DE112010000945T5 - Energiespeichervorrichtung mit poröser Elektrode - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrode mit einer großen Oberfläche umfasst: Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Substrats; Abscheiden einer Halbleiterschicht auf dem elektrisch leitfähigen Substrat, wobei die Halbleiterschicht eine erste Elektrode ist; anodisches Oxidieren der Halbleiterschicht, wobei das anodische Oxidieren Poren in der Halbleiterschicht bildet, welche die Oberfläche der ersten Elektrode vergrößern; und nach dem anodischen Oxidieren, Bereitstellen eines Elektrolyten und einer zweiten Elektrode zum Bilden der Energiespeichervorrichtung. Das Substrat kann ein fortlaufender Film sein, und die Elektrode der Energiespeichervorrichtung kann unter Verwendung von Band-Bearbeitungsvorrichtungen gefertigt werden. Der Halbleiter kann Silizium sein, und die Vorrichtung zum Abscheiden kann eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen sein. Ferner kann die Halbleiterschicht amorph sein. Die Energiespeichervorrichtung kann zu einer zylindrischen Form gewickelt werden. Die Energiespeichervorrichtung kann eine Batterie sein, ein Kondensator oder ein Utrakondensator.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Energiespeichervorrichtungen und insbesondere Energiespeichervorrichtungen mit porösen Elektroden.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Es ist bekannt, dass alle Halbleiter-Dünnschichtbatterien (TFB) gewisse Vorteile bieten gegenüber konventioneller Batterietechnologie, wie etwa bessere Formfaktoren, Zyklenbeständigkeit, Aufnahmekapazität und Betriebssicherheit. Allerdings besteht ein Bedarf an kostengünstigen Herstellungstechnologien, die mit Massenproduktion (High Volume Manufacturing, HVM) vereinbar sind, um eine breite Vermarktbarkeit für TFBs zu ermöglichen. Ferner besteht ein Verbesserungsbedarf bei der Leistung von TFBs. Ein Ansatz zum Verbessern der TFB-Leistung besteht darin, die Oberfläche der Elektrode der Batterie zu vergrößern, ohne dass sich das auf die Größe der Batterie auswirkt. Es besteht ein Bedarf an Verfahren zum Erhöhen der TFB-Leistung, die vereinbar sind mit HVM und wenig kosten.
  • Ein Ansatz zum Vergrößern der Oberfläche der Elektrode durch anodisches Oxidieren eines Silizium-Wafers zum Herstellen einer porösen Elektrode ist bei Shin et al. beschrieben: "Porous silicon negative electrodes for rechargeable lithium batteries", Journal of Power Sources, Vol. 138, Nr. 1–2, S. 314–320, 2005. Allerdings beruhen das Verfahren und der Aufbau, die bei Shin et al. beschrieben sind, auf einem Bearbeiten von Silizium-Wafern zum Herstellen von Elektroden mit großer Oberfläche – was zu teuer ist, wenig wünschenswert für HVM, und wobei nicht in ausreichendem Maß die mechanische Flexibilität gegeben ist, um die gewünschten Formfaktoren der Batterie zu erzielen. Es besteht ein Bedarf an kostengünstigen, mit HVM vereinbaren Prozessen und Strukturen. Ferner besteht ein Bedarf an biegsamen TFB-Zellen, welche einfach für die gewünschten Formfaktoren bearbeitet werden können, wie etwa Wickelelektroden für zylindrische Batterien.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Im Allgemeinen ist es eine Aufgabe der Ausführungsformