CN104380410A - 含聚乙炔类的器件与方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施方案涉及牵涉含聚乙炔的聚合物的储存能量的组合物，器件和方法。

Description

含聚乙炔类的器件与方法
相关申请
根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2012年4月13日提交的共同未决的美国临时申请序列号61/623,887的优先权，为了所有目的，其内容在此通过参考全文引入。
发明领域
公开了电能储存用器件以及相关方法。
发明背景
已表明超级电容器，或电化学双层电容器比含电池组的其他能量储存器件实现更高的功率和更长的循环。超级电容器具有可用于宽范围应用的潜力，其中包括机动车(例如混合动力汽车)，电子设备，和要求电源的其他应用。然而，它们广泛的用途受到局限，因为在制造中使用昂贵的材料和复杂的处理工序。
发明概述
提供电能储存器件，以及相关的方法。在一些实施方案中，电能储存器件包括第一电极，所述第一电极包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物；与第一电极电化学连通的第二电极；排列在第一和第二电极之间的多孔隔板材料；和与第一和第二电极电化学连通的电解质。
还提供制造电能储存器件的方法。该方法可包括在基底的表面上形成导电材料，所述导电材料包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。
还提供储存电能的方法。该方法可包括施加电场到器件上，所述器件包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。
附图简述
图1A示出了能量储存器件的图示。
图1B示出了电能储存器件的另一图示。
图2示出了例举的未取代聚乙炔的化学结构。
图3示出了在各种充电状态下，含聚乙炔的器件的电压的图表。
图4示出了在第一放电曲线上，含聚乙炔的器件的估计的电容图表。
图5示出了在含聚乙炔的器件的充电/放电过程中，一体化的能量输入和输出的图表。
图6示出了具有聚乙炔作为正电极的单电池超级电容器的图示。
图7示出了具有平行连接且具有聚乙炔作为正电极的三个电池(三个一组)的多电池超级电容器的图示。
当结合附图考虑时，根据下述详细说明，本发明的其他方面，实施方案和特征将变得显而易见。附图是示意图且不打算按比例画出。为了清楚的目的，在每一附图中没有标记每一组件，也没有示出本发明每一实施方案的每一组件，在其中不需要阐述的情况下，以允许本领域的普通技术人员理解本发明。在此通过参考引入的所有专利申请和专利通过参考引入它们的全文。在冲突的情况下，本发明的说明书，其中包括定义占主导。
详细说明
本文的实施方案涉及储存能量(例如，电能)的组合物，器件和方法。在一些情况下，描述了含相对便宜和可容易获得的导电材料，例如含聚乙炔的聚合物的器件。
在一些实施方案中，提供一种能量储存器件。例如，该器件可以是电化学双层电容器，也称为超级电容器(supercapacitor)，超级电容器(supercondenser)，电化学双层电容器或超电容器。典型地，该器件在电场中可以储存能量(例如电能)，所述电场由在两种电活性材料(例如，电极和电解质)之间的界面处的电荷分离建立。能量储存器件的通用实施方案可包括第一电极，与第一电极电化学连通的第二电极，以及在第一和第二电极之间排列的隔板材料(例如，多孔隔板材料)。在一些实施方案中，第一电极是是阴极和第二电极是阳极。在一些实施方案中，第一电极是阳极和第二电极是阴极。该器件包括电解质或与两个电极接触时可溶解成阴离子和阳离子的其他移动相。可组装该器件中的组件，使得电解质排列在第一和第二电极之间。
图1A示出了本文描述的器件的示意性实施方案。在所示的实施方案中，单电池器件10包括第一电极20，它包括与基底24接触的导电材料22。可与电极20相邻地形成隔板材料40。第二电极30可与第一电极电化学连通排列。例如，如图1所示，电极30包括与基底34接触的导电材料32，其中导电材料32与隔板材料40的表面接触，所述隔板材料40的表面与导电材料22接触的隔板材料的表面相对。电解质可以与电极20和电极30二者接触地排列。
在一些情况下，该器件可以是单电池器件，也就是说，该器件可包括两种导电材料，其中各自在不同基底上形成，且每一导电材料排列在隔板材料的相对侧上，如图1A-B所示。在一些情况下，该器件可以是多电池器件，例如如图7所示。应当理解，存在其他实施方案，其中组件的数量和取向会变化。在一些实施方案中，器件组件中的一种或更多种可形成为薄膜。
在一个实施方案中，第一和第二电极可置于基本上平面的隔板材料的相对表面上，其中隔板材料的厚度决定了电极之间的距离。
本文描述的一些实施方案牵涉使用含取代或未取代的聚乙炔的聚合物，正如以下更加充分地描述的。在一些情况下，该聚合物可具有取代或未取代的聚乙炔主链。在一些情况下，该聚合物可以是共聚物(例如，无规共聚物，嵌段共聚物等)，其中的一部分可具有取代或未取代的聚乙炔主链。在一些情况下，取代或未取代的聚乙炔聚合物可作为器件内部的n-型材料排列在器件内。术语“n-型材料”被给出现有技术中其普通的含义，且是指与正载流子(空穴)相比，具有更多负载流子(电子)的材料。在一些情况下，取代或未取代的聚乙炔聚合物可作为器件内部的p-型材料排列在器件内。术语“p-型材料”被给出现有技术中其普通的含义，且是指与负载流子(电子)相比，具有更多正载流子(空穴)的材料。本领域的普通技术人员能选择适合于在特定的应用中使用的特定的聚乙炔聚合物。在一些实施方案中，可选择聚乙炔聚合物包括各种吸电子基团。吸电子基团的实例包括，但不限于，氟，硝基，氰基，羰基，磺酰基，卤代芳基(例如，氟代芳基)和卤代烷基(例如，氟代烷基)。在一些实施方案中，可选择聚乙炔聚合物，以包括各种供电子基团。供电子基团的实例包括，但不限于，烷基，氨基，甲氧基和类似基团。
在一些情况下，第一电极包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。在一些情况下，第二电极包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。在一些情况下，第一和第二电极二者均包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。在一些情况下，该聚合物可以是被一氧化碳基团取代的聚乙炔聚合物。在一些情况下，该聚合物可排列为复合材料的一种组分。例如，该复合材料可包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物结合其他组分，例如碳纳米管，活性炭或金属氧化物。
在一些实施方案中，第一电极包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。在一些情况下，第一电极可包括复合材料，所述复合材料包括含聚乙炔的聚合物。第一电极可包括额外的组分，例如与聚合物物理接触的电荷集电体(charge collector)材料。例如，该聚合物可以在含电荷集电体材料的基底表面上形成，即该聚合物可以在导电板基底上形成。电荷集电体材料可以是促进双层电容器内部电荷分离的任何材料。在一些情况下，电荷集电体材料包括金属和/或碳-基材料。电荷集电体材料的实例包括铝，聚乙炔，和玻碳(glassy carbon)。
