CN104428857B - 能量存储设备 - Google Patents

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Abstract

能量存储设备(100)，其包括：多孔导体基板(110)；与所述多孔导体基板(110)的内表面(112)接触的绝缘体层(120)；以及与所述绝缘体层(120)的外表面(122)接触的导体层(130)。

Description

能量存储设备
技术领域
本发明涉及能量存储设备，特别是(但不是仅仅)涉及用于驱动例如电动车辆的电气装置的能量存储设备。
背景技术
用于驱动电动车辆的常规电池的限制在现有技术中有许多文件记载，其中电池重量和充电时间极大地限制能量存储潜力。电池的容量和重量也是便携式电子装置中的重要因素。
本申请人已认识到需要改进形式的能量存储装置，以克服或至少缓和与现有技术有关的问题。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供能量存储设备，其包括：多孔导体基板；与所述多孔导体基板的内表面接触的绝缘体层；以及与所述绝缘体层的外表面接触的导体层(例如，外导体层)。
以这种方式，能量存储设备具备电容器结构，其中所述多孔导体基板与所述绝缘体层之间的接触面积相对于常规的板状电容器显著增加，在常规的板状电容器中，所述接触面积限制为导体板的横截面积。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板限定了互连空隙的网络(例如，每个空隙连接到所述多孔导体基板的外表面)。
在一个实施方案中，互连空隙的网络从所述多孔导体基板的一个横向侧延伸到所述多孔导体基板的相对的横向侧。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板的平均有效孔隙直径介于10-300nm(例如20-100nm或50-100nm)之间。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板通过溶胶-凝胶工艺形成。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板是碳气凝胶。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板基本上是平面的。
在一个实施方案中，所述绝缘体层形成在所述多孔导体基板的内表面上(例如，作为固体层)。
在一个实施方案中，所述导体层形成在所述绝缘体层的外表面上(例如，作为固体层)。
在一个实施方案中，所述绝缘体层额外与所述多孔导体基板的外表面接触(例如，形成在所述多孔导体基板的外表面上)。
在一个实施方案中，所述绝缘体层包括第一和第二顺序涂敷的绝缘体材料的涂层。以这种方式，可以降低延伸通过绝缘体层的总厚度的缺陷或“针孔”的风险，因为任何一个层不可能在两个单独形成的层上的相同位置形成缺陷。在一个实施方案中，绝缘体层还包括在绝缘体材料的第二涂层之后涂敷的第三涂层(例如，以进一步降低延伸通过绝缘体层的总厚度的缺陷的风险)。
在一个实施方案中，第一到第三绝缘体材料的涂层中的每一个的厚度介于2-10nm之间(例如，约4nm)。以这种方式，可以优化每个涂层的介电强度，因为通常材料的介电强度性质会随着厚度的降低而改善(按厚度)。
在一个实施方案中，所述绝缘体层包括由第一绝缘体材料形成的第一层和由不同于所述第一材料的第二绝缘体材料形成的第二层。以这种方式，可以提供其中可实现两种材料的益处的多层电介质。
在一个实施方案中，第一绝缘体材料比第二绝缘体材料具有更高的介电强度(例如，第一材料的介电强度是第二材料的介电强度的至少10倍、至少50倍或至少100倍)。在一个实施方案中，第一绝缘体材料包含氧化硅或类金刚石碳。
在一个实施方案中，第二材料比第一材料具有更高的介电常数。在一个实施方案中，第二材料包含钛酸锶、氧化钛或聚合物层(例如，通过浸渍或轧制涂覆)。
在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一个或两个的厚度小于约50nm(例如小于约20nm)。以这种方式，每个层的厚度可被选择为低于另一层的德布罗意波长，从而允许电压性能保持得如同另一种材料实际上几乎“不存在”。在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一个的厚度约为10nm。
在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的每一个或至少一个的厚度大于约5nm(例如，以减少由量子隧穿引起的有效泄漏)。
在一个实施方案中，所述第二层的厚度基本上等于或小于所述第一层的厚度。
在一个实施方案中，所述绝缘体层还包括由不同于所述第二绝缘体材料的绝缘体材料形成并且涂敷到所述第二层的第三层。
在一个实施方案中，第三层比第二绝缘体材料具有更高的介电场强度(例如，第三层的介电强度是第二材料的介电强度的至少10倍、至少50倍或至少100倍)。在一个实施方案中，第三层由与第一层相同的材料形成。
在一个实施方案中，导体层的厚度介于1-20nm之间。
在一个实施方案中，所述绝缘体层包括：第一电存储层，其可操作以便当在多孔导体基板和导体层的两端施加电压时以极化形态(polarised configuration)存储能量(例如，第一电存储层的击穿电压高于阈值电压)；以及第二电存储层，其被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在多孔导体基板和导体层的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态(例如，第二电存储层的转换电压(从电绝缘形态变化到导电形态时的电压)等于或低于在从电绝缘形态转换到导电形态之前第二电存储层的两端的阈值电压的分量)。
以这种方式，在通过极化存储能量之前，必须将第二电存储层从电绝缘形态转化到导电形态，由此增加装置的存储容量。此附加的存储能量随后在第二电存储层于放电阶段期间转化回电绝缘形态时被释放。
在一个实施方案中，阈值电压为至少100伏特(例如，至少1000伏特或甚至至少10,000伏特)。
在一个实施方案中，第二电存储层是可电离的，并且导电形态是通过在第二电存储层的两端施加等于或超过第二电存储层的击穿电压的电压而产生的电离配置。
在另一个实施方案中，第二电存储层包括多个在多孔导体基板和导体层之间电串联布置的半导体部件(例如包括至少一个掺杂的半导体层的部件)，各半导体部件具有与其相关的阈值电压，在所述阈值电压下，其电特性从电绝缘性的变化为导电的。
在一个实施方案中，所述第二电存储层比所述第一电存储层具有更低的相对电容率。
在一个实施方案中，所述第二电存储层包含固体。
在一个实施方案中，所述第二电存储层包含流体(例如气体)。
在一个实施方案中，所述绝缘体层还包括位于所述第一电存储层的与所述第二电存储层相对的侧上的第三电存储层，所述第三电存储层被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在多孔导体基板和导体层的两端施加电压从电绝缘形态转换到导电形态(例如，第三电存储层的转换电压等于或低于在从电绝缘形态转换到导电形态之前第三电存储层的两端的阈值电压的分量)。
在一个实施方案中，第二和第三电存储层具有不同的电性质(例如，一个被选择是因为它能够接受电子，而另一个被选择是因为它能够释放电子)。
在一个实施方案中，第一、第二和第三电存储层中的至少一个形成得具有基本上均匀的厚度。
根据本发明的第二个方面，提供制造能量存储设备的方法，其包括：提供多孔导体基板；提供与所述多孔导体基板的内表面接触的绝缘体层；以及提供与所述绝缘体层的外表面接触的导体层。
在一个实施方案中，使所述绝缘体层暴露于所述多孔导体基板的内表面的步骤包括在所述多孔导体基板的内表面上形成所述绝缘体层。
在一个实施方案中，提供所述导体层的步骤包括在所述绝缘体层的外表面上形成导体层。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板在形成所述绝缘体层的步骤后保持多孔的。
在一个实施方案中，形成所述导体层的步骤包括将导体材料涂敷到所述绝缘体层的外表面。
在一个实施方案中，涂敷所述绝缘体层的步骤包括：将绝缘体材料的第一涂层涂敷到所述多孔导体基板的内表面；以及在基本上完全形成所述绝缘体材料的第一涂层之后，将绝缘体材料的第二涂层涂敷到绝缘体材料的第一涂层的外表面。
在一个实施方案中，涂敷所述绝缘体层的步骤还包括：在基本上完全形成绝缘体材料的第二涂层之后，将绝缘体材料的第三涂层涂敷到绝缘体材料的第二涂层的外表面。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板限定从所述多孔导体基板的一个横向侧延伸到所述多孔导体基板的相对的横向侧的互连空隙的网络。
在一个实施方案中，所述绝缘体层额外形成在(例如，涂敷到)所述多孔导体基板的外表面上。
在一个实施方案中，至少一个涂敷步骤包括通过薄膜沉积(例如通过原子层沉积)涂敷。
在一个实施方案中，每一层形成得具有基本上均匀的厚度。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板的平均有效孔隙直径介于10-300nm(例如20-100nm或50-100nm)之间。
在一个实施方案中，结构通过溶胶-凝胶工艺形成。
在一个实施方案中，结构是碳气凝胶。
在一个实施方案中，第一到第三绝缘体层中的每一个的厚度介于2-10nm之间(例如，约4nm)。
在一个实施方案中，涂敷所述绝缘体层的步骤包括涂敷由第一绝缘体材料形成的第一层以及涂敷由不同于所述第一材料的第二绝缘体材料形成的第二层(例如，在形成所述第一层之后)。
在一个实施方案中，第一绝缘体材料比第二绝缘体材料具有更高的介电强度(例如，第一材料的介电强度是第二材料的介电强度的至少10倍、至少50倍或至少100倍)。在一个实施方案中，第一绝缘体材料包含氧化硅或类金刚石碳。
在一个实施方案中，第二材料比第一材料具有更高的介电常数。在一个实施方案中，第二材料包含钛酸锶、氧化钛或聚合物层。
在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一个或两个的厚度小于约50nm(例如小于约20nm)。在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一个的厚度约为10nm。
在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的每一个或至少一个的厚度大于约5nm。
在一个实施方案中，所述第二层的厚度基本上等于或小于所述第一层的厚度。
在一个实施方案中，涂敷所述绝缘体层的步骤还包括向所述第二层涂敷由不同于所述第二绝缘体材料的绝缘体材料形成的第三层。
在一个实施方案中，第三层比第二绝缘体材料具有更高的介电场强度(例如，第三层的介电强度是第二材料的介电强度的至少10倍、至少50倍或至少100倍)。在一个实施方案中，第三层由与第一层相同的材料形成。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板包括限定中心纵轴线的基本上平面的主体，并且形成(例如，涂敷)至少一个层的步骤包括相对于层涂敷器围绕中心纵轴线旋转所述多孔导体基板。
在一个实施方案中，所述形成步骤还包括同时相对于层涂敷器围绕相对于中心纵轴线倾斜(例如，相对于中心纵轴倾斜约45度)的另一轴线旋转所述多孔导体基板的中心纵轴线。
在一个实施方案中，使所述多孔导体基板围绕中心纵轴线和另一轴线以相等或谐波频率的频率旋转。
根据本发明的第三个方面，提供包括由绝缘体层隔开的第一和第二导体部件的电容器，其中所述绝缘体层包括由第一绝缘体材料形成的第一层和由不同于所述第一材料的第二绝缘体材料形成的第二层。
在一个实施方案中，第一绝缘体材料比第二绝缘体材料具有更高的介电强度(例如，第一材料的介电强度是第二材料的介电强度的至少10倍、至少50倍或至少100倍)。在一个实施方案中，第一绝缘体材料包含氧化硅或类金刚石碳。
在一个实施方案中，第二材料比第一材料具有更高的介电常数。在一个实施方案中，第二材料包含钛酸锶、氧化钛或聚合物层。
在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一个或两个的厚度小于约50nm(例如小于约20nm)。在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的至少一个的厚度约为10nm。
在一个实施方案中，所述第一层和第二层中的每一个或至少一个的厚度大于约5nm(例如，以减少由量子隧穿引起的有效泄漏)。
在一个实施方案中，所述第二层的厚度基本上等于或小于所述第一层的厚度。
在一个实施方案中，所述绝缘体层还包括由不同于所述第二绝缘体材料的绝缘体材料形成并且涂敷到所述第二层的第三层。
在一个实施方案中，第三层比第二绝缘体材料具有更高的介电场强度(例如，第三层的介电强度是第二材料的介电强度的至少10倍、至少50倍或至少100倍)。
根据本发明的第四个方面，提供能量存储设备，其包括：第一和第二间隔开的导体部件，其可操作以在其间产生高于阈值电压的电压；位于第一和第二导体部件之间的第一电存储部件(例如，第一电绝缘体部件)，所述第一电存储部件可操作以便当在第一和第二导体部件的两端施加电压时以极化形态存储能量(例如，第一电存储部件的击穿电压高于阈值电压)；以及位于第一电存储部件与第一和第二导体部件中的一个之间的第二电存储部件(例如，第二电绝缘体部件)，所述第二电存储部件被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在第一和第二导体部件的两端施加电压从电绝缘形态转换到导电形态(例如，第二电存储部件的转换电压(从电绝缘形态变化到导电形态时的电压)等于或低于在从电绝缘形态转换到导电形态之前第二电存储部件的两端的阈值电压的分量)。
在一个实施方案中，阈值电压为至少100伏特(例如，至少1000伏特或甚至至少10,000伏特)。
在一个实施方案中，第二电存储部件是可电离的，并且导电形态是通过在第二电存储部件的两端施加等于或超过第二电存储部件的击穿电压的电压而产生的电离形态。
在另一个实施方案中，第二电存储部件包括多个在第一和第二间隔导体部件之间电串联布置的半导体部件(例如包括至少一个掺杂半导体层的部件)，各半导体部件具有与其相关的阈值电压，在所述阈值电压下，其电特性从电绝缘性的变化为导电的。
在一个实施方案中，第一和第二导体部件中的至少一个包括导体板。
在一个实施方案中，第一电存储部件相对于第一和第二导体部件基本上固定。
在一个实施方案中，所述第二电存储部件比所述第一电存储部件具有更低的相对电容率。
在一个实施方案中，所述第二电存储部件包含固体。
在一个实施方案中，所述第二电存储部件包含流体(例如气体)。
在一个实施方案中，所述第一导体部件包括多孔导体基板(例如，具有开孔结构)。
在一个实施方案中，所述多孔导体基板是气凝胶(例如导电性碳气凝胶)。
在一个实施方案中，所述第一和第二电存储部件中的至少一个包括多孔结构。例如，在所述第二电存储部件包含流体(例如密封的流体)的情况下，所述第一电存储部件可包括多孔结构并且所述第二电存储部件的流体可延伸到所述多孔结构中。
在一个实施方案中，多孔电存储部件是气凝胶(例如基于硅的气凝胶，其被掺杂以便提供所述第一和第二电存储部件所需的电属性)。
在一个实施方案中，所述第二电存储部件包含流体，所述第一和第二导体部件中的至少一个可包括由与所述第一电存储部件相同的材料形成的涂层(例如，在其面向所述第一电存储部件的内表面上的涂层)。
在一个实施方案中，所述设备还包括位于所述第一电存储部件的与所述第二电存储部件相对的侧上的第三电存储部件(例如，第三电绝缘体部件)，所述第三电存储部件被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在第一和第二导体部件的两端施加电压从电绝缘形态转换到导电形态(例如，第三电存储部件的转换(例如击穿)电压等于或低于在从电绝缘形态转换到导电形态之前第三电存储部件的两端的阈值电压的分量)。
在一个实施方案中，第二和第三电存储部件具有不同的电性质(例如，一个被选择是因为它能够接受电子，而另一个被选择是因为它能够释放电子)。
在一个实施方案中，第一、第二和第三电存储部件中的至少一个以基本上均匀的层形成。
图式简单说明
现将参照附图以实例的方式对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1示出了根据本发明的第一实施方案的能量存储设备的示意性横截面侧视图；
图2示出了图2的能量存储设备的结构的细节；
图3示出了在图1的能量存储设备的制造中在一个阶段所用的设备；
图4示出了根据本发明的第二实施方案的能量存储设备的示意性横截面侧视图；
图5示出了根据本发明的第三实施方案的能量存储设备的示意性横截面侧视图；
图6示出了根据本发明的第三实施方案的能量存储设备的示意性横截面侧视图；并且
图7示出了根据本发明的第三实施方案的能量存储设备的示意性横截面侧视图。
实施方式
图1示出了能量存储设备100，其包括基本上平面的多孔导体基板110、形成于多孔导体基板110的内表面112和外表面114上的固体绝缘体层120；以及形成于绝缘体层120的外表面122上的固体外导体层130。
多孔导体基板110限定互连空隙的网络(例如，每个空隙连接到所述多孔导体基板的外表面)，所述互连空隙的网络从所述多孔导体基板的一个横向侧延伸到所述多孔导体基板的相对的横向侧。在一个实施方案中，多孔导体基板110是导电性碳气凝胶(例如通过溶胶-凝胶工艺形成)，并且平均有效孔隙直径介于10-300nm(例如20-100nm或50-100nm)之间。
绝缘体层120包括：内电存储层140，其直接形成在多孔导体基板100上并且被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在多孔导体基板110和外导体层130的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态；以及外电存储层150，其可操作以便当在多孔导体基板110和导体层130的两端施加电压时以极化形态存储能量。
内电存储层140可包含可电离的固体。
外电存储层150可包含介电材料。
如图2中所示，内电存储层140和外电存储层150各自具有相对于多孔导体基板110的孔径较小的横截面厚度并且渗透到多孔导体基板110中。外导体层130可以具有大得多的横截面厚度，但由于内电存储层140和外电存储层150的小的横截面厚度，其仍然渗透到多孔导体基板110中。以这种方式，在每对相邻的层之间具有相当大的表面接触面积。
内电存储层140和外电存储层150中的每一个包括三个顺序涂敷的电存储层材料的涂层。以这种方式，可以降低延伸通过绝缘体层的总厚度的缺陷或“针孔”的风险，因为任何一个层不可能在三个单独形成的层上的相同位置形成缺陷。在一个实施方案中，电存储材料的第一到第三涂层中的每一个的厚度介于2-10nm之间(例如，约4nm)。以这种方式，可以优化每个涂层的介电强度，因为通常材料的介电强度性质会随着厚度的降低而改善(按厚度)。
图3示出了在图1的能量存储设备100的制造中在形成内电存储层140和外电存储层150期间所用的设备200。设备200包括用于保持多孔导体基板110的安装设备210和层涂敷器220(例如原子层沉积涂敷器)。
安装设备210包括副部件212，其被配置为夹持多孔导体基板110的一个边缘；第一旋转部件214，其被配置为相对于层涂敷器220围绕沿多孔导体基板110的中心纵轴线延伸的第一旋转轴线旋转副部件212；以及第二旋转部件216，其被配置为围绕相对于中心纵轴线倾斜(例如，相对于中心纵轴倾斜约45度)的第二旋转轴线旋转第一旋转部件214。
在一个实施方案中，安装设备210被配置为围绕中心纵轴线“A”和另一轴线“B”以相等或谐波频率的频率旋转多孔导体基板110。
图4示出了能量存储设备300，其基于图1的能量存储设备100并且包括基本上平面的多孔导体基板310、形成于多孔导体基板310的内表面和外表面上的固体绝缘体层320；以及形成于绝缘体层320的外表面322上的固体外导体层330。
绝缘体层320包括内电存储层340，其直接形成在多孔导体基板300上并且被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在多孔导体基板310和外导体层330的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态；中心电存储层350，其可操作以便当在多孔导体基板310和导体层330的两端施加电压时以极化形态存储能量；以及外电存储层360，其被配置(与内电存储层340相同)为在电绝缘配置与导电配置之间变化，其中响应在多孔导体基板310和外导体层330的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态。
与能量存储设备100一样，内电存储层340、中心电存储层350和外电存储层360包括三个顺序涂敷的电存储层材料的涂层，以便降低如上文所讨论的缺陷或“针孔”的风险。
图5示出了能量存储设备400，其包括由绝缘体结构430隔开的第一导体板410和第二导体板420。
绝缘体结构430包括：第一固体电存储层440，其被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在第一导体板410和第二导体板420的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态；中心固体电存储层450，其可操作以便当在第一导体板410和第二导体板420的两端施加电压时以极化形态存储能量；以及第二固体电存储层460，其被配置(与第一电存储层440相同)为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在第一导体板410和第二导体板420的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态。
图6示出了能量存储设备500，其包括由绝缘体结构530隔开的第一导体板510和第二导体板520。
绝缘体结构530包括：外壳532，其包括第一室534，第一室534含有第一电存储流体540(例如液体或气体)，其被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在第一导体板510和第二导体板520的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态；中心固体电存储层550，其可操作以在第一导体板510和第二导体板520的两端施加电压时以极化形态存储能量；第二室536，其含有第二电存储流体560，其被配置(与第一电存储流体540相同)为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在第一导体板510和第二导体板520的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态；以及密封件538，其用于隔离第一室534和第二室536，以防止第一电存储流体540和第二电存储流体560混合。
在一个实施方案中，第一电存储流体540和第二电存储流体560包含可电离的气体(例如惰性气体)或可电离的液体。
图7示出了能量存储设备600，其包括由绝缘体结构630隔开的第一多孔导体板610和第二多孔导体板620。
绝缘体结构630包括：外壳632，其包括第一室634，第一室634含有第一电存储流体640(例如液体或气体)，其被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在第一多孔导体板610和第二多孔导体板620的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态；中心固体电存储层650，其可操作以在第一多孔导体板610和第二多孔导体板620的两端施加电压时以极化形态存储能量；第二室636，其含有第二电存储流体660，其被配置(与第一电存储流体540相同)为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在第一多孔导体板610和第二多孔导体板620的两端施加超过阈值电压的电压从电绝缘形态转换到导电形态；以及密封件638，其用于隔离第一室634和第二室636，以防止第一电存储流体640和第二电存储流体660混合。
为了最大化第一电存储流体640和第二电存储流体660与中心固体电存储层650之间的接触面积，中心固体电存储层650包括中心高k介电部件652以及第一外部多孔高k介电部件654和第二外部多孔高k介电部件656，第一电存储流体540和第二电存储流体560渗透到其中。
在一个实施方案中，第一电存储流体540和第二电存储流体560包含可电离的气体(例如惰性气体)或可电离的液体。
为了降低由第一电存储流体540和第二电存储流体560的电离造成的任何材料沉积效应，第一多孔导体板610和第二多孔导体板620包括由与第一外部多孔高k介电部件654和第二外部多孔高k介电部件656相同的材料形成的第一外涂层612和第二外涂层622。当所述设备以循环(例如AC)方式使用时，极性反转将用以修正任何材料转移。

Claims (21)

1.一种能量存储设备，其包括：多孔导体基板，所述多孔导体基板限定了连接到所述多孔导体基板外表面的互连空隙的网络并且限定了所述多孔导体基板的内表面；
与所述多孔导体基板的内表面接触的绝缘体层；以及
与所述绝缘体层的外表面接触的导体层；
其中：
所述绝缘体层包括第一电存储层，其可操作以在所述多孔导体基板和所述导体层的两端施加电压时以极化形态存储能量；并且
所述绝缘体层还包括第二电存储层，其被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在所述多孔导体基板和所述导体层的两端施加超过阈值电压的电压从所述电绝缘形态转换到所述导电形态，其中所述第二电存储层是可电离的流体，并且所述导电形态是通过在所述第二电存储层的两端施加等于或超过所述第二电存储层的击穿电压的电压而产生的电离形态。
2.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层额外与所述多孔导体基板的外表面接触。
3.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层形成在所述多孔导体基板的所述内表面上。
4.根据权利要求3所述的能量存储设备，其中所述导体层形成在所述绝缘体层的所述外表面上。
5.根据权利要求3所述的能量存储设备，其中形成所述第一电存储层的所述绝缘体层包括顺序涂敷的绝缘体材料的第一和第二涂层。
6.根据权利要求5所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层还包括在所述绝缘体材料的第二涂层之后涂敷的第三涂层。
7.根据权利要求5所述的能量存储设备，其中每个所述绝缘体材料的涂层的厚度在2-10nm之间。
8.根据权利要求3所述的能量存储设备，其中形成所述第一电存储层的所述绝缘体层包括由第一绝缘体材料形成的第一层和由不同于所述第一绝缘体材料的第二绝缘体材料形成的第二层。
9.根据权利要求8所述的能量存储设备，其中所述第一绝缘体材料比所述第二绝缘体材料具有更高的介电强度。
10.根据权利要求8所述的能量存储设备，其中所述第二绝缘体材料比所述第一绝缘体材料具有更高的介电常数。
11.根据权利要求8所述的能量存储设备，其中所述第一层和第二层中的至少一个或两个的厚度小于50nm。
12.根据权利要求8所述的能量存储设备，其中所述第二层的厚度等于或小于所述第一层的厚度。
13.根据权利要求8所述的能量存储设备，其中形成所述第一电存储层的所述绝缘体层还包括由不同于所述第二绝缘体材料的绝缘体材料形成并且涂敷到所述第二层的第三层。
14.根据权利要求13所述的能量存储设备，其中所述第三层比所述第二绝缘体材料具有更高的介电场强度。
15.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中所述阈值电压至少为100伏特。
16.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中所述绝缘体层还包括位于所述第一电存储层的与所述第二电存储层相对的一侧的第三电存储层，所述第三电存储层被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在所述多孔导体基板和所述导体层的两端施加电压从所述电绝缘形态转换到所述导电形态，其中所述第三电存储层是可电离的流体，并且所述导电形态是通过在所述第三电存储层的两端施加等于或超过所述第三电存储层的击穿电压的电压而产生的电离形态。
17.根据权利要求16所述的能量存储设备，其中所述第二和第三电存储层具有不同的电性质。
18.一种能量存储设备，其包括：
第一和第二间隔开的导体部件，其可操作以在其间产生高于阈值电压的电压；
位于所述第一和第二导体部件之间的第一电存储部件，所述第一电存储部件可操作以在所述第一和第二导体部件的两端施加电压时以极化形态存储能量；以及
位于所述第一电存储部件与所述第一和第二导体部件中的一个之间的第二电存储部件，所述第二电存储部件被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在所述第一和第二导体部件的两端施加电压从所述电绝缘形态转换到所述导电形态，其中所述第二电存储部件是可电离的流体，并且所述导电形态是通过在所述第二电存储部件的两端施加等于或超过所述第二电存储部件的击穿电压的电压而产生的电离形态；
其中所述设备构造成使得：
在通过极化将能量存储在第一电存储部件之前，必须将第二电存储部件从电绝缘形态转化到导电形态；并且
当所述第二电存储部件在放电阶段期间转化回电绝缘形态时，通过将第二电存储部件从电绝缘形态转化到导电形态所存储的能量被释放。
19.根据权利要求18所述的能量存储设备，其中所述阈值电压至少为100伏特。
20.根据权利要求18所述的能量存储设备，其中所述第一电存储部件包括多孔结构并且形成所述第二电存储部件的可电离流体延伸到所述多孔结构中。
21.根据权利要求18所述的能量存储设备，其中所述设备还包括位于所述第一电存储部件的与所述第二电存储部件相对的一侧的第三电存储部件，所述第三电存储部件被配置为在电绝缘形态与导电形态之间变化，其中响应在所述第一和第二导体部件的两端施加电压从所述电绝缘形态转换到所述导电形态，其中所述第三电存储部件是可电离的流体，并且所述导电形态是通过在所述第三电存储部件的两端施加等于或超过所述第三电存储部件的击穿电压的电压而产生的电离形态。
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