CN1502142A - 可再充电的电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可再充电电池，包括：固体材料(1)，其中形成有多个细长的孔，孔内放置有细长的导电体(2)；第一对电极(3)，其在第一空间方向上形成于或者位于固体材料(1)基本相对的两侧；以及第二对电极(4)，其在不同于第一空间方向的第二空间方向上形成于或者位于固体材料(1)的相对的两侧。这样，当一个直流电压被施加在第一对电极(3)上时，就会形成一个电场并且在细长导电体(2)上感应出静电电荷，由此在第二对电极(4)之间产生一个电压。
Description
本发明涉及一种可再充电电池，特别涉及一种结合了具有纵向延伸孔的固体材料的可再充电电池，在这些孔中形成或者置有纵向延伸的导体。
本申请交叉引用了名为“可再充电电池”且代理人代码为CPV/P45202.1(请插入申请/公开号)的同期的英国申请，并且将其全部内容合并在本申请中以作为参考。
现有技术中已经有多种可再充电电池。它们包括化学蓄电池，例如，镍-镉电池或者镍-氢电池。这些电池因充电和放电时缓慢发生的不可逆化学反应而造成使用寿命有限，而且，因为它们因含有有毒化学物质而对环境不利。
在RU 2070756中公开了一种蓄电池，它由具有一对电极板的电容组成，固体电解质的两侧各一个电极板。该电池通过使电流流过电解质的方式充电。
在RU 2132585中公开了一种蓄电池，它由具有一对电极板的电容组成，所述电极板被浸入液体电解质中。该电池通过使电流流过电解质的方式充电。
在RU 2087066中公开了一种可再充电电池，它包括压电陶瓷组件，该压电陶瓷组件具有一对附属的电极。该电池通过加热压电陶瓷组件的方式充电。
在RU 2074475也公开了一种蓄电池，它由电容组组成，并由发电机充电。
所有这些设备的使用寿命都不够长，并且都趋向于对环境不利。
根据本发明的第一方面所述，它提供了一种可再充电电池，包括固体电介质或者半导体材料形式的能量储存构件，该能量储存构件中有多个孔，并且有细长的导电体被置于孔中，在所述导电体长度上至少有一点与能量储存构件接触；第一对电极，其间加载有直流电压，它在第一空间方位上形成于或者位于能量储存构件基本相对的两侧上；以及第二对电极，其在与第一空间方位不同的第二空间方位上形成于或者位于能量储存构件的基本相对的两侧上。
操作时，施加于第一对电极之间的直流电压产生一个电场，该电场贯穿所述的固体材料，并在细长的导电体上感应出静电电荷，由此在第二对电极上产生一个电压。
有利的是，至少一些所述的细长导电体处于基本上相同或者相似的空间方向上。在一个特别优选的实施例中，有足够多的导电体在基本相同或者相似的方向上延伸，以赋予所述固体材料各向同性的性质；也就是说，有更多的导电体基本上在一个给定的主导方向而不是其它方向上延伸。所述导电体和电极优选地具有这样的结构，即，第一对电极之间画出的一条假想直线沿着与主导的导电体方向基本垂直的方向延伸，而第二对电极之间画出的一条假想直线则沿着与主导的导电体方向基本平行的方向延伸。
根据本发明的第二方面所述，它提供了一种可再充电电池，该电池包括能量储存，它位于两对电极之间，所述能量储存由固体电介质或者半导体材料制成，其中具有孔，孔内有细长的导电体，所述细长导电体在其长度上至少有一点与所述固体材料接触，这些导电体中的至少一些导电体基本处于相同或者相似的空间方向上；第一对电极，它在第一空间方向上位于能量储存的大体相对的两侧上，并且在电极之间加载有直流电压；以及第二对电极，它作为输出电极，并且在不同于第一空间方向的第二空间方向上形成于能量储存的基本相对的两侧。
所述的导电体和电极最好具有这样一种结构，即，第一对电极之间画出的一条假想直线沿着与主导的导电体方向基本垂直的方向延伸，而第二对电极之间画出的一条假想直线则沿着与主导的导电体方向基本平行的方向延伸。
所述细长导电体在其长度上的至少一些点上与固体材料接触。
所述第一对电极优选地紧靠固体材料形成或者放置。
所述第二对电极优选地紧靠固体材料形成或者放置。
所述电极可以通过电铸、电镀、喷镀到固体材料上而被形成。另外，所述电极也可以是单独制成再被夹紧、粘附或者以其它方式放置到固体材料上。
所述电极可以由金、银、铂、铜或者这几种金属的组合制成。如果合适，也可以使用其它金属。
所述固体材料为电介质或者半导体材料，例如，就像在本申请人同样未决的国际专利申请WO 00/40506中所说明的那样。该文的全部内容被合并在本申请中以作为参考。
所述固体材料可以是电介质陶瓷材料，如固体的结晶陶瓷材料，包括压电陶瓷材料和不同陶瓷材料的固体混合材料。所述固体材料可以是半导体，如硅或者镓砷化合物，或者其它材料。所述固体材料也可以是电介质和半导体材料的混合物。
所述固体材料可以依照WO 00/40506中叙述的工艺制造；也就是说，所述的孔可以通过电腐蚀工艺制造，所述导电体可以通过在孔中进行局部离子沉淀而获得。
所述的孔可以是微孔，其优选地具有至多达到200nm的直径，直径在10nm到200nm之间则更好。
所述导电体可以由金、银、铂、铜或者这几种金属的组合制成。如果合适，也可以使用其它金属。所述导电体优选地具有细丝或者纤维的形状，并且一个细长孔中可以有一条或者多条细丝或纤维状的导电体。
所述导电体优选地具有至多达到200nm的直径，直径在10nm到200nm之间则更好。
所述孔和导电体具有100nm到1000nm的纵向长度是有利的。当然，在特殊场合下，超出这个长度范围可能也是合适的。
当给第一对电极上施加直流电压时，将会产生一个穿过固体材料的电场。此电场在细长导电体上感应出静电电荷，并且这些电荷将在电场的影响下移动，于是在第二对电极之间感应出电势差。通过在第一对电极之间施加电势差并使第二对电极连接负载或者其它电路，就可以使电流流过负载或者电路。
本发明所述的可再充电电池不包括任何化学活性成份，因此它对环境是有利的。另外，因为充电时，有很少的或者没有机械的或者传热上的老化，本发明的可再充电电池相对于已有的蓄电池具有更长的使用寿命。在一些实施例中，本发明的可再充电电池的使用寿命超过已有的可再充电电池使用寿命的20％。
为了更好的理解本发明并且为了表示其是如何实现的，以下将结合附图并以举例的方式对本发明进行说明。在附图中：
图1示出了一种具有两对电极的固体材料。
图1中示出了固体陶瓷块1，它具有多个细长的微孔，其中形成有多个细长的银制导电细丝2。所述微孔和细丝2具有主导的纵向方向，如箭头‘A’所示。第一对银电极3是电铸的，其在固体材料1的两侧一边一个，这样，在电极3之间的一条假想直线就基本上垂直于所述主导方向‘A’。第二对银电极4是电铸的，其在固体材料1的两侧一边一个，这样，电极4之间的一条假想直线基本上平行于主导方向‘A’。施加到电极3之间的直流电压产生一个穿过固体材料1的电场。该电场在细丝2上感应出静电电荷，然后，在电场的影响下，电荷沿着细丝2移动，从而在电极4之间产生一个直流电压，该电压能够产生穿过连接在电极4之间的负载(未示出)的电流。
例1.具有置于微孔中的金属细丝的压电陶瓷材料。
毫微孔被形成于通过标准技术(一层压缩的压电陶瓷炉料与一层粘合剂被在1450℃的温度下烧结，然后逐渐冷却)生产的压电陶瓷坯料的一个端面上，所述毫微孔是通过电腐蚀的方法形成的，该方法使用尖端直径为20nm的第一电探针，此探针由antimony sulfoiodide(SSbI)制成，并且被提供有负极性脉冲(处理节距600nm，调整电压4V；每个孔的处理时间400nsec)，然后，再使用第二探针，它是用银制造的(尖端直径为10nm)，其上提供有正极性脉冲，用以在已经形成的毫微孔中形成银制毫微细丝，所采用的方法是进行局部离子沉淀(处理节距600nm，调整电压2V；每个孔的处理时间400nsec)。第一和第二探针的定位是在扫描隧道显微镜的协助下完成的。微孔的密度是每平方微米平均3个微孔。
通过上述方法处理过的压电陶瓷板被提供进行强度(破坏应变)研究。其强度为3100N/mm2，而未经过上述处理的类似的板的强度则为2200N/mm2。
机电耦合系数与材料中的声损耗值成反比，从0.71增加到0.85。
Claims (20)
1.一种可再充电电池包括：处于固体电介质或者半导体材料形式的能量储存构件，其中形成有多个孔，并且有细长的导电体位于所述孔中，所述细长导电体在长度上至少有一点和所述能量储存构件接触；第一对电极，其间加载有直流电压，该电极在第一空间方向上形成于或者位于所述能量储存构件基本相对的两侧；以及，第二对电极，其在不同于所述第一空间方向的第二空间方向上形成于或者位于所述能量储存构件基本相对的两侧。
2.如权利要求1所述的电池，其中至少一些所述孔和所述导电体基本上在同一个方向上延伸。
3.如权利要求2所述的电池，其中基本上在一给定方向上延伸的孔和导电体比在其它方向上的多。
4.如权利要求3所述的电池，其中，所述第一对电极之间的一条假想直线沿着与所述给定方向基本垂直的方向延伸。
5.如权利要求3或4所述的电池，其中，所述第二对电极之间的一条假想直线沿着与所述给定方向基本平行的方向延伸。
6.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述第一对电极被紧靠所述能量储存部件形成或者放置。
7.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述第二对电极被紧靠所述能量储存部件形成或者放置。
8.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述的孔被形成为微孔。
9.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述能量储存部件由电介质材料形成。
10.如权利要求1至8中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述能量储存部件由半导体材料形成。
11.如权利要求1至8中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述能量储存部件由半导体材料和电介质材料的混合物形成。
12.如权利要求9或11所述的电池，其中，所述电介质材料为陶瓷材料。
13.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述导电体至少有部分是由银形成的。
14.如权利要求1至12中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述导电体至少有部分是由金形成的。
15.如权利要求1至12中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述导电体至少有部分是由铂形成的。
16.如权利要求1至12中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述导电体至少有部分是由铜形成的。
17.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述孔具有10nm到200nm的直径。
18.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述导电体具有10nm到200nm的直径。
19.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述孔具有10nm到1000nm的长度。
20.如上述权利要求中的任何一项权利要求所述的电池，其中，所述导电体具有10nm到1000nm的长度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |