方法使其作为电容具有存储电荷的能力，因此超高充电电容具有电容和电池的相关属性。

本发明公开了使用铜酞菁微粒嵌入有机载体，以形成一个超高介电常数k、具有超高电容的电容器和长时间保持电荷的能力。本文所公开的一个或多个电容器可通过将铜酞菁微粒分散在溶剂中并在涂覆载体中混合该分散液中以形成绿色的酞菁铜电介质。所述绿色的酞菁铜介质应用于电容的传导电极中，以形成厚的膜的导电性电极。厚膜铜酞菁绿色介电层，在60～80℃干燥，在150～200℃任选范围内烧结，以形成连续的层。如果必要的话，重复所述制备步骤。在所述步骤中的酞菁介电结构的底部施加顶电极。此方法可以应用于大的厚度的电介质层以提高电荷存储能力和增加电介质的电阻的优点，，而传统的方法制备铜酞菁的介电质的应用是有限的，当使用非常薄的电介质层，禁止大规模极化和电荷存储。

填料可以被添加到所述的新的电介质半成品粘胶中以增加电阻。

附图简要说明

前面的概述，以及下面的详细描述的优选实施例中，当连同所附的附图阅读时，可以更好地理解。

对于说明的目的，示出在附图中的示例性实施例中，然而，本发明公开的并不限于公开的具体方法和手段。

在附图中：

图1是根据本发明的至少一个实施例的有机载体中的溶剂和树脂的在机械搅拌下加热以促进混合均匀性的示意图；

图2是根据本发明的至少一个实施例的附图，其中的固体电介质微粒与溶剂和有机载体混合形成新颖的电介质材料粘胶；

图3是根据本发明的至少一个实施例的附图，其中粘胶被研磨粉碎以改善分散体形成的新颖的电介质材料的可涂覆粘胶；

图4是根据本发明的至少一个实施例的表示控制的热剖面与半成品电介体粘胶层形成的厚膜关系图表；

图5A示出了根据本发明的至少一个实施例中的第一电极图；

图5B是施加到图5a第一电极的具有超高介电常数新的电介质制成的膜示意图；

图5C是涂覆到图5a第一电极和图5b膜的第二电极示意图；；

图6表示根据本发明的至少一个实施例的具有在连续相材料的干燥厚膜左右的第一和第二电极的电容器剖视图；

图7表示根据本发明的至少一个实施例的具有位于每个对置电极之间的电介质膜和电极的界面材料的电容器剖视图；

图8表示根据本发明的至少一个实施例的具有位于相对电极之间的、充分结晶的连续相的新颖电介质厚材料的电容器剖视图；

图9表示根据本发明的至少一个实施例的具有位于相对电极之间的偶极子无实质取向的新颖的电介质材料的电容器剖视图；

图10表示根据本发明的至少一个实施例的具有位于相对电极之间的含有介电填料的新颖的电介质材料的电容器剖视图；

图11表示根据本发明的至少一个实施例的具有位于相对电极之间的充分嵌入电容器的中心和内部电介质的内层结构的电容器剖视图；

图12表示根据本发明的至少一个实施例的酞菁的化学结构；

图13表示形成新的电介质构造的铜酞菁微粒的化学结构；

图14表示芘的化学结构；

图15表示荧光素的化学结构；

图16表示蒽酮的化学结构；

图17表示根据本发明的至少一个实施例的有机金属化合物的化学结构；

图18是直流电条件下的平行板电容器充电的图解表示；

图19A是交流电条件下的平行板电容器充电的图解表示；

图19B是图19a的平行平板电容器反向场排列的图解表示；

图20是根据本发明的至少一个实施例的占据相对电极之间的体积的电介质材料和在材料内部偶极子形成的图解表示；

图21是根据本发明的至少一个实施例的介电常数和损失因子与频率的图表；

图22A是根据本发明的至少一个实施例的具有介电沉积在其上面的涂覆有含有炭黑的由导电墨制成的中间层的第一电极和其上沉积有电介质的第二电极的电容器示意图；

图22B是根据本发明的至少一个实施例的具有介电沉积在其上面的涂覆有包括碳的由导电墨制成的中间层的第一电极和其上沉积有电介质的第二电极的电容器示意图；

图23是根据本发明的至少一个实施例的含有通过垫圈在两个相对电极间封装的新型电介质材料的示意图；

图24是根据本发明的至少一个实施例的其内多个第一电极被耦合到一个更大的第二电极的电容器示意图；

图25A是具有带不同化学成分的各电介质层的相对的第一和第二电极；

图25B是根据本发明的至少一个实施例的示出的将图25A的电介质层通过所述的新型介电结构的化学变化而配对形成的具有增加的电阻、电容和半衰期的电容器示意图；

图26是根据本发明的至少一个实施例的示出具有由不同组合物和通过加压装置容纳的压缩装置的两个电介质层的电容装置示意图，；

图27A是根据本发明的至少一个实施例的为呈二极管态的电容器示意图，其中铝电极涂覆有含有炭黑的水性油墨；

图27B是根据本发明的至少一个实施例的呈高电容的具有两个涂覆有含有炭黑的水性油墨的柯伐(KOVAR)电极的电容器示意图；

图27C是根据本发明的至少一个实施例的呈高电容的具有两个涂覆有含有炭黑的水性油墨的柯伐电极和含有炭黑的干燥水性油墨的内层的电容器示意图；

图28是根据本发明的至少一个实施例的具有多孔电极的电容器示意图；

图29示出了具有埋植在两个新型电介质材料的厚膜层之间的内介电层的电容器示意图；

图30是根据本发明的至少一个实施例的高极性的树脂(其中，该树脂可以使用碳掺杂)内层的另一电容器的示意图；

图31是施加有一电压范围的电介质材料的电阻和泄漏电流的实验结果图表；

图32电荷衰减方面的几个化学测试的实验结果图表，其说明化学成分对电介质电阻的影响；

图33是根据本发明的至少一个实施例的具有无偏压金属内层并位于两层之间的两个外侧电极之间所设置的新的电介质的电容器示意图；

图34是图33的电容器的俯视图；

图35是用于电容的充电和放电的典型系统的电路示意图；

图36是一个具有桥接层(内层)、另一个不具有桥接层的两个电容器的电压随时间衰减的实验结果图表；

图37是在电介质层中具有不同浓度的BaTiO3添加剂的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表；

图38是电容器的电压随时间衰减的实验结果图表，电容器一种情况下是在热条件下充电，另一种情况是在室温下饱和电流从243下降到45微安培的无偏压使充电更多；

图39是充电至饱和电流的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表，图中所示电荷存储能力得到证明；此外，随着时间的推移，电压衰减的速率变慢；

图40表示具有柯伐电极和铝电极的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表，所述柯伐电极用于构造电容器更好；

图41表示具有金属内层和有机内层的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表；

图42表示使用两个不同的电压偏置的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表；

图43表示电压快速地由高值降为低值的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表，其中进一步衰变减慢，这显示出非线性的介电性能及其与增加的电阻趋势联合使低电压下的衰减减慢；

图44A是根据本发明的至少一个实施例的在外部电极之间具有惰性金属内层的电容器示意图；

图44B是根据本发明的至少一个实施例的在外部电极之间具有活性金属内层(内部电极)的电容器示意图；

图45是图44A和图44B的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表，其中惰性金属内层呈现更好结果；

图46A是根据本发明的至少一个实施例的具有结合在相同电容器中金属内层和有机内层的电容器示意图；

图46B是图46A的电容器的俯视图；

图47是根据本发明的至少一个实施例的在外部电极之间具有五层惰性金属内层的电容器示意图；

图48是图47电容器的电压随时间衰减的实验结果图表，其中显示电压趋向10V；

图49是根据本发明的至少一个实施例的通过从LOM-Ohm至20K-Ohm欧姆的各种电阻性负载放电的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表；

图50是根据本发明的至少一个实施例的电容器与220微法拉的市售电解电容器对照，电压随时间衰减的实验结果图表，每个电容器通过相同的电阻负载；

图51是图50的电容器的电压随时间衰减的实验结果图表，每个电容器通过的电阻负载不同于图50；

图52是图47电容和电解电容的电压随时间衰减的实验结果图表，每个电容通过第一和第二电阻负载；

图53是每单位时间的不同电阻负载值下的图47的电容器通过一电阻负载下的电流与每单位时间的220微法拉的电解电容器通过一电阻负载的电流的实验结果图表；

图54是图47的电容器在不同电阻负载的电压随时间衰减的实验结果图表；

图55是图54的电容器充电图表；

图56是根据本发明的至少一个实施例的具有两个外部电极和五层金属内层的电容器和1000mF电容器的充电电流对比图；

图57是1000mF电容器的累积电荷输出或单位为毫安秒的电流集成图表；

图58是根据本发明的至少一个实施例的具有两个外部电极和五层金属内层的新型电容器的累积电荷输出或单位为毫安秒的电流集成图表；

图59是根据本发明的至少一个实施例的具有两个外部电极和五层金属内层的电容器和1000mF电容器的单位为毫安秒的电荷输出对比图；

图60是根据本发明的至少一个实施例表示具有两个外部电极和五层金属内层的新型电容器充电图；

图61是根据本发明的至少一个实施例的具有五层金属内层的电容器的电压衰减量和图50电容器在电压100V，50V，11V和5V的充电图；

图62是根据本发明的至少一个实施例的具有两个外部电极和五层金属内层的电容器的充电图，电容器中的中间电极被用作正极，两个外部电极被用作负极；

图63是根据图60和62的不同充电布置及基于100V偏压的具有两个外部电极及五层金属内层新型的电容器的电流集成或总的电荷输出图；

图64是根据本发明说明的一个或实施例的与光伏阵列使用的一个或多个电容器图。

详细说明

此处公开的发明被描述为具有专一性是为了满足法定要求。尽管如此，该描述本身并不旨在限制本专利的范围。更确切说，本发明人考虑过所要求保护的发明也可以用其他的方式来体现，包含与本专利描述的相似的不同步骤或者元素，与其它现有技术或者将来技术结合。除此之外，尽管术语“步骤”在本文中以隐含采用方法的不同的方面，但是该术语不能被解释为在本发明公开的各种步骤中或者之间采用任何特定的顺序，除非且除了当准确的描述了各个步骤的顺序之外。

根据至少一个实施例中，一个或多个电容器在或者低于1Hz下操作，或者可能在甚至低于0.00001Hz下操作，且由内分层特殊材料制备使在分子水平上具有极其高的电荷存储。该内分层结构被稳定化使一个带有超高介电常数的宏观的超高电荷存储成为可能，该超高介电常数超过2000达到100,000范围内且在特殊情况下(之后进一步指明)在35,000,000范围内或者更高。

超高能量存储的实现，例如，使远范围电池应用从个人数字助理和电脑到汽车成为可能。

当与电极的应用一起被用于一种低频设置场合，允许用于一个或多个电容器装置制造的一种或多种UHCC电介质材料可以用于电池应用中。这种装置可以在低于10Hz下操作使用。在至少一个实施例中，一种电容器装置在一个静态条件下0Hz或者低于0.1Hz或者0.00001Hz操作使用，且被构造是通过先制备一种未经过加工的电介质材料的糊状物然后将其涂敷在至少厚的膜上且优选为带有一种内分层的多层厚膜上以桥接所述电介质的两个半部且通过所形成的多层介电结构的每一侧来配合电极，同时确保在所述电介质和所述电极每一侧界面处保持良好的电接触以实现高的电荷流动，所述电荷的电荷建立和存储在超级电容器水平。在一或多个实施例中，不止一层UHCC电介质材料被使用。

一种高介电常数(或者高K值)和每单位质量优异电荷储存的获得通过一组具有离域电子且在震荡电场下具有特有的较长弛豫时间的有机的和/或有机金属单体材料的使用成为可能。

新型分层导致高K值和最小漏电流的获得，该新型分层由形成和稳定一厚膜组成，该厚膜由所述一组有机的和有机金属单体的材料组成的连续相。所述材料组可以包括有机和有机金属单体的半导体。所述薄膜可以由所述有机组单独组成或者和所述有机金属单体化合物组结合组成。相反地，所述薄膜可以由有机金属单体材料组单独组成或者和所述有机材料组结合组成。

所述有机物和/或有机金属单体材料可以选自一组包括酞菁，多环式芳香族烃基，芘苯并喹啉衍生物，荧光素，羰基，不饱和酮，蒽酮，荧光素钠，若丹明化合物，和/或相关有机金属单体化合物如铜酞菁，锌酞菁，镍酞菁，镁酞菁以及其他与所述酞菁相联系的金属。

一种厚膜可以由本文所描述的有机材料组成，由本文所描述的有机金属单体材料组成，或者它们的组合。有机物，有机金属单体物，以及任何它们的组合在这这些描述中可以互换使用。在至少一种实施例中，一种厚膜不含有稀释剂或者添加剂，如其他高K电介质，或者半导体。添加剂可以用作稀释一纯膜以减少膜在存储电荷方面的效力但是也有利于增加电阻。添加剂可以即使有机又是无机性质的。添加剂可以有以颗粒尺寸，例如，50纳米或更高。

制造所述新型厚膜电介质可以以各种方式实现，其中一种包括先通过混合树脂和溶剂以形成有机载体然后加入含有有机金属单体材料的溶剂体系的混合物，例如，所述有机金属单体材料如铜酞菁，然后通过热处理以确保所述混合物的均匀性。所述半成品粘胶可以通过进一步的研磨和辊磨改进然后涂敷以在电极上形成厚膜。所述厚膜接着干燥以去除溶剂然后可选择的加热到稍微升高的温度以促进所述各种微粒之间缩颈的形成以触发烧结的开始和形成具有压实金属酞菁离子的连续相或者基本连续相的厚膜。所需的热能可能估计对应于所述有机和/或有机金属单体材料的熔点的至少十分之一，并可以对应于所述有机和/或有机金属单体材料的熔点的一半。所述载体材料是通过在加热下混合介电树脂和溶剂以形成粘胶所形成。

稀释膜的形成可以通过各种方式，其中一种可以包括电介质材料和新型有机物，或所述新型有机金属单体物的混合或一种由所述新型有机物和所述新型有机金属单体材料按有利的比例或浓度组成的混合物，然后通过热处理以加强所述混合，然后涂敷于电极上，接着加热并通过烧结的开始使所述厚膜中的颗粒的致密化以形成具有基本连续相的膜，该基本连续相中分散的添加剂介电添加剂存在于离散相或者不连续相中。用于干燥所需的热能估计是在60℃到80℃之间，且所述致密化温度在150℃范围内其通常至少是有机和/或有机金属单体熔点的十分之一，在一个或多个实施例中，为所述有机和/或有机金属单体熔点的一半。在某些情况下，所述有机和/或有机金属单体材料是半导体。

电介质材料添加剂可以，但不限于是，氧化铝，二氧化硅，硅铝酸盐，碱金属硅铝酸盐，碱性硅铝酸盐，沸石或有机的，如双马来酰亚胺-三嗪，氰酸酯，环氧树脂，聚硅氧烷，聚苯乙烯，乙基纤维素，硝化纤维素，硅，硫化锌，砷化镓，BaTiO₃或它们的组合。

膜的净电荷存储可以通过改变用于混合物中所述原料的化学成分被优化，也可以通过改变制造过程中的工艺参数被优化。

例如，材料制备中的优化技术可以包括，但是不限于此，改变用于形成膜中的有机材料与有机金属单体材料的比例或浓度，或者在将所述介电厚膜涂敷于所述电容器的所述电极之前改变添加剂电介质材料相对于用于所述新型介电粘胶中新型有机材料的浓度。另外一种方法通过选择具有特殊介电常数的材料来改变电介质材料的介电常数，该特殊介电常数低于或者高于过去使用的介电常数。

然后另一种技术包括掺杂化学物质的特殊有机金属单体材料，该掺杂化合物具有能传递金属掺杂剂与所述金属材料交互且导致能观察到的在电荷存储能力内的总体稀释。这种金属掺杂方法可能导致电荷存储介电层效率减少但是同时可以最大限度的减少电荷存储。

例如，优化技术在操作种类可以包括，但不限于此，控制沉积层的厚度，这可能是以近乎纯膜或者稀释膜，或者为加热所述材控制热处理步骤。所述加热和冷却型材可以导致在有机的，有机金属单体的，或者混合有机与有机金属单体材料中的基本连续相里结晶相的形成。其它优化方法包括施加高强度电场用于使所述有机金属单体材料的分子在特殊取向上排列。

本文中公开的一个或多个电容器的稳定化由所述超高电荷存储电介质材料(UHCC-电介质材料)制成，通过多层或者不同层的使用来完成。从最大电荷存储层(即纯膜)到最低电荷存储层(稀释剂或电介质的添加剂，或者半导体添加剂或者金属掺杂剂)每一层被调谐至具有或多或少的电荷存储能力。

用于构建超级电容器的所述新型介电质的进一步稳定是在电极区域中由具有所述电极和所述多层电介质之间的界面层完成。所述界面层被配置以与二极管表现出相同从而允许电流通道基本在一个方向。所述界面材料通过为特殊有机金属单体材料选择合适的金属掺杂来推动。例如，当所述特殊有机金属单体材料为铜酞菁时优选银为金属掺杂剂。

然而，在电极区域另一种用于稳定化的方法是基于薄膜的使用，该薄膜具有用于最大化所述电介质和所述电极之间电耦合的合适的电性能。这种薄膜界面能通过采用一种含有适当的碳，活性炭或者石墨烯的液体并随后蒸发所述液体以至在所电极界面上留下所述残余掺杂剂。所述电荷载流子浓度和孔径大小在所述界面被裁定以避免电流的泄露且在所述电极水平上使表面积最大化。所述液体界面可以有不同程度的极性和重金属离子浓度。

一个或多个电介质，电容器，和本文公开的相关方法利用的是所述特殊有机和有机金属单体材料的基本连续相而不是分散或者离散相。这个对本领域技术人员来说可能是直觉的。例如，美国专利公开号为No.2006/0256503A1由Kato等人公开的关于有机金属单体材料在分散形态中的使用和用于高频的具有有限的高存储能力的使用(低于150℃)。本发明使用基于液体的化学物质的方案以促进所述铜酞菁和锌酞菁离子的致密化且新型电容器的整体表现取决于和所取得的在所述颗粒之间的所述致密化有关膜的厚度和质量。

此外，分散相的使用，其是传统被使用的，是通过使用高电荷存储材料作为填充剂获得的。特别注意以避免分散相短路。此外，需要特备注意以避免在所述分散相之间发生击穿。另外，高电荷存储材料作为填充剂在高频范围的使用固有的限制了所述合成材料的储存能力。本发明与一些传统实践相比是截然相反的。通过使用层状材料和使用在分子水平上具有离域电子且具有较长介电弛豫时间的特殊有机和有机金属单体材料，电荷可以在整个材料没有击穿且没有短路下被存储到一个很高的程度。

如本文公开的一个或多个UHCC-电介质材料被稳定化以使超级电容器具有一个宏观超高电荷存储其具有介电常数远远超过2,000达到100,000的范围内且在一个或多个试验中，(后面进一步稳定)在35,000,000范围内且更高。

在一个或多个实验中获得的超高能量存储能力与公开的主题物质使远范围应用成为可能，从个人数字助理，电脑，可再生能源，能源运输，汽车的电动车和混合动力车，以及其他应用。

本文所描述的一个或多个电容器以及电介质材料是从工业角度出发有关并可以用于各种电池相关使用场合。

铜酞菁在油墨和涂料中的蓝/绿色彩色颜料中最有名也是表现最好的。它不褪色颜色牢固，使它得到广泛的应用。自从它被杜邦

作为颜料发展以来已经被使用大约80年。

铜酞菁的另一个特性是其非常高的介电常数，使它比在电子应用中的最高K值的陶磁高几个数量级，尽管如此，因为其在具有高的介电常数时有极低的频率。最近，尽管如此，关于铜酞菁可能被用于超级电容器的应用使超级电容器用于电池替换物的推测提出了可能性。在频率由大约10Hz至更低时，介电常数和电容会显著增加，使使用铜酞菁的超级电容器比当前可用的最好的电池有更大的能量存储能力。基于简单估算的计算表面在铜酞菁电容器中能量存储能力是相同体积和重量的邮箱的一到两个数量级，考虑到可能在数千里公里的范围之间的费用。

在用于存储和运输能力这些电容器通常同样比化石燃料具有其可能不曾有的更有效的装置的潜能，提供革命化能量传输和存储方式的潜能。例如，一单一货运列车运输的能力能量相当于数百万桶原油，多达数个油轮负载的原油。这项技术同样使核能为这些设备供电以及为汽车在没有将燃料化学转化成如氢的需要下以直接使用的方式运输能量成为现实。

在电容器中使用酞菁

美国公布的申请号为US2006/0256503申请人为Iki等人的专利讨论了多种材料新颖的使用包括铜酞菁。由Iki等人提供该申请从所一个或多个装置，方以其它实施例与本文所描述的需求的性能不同。InIki等人所述频率范围和所述介电常数是在150范围内。所述介电常数远低于预期的用途。在本参考专利中描述的一个特别技术方面强调一个阻碍从铜酞菁发展所述高介电常数的主要问题且这个问题是，材料的半导体性能。Iki等人选择在一个细碎的状态下使用所述材料，稀释该材料，这样在电容器板之间不会有导电通路。

本文所描述的一个或多个电容器和设备克服了材料的半导体性能且以建设性的方式利用铜酞菁以促进几十到几十万更高的K值的建立，通过掺杂所述电极/电容器界面中一个以在该点形成二极管结。使用这种方法可以减少泄露。而且该装置相对于所述介电层的厚度变得较不敏感。然后另一种方法是使用铜酞菁的厚膜以增加电阻。该方法与内层稳定和击穿电压最小化一起被使用。基于对理论和文献评论的理解，所述铜酞菁具有由分子相互叠放平整的晶体构造。这可能表明在单个分子的中心的铜原子和邻近的酞菁分子之间的交互作用是在本文所描述的一个或多个设备中观察到的及其高的介电常数的缘由。所述酞菁分子具有一个有16个离域电子的系统。由于离域电子的系统服从6+4n的规则，其中所述数字代表电子且n为一个整数，系统包括6个电子(苯)，10个电子，(奈)，14(多环芳族分子)，和增加的4个电子，这样会产生稳定的配置。

酞菁通过去质子去掉环中两个氮可能被转换成一个阴离子，实现18个电子的稳定结构。该分子的中心适合于含有二价阳离子例如铜。从而达到一个非常稳定的有机阴离子结构。

由于CuPc(铜酞菁)分子叠放平整，将铜离子放置在单个分子中足够靠近以影响它们的近邻的位置，通过氮的负Pc(酞菁)环的一个“隧道”与阳离子运动相关的传导性是可以被期待的，且会发生。所述阳离子在电场中显然是很容易移动的以致同时使大量相邻的分子极化。除了所述极化分子产生的极大的介电充电容量，使铜离子产生足够的移动使一些铜阳离子通过短的从Pc离子电荷的“隧道”从分子到分子的转移将会发生。这将引起我们在我们的组合物中看到的低绝缘电阻现象，除了在我们电容器中非常大的充电能力外。

不同尺寸的微晶以及在Pc离子中心的不同金属的混合物阻碍阳离子在本文中描述的一个或多个电介质材料以及组合物的微晶之间的运动。在我们的膜中纯CuPc具有低至厚度每平方厘米的8千欧每毫米的电阻率。通过混合不同MPc的微晶(M＝Cu和Zn)，且在所述组合物中加入BaTiO₃。所述电阻每平方厘米可以增加至大约1兆欧。几个数量级的电阻的进一步增加可以通过厚(高达数百个密尔)介电膜实现。

超级电容器

化学电池的替换物被称作超级电容器，其不通过化学反应产生电流，而是简单的存储相反电荷板之间简单吸引产生的电荷。在电容器板上存储的电荷总量通过在所述板之间插入一层具有高介电常数的材料得到加强。这些材料可以制造电荷存储总量大于当电容器板之间的空间为空气或真空时的数千万倍。对于和锂离子电子竞争的超级电容器是需要的。

电介质材料

材料的介电行为取决于其短程传导率。材料电荷载体的短程运动导致电能存储。电容，电介质材料的C(以F或C/V表示)被定义为所存储的电荷，Q(用库伦-(C)表示)，与施加到其上的电压V(用伏特表示)的比：

C＝Q/V

填充有电介质材料的电容器的电容，C，与真空电容，Co，的比，在同样几何形状(球形，圆柱形，平板板)被定义为所述材料的介电常数：

k＝C/C₀

对于面积为A(以平方米表示)的平板电容器和相隔距离，d，(以米表示)，C和C₀被发现

C₀＝ε₀A/d

C＝ε₀A/d

其中ε₀是是自由空间的介电常数(8.854×10-12C2/m2或F/m)和ε是电介质材料的介电常数(F/m)。材料的相对介电常数因此是材料的介电常数ε与自由空间的介电常数ε₀的比：

k*＝ε/ε₀

相对介电常数(也被称作相对介电常数)，其在低场强下独立于所施加的电场。对于较强的电场，所述介电常数可能依赖于所述电场的强度且饱和度影响是可测的。

材料的介电常数和频率有关且可以低至3.78，对于材料如SiO₂，在非常高，大约1100GHz，以及材料如BaTiO₃。因为电介质材料的相对介电常数大于1，因此电容器存储电荷的能力增加了。对于这种电容增加的原因是在材料内被分子水平上发生的极化效应引起的。材料内部的带电粒子从他们的平衡位置发生位移且在一个外部施加的电场下创建偶极子。这种创建的偶极子趋向于电场方向且困住所述电容器的板上的电荷。因此，所述施加电场的部分被中和了。事实上，如果穿过介电场电容器的电压被理解为真空电容器的函数，则得到以下表达式：

V＝(Q/k)/CO

保持相同表面电荷所需要的电压仅仅是穿过所述真空电容器的一小部分。绑定的电荷被电介质的极化所中和。未被偶极子所中和的电荷被称作自由电荷且等于Q/k。所述自由电荷建立一个朝向外侧的电场和电压。

有助于存储电荷的电介质材料的主要极化机制有四种，所有机制都涉及短程电荷运动。根据不同的工作频率，几种极化机制中的一个或组合可能在起作用。

双层电荷电容器，巨级电容器，和超级电容器

简单气隙电容器由两平行或同心的电极组成，其由电子导电材料制作，连接到一个外部电路上。所述电子导电材料可以是任何良好的电子导电材料，总所周知现有技术中那些被实践应用的，如铜，银和金。两个带有相反电荷(一个板上为电子且另一个板上为电缺陷)的相反板。这些电荷互相平衡且如果板之间的空间被空气填充(比如气隙电容器)能量可以通过装置(U)根据以下公式被存储：

U＝1/2CV²

其中C等于电容器的电容和V等于所施加的电压。

所述电容器电极需要彼此接近以便产生高的电容，且他们可以是平行平板，或者是同心圆柱或球体，或者其他可以在彼此接近下容纳相反电荷的被需要的形状。

对于平行平板电容器，所述电容(C)由以下公式给出：

C＝ε₀A/d

为了增加能被存储于电容器中的能量的量，电配置被开发其中所述电极之间的空间被一种能表现出较大介电常数的材料取代。

随着电荷在所述电极上的建立，且大小相等和相反电荷在电介质上建立填充在所述空间之间。所述电极之间的空间的介电常数增加至一个介电常数值为：

ε＝Kε₀

其中κ是所述电极之间的材料的介电常数。

所述存储能量和电容器成比例，且所述电容随着介电常数和电极面积的增加呈比例增加。

最大工作电压被确定为电极之间的材料的介电击穿电压，或者它的分解电压。大多数被限制在俩(2)到大约(3)伏特。

超级电容器和超级电容器被设计以表现出非常高的电容值以便具有存储大量电荷的能力。由至少两种方法来实现通过增加电极的表面积和/或增加所述电极之间的材料的介电常数。

目前有许多关于用于超级电容器的电极材料的发明。商业电极和电容器(麦克维斯，尼斯，日本，电力系统，Batscap，LS电缆和其它)由碳(石墨)粉或者活性碳粉制作。粉末增加电极的表面积超过固体电极的许多倍。正在发展石墨烯材料，碳纳米棒或者纳米管和多孔材料以增加所述电极的表面积和导电性。一些研究还考察了纳米多孔金属，金属氧化物和半导体。

本文所公开主题物质的部分关注增加电极之间的材料的介电常数。当这种材料允许不同符号的电荷的离子种类的扩散以引起极化以提高电荷的创建时，它被称作电介质。电介质可以是液体，流体和固体。典型的被用于超级电容器的电介质包括含水酸，有机和离子液体电解质，(硫酸或氢氧化钾的水溶液，碳酸亚丙酯，在乙腈TEABF4，BMIIM，EMI-BF4是1-乙基-3中-甲基咪唑四氟硼酸盐，EMI-DCA)。

依赖于频率的极化

由于物质的极化是感兴趣的，参照用于极化过程所需的时间对极化的多种类型进行分类是令人满意的。极化过程通常涉及偶极子的快速形成且在某些情况下可能涉及慢慢形成偶极子(其整体引用在1994年，由Z.Fathi的博士论文关于镜使用微波能量对硅铝酸钠玻璃的表面改性)。

电子极化是在原子中的电子相对于带正电的原子核偏移的结果。这个过程需要大约10^～15秒且对应于大约紫外光的频率。而且，该过程在光学范围内引起共振峰。材料的折射率极大的依赖于电子极化。

一个相对小的原子极化来自分子内原子相对于另一个原子的偏移，一个过程需要大约10^-12-10^-14秒且对应于红外光的频率。在离子晶体中，一个相似的但是通常较大的极化来自相反电荷离子的位移。一个过程需要大约10^-12秒，且对应于远红外频率。共振吸收在一个离子之间结合强度的频率特征发生。共振吸收的特点为大的恢复力和小的阻尼效果。

取向极化，也被称作偶极子极化，涉及离子或分子偶极子的热运动的扰动，产生在施加电场方向的净偶极子取向。这个可能在微波频率范围内最重要的极化机制。

对于偶极子极化过程所需的时间依赖于介质中分子取向的改变的摩擦阻力。偶极运动的阻力等同于较大的阻尼效应，导致松弛型吸收。对于气隙电容器，这个过程所需要的时间在10^-12秒之间，对应于远红外区域。对于低粘度的液体中的小分子，所需要的时间在10^-12之间。对于大型分子或粘性液体，所需的时间是10^-6，对应于无线电频率。非常粘稠液体，玻璃，和固体的内部高摩擦阻力所需用于极化过程的时间长至秒、分或更长的时间。

所述取向极化机制可以被分为两种类型。第一种，分子(液体，玻璃和极化固体)包含可能大约在一个平衡位置相对于弹性恢复力旋转的永久性偶极子。对于这些永久性偶极子的震荡所需的时间在室温下为10^-10到10^-12秒之间。涉及的永久性偶极子的所述取向极化在一些时候被称作变形极化。

偶极极化的第二种机制涉及等效平衡位置之间偶极子的旋转。大家这种机制在玻璃和陶瓷材料有特殊的兴趣。间隙阳离子引起丢失，阳离子结合的越松散越强。这个过程所需的时间极大的依赖于无机或无机基质的机构，和碱金属离子的结合能分布。由于涉及在离子传输中明显的原子距离，这个极化发生在室温在103-106Hz的频率范围。因为这种机制涉及做出传导性贡献的相同移动阳离子，因此它也被称作迁移损失。

在非均质材料中，有一个极化的额外类型，界面极化，来自相之间界面处电荷的积累。只有当两相在介电常数和传导性彼此不同的情况下才产生。对于一个两层电介质，当一个相的介电常数ε1和另一个相的传导率σ2的乘积与第二相的介电常数ε2和第一相的传导率σ1乘积不相等，也就是说，ε1σ2□ε2σ1，空间电荷极化出现了。杂质或者第二相通常代表传导的阻碍且导致在不均质材料界面电荷的建立。在不同障碍处电荷的积累导致材料的局部极化。如果交流电场是足够低的频率，可以观察到电荷的净振动。在很宽的频率范围内可以观察到界面极化。

在不同频率范围发生的损失和不同极化机制相关联，原子和电子的极化通常导致共振吸收峰。在另一方面，取向和空间电荷极化，导致松弛吸收。实际上，取决于材料，取向和空间电荷的损失在超过一个频率的重叠范围内可以被极大宽泛和延长。通常不太可能对区分它们。

在所有的损失机制中，取向极化在无线电频率和微波频率的范围可能是主要的损失机制。尽管如此，伴随取向极化的损失，和直流传导率一起的麦克维斯-瓦格纳极化对电荷存储以及与它们相关的损失机制有重要贡献。

介电常数的复杂性在这里有两种方法证明：a)安培环路法和b)充电电流在一个电路结构内的一个线性的电介质中。以下被限制在一个电介质中的充电电流。

Q＝V/C

在电介质中存储的电荷可以被表示为一个施加电压和电容(一个常数)的函数：

Q＝V/C

所述充电电流可以被表示为：

Ic＝dQ/dt

结合所述两个公式得出：

Ic＝C(dV/dt)

对于在形式为V＝V0exp(i(ω)t)的一个正弦电压，所述充电电流的表达式如下：

Ic＝iωCV0exp[i(ω)t)]

在一个理想的电介质中这里没有自由电子传导且没有电流损失。因此总电流与所述充电电流相等，Ic，且会导致在实际电介质中电压为90度(实际绝缘材料)，电流损失来自两个原因：a)欧姆传导和b)极化。所述欧姆传导损失涉及电荷载体的长范围运动。极化(之前讨论过的)导致在一个交变磁场下震荡和/或旋转的偶极子电子产生的损失。所述欧姆和极化损失电流可以被表示为：

Io＝G_dcV

Ic＝G_acV

其中Gdc和Gac是直流和交流电导系数以欧姆^-1的单位表示。损失电流，I_L对应于欧姆损失电流，欧姆和极化损失电流IP的总和：

作为一个电压和电导的函数表达，I_L变为：

I_L＝(G_dc+G_ac)V

在施加电压下在相中的电流损失是因为Gac和Gdc在本质上不复杂。由电介质填充的电容器总的电流对应于电荷电流和损失电流的总和：

IT＝Ic+I_L＝(iωC+Gdc+Gac)V

存储于电介质中的电荷可以被表示为

Q＝CV＝kC₀V

因为电流的总流动和电荷相对于时间的变化是相等的，因此获得以下表达式：

I_T＝dQ/dt＝CdV/dt＝kC₀iωV

kCoiωV＝(iωC+G_dc+G_ac)V

该表达式得出：

k＝C/CO-[i(Gdc+Gac)]/rωC₀

因此，材料的介电常数的复杂本性被论证。所述k*的实部和虚部被定义为；

K’＝C/CO；k″＝(Gdc+Gac)/ωC₀

在一个真实的电介质中的总电流包括电荷和损失过程可以被表示为一个复杂参数的函数，k^*，其为材料的固有的且有如下形式：

k*＝k’-ik’

真实电介质的介电常数本质上也同样复杂：

ε^*＝ε’-iε″

且和复杂介电常数有关：

k^*＝ε^*/ε₀

实部k^*，k□表示电介质存储电荷的能力且被称为电荷常数或者介电常数。虚部k^*，kQ表示电介质表现出的损失且被称为介电损失因子。所述损失因子和所述介电常数的比，tanδ，被称为损失角或者耗散因子。损失角也被定义为损失电流与电荷电流的比。

涉及相对介电常数是有用的，材料的k□，其是材料的宏观特性，且极化是分子的一个特征。这种关系可以通过考虑总电位移场或者电感应被建立，D(inC-m2)。在自由空间里，所述电感和电场的关系由下式给出：

D＝ε₀E

在一种材料存在下，电感是介质属性的函数，且和通过材料的复杂介电常数的外部施加的电场有关，ε*，通过以下表达式给出：

D＝ε^*E

电位移场也被定义为电感(如果在电容器中没有电介质)和材料中的极化电场之和：

D＝ε₀E+P或P＝D-ε₀E

因此，我们可以将P表示为E的函数：

P＝ε^*E-ε₀E＝(ε^*-ε₀)E＝ε₀(k^*-1)E

k^*-1＝P/(ε₀E)

总偶极子极化的定义被描述为在材料单位体积内诱导的总的偶极矩。所述极化是电容器(或场)内变化的衡量，因此：

P＝(C-CO)V＝C0V(k^*-1)＝(Q/V)V(k^*-1)

P＝ε₀(V/d)(k^*-1)

P＝ε₀E(k^*-1)

tanδ，损失因子和介电常数的比因此为：

tanδ＝ε”/ε’＝(εs-εinf)wτ/(εs+εsw2τ2)

空间电荷极化与损失

这里有界面极化的两种主要类型。第一种涉及电极极化的变化，第二种由材料中非均质的介电行为(麦克维斯-瓦格纳极化)。

传导率损失

在含有大部分传导相的混合物中，由于直流传导引起的高损失可能发生。所述传导损失可以被表示为：

E″dc＝σdc/ωε，所述传导损失在低频下占主导。

例子

粘胶制备

这里有多种与制备与电容器相关的膜的方法。通过溅射和蒸发的制备方法制备的铜酞菁薄膜上已经做了相当多的研究。有几个问题与薄膜的使用有关，其中有由于薄膜产生的低的击穿电压，和制备复合膜的能力有限。

本文公开的一个或多个调查研究酞菁厚膜结构，因此，且首先研究将作为电容器的膜的制作方法。第一尝试是使用商业铜酞菁(CuPT)，其大约为2000埃颗粒大小。出现了两个问题：第一，潜在厚膜的固体含量仅仅为30％重量，或者21％体积分数。表

表I示出了含有厚膜组分CuPC的聚合物的成分。

化学物质	重量百分比
		CuPC(2000埃)	28％
成膜助剂(Texanol)	69％
		乙基纤维素(总)	3％

所述CuPC通过在两玻璃板之间研磨被分散知道得到一个满意的分散，通过提出物在显微镜下检测决定。所述粘胶通过丝网印刷涂布，大量的网格缺陷和龟裂使该膜不具有实用性。

另一种刚方法被尝试，这次只用溶剂和CuPC。表II示出了溶剂/CuPC/成膜助剂的浆料。

表II

化学物质	重量百分数
		CuPC	33％
成膜助剂	67％

所述材料也是通过两个平整玻璃板之间研磨分散，然后代替丝网印刷材料通过基板边缘上的间隔带子被磨削且沿所述膜边缘用60微米厚聚酰亚胺胶带将墨浆移动。同样，当膜在高温干燥时会观察到过渡裂化，其可以通过缓慢干燥膜改变；例如在真空下，所述溶剂在大约55摄氏度被除去。通过这种技术可以大大减小开裂。

尺寸为17×17毫米的镀金板Kovar(r)基板被获得且被用于印刷基底/电极。这些涂覆有CuPC在干燥后大约为20微米体积厚度，假设没有空隙；在实际操作中，测得大约为25-30微米。然后通过一个C-夹夹紧两个面对面的CuPC膜的基板制作电容器，且在80-150摄氏度的烘箱中选择性的通宵加热。

然后测试这些膜的电性能且我们发现这些电容器的内部电阻被测出高达15,000欧姆，且电容超过50微法，在2.5平方厘米的电容器上。因此，所述介电常数初期被确定为超过500,000.

电容器通过将CuPC浆料移到铝箔上而成功制得，但是这些基于装置的铝箔相对于在较厚的镀金板Kovar上的这些铝箔更难处理和制备。

CuPC膜的致密化

所述CuPC膜在80℃和以上时容易烧结和致密化，由于及其细小的粉末颗粒(大约在2000埃)。无氧气氛是有利的因为CuPC在氧气中会氧化，且改氧化膜涂层使膜的绝缘电阻降低。由于该氧化层带来的电阻降低大约是90％，虽然电容增加一倍。

我们已经发现当加热到80℃时电容降低氧化的趋势且极大的降低在干燥过程中CuPC模形成开裂的趋势。表III示出了一些从上述实验值得的装置的早期测试结果。

表III

在CuPC膜中使用添加剂锌酞菁

研究锌酞菁(ZnPC)作为一种潜在的提高CuPC膜的绝缘电阻(IR)的添加剂。ZnPC被分散在一种含有成膜助剂Texanol(r)(见表IV)的浆料中以在混合物中与CuPC浆料一起使用，由这些混合物制作的电容器的IR是否可能被提高。表IV示出了含有ZnPC浆料的配方。

表IV

该组合物的10/90混合物在表TV(ZnPC)/表I I(CuPC)中被制备且膜提取到铝箔和Kovar基板上。在铝箔和Kovar基板上10％ZnPC掺杂膜被加入到100％CuPC膜。在兆欧范围内的电阻通过这些装置被测量，且超过40微法电容被测得。

加入甘油以降低收缩率和提高绝缘电阻

我们已经发现极性溶剂的使用提高在这些电容器中CuPC膜的电性能。CuPC膜在1500℃烧结。例如，当两个涂覆的电极被抵接且互相压在一起时很难有效的结合。在兆欧范围和极低的电容内通常可以取得高电阻，大于在每平方米0.1纳米法拉。

这种困难的克服可以通过加入大约相对于浆料中CuPC10％体积分数的甘油，所述Texanol溶剂当只剩下甘油时可以很容易干燥。典型的绝缘电阻在200-250千欧，获得了接近的1毫法/平方厘米的电容，得到高达35,000,000的介电常数。表V给出了相对于含有这些添加剂的组合物典型配方。表VI给出了含有甘油添加剂的电容器的电性能。

其它极性溶剂，特别是丙酮和甲醇，当被允许从边缘扩散到膜时具有同样的效应，但是这些例子作为实际的添加剂太易挥发。甘油和这些溶剂有效的原因很有可能是这里有一些溶剂进入到CuPC的微晶的表面扩散的塑化。这允许该两层以形成一个亲密的界面，且促进它们的结合以产生电的功能性膜。表V示出了CuPC和ZnPC/CuPC浆料的配方。

表V

化学物质	重量百分数
		配方1
CuPC	33.0％
		甘油	3.0％
Texanol	64.0％
		配方2
CuPC	29.4％
		ZnPC	3.6％
甘油	3.0％
		Texanol	64.0％

表VI示出了含甘油膜的测试电结果。正如所看到的，甘油的添加有了显著的变化。

表VI

在热处理期间施加的压力(干燥和部分致密化或者部分烧结)

CuPC和ZnPC。被细分，在接近它们熔点(开氏温度)一半的温度烧结。事实上，由于CuPC的亚微米尺寸，可以预期它在远低于烧结温度(603℃)下烧结。我们已经成功在80℃使CuPC致密化，且采用80-150℃温度获得了较高的电容(高达35,000,000)且加入低到中度压力通过虎头钳挤压该膜。甘油或者其它添加剂的使用，最好是对于CuPC具有较低溶解度，也有助于CuPC在较低的温度和压力下聚结成一是固体。

在一个或多个实验中，证明通过连续加热可以形成单片结构，首先低至60℃，然后增加温度到150℃。因此，有可能产生高致密CuPC厚膜，它是形成高介电介电常数材料的先决条件。

多种溶剂

通常，当固体度非常低的浆料将要被涂覆时，使用多种溶剂有助于在没有产生泥裂下达到需要的收缩度。在这样的浆料中如果一个单一溶剂干燥的很快当溶剂蒸发时就不会有足够的力引起颗粒紧紧包在一起。尽管如此，如果蒸发是分步的那么在第一阶段所述颗粒被迫紧密结合但仍处于液体基质，在随后的溶剂蒸发中必须经历较少的收缩，且所述颗粒更有可能收缩均匀。此外，有限数量的非常粘，非常低的蒸发压力的溶剂坚持到最后来干燥将会极大的减少干燥的速率且还提供粘力以引起颗粒之间彼此交互，从而显著减少膜缺陷的产生。

在浆料固体中具有有限溶解度的最有一个溶剂同样帮助颗粒慢慢凝聚，虽然最后固体已经塑化。一旦获得了固体，溶剂体系的最后成分可以被蒸发，留下一个固体。我们已经评价成功的一个三组分溶剂体系列于表VII中。甘油通过计算为浆料中CuPC和/或ZnPC固体的体积分数的10％。相对于texanol和三丙二醇甘油干燥的非常慢，因此它实际上是作为左后剩余组分的代表。如果需要的话，所述甘油可以不影响电容而留在所述介电固体中，且从实际上提高绝缘电阻。对电容器的边缘的封装将会使甘油实质永存。表VII示出了以个三组分溶剂系统的研究和结果。

表VII

化学物质

重量百分比

Texanol	66.0％
		三丙二醇	29.5％
甘油	4.5％

梯度颗粒尺寸混合物提高固体压实，减少膜缺陷

通常，为了提高膜重的固体压实，在浆料中利用梯度颗粒尺寸的现象。这个促使小颗粒适合进入到大颗粒之间的空隙中，这样允许在浆料中有高的固体含量，且减少在膜在干燥和致密化过程中收缩量。

通常，最好的结果是使用三梯度颗粒尺寸获得的，每个大月是下一个大颗粒尺寸的1/4大小，且是下一个大颗粒尺寸体积的大约1/4。两个颗粒尺寸留下的显著未填满的空间可以由一小部分占据，且超过三颗粒尺寸对于压实水平没有太多的增加。一个颗粒尺寸的典型混合物和它们相对体积在表VIII中示出。

表VIII

颗粒尺寸	重量百分数
		5微米	75.0％
1.25微米	19.0％
		0.33微米	5.5％

碳作为截面；使用网状物作为至少一个电机

CuPC在金属表面的附着力没有发展并非完全令人满意。一个解决这个问题的方法是使用碳界面，其在金属电荷和CuPC或ZnPC层得到了更好附着力的发展。该方法还有为所述电机提供增加的表面积的优势，增强电容。这个增加了使用金属网状电极以允许电容器的干燥的可能性，当该电极已经被应用后，之后碳界面被施加于该网状物上。再CuPC或ZnPC/CuPC层之间界面的电阻也由于在层状酞菁之间碳层的增加被提高。衰减时间由于内部电阻被延长。事实上，我们在膜上获得的介电常数35,000,000都是使用碳电极作为Kovar电极和CuPC/ZnPC膜之间的界面获得的。

在电场和磁场下的固化膜

电场和磁场对电容器中的CuPC和ZnPC以及混合物的电性能有重要影响。我们发现一个电场使电容器的电容和内部电阻同时显著增加，然后磁场引起电容的增加但是引起电阻的减少。这使是否结合两个膜的猜测被吸引，一个电偏置和另一个在磁场下固化。在电场对CuPC电性能的效果上有重要的文献，但是关于磁场对这些性能的下过没有很多文献。

一个高强度交流电场(3000V)施加于电容器上，对电容和电阻有很强但是不同的结果。23.4伏特直流电场具有更可预测的效果，既提高内部电阻提高电容。在60℃温度下偏执显著提高电容器的半衰期。在-40℃下偏置，然后加热到室温且当偏置移走时再测量电压的测量，得到电压衰减时间的最大改善。

表IX

磁场用于分子取向

在一个或多个实验中，表面在强磁场下使用酞菁混合物的电容器的曝光对于电容器的内部电阻有一个很强的效果。一个垂直于电容器电极的场极大的减少所述电容器的内部电阻从几十万欧到数百欧；相反，平行施加于所述电极的磁场显著增加所述电容器的内阻，从原来的几十万到几十兆欧。

当电容器在强电偏置时平行于电极的磁场的应用具有极大增加绝缘电阻的潜能，当保持较高的含有复杂电介质材料的酞菁的介电常数时(高达300,000,00及以上)。内部电阻(IR)值在100兆欧姆/厘米将会导致用于太阳能电池的实际电存储装置，且当IR在10,000到100,000兆欧将会导致在多数应用场合对于传统电池的广泛取代。实现结果见标X，B场对于电阻有影响。

表X

装置建立和测试	C(F)	ROHM(24hrs
			B11/B10b+Bfield	2.50E-06	8.0E+06
B11/B10b	4.00E-05	1.8E+06

在一个或多个实施例中，含有聚合物后面粘胶的银被涂覆于一种陶瓷基板上如96％的铝，接着涂覆一到两次电介质材料，然后最上面是银电极。所述银电极粘胶包括80％的银粉和大约3微米，15％的聚甲基丙烯酸甲酯，和15％的伊士曼成膜助剂(Eastman Texanol(tm))。所述介电粘胶包括33％的铜酞菁颜料，10％聚-α-甲基苯乙烯(polyalphamethylstyrene)和57％的1-辛醇。

在另一个例子中，含有聚合物厚膜粘胶的银被涂覆于一种材料基板上如96％的铝，然后涂覆一到两次电介质材料，接着再表面涂覆银电极。所述银电极粘胶包括80％的银粉和平均直径约为3微米，15％的聚甲基丙烯酸乙酯，和15％伊士曼成膜助剂。所述介电粘胶由33％的铜酞菁颜料，5％乙基纤维素，以及57％的Texanol组成。

在使用的极板方面，任何不会弯曲使电介质材料会开裂或者出现多孔的程度都可以作为材料使用。刚性电路板和陶瓷基板如那些勇于薄膜和厚膜制造的都是合适基板的例子。

聚酰亚胺和聚酯薄膜(Mylarfilms)同样被使用。在这些情况下膜在这些粘胶使用中被固定到一个刚性的基板或者固定装置。聚酰亚胺可以从固定装置去除且在和UHCC-电介质一起轧制以形成圆柱形状或者圆柱电容器。

对于有机油墨粘接剂，适用于印刷油墨的数值在非常低的水平如在一个或多个实施例中固体体积的1(1)和2(2)％使用因此不会干扰高介电常数，其在本文中被称作纯膜。典型的数值在或低于200℃下蒸发且大部分是有利的。对于这些组合物一个特别有吸引力的粘接剂是聚-α-甲基苯乙烯，其再低于大约150和大约200℃下会完全蒸发，在烧结后留下基本纯的铜酞菁膜，因此导致电容器具有最大电容。

关于油墨溶剂，可能其干燥是相对较慢的且适用于丝网印刷是。适合的溶剂如DowanolPPH，α-松油醇，辛醇，癸醇，或Texanol

关于电介质材料，本文公开的用于一个或多个超级电容器中的电介质材料选自从静态(0Hz)到更低且超低频率如10Hz到0.0001Hz的具有极高介电常数的一类材料。使用大的材料可能是铜酞菁。尽管如此，所述材料可以是任何具有丰富的离域电子且在电场下具有扭曲分子结构的能力的任何材料。所述低介电弛豫时间使这些材料作为超级电容器使用。

关于粘胶制备，所述树脂和溶剂相结合且在大约100℃下加热，在搅拌下，直到所述树脂已经被溶解以形成这些粘结工具。然后添加剂(铜酞菁)以30-40％的体积分数加入到其中。所述混合物在如台面搅拌机之类的装置中被混合且在如辊磨机装置中被分散。粘性被调节至一个合适的范围以促进丝网印刷。

关于电容器制作，一底电极被沉积，且在一个或多个实施例中，可能通过一种如丝网印刷一种聚合物银厚膜粘胶的方式被沉积。然后所述印刷在烘箱中以150-200℃的温度被固化。然后介电粘胶的一或两层涂敷整个底电极，在这之后所述介电涂刷在大约125℃和大约175℃被固化。一个顶电极以和底电极同样的方式施加且最终固化，形成一个成品电容器。

所述粘胶制备的说明提供于图1中，在混合操作中原料成分在热能辅助下机械混合。所述树脂和溶剂结合且在大约100℃下加热，在搅拌下，直到所述树脂已经溶解到以形成所述工具。

用于颜料混合的方法的说明在图2中。所述颜料如铜酞菁或者固体电介质材料，特殊有机物，特殊有机金属单体，有机和有机金属单体的混合物以及混合物或者带有特殊有机或者特殊有机金属单体的介电添加剂的混合物以大约30％到40％的体积分数被添加到所述工具中。所述混合物通过一种装置如Kitchenaid

台面混合器被混合且通过如罗斯三辊磨机被分散。粘性被调节至一个合适的分为以促进丝网印刷。

图3提供了形成粘胶被研磨以形成电介质材料的说明。该步骤能被遵循冲切。

所述混合层的热处理是经过热处理步骤和冷处理步骤的热处理导致膜的可控形态。如图4所示，各种热状态(TPs)被设计以产生优良膜考虑到起始原料化学。一旦该膜被丝网印刷或研磨到一个刚性基板或柔性基板上，在80℃范围下去除TP-1溶剂。真空可以用于进一步辅助挥发物的去除。这就减少了后续在膜随后步骤中的粒状突出或者缩孔。TP-2在180℃范围内可以被用于以允许所述有机或有机金属单体半导体和所述介电粉末一其稳定且去除任何空气囊。真空中超声波的存在或者确实可以保住空隙或者囊袋的去除。可控气氛的使用是可以接受的。一旦在这个温度有足够的时间，随后的TP-3步骤会施加。当所述烧结发生在具有大约所述有机或有机金属单体材料一半的熔点的温度的热状态时最好的结果被观察到。足够的时间被给予以允许材料流动以及随后的连续相的建立。在这个热状态中一个额外的热源可以被使用如IR灯或其他如那些用在半导体的快速热处理中的灯。所述连续相被加热至足够的温度以形成具有最小被困于膜内的缺陷平滑的表面。所述冷却步骤可以被设计在TP-4中以促进小晶体相的形核和生长。所述晶体相可以通过选择一种有利于形成小晶体的晶格机构接种。此外所述加热参数可以配备在现有烧结的有机或者有机金属单体半导体中具有晶格结构有利于晶体形成的小颗粒的喷雾。小晶体的成核在随后TP-5中，其被设计以在一个允许晶体膜的形态控制的速率生长晶体。此外，代替，或者，除了所描述的技术。

图5A，5B和5C示出了一个或多个实施例的电容器建立的顶视图其中两个电极有不同的面积。底电极，13，根据本文一或多个实施例描述的在烧结后，由超高充电容量电容器电介质材料制作的膜，14，和底电极，15被示出。

图6提供一个电容器实施例的截面图，示出了薄电极，16，有机烧结膜，有机金属单体，或者它们的具有连续相的混合物，17，和另一个不同厚度或者同样厚度的电极，16’。

图8示出了具有连续相的烧结膜和在特殊热处理，19后使用形成和生长结晶的一个或多个实施例。

图9示出了具有连续相铜酞菁的烧结膜的电容器材料且随后通过处理过程，20，通过电场的施加使所述连续相调整的一个或多个实施例。

图10示出了具有连续相铜酞菁烧结膜的电容器的一个或多个实施例，其中连续相是纳米尺寸(或者更大)的介电填充剂，21。

图11示出了具有铜酞菁烧结膜，22，的一个或多个实施例，夹于具有连续相的两层膜重，该连续相具有纳米尺寸(或者更大)的介电填充剂，21。

图12，示出了取向电介质的一个或多个实施例，所述取向电介质通过物质21和22多层化，且21和22也被示出。

图12提供酞菁的化学结构的说明的一个或多个实施例。

图13提供铜酞菁的化学结构的说明的一个或多个实施例。

图14提供嵌二萘的化学结构的说明的一个或多个实施例。

图15提供了一个银光素的说明的一个或多个实施例。

图16提供了一个蒽酮的说明的一个或多个实施例。

图17提供了一个有机金属单体化合物的说明的一个或多个实施例。

图18提供了在直流情况下充电的平行板电容器一个或多个实施例。

图19提供了在交流情况下充电的平行板电容器一个或多个实施例，两个相反方向场被示出。

图20示出了在所述电极之间占据一定体积和表面积的电介质材料的一个或多个实施例。所述电极之间的电介质材料的引入导致在电容器中相对于电场的偶极子的形成。这导致在电容器中存储更多电荷的能力。

图21提供图标描述了依赖于频率的介电常数(或者电荷存储能力)和损失因子。当频率增加时所述损失增加且经过一个峰值。所述介电常数在所述损失因子的峰之前和之后有两个不同的值。所述介电常数进入一个比损失因子中峰值低的值的状态域。所述低频率域先到达一个频率，该频率使所述铜酞菁稳定在震荡电场，是优选的操作域。

剩余图片是针对本文所描述的实验数据和一个或多个装置及结构。

高K电介质材料的例子

在电子应用中使用的高K电介质材料通常是陶瓷材料如强电介质钛酸钡，其具有稍微超过3000的K值，或者弛豫材料如铅钛酸盐，其具有超过10,000的介电常数，但是在千兆赫的频率范围内比铁电体具有较低的高频表现。因此，对于高频应用，钛酸钡BaTiO₃比钛酸铅更常用。

高K的有机材料如氰基丙烯酸树脂。这些商业供K值大约在10到高至50，且可以被发展以制作介电常数为100-500的充满钛酸钡复合材料。铜酞菁颜料具有极其高高达进入数百万范围的介电常数，但是在搞K值有非常差的可用的频率范围。本文公开涉及主要基于铜酞菁的用于电池替代应用的装置但是原则上不限于这些材料。因为用于能量存储的超级电容器的充电和放电频率在几十到成千上万，频率响应不是能量存储应用中的一个问题。

用于填充电容器的材料

用于制造填充电容器的一些材料可以商业获得。这些材料以磨细(通常)的形式的铁电体粉末通常范围从平均颗粒尺寸大约0.3微米到大约3-5微米。这些材料将高K电介质材料最终细碎成一个有机基体，其通常被涂覆成陶瓷衬或者干燥以制作“带”其和电极层结合在一起且在大约1100℃下烧结。所述化合物的有机成分被烧掉，且所述陶瓷粉末被烧结以形成带有接近100％高K电介质材料的陶瓷晶粒结构。典型的MLC电容器由许多这些介电/电极材料组成，达到大约500层。这些材料具有K值大约为3000.填充非烧结体系含有分散在有机基体内的高K介电粉末且这些粉末被丝网印刷或者模板印刷到一个基板上而不需要高温烧结的帮助，与100％的铁电体或者弛豫材料一起制作电介质是必要的。这些陶瓷/有机物烧结成分通常具有30-60的K值。

多个粒径的混合物可以被用来填充颗粒之间的空隙且比使用单一颗粒尺寸填充剂填充更完整。经过确定的尺寸比和体积比为3比4比1的尺寸比和大约5比1的尺寸比。三个离散的颗粒尺寸分数比两种混合物更有效。

铁电体与弛豫震荡器陶瓷电介质

铁电体和弛豫震荡器是陶瓷电介质的两种类型。铁电体电介质材料，例如，铁酸钡，具有3000-3300的高的介电常数，非常快的响应时间，且随着频率的增加tanδ和K值是相对稳定的。驰豫振荡器，例如，铌锆钛酸铅，通常具有较高介电常数，其可能具有高达18,000的介电常数，但是随着频率电介质跌落很快，且tanδ随着频率的增加而增加。因此，对于多千兆赫电子应用，铁电体是比较有用的。

构建一个电介质填充装置

为了构建填充体系，可能，例如，使用钛酸钡或者铌锆酸铅粉末的混合物与铜酞菁。由于铜酞菁在大约240℃溶解，因此它可以造烘箱中烧结以填充材料周围形成基质。所述填充体系的电介质材料可以近似使用下列等式：

logK(混合物)＝logK(基质)*vol，fr.(基质)+logK(填料)*vol.fr(填料)

其中K＝介电常数且vol.fr.是代表各成分的体积分数。刚开始，底电极被丝网印刷到一个基板上。所述电介质成分被分散进入有机装置中且很容易在低于200℃下被烧毁，留下很低的残留。所述混合物之后被模板或者丝网印刷到所述电极的上的基板上，干燥，然后所述铜酞菁粉末被烧结以形成围绕所述陶瓷介电粉末的连续相。顶电极之后印刷覆盖所述介电成分形成电容器，其之后可能进行电测试。

厚膜材料通常由0.3-5.0平均微米颗粒尺寸范围的粉末制备，根据不同的应用。这些粉末被分散进入有机装置中以形成印刷油墨，被印刷到一个合适的基板上，且之后在低于所述粉末熔点的温度进行烧结以形成连续膜。因此与大颗粒或者离散结构相比它们更容易在低温下进行操作。

烧结的厚膜材料例如电介质通常并不形成连续膜；此外，它们和晶界一起烧结进入结构内，且通常由于印刷缺陷和粉末中大颗粒的使用会有残留的空隙，导致膜内产生空隙。为了克服这种现象，采用多种电介质印刷。因为在两个连续层内相同位置发生两个小缺陷的可能性是微乎其微的。小量的空隙通常是可容忍的，所导致的电特性降低被称作漏电流，且它越低，电介质越好。其它厚膜电介质测得的性能参数表现如K，tanδ(＜.003是可以接受的)，且击穿电压(通常为1000到4000伏特)。对于铁酸钡基电介质所述烧结电介质的K值通常为1,000到3,000。

圆柱形因子

为了产生圆柱形因子，所述电介质可以被印刷到薄聚合物膜上如聚酰亚胺其可以很容易的承受较高的固化温度，作为一种卷轴。所述电介质能被印刷到所述聚合物基板的两侧，然后卷起来以产生与电解电容器兼容的圆柱状的因子。

应用：

以下应用无限制性且无方法和产品的穷尽列表其中本文所描述的一个或多个电容器和电介质材料可以采用：

电动车

带有用于电能推进的电动机的汽车，被用作移动装置的最主要或者独有方式或者结合由可燃燃料供能的发动机。

通过放弃化石燃料所述电动汽车具有许多优势包括降低污染和温室气体的排放，且可能导致二氧化碳排放减少近30％。

板电池组可能由本文所描述的一个或多个电容器取代。所述板电池组可以包括一系列类型超级定容器连接以提供用于车辆的足够能量且没有一个足够小的超级电容器具有超过此处的能量。

此外，本文所描述的一个或多个电容器与电动汽车中使用的标准电池相比充电更快。

太阳能板

光伏太阳能电池板从太阳的辐射中转换光子能量成电能。这些太阳能板可以被用于太阳能发电厂和住宅建筑中。PV电池在各种构造中被排列且连接在一起以形成面板。反过来板面可以被排列且电连接在一起以产生更多的电能。这些光伏设施包括逆变器和蓄电池。这些光伏系统能被用于离网型应用或在汽车和航天器中应用在太阳能电池板中。

本文所述一个或多个装置产生足够的能量储存且使用于传输的一个或多个高效方法成为可能，如能量从一个地理位置到另一个的地理位置。所述一个或多个方法与通过铜线和类似的传输能量比更有效且更高效。

家电

由电能电动的便携式和半便携式小家电所使用的电能可以通过本发明所描述的一个或多个实施例中的电容器存储的电能来供电。

个人数字助理和便携式电脑

电脑和PDA使用的大部分电池是基于锂离子电池其中离子在两个相反的电极中穿移。本发明导致小电容器具有储能和为消费类电子，PDAs，和便携式电脑提供能量的能力。

运输

用于为工程，商业和私人电脑供电的能量储存的相关设施，为覆盖需求高峰需要的存储体统，用于平衡电容，以及用于处理间歇现象。

超级电容器具有支持传统电网的既定需求，且同样能被用于支持遭受天气相关的断续影响。超级电容器在风能和太阳能发电中在处理天气相关的断续影响其清晰作用将会取决于所述能量存储容量。对于后者，工程使用天然气涡轮机以克服由天气相关断续影响带来的能力降低。尽管如此，气涡轮在产生稳定的电供应前会有10分钟的旋转时间。因此，超级电容器的关键应用将会是提供电能以覆盖所述10分钟的加速时间。

光伏发电高度依赖天气且不可测的间断性在非常快的间隔上(压秒级)，并在很短的时间(分)或者长(小时)时间。

本文所描述的一个或多个电容器可以被堆叠于每个太阳能电池模块的背部以提供10分钟死区时间，或者其它任何需要时间断的电能。典型的太阳能电池模块生产100到300瓦特的功率。10分钟充满电间隔需要20-50瓦特每小时的交付能量。对于一个或多个其电压随充电降低的电容器，能量电容的需求范围将会是40-100瓦特每时。另一个应用是设计数组超级电容器以提供用于涡轮旋转时期以覆盖所述天气相关的间断需要的平稳能量。

由于本文所公开易于制造的固体电介质材料，在增加很小成本下将所述超级电容器集成到电池的制造和构建光伏组件在同样的组件中提供10分钟能量备份功能机制同样是可能的。

对于集成的PV-超级电容器装置，典型的设计是需要PV太阳能电池与所述超级电容器以及与放置以防止通过所述太阳能太迟的反向电流的安全电极并联。

该图显示了背面电极作用于所述超级电容器电极中的一个的直接支持。另外一个安装在外围隔板的另一侧允许电解质的加入。低成本要求超级电容器电极通过与光伏膜叠层制造过程完全兼容的一个过程来制造。金属触点和电极可以使用如在PV制造中使用的相同的程序来沉积。

元素

以下元素在本次公开中通过相应的元素符号来代表：溶剂，1；固体树脂，2；混合过程中的装置，3；热能，4；混合物，5；颜料，特殊有机物，特殊有机金属单体，有机物有机金属单体混合物，6；混合后的装置，7；混合过程中粘胶，8；丝网印刷或者辊铣研磨之后的粘胶，9；辊铣研磨，10；未成品膜(烧结前的膜)，11；热循环，12；底电极，13；烧结后的膜，14；底电极，15；薄电极，16；有机物或有机金属单体或混合物的连续相的烧结膜17；相同或者不同厚度的电极，16’；5微米厚银电极，16”；具有连续相(10微米)的铜酞菁的烧结膜，17’；具有掺杂银层界面的界面层，18；具有连续相和在特殊热处理后使用形核及生长晶体化的铜酞菁烧结膜，19；具有连续相且随后通过处理过程电场的施加调整的铜酞菁烧结膜，20；具有连续相具有纳米尺寸电介质填充物的铜酞菁烧结膜，21；铜酞菁烧结膜，22；在一定角度的层状电介质，23；带有围绕其周边凹部的电极，16-1；大底部电极，16-2；穿孔电极，16-3；铝电极，16-4；理想电介质，21；铜酞菁，21-1；锌酞菁，21-2；添加有BaTiO₃的铜酞菁，21-5；内层，22；高极性树脂，22-1；掺杂碳的高极性树脂，22-2；钝态金属内层(无偏压施加)，22-3；活性金属内层(有偏压施加)，22-4；橡胶垫片，23；掺杂碳黑颜料的导电性油墨，grahene，或活性炭，24-1；用溅射或者蒸发技术将铜酞菁薄膜沉积在电极上，24-2；C型夹，25；电气探针，26；允许电极增加的周边间隔，27；PV板的背面电极，28；p型或n型半导体基板，29；以及半导体连接材料，30。

材料准备

为了根据本文公开的一个或多个实施例制备电介质材料，用于材料制备的数个方法可能被使用且被本文所描述。

根据本文一个或多个实施例所述一种方法，使用5(5)数字平衡的混合杯称量两克铜酞菁介电粉末。溶剂，如Texanol，采用大约3∶1的比被加入到有机金属单体粉末中且整个混合采用手工。如本文使用的，有机金属单体可以是酞菁和金属的混合物。所述混合物之后转移到玻璃板之间进行剪切分散。所述玻璃板之间的间隙大约为2(2)轧机厚度。使用2(2)个玻璃板可以成功高剪切。辊磨同样被用于施加剪切力。

有机载体，如乙基纤维素和Texanol的混合物，被加入到Texanol和铜酞菁的混合物中。所述乙基纤维素与铜酞菁的重量比在0％(没有有机载体)到大约12％。另外，由银粉和Texanol制备银胶。

使用电介质材料的方法

为了使用所述电介质材料根据本文所述一个或多个实施例，数种材料使用方法能被运用且被描述于本文中。

根据本文所属一个或多个实施例的一种方法，一种MPM丝网印刷可以被用于施加所述银胶到基板上，如市售的CoorsTek

of Golden Colorado，以形成电极图案。导电胶被施加于所述基板后，执行热处理以便除去溶剂，干燥，且固化所述基板。这个过程可以使用以形成顶电极和底电极。如本文所述一个或多个实施例中的方法，所述电介质混合物可以被刷于底电极的顶部然后干燥和固化。之后底电极的一个表面上具有电介质可以用来与顶电极相配合。因此形成的电容器以电阻，电容，以及容纳电荷的能力的形式进行电性能测试。

丝网印刷

使用电介质材料的一个或多个方法可以包括本文所述的丝网印刷。在一个或多个实施例中，所述底电极通过丝网印刷导电树脂到陶瓷基板上形成。所述基板和所述底电极之后可以被加热以固化所述导电树脂，其在一个或多个实施例中可以被即热到或者低于80℃。所述电介质之后可以使用适当配置尺寸的模板被涂刷。在一个或多个实施例中，所述铜酞菁和Texanol溶剂以及乙基纤维素如有机载体混合可以被涂刷于连续层内。不止一层被涂刷。例如，在一个或多个实施例中，一、二和三层电介质被涂刷且所述电容和其它需要的参数被测试。所述膜的质量可以通过光的检测能力进行检测。每次涂刷后，部分出去的溶剂可以被使用。

溶剂的去除可以优选为加热低于80℃和惰性气氛下。在一个或多个实施例中，所述带有电介质的基板被加热至高于大于150℃和低于大约310℃以烧结所述材料中的颗粒，虽然在一个或多个实施例中，烧结可能不是必须的。在一个或多个实施例中，所述底电极可以通过丝网印刷导电环氧树脂到陶瓷基板上成型。所述基板和所述底电极之后被加热以固化所述导电环氧树脂。所述电容器之后通过将所述顶电极和底电极组装以成型，所述顶电极和底电极之间由一或多个电介质层。在一个或多个实施例中，在组装后，压力可以施加到所述电容器中与加热一起结合且进一步测试可以被执行以确定所需的电性能。所述加热可以通过嵌入在压力中的热电极例如常用在热压连接中。

材料涂层取样

根据一个或多个实施例的方法，Kovar电极，如来自Carpenter TechnologyCorporation of Reading，宾利佛利亚，可以被置于玻璃基板上，且具有厚度大约为60微米的间隔带可以被施加于所述玻璃基板的4侧中的2侧。所述电介质的部分可以被沉积于所述金属电极的一端。所述电介质材料可以通过使用小刀，剃刀刀片，或从所述电极一侧到所述电极对侧的玻璃提取所述材料被施加。小刀或者刀片的移动方向可以与所述间隔带平行。所述材料之后可以被干燥且所述带之后可以被去除以在电极上形成一直边。

在一个或多个实施例中，所述顶电极可以与一界面层一起涂覆且然后与所述具有电介质沉积的底电极嵌合以形成电容器。所述两个电极可以使用夹子装置保持在一起，如C型夹。来自夹子的总压力可以变化。通过本文描述的一或多个实施例形成的电容器的代表说明见图22。

在一或多个实施例中，两(2)极中每一个可能具有电介质涂层可以被部分或完全干燥。所述两(2)电极可以通过如C型夹的夹子夹在一起。在一或多个实施例中，内层或桥接层可以被用于配合的啮合所述两(2)电极具有施加于它们的电介质涂层。所述内层制备和化学对于整个电容器的制备使非常重要的且在本文所描述的一个或多个实施例中多种化学品被尝试。

金属箔/柔性电极

根据一或多个实施例，所述电介质材料可以被提取到金属箔，或金属板上。具有60微米厚度的间隔带可以被用于移出电介质的一部分并形成分散在金属箔或者金属板上的均匀厚度膜。热处理之后可以被施加于可控加热和可控冷却由此形成的所述电介质膜。

分配

根据一或多个实施例，电介质通过自动分配器施加于电极中的一个在可控的图案里使用的可控重量。所述电极之后被叠加于彼此顶部通过拾取和防止获得均匀的厚度。间隔材料可以被放置以防止电极短路且以促进均匀膜厚的形成。形成的组件可在烘箱中北干燥。

有机载体

在一个或多个实施例中，有机载体的使用数量可能会增加所述电介质的生胚强度。有机载体含量越高导致所述电介质的生胚强度越高，而有机载体增加的表现导致被测电容减少。干燥后平衡裂开的有机载体的最佳范围和电容建立依赖于电介质粉末尺寸和粉末尺寸分布，所述溶剂体系或使用溶剂体系的结合，和所述电极及电介质膜之间的热膨胀系数的不同。

热处理

根据一或多个实施例，热处理可以使用热卡盘在电介质材料上进行。在一或多个实施例中，所述热卡盘可以和或不和真空一起使用。氩气或氮气可以被用来在热卡盘内表面施加相对于电介质的低压力的惰性气体流。和真空结合的直接气流的方法可以被用来控制干燥过程中所述电介质周围的环境。来自卡盘的热可以被提供以在可控的方式内加热和冷却所述样品。在一或多个实施例中，真空烘箱可以不被使用。热处理中真空的增加可以提供用于从电介质中除去溶剂。所述干燥温度可以从大约40℃到大约175℃的范围。取决于使用的溶剂体系或者溶剂使用的结合，所述干燥温度导致在一或多个实验中最好效果的不同。当在大约80℃干燥可以被使用以避免膜内产生裂纹。在一或多个实施例中，当真空被施加时干燥温度可以低至40℃且当惰性气体被施加时高至100℃。高干燥温度可以提高温度以导致电介质中裂纹。

部分与完全干燥

在多数情况下电介质材料被施加于一或两个电极，完全干燥，部分干燥或者无干燥在以或多个实验中以影响电容建立的形式被调查研究。

所述电介质表面粗糙度对电容器的电容值有重要影响。例如，当两个电极已经被涂覆有电介质材料且之后再加热和真空中完全干燥，当两(2)电极接合在一起时气袋可能会在界面形成。这个气袋可以对所述电容器的电容产生负面影响。据此，不同方法和步骤可以被采取以最小化所述气袋。例如，在一或多个实施例中，顶电极和底电极可以被配对然后通过如C型夹的夹子结合在一起。在一或多个实验中，所述气袋可以通过在夹紧前部分干燥材料来最小化而不是完全干燥或者不干燥。残留的小部分溶剂可以被用来帮助桥接所述电介质材料当它们被配对和结合在一起时。

在一或多个实验中，在干燥过程中将压缩力施加到电极被确定是有帮助的。所述压缩力可以在电容器顶部使用重力来驱动或者通过使用如C-型夹来保持压力。从C-型夹得到的压力总量可以是改变且在某些实验中会有区别且在其它实验中它没有什么区别。

在一个或多个实验中，溶剂的组合导致在有机和有机金属单体微粒之间具有优良压实因子的优良膜的形成可能被采用。随后多种溶剂的去除引起的压力超过来自C-型夹获得的压力已经被确定。

颗粒尺寸

双-模式或者三-模式的颗粒尺寸分布可能导致密度或者压实因子的增加。根据本文所述一或多个实施例，颗粒尺寸混合体系适合最大化压实因子以促进颗粒与颗粒之间的接触可能被采用。所述分散和剪切在最终性能中同样也可能很重要。

对来自两(2)个不同发明的比两(2)铜酞菁和不同颗粒尺寸分散的例子。由AESARs获得的铜酞菁结果表明在200纳米的范围内而当所述铜酞菁在500纳米的范围内时产生了更良好的膜。粉末致密取决于颗粒尺寸分布。目前电介质粘胶制备包括无机电介质，有机聚合物，和有机金属单体颗粒的混合物。所述压实因子和混合颗粒体系在使用适合的三-模型分布获得的在更高致密化上没有区别。

热处理

在一或多个实验中，在加热材料时发现，所述颗粒形成电介质材料开始于烧结，意味着材料开始“颈缩”其可能是致密化的第一步。所述致密化可以在大约150℃且以上被观察到。在一或多个实验中同样表面，在混合物中载体获得的百分数可能对电容有影响。在一或多个实验中，表面温度越高且加热速度越快，在干燥后将会观察到更多的开裂。所述颗粒极易氧化这导致电阻的增加和电容的减少。因此，无氧气氛是最需要的因为即使是很少量的氧气也可能导致氧化。尽管如此，在一或多个实验中，即使当材料在空气中处理液会获得好的结果。

膜开裂消除

有高溶剂成分的铜酞菁或者其它有机金属单体混合物可以被用于裂纹的填充和消除因为低粘度混合物可以使颗粒进入以浸渍空洞且导致高致密化。多种浸渍步骤可以在电介质材料中执行以减少孔隙率和增加密度。多种浸渍的每一步之后可以是溶剂去除步骤。这些一或多步可以被提供以致密化多孔材料且增加所述电介质颗粒含量以取得最终形式，带有所期望的结果是沉积于电极的无缺陷电介质膜。

在一或多实施例中，低粘度溶剂如Texanol，乙醇，或丙酮可以被使用且使用橡胶垫圈密封如图23所示。这可以导致在没有电阻降低的情况下电容的增加。纯溶剂可以增加可燃性潜能且会具有其它缺点。根据一或多个实施例，多孔电极可以被采用以允许用于多种溶剂的挥发性去除路径。

电测试

在一或多个实验中，来自HewlettPackard的HP计量表34401A，直流电源HP6634B(0-100V&0-1A)，三路输出直流电源HPE3630A0-6V，2.5A/0-+/-2.0V，0.5A，和aRadioShack(catalogue#22-811)数字万用表用于电容测量，该仪器具有40微-法拉的最大电容测试值被使用。任何超过40微-法拉的值将导致在仪表中的过流信号。使用本文所述一或多个实施例示出的12毫米x12毫米kovar电极制作的电容器显示过流响应。

在一个例子中，一个测量为8.0厘米×2.0厘米的电极，所述电介质材料被提取并干燥。顶电极为1.2厘米×1.2厘米。测得的电阻为158.2千欧且所述电容超过40微-法拉。在一或多个实施例中，不止一个顶电极可以与大电极如图24所述的相叠加其中底电极16-2可以有三个小顶电极16和理想电介质21.

在一或多个实验且/或实施例中金属箔被使用，在所述电介质材料被提取和干燥后，所述金属箔被缠绕在陶瓷基板上且粘接于其上，顶电极之后在所述介电层最外层表面与之配合且使用C-型夹定位以形成电容器。

在一或多个实验中具有重量分数为3％的铜酞菁乙基纤维素被使用作为有机载体，超过40微-法拉的电容被测得。在这些一或多个实验中，电极的面积为0.00027225平方米且所述电极之间的距离为20微米，测得的介电常数为3.34×10⁵。

在一或多个实验中铜酞菁与甘油在某一层混合且铜酞菁在与含有炭黑的干燥碳墨桥接的其它层与锌酞菁混合，所述介电常数测得值如下表所述。在这次例子中的介电常数大约为50万。其它导致高值的例子被示出。介电常数K的实验结果被表XI示出。

表XI

非-线性行为

在一或多个实验中，表面改变电介质材料的材料成分，电阻随着施加偏压降低。

超级电容器通过释放存储电荷具有产生大功率密度(单位重量或单位体积)的能力。现有设备在这方面与电池没有太大差距。尽管如此，能量密度同样有缺点。为了取得高能量密度，大量电荷必须被存储与装置中。在制作容纳大量电荷的超级电容器中，三种方法可以被使用包括增加电极表面面积，增加电极的介电常数或电极之间的材料以存储更多的电荷或极化，且/或设计混合超级电容器/电池体系其中电极和电介质反应。

过去已经使用的用于增加能量密度的所有三种方法没有成功。最后选择和电池一样同样遭受生命周期的限制。

本文所述一或多个电容器和其它装置，增加电解液中存储电荷或极化以产生高静能量密度。这个通过和如本发明的一或多个实施例所述的金属酞菁的使用结合。

因为电极存储电荷之间的材料，可以迫使所述电极以容纳足够的电荷以产生静-0电场在整个装置中。增加电极中材料的电荷或极化增加内部电场且引起电极以容纳更多电荷。在超级电容器中存储电荷的总量和它的随后能量密度因此取决于电极之间材料中的存储的总的电荷和极化。击穿电压限制总存储电荷和电流随着时间减少。

传统铜酞菁和其它酞菁如锌酞菁的混合物在一密尔厚度的装置中具有相对较高的漏电流。同样，电荷存储和时间电场之间的关系通常在电介质材料随着施加于装置的电压的增加而降低中成线性关系。击穿电压不是问题；承受100伏特每密尔的装置很容易，且击穿只随着电压增加呈线性增长。

这些金属酞菁混合物的非线性是巨大的；在含有载体的这些金属酞菁的放电过程中当电荷存储通过与电压衰减的这些材料的半周期相对比被估算。

典型装置的放电行为。当电容器放电时半衰期增加巨大，从12伏特秒到在0.5伏特下的天。且在0.2伏特，基于时间以放电，我们估算在许多天后大约30％的电荷仍然保留在装置中将该行为与线性关系的电容器(电荷和电压成反比且线性)相比，这个及其不同，且这个行为可以被用于装置制作的优点。例如，通过增加两个数量级的电介质的厚度，在线性电容器中所述电容被降低99％，而是用我们金属酞菁混合物的装置只降低大约2/3。因为我们MPC(金属酞菁)装置的有效介电常数是数千亿万，在电荷存储中3/2的降低带有其半衰期和其它性能的随之增加是非常值得权衡的。

增加两个数量级的电压能增加能量储存密度到10,000的一个因子，由于厚度的增加不计损失。制作两个数量级厚度的电容器，静能量储存由于增加的厚度而减少电荷损失之后显著增加。该增加可能超过三千倍，且其它装置参数如绝缘电阻，Q，和击穿电压同样有很大提高。持续两个数量级比较，厚电容器单位质量能量密度为薄装置的33倍。计算的这种装置的每磅能量密度大约为锂离子电池的100倍。因此，在电装置中一个6磅MPC装置理论上可以取代600磅锂离子电池。

电介质厚度的压实

使用一层理想电介质厚度制作的电容器。相同理想电介质被用于制造5层理想电容器。惊奇的是，电荷存储非常良好且衰减时间很优秀。在没有电荷电容或衰减时间的有害惩罚下所述理想电介质允许在电容器的电极之间增加空间。这是非典型行为。正如所看到的，所述五层电容器在工作。

如表XII中所示的半衰期超过2小时甚至对于具有相对于典型的用于单层中的30微米的五倍厚(150微米)的电介质材料中。这个结果是显著的且所述理想电介质具有如固体电解质的行为且电荷存储与厚度维持。

表XII

时间	电压
		0.1	1.63
0.5	1.5
		1	1.44
2	1.38
		4	1.34
5	1.33
		10	1.29
15	1.27
		20	1.24
32	1.2
		60	1.12
75	1.07
		90	1.04
141	1.03
		106	1.01
129	0.996
		135	0.956

增加电阻和电容

在一或多个实验中，锌酞菁被加入到铜酞菁中以增加所述电介质材料的电阻。在一或多个实验中，铜酞菁与锌酞菁以9∶1的配比制备，涂覆到电容器上，且被用于电阻测试。该材料混合物被提取到电极上。所述顶电极由纯铜酞菁涂覆且所述底电极由配比为9∶1的涂覆。所述电极通过C-型夹被配合且结合然后测试。形同其它成分的具有不同比例的锌酞菁和铜酞菁被制备且这些比例包括1％，3％，10％和100％。所述100％)成分意味着没有铜酞菁出现且该成分是纯锌酞菁。所述组合物的电阻示于表XIII中：

表XIII

锌酞菁	铜酞菁	电阻(千欧)
			1％	99％	1,000
3％	97％	超过1,000,000

在一或多个实验中，表明锌酞菁的加入对于增加整体电介质的电阻是有效的其有利于该混合物保持高电容。在一或多个实验中，在电阻通过电子轨道的不匹配或者在不同材料之间的传导通道的不匹配增加中镁酞菁和镍钛请的加入同样被测试且具有相同的结果而电容通过成分选择获得保持。

在一或多个实验中，电容器使用两(2)层来制作，该两层包括适合成分的第一层电介质，如纯铜酞菁，其被施加于顶电极且适合成分的第二层电介质，如掺杂有锌酞菁的铜酞菁，其被施加于底电极。当电容器第一电介质层和第二电介质层具有不同的成分时比具有相同的成分下被确定表现更佳。在一或多个实验中，膜质量影响结果被确定因为更多的裂纹导致更高的漏电流。

在一或多个实验中，电容器被发现当电介质层使用合适成分的如图29所示的内层22桥接配合时具有改进的特性。所述铜酞菁21-1被施加于电极16和该合适的内层。以图30举例所述理想电介质添加有BaTiO₃(21-5)铜酞菁具有由树脂制备和高极性碳(22-2)掺杂的内层。

本文一或多个实验所述的主题是同时增加所述电阻和电容。

不同电介质层

在一或多个实验中，具有两(2)层电介质层和由图25A所示的电极的界面的装置。如所示，铜酞菁层(21-1)被置于顶电极(16)上，另一锌酞菁(21-2)电介质层。因此形成的所述电容器具有两种不同电介质层具有更好的衰减时间。图25B示出了两个电容器的半部配合在一起。所述电容器使用压紧装置(25)如图26所示结合到一起时使用电子探针(26)进行电测试。

在一或多个实验中，当只有一个电极涂覆所述电容器时可能表明出类似二极管行为被确定。在一个方向测得的电阻和在相反方向测得的电阻不同。所述类似二极管行为可以被工程化以产生具有在一个方向电流支配的理想装置。图27示出了展现出类似二极管行为的电容器的例子。

在一或多个实验中，偏置电压下通过具有涂覆有界面的电极作为所述电容器的负极的这种方式完成。在一或多个实验中，所述偏置电压下在涂覆有界面的电极作为所述电容器正极的这种方式完成。在一或多个实验中每个电容器装置表现出类似二极管行为因为同时存储电荷以及电阻变得取向依赖。

在图27A所示的一些例子中电容器展示出类似二极管行为，根据本发明至少一个实施例其底铝电极(16-4)被填充炭黑(24)的水性油墨所涂覆。偏置电极在例1中其铝电极为带有负极且kovar为正极。在例2中偏置电极为铝电极为正极且kovar为负极。在例1中电阻为700千欧且电容为1.6纳米法拉。在例2中电阻为115千欧且电容超过40微-法拉。因此类似二极管行为被证实。

图27B示出了具有高电容的带有两个涂覆有含有炭黑(24)水性油墨的Kovar电极的电容器，根据本发明至少一个实施例，其中两个电介质层是不同的且充分不匹配因为添加有甘油(21-3)的铜酞菁和锌酞菁与铜酞菁的混合物(21-4)的情况下。

在图27C示出的其它情况中展现出高电容带有两个涂覆有含有炭黑(24)水性油墨的Kovar电极(16)和含有炭黑的干燥水性油墨内层(24)，根据本发明至少一个实施例。所述导电油墨含有用于涂覆所述电极(16)的炭黑(24)使用包括炭黑，活性炭，石墨能在电极顶部或者内层(22)示出良好结果的各种碳来构造。

在一或多个实验中，所述texanol溶剂在大约80℃温度下干燥去除；尽管如此，甘油仍存于电介质中因为它具有比干燥温度更高的熔点。该步骤可以用于使电介质颗粒在介质中分散。

多种溶剂和压力应用

在一或多个实施例中，在逐步提高温度下双或三溶剂体积可以被用于获得有机和有机金属单体颗粒的增强压实，因为每种溶剂的不同熔点使一种溶剂在一定时间的去除导致颗粒越来越高的压实。在一或多个实验中，三溶剂体系被使用且有texanol混合物，三丙二醇，和甘油组成的混合物。该使用多种溶剂的步骤在一或多个实验中和纯铜酞菁以及锌酞菁和铜酞菁的结合一起进行。

在电介质膜内施加压力到颗粒的方式导致所述可以倾向于进入到接触然后在提高温度下颈缩和最终致密化以及从一个粒子到另一个粒子的大量传输。施加压力的一种方式可以使用三溶剂体系。溶剂中每一种具有不同的蒸发温度和沸点。根据一或多个实施例中的例子，四溶剂体积可以包含水，Texanol，三丙二醇和甘油。因为水在100℃蒸发，颗粒仍然保持在Texanol和三丙二醇里。当最后溶剂被去除，接着颗粒经历相当的压力以避免空气因为当颗粒与溶剂接触时表面能比相对在空气中低。

在一或多个实验中，膜的质量以及相邻颗粒之间的亲密接触被确定控制膜的电性能以及特殊情况下发生于膜内的漏电流。如果膜含有如裂纹和空洞之类的缺陷膜的电荷存储能力也被确定为由损害。

在一或多个实验中，所述电介质层被加热到一个较低温度以去除溶剂在热处理下减小膜的开裂。在一或多个实施例中，所述层在真空下被加热到大约60℃，且根据那些一伙多个展现出提高性能的实验制备膜。在一或多个实验中，所述层在对流烤箱中被加热到80℃。在大约80℃以上的温度，在干燥相加剧后膜裂纹可以被观察到且稳定成分的添加可以被发现。在一或多个实验中，添加有甘油的铜酞菁膜且在60℃干燥与那些在升高的温度且没有甘油下相比被确定展现出较低的干燥缺陷。

在一或多个实验中，不同混合物和化学成分的电介质层被加热到150℃且更高开始致密化。所述颗粒进入到颈缩过程且所述电容在更大程度上发展。在60℃干燥的膜之后在老虎钳的压力下被加热到至少150℃经历无开裂之后进一步致密化。这导致铜酞菁制备的致密化膜的形成。从膜到致密膜的过程导致电容的增加。该膜在混合物中采用乙二醇展现出较少的缺陷。在一或多个实验中，所述压力通过老虎钳被施加且之后置于烘箱中且有时候用热等静压如热压结合来施加。

穿孔电极

在一或多个实施例中，电极可以被穿孔(16-3)以使溶剂通过穿孔蒸发。所述电介质(21)被施加于另一个电极(16)且与覆孔电极(16-3)一起配合。该方法可以被用于电容器的倒塌的两(2)个部分且之后干燥电容器溶剂后组件。根据一或多个实施例的立在图28中示出。

在一或多个实验中，根据本本一个或多个实施例所述的带有低电流的大至3000伏特的电场被用于电容器测试。在一或多个实验中，交流电(AC)被用于电容器的测试。在一或多个实验中，直流电(DC)被用于电容器的测试。在一或多个实验中采用AC，60Hz频率，如果电压超过1000V所述材料展示出电阻的降低。在一或多个实验中，当膜内的气孔导致空气介电击穿时电阻损害特备厉害且因为低阻抗路径的建立电阻降落相当大。

在一或多个实验中采用高达100V的直流，所述材料在偏压下加热。该偏压使所述材料的分子排列，以有利的方式影响电容和电阻。

介电常数

在一或多个实验中，本文公开的所述电介质材料的介电常数被确定的。所述介电常数通过依靠文本公开的测量数据和电容器行为来决定。

根据一或多个实施例，具有三(3)层电容器被提供。合适成分(21-1)的第一层被施加于所述顶电极(16)且合适成分(21-1)的第二层被施加于底电极(16)。内层(22)被提供以桥接所述两电介质层。在一或多个实施例中，所述第一电介质层和所述第二电介质层具有不同的成分。根据一或多个实施例的电容器的代表性例子示出于图29。

在一或多个实验中，电介质的表面粗糙度对电容由影响。具体的说，当两(2)电极用电介质材料被涂覆在一起且之后再加热和真空中完全干燥，当它们配合在一起以建立电容器时，留在界面的小气袋可能损害所述电容和介电特性。因为这个原因且为优化结果，不同的内层被测试以最小化空气囊。

在一或多个实验中，内层通过低分子量高分子量的聚合物构建以表现高极性。在一或多个实施例中，这些聚合物掺杂了道题，在一或多个另外的实施例中，所述聚合物不含掺杂剂。在一或多个实施例中，所述聚合物可以是氰基丙烯酸酯树脂，甘油，掺杂碳的树脂，掺杂树脂的石墨以及掺杂螯合剂如TEA的氰基丙烯酸酯树脂以便桥接界面处的气袋且允许在电容器内优良电容的建立。在一或多个试样中，BaTiO₃的添加增加电介质材料(211-5)的电阻。BaTiO₃的添加从重量分数0.1％到大约20％之间变化。在成分的重量分数大于20％处，所述电阻显著增加而所述电容降低。根据一或多个实施例，增加电阻和保障电容的BaTiO₃的添加范围被发现在重量分数3％到重量分数17％之间。以该实施例建立的电介质(21-5)由重量分数的20.9％铜酞菁，重量分数的3.0％的锌酞菁，重量分数的16.4％的BaTiO₃，重量分数的56.7％的Texanol，和重量分数3.0％的甘油组成。内层(22-2)由的掺杂碳的高极性树脂组成被置于两个半部之间(见图30.)。/所述由电介质配方形成的电容器以电阻的形式作为施加电压的函数被测试。随后，所述电容器被充电且之后用于电压衰减测试。