在一些实施方案中，第二电极可包括导电材料，其中包括碳-基材料或导电聚合物。例如，第二电极可包括碳，活性炭，石墨，石墨烯，碳纳米管，和/或导电聚合物，例如聚噻吩，聚吡咯和类似物。在一些情况下，第二电极包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物作为导电材料，或除了该导电材料以外，还包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。在一些情况下，第二电极可包括复合材料，所述复合材料包括含聚乙炔的聚合物。第二电极可包括额外的组分，例如与导电材料物理接触的电荷集电体材料。例如，可在含电荷集电体材料的基底表面上形成导电材料。在一些情况下，电荷集电体材料包括金属，和/或碳-基材料。电荷集电体材料的实例包括铝，聚乙炔和玻碳。
本文中描述的电极，其中包括具有含聚乙炔的聚合物的电极，可包括可改进含聚乙炔的聚合物或电极的性能，稳定性和/或其他性能的额外的组分。例如，电极可包括粉末形式的导电材料，且可进一步包括将粉末颗粒粘结在一起的材料。其他添加剂或改性剂的实例包括金属盐，金属氧化物，聚二甲基硅氧烷，聚苯乙烯，聚丙烯，硅油，矿物油，烷属烃，纤维素聚合物，聚丁二烯，聚新戊二烯，天然橡胶，聚酰亚胺或其他聚合物。
在一些情况下，可由含有包括取代或未取代的聚乙炔的聚合物和流体载体的混合物制造至少一部分电极。例如，可使用该混合物，借助流延方法或其他方法，形成含有取代或未取代的聚乙炔的薄膜或层。可使用该薄膜或层作为电极内部的活性层的一部分。在一些情况下，该薄膜或层可用作第一电极内的活性层。在一些情况下，该薄膜或层可用作第二电极内的活性层。在一些情况下，该薄膜或层的厚度范围可以是约0.001mm-约100mm,0.01mm-约100mm,0.01mm-约10mm，或在一些情况下，约0.01mm-约1mm。
在一些情况下，可结合含聚乙炔的聚合物与相对于含聚乙炔的聚合物，具有不同化学结构，分子量，聚合物长度，聚合物形貌(morphology)和/或其他聚合物特征的一种或更多种聚合物。例如，包括含聚乙炔的聚合物的聚合物共混物可在本文描述的器件中使用。在一些情况下，可结合含聚乙炔的聚合物与导电聚合物。例如，该导电聚合物可以是聚苯胺的衍生物，聚亚苯基，聚亚芳基，聚(双噻吩亚苯基)，梯状聚合物，聚(亚芳基亚乙烯基)或聚(亚芳基亚乙炔基)，其中任何一种被任选取代。在一些实施方案中，导电聚合物是任选取代的聚噻吩或其与其他共轭芳族或烯烃单元的共聚物。在一些实施方案中，导电聚合物是任选取代的聚吡咯或其与其他共轭芳族或烯烃单元的共聚物。
隔板材料(例如，多孔隔板材料)可以是能物理隔离第一和第二电极，同时还允许流体和/或荷电物种(例如电解质)从一个电极行进到另一电极的任何材料。也可选择隔板材料对器件中的其他组分化学惰性，以便不干扰器件的性能(例如，器件的充电/放电)。在一些情况下，隔板材料是纸张。在一些情况下，隔板材料包括聚合物。例如，该聚合物可包括聚丙烯，聚乙烯，纤维素，聚芳醚，或氟聚合物。在一些情况下，隔板材料是多孔隔板材料。
器件或它的一部分中的任何组件可以是多孔的，或者可具有足够数量的孔隙或间隙，使得该组件或其中的一部分容易被例如流体穿过或渗透。在一些情况下，通过有利地促进荷电物种扩散到器件的电活性的部分中，多孔材料可改进器件的性能。在一些情况下，通过增加器件中电活性部分的表面积，多孔材料可改进器件的性能。在一些实施方案中，可改性一部分电极成为多孔的。在一些实施方案中，可选择至少一部分隔板材料是多孔的。
该器件可进一步包括与第一和第二电极电化学连通排列的电解质。该电解质可以是能在两个电极之间传输荷正电或者荷负电的离子或二者的任何材料，且应当与电极化学相容。在一些情况下，选择电解质能支持高的电荷稳定性。在一些实施方案中，电解质包括液体。在一组实施方案中，电解质是离子液体。电解质的其他实例包括碳酸亚乙酯溶液或碳酸亚丙酯溶液，它们中的任何一种包括具有化学式[(R)4N+][X-]的至少一种盐，其中X是(PF6)-，(BF4)-，(SO3Ra)-，(RaSO2-N-SO2Ra)-，CF3COO-，(CF3)3CO-或(CF3)2CHO)-，其中R是烷基，和Ra是烷基，芳基，氟代烷基或氟代芳基。在一些实施方案中，铵离子中的氮可以是环体系的一部分。在另一实施方案中，电解质可包括季氮物种，其中氮具有sp2电子结构，例如咪唑鎓阳离子。
在一些实施方案中，可选择电解质基本上不具有含金属的物种(例如，金属或金属离子)，或者可包括小于约1％,小于约0.1％,小于约0.01％,小于约0.001％，或小于约0.0001％的金属或金属离子，基于电解质的总量。在一些实施方案中，可选择电解质基本上不具有含锂的物种或含锂离子的物种。在一些实施方案中，电解质不包括含金属的物种。
还提供使用本文描述的任何一种器件，储存电能的方法。例如，该方法可牵涉施加电场到本文描述的器件上。在一些实施方案中，该器件可显示出约50Farad/g,约100Farad/g,约150Farad/g,约200Farad/g(例如，约220Farad/g),约300Farad/g,约400Farad/g,或在一些情况下，约500Farad/g的比电容。例如，该器件可显示出范围为约50Farad/g-约500Farad/g,约100Farad/g-约500Farad/g,约200Farad/g-约500Farad/g,约300Farad/g-约500Farad/g，或约400Farad/g-约500Farad/g的比电容。
在一些实施方案中，该器件可储存约50kJ/kg,约100kJ/kg,约200kJ/kg,约300kJ/kg,约400kJ/kg,约500kJ/kg,约600kJ/kg的电能。在一些情况下，该器件可储存约50kJ/kg至约600kJ/kg的电能。
在一些情况下，该器件被充电到约1.5V,约2.0V,约2.5V(例如，约2.7V),约3.0V或约3.5V。
本文中公开的器件与方法可以能实现相对高的比能量密度。在一些实施方案中，该器件可实现超过受热力学还原/氧化电势局限的器件，例如电池组(例如，含锂或含锂离子的电池组)产生的比能量密度。本文公开的器件和方法可供应单独的电池电压，它超过会导致由类似材料制造的电池组的热力学极限。在一些实施方案中，该器件的比能量密度为约100kJ/kg,约200kJ/kg,约300kJ/kg,约400kJ/kg,约500kJ/kg，或约600kJ/kg，基于电极内部的导电材料，和若存在的话，含聚乙炔的材料的总重量。例如，在其中电极包括复合材料(该复合材料包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物)和导电材料的实施方案中，比能量密度以导电材料和含取代或未取代的聚乙炔的聚合物的总重量为基础。
本文中公开的至少一些器件提供能量储存机械装置，所述能量储存机械装置包括(1)静电储存在导体电极和电解溶液电解质的表面处通过在Helmholtz双层中分离电荷实现的电能；和(2)在至少一个电极表面上电化学储存通过氧化还原反应或者通过导致在电极上的可逆法拉第电荷转移的具体地吸附的离子实现的电能。
还提供本文描述的器件的制造方法。该方法可牵涉在基底，例如电荷集电体基底(例如导电板)的表面上形成导电材料，所述导电材料包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。该方法可进一步牵涉与导电材料接触地排列隔板材料。例如，可通过在第一基底表面上形成包括含聚乙炔的聚合物的第一导电材料，和与第一导电材料接触地排列隔板材料的第一表面，从而制造器件。然后与隔板材料的第二相对侧接触地排列第二导电材料，使得第一导电材料与第二导电材料电化学连通。也可排列隔板材料，物理分离第一和第二导电材料。该方法可进一步牵涉与第一和第二电极接触地排列电解质。图1A-B示出了本文描述的器件的示意性实施方案。
可使用各种方法，其中包括蒸发，聚合，喷墨印刷，流延方法，其中包括滴流延和旋转流延和类似方法，在基底上形成本文描述的导电材料。在一些情况下，导电材料为固体形式，然后在基底上排列/组装。例如，导电材料(例如，含聚乙炔的聚合物)可以是粉末形式，且排列在基底和另一器件组件(例如，多孔隔板材料)之间。在其他情况下，结合导电材料与流体载体或溶剂，溶液，分散液或悬浮液，并借助流延方法(例如，旋转流延，滴流延等)或者通过印刷(例如喷墨印刷)，在基底上形成导电材料。例如，可提供包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物和流体载体的混合物，然后形成为薄膜。在一些情况下，可使用这些方法，形成厚度范围为约0.01mm-约1mm的薄膜。在其他情况下，在基底上直接合成含聚乙炔的聚合物。可通过各种方法处理导电材料，改进加工性，物理和/或机械稳定性和/或器件性能。在一些情况下，在基底上形成导电材料之前，可对导电材料进行施加高压。例如，导电材料(例如，含聚乙炔的聚合物)可以是粉末形式，然后将其置于液压机上，形成粒料，薄膜或其他形状。在一些情况下，可将导电材料置于交联条件下和/或进行溶剂处理。
正如本文中描述的，该器件可包括含聚乙炔的聚合物。在一些情况下，该器件包括取代或未取代的聚乙炔。在一些情况下，该器件包括含聚乙炔的共聚物。该聚合物主链可包括顺式双键，反式双键，或其组合。在一些实施方案中，该聚合物可包括下述结构，
其中：
R1，R2，R3和R4可以相同或不同且各自是H，烷基，杂烷基，芳基，杂芳基，杂环基，卤素基，氰基，磺酰基，硫酸基，膦酰基，磷酸基或羰基(例如，羧酸根，酮，例如烷基羰基或芳基羰基等)，任何一个基团被任选取代；和
m和n各自大于1。
在一些实施方案中，R1，R2，R3和R4各自是H。在一些实施方案中，R1，R2，R3和R4中的至少一个是卤素基(例如氟)。
在一些实施方案中，该聚合物具有下述结构：
其中m和n大于1。
在一些实施方案中，该聚合物具有下述结构：
其中：
R1，R2，R3和R4可以相同或不同且各自是H，烷基，芳基，卤素基，氰基，磺酰基，硫酸基，膦酰基，磷酸基或羰基(例如，羧酸根，酮，例如烷基羰基或芳基羰基等)，任何一个基团被任选取代；和
m,m',n和n'各自大于1。
在一些实施方案中，该聚合物具有下述结构：
其中：
R1，R2，R3和R4可以相同或不同且各自是H，烷基，芳基，卤素基，氰基，磺酰基，硫酸基，膦酰基，磷酸基或羰基(例如，羧酸根，酮，例如烷基羰基或芳基羰基等)，任何一个基团被任选取代；和
m,m',n,n'和o各自大于1。
在本文公开的任何实施方案中，n,n',m,m'和o相同或不同，且是2至10,000，或10至10,000，或100至10,000，或100至1,000的整数。含聚乙炔的聚合物的分子量可以是约500至约1,000,000，或约500至约100,000，或约10,000至约100,000等。
本文描述的方法可牵涉合成含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。在一些情况下，可在流体载体，例如甲苯存在下，合成聚合物。例如，可使用阳离子方法，金属催化的插入反应，或通过金属环丁烯中间体进行的金属亚烷基反应(也称为开环易位聚合，若乙炔被视为二元环状烯烃的话)等方法，生产聚合物。典型地，在反应容器中，在合适的条件下，单体物种，或单体物种的组合暴露于催化剂或催化剂混合物下，生产聚合物。在一些情况下，单体物种包括碳碳三键。在一些情况下，单体物种包括碳碳双键。在一些情况下，单体物种包括羰基或C＝O基。单体物种可以在蒸气相内或者在溶液相内，且可在反应容器内与流体载体或溶剂(例如，有机溶剂)任选地结合。在一个示意性的实施方案中，可将乙炔气引入到含有催化剂或催化剂混合物的反应容器中。在一些情况下，可合成凝胶形式的聚合物，即用溶剂和/或其他添加剂溶胀。在一些情况下，可在基底上直接合成聚合物(例如，聚乙炔)，例如以薄膜形式。
在一些情况下，该方法牵涉聚合至少一种含碳碳三键的单体物种，形成含聚乙炔的聚合物。碳碳三键可以未取代(例如，乙炔)或者被一个或更多个取代基取代。在一些情况下，单体物种可在额外的单体存在下聚合(例如，形成共聚物)。额外的单体物种的实例包括一氧化碳，二硫化碳，和类似物。在一组实施方案中，含碳碳三键的单体物种和一氧化碳共聚，形成含α,β-不饱和羰基物种的聚合物。
本领域的普通技术人员能选择适合于在合成本文描述的聚合物中使用的催化剂或催化剂混合物。该催化剂可以是固体形式(例如，颗粒)，或与溶剂结合，形成溶液，悬浮液或分散液。在一些情况下，催化剂是含金属的催化剂或催化剂混合物。例如，催化剂或催化剂混合物可包括铝，钛，钨，钌，铑，钼或其组合。在一些情况下，催化剂可以是含钛和铝的混合物(例如，Ziegler-Natta催化剂)。在一些实施方案中，催化剂或催化剂混合物可包括钌，铑，钨，或钼。催化剂和催化剂混合物的实例包括，但不限于，Ziegler-Natta催化剂(例如，由苄叉-双(三环己基膦)二氯-钌(Grubbs第一代催化剂)，苄叉[1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-次咪唑啉基]二氯-(三环己基膦)钌(Grubbs第二代催化剂)和Schrock催化剂(例如，三(叔丁氧基)(2,2-二甲基次丙基)(VI)钨制备)。
在一些情况下，催化剂或催化剂混合物为颗粒形式。例如，颗粒可以是生成气溶胶的催化剂颗粒。
在一些情况下，本文描述的聚合物可作为高度结晶的聚合物形式生产。在一些情况下，聚合物可形成基本上被固定的固态结构。
可在额外的组分存在下进行聚合步骤。例如，可在添加剂存在下聚合单体物种，使得添加剂捕获或分散在所得聚合物材料当中。可选择这种添加剂为可提高器件性能，例如提高充电，放电和/或充电状态的稳定性的电活性材料(例如，聚合物)。
在一些情况下，添加剂可以是可在聚合后除去钝性材料。例如，可在添加剂存在下聚合单体物种，其中至少一些添加剂在聚合后除去，以生产多孔聚合物材料。在一些情况下，可通过热处理，除去添加剂。在一些情况下，可通过用溶剂处理，除去添加剂。
例如，可在相分离聚合物存在下进行聚合，所述相分离聚合物可在聚合后除去，以得到多孔材料。在不希望束缚于任何理论的情况下，由于器件的电容可以与电极与电介质之间的界面的表面积成正比，因此，增加界面的表面积可增加在器件内储存的能量量。
可在聚合过程中使用的添加剂的其他实例包括其他聚合物和/或改性剂，例如聚二甲基硅氧烷，聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，硅油，矿物油，烷属烃，纤维素聚合物，聚丁二烯，聚新戊二烯，天然橡胶或聚酰亚胺。
本领域的普通技术人员能选择适合于特定聚合反应的一组条件。例如，可基于单体物种的化学性质(例如，催化剂，溶剂等的选择)，在空气和/或水存在下催化剂的稳定性，和/或各种反应组分彼此的相容性(例如可溶性)，来选择条件。合成含取代或未取代的聚乙炔的聚合物的例举方法描述于例如Liu等人的"Acetylenic Polymers:Syntheses,Structure,and Functions,"Chem.Rev.2009,109,5799；MacInnes等人的"Organic Batteries:Reversible n-and p-TypeElectrochemical Doping of Polyacetylene,(CH)X,"J.C.S.Chem.Comm.1981,371；和Ito等人的"Simultaneous Polymerization and Formationof Polyacetylene Film on the Surface of Concentrated SolubleZiegler-Type Catalyst Solution,"J.Polymer Science 1974,12,11中，为了所有的目的，所述文献的内容在此通过参考全文引入。
可在制造电极之前和/或之后，或者在聚合步骤之前，之中或之后，处理含聚乙炔的聚合物，以改进器件的性能，稳定性和/或其他性能。在一些情况下，可处理聚合物，以提高器件的电荷储存能力。在一些情况下，可处理聚合物，以稳定聚合物材料。这种处理可包括用二氯烯酮(Cl2C＝C＝O)，芳族重氮鎓盐(Ar-N2+)，二硫化物(R-S-S-R)，有机氯化硫(RS-Cl)，氯化硫(SCl2和S2C12)，金属盐和氧化物，其中包括MnO2或Mn(OAc)2，硅烷(例如，RnSH4，其中R可以是烷基，芳基，乙烯基，烷氧基，烷氧基，苯氧基羧酸根和n＝0-4)和二硅烷类，具有一个或更多个硅烷基(例如，SiH)的化合物，其中包括低聚物和环状化合物，含氢化硅的聚合物，例如与聚二甲基硅氧烷的共聚物，酚类，其中包括位阻酚(例如，丁化羟基甲苯(BHT)及其衍生物)，和其他自由基清除剂处理。例如，可在稳定剂存在下进行聚合步骤，使得稳定剂分散在使得聚合物材料当中。
本文描述的方法可提供制造包括含聚乙炔的聚合物的材料与器件的简化的方法。在一些实施方案中，可提供形成含聚乙炔的颗粒，薄膜或其他材料的连续方法。连续法可牵涉聚合在冷凝相(例如溶液相)内溶解的单体或者直接聚合气相单体。
例如，该方法可牵涉连续移动多个基底穿过各种反应区，形成含聚乙炔的材料。在一些情况下，基底可穿过第一反应区，其中可在该基底上形成催化剂材料(例如，催化剂颗粒)。含催化剂材料的基底然后可穿过含单体物种(例如乙炔气)的第二反应区，其中在催化剂材料上在基底的表面处发生聚合。这些方法可便于生产大量的含聚乙炔的材料和/或在相对大的表面积上形成含聚乙炔的材料。
基底可以是如本文所述的，能支持电极与电解质的任何材料。可选择基底，具有与器件中的其他组件类似的热膨胀系数，以促进粘合并防止在各种温度下各组件的分离。在一些情况下，基底可包括能在例如双层电容器内促进电荷分离的材料，即基底可充当电荷集电体。基底的实例包括金属(例如，铝)或含金属的基底，聚合物基底，和碳-基(例如，碳，玻碳，活性炭，石墨烯，石墨，一氧化碳等)基底。基底的尺寸可以是针对特定的最终用途所需的任何长度，宽度和厚度，且可以是正方形，矩形，圆形或其他形状。
各种流体载体或者溶剂可以适合于在本文描述的实施方案中使用。在一些情况下，流体载体可以是有机溶剂。在一些情况下，流体载体可以是含水溶剂。流体载体和溶剂的实例包括，但不限于，水，氯仿，二氧化碳，甲苯，苯，己烷，二氯甲烷，四氢呋喃，乙醇，丙酮或乙腈。
本文中所使用的术语“聚合物”以现有技术中它的通常含义给出，且是指包括任选地含侧挂侧基的主链(例如，非共轭主链，共轭主链)的延长的分子结构，其中“主链”是指聚合物的最长的连续键路径。聚合物也可包括低聚物。在一些实施方案中，聚合物包括非共轭聚合物主链。在一些实施方案中，至少一部分聚合物共轭，即该聚合物具有电子密度或电荷可沿着其传导的至少一部分，其中电荷是指“离域”的。在一些情况下，聚合物是π-共轭聚合物，其中参与共轭的p-轨道可具有与相邻的共轭p-轨道充足的重叠。在一些情况下，聚合物是σ-共轭聚合物。在一个实施方案中，至少一部分主链共轭。在一个实施方案中，全部主链共轭且该聚合物被称为“共轭聚合物”。能传导电荷的具有共轭π-主链的聚合物也可被称为“导电聚合物”。在一些情况下，共轭π-主链可通过直接参与共轭的原子的平面来定义，其中该平面来自于p-轨道的优选排列，以最大化p-轨道的重叠，从而最大化共轭和电子传导。
本文中所使用的术语“烷基”是指饱和脂族基团的残基，其中包括直链烷基，支链烷基，环烷基(脂环基)，烷基取代的环烷基，和环烷基取代的烷基。在一些实施方案中，直链或支链烷基在其主链内可具有小于或等于30个碳原子，和在一些情况下，小于或等于20个碳原子。在一些实施方案中，直链或支链烷基在其主链内具有小于或等于12个碳原子(例如，对于直链来说，C1-C12，和对于直链来说，C3-C12)，或者在一些情况下，小于或等于6个碳原子，或者小于或等于4个碳原子。同样，一些环烷基在它们的环结构内具有3-10个碳原子，或者在环结构内具有5，6或7个碳。烷基的实例包括，但不限于，甲基，乙基，丙基，异丙基，环丙基，丁基，异丁基，叔丁基，环丁基，己基，环己基和类似基团。
术语“杂烷基”是指其中一个或更多个碳原子被杂原子取代的本文描述的烷基。合适的杂原子包括氧，硫，氮，磷和类似原子。杂烷基的实例包括，但不限于，烷氧基，氨基，硫酯和类似基团。
术语“芳基”是指任选取代的芳族碳环基团，它具有单个环(例如，苯基)，多个环(例如联苯基)，或其中至少一个是芳环的多个稠环(例如，1,2,3,4-四氢萘基，萘基，蒽基或菲基)。也就是说，至少一个环可具有共轭π电子体系，而其他相邻的环可以是环烷基，环烯基，环炔基，芳基和/或杂环基。芳基可以被任选取代，正如本文中描述的。
“碳环芳基”是指其中在芳环上的环原子是碳原子的芳基。碳环芳基包括单环的碳环芳基和多环或稠合的化合物(例如，两个或更多个相邻的环原子共享两个相邻的环)，例如萘基。
术语“杂芳基”是指含至少两个杂原子作为环原子的芳基。
术语“杂环基”是指含有至少一个杂原子作为环原子，在一些情况下，1-3个杂原子作为环原子和其余环原子是碳原子的环状基团。合适的杂原子包括氧，硫，氮，磷和类似原子。在一些情况下，杂环可以是3-到10-元环结构，或在一些情况下，3-到7-元环，其环结构包括1-4个杂原子。术语“杂环”可包括杂芳基(例如，芳族杂环)，饱和杂环基(例如，环杂烷基)，或其组合。杂环可以是饱和分子，或者可包括一个或更多个双键。在一些情况下，杂环是芳族杂环，例如吡咯，吡啶和类似物。在一些情况下，杂环可以连接或稠合到额外的环上，形成多环基团。在一些情况下，杂环可以是大环的一部分。杂环也可稠合到螺环基团上。在一些情况下，杂环可以借助环内的氮或者碳原子连接到化合物上。
杂环包括例如噻吩，苯并噻吩，噻蒽，呋喃，四氢呋喃，吡喃，异苯并呋喃，苯并吡喃，氧杂蒽，二苯并氧硫杂环己二烯，吡咯，二氢吡咯，吡咯烷，咪唑，吡唑，吡嗪，异噻唑，异噁唑，吡啶，吡嗪，嘧啶，哒嗪，吲嗪，异吲哚，吲哚，吲唑，嘌呤，噻嗪，异喹啉，喹啉，酞嗪，二氮杂萘，喹喔啉，喹唑啉，邻二氮杂萘，蝶啶，咔唑，咔啉，三唑，四唑，噁唑，异噁唑，噻唑，异噻唑，菲啶，吖啶，嘧啶，邻二氮杂菲，吩嗪，吩砒嗪，吩噻唑，呋咱，吩嗪，吡咯烷，氧杂环戊烷，硫杂环戊烷，噁唑，噁嗪，吡啶，高哌啶(六亚甲基亚胺)，哌嗪(例如，N-甲基哌嗪)，吗啉，内酯，内酰胺，例如氮杂环丁酮和吡咯烷酮，磺内酰胺，磺内酯，它们的其他饱和和/或不饱和衍生物，和类似物。杂环的环可在一个或更多个位置处被本文描述的这些取代基任选取代。在一些情况下，杂环可借助杂原子的环原子(例如，氮)，键合到一个化合物上。在一些情况下，杂环可借助碳环原子键合到一个化合物上。在一些情况下，杂环是吡啶，咪唑，吡嗪，嘧啶，哒嗪，吖啶，吖啶-9-胺，联吡啶，二氮杂萘，喹啉，苯并喹啉，苯并异喹啉，菲啶-1,9-二胺或类似物。
本文中所使用的术语“卤素基”是指-F,-Cl，-Br，或-I。
术语“羧基”，“羰基”和“酰基”是本领域公知的且可包括可用下述通式表示的这一部分：
