CN1096611A - 能量存储装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种干式预制组件(10)，包括多个真双极型结构 的电容器芯片(110、112、114)。这些电容器芯片叠 置并粘合在一起，使装置以构成整体单一结构。每个 电容器芯片(114)包括隔开预定距离的两个导电电 极(111A、111B)。电容器芯片(114)还包括设置在电 极(111A、111B)之间的、两个相同的介电衬垫(121、 123)，它们彼此对准使这些电极隔开及电绝缘。当 电极(111A、111B)和衬垫(121、123)粘合在一起时， 每个电容器芯片至少形成一个填充气隙(130)。

Description

本申请是1992年9月18日申请的序号为07/947414的美国申请、1992年9月18日申请的序号为07/947294的美国申请和1992年10月7日申请的序号为07/958506的美国申请的部分后续申请，所有这些在先申请的全部内容在此引作参考。

本发明总地涉及能量存储装置，更具体地讲是涉及双极型双层电容器型能量存储装置及制造该装置的方法。

能量存储装置-近几年来，对于实用的可靠的电存储装置，如电容量或电池，已做了充分的研究。电池通常具有高的能量存储能力;不过，电池也呈现出低的功率密度。与此相反，电解电容器具有很高的功率密度和一个有限的能量密度。而且，以碳为基础的双层电容器具有高的能量密度，但由于其高的等效串联电阻（ESR），碳电极具有低的功率容量。因此非常希望得到同时具有高的能量密度和高的功率密度的电存储器件。

B.E.Conway有J.Eletrochem.SOC.（电化学学会杂志）138（＃6）卷第1539页（1991年6月）新近发表的文章讨论了在电化学能量存储时从“超级电容”向“电池”的转换，并确定了各种电容装置的工作特性。

D.Craig的1985年11月的加拿大专利1，196，683讨论了以氧化物陶瓷涂覆的电极为基础的电存储装置的使用和伪电容量。然而，采用此发明得到的电容器具有不一致的电特性，且往往是不可靠的。这些装置不能被充电至每电容芯片1.0伏，并且具有大到不能令人满意的漏电流。另外，这些装置具有低的循环寿命。此外，所公开的封装是低效的。

M.Matroks和R.Hackbart的美国专利5，121，288讨论了一种以Craig的专利为基础的电容性电源，此电源不能用于本发明。作为无线电话的电源的电容器结构在此专利中做了描述;但是，没有描述电容器。

J.Kalenowsky的美国专利，5，063，340讨论了一种具有充电均衡电路的电容性电源。此电路容许多个单个电容器芯片充电，且不使各个单个电容芯片过充电。本发明不需要充电均衡电路来实现对多个单个电容芯片层叠结构的完全充电，且不使中间电容芯片过充电。

H.Lee等人在IEEE    Transactions    on    Magnetics（电气与电子工程师协会，磁学学报）25（＃1）卷第324页（1989年1月）和G.Bullard等人在IEEE    Transaction    on    Magnetics    25（＃1）卷第102页（1989年1月）讨论了高能氧化物陶瓷为基的双层电容器的脉冲电功率特性。在此参考文献中讨论了各种工作特性，但未讨论制造工艺。本发明提供了带有更有效封装的更为可靠的装置。

以碳电极为基础的双层电容器已在Rightmhe的英国专利3，288，641的早期工作的基础上有了多方面的改进。A.Yoshida等人在IEEE    Transactions    on    Components，Hybrids    and    Manufacturing    Technology（电气与电子工程师协会，元件、混合电路及制造技术学报）CHMH-10卷＃1第100-103页（1987年3月）讨论了一种由活性碳纤维电极和无水电解质构成的双层电容器。此外，还展示了这种双层电容器的封装。这种装置的体积在0.4-1cc量级，能量存储能力大约为1-10J/cc。

J.Suzuki等人在NEC    Research    and    Devolopment（日本电气公司研究与开发期刊）82号第118-123页（1986年7月）讨论了采用0.004吋厚度量级的多孔隔离材料的碳双层电容器的改善的自放电特性。以碳为基础的电极的一个固有问题是，材料的低电导率使这些装置产生低的电流密度。第二个难题是，多个电容器芯片层叠加结构不是按真正的双极电极结构形成的。这些难题导致低效封装和较低的能量和功率密度。

其它有价值的参考文献包括，例如：

S.Sekido在Solid    State    Ionics（固态离子）9，10卷第777-782（1983）发表的“固体微形电源的评述”。

M.Pham-Thi等人在Journal    of    Materials    Science    Letters（材料科学学报）5卷第415页（1986年）讨论了以碳为基础的固态电解质双层电容器的渗透阈值和界面最佳化问题。

多种公开物讨论了氧化物涂覆电极的制造，和这些电极在电化学制氯的氯-碱工业中的应用。可参见例如：1991年10月8日颁布的V.Hook等人的美国专利5，055，169;1977年10月4日颁布的H.Beer的美国专利4，052，271;和1971年2月9日颁布的A.Martinsons等人的美国专利3，562，008。不过，这些电极通常不具备高效双层电容器电极所要求的大的表面面积。

具有可靠的长寿命电存储装置和改进后的制造方法是有益的。还希望具有一种改进的能量存储装置，它的能量密度至少为20-90J/cc。

能量存储装置的封装-如上所述，近几年来，对高能量和高功率密度的电存储装置已做了充分的研究。为达到这些目的，以最少的耗费实现活性材料的有效封装是重要的。在电容器或电池中，将两电极隔开的空间必需使这两个电极电绝缘。然而，对于有效封装而言，此空间或间隙应尽可能小。因此非常希望有一种能形成一个空间隔离器或间隙的方法，所述隔离器或间隙基本上是均匀的且具有小的尺寸（小于5密耳（0.0127cm））。

在具有电解质的电存储装置（如电池或电容器）中，维持电极间的隔离的一种通用方法是采用一个可透过离子的电绝缘多孔隔层。此隔层通常位于电极之间并维持两电级间所需的空间间隔。多孔隔离材料，如纸或玻璃，对此应用是有益的，并且被用于铝电解电容器和双电层电容器中。然而，对于1或2密耳（0.00254-0.00508cm）以下的隔离尺寸而言，材料加工是困难的，并且电容器的材料强度通常很低。此外，这些多孔隔层式隔离器的孔的截面积通常为50-70%量级。

聚合物的离子可透多孔隔离板已被用于碳双层电容器，如Sannada等人在IEEE第224-230页（1982年）和Suzuki等人在NEC    Research    and    Deaelopment    82号第118-123页（1986年7月）中所讨论的。这些类型隔离板存在孔面积小的问题，从而导致电阻增加。

在1988年8月16日颁布的美国专利4764181    Maruyama等人公开了一种采用光敏聚合物树脂溶液形成带薄隔层的电解电容器的方法。在多孔双层电容器电极中采用所述的溶液使用方法会导致多孔电极的不希望的填充。

一般相关的其它参考文献包括美国专利3，718，551，4，052，271;和5055169。在本申请中引用的所有申请、专利、文章、参考文献、标准、等等的全部内容在此引作参考。

鉴于上述情况，具有一种在带大的孔截面积的电存储装置中的电极间形成可靠的小空间隔离的方法是有益的。

本发明涉及一种既具有高的能量密度，并具有高的功率密度的新型电存储装置。

本发明的目的是提供用于制造这种电存储装置的新方法。

本发明的另一目的是提供一种可靠的长寿命电存储装置以及其改进的制造方法。

本发明的再一目的是通过减小阳极和阴极之间的间隙提供电存储装置的有效封装，减小所述间隙能降低离子性导电电解质的电阻值。

简要地说，上述目的和其它目的由一个能量存储装置如电容器来实现，此装置包括多个双极型结构的电容芯片。这些电容芯片叠置并粘连在一起，以使此装置成为一个整体的和单一的结构。

每个电容芯片包括两个按预定距离隔开的导电电极。此电容芯片还包括至少一个介电垫片，它插在电极之间，用于隔离这些电极并使它们电绝缘。

当电极和垫片粘在一起时，对于每一电容芯片至少形成一个填充间隙。每个电容芯片还包括在每一电极的一个（或更多）表面上形成的大表面面积（多孔的）导电涂层。此涂层最好包括一组近距离隔开的周边微凸头和一组远距离隔开的中心微凸头。这些微凸头可由新的丝网印刷或照相制版印刷方法形成。这些微凸头提供电容器芯片的结构支撑，并在电极间提供附加绝缘。

离子性导电介质填充电容器芯片间隙和大表面面积涂层的孔。

通过参考下面的说明及附图，本发明的上述和其它特征以及实现这些特征的方法将变得更为清楚，发明本身也将得到更好地理解。

图1是根据本发明构成的一种干式能量存储装置的组件10的透视图;

图1A是本发明的填充电解质的能量存储装置10A的透视图;

图2是图1的存储装置的沿线2-2的剖面图，它示出一个在存储装置内的可拆卸导电带1117A。

图2A是图1的存储装置的沿线2A-2A的剖面图;

图3是图1的组件的分解示意图，其中描绘出三个电容芯片;

图4是存储装置10A的制造工序的方框图;

图5是带微凸头的多孔涂层的顶视图，此涂层构成图1-4的存储装置的一部分;

图6是装置10A的一个电容性等效电路的示意图。

图7是用来在本发明的能量存储装置的涂层上制造微凸头的丝网印刷方法的方框图;

图8是在图7的制造方法中使用的电极支架的透视图;

图9是以照相制版方式制造本发明的微凸头的方法的方框图;

图10是在照相制版之前向电极层压光致抗蚀剂的一对热辊的等角视图;

图11是置于图10的光致抗蚀剂上方的掩模的等角视图;

图12是一个等角视图，它示出图10和11的光致抗蚀剂的未保护部分的曝光情况;

图13是沿图3的线13-13截取的构成能量存储装置的一部分的电极的剖视图;

图14是在导电衬底上形成一个电容器芯片的具有大表面面积多孔涂层的两个双极型电极剖面图;

图15是在浸渍涂覆工艺中用于固定薄支撑材料的框架的示意图;

图15A是图15的框架中使用的线的示意图。

定义

下列术语的定义不是专用的：

“带”是指在制造干式组件的方法中所用的薄材料带。在初始加热后，除去此带形成孔的填充部分。

“导电支撑材料”是指任何一种导电金属或金属合金、导电聚合物、导电陶瓷、导电玻璃、或它们的组合。金属和金属合金最好用于制造基体部件。支撑材料应具有大于约10^-4s/cm（西门子/厘米）的电导率。

“第二导电材料”（具有大的表面面积）是指多孔电极涂层，在支撑材料各侧它们可以是相同的也可以是不同的成份。本发明的优选的金属氧化物包括从下列材料中任意选择的那些金属的氧化物：锡、铅、钒、钛、钌、钽、铑、锇、铱、铁、钴、镍、铜、钼、铌、铬、锰、镧或镧系金属或其合金或其组合物，并且为提高电导率可能含有象钙这样的添加物。

“电解质”是指离子性导电的含水或无水溶液或材料，它能使干式组件被充电。

“Cab-O-Sil ”是指可以illinois州的Tuscola的CabotCorporation获得的硅石填充物。有多种尺寸供选择。

“环氧树脂”是指掺有特定固化剂的环氧树脂产品的常规定义，通常为掺有聚胺固化剂的或混合有聚胺的聚环氧化物固化剂的环氧树脂。

“MYLAR

”是指Wilmington Delaware的Dupont，Inc生产的聚对苯二甲酸乙酯的聚酯材料，聚酯通常可以用厚度很薄的形式大批供应。

“金属氧化物”是指任何一种导电金属氧化物。

“混合金属氧化物”是指由两种或多种金属氧化物组成的导电氧化物混合物。

“光致抗蚀剂”是任一种光固化材料，通常是环氧化物或丙烯酸酯或它们的组合物。

“ConforMASK”是一种可从California州的Tustin的Dynachem购到的负性光聚合物。此聚合物应在50%或更低的相对湿度下使用。

能量存储装置的干式预制组件

参照附图，尤其是图1，2和3，这里示出了根据本发明构成的能量存储装置的干式预制组件10。该能量存储装置首先装配成干式预制组件10。在用电解质充填所设的各电容器芯片之后，表面被加热至靠近并熔合至外表面，以形成装置10A，该装置尔后被充电。

该装置预制组件10一般包括多个电容器芯片，如电容器芯片110，112和114，它们根据本发明的教导来形成、制备和叠置。图1A示出了由12个层叠的电容器芯片形成的电存储装置预制组件10A的装配后的示意图。不过，应当理解，对于本领域的技术人员来说，在阅读了此说明书后，可采用任何不同数目的电容器芯片。

为描绘简便起见，图3是预制组件10的分解示意图，它仅示出3个电容器芯片110，112和114。这些电容器芯片具有大体上相同的设计和构造，因此仅参照图2、2A、3和13、对电容器芯片114和112进行详细描述。

电容器芯片114包括第一导电外电极或端面板111A和第二内导电双极型电极111B。电极111A和111B在边缘处借助两个介电的或电绝缘衬垫层121和123隔开。

当第一和第二电极111A和111B、绝缘衬垫层121和123、以及导电多孔材料（氧化物）层119和120粘连在一起形成电容器芯片114时，由这些元件形成一个中央空气填充间隙130（图2A）。当组件10可以使用时，用电解质（未示出）填充间隙130，以制成装置10A。

为此，一个示例性凹口或填充口122示于图2A中，仅便于描绘之用，并该填充口形成于衬垫层121和123之间，以容许电解质充填间隙130。填充口122由插在填充层121和123之间的薄片或带117A，在熔合和粘结衬垫层121和123之前形成。当衬垫层121和123被加热时，带117A变为由回流的衬垫层材料围绕，这就使填充口122的外形得以形成。这两个衬垫层变成熔融态的聚合物片，它覆盖活性导电涂层119和120的一个尽可能小的区域。

现在更详细地研究电极111A和111B，制造这些电极的方法将在后面描述。电极111A和111B之间的一个不同点是，电极111A可选择地包括一个接头片160A，以便连接至电源（未示出）。

电极111A和111B之间的另一个可选择的区别在于，电极111A包括一个多孔导电涂层119，它淀积在支撑材料或结构116上，而双极型电极111B包括两个多孔涂层120和131，它们淀积在支撑材料或结构111B的任一侧或两侧。因此，电极111B是一个真正的双极型电极。应当理解，电极111A的两侧均可涂覆多孔导电层。

电极111A和111B之间的再一个选择性区别在于支撑结构111A和111B的刚性。作为外端面板的电极111A最好具有一个更为刚性的结构，以便它能给予能量存储装置10A的整体结构以足够的刚性。电极111B和其它相似的内电极不必具有象外电极111A那样的刚性。尽管如此，当装置10A较大时，需要辅助的支撑结构，因此内电极即111B被用作辅助支撑结构。在这种情况下，希望内电极即111B刚性化。

结果，支撑材料116比支撑材料118厚。在此优选实施例中，支撑材料116具有约10密耳（0.0254cm）的厚度，而支撑材料118具有约1密耳（0.00254cm）的厚度，其它值也是可以选择的。

在不脱离本发明的范围的情况下，电极111A、111B和存储装置10A的其余电极的尺寸根据所希望的应用确定。例如，在一种应用中，装置10A是小型的，例如用于心脏起搏器。而在另一种应用中，装置的整个体积是1立方米或更大，例如用于电动车辆。电极的尺寸决定存储装置10A的总电容量。

在此优选实施例中，电极即111A和111B是矩形的。不过，这些电极和相应预制组件10也可为各种其它形状，例如圆形、方形等。组件10的一个重要特征是其设计的适应性，这使它能用于各种应用中。

现在更详细地研究涂层119和120，形成这些涂层的方法将在以后描述。在此优选实施例中，涂层119包括多个微凸头，而涂层120不包括这种微凸头。不过，应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，涂层120可选择与涂层119相似的设计。

图5是涂层119的顶视平面图，它包括一个微凸头阵列，并且是被淀积在支撑材料116的内面或平坦侧面。涂层119是具有大表面面积的多孔结构的、导电的和较薄的。阵列包括两组微凸头。第一组包括多个园周形微凸头125，第二组包括多个位于中央的微凸头127。

在此优选实施例中，园周形凸头125和中央凸头127具有相似的设计结构，并大致呈半球形。不过，其它形状，例如矩形，也属于本发明的范围。每个凸头125或127的直径约为6密耳（0.01524cm）。装置10的不同应用可能要求微凸头125和127具有不同设计结构。园周形微凸头125的中心-中心间隔约为20密耳（0.0508cm），而中央微凸头127的中心-中心间隔约为40密耳（0.1016cm）。

园周形微凸头125具有较高密度的一个原因是防止边缘短路。中央微凸头127具有较低密度的一个原因是在电极111A和111B之间形成隔离，同时电极表面带有极小的掩模。为此，容许衬垫层121覆盖微凸头125的至少一部分，但最好不覆盖微凸头127。

园周形微凸头125沿涂层119的外缘相邻设置。尽管只绘出四排微凸头，但本领域的技术人员应当理解，根据装置10的尺寸和应用，可以增加排数。中央微凸头127以阵列布局相似地相邻设置于涂层119的中心部分132内。如图5所示，中央微凸头127由园周形微凸头125围绕。

微凸头125和127形成于涂层119上，以给第一和第二电极111A和111B提供附加的结构支撑。例如，如果第二电极111B开始向第一电极111A下垂或弯曲，微凸头127将防止这些电极111A和111B之间的接触。

图5进一步示出，涂层119还包括多个开口即133A-133G，带，即1117A设置于此开口中，以最终形成填充口122。正如针对大电极尺寸所绘出的，凹口（即开口）仅部分延伸至中心部分132。对于小电极尺寸，凹口横跨电极表面，且其两端向相对侧伸出，从而同时形成填充口133C和133D。在这种情况下，带的宽度小于或等于中央微凸头127间的中心-中心间隔。不过，带（的宽度）大于园周形微凸头125间的中心-中心间隔，以防止园周形微凸头挤压该带，并防止其移出，在园周形微凸头中增加开口。此外，带的宽度可类似于园周形微凸头间隔，并且在微凸头图形中不必进行调整。

现在研究涂层120，它起到与涂层119相似的功能，并被淀积在电极111B的面对第一电极111A的内侧的一侧面上。在此优选实施例中，涂层120不包括凸头。在预制组件10的另一实施例中，涂层119和120具有相似结构，并包括微凸头层。

现在研究衬垫层121和123，制造这些衬垫层的方法将在后面描述。衬垫层121和123通常是相同的，并以彼此重合（相邻且叠置）的方式排列。为简便起见，仅对衬垫层121进行详细描述。衬垫层121包括一个连续的园周部分143和一个空心中央部分144。

在此优选实施例中，带117A或其部分位于衬垫层121和123之间，并穿越衬垫层的空心部分即144，而且伸至周边部分即143之外。在另一实施例中，带不穿越衬垫层的整体宽度，只有带的一部分夹置于这些衬垫层之间，并伸过衬垫层一侧面的两边缘。

现回到图1，对下一个相邻电容器芯片112进行简单描述。电容器芯片112在设计和构造方面与电容器芯片114大致相同。电容器芯片112包括作为第一电极的双极型电极111B和第二双极型电极111C。，电极111B和111C基本相同，并按相互对正方式彼此隔开。

与涂层119相同的多孔涂层131淀积在支撑材料118的面对电极111C的表面上。与涂层120相似的涂层133淀积在支撑材料或结构140上，它构成电极111C的一部分。

电容器芯片112还包括两个衬垫层135和137，它们与电容器芯片114的衬垫层121和123彼此相同。带117B在衬垫层135和137之间形成填充口142。

电容器芯片110与电容器芯片114基本相同，并包括第一双极型电极111Y、第二电极1112、两个衬垫层157和159、带117C、接头片160和填充口162。应注意图3未示出内电极111Y。

现转到图6，这里绘出一个代表装置10A的电容性等效电路200。此电路200将电容器芯片114表示为两个电容C₁和C₂，将电容器芯片112表示为两个电容C₃和C₄;将电容器芯片110表示为两个电容C₅和C₆。结果，装置10大致等效于一组串连电容器。

多孔导电涂层119与电容器芯片114内的离子性导电介质（未示出）结合构成电容器C₁。此离子性导电介质与涂层120构成电容器C₂。涂层131与电容器芯片112内的离子性导电介质构成电容器C₃。电容器芯片112内的离子性导电介质与涂层133构成电容器C₄。相似地，电容器芯片110由两容器C₅和C₆表示。

本发明的一个重要方面是能量存储装置的双极型结构。采用单电极，如电极111B，形成两个串联电容器，如电容器C₂和C₃，从而形成一个双极型电极B。这种设计显著地降低了装置10A的总体尺寸。

尽管不想受到理论约束，但对于分子级的电容性能量存储装置的工作情况的解释会有助于理解带电双层的巨大价值。为简便起见，为描述图14，用图3作参考，其中采用了相同参考数字（且多孔材料为混合金属氧化物）。

图14是支撑结构118、148A和导电涂层（120、131、133、133B）的放大的边缘的剖面示意图。

被描绘的中心支撑结构118为金属的，但它可以是任一种导电的并为涂层提供支撑的材料。具有大表面面积的涂层提供了用于能量存储的结构和几何形状。正如从图14中所看到的，层120等具有带许多裂隙、微孔和间隙孔的非连续表面，它们形成了大表面面积。

因此，多孔涂层120和131被涂覆在支撑结构118上而形成双极型电极111B，涂层133和133B则被涂覆在支撑结构148A上而形成双极型电极111C。在预制组件10装配后，拉带被除去，形成填充口，并且预制组件10由电解质190填充，尔后填充口即177D被密封，从而形成了装置10A。

随后装置10A被充电，同时产生下列结果：

涂层120变成带负电的。导电支撑结构118相应地传输电子。因此，多孔涂层131变成带正电的。离子性导电的电解质相应地离子化。在电极-电解质界面上便形成一个双电层，它构成电路200中的各个单个电容。因此，涂层133的表面变成带负电的，而涂层133B的表面变成带正电的。由于多孔大表面面积氧化物容许电极的有效表面积变得很大，因此该装置的相应的电存储能力急剧增强。

制造能量存储装置的方法

参照图1-5，对于制造能量存储装置10A的预制组件10的优选方法总体上做如下说明：

（A）支撑材料制备

支撑材料可通过各种常规的腐蚀或清洗工艺进行选择性蚀刻或清洗。

在某些实验中，如果金属表面未蚀刻，它是很平滑的。平滑的表面有时会导致多孔涂层的不充分粘着。蚀刻可形成适当粗糙的表面。

1.湿法蚀刻：一种优选工艺是使金属支撑与含水的无机强酸接触，例如，硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸、高氯酸或它们的组合物。蚀刻通常在50至95℃（最好为75℃）的高温下进行约0.1至5小时（最好为0.5小时），接着用水漂洗。室温酸蚀刻是可能的。也可采用碱蚀刻或草酸蚀刻。

2.干法蚀刻：粗糙的支撑表面可通过溅射、等离子体处理、和/或离子研磨获得。一种优选工艺是ArRF（氩气射频）溅射蚀刻，蚀刻条件是0.001-1torr的压强、约1Kev的能量和13.5MHz的频率。通常，采用0.1-10watts/cm²的功率密度在1-60分钟的时间内进行清洗和使表面粗糙。另一种工艺是在0.1-30torr的压强下用反应气体对支撑材料进行1-60分钟的等离子体蚀刻，反应气体为，例如，氧、四氟化碳、和/或六氟化硫。

3.电化学蚀刻：粗糙表面可通过在氯化物或氟化物溶液中的电化学氧化处理获得。

（B）支撑材料的涂层

此涂层（例如氧化物）是多孔的并且主要由微孔（直径＜17

）组成。在表面上存在0.1-1μm宽的大裂隙，它们的深度与涂层厚度相当。不过，99%以上的表面积是由这些微孔形成的。这些微孔的平均直径在6-12

范围内。

在各种后处理之后，孔结构可改变，以增大平均孔尺寸。例如，蒸汽后处理形成双峰孔分布。除微孔外，形成了具有约35 的直径的间隙孔（直径＜17-1000

）的窄区分布。这些处理后的电极涂层的表面积的85-95%是由微孔结构形成的。

采用其它电极构造方法，这种孔尺寸分布可以改变。采用表面活性剂增加涂层溶液中的晶子或其它组织结构，可使平均孔尺寸增加到100-200

，而且只有5-10%的表面积源于微孔。因此涂层的有效的大表面面积比电极的设计表面积大1000至100，000倍。

如图13所示，电极111A包括多孔导电涂层的119，它形成于支撑材料116的至少一个表面。支撑材料116是导电的，并具有足够的刚性，以支撑涂层119并给装置10以足够强的结构刚性。

本发明的一个目标是选择装置10的最佳能量密度和功率密度。此目标是通过减小支撑材料116的厚度和使涂层119的表面积最大化来实现的。装置10的功能密度进一步通过维持低电阻使之最佳化。

涂层119的表面积用本领域公知的BET方法确定。表示涂层119的表面最佳化的表面增加率根据下式确定：

表面增加率＝（BET表面积/设计表面积）

在本发明中，表面增大率可达10，000至100，000。

涂层119是多孔的，其孔隙率在约5%至95%的范围内。对于有效的能量存储而言，典型的孔隙率范围为约20%至25%。

在常规的双电层电容器中，主要装置电阻源于碳涂层。在本发明中，装置电阻主要源于电解质，电解质具有比多孔导电涂层更高的电阻。

当预制组件10填充电解质后，它就可以被充电而变成装置10A。对于电解质而言，主要标准是它是离子性导电的并具有双极型特性。电极和电解质之间的边界或界面区在本领域被称作“双电层”，并用于描述此区域的电荷排列。双电层理论的更详细的描述记载于Bokrls等人的“现代电化学”第2卷第六次印刷本第7章（1977年）。

涂层的表面积影响装置10A的电容量。如果（例如）表面增大系数为1000至20000，并且双电层电容量密度为每厘米²的界面表面积（即BET表面积）大约10至500微法，那么可获得大约为每厘米²电极0.1至10法拉的表面增大电容量密度。

尽管在此说明了双电层理论，但应当理解，其它理论或模式，如质子注入模式，也是可以选用的。

大表面面积（多孔）导电涂层材料被涂覆到支撑材料。

1.溶液方法：多孔涂层材料可以由溶液或溶胶-凝胶成分中的各种反应原料化合物形成。这些原料化合物成分的多种应用方法均是可行的，而不限于下述方法。固化、水解和/或热解工艺通常用于在支撑材料上形成涂层。金属盐的热解通常在受控气氛（氮气、氧气、水、和/或其它惰性和氧化性气体）下借助炉具或红外源来进行。

（a）浸渍涂覆：电极或支撑结构被浸渍于溶液或溶胶-凝胶，用原料化合物涂层覆盖支撑结构，并接着用热解法或其它方法固化。此工艺可重复，以增加涂层厚度。优选，将支撑材料浸渍于金属氯化物/酒精溶液中，并接着在5-100%的氧气氛中在约250至500℃的温度下热解处理5-20分钟。

重复此工艺，直至得到所希望的涂层重量。最终的热解处理是在250至450℃下进行1-10小时。典型值约为1-30mg/cm²的涂层淀积于支撑材料上，以获得每平方厘米电极截面积约1-10F的电容量密度。另一种方法是，用钌、硅、钛和/或其它金属的氧化物制备溶胶-凝胶溶液，并按上述方法涂覆支撑材料。通过调整pH值、水浓度、溶剂和/或草酸、甲酰胺和/或表面活性剂这样的添加物的含量，可调节涂层的放电频率特性。

在热解步骤中可采用较高的相对湿度，以便在较低温度下实现原材料向氧化物的转变。优选方法是，在低于400℃的温度下进行热解的过程中，维持约50%以上的相对湿度。

浸渍涂覆薄的（例如1密耳）支撑结构的一种优选方法是，采用一个线状框架结构300来保持支撑材料118于绷紧状态（图15和15A）。

线状框架结构300包括至少两根线301和301A，它们的长度大于支撑材料118的宽度。每根线301和301A包括一单独的线段，此线段在其各端紧密卷绕约360°而形成两个圈302和303。这两个圈如此卷绕，即，其端头在此线平面之上的约1cm处。圈302和303分别穿过支撑材料中的孔304和305设置。孔304和305位于支撑材料的相邻侧面的两个角上。

另外两根线301B和301C以相似方式装于支撑材料的其余两侧面，以提供附加支撑。

（b）喷涂：涂覆溶液通过喷涂方法涂覆在支撑材料上，并固化和选择性地重复，用于增加涂层厚度。优选方法是，在0-150℃的温度下将涂覆溶液喷涂至衬底，喷涂采用超声喷咀或其它的喷咀，以约0.1-5ml/min的流速，在由氮、氧和/或其它反应和惰性气体组成的载气中进行。涂覆特性可通过氧和其它反应气体的分压强来控制。

（c）滚涂：采用滚涂方法涂覆原料化合物涂层，然后固化并选择性地重复，用于增加涂层厚度。这里可用上面描述的用于浸渍涂覆的涂料。

（d）旋涂：用现有技术中的旋涂方法涂覆原料化合物，并选择性重复。

（e）刮刀涂覆：用刮刀涂覆方法涂覆原料化合物，并选择性重复。

2.电泳淀积：用电泳淀积技术在支撑材料上形成多孔涂层或原料化合物涂层，并选择性重复。

3.化学汽相淀积：用公知的化学汽相淀积技术形成多孔涂层或原料化合物涂层。

（c）电极预处理

业已发现，多种预处理（调理）或其组合对改进涂层的电特性（例如，电化学惰性、电导率、工作特性等）是有益的。这些处理包括例如：

1.蒸汽处理：在一个密闭容器中，在150至320℃之间，在自生压力下，被涂覆的电极与水饱和蒸汽接触1-6小时。

2.反应气体处理：在室温至300℃之间，在减压或低压下，被涂覆的电极与反应气体进行一次或多次接触，反应气体如氧气、臭氧、氢气、过氧化气体、一氧化碳、一氧化二氮、二氧化氮、或一氧化氮、优选方法是，在室温至100℃之间，在0.1-2000torr压力下，让被涂覆电极与含臭氧的5-20wt%的流动空气接触0.1-3小时。

3.超临界液流处理：使电极与诸如二氧化碳、有机溶剂、和/或水之类的超临界液流接触。优选方法是，通过首先升高压强尔后升高温度来达到超临界条件，用超临界水或二氧化碳处理0.1-5小时。

4.电化学处理：被涂覆的电极置于硫酸电解液中，并通以足以使氧气放出的阳极电流，接着通以阴极电流。在一个实施例中，电极在0.5M硫酸中通10mA/cm²电流约5分钟，以产生氧气。电极随后被转接至阴极电流，并驱使开路电位降回至0.5V（相对正常氢电极）的有氢气释出电位。

5.反应液体处理：在约为室温至100℃的温度下使被涂覆的电极与氧化性液体接触0.1-6小时，诸如过氧化氢、臭氧、亚砜、高锰酸钾、高氯酸钠、铬（Ⅵ）同位素和/或它们的组合物的水溶液。优选的方法是，用10-100mg/l的臭氧水溶液，在20-50℃处理约0.5-2小时，接着进行水冲洗。另一种方法是在铬酸盐或重铬酸盐溶液中处理被涂覆的电极。

（D）电极间的隔离

为在电极间获得电绝缘和适当限定的间隔，多种方法是可行的。这些方法包括，例如：

1.微凸头：涂层119和120之间的隔离层125和127包括在电极的至少一侧表面上的一个小（在面积和高度方面）凸头的阵列，即125和127。这些微凸头可由热固性材料、热塑性材料、弹性材料、陶瓷材料、或其它电绝缘材料构成。

形成这些微凸头的方法有下列几种，但不限于这几种方法：

（a）丝网印刷法：微凸头通过常规的丝网印刷法被设置在电极表面上，正如后面在：丝网印刷”标题下所详细描述的那样。在这种方法中可采用各种弹性材料、光固化塑料和热塑性材料。优选方法是采用耐酸的环氧或VITON

溶液。

（b）化学汽相淀积法：微凸头还可通过透过一掩模淀积二氧化硅、二氧化钛和/或其它绝缘氧化物或材料被设置于电极表面上。

（c）光刻法：微凸头也可通过光刻法制成，正如后面在“微凸头的光刻制造”标题下所详细描述的那样。

2.物理性薄隔离片：电极间的隔离板是薄的、实质上为开放结构材料，例如玻璃。优选材料是可从位于NJ州的Clifiton的Whatman    Paper    Ltd购得的0.001-0.005吋（0.00254-0.01270cm）厚的多孔玻璃片。

3.注塑隔离板：多孔材料之间的隔离板还可通过注塑一层薄的、实质上为开放结构的薄膜得到，例如NAFION

、聚砜，或各种气体和溶胶-凝胶。

4.空气隔离：电极之间的隔离体为空气隙，它尔后由无水或含水电解质填充。

（E）加衬垫

用作活性电极表面的边缘处的衬垫层，例如衬垫层121、123、135、137、157和159的材料包括任何一种在电/化学环境和加工条件下稳定的有机聚合物。合适的聚合物包括，例如，聚酰亚胺、TEFZEL

、聚乙烯（高和低密度）、聚丙烯、其它聚烯烃、聚砜、KRATON

、其它氟化的或部分氟化的聚合物或它们的组合。衬垫层可通过丝网印刷方法或其它方法形成，作为预成型材料。

（F）用于填充口的带

用于形成填充口，例如填充口122和142的带（117A、117B和117C）是任何一种具有某些特殊性能的适用材料，例如，它不同于衬垫层材料，它具有比衬垫层材料更高的熔化温度（Tm），并且在本文所描述的加热条件下，它不会熔化、流动或粘连至衬垫层材料。通常采用玻璃、金属、陶瓷、和有机聚合物或它们的组合。

（G）叠置

叠置结构是由这样构成的，开始放一个端面板，尔后是交替排列衬垫层材料、带、电极，直至形成所希望的电容器芯片数，最后以放置第二端面板结束，并可选择一衬垫材料层位于叠置结构的顶部外侧。

（H）装配（加热和冷却）

在低压下加热叠置结构，使衬垫层材料回流，将电极材料的周边粘结和密封至叠置结构中的相邻电极;由此形成相互绝缘的电容器芯片和一个装配好的叠置组件。

（a）用射频感应加热法（RFIH）加热叠置结构，使衬垫层材料回流。

（b）用辐射加热（RH）法均匀加热叠置结构，使衬垫层材料回流。优选方法是用0.5-10Watts/cm²的1-100μm辐射加热1-20分钟。

（c）采用在炉中选择性地在惰性气氛中的传导和/或对流加热法来加热叠置结构，使衬垫层材料回流。

（I）形成填充口

将带从装配好的组件上拉出，以形成每个电容器芯片具有至少一个填充口的干式预制组件。

（J）后处理

对叠置结构或装配好的叠置结构或它们的组合进行多种后续的反应气体处理，对改善电极和所形成的装置的全部的和长期的电特性是有益的。这些处理包括在步骤（H）之前和/或步骤（I）之后，用氢气、氧化氮、一氧化碳、氨气、和其它还原气体或其组合，在室温至衬垫层材料的熔化温度Tm之间，在减压或低压下进行的处理。

（K）干式预制组件的填充

干式预制组件要用离子性导电的含水或无水电解质填充。

优选电解质是约含30%的硫酸的水溶液，因为它具有高电导率。以聚丙烯和碳酸亚乙酯为基础的无水电解质也可用来获得大于1.2v/电容器芯片的电位。

用液态电解质填充干式预制组件的优选方法是，将预制组件放于操作室中，将操作室抽至低于1torr，并注入电解质;由此使电解质通过填充口填充至电容器芯片的间隙。另一种方法是，可将预制组件置于电解质中并抽真空，从而除去电容器芯片的间隙中的气体并以电解质代之。

此外，也可采用非液态电解质（例如，固态和聚合物）。在回流前电极已涂覆电解质的情况下，不需要填充口。

（L）填充口的密封

填充口是通过在开口上回流形成一层相同或不同的聚合物辅助薄膜而密封的，从而形成密封的装置。这通常用感应加热器来进行，加热器局部加热覆盖填充口的薄膜。

（M）老化

通过按约4mA/cm²的充电电流开始将装置充电至0.1V/电容器芯片促使装置完全充电。

（N）测试

端接方法：有好几种方法可用于实现电容器顶端引出电极板的电连接，这些方法描述如下。

1.端面引出电极接头片（160和160A）：端面引出电极板（111A和111Z）本身已被切成延伸超过正常衬垫层周边的形状。这些伸出部分容许安装线或带。典型情况下，伸出部分是一导电片，其上的所有氧化物被除去得到裸露的支撑材料;5密耳（0.0127cm）厚的镍带点焊至此导电片上。

2.掺银环氧树脂

除去端面板的暴露面上的氧化物涂层或只在一侧涂覆端面板。通过用导电的掺银环氧树脂粘结，使干净的镍箔或铜板电连接至曝露面。氧化物涂层存在也是可以选择的。

3.接线头：带螺纹的钛螺母在涂覆前焊至厚的钛板上。通过用螺栓实现与钛螺母的电连接。

4.压力接触：在装配成装置的叠置结构之前，除去端面板曝露侧面的氧化物，或仅在一侧涂覆端面板。反向溅射裸露的支撑材料，例如钛，以清洁表面，溅射时应慎重，不要使衬底过热。清洁的表面尔后用钛溅射，以铺设一清洁的粘结层，接着用金溅射。金用作低接触电阻表面，可通过加压或线粘合实现与此表面的电接触。

5.通过CVD或其它方法所进行的合适介质如铝、金、银、等的外部淀积。

装置电阻是在1KHz条件下测量的。装置电容量是通过测量使装置完全充电所需的库仑数来确定的，充电电流约为每平方厘米电极面积4mA。漏电流是按充电30分钟后为维持完全充电所需的电流来测量的。

根据所希望的应用，这些装置可制成各种构形。通过调整装置电压、电容器芯片电压、电极面积和/或涂层厚度之间的关系，可构造出适于特定要求的装置结构。

对于每10μm厚的涂层，电极电容量密度（C′，单位为F/cm²）约为1F/cm²。因此，为得到大的电容量要用较厚的涂层。装置电容量（C）等于电极电容量密度乘以电极面积（A，单位cm²）再除以2倍的电容器芯片数（n）（等式1）。

漏电流（i″）与电极面积成正比，而等效串联电阻（ESR）与电极面积成反比（等式2）。漏导电流（1″）的典型值为小于20μA/cm²。

装置中电容器芯片的总数量（n）等于总装置电压（V）除以电容器芯片电压（V′）（等式3）。高达约1.2V的电容器芯片电压可采用含水电解质获得。

装置高度取决于电容器芯片间隙（h′）和支撑结构厚度（h″），由电容器芯片数量和电极的电容量密度（单位：F/cm²）确定，见等式4。

装置的等效串联电阻（ESR）为电容器芯片数量、电容器芯片间隙（h′），电解质的电阻率（r）和约为2的常数的乘积除以面积的函数（等式5）。

等式1    C＝C′A/2n

等式2    i″oAα1/ESR

等式3    n＝v/v′

等式4    h/cm＝n（0.002C′+h′+h″）

等式5    ESR＝2nh′r/A

通过研究电压、能量和电阻等必需条件，装置被构造成能满足各种应用的需要。下列例子并不意味着受到任何限制：

对于电动车辆应用而言，采用100KJ至3MJ的装置。采用具有约100至10000cm²的电极面积的高电压（约100至1000v）大能量（1-5F/cm²）存储装置。

对于用于降低汽车冷起动发动的电热催化转换器应用而言，采用10至80KJ的装置。此装置大约为12至50V，并具有面积为100至1000cm²的1-5F/cm²的电极。还可这样选择，由并联的几个装置来构成一个装置，以满足电气要求。

对于电震发生器应用而言，采用具有面积为0.5至10cm²的1-3F/cm²的电极的约200至400V的装置。

对于不间断电源应用而言，可采用各种串/并联装置结构。

丝网印刷

现在研究丝网印刷方法250，参照图7和8，方法250主要用于在涂层表面上制备一系列微凸头125和127，以在通常如电容器或电池之类的电存储装置中，并且尤其是在干式预制组件能量存储装置10中用作间隙隔离层。

衬底通常是薄的金属，如钛、锆、或其合金。衬底通常为薄金属板状，就象现有电容器中常用的那样。

衬底的一侧或两侧涂敷有多孔的碳化合物或多孔的氧化物涂层。此步骤由本领域常用的方法完成。氧化物涂层作为此装置的电荷存储面积。

另外，可制造一组叠置的电池电极（例如铅酸用的铅）和电解电容器电极（例如氧化铝和钽）。

重要的是，相邻的被涂覆衬底或电极的平坦表面不能相互接触，并且是均匀隔离的。用环氧树脂微凸头实现所希望的均匀隔离。

样品支撑：被涂覆的薄的平坦衬底要被固定（或支撑），这样在衬底的平表面上，微凸头的形成是精密和准确的。对于薄金属片（0.1至5密耳）（0.000254至0.0127cm），尤其是约1密耳（0.00254cm））而言，电极支架275尤为重要，如果对薄片抽高真空，在片中常会形成有害的凹痕，它会使最终装置的物理和电气性能产生显著的不希望的变化。

电极支架275包括一个多孔陶瓷支架276，它是有益的，因为孔尺寸小至足以在抽至中等的或较高的真空时使凹痕不出现。在不使金属变形或不破坏涂层的条件下，陶瓷支架276的平坦陶瓷表面必须与电极111A的表面紧密接触。对多孔陶瓷较好的真空度至少25吋汞柱。真空度最好在约25至30吋汞柱之间，尤其是26至29吋汞柱。

另外，陶瓷衬底应与任一机械支架的表面齐平，以保证环氧树脂穿过丝网孔产生均匀突出。在这里齐平是指，支架表面与用于电存储的涂层表面之间没有明显差别，每6吋长的两个表面之间的差为±6密尔（0.0127cm）。

电极支架275还包括金属框架277，它也应尽可能的平坦，以便从电极一侧向另一侧形成均匀尺寸的凸头。

电极支架275可从许多商业机构购到，例如Coloradl州的Ceramicon    Designs。另外，样品支架276可采用商业上可得到的金属、合金或陶瓷制造。

通常，形成一个5吋（12.7cm）×7吋（17.78cm）的被涂覆片状电极。

金属支架277具有多个处于关键位置的定位销，如三个定位销278、279和280，它们分别与相应的孔281、282和283配合，将电极111A校准和定位。孔281、282和283通常尽可能靠近电极111A的周边，以节省有用的电极表面。另一种方式是，不采用校准孔，定位销与电极边缘对准。

一个具有预定的开放图形的模片（未示出）铺设并固定在常规的丝网印刷架（未示出）中。丝网被除去。

将已混合的环氧成分和流体环氧树脂置于模版的表面上，随后铺开，以获得平坦的涂覆层。这可采用压力棒、刮棒或橡皮滚子完成。

一般说来，恒定的温度和湿度对获得平坦涂层是重要的。

随后小心地取出模版，在氧化物的表面上留下流体环氧树脂凸头。接着采用大气下100至150℃的快速加热或光照使环氧化物凸头固化。

然后将具有微凸头的电极与其它电极组合，并按湿法或干法装配。如果采用干法，在要充电前，干式组件10要填充电解质。

固化的环氧树脂不与最后用于制造具有多层电极的电容器的液态电解质反应是重要的。

固化的微凸头起到保持电极间均匀间隔的作用。

正如可从图6中看到的，电极平坦表面的边缘具有凸头125，它们比电极的有效部分或中央部分的那些凸头127更为密集。这些凸头125增强边缘处的支撑，从而维持均匀隔离。另外，也可采用棒。

从这些教导中可明确知道，下列情况是可能的：

因为支撑刚度会变化，增大或减小衬底电极厚度将容许微突头隔离空间的增大或减小。

可采用本领域中常用的其它热固性材料、热弹性材料、光固化环氧树脂或环氧树脂衍生物。

可采用其它的微凸头图形元件，例如方形、线状、十字形、等等。尤其是，边缘处的棒可增加机械支撑。

如果需要使可流动环氧树脂达到其粘度适于短时印刷的温度，也可选择加热丝网。

紧接着进行可流动环氧树脂的丝网印刷的此加热步骤必须快速进行，因为环氧树脂的工作时间明显降低。

所制造的具有微凸头125和127的电存储装置作为电池、电容器或类似器件是有益的。

微凸头的光刻制造

本方法主要是采用光刻技术，在电极衬底的或合金表面上制造一系列微凸头，参照图10、11和12。衬底通常为象现有电容器中常用的薄金属板形状。

光刻胶薄膜381涂覆至电极111A的表面上，所述涂覆通过采用商业上可得到的Dynachem    ConforMASK薄膜涂覆器和型号为724/30的Dynachem真空涂覆器真空敷设，或通过让光刻胶薄膜381和电极111A穿过一对加热的辊子384和385来实现。

曝光是采用标准的1-7KW高电压曝光光源实施的，例如汞蒸汽灯389。

采用标准条件，例如0.5-1.0%的碳酸钠或碳酸钾单水化物，在显影罐或传送带式含水显影液中，使ConforMask薄膜涂覆器显显影。显影后，可将带微凸头的电极在10%的稀硫酸溶液中进行中和处理。这可除去所有的不想要的未反应的薄膜，而留下粘至电极表面的反应后的微凸头。

为获得最佳的物理和电气工作特性，对所得到的材料进行最终的固化工艺处理，此固化工艺包括采用常规的高电压固化设备和对流空气炉的进行高电压照射和热处理。

将多个电极装配起来制成（例如）一个电容器，如上所述。微凸头实现所希望的均匀隔离。

商业应用

作为主要的或辅助的电源，和/或作为电容器，能量存储装置10A具有多种应用。其规格为0.1V至100000V或0.1cm³至10⁵cm³。典型电压范围包括在汽车和其它应用中的使用范围的组合。

这些应用中包括下列应用：

汽车应用 典型电压范围 典型尺寸(cm³)

内胎和座椅减震器    1-100    1-1000

座椅取暖器    1-100    1-100

电子加热催化器    1-1000    1-1000000

电动汽车发动机    100-1000    100-1000000

混合式电动汽车发动机    1-1000    10-100000

内燃机/超电容发动机    1-100    100-100000

电动换向器    1-1000    1-100

再生刹车/冲击吸收    1-1000    5-100

点灯和用电池点火    1-1000    2-100

点灯和仅维持点火    1-100    1-100

医学应用

心脏电震发生器    10-500    0.1-100

起搏器    1-300    0.1-300

神经激励器或类似装置    0.1-300    0.1-300

可植入式的和外用的装置    0.1-300    0.1-300

外科电动工具    10-700    1-10

流动监护设备    1-100    1-100

自动液体色谱分析    1-100    1-20

自动临床实验分析    1-100    1-20

计算机层析X射线(CT)扫描器    1-1000    1-100

牙科设备    1-200    1-10

数字式X射线照相设备    1-500    1-1000

电子外科设备    1-100    1-10

光导纤维    1-100    1-100

检查    1-100    1-10

助听器    1-10    0.1-1.0

灌输装置    1-100    0.1-10

磁共振成像(MRI)    1-1000    1-1000

核医学诊断设备    1-1000    1-100

电气式患者监护系统    1-200    1-100

呼吸治疗设备    1-500    1-100

外科用激光器    1-1000    1-1000

电气外科支撑系统    1-100    1-1000

超声诊断设备    1-100    1-100

汽车发动机系统

换挡    1-1000    100-10000

高尔夫车    1-1000    100-10000

农具、地铁    1-1000    100-100000

再生刹车    1-1000    1-100

办公/商用电子应用

计算器    1-120    0.5-10

网络通讯    1-120    1-100

商用音响放大器    1-1000    1-10

商用闪光/频闪灯    1-1000    1-10

商用电动工具    1-1000    1-100

商用摄像机    1-120    1-10

计算机    1-120    1-10

复制器    1-120    1-10

口授指令录音设备    1-100    1-1000

电机    1-1000    1-1000

电子锁    1-120    1-10

电子合成器/PDAs    1-100    1-5

应急照明系统    1-440    1-1000

传真设备    1-120    1-10

麦克风    1-120    1-3

标页机    1-120    1-2

打印机    1-120    1-10

安全系统    1-120    1-100

透射式幻灯    1-120    1-100

不间断电源    1-1000    1-100000

振动防止器    1-1000    1-100000

无线网络    1-1000    1-1000

消费电子应用

音响系统

袖珍型/家用型    1-120    1-10

例携式录音机/CD    1-120    1-5

随身听/袖珍立体声机    1-120    1-5

CB无线电装置    1-120    1-10

业余无线电收发报用装置    1-120    1-100

凸轮式磁带回线自动记录器    1-120    1-10

家用卫星天线反射器    1-120    1-10

麦克风    1-120    1-3

监视器和阴极射线管    1-1000    1-100

闪光灯    1-1000    1-3

接收机、收发机    1-1000    1-10

电话应答装置    1-120    1-5

网络、无线电话    1-120    1-3

玩具和游戏机    1-120    1-10

电视设备    1-1000    1-10

家用型    1-1000    1-10

便携型    1-1000    1-10

盒式磁带录像机(VCRs)    1-120    1-10

视盘放像机    1-120    1-10

视频游戏机    1-120    1-10

表/钟    1-120    1-100

消费类家电应用

空气净化器    1-120    1-100

袋口密封器    1-500    1-100

搅拌器    1-120    1-10

全时钟(Clocks-Total)    1-120    1-100

报警器和控制台    1-120    1-10

咖啡磨    1-120    1-10

咖啡加工机    1-120    1-10

对流炉    1-1000    1-1000

爆玉米机    1-120    1-10

卷发铬铁/刷    1-120    1-5

深油炸锅    1-230    1-100

电毯    1-120    1-10

手电筒    1-100    1-10

地板擦光机    1-220    1-100

食品加工机    1-120    1-10

干发器    1-120    1-5

加热垫    1-120    1-5

家庭安全系统    1-120    1-100

熨斗    1-120    1-5

切割机    1-120    1-3

美容器    1-120    1-5

混合器    1-120    1-5

微波炉    1-230    1-10

电动工具    1-230    1-100

安全系统    1-230    1-100

剃须刀    1-120    1-3

烟雾探测器    1-120    1-5

计时器    1-120    1-3

烤面包器/烘烤炉    1-120    1-5

牙刷(电动的)    1-120    1-3

汽化器    1-120    1-10

水断续器    1-120    1-10

涡流器(便拎式的)    1-120    1-100

主要家用消费器械

压实机    1-120    1-10

洗碗机    1-220    1-100

烘干器    1-120    1-100

冰柜    1-220    1-100

利用余热的多功能炉灶(Ranges)    1-220    1-1000

冰箱    1-120    1-100

洗衣机    1-220    1-100

热水器    1-220    1-100

户外器械

杀虫器    1-120    1-10

室外栅栏    1-120    1-100

电动割草机    1-220    1-100

乘坐式割草机    1-1000    1-1000

乘坐式拖拉机    1-1000    1-10000

旋转耕作机    1-1000    1-10000

扫雪机/鼓风机    1-220    1-1000

草地修剪器    1-220    1-100

其它应用

电动除冰机    1-1000    1-100

电子熔断器    1-1000    1-10

激光器    1-1000    1-100

相列雷达    1-1000    1-1000

远程喷灌器    1-1000    1-10000

用于发电厂均化负荷即存储交替产生的能量的存储器

(太阳能、燃料电池、风力涡轮、等)    1-1000    1-10,000,000

军事应用防务    1-10,000    0.1-10,000,000

对于特定应用而言，将多个装置串联和/或并联来达到所希望的性能。

干式预制组件的制造

下列例子仅用于描述和示范，它们不能被认为是以任何方式对发明的限制。

例1

干式预制组件的制造

（A）涂覆方法

用35%HNO₃/1.5%HF在60℃对1mil（0.00254cm）的钛片进行5分钟蚀刻，由此制成支撑结构。端极板是5mil（0.0127cm）的钛。

氧化物涂层溶液是叔丁醇（试剂级）中含有0.2M的三氯化钌三水合物和0.2M的五氯化铌。

通过在环境条件下在溶液中浸渍，对蚀刻后的Ti片进行浸涂。涂覆后的片浸入溶液保持约1秒然后取出。

每次涂覆后，在70℃对氧化物干燥10分钟，在350℃进行10分钟的热分解，然后取出冷却至室温，所有这一切均在环境气氛中进行。

重复浸涂步骤达10层涂层（或任何期望的数量），旋转Ti片以便交替浸入各面。厚度达10微米左右。

完全涂覆后的钛片在环境气氛中于350℃进行3小时的最终退火。

（B）电极予处理

在自身压力下，涂覆后的电极于密封容器中在280℃下与饱和蒸汽接触3小时。

（C）间隔

在电极的一面上丝网印刷成微凸头，如以下标题为“丝网印刷”所详述的。环氧化合物是EP21AR，取自Masterbond    of    Hackensack，新泽西。

在空气中，环氧凸头在150℃固化4小时。接着把涂覆后的电极模压成期望的形状。

（D）加衬垫

在电极具有微凸头的一侧，设置厚1.5mil（0.00381cm）、宽30mil（0.0762cm）的改性高密度聚乙烯（HDPE，在抗穿孔和粘合力方面改性），其外围边界与电极相同，然后脉冲加热叠层。HDPE

是PJX2242等级，取自Phillips-Joannaof Ladd，伊利诺斯。

（E）带

设置一条厚0.9mil（0.00229cm）、宽10mil（0.0254cm）的带在机器方向纵切的Dupont T²TEFZEL

膜90ZM，横跨衬垫和电极表面的窄尺寸并在微凸头之间对准。带可定位于中心、中心左侧或中心右侧这三种位置之一。

在第一衬垫上设置第二HDPE把带夹在两层衬垫之间。

对第二衬垫进行脉冲加热使其与第一衬垫粘合，并使带固定就位。

（F）叠置

在非金属（陶瓷）上对准夹具由5mil（0.0127cm）的端极板开始，叠置电极/微凸头/衬垫/带/衬垫组件，使组件达到期望的电容器芯片数量，最后并用5mil（0.0127cm）的平滑端极板终止组件叠置，带设置在一个以三单元为重复周期按左、中、右交错定位的位置（端部透视）。光压通过一个陶瓷压板块施加在叠置组件的顶部，以使光压能在整个叠置组件上保持均匀的直线对准和接触。

（G）回流

使用射频感应加热器（2.5KW）对叠置组件进行加热。在三次转动中把叠置组件设置在直径为3吋（7.62cm）的线圈中心，并以设定功率的32%加热90秒。使熔合的组件冷却至室温。

（H）去除线带

小心地拉线带的曝露端除去线带，留下敞开的填充孔。

实施例2

干式预制组件的另一种制法

（A）涂覆方法

用50%HCl在75℃对1mil（0.00254cm）的钛片进行30分钟的蚀刻，由此制备成支撑结构。端极板是2mil（0.00508cm）的钛。

氧化物涂层溶液是在异丙醇（试剂级）中含有0.3M的三氯化钌三水合物和0.2M的五氯化钽。

通过在环境条件下在溶液中浸渍，对蚀刻后的Ti片进行浸涂。涂覆后的片浸入溶液保持约1秒然后取出。

每次涂覆后，在环境气氛中70℃下对氧化物干燥10分钟，在每小时3立方呎的50体积%氧和50体积%氮的气流中于330℃下进行15分钟的热分解，然后取出在环境气氛中冷却至室温。

重复浸涂步骤达30层涂层（或任何期望的数量），旋转Ti片以便交替浸入各面。

完全涂覆后的钛片在上述条件下进行3小时的最终退火。

（C）间隔

在电极的一面上丝网印刷成VITON

微凸头，如以下标题“Ⅶ、丝网印刷”所详述的。

在空气中，VITON

微凸头在150℃固化30分钟。接着把涂覆后的电极模压成期望的形状。

（D）加衬垫

在电极两侧设置厚1.0mil（0.00254cm）、宽20mil（0.0508cm）的改性高密度聚乙烯（HDPE，在抗穿孔和粘合力方面改性），其外围边界与电极相同，然后脉冲加热叠层。HDPE是PJX    2242等级，取自Phillips-Joanna    of    Ladd，伊利诺斯。

（E）带

设置一条直径为1mil（0.00254cm）涂覆TEFLON 的钨线的带，横穿衬垫和电极表面的窄尺寸并在微凸头之间对准。带可定位于中心、中心左侧或中心右侧这三种位置之一。

（F）叠置

叠置电极/微凸头/衬垫/带/衬垫组件，组件由2mil（0.00508cm）的端极板开始，达到所期望的电容器芯片数量，由2mil（0.00508cm）的平坦端极板终止，线带设置在一个以三个单元为重复周期按左、中、右交错定位（端部透视）的位置。

（G）回流

HDPE衬垫在氮气中125℃下经120分钟，使热塑性塑料回流。组件在氮气中冷却至室温。

（H）线带去除

拉出暴露端去除线带，留下敞开的填充孔。

实施例3

干式预制组件的又一种制法

（A）涂覆方法

用50%HCl在75℃对1mil（0.00254cm）的钛片进行30分钟的蚀刻，由此制备成支撑结构。端极板是10mil（0.00254cm）的钛。

氧化物涂层溶液是在异丙醇（试剂级）中含有0.2M的三氯化钌三水合物和0.2M的五氯化钽。

通过在环境条件下，在溶液中浸渍，对蚀刻后的Ti片进行浸涂。涂敷后的片浸入溶液保持约1秒然后取出。

每次涂覆之后，在70℃对氧化物干燥10分钟，在300℃进行5分钟的热分解，然后取出冷却至室温，所有步骤均在环境气氛中进行。

重复浸涂步骤达10层涂层（或任何期望的数量），旋转Ti片以便交替浸入各面。

完全涂覆后的片在环境气氛中于300℃进行3小时的最终退火。

（B）电极予处理

在自身压力下，涂覆后的电极于密封容器中260℃下与饱和蒸汽接触2小时。

（C）间隔

在电极的一侧丝网印刷成微凸头，如以下标题为“Ⅶ，丝网印刷”所详述的。环氧化合物是EP21AR等级，取自Masterboud，Hackensack，新泽西。

在空气中，环氧凸头在150℃固化4小时。接着把涂覆后的电极模压成期望的形状。

（D）加衬垫

在电极具有微凸头的一侧，设置厚1.5mil（0.00381cm）、宽30mil（0.0762cm）的改性高密度聚乙烯（HDPE，在抗穿孔和粘合力方面改性），其外围边界与电极相同，然后脉冲加热叠层。HDPE 是PJX2242等级，取自Phillips-Joanna of Ladd，伊利诺斯。

（E）带

设置一条厚1mil（0.00254cm）、宽10mil（0.0254cm）的带（TEFZEL ），横跨衬垫和电极表面的窄尺寸并在微凸头之间对准。带可定位于中心、中心左侧或中心右侧这三种位置之一。

在第一衬垫上设置第二层HDPE

衬垫把带夹在两层衬垫之间。

对第二衬垫进行脉冲加热使其与第一衬垫粘合，并使带固定就位。

（F）叠置

叠置电极/微凸头/衬垫/带/衬垫组件，组件由10mil（0.0254cm）的端极板开始，达到所期望的电容器芯片数量，由10mil（0.0254cm）的平坦端极板终止叠置，带设置在一个以三单元为重复周期按左、中、右交错定位（端部透视）。

（G）回流

衬垫在氮气中160℃下经45分钟，使热塑性塑料回流。组件在氮气中冷却至室温。

（H）去除带

小心拉曝露端去除带，留下敞开的填充孔。

实施例4

干式预制组件的又一种制法

（A）涂覆方法

用50%HCl在75℃对1mil（0.00254cm）的钛片进行30分钟的蚀刻，由此制成支撑结构。端极板是5mil（0.0127cm）的钛。

氧化物涂层溶液是在乙醇（试剂级）中含有0.2M三氯化钌三水合物和0.2M的（二-异丙氧化物（di-isopropxide））双（2，4-戊二酸（pentanedionate））钛。

通过在环境条件下在溶液中浸渍，对蚀刻后的Ti片进行浸涂。涂覆后的钛片浸入溶液保持约1秒然后取出。

每次涂覆之后，在70℃对氧化物干燥10分钟，在氧气中于350℃进行5分钟的热分解，然后取出冷却至室温，所有步骤均在环境气氛中进行。

重复浸涂步骤达30层涂层（或者任何期望的数量），旋转Ti片以便交替浸入各面。

完全涂覆后的钛片在氧气氛中于350℃进行3小时的最终退火。

（C）间隔

在电极的一侧上通过掩模热喷涂形成微凸头。热喷涂材料是TEFLON

，取自E.I.Du Pont de Nemoure & Co.，Wilmington，特拉华。

在空气中TEFLON

微凸头于300℃固化0.5小时。接着把涂覆后的电极模压成期望的形状。

（D）加衬垫

在电极具有微凸头的一侧，设置厚1.5mil（0.00381cm）、宽30mil（0.0762cm）的改性高密度聚乙烯（HDPE，在抗穿孔和粘合力方面改性），其外围边界与电极相同，然后脉冲加热叠层。HDPE是PJX2242等级，取自Phillips-Joanna    of    Ladd，伊利诺斯。

（E）带

设置一条厚1mil（0.00254cm）、宽10mil（0.0254cm）的带（TEFZEL

），横跨衬垫和电极表面的窄尺寸并在微凸头之间对准。带可定位于中心、中心左侧或中心右侧这三种位置之一。

在第一衬垫上设置第二HDPE

衬垫，把线带夹在两层衬垫之间。

对第二衬垫进行脉冲加热，使其与第一衬垫粘合并使带固定就位。

（F）叠置

叠置电极/微凸头/衬垫/线带/衬垫组件，由5mil（0.0127cm）的端极板元件开始，达到期望的电容器芯片数量，并由5mil（0.0127cm）的平坦端极板终止组件，带设置在一个以三单元为重复周期按左、中、右交错定位（端部透视）的位置。

（G）回流

在氮气中于190℃衬垫经30分钟，使热塑性塑料回流。在氮气中组件冷至室温。

（H）线带去除

小心拉曝露端去除线带，留下敞开的填充孔。

实施例5

干式预制组件的又一种制法

（A）涂覆方法

用1%HF/20%HNO₃在20℃对0.8mil（0.002032cm）的锆片进行1分钟的蚀刻，由此制成支撑结构。端极板是2mil（0.00508cm）的锆。

氧化物涂层溶液是在异丙醇（试剂级）中含有0.2M的三氯化钌三水合物和0.1M的五氯化钽。

通过在环境条件下在溶液中浸渍，对蚀刻后的Ti片进行浸涂。涂覆后的Ti片浸入溶液保持约1秒然后取出。

每次涂覆之后，在85℃对氧化物干燥10分钟，于301℃进行7分钟的热分解，然后取出冷至室温，所有步骤均在环境气氛中进行。

重复浸敷步骤达10层涂层（或任何期望的数量），旋转Ti片以便交替浸入各面。

在环境气氛中310℃下对完全涂覆的Ti片进行2小时的最终退火。

（C）间隔

在电极的一侧通过掩模热喷涂形成微凸头。热喷涂材料是TEFLON

，取自E.I.DuPont de Nemours & Co.，Wilmington，特拉华。

在空气中310℃下将TEFLON 微凸头固化1小时。接着把涂覆后的电极模压成期望的形状。

（D）加衬垫

在电极具有微凸头的一侧设置厚1.5mil（0.00381cm），宽30mil（0.0762cm）的聚丙烯衬垫，其外围边界与电极相同，然后脉冲加热叠层。

（E）带

设置一条涂覆TEFLON

的直径为1mil（0.00254cm）的钨带，横跨衬垫和电极表面的窄尺寸，并在微凸头之间对准。带可定位于中心、中心左侧或中心右侧这三种位置之一。

在第一衬垫上设置第二聚丙烯衬垫，把线带夹在两层衬垫之间。

对第二衬垫进行脉冲加热使其与第一衬垫粘合，并使线带固定就位。

（F）叠置

叠置电极/微凸头/衬垫/线带/衬垫组件，由2mil（0.00508cm）的端极板元件开始，达到期望的电容器芯片数量，并由2mil（0.00508cm）的平坦端极板终止组件，带设置在一个以三单元为重复周期按左、中、右交错定位（端部透视）的位置。

（G）回流

在氮气中195℃对衬垫60分钟，使热塑性塑料回流。在氮气中组件冷至室温。

（H）线带去除

拉出暴露端去涂线带，留下敞开的充孔。

实施例6

电容器芯片气隙间隔的填充

按下列步骤用电解液充入干式预制组件10。可以采用许多可能的干式预制组件构形中的任一种。

（H）回填

人工去除线带，敞开填充孔。把叠置的组件放入真空室，抽真空至35毫乇以下达5至60分钟。把由氮除去空气，将3.8M的H₂SO₄液态电解质引入真空室并填充入电极之间的真空间隔。

（I）密封填充孔开口

从真空室中取出已充入电解液的组件，用去离子水漂洗，除去多余的电解液并干燥。在整个填充孔口上设置HDPE膜（（厚1.5mil（0.00381cm）），并通过脉冲加热封住整个孔。

（J）调整

对该装置充电直到完全充电，由0.1V/电容器芯片开始，按0.1V/电容器芯片增大，直至1V/电容器芯片。

（K）测试

按传统方式测试该装置，1V/电容器芯片的泄漏电流小于25μA/cm²，每个电容器芯片的电容密度大于0.1F/cm²。一个10V装置的高度不大于0.05吋，一个40V装置其高度不大于0.13吋，一个100V装置其高度不大于0.27吋。

基于硫酸电解液的各种几何形状和构形的性能如表1所示

表1

超级电容器装置的性能

面积/cm²2 2 2 2 25 25

电压    10    40    100    100    100    100

C/MF    26    6.7    2.6    10    150    753

ESR/毫欧姆    100    330    780    780    62    70

体积/cc    0.29    0.73    1.6    1.6    11    32

焦耳(J)/cc    4.5    7.4    8.1    31    69    111A

瓦/cc    860    1660    2000    2000    3670    1100

实施例7

干式预制组件的另一种填充方法

按以下步骤用电解液充入干式预制组件10。可以采用许多可能的干式预制组件构形中的任一种。

（H）回填

除去线敞开填充孔。把叠置的组件放入真空室并抽真空至35毫乇以下达5至60分钟。由氮除去空气，将碳酸丙烯酯（propylene carbonate）中含0.5MKPF₆的液态无水电解质引入真空室并充入电极之间的真空间隔。

（I）密封填充孔开口

从真空室取出已充电解液的组件，除去多余的电解液。在整个填充孔开口上设置HDPE膜（厚1.5mil（0.00381））并脉冲加热封住整个孔。

（J）调整

对该装置充由直到完全充电，由0.1V/电容器芯片开始增大，直至1.5V/电容器芯片。

（K）测试

按传统方法测试该装置，1.5V/电容器芯片的泄漏电流约为100μA/cm²，对于有10个电容器芯片的装置，电容密度约为4mf/cm²。

实施例8

装置的后处理条件

以下是利用各种气体后调整技术来调节电极静止电势的装置的电性能表（表3），由此可使充有4.6M硫酸电解液的多个电容器芯片装置至少充电至1V/电容器芯片，并可观察到泄漏电流降低。这种处理是在衬垫材料的回流之前、之中和/或之后进行的。气体处理温度低于衬垫回流所用温度，回流中气氛改为惰性气体如氮气或氩气。为了衬垫材料回流之后的处理，在处理前除去接头。在处理过程中，周期地抽真空并充入反应气体。

表3

对应于各种后调整的装置性能

对应于各种后调整的装置性能

气体 T/℃ t/分 1"/μA/cm²V/电容器芯片

H₂50 20 8 1.0

CO    100    170    40    1.0

CO    90    103    12    1.0

CO    90    165    20    1.0

CO    80    120    25    1.1

NO    75    20    27    1.0

NO    95    140    21    1.1

NH₃85 30 26 1.0

利用丝网印刷形成微凸头

实施例9

利用丝网印刷在薄基片上的多孔涂层上制成环氧树脂微突头

（A）丝网制备-把一个325目的不锈钢丝网铺设在一个标准丝网印刷框架上。该丝网边缘粘合（Dexer环氧608净料）于一个较小的厚1-1.5mil（0.00254-0.00381cm）的黄铜片上，该黄铜片有钻成的孔（直径6.3mil（0.016cm））或蚀刻成期望的图形。除去被黄铜片覆盖区域筛孔，使粘合到网孔上的剩下的黄铜片边缘安装在框架上。

（B）样品夹持-在一块多孔铝夹持板上抽真空，该夹持板上的孔的平均孔直径为10μm，在印刷过程中使用该板夹持厚1mil（0.00254cm）的多孔氧化物涂料。

（C）环氧树脂-添加二氧化硅填料，把双组分环氧树脂MasterBond    EP21AR改性至所需粘度（能变性：300000～400000cps）。从Master    Bond，Inc.of    Haokensack，新泽西可买到具有所需粘度的填充的环氧树脂。按说明制备该环氧树脂。作为可流动的流体的有效有留时间约为30分钟。

（D）丝网印刷参数

辗滚速度：1-2吋/秒

涂点（snap    off）：20-30mil（0.0508-0.0762cm）

为保证均匀涂覆，环氧树脂的恒温和恒湿是重要的。典型的条件是约40～70%相对湿度和约20-25℃的温度。

（E）印刷环氧树脂图形-制成高度基本上是1mil（0.00254cm）、直径约为7.5mil（0.019cm）的环氧树脂凸起阵列。电极上的典型图形由按40mil（0.1016cm）中心距间隔淀积的微凸头阵列构成。此外，通过把中心一中心间距减小至20mil（0.508cm），使电极外围处的微凸头密度增大。丝网印刷的环氧树脂构形在150℃最少固化4小时。

实施例10

丝网印刷形成环氧树脂微凸头

（A）丝网制备-将表面上无乳胶的230或325目丝网（8×10吋不锈钢）安装在标准印刷框架上，用作基块。用取自Dexter的Dexter环氧树脂608净料把蚀刻、钻成或冲成的模版（6.0×8.5的钼）边缘粘合定位于丝网的后侧。在整个横版丝网构件上设置MYLAR

，并施加压力使环氧树脂平滑形成均匀层。

然后轻打丝网、在丝网顶面施加环氧树脂、在整个区域设置MYLAR 片，使环氧树脂平滑。然后除去丝网顶面上的MYLRAR

片。然后把丝网模片版组合件放置于120℃的烘箱，在环境气氛中固化环氧树脂5分钟。也可以在环境温度固化环氧树脂30-60分钟。

从烘箱取出丝网模版后，立即把丝网后侧的MYLAR

小心剥形。随后用锋利的刃口切去顶面的网筛，必须小心避免模版的暴出。由于从模版图形上移走网筛，任何热稳定的热固性粘合剂如环氧树脂可施加于切后的网筛模版外围，用MYLAR

复盖，使环氧树脂平滑，保证丝网边缘固定于模版。在烘箱中使环氧树脂固化5分钟。所得构件是由丝网展开绷紧的模版，准备印刷。

（B）样品夹持-使用孔隙率为36.5%（30～60%的孔隙率是可接受的）、孔直径为4.5～6μ的多孔陶瓷夹持（如图8）板（Ceramicon    Designs，Golden，科罗拉多，P-6-C材料），在印刷过程中夹持厚1mil（0.00254cm）的多孔氧化物涂料，经多孔陶瓷板抽真空。陶瓷板切成适当尺寸（待印刷的基片的尺寸和形状）。该陶瓷板然后插入可安装于丝网印刷机的铝（钢等）架277和环氧树脂或其它粘合剂。然后小心地研磨磨光陶瓷板至与金属架尽可能地齐平。加定位销278、279和280，利用孔281、282和283把基片111A夹持在适当的位置。

（C）环氧树脂-Master Bond EP21 ART （一种双组分环氧树脂（33wt%的聚胺固化剂和67wt%的液态环氧树脂）粘度约为150000～600000cps）。按说明制备该环氧树脂。作为可流动的流体的有效存留时间约为30分钟。

（D）丝网印刷参数

辗滚速度：1-2吋/秒（取决于环氧树脂的粘度）

涂点（snap    off）：20-30mil（0.0050-0.0076cm）（与丝网张力有关，并能适当调节）

（E）印刷的环氧树脂图形-制成高度基本为1～1.25mil（0.00254～0.00316cm）、直径为7.5mil（0.019cm）的环氧树脂凸头阵列。电极上的一个典型图形由按中心-中心间隔40mil（0.1cm）淀积的微凸头阵列构成。此外，通过把中心-中心间距减小至20mil（0.0508cm），使围绕电极外围的微凸头的密度增大。丝网印刷后的环氧树脂构形在环境气氛中于150℃固化4～12小时。

实施例11

另一种丝网印刷的参数

（A）隔离凸头-隔离凸头的高度范围在0.001～0.004吋（0.00254～0.01016cm），宽0.006～0.012吋（0.01524～0.03038cm）。隔离凸头可以是圆点、方形、矩形或这些形状的组合。凸头的宽度随凸头高度的增高而增大。

（B）隔离图形-在电极基片上采用两种图形，有效区域和粘合边界区域。有效区域的隔离凸按0.040×0.040吋（0.1016×0.1016cm）的中心-中心间隔定位并且通常是圆点。粘合边界区域具有增大的凸头密度，其中心-中心间隔为0.020×0.020吋（0.0508×0.0508cm）。矩形的行交替位于圆点的列之间。

（C）丝网制备-在一个CAD（计算机辅助设计）系统完成隔离构形的设计。该CAD电子数据被转换成Gerber图案文件。在丝网制造中使用该图案文件来产生原图，为丝网印刷机制成期望厚度的模版。该丝网准备采用SMT（加利福尼亚，Santa    Clara的丝网制造技术）。

（D）电极真空板（工件夹具）-一块多孔陶瓷板（Geramlcon    Designs，Golden，科罗拉多，P-6-C材料）修整成比电极外围小0.050，并装配进设计好的铝板中，并用环氧树脂粘合，将铝板安装在丝网印刷机中。把顶表面和底表面研磨磨光并使其平行。用多个销围绕居中的电极边缘插入，从而形成用于电极基片定产位的角挡。

（E）环氧树脂-通过添加二氧化硅填充物，把双组分环氧树脂Master    Bond    EP21AR改性至期望的粘度（触变的300000～400000CPS）。由新泽西的Master    Bond，Inc.of    Hackeusack可买到具有期望粘度的加填充料后的环氧树脂。按说明制备环氧树脂。作为可流动流体的有效留存时间约为30分钟。

（F）丝网印刷参数

厚膜丝网印刷机

辗滚硬度计    40～100型A

辗滚速度    1～2吋/秒

辗滚压力    10～15磅

辗滚向下制动    0.010～最大，吋

涂点（snap    off）    0.010～0.030吋（0.0254～0.0762cm）

实施例12

微凸头的热辊光刻制造

（A）把厚1.5mil（0.0038cm）的高一致性焊接掩模Confor MASK 2000切成与电极相同的尺寸。

（B）除去光刻胶膜381与电极111A之间的分离片382之后，在电极材料表面111A上设置Confor MASK 膜由此施加光刻胶膜381，在150°F使该叠层通过加热辊（384和385），使光刻胶膜381与电极表面111A粘合。然后除去光刻胶膜外侧上的聚酯覆盖片382A。

（C）含有透明孔（开口388）行的暗区掩模387设置在光刻胶381上。典型的图形由直径为6mil（0.0212cm）、中心-中心间隔为40mil（0.1cm）的孔阵列构成，该图形在电极的边界处有三行为高密度（中心-中心间距为20mil（0.0508cm））。

（D）膜381通过孔388和掩模387在传统紫外线光源即水银蒸汽灯389下曝光约20秒。然后除去掩模。

（E）通过置入含1%碳酸钾的液体槽内，经1.5分钟将光刻胶未曝光的区域显影或剥离。

（F）然后用去离子水对具有微凸头（离散小点）的电极表面进行清洗，在10%的硫酸液槽内放置1.5分钟，最后用去离子水漂洗。

（G）首先将微凸头13在紫外光下曝光。在传统的空气烘箱中300°F下对微凸头（离散小点）进行1小时的最终固化。

制成后的电极111A可直接使用或按上述那样处理。

实施例13

光刻胶的真空叠积

（A）把厚2.3mil（0.0058cm）的高性能焊接掩模Confor MASK

2000切成稍大于电极。

（B）使用724或730型Dynachem真空敷料机，采用标准操作条件（160℃，0.3毫巴）把光刻胶膜381真空叠积于电极111A，并置于支承背板上。除去聚酯覆盖层382A。

（C）在光刻胶膜831上设置含有多行透明孔388的暗区掩模387。典型的图形包括直径为6mil（0.0015cm）、中心-中心间隔为40mil（0.102cm）的孔的阵列，该图形在电极边界处有三行为高密度（中心-中心间距为20mil（0.0054cm））的孔。

（D）在功率为3～7KW的非平行紫外光源下对该薄膜曝光20～40秒。

（E）在一个传送带式喷涂显影装置中，使用0.5%的碳酸钾对光刻胶未曝光区域进行显影和剥离，然后用去离子水漂洗及涡轮干燥。

（F）按两步工艺进行微凸头拉线钉的最终固化。首先在Dynachem    UVCS933装置中把微凸头曝光于紫外光，然后把其置于强制送风烘箱中干燥，在300～310°F持续75分钟。

制成的电极可以直接使用，或者按上述那样进一步处理。

实施例14

用于控制孔隙率的表面活性剂

在搅拌和轻微加热的同时，向1升的异丙醇中加入32克十六烷基三甲基溴化铵。大约1小时之后，在该透明溶液中加入73克TaCl₅和47克RuCl₃·H₂O。由300℃下5分钟的中间热解和300℃下3小时的最终热解来完成标准的涂覆工艺。涂层的平均孔直径增大至约45

。在260℃、680磅/吋²的蒸汽中经2小时的后处理之后，平均孔径增大至120

。

也可以用25wt%十六烷基三甲基铵氯化物的水溶液来改善制成的涂层的孔径。

实施例15

热弹性材料衬垫

另一种结构的制造工艺是把热弹性材料衬垫（如KRATON

）夹在两层HDPE衬垫之间。器件特性与前述相同。

实施例16

包含第二材料来调节电解质使其体积增大

在每个电容器芯片增加多孔疏水材料，对因温度升高而导致的电解质的任何体积增大进行调节。

这种材料设置在电容器芯片内，或是作为边界HDPE衬垫内的衬垫材料，或是作为隔离物材料的园片替换部分。

通常使用的材料是取自W.L.Gore & Associates，Inc.的PTFE材料，厚1-3mil。PTFE材料的水进入压最好是20～100磅/吋²。

实施例17

另一种电极予处理

在电极具有微凸头、衬垫和拉线带（步骤E之后）之后，把电极置于1M硫酸中，利用无氢气产生的阴极电流把开路电势调至约0.5V（相对于正常氢电极），把浸在去离子水中的电极转运至惰性气氛（如氩）中，在那里进行干燥和组装。

尽管这里只对本发明的几个实施例做了展示和说明，但应该了解，对于该领域的技术人员，可以按改进的方法做出各种改进和变化，制成电存储器件如电池或电容器，在寿命、充电/再充电性能和低漏电流方面有所改进，而不脱离本发明的精神和范围。所有这类改进和变化均属于后附的权利要求的范围内。

Claims (56)

1、一种用于能量存储装置的干式预制组件，包括：

至少一个用于存储能量的第一电容器芯片，所述第一电容器芯片组合地包括：

a.第一导电电极；

b.第二导电电极，所述第一和第二电极隔开第一予定距离；和

c.在所述第一和第二电极之间设置的第一介电衬垫装置，用于将所述第一电极与第二电极隔开和电绝缘；

由此，当所述第一电极、所述第二电极和具有居中开口的所述第一衬垫粘合在一起时，形成所述第一电容器芯片，其间形成有充入空气的充气隙。

2、根据权利要求1的干式预制组件，其中所述第一电容器芯片进一步包括：

a.在所述第一电极的一个表面上形成的第一大表面积导电涂层，所述第一涂层设置在所述第一电极与所述衬垫装置之间;和

b.在所述第二多孔电极的一个表面上形成的第二导电大表面积涂层，所述第二涂层设置在所述第二电极与所述第一衬垫装置之间;

c.在第一涂层、第二涂层或者其结合上的包括多个凸头的涂层，其中所述凸头给所述第一电容器芯片以结构支撑，并在所述第一和第二电极之间提供附加绝缘。

3、根据权利要求2的干式预制组件，其中所述第一电容器芯片进一步包括由所述衬垫装置形成的第一填充孔，以便允许电解质流入所述填充孔隙。

4、根据权利要求3的干式预制组件，其中所述第一电容器芯片进一步包括插在所述第一填充孔内的第一线带;和

其中当除去所述第一线带时，所述第一填充孔敞开并且所述填充气隙成为可进入的。

5、根据权利要求1或4的干式预制组件，进一步包括至少一个第二电容器芯片，其中所述第一电容器芯片和所述第二电容器芯片叠置且连接，以便使干式预制组件构成成一整体结构。

6、根据权利要求5的干式预制组件，其中所述第二导电电极是一个双极型电极，它由所述第一和第二电容器芯片共用;

其中所述第二电容器芯片进一步包括一个第三导电电极，它与所述第二导电电极面对面地设置;

其中所述第一和第二导电电极隔开第二予定距离。

7、根据权利要求6的干式预制组件，其中在所述第二电极的第二平坦表面上形成一个第三涂层，所述第二涂层设置在所述第二电极和所述第二衬垫装置之间;和

其中所述第二电容器芯片包括位于各电极表面上的多个离散的凸头。

8、根据权利要求7的干式预制组件，其中所述第二电容器芯片进一步包括形成在所述第三电极的一个表面上的大表面积的和导电的涂层;和

其中所述第四涂层设置在所述第三电极与所述第二衬垫装置之间。

9、根据权利要求8的干式组件，其中所述第二电容器芯片进一步包括形成在所述第二衬垫装置中的第二填充孔。

10、根据权利要求9的干式预制组件，进一步包括用于连接电源的外部接头。

11、根据权利要求8的干式预制组件，其中所述第一和第三涂层中的每一个均包括一层具有一组外围凸头和一组中央的离散凸头的附加层，这些凸头按阵列布置。

12、根据权利要求11的干式预制组件，其中每个凸头的直径约为6mil（0.015cm）;

所述外围突头的中心-中心间隔约为20mil（0.0508cm）;

所述中央凸头的中心-中心间隔约为40mil（0.102cm）;

所述外围和中央凸头具有介电组分。

13、根据权利要求6的干式预制组件，其中所述第一和第二予定距离相等。

14、根据权利要求1或5的干式预制组件，其中所述第一和第二衬垫装置中的每个均包括两个介电衬垫，它们相互对准设置;和

其中所述第一带设置在所述衬垫之间，以此形成所述第一填充孔。

15、根据权利要求6的干式组件，其中所述第一、第二和第三电极相同并且为矩形。

16、一种电容器预制组件，至少包含一个第一电容器芯片，该电容器包括：

a.第一导电电极;

b.第二导电电极，所述第一和第二电极隔开第一予定距离;和

c.在所述第一和第二电极之间设置的第一介电外围衬垫，把所述第一电极与第二电极隔开和电绝缘;

由此，当所述第一电极、所述第二电极和所述第一衬垫装置粘合在一起形成第一电容器芯片时，其间形成一个填充气隙。

17、根据权利要求16的电容器预制组件，其中第一电容器芯片进一步包括：

a.在所述第一电极的一个表面上形成的第一涂层，所述第一涂层设置在所述第一电极与所述衬垫装置之间;和

b.在所述第二电极的一个表面上形成的第二涂层，所述第二涂层必须设置在所述第二电极与所述第一衬垫装置之间;

c.具有多个离散的凸头的一层;和

其中所述凸头给第一电容器芯片以结构支承，并在所述第一和第二电极之间提供附加绝缘。

18、根据权利要求17的电容预制组件，进一步至少一个第二电容器芯片;

其中第一和第二电容器芯片叠置并粘合在一起，以便为电容器提供构成一体的结构;

所述第二导电电极是一个双电极，由所述第一和第二电容器芯片共用;

所述第二电容器芯片还包括第三导电电极，与所述第二导电电极面对面地设置;和

所述第一和第二导电电极隔开第二预定距离。

19、用于能量存储装置的干式预制组件所使用的导电涂层，如电容器或类似器件，包括涂覆在支撑体上的一个大表面积多孔层。

20、根据权利要求19的涂层，其中多孔层包含金属氧化物或混合金属氧化物，并具有基本上由微气孔和中等气孔构成的大的有效表面积。

21、一种使用权利要求1-20中任一个干式预制组件来存储能量的方法，其中所述预制组件充入离子导电电解液、密封并充电。

22、一种制造干式预制组件的方法，包括权利要求1-20中任一个装置的形成步骤。

23、一种制造干式预制组件的方法，包括形成至少一个第一电容器芯片的步骤：

a.把第一导电电极与第二导电电极隔开第一预定距离;

b.在所述第一和第二电极之间设置第一介电衬垫，使所述第一和第二电极隔开及电绝缘;

由此，当所述第一电极、所述第二电极和所述第一衬垫装置粘合在一起形成所述第一电容器芯片时，其间形成一个填充气隙。

24、一种制造电容器预制组件的方法，包括形成至少一个第一电容器芯片的步骤：

a.把第一导电电极与第二导电电极隔开第一予定距离;

b.在所述第一和第二电极之间设置第一介电衬垫装置，使所述第一和第二电极隔开及电绝缘;

由此，当所述第一电极、所述第二电极和所述第一衬垫装置粘合在一起形成所述第一电容器芯片时，其间形成填充气隙。

25、一种制造电容器预制组件的方法，包括形成至少一个第一电容器芯片的步骤：

a.把第一导电层装置与第二导电层装置隔开第一予定距离;

b.在所述第一和第二导电层装置之间设置第一介电衬垫封装置，使所述第一和第二导电层装置隔开及电绝缘;

由此，当用于存储电荷的所述第一导电层、用于存储电荷的第二导电层装置和用于使电极表面隔开的所述第一衬垫装置粘合在一起形成所述第一电容器芯片时，其间形成填充气隙。

26、根据权利要求23的干式预制组件的制造方法，还包括以下步骤：

a.在所述第一电极的一个表面上形成第一多孔导电涂层，所述第一涂层设置在所述第一电极与所述衬垫装置之间;

b.在所述第二电极的一个表面上形成第二多孔导电涂层，所述第二涂层设置在所述第二电极与所述第一衬垫装置之间;

c.在所述第一涂层下形成多个离散的微凸头，所述凸头为所述第一电容器芯片提供结构支撑;并在所述第一和第二电极之间提供附加绝缘。

27、一种在一表面上制造基本均匀的微凸头阵列的方法，该微凸头作为隔离物用于单层或多层电荷存储装置的结构中，该方法包括：

（a）获取一种对电解液环境基本为惰性的电绝缘材料，在环境压力下、室温至75℃左右之间制备一种触变组合物;

（b）获取一种包括薄的平坦导电金属片的薄电极材料，其一面或两面的中央涂有导电碳、多孔金属氧化物或多孔混合金属氧化物，并使该平坦电极夹紧在一个适当的夹具上;

（c）在平坦薄电极上设置具有小开孔的薄平坦丝网或模板;

（d）用步骤（a）的可流动组合物接触薄丝网表面的顶外侧，以便当子横滚过丝网表面使丝网与电极表面接触时，少量组合物流过图形并与薄电极外表面接触，随意地渗入多孔电极涂层的外表面;

（c）从丝网印刷机取走样品;

（f）固化所施加的材料，以使离散的微凸头基本保持其形状和尺寸。

28、根据权利要求27的方法，其中装置选自电容器或电池。

29、一种制造电存储装置的干式预制组件的改进方法，该装置用于电荷存储，可具有与无水或含水电解液接触的电极表面，该方法包括：

（a）制备导电支撑材料的基本平坦的薄片，在其每个平坦侧面上涂有相同或不同的、具有大表面面积的第二导电材料的薄层，可选择地使得导电支撑的两个平坦侧面是一个薄片、其外缘表面为下列任意一种构造：

（ⅰ）具有第二导电材料的薄层，

（ⅱ）部分无第二导电材料，或

（ⅲ）无第二导电材料;

（b）按下列步骤制成于含水或无水电解液中是稳定的离子可渗透或半渗透的间隙隔离层：

（ⅰ）在第二导电材料薄层的至少一侧的表面上，淀积高度基本均匀的电绝缘微凸头群，

（ⅱ）在第二导电材料的一个表面上设置一个予先切割的离子可渗透或半渗透薄隔离，或者

（ⅲ）在导电材料的至少一侧的表面上制成离子可渗透或半渗透薄层，或者

（ⅳ）制成一个薄气隙作为隔离层;

（c）用一个或多个合成有机聚合物薄层作为衬垫材料，与步骤（b）所得薄片的一侧或两侧的外缘表面接触，该聚合物选自热塑性、热弹性和热固性聚合物;

（d）在衬垫材料之上或之中设置至少一条不同材料的薄线带并选择地横跨薄片，该线带具有大于衬垫聚合物材料的高熔点（Tm），并且在处理条件下不会熔化、流动或永久与衬垫粘合：

（e）制成片状的薄平坦成品的重复叠置件，该片涂有大表面面积涂层和步骤（d）制成的隔离层，该片选择地具有由较厚支撑构成的端极板;

（f）在一定温度下对步骤（e）制成的叠置件加热，并施加压力有效地使合成衬垫材料流动、粘合及密封叠置件的边缘，制成由涂有第二导电材料的导电片和离子可渗透隔离层交替构成的层的固体叠置件整体，选择性地使衬垫材料构成连续构成一体的聚合物封装;

（g）在轻微压力下，并可在惰性气氛中使步骤（f）制成的固体叠置件整体冷却;

（h）至少除去一条位于每层之间的不同材料的薄线带，在涂有第二导电材料的导电片的层之间形成至少一个小开口。

30、根据权利要求26或29的方法，其中所述微凸头可以是陶瓷、有机弹性体、热塑性塑料，或热固性材料或其组合。

31、根据权利要求30的方法，其中，在步骤（e）之后和步骤（f）之前、或者步骤（h）之后，对叠置件整体的构件按下列步骤进行处理：

（j）对干式预制组件抽真空，充分除去剩余气体;

（k）在接近环境压力下，用一种或多种还原气体接触干式预制组件;

（l）在20～150℃左右对组件和还原气体加热0.1～5小时;

（m）对干式预制组件抽真空;

（n）用惰性气体置换还原气氛;和

（o）至少选择性地重复一次步骤（j）、（k）、（l）、（m）和（n）。

32、根据权利要求29的方法，其中，在步骤（e）之后和步骤（f）之前、或者步骤（h）之后，对叠置成整体的构件按下列步骤进行处理：

（j）对干式预制组件抽真空，充分除去剩余气体;

（k）在接近环境压力下，用一种或多种还原气体接触干式预制组件;

（l）在20～150℃左右对组件和还原气体加热0.1～5小时;

（m）对干式预制组件抽真空;

（n）用惰性气体替换还原气氛;和

（o）至少选择性地重复一次步骤（j）、（k）、（l）、（m）和（n）。

33、根据权利要求31或32的方法，其中步骤（j）、（m）和（o）中的真空度约为250毫乇或更低。

34、根据权利要求32或33的方法，其中还原气体选自氢、一氧化碳、氧化氮、氨或其组合;

惰性气体选自氦、氖、氮、氩或其组合;

一种或多种还原气体和一种或多种惰性气体按顺序与组件接触。

35、根据权利要求29的方法，其中：

在步骤（b）衬垫材料设置在装置的顶侧，电极之间的衬垫材料在体积上足够地过量，以使当在步骤（f）加热时，过量衬垫材料围绕支撑体的外缘挤出，由此在叠置组件的边缘制成无缝密封的整体表面。

36、根据权利要求29的方法，其中：

在步骤（a），支撑体在外缘表面上具有第二导电材料，

在步骤（b），微凸头位于第二导电材料的表面上，

在步骤（c），衬垫材料是热塑性的，

在步骤（e），端片是一个较厚的支撑材料，

在步骤（f），衬垫材料过量，以便制成连续整体密封的封装，

在步骤（g），叠置组件冷至室温，在步骤（h），线带可以是金属、陶瓷、有机聚合物或其组合。

37、一种制造用于电荷存储的电存储装置的改进方法，包括：

对权利要求29至36的干式预制组件抽真空，

用含水无机酸或无水有机电解液与抽真空后的干式预制组件接触足够的时间，用填充孔使支撑片之间的空隙回填，

清除所有外表面的电解液，和

关闭及封闭填充孔开口。

38、一种制造用于电荷存储的电存储装置的干式预制组件的改进方法，该装置可具有与无水或含水电解液接触的电极表面，该方法包括：

（a）制取平坦的薄金属片支撑体，该金属选自钛、锆、铁、铜、铅、锡、镍、锌或其结合，其厚度为0.1～10mil，在每个平坦表面上涂有至少一种具有大表面面积的金属氧化物的多孔薄层，该金属氧化物任意地选自下列金属氧化物组：锡、铅、钒、钛、钌、钽、铑、锇、铱、铁、钴、镍、铜、钼、铌、铬、锰、镧或镧系金属或其合金、或其组合，也可以含有少量添加物用来提高电导率，

其中，该金属氧化物薄层的厚度为0.1～100微米，

制备导电片的两个平坦表面，可以有不设置金属氧化物的外缘表面，

（b）按下列步骤制成在含水或无水电解液中稳定的离子可渗透的间隙隔离层：

（ⅰ）在多孔金属氧化物薄层的一侧或两侧表面上，淀积高度完全均匀的电绝缘离散的微凸头阵列，该微凸头在含水或无水电解液是稳定的并且其高度在0.1～10mil之间，

（ⅱ）在金属氧化物层的一个平坦表面上，设置予切割的离子可渗透的电绝缘薄隔离层，厚度在0.1～10mil之间;

（ⅲ）在第二导电材料的至少一个表面上，铸造厚度在0.1和10mil之间的离子可渗透或半渗透的隔离层;或

（ⅳ）制成一个薄的气隙作为隔离层;

（c）用一种或多种合成有机聚合物薄层作为衬垫材料与步骤（b）的导电薄片的一侧或两侧的外缘表面接触，聚合物选自聚酰亚胺、TEFZEL

、KRATON 、聚乙烯、聚丙烯、其它聚烯烃、聚砜、其它氟化或部分氟化聚合物或者其组合;

（d）用至少一条不同材料的薄线带设置在衬垫材料之上或之中，并选择地横跨平坦的薄片，该线带材料的熔点温度（Tm）高于聚合的衬垫材料，在这里所描述的处理条件下，该线带不会熔化、流动或与衬垫材料粘合;

（e）用片状的薄的平坦成品和隔离层组合成重复层制件，该片涂有金属氧化物，该隔离层在步骤（d）制成，该层叠制件选择地具有端片，端片仅一侧涂有较厚的支撑材料和/或由较厚的支撑材料构成;

（f）在0～100℃之间的大于Tm的温度下对步骤（e）的层叠制件加热，使衬垫材料流动、粘合并密封层叠制件的边缘，制成片和隔离层的固体层叠置件整体，并选择地把叠置件封装及密封在一个整体聚合物外壳中;

（g）在惰性环境中把步骤（f）的叠层制件整体冷却至室温;和

（h）把层之间的薄线带至少除去一条，制成至少一个与设置于多孔电极层之间的填充气隙贯通的小开口。

39、根据权利要求38的方法，其中：

在步骤（b），衬垫材料设置在装置的顶面，电极间的衬垫材料在体积上足够地过量，以便在步骤（f）的加热时，过量的衬垫材料围绕着支撑体的外缘挤出，由此在叠置组件的边缘制成无缝密封的整体表面。

40、根据权利要求38的方法，其中：

在步骤（a），支撑体在外缘表面上具有第二导电材料，

在步骤（b），微凸头位于第二导电材料的表面上，

在步骤（c），衬垫材料是热塑性的，

在步骤（e），端片是较厚的支撑材料，

在步骤（f），衬垫材料是过量的，用以制成连续整体包封，

在步骤（g），叠置组件冷却至室温，

在步骤（h），线带可以是金属、陶瓷、有机聚合物或其组合。

41、能量存储器，采用权利要求29或35中任一个的预制组件装置制成，并且

把组件置于真空室中，

对预制组件抽真空，

添加电解液充入抽真空后的填充气隙区，

密封填充孔开口，和

对电存储装置充电，对下列独立的应用，所述装置用作电源：

在改变电能消耗的应用中提供峰值电能，并在低消耗时再充电（即在发电厂与用户电网之间作为电能调节器）;

在电源不连续或者需要辅助电能在临时期间的或供电断路期间提供电源的应用中，提供电能，为不间断电源应用提供装置，包括电灰色和棕色出口之中的计算机存储器断路，或作为轨道卫星中周期性黑出口时的电能;

在需要大电流和/或大能量的应用中提供脉冲电能，包括为电阻性加热催化室提供电源，为电震发生器或其它心脏节律控制装置提供电能，或者在电动车辆中提供脉冲电能，其中电池或内燃机可对该装置再充电;

在需要快速再充电、具备延长的能量释放的应用提供电能，包括不具有外部电线的外科器械，或者

为器具或通讯应用提供手提电源。

42、在大表面面积基片上制造微凸头的光刻方法，在电存储装置中保留间隙隔离层，该方法包括：

（a）制备一层未曝光的光刻胶膜，该膜对于其后的电解液环境基本上是惰性的，并且固化后成为电绝缘;

（b）制备薄的电极材料，包括平坦的导电薄片，在一个或两个平坦侧面上于中心涂有导电多孔金属氧化物、混合金属氧化物或碳;

（c）把光刻胶膜施于电极材料的一个或两个平坦侧面;

（d）在光刻胶上设置具有多个小孔的掩模，

（e）在强光源下对光刻胶曝光并持续一定时间，通过掩模上的孔使曝光后的光刻胶材料得以充分有效地固化，由此制成固化的微凸头，然后除去掩模;

（f）对光刻胶薄膜显影，留下电极材料表面上的多个离散的微凸头，并除去未反应的薄膜，和，

（g）再次固化留下的下已曝光的材料，使微凸头基本保持其形状和大小。

43、根据权利要求42的方法，其中：

步骤（b）中金属氧化物涂覆在电极的两侧，

步骤（c）中用热轧技术将薄膜加到一个平坦侧面上;

步骤（f）中用稀含水碱（base）显影;

步骤（g）中用、热或其结合固化微凸头。

44、根据权利要求43的方法，其中步骤（c）中光刻胶是用真空叠置的。

45、根据权利要求1或5的干式预制组件，其中所述的第一电极包括一个第一的导电多孔涂层，该涂层形成在第一电极的一个表面上，使所述的第一涂层处于所述第一电极与所述衬垫装置之间;和

其中所述的第二电极是双极型的。

46、根据权利要求45的干式预制组件，其中所述第二电极包括形成在其一个表面上的第一导电多孔涂层，使所述第一导电多孔涂层位于所述第二电极与所述第一衬垫装置之间。

47、根据权利要求46的干式预制组件，其中所述第一电极还包括形成在所述第一涂层上的隔离装置，以保持所述第一电极与第二电极很近地被隔开。

48、根据权利要求47的干式预制组件，其中所述第二电极还包括形成在其另一表面上的第二导电多孔涂层。

49、根据权利要求47的干式预制组件，其中所述第一电极的所述第一涂层和所述第二电极的所述第一和第二涂层选自金属氧化物、混合金属氧化物、金属氮化物和聚合物。

50、根据权利要求47的干式预制组件，其中所述间隔装置包括多个突头;和

所述突头给所述第一电容器芯片以结构支承，并在所述第一和第二电极之间提供辅助绝缘。

51、根据权利要求1至50中任一个的能量存储装置，包括位于干式预制组件的电容器芯片组的间隙中的离子传导介质，其中填充孔被密封。

52、在权利要求1或38的构成中，于每个的填充间隙内还含有多孔疏水聚合材料，以此减轻随温度升高而增大水的静压。

53、权利要求52的多孔疏水聚合材料，其中该材料包括聚四氟乙烯，其水进入压在760～7600乇之间。

54、根据权利要求27的方法，其中可丝网印刷的材料是可光固化的环氧树脂。

55、根据权利要求38的方法，其中

在步骤（a）.形成的多孔电极与下列物质接触进行调整：

（a）.温度在150～300℃之间的蒸汽，持续0.5～4小时，

（b）.温度在80～140℃的反应气体或反应液体，持续0.2～2小时，或

（c）.足以放出氧的阳极电流，持续1～80分钟，

然后在无氢气放出的条件下接触阴极电流，直至开路电势调节至约0.5V（相对于正常氢电极）。

56、根据权利要求2或38的方法，在权利要求2的步骤（c）之后、权利要求38的步骤（d）和（e）之间，在无氢气放出的条件下与阴极电流接触，直至开路电势调节至0.5V（相对于正常氢电极），以此来调整多孔涂层。

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