在一或多个实验中，所述电阻和电容展现的非线性行为的结果是不可预测的。漏电流同样也被确定为非线性且通常在低电压下低在高电压下高。相反，电阻被确定为在低电压下高且在高电压下低。

在一或多个实验中，电阻随电压增加降低的可能性被确定因为本文所述的电介质材料由颗粒的分散体制备其具有许多与电场排列的分子偶极子。在高电场梯度下，在电容器中的情况一样，含有电介质的任何带电粒子的移动性是增加的。所述带电粒子的移动性的增加可能是观察到的电阻的降低和高电压下漏电流的增加的原因。根据本文一或多个实验所述的实验结果示于图31中。

在一或多个实验中，几种化学物质作为电压的函数以电阻的形式被测试。这些一或多个实验的结果表明这些化学物质的电阻显示了高度依赖配方性。不匹配颗粒的添加对传导路径和电阻增加有影响。具有低漏电流的高电阻和具有良好电荷建立的高电容之间的良好的平衡被需要以获得很好的效果。实验结果见图32电荷存储对化学物质和配方变的依赖被显示。在这个特殊例子中酞菁可以的最佳化学是由25％的铜酞菁，25％的锌酞菁，25％的镁酞菁，25％的镍酞菁组成。

在一或多个实验中，内层有金属电极构建。所述两(2)外部电极被电介质材料所涂覆且部分干燥。内金属层(22-3)之后从每个电极外部被置于部分干燥电极层之间。形成的电容器之后被夹在一起且进一步干燥。在一或多个实验中，所述电容器以电阻，漏电流和电荷存储以及电压衰减形式被测试。电容器的剖视图示于图33中。电容器的俯视图示于图34中。

电流测量和电压衰减

在一或多个实验中，与所述电容器串接的电流表在充电期间用来测试流经的电流。因为在电路中电容器充电时电流流动减小，这种技术可以有效的决定电容器在何时充满。

在一或多个实验中，所述电容器通过连接与所述电容器并联的电压表来放电且确定压降为作为时间的函数。因为仪表具有可知的电阻且来自仪表的电压时外部信号可以通过采集数据保存，输出通过电容器所述电流流动可以通过电压和电阻的比值被计算。所述累计电流同样可以集成以决定整体电荷积累且因此得到电容。用于电容器充电和放电的系统的电路原理图示于图35中。

电压衰减

在两个配合的电介质膜的气界面处气囊和缺陷的影响

在两(2)配合的电介质膜的界面处的界面缺陷的影响根据以下所述一或多个实验中被距离。两(2)电容器在一个实验中使用相同的电极建立其中所述电容器没有桥接层且在另一个实验中所述电容器有由掺杂炭黑的氰基丙烯酸酯树脂组成的桥接层。干燥过程被完成因此没有或者几乎没有溶剂出现在电介质膜重。完全的干燥加重了如之前描述的气囊的捕获。对于两(2)个电容器中每一个在室温在2伏特下偏置被完成。实验结果描绘了再电容器的一个中使用桥接层(在图中标示为“BL”)对于电容器的电压衰减和在另一个没有桥接层的电容器中见图36。图36示出了气囊在电介质膜的界面处的影响其中对于没有桥接层的电容器的电压衰减相对于有桥接层的电容器非常显著。当电容器的两个半部被配合以形成电容器时，所述残留溶剂帮助电容建立且可以获得有利的结果。

电荷存储

慢速电压表明电介质膜化学物具有存储电荷的能力。这在具有类似电池行为的电容器或者依赖于电阻类似电容器行为中非常显著可以在内膜中被设计。在任何情况下，由有机和有机金属单体微粒制备的电介质膜的电荷存储能力是有利的。

BaTiO₃浓度的影响

在一或多个实验中国，氧化电介质材料对电压衰减的影响被证实。在一或多个实施例中，所述BaTiO₃浓度由体积表示在大约3％到大约20％之间变化。如图37所示，在电容器之间的饱和电流在膜的范围和厚度内为每一层35微米。所述电极为Kovar对于两个数据集在图37中示出。两个电容器都具有内层成分(碳掺杂的树脂)和厚度(35微米)。

在加热和偏压下充电

在一或多个实验中，电容器通过两(2)电介质涂覆电极配合形成且具有内层以桥接在配合界面出的气囊。所述电容器之后再两(2)个不同的偏压条件下充电且用于电压衰减测量以验证该技术容纳电荷的能力。在两(2)伏特偏压下所述流过电容器充电电流被稳定在243微安培。随后达到一个饱和电流，电压表中通过电压衰减被执行。在电压衰减后，同样的电容器使用两(2)伏特偏压同时被加热到45℃被充电使用气枪以在电容器中驱动更多的电流。在偏压下使用该热处理导致电容器充电跟多。这个可以通过在这些一或多个实验中达到43微安培的饱和电流来证明这远低于在室温偏压下进行的这些一或多个实验中的243微安培。电压衰减被测量且画于图38中其示出了使用加热和偏压比只是偏压稍微好的结果。通常，在加热下充电被驱动完成的更快。

电荷载体

在一或多个实验中，由加热带来的电流的增加最有可能是电介质内含有的电荷载体移动性在稍微加热下可以更自由的流动。

更长的电压衰减

在一或多个实验中，用于一或多个实验的电容器在本节中称作“热偏压下改变“被充电直到200微法拉的饱和电流被获得。且之后电压衰减测试被执行。在这些一或多个实验中，所述电容器没有连接到电阻负载。结果被示于图39中其中类似电池行为被证明。所述电容器使用两(2)伏特充电且保持充电超过48小时因为这里仍然有电荷留在里面。所述放电可能是非线性行为的结果因为电阻在低电压下的增加和剩余的永久极化。

电极的影响

在一或多个实验中，Kovar电极被应用于建立一或多个本文所述电容器中。在一或多个另外的实验中，铝电极被应用以建立一或多个本文所述的电容器。在一或多个实验的每一个实验中，相同或者随后相同的介质化学被用于一对Kovar电极和一对铝电极上。没有在铝电极上观察到明显的腐蚀特征。实验数据见图40。

金属桥接层的影响

在一或多个实验中，金属桥接层的影响被研究。在一或多个实验中，Kovar电极被使用。电介质被施加于所述电极的内部两侧且部分干燥。在两个电介质层留下的溶剂形成良好的接触，或者良好的润湿，所述内金属层，其同样由Kovar组成。该装置的说明见图34。所述电压衰减被测试且所述金属层相对于一或多个实施例中由有机聚合物制作的内层能获得良好压降的能力被确定。实验结果被描述于图41中。

偏压的影响

在一或多个实验中，电容器首先使用两(2)伏特偏压充电之后放电在此时间中电压衰减被测量和记录。随后放电，所述电容器第二次使用23伏特偏压充电且改电压随后降到两(2)伏特然后放电。对于该电容器的所述电压衰减再次被测量。被证明在一或多个实验结果中电压衰减没有显著的提高。被证明这是因为理想电介质材料展现出很强的非线性行为。用于偏压的高电压会导致高电荷存储但不是线性方式。在高压下电阻降至低值且在高内漏电流下的结果示于图42中。

在一或多个实验中，用于偏压的高电压导致高电荷存储但是仅仅观察到逐步增加且该增加是非线性的。所述电阻在高压下降低到低值导致电容器内的高内部漏电流。如图43所示，在两(2)伏特周围压降很快其中电阻很高以最小化内部漏电流。涂覆有炭黑的传真带被用于内层。传真带的部分被切割且在高极性树脂中浸渍涂覆。随后它被置于涂覆有理想电介质的两个电极之间且所述电荷存储和电容被保持。

纤维素纸

多孔纸与氰基丙烯酸酯以及具有理想电介质的两个kovar电极中的内层一起浸渍。

所述电容器以电阻，电容和电荷存储的形式工作的很好。

主动与被动金属桥接层

在一或多个实验中，所述偏压为两(2)伏特施加在外部金属电极上。所述金属内层没有电压施加且因此被称作被动金属层。外部电极是带负电的且相反电极是待正待的。在一或多个另外的实验中国，偏压被施加于所述内部金属层以和外部电极面对面的对称方式。在这种方式中，所述内部电极带有相同的额电荷且改内部金属层带有相反电极。被证明该电荷提高了一倍。图44A和44B示出了根据一或多个实验的一或多个电容器。所述电压衰减在被动金属层中表现较好且在主动金属层中没有出现该情况如图45示出的实验结果所示。

非线性电荷降低，间隙或电压的电介质

在一或多个试验中，电介质可以具有逆转非线性。本文所公开一或多个电介质在施加电压的形式下可以具有非线性行为且有效电阻在低施加电压下显著升高。施加电容器的电场和施加电压除以电极之间的距离有关。无电压的被动金属层的插入，所述被动金属层的出现使电容器的有效距离增加，且所述电场梯度通过所述被动金属层的增加而降低。这是通过被动层分开的电介质能展现出更高电压衰减的原因因为所述电阻在一个较高的范围且所述电荷建立由于低漏电流而被保持。因为该原因，板之间的空间相对于标准电介质材料在这个理想非线性电介质中具有更有利的反应。在串通电介质中，更多施加的电压导致更好的充电直到电介质击穿达到阈值。本文所公开一或多个电容器与传统电介质相比在低电压下更恰当的被配置。

本文所公开的一或多个电容器可以采用多个以增加电压或电流，取决于构造。在大约两(2)伏特的充电电压中所述一或多个电容器表现优良的特征，多个电容器可以被用以获得类似电池行为。可选择的，电容器的串接或者电介质厚度可以建立电压。例如，十(10)伏特电容器电池可以使用串接的方式叠加多个电容器来建立。

有机和金属桥接层的结合

在一或多个实验中，金属和有机桥接层的结合被用于一或多个电容器中。在一或多个实施例中，掺杂碳的树脂被用作有机内层且Kovar被用作金属内层。一或多个电容器的侧视图见图46A且一或多个电容器的俯视图在图46B。

通过叠加建立电压

在一或多个实验中，为了在保持较大电荷存储能力同时达到更高的输出电压，五(5)内金属层集，在此被称作金属桥接层，在偏压下被用于两(2)个外部电解之间。一个代表例子见图47.

在10V周围电压衰减

本节中一或多个电容器被称作“通过叠加建立电容器”在100伏特电源下充电且之后通过HP仪表放电。电压随时间推移衰减的实验结果见图48。

在一或多个实验中，根据一或多个是合理的电荷建立和放电被执行。所述放电和电压衰减通过仪表完成，然后通过50千欧和20千欧的电阻负载。一或多个实验的实验结果见图49所示的，通过所述仪表的电压在10伏特周围且通过仪表的衰减随时间推移降低。通过50千欧和20千欧的电阻负载观察到更低的电压。这表明高电阻更适合于超级电容器放电。

在一或多个实验中，超级电容器和商业用220微法拉电解液电容器的对比被执行。在一或多个试验中通过20千欧的负载完成的放电如图50所示且在一或多个试验中通过50千欧电阻负载见图51。

电荷存储

所述电荷存储和通过电阻负载的电流流动直接相关。因为所述电压衰减通过已知电阻负载测得，通过所述负载的所述电流流动可以通过在放电阶段在任何给定时间的电压与电阻的比值计算出。在一或多个实验中，通过所指的一或多个电容器的电阻负载的电流流动在此节被称作“通过叠加建立电压”相对于电解质电容器被测量和对比。该实验结果见图52。

累计电荷

在一或多个实验中，每分钟通过所指的一或多个电容器电阻负载的电流流动在此节被称作“通过叠加建立电压”在超过五(5)分钟的时间被集成且和每分钟通过电解质电容器电阻负载的电流流比较。该实验结果见图53。

通过高电阻负载放电

在一或多个实验中，一或多个电荷建立在本节被称作“通过叠加建立电压”使用100伏特被执行接着通过仪表的放电或者电压衰减，然后通过500千欧的电阻负载和100千欧的电阻负载。衰减结果见图54和55。正如所示的，通过仪表的电压在十(10)伏特周围且随着时间降低。通过100K欧阻抗和500K欧阻抗观测到更低的电压。我们可以得到更高的阻抗更好地适用在一个或多个电容器的放电中，同时可以观测到更高的电流。图55为集成电流与时间的示意图。

测量充电电流

在一或多个实验中，一或多个电容器使用七(7)金属内层建立。在这些一或多个实验中，所述一或多个电容器每单位时间被充电和测量。在一或多个电容器中的电流流动被测量且整合以产生进入到所述电容器中的电流。所述电流之后与进入到1000mF电容器中的充电电流相对比。在这种方式中，在一或多个电容器中的所述电荷存储电容器可以和已经的电荷存储容量相比较。实验结果见图56到59。

电压通过堆叠建立具有7层金属层的超级电容器

在一或多个试验中，不同的电压衰减的测量在一或多个电容器中被执行使用七(5)金属内层以示出作为电压函数的电荷的建立。偏置从最外层电极发生且所述电压被分布于各个电极如图60所示。

实验结果见图61其中所述偏置在外部电极上以不同的电压完成。在一或多个实验中，所述相邻电极之间的净电压被数个金属层划分，导致低电压操作体系其中电阻是很好的且电容也很高而漏电流是最小的。

尽管如此，所述电容器需要高偏压以获得良好的电荷建立。在任何两(2)个内层金属之间由电容和电阻的建立。所述系统的有效电阻是发生在串联的每个金属层之间出现的电阻的总和。因为电阻非常高，所以更多的电压被需要以驱动更多电流。相反，偏置步骤后的电压衰减应该展示出对偏压的依赖性。如图61所示，当偏置为50V时所述电压衰减较高，当偏压为11V时，反过来也较高，当偏压为5V时反过来又高。

因为更多的电压被需要以驱动更多的充电电流进入到使用七(5)金属内层的一或多个电容器中，中间电极被用作正极且所述两(2)个外部电极被用作负极如图62所示。因为偏置从最外部电极和中心电极发生，因此所施加的电压被分布于两(2)组超级电容器，每个电容器具有三(3)内金属层。在这些一或多个实验中，所施加的电压被三(3)内金属层划分且所述系统的电阻被切成两半。

这些一或多个偏置构造允许相邻电极之间电压的加倍因为同样的电极通过许多内金属层的一半被施加。因为对于相同的施加电压这里只有相邻电极之间许多系列电阻的一半所以所述电阻被切成两半。电流被确有效的翻了四倍。

在一或多个实验中，通过已知的电阻负载使所述电压衰减使在任何给定时间每单位时间流过负载的电流的测量成为可能。在一或多个实验中，所述电流之后被整合以产生在mA-sec中作为时间的函数的电荷释放。如图63所示，更多的电流从一或多个电容器中被存储和释放其使用作为偏压极的中心内金属层被充电与一个或多个电容器通过其外部电极偏置相对比。