其中W是H，OH，O-烷基，O-烯基，或其盐。在W是O-烷基的情况下，该式代表“羧酸”。术语“羧酸根”是指阴离子羧基。一般地，在上式中的氧原子被硫取代的情况下，该式代表“硫代羰基”。在W是S-烷基的情况下，该式代表“硫酯”。在W是SH的情况下，该式代表“硫代羧酸”。另一方面，在W是烷基或芳基的情况下，上式代表“酮”基(例如，烷基羰基，芳基羰基，等)。在W是氢的情况下，上式代表“醛”基。
任何上述基团可被任选取代。本文中所使用的术语“取代”被认为包括所有可允许的有机化合物的取代基。“可允许”是在本领域普通技术人员已知的价态化学规则的范围内。要理解，“取代的”还包括取代导致稳定的化合物，例如不自发经历转变，例如通过重排，环化，消除等。在一些情况下，“取代的”通常可以是指氢被本文描述的取代基取代。然而，本文中所使用的“取代的”不包括通过它来鉴定分子的关键官能团的取代和/或改变，例如使得“取代的”官能团通过取代变为不同的官能团。例如，“取代的苯基”必须仍然包括苯基部分，且在这一定义中，不可能被取代改性成为例如吡啶环。在广泛的方面上，可允许的取代基包括有机化合物的无环和环状，支化和未支化，碳环和杂环，芳族和非芳族取代基。示意性的取代基包括例如本文描述的那些。对于合适的有机化合物来说，可允许的取代基可以是一种或更多种且相同或不同。对于本发明的目的来说，杂原子，例如氮可具有氢取代基和/或满足杂原子的价态的本文描述的有机化合物的任何可允许的取代基。
取代基的实例包括，但不限于，卤素，叠氮化物，烷基，芳烷基，烯基，炔基，环烷基，羟基，烷氧基，氨基，硝基，氢硫基，亚氨基，酰胺基，膦酸酯，亚膦酸酯，羰基，羧基，甲硅烷基，醚，烷硫基，磺酰基，磺酰胺基，酮，醛，酯，杂环基，芳族或杂芳族部分，-CF3,-CN，芳基，芳氧基，全卤代烷氧基，芳烷氧基，杂芳基，杂芳氧基，杂芳基烷基，杂芳烷氧基，叠氮基，氨基，卤化物，烷硫基，氧代，酰基烷基，羧基酯，-羧酰胺基，酰氧基，氨基烷基，烷基氨基芳基，烷芳基，烷基氨基烷基，烷氧基芳基，芳基氨基，芳烷基氨基，烷基磺酰基，-羧酰胺基烷芳基，-羧酰胺基芳基，羟烷基，卤代烷基，烷基氨基烷基羧基-，氨基羧酰胺基烷基-，氰基，烷氧基烷基，全卤代烷基，芳基烷氧基烷基和类似基团。
实施例和实施方案
实施例1
下述实施例描述了聚乙炔聚合物的制备。向用干燥氮气吹扫的100mL Schlenk烧瓶中添加干燥甲苯(30mL)，接着四丁氧基锂(5.2g,15mmol)。缓慢地添加三乙基铝在甲苯内的溶液(31mL,1.9M,60mmoL)，和在室温下搅拌所得混合物，形成催化剂溶液，在氮气下储存。
在单独的烧瓶中添加干燥甲苯(40mL)和小量的催化剂溶液(0.6mL)。通过流经干冰阱纯化的乙炔气借助注射器针引入。允许继续聚合16小时。将该聚合物悬浮在异丙醇中，并通过过滤收集沉淀，用异丙醇洗涤，和真空干燥，得到聚乙炔(3.4g)。
实施例2
在下述实施例中，根据图1B，组装超级电容器。负电极是获自Engineered Fibers Technology,LLC的Spectracarb Activated CarbonFabric Type 2225。在代表性实验中，将聚乙炔(5.9mg)粉碎成微粒，并均匀地铺开在2.5x2.5cm2玻碳的一半表面上，然后用一片滤纸(Whatman#6)完全覆盖聚乙炔。在滤纸之上放置切割成矩形形状的碳布，刚好足够覆盖聚乙炔区域(碳布的重量为50mg)。在碳布之上放置另外2.5x2.5cm2玻碳正方形。然后用紧固夹将整个组装件夹持在一起，然后通过器件的边缘添加电解质(通过以2:1:1的重量比混合四乙基铵六氟磷酸盐，碳酸亚丙酯和碳酸亚乙酯而制备)。
实施例3
下述实施例描述了实施例2中所述的超级电容器器件的性能。通过在恒定电流(0.002A)下充电，分析该器件，直到电压达到2.7V，然后在恒定电流(0.002A)下放电，直到电压达到0。在充电放电工艺过程中，每毫秒连续监控该器件的电压。充电/放电工艺反复三次。图3示出了在头三个循环过程中电压充电状态的关系。通过计算经过曲线两端的线的倒数，估计器件的电容为1.53。(图4)计算基于聚乙炔的比电容为259kF/kg。通过积分在第一次放电过程中释放的能量(图5，在第一次放电过程中释放的总能量为5.2J)，和用总和除以聚乙炔的质量，计算基于聚乙炔的比能。所计算的比能量密度为882kJ/kg。
实施例4
在下述实施例中，制备各种电极材料。
在一个例举的工序中，使用粘合剂，例如聚四氟乙烯(PTFE)，制备聚乙炔薄膜。在代表性工序中，将聚乙炔(1g)粉碎成微粉并与聚四氟乙烯(PTFE,60％在水中的悬浮液，0.167g)混合，并用水(2g)进一步稀释。将所得面团状材料在轧机上卷成200微米的薄膜。然后真空干燥所得薄膜，并切割成在超级电容器器件内用作正电极的所需尺寸。
在另一例举的工序中，在没有添加任何粘合剂的情况下，使用液压机制造聚乙炔薄膜。在代表性工序中，将聚乙炔(4g)粉碎成微粉，并均匀地负载在5x5cm2正方向的冲模上。
施加12吨的力，导致5x5cm2的聚乙炔薄膜，然后将其切割成在超级电容器器件内用作电极的所需尺寸。
在另一例举的工序中，使用聚四氟乙烯(PTFE)作为粘合剂，制备活性炭薄膜。在代表性工序中，混合活性炭(2.0g)与聚四氟乙烯(PTFE,60％在水中的悬浮液，0.5g)和水(4.5mL)。将所得混合物捏合成面团状材料并在轧机上卷成为200微米的薄膜。然后将该薄膜切割成在超级电容器器件内用作电极的所需尺寸。
实施例5
在下述实施例中，使用聚乙炔薄膜作为正电极，制备单电池电容器。根据实施例4中所述的工序，采用聚四氟乙烯粘合剂(PTFE)，制备薄膜。
如图6所示，采用铝箔，组装聚乙炔薄膜(168.2mg)，活性炭薄膜(213.4mg)和纤维素隔板，它们全部用电解质(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)饱和。用活性炭粉末(分别6.9mg和5.1mg)，撒在铝箔/聚乙炔薄膜和铝箔/活性炭薄膜之间的界面上，以提高导电率。然后在通过紧固夹保持在一起的两个玻璃载片之间挤压完成的组装件。
通过使恒定的电流从活性炭薄膜流动到聚乙炔薄膜内，直到两个电极之间的电势差达到3.5V，然后颠倒电流的方向，测试这一器件的性能。基于第一个循环过程中释放的能量，所完成的器件的能量密度为65kJ/kg(基于电极上碳和聚乙炔材料的总重量，为245kJ/kg)。
实施例6
在下述实施例中，使用挤压的聚乙炔薄膜作为正电极，制备单电池电容器。根据实施例4中所述的工序，采用聚四氟乙烯(PTFE)粘合剂，制备薄膜。如图6所示，采用铝箔，组装聚乙炔薄膜，粘合剂(198.0mg)，活性炭薄膜(217.5mg)和纤维素隔板，它们全部用电解质(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)饱和。用活性炭粉末(分别10.3mg和10.2mg)，撒在铝箔/聚乙炔薄膜和铝箔/活性炭薄膜之间的界面上，以提高导电率。然后在通过紧固夹保持在一起的两个玻璃载片之间挤压完成的组装件。
通过使恒定的电流从活性炭薄膜流动到聚乙炔薄膜内，直到两个电极之间的电势差达到3.5V，然后颠倒电流的方向，测试这一器件的性能。基于第一个循环过程中释放的能量，所完成的器件的能量密度为81kJ/kg(基于电极上碳和聚乙炔材料的总重量，为256kJ/kg)。
实施例7
在下述实施例中，使用聚乙炔薄膜作为正电极，制备多电池电容器。根据图7，采用铝箔组装三个聚乙炔薄膜(220.2mg,227.3mg，和216.8mg)，三个活性炭薄膜(219.9mg,249.5mg,297.4mg)和纤维素隔板，它们全部用电解质(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)饱和。用活性炭粉末(9.9-11.2mg),撒在铝箔/聚乙炔薄膜和铝箔/活性炭薄膜之间的界面上，以提高导电率。然后在通过紧固夹保持在一起的两个玻璃载片之间挤压完成的组装件。
通过使恒定的电流从活性炭薄膜流动到聚乙炔薄膜内，直到两个电极之间的电势差达到3.5V，然后颠倒电流的方向，测试这一器件的性能。基于第一个循环过程中释放的能量，所完成的器件的能量密度为60kJ/kg(基于电极上碳和聚乙炔材料的总重量，为242kJ/kg)。
如此描述了一些实施方案的数个方面，要理解，对于本领域的技术人员来说，各种变化，改性和改进是容易发生的。这些改变，改性和改进拟作为本发明公开内容的一部分，且打算在本发明的精神和范围内。因此，前述说明和附图仅仅是作为例举。

Claims (128)

1.一种电能储存器件，它包括：
第一电极，所述第一电极包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物；
与第一电极电化学连通的第二电极；
排列在第一和第二电极之间的多孔隔板材料；和
与第一和第二电极电化学连通的电解质。
2.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电解质基本上不具有含金属的物种。
3.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中在流体载体存在下，合成含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。
4.权利要求3的电能储存器件，其中含取代或未取代的聚乙炔的聚合物制成薄膜。
5.权利要求2的电能储存器件，其中第一电极包括厚度范围为约0.01mm-约1mm的活性层。
6.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电解质基本上不具有含锂的物种或含锂离子的物种。
7.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电解质为液体形式。
8.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电解质为离子液体。
9.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电解质是碳酸亚乙酯溶液或碳酸亚丙酯溶液，该溶液包括化学式为[(R)4N+][X-]的盐，其中X是(PF6)-，(BF4)-，(SO3Ra)-，(RaSO2-N-SO2Ra)-，CF3CO2 -，(CF3)3CO-或(CF3)2CHO)-，其中R是烷基，Ra是烷基，芳基，氟代烷基或氟代芳基。
10.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中取代或未取代的聚乙炔聚合物以n-型材料形式排列。
11.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中取代或未取代的聚乙炔聚合物以p-型材料形式排列。
12.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中第一电极是阴极，第二电极是阳极。
13.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中第二电极包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。
14.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中第二电极包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物和导电材料。
15.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中第二电极包括复合材料，所述复合材料包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物和导电材料。
16.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中导电材料包括碳-基材料。
17.权利要求14的电能储存器件，其中碳-基材料包括碳，活性炭，石墨，石墨烯或碳纳米管。
18.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中导电材料包括导电聚合物。
19.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中聚合物是取代或未取代的聚乙炔。
20.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中聚合物是含聚乙炔的共聚物。
21.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中聚合物包括下述结构：
其中：
R1，R2，R3和R4可以相同或不同且各自是H，烷基，杂烷基，芳基，杂芳基，杂环基，卤素基，氰基，磺酰基，硫酸基，膦酰基，磷酸基或羰基，它们中的任何一个基团被任选取代；且
m和n各自大于1。
22.权利要求19的电能储存器件，其中R1，R2，R3和R4各自是H。
23.权利要求19的电能储存器件，其中R1，R2，R3和R4中的至少一个是氟。
24.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中聚合物具有下述结构：
其中m和n大于1。
25.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中聚合物具有下述结构：
其中：
R1，R2，R3和R4可以相同或不同且各自是H，烷基，芳基，卤素基，氰基，磺酰基，硫酸基，膦酰基，磷酸基或羰基，它们中的任何一个基团被任选取代；且
m,m',n和n'各自大于1。
26.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中聚合物具有下述结构：
其中：
R1，R2，R3和R4可以相同或不同且各自是H，烷基，芳基，卤素基，氰基，磺酰基，硫酸基，膦酰基，磷酸基或羰基，它们中的任何一个基团被任选取代；且
m,m',n,n'和o各自大于1。
27.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中n,n',m,m'和o相同或不同且是约2至约10,000，或约10至约10,000，或约100至约10,000，或约100至约1,000r的整数。
28.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中聚合物的分子量为约500至约1,000,000，或约500至约100,000，或约10,000至约100,000。
29.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中聚合物以复合材料中的组件形式排列。
30.权利要求29的电能储存器件，其中该复合材料进一步包括碳纳米管，活性炭或金属氧化物。
31.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中第一电极进一步包括与该聚合物物理接触的电荷集电体材料。
32.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中第二电极包括导电材料和与该导电材料物理接触的电荷集电体材料。
33.权利要求32的电能储存器件，其中导电材料包括碳-基材料和/或导电聚合物。
34.权利要求33的电能储存器件，其中碳-基材料包括碳，活性炭，石墨，石墨烯或碳纳米管。
35.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电荷集电体材料包括金属或碳-基材料。
36.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电荷集电体材料包括铝。
37.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电荷集电体材料包括玻碳。
38.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中电荷集电体材料包括聚乙炔。
39.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中多孔隔板材料是纸张。
40.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中多孔隔板材料包括聚合物。
41.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中多孔隔板材料包括聚丙烯，聚乙烯，纤维素，聚芳醚，或氟聚合物。
42.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的充电容量为约50Farad/g。
43.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的充电容量为约100Farad/g。
44.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的充电容量为约150Farad/g。
45.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的充电容量为约200Farad/g。
46.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的充电容量为约220Farad/g。
47.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的充电容量为约300Farad/g。
48.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的充电容量为约400Farad/g。
49.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的充电容量为约500Farad/g。
50.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件储存约50kJ/kg的电能。
51.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件储存约100kJ/kg的电能。
52.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件储存约200kJ/kg的电能。
53.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件储存约300kJ/kg的电能。
54.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件储存约400kJ/kg的电能。
55.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件储存约500kJ/kg的电能。
56.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件储存约600kJ/kg的电能。
57.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件被充电到约1.5V。
58.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件被充电到约2.0V。
59.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件被充电到约2.5V。
60.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件被充电到约2.7V。
61.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件被充电到约3.0V。
62.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件被充电到约3.5V。
63.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的比能量密度为约100kJ/kg。
64.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的比能量密度为约200kJ/kg。
65.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的比能量密度为约300kJ/kg。
66.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的比能量密度为约400kJ/kg。
67.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的比能量密度为约500kJ/kg。
68.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中该器件的比能量密度为约600kJ/kg。
69.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中含取代或未取代的聚乙炔的聚合物以与不同于含取代或未取代的聚乙炔的聚合物的至少一种聚合物共混的形式提供。
70.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中含取代或未取代的聚乙炔的聚合物以与至少一种导电聚合物共混的形式提供。
71.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中至少一种导电聚合物是聚苯胺的衍生物，聚亚苯基，聚亚芳基，聚(双噻吩亚苯基)，梯状聚合物，聚(亚芳基亚乙烯基)或聚(亚芳基亚乙炔基)，它们中的任何一种被任选取代。
72.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中导电聚合物是任选取代的聚噻吩或含有通过芳基或链烯烃连接的噻吩单元的聚合物。
73.前述任何一项权利要求的电能储存器件，其中导电聚合物是任选取代的聚吡咯或含有通过芳基或链烯烃连接的吡咯单元的聚合物。
74.一种制造电能储存器件的方法，该方法包括：
在基底表面上形成导电材料，所述导电材料包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。
75.权利要求74的方法，其中形成步骤包括由含取代或未取代的聚乙炔和流体载体的混合物形成包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物的薄膜。
76.前述任何一项权利要求的方法，其中导电材料是含取代或未取代的聚乙炔的粉末。