所述理想电介质使一种新的完全集成的具有理想超级电容器装置与其连接的光伏设备成为可能。典型的设计需要光伏太阳能电池。所述超级电容器可以被安装或者建立到背面电极(28)上见图64.该设计是这样的，TCO顶电极(31)，在p型或n型半导体基板(29)顶部的半导体结材料(30)与超级电容器并联通过安全二极管的放置以防止通过所述太阳能电池的背部电流。该图显示了背部电极(28)作为用于一或多个电容器电极的直接支持的一个。另一个被安装于周边间隔件(27)的另一侧且允许电解质的添加。低成本要求所述超级电容器电极通过一种过程制造，该过程和用于光伏膜叠层的制造过程要完全兼容。金属触点和电极可以通过如在光伏制造中的同样方法被沉积。根据一或多个实施例的一个代表性例子见图64。

虽然各种图的优选实施相关的所述实施例已经被描述，但需要明白的是其它相同的类似实施例可以被使用或者用于执行相同功能不偏离于此的修改和补充可以被制用于所述实施例。因此，所公开的实施例不应该被限制于任何单一的实施例，而是应当按照所附的权利要求的广度和范围被解释。

Claims (85)

1.一种电介质材料，包含：

从包括有机物，有机金属单体，或者它们的结合的组中选择的基本连续相材料的至少一层，其中：所述基本连续相材料具有离域电子。

2.如权利要求1所述一种电介质材料，其中：所述有机物从由酞菁，多环式芳香族烃基，芘苯并喹啉衍生物，荧光素，羰基，不饱和酮，蒽酮，荧光素钠，若丹明及它们的组合组成的组中选择。

3.如权利要求1或2所述一种电介质材料，其中：所述有机金属单体从由酞菁，多环式芳香族烃基，芘苯并喹啉衍生物，荧光素，羰基，不饱和酮，蒽酮，荧光素钠，若丹明，以及它们的组合组成的组中选择。

4.如权利要求1或2所述一种电介质材料，其中：所述有机物和所述有机金属单体中一种从铜酞菁，锌酞菁，镁酞菁，镍酞菁，以及它们的组合组成的组中选择。

5.如权利要求1或2所述一种电介质材料，其中：所述有机物和所述有机金属单体材料为颗粒形式具有在0.1到10微米之间的平均颗粒尺寸且被分散于有机载体中。

6.如权利要求5所述一种电介质材料，其中：所述有机载体包括溶剂。

7.如权利要求5所述一种电介质材料，其中：所述有机载体包括具有高极性的树脂。

8.如以上任一权利要求所述一种电介质材料，其中：所述连续相材料从由酞菁，多环式芳香族烃基，芘苯并喹啉衍生物，荧光素，羰基，不饱和酮，蒽酮，荧光素钠，若丹明，化合物，铜酞菁，锌酞菁，镁酞菁，镍酞菁，以及它们的组合组成的组中选择。

9.如以上任一权利要求所述一种电介质材料，其中：所述连续相材料包括以分散形式的第二电介质材料。

10.如权利要求9所述一种电介质材料，其中：所述第二电介质材料从由BaTiO₃，铁电，弛豫介质，氧化铝，二氧化硅，活化二氧化硅，硅铝酸盐，碱金属硅铝酸盐，碱性硅铝酸盐，沸石，双马来酰亚胺-三嗪，氰酸酯，环氧树脂，硅树脂，聚苯乙烯，或它们的组合中选择。

11.具有两个间隔开的电极和具有设置于所述间隔之间的如权利要求1所述电介质材料的厚度的电容器。

12.如权利要求11所述电容器，其中：所述电极包括从由金属，金属合金，碳基导体，石墨，活性炭，碳纳米管，导电聚合物，以及掺杂有碳基导体和金属，以及它们的组合组成的组中选择的导电材料。

13.如权利要求11或12所述电容器，其中：所述电极具有在大约50纳米到大于10,000纳米之间的孔尺寸的高表面积。

14.如权利要求11或12所述电容器，其中：所述电极具有高表面积且用螯合剂掺杂。

15.如权利要求11或12所述电容器，其中：所述电容器具有设置在所述电极与所述电介质的一种之间的至少一界面层。

16.如权利要求11所述电容器，其中：所述电容器具有在所述电介质材料和所述电极之间的一界面层，其中所述界面层至少部分覆盖所述电极。

17.如权利要求11所述电容器，其中：所述电容器具有在所述电介质材料与所述电极之间的一界面层，其中所述界面层完全覆盖所述电极。

18.如权利要求17所述电容器，其中：所述界面层包括从低到高分子量的且具有极性的基于粘性有机的材料。

19.如权利要求1或2所述电介质材料，其中：所述电介质材料包括至少设置一层于另一层顶部的两层。

20.如权利要求2所述电介质材料，其中：所述电介质材料包括至少两层，每一层形成材料来自由从有机物，有机金属单体，或它们的组合组成的组，且进一步包括设置于所述至少两层的每一层之间的一内层。

21.一种电容器，具有两个间隔开的电极和具有一厚度的如权利要求19所述的电介质材料，其中：所述内层由从低到高分子量且具有高极性且掺杂有导电材料的基于粘性有机的材料制作，所述导电材料选自由银，铜，金，石墨，活性炭，导电聚合物，和它们的组合组成的组。

22.一种电容器，具有两个间隔开的电极和具有一厚度的如权利要求20所述的电介质材料，其中：所述内层由从低到高分子量且具有高极性且掺杂螯合剂的基于粘性有机的材料制作。

23.一种电容器，具有两个间隔开的电极和具有一厚度的如权利要求23所述的电介质材料，其中：所述内层由从低到高分子量且具有高极性且掺杂螯合剂的基于粘性有机的材料制作，所述螯合剂具有选自由银，金，石墨，活性炭，铜，铝，和导电聚合物，以及它们的组合组成的组的导电材料。

24.一种电容器，具有两个间隔开的电极和具有一厚度的如权利要求20所述的电介质材料，其中：所述内层由多孔或非多孔的膜制作，所述内层表面的至少一个涂覆有材料，所述材料选自由螯合剂，树脂，掺杂的导电性粒子，碳基材料掺杂有树脂的树脂，或者它们的组合。

25.一种电容器，具有两个间隔开的电极和具有一厚度的如权利要求20所述的电介质材料，其中：所述内层由网状金属屏制作，所述内层表面的至少一个涂覆有所述组中一个，所述组由螯合剂，树脂，掺杂有导电性粒子的树脂，基于掺杂碳的树脂的材料，或它们的组合。

26.一种电容器，具有两个间隔开的电极和具有一厚度的如权利要求20所述的电介质材料，其中：所述内层包括金属。

27.如权利要求26所述电容器，其中：所述金属选自由金，铜，银，铝，可伐合金，青铜，以及它们的组合。

28.一种电容器，具有两个间隔开的电极和具有一厚度的如权利要求20所述的电介质材料，其中：所述内层包括含有至少一个用于控制其温度的流体管道的金属材料。

29.一种电容器，具有两个间隔开的电极和具有一厚度的如权利要求20所述的电介质材料，其中：所述电极包括含有至少一个用于控制其温度的流体管道的金属材料。

30.如权利要求20或29所述电容器，其中：所述金属内层包括含有至少一个用于控制其温度的流体管道的金属材料。

31.一种制作具有第一和间隔开的第二电极且具有一厚度的如权利要求1所述电介质材料的电容器的方法，所述方法包括在所述第一电极的顶部沉淀所述电介质材料和在所述第二电极的上沉积所述电介质材料。

32.一种制作具有两个间隔开的电极且具有一厚度的如权利要求1所述电介质材料的电容器的方法，包括在所述第一电极上沉积介电驰豫振荡器和之后在所述第一电极顶部沉积所述电介质材料，且在所述第二电极上沉积介电驰豫振荡器。

33.一种制作电容器的方法，包括电极界面的沉积和随后如权利要求1所述电介质材料的每一侧的电极材料的沉积，其使用水化学，化学和物理气相沉积中的一种。

34.如之前任一权利要求所述电介质材料，其中：至少两层中的至少一层含有以分散形式的分散电介质材料，其中所述电介质材料选自由BaTiO₃，氧化铝，二氧化硅，活性二氧化硅的硅铝酸盐，碱金属硅铝酸盐，碱性硅铝酸盐，沸石或一种有机物如双马来酰亚胺-三嗪，氰酸酯，环氧树脂，硅树脂，聚苯乙烯以及它们的组合组成的组。

35.一种制作电容器的方法，使用权利要求中的电介质材料通过卷到卷的方式施加到内层或膜的每个表面且随后施加到所述顶电极和所述底电极。

36.一种电容器，包含如以上任一权利要求所述的一厚度的多层电介质材料和实质沉积在所述多层电介质材料的相对表面上设置的两个电极。

37.一种制作如权利要求1或2的电介质材料的方法，包括部分烧结含有有机材料的层，所述有机材料在分子水平上带有离域电子。

38.一种制作如权利要求1或2的电介质材料的方法，包括部分烧结含有有机金属单体材料的层，所述有机金属单体材料在分子水平上带有离域电子。

39.一种制作如权利要求1或2的电介质材料的方法，包括部分烧结含有实质上具有连续相的有机金属单体材料的层，所述连续相具有晶体相。

40.一种制作如权利要求1或2的电介质材料的方法，包括部分烧结含有实质上具有连续相的有机材料的层，所述连续相具有晶体相。

41.一种使以上任一权利要求所述电容器充电的方法，包括在小于0.1的低频下对电容器充电。

42.一种制作电介质材料的方法，包括：

制作载体材料；

混合有机金属单体和所述载体以形成混合物；

对所述混合物施加热处理；且

使所述加热混合物形成所需要的形式。

43.如权利要求42所述方法，其中：所述载体包括树脂。

44.如权利要求42或43的方法，其中：所述载体包括溶剂。

45.如权利要求42或43的方法，其中：所述有机金属单体材料选自由酞菁，多环式芳香族烃基，芘苯并喹啉衍生物，荧光素，羰基，不饱和酮，蒽酮，荧光素钠，若丹明，以及它们的组合。

46.如权利要求45的方法，其中：所述有机金属单体材料包括体积分数在大约20％到大约40％的铜酞菁。

47.如权利要求42的方法，其中：对所述混合物施加热处理包括施加大约为所述混合物的开氏熔点温度的1/10到1/2的热处理。

48.一种形成电容器的方法，包括：

提供第一电极和第二电极；

制作介电混合物包括载体材料和有机金属单体材料的混合；

沉积所述介电混合物的一层到所述第一电极和所述第二电极的至少一个上；且

对所述混合物施加热处理。

49.如权利要求48的方法，其中：所述载体包括树脂。

50.如权利要求48或49的方法，其中：所述载体包括溶剂。

51.如权利要求48或49的方法，其中：所述有机金属单体材料是选自由酞菁，多环式芳香族烃基，芘苯并喹啉衍生物，荧光素，羰基，不饱和酮，蒽酮，荧光素钠，若丹明，以及它们的组合组成的组。

52.如权利要求48的方法，其中：所述有机金属单体材料包括体积分数在约20％到约40％的铜酞菁。

53.如权利要求48的方法，其中：对所述混合物施加热处理包括施加大约为所述混合物的熔点的1/10到1/2的热处理。

54.如权利要求53的方法，其中：施加于所述混合物的热处理包括在第一预定的时间内施加大约为80摄氏度的第一热处理，在第二预定的时间内施加大约为180摄氏度的第二热处理，在第三预定的时间内施加大约为所述有机金属单体熔点一半的第三热处理，在第四预定的时间内施加低于所述第三热处理的温度的第四热处理，且在低于所述第四热处理的温度下施加第五热处理。

55.如权利要求48，53，或54的方法，进一步包括在磁场的存在下施加热处理。

56.如权利要求55的方法，其中：所述磁场具有大约为0.1特斯拉或更大的强度。

57.一种如权利要求48的方法，包括提供横跨第一电极和第二电极之间空间的垫圈，且进一步包括提供由所述垫圈封装的低粘度溶剂。

58.一种如权利要求48的方法，进一步包括提供和所述第一电极联系的多个电极，其中：所述第二电极其比多个电极中的每一个定义了一个较大的尺寸。

59.如权利要求48的方法，进一步包括施加压力到所述电介质混合物。

60.如权利要求59的方法，其中：施加压力包括在所述电介质混合物中提供一或多种溶剂，其中施加热处理到所述电介质混合物上蒸发在所述电介质混合物中的所述一或多种溶剂且从而在此给予压力。

61.如权利要求59的方法，其中：施加压力包括施加机械压力到所述电介质混合物。

62.如权利要求59的方法，其中：所述第一电极和所述第二电极的一个定义了用于允许蒸发从其中穿过的一或多个穿孔。

63.如权利要求48的方法，进一步包括穿过所述第一电极或第二电极的偏压。

64.如权利要求48的方法，其中：施加热处理包括施加热处理到至少部分干燥所述电介质混合物。

65.如权利要求64的方法，其中：提供第一电极和第二电极包括丝网印刷每个所述第一电极和第二电极。

66.如权利要求64的方法，其中：制备电介质混合物包括制备第一电解质混合物和制备与所述第一电介质混合物不同的第二电介质混合物，且进一步包括沉积所述第一电介质混合物到所述第一电极上和沉积所述第二电介质混合物到所述第二电极上。

67.如权利要求48的方法，其中：施加热处理到所述混合物上包括在沉积所述电介质材料的至少一层到所述第一电极和第二电极上之前施加热处理到所述混合物上。

68.如权利要求67的方法，其中：施加热处理包括施加热处理以部分干燥所述电介质混合物。

69.如权利要求48的方法，进一步包括在一个紧密的间隔开的关系内定位所述第一电极和第二电极以形成电容器。

70.一种方法，使用如以上任一权利要求的电容器以类似电池的方式存储电荷，且进一步包括运输所述能量。

71.一种方法，使用由如以上任一权利要求的电容器制作的瓦管为装置供电。

72.一种方法，使用从如以上任一权利要求制作的能量储存装置为电脑装置供电。

73.一种方法，使用从如以上任一权利要求的方法制作的能量存储装置从太阳能板或风力发电机组存储能量。

74.一种方法，使用从如以上任一权利要求的方法制作的能量存储装置为电设备存储能量和供电。

75.一种方法，用于层叠串联电容器以增加电荷存储，其中：所述电容器为多个如以上任一权利要求的电容器。

76.一种方法，偏置多个电容器以增加电荷存储，其中：所述电容器为多个如以上任一权利要求的电容器。

77.使从含有多个电容器的装置中具有高输出功率的方法，其中：所述电容器为多个如以上任一权利要求的电容器。

78.如以上任一权利要求的方法，其中：偏压从所述电极的内侧部分或外侧部分中一个施加。

79.如以上任一权利要求的方法，其中：偏压从所述电极的内侧部分或外侧部分中一个施加。

80.如以上任一权利要求的方法，其中：偏压从形成于所述电介质材料的内部电极施加。

81.如以上任一权利要求的方法，其中：所述一或多个电极为磁性和顺磁性。

82.一种电介质材料，包括：

大体上连续相材料的至少一层选自包括有机物，有机金属单体，或它们的结合的组其中所述大体上连续相材料具有在大约10分钟到大约100小时的介电弛豫时间。

83.一种电介质材料，包括：

大体上连续相材料的至少一层选自包括有机物，有机金属单体，或它们的结合的组其中所述大体上连续相材料具有在大约2000到大约100,000的介电常数。

84.如以上任一权利要求所述的电容器，其中：所述形成的电介质材料具有在1到12,000密耳之间的厚度。

85.如以上任一权利要求所述的电容器，其中：所述电容器交互的耦合于光伏系统。

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