77.前述任何一项权利要求的方法，其中该粉末进一步包括粘结聚合物，金属盐，金属氧化物，或其组合。
78.前述任何一项权利要求的方法，其中该粉末包括含取代或未取代的聚乙炔的交联聚合物颗粒。
79.前述任何一项权利要求的方法，其中在形成步骤之前，可将粉末置于高压下或者用溶剂处理。
80.前述任何一项权利要求的方法，其中基底包括聚合物材料，碳-基材料或无机材料。
81.前述任何一项权利要求的方法，其中碳-基材料是石墨烯，石墨，碳或活性炭或纳米管。
82.前述任何一项权利要求的方法，进一步包括：
与导电材料接触地排列隔板材料。
83.前述任何一项权利要求的方法，进一步包括：
在基底表面上形成第一导电材料，所述第一导电材料包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物；
与第一导电材料接触地排列隔板材料的第一表面，
与隔板材料的第二相反侧接触地排列第二导电材料，使得第一导电材料与第二导电材料电化学连通。
84.权利要求83的方法，其中形成步骤包括由含取代或未取代的聚乙炔和流体载体的混合物形成薄膜，所述薄膜包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。
85.前述任何一项权利要求的方法，其中隔板材料包括聚丙烯，聚乙烯，纤维素，聚芳醚或氟聚合物。
86.前述任何一项权利要求的方法，进一步包括：
与第一和第二导电材料接触地排列电解质。
87.前述任何一项权利要求的方法，其中电解质为液体形式。
88.前述任何一项权利要求的方法，其中电解质为离子液体。
89.前述任何一项权利要求的方法，其中电解质为碳酸亚乙酯溶液或碳酸亚丙酯溶液，该溶液包括化学式为[(R)4N+][X-]的盐，其中X是(PF6)-，(BF4)-，(SO3Ra)-，(RaSO2-N-SO2Ra)-，CF3COO-，(CF3)3CO-或(CF3)2CHO)-，其中R是烷基，Ra是烷基，芳基，氟代烷基或氟代芳基。
90.前述任何一项权利要求的方法，进一步包括在聚合步骤之前、之中或之后，用稳定剂处理含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。
91.前述任何一项权利要求的方法，其中稳定剂是自由基清除剂。
92.前述任何一项权利要求的方法，其中稳定剂包括二氯烯酮，芳族重氮盐，二硫化物，氯化硫，有机氯化硫，金属盐，金属氧化物，硅烷，含一个或更多个硅烷基的物种，或苯酚。
93.前述任何一项权利要求的方法，进一步包括：
聚合一种或更多种单体物种，生产含取代或未取代的聚乙炔的聚合物。
94.权利要求93的方法，其中单体物种在流体载体存在下聚合。
95.前述任何一项权利要求的方法，其中单体物种在添加剂存在下聚合。
96.前述任何一项权利要求的方法，其中添加剂分散在所得聚合物材料当中。
97.前述任何一项权利要求的方法，其中至少一些添加剂在聚合后被除去，以生产多孔聚合物材料。
98.前述任何一项权利要求的方法，其中通过用热处理或者用溶剂处理，除去添加剂。
99.前述任何一项权利要求的方法，其中在相分离聚合物存在下聚合单体物种。
100.前述任何一项权利要求的方法，其中在聚合后除去相分离聚合物，以提供多孔聚合物。
101.前述任何一项权利要求的方法，其中在催化剂颗粒存在下聚合单体物种。
102.前述任何一项权利要求的方法，其中催化剂颗粒是生成气溶胶的催化剂颗粒。
103.前述任何一项权利要求的方法，其中聚合步骤是连续法，它涉及在冷凝相内溶解的单体或者蒸气相单体的直接反应。
104.一种储存电能的方法，该方法包括：
施加电场到包括含取代或未取代的聚乙炔的聚合物的器件上。
105.权利要求104的方法，其中该器件是前述任何一项权利要求的能量储存器件。
106.权利要求104的方法，其中该聚合物具有前述任何一项权利要求的结构。
107.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件的充电容量为至少50Farad/g。
108.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件的充电容量为至少100Farad/g。
109.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件的充电容量为至少150Farad/g。
110.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件的充电容量为至少200Farad/g。
111.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件的充电容量为至少220Farad/g。
112.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件的充电容量为至少300Farad/g。
113.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件的充电容量为至少400Farad/g。
114.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件的充电容量为至少500Farad/g。
115.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件储存至少50kJ/kg的电能。
116.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件储存至少100kJ/kg的电能。
117.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件储存至少200kJ/kg的电能。
118.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件储存至少300kJ/kg的电能。
119.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件储存至少400kJ/kg的电能。
120.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件储存至少500kJ/kg的电能。
121.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件储存至少600kJ/kg的电能。
122.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件被充电到至少1.5V。
123.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件被充电到至少2.0V。
124.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件被充电到至少2.5V。
125.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件被充电到至少2.7V。
126.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件被充电到至少3.0V。
127.前述任何一项权利要求的方法，其中该器件被充电到至少3.5V。
128.前述任何一项权利要求的方法，其中隔板材料是多孔隔板材料。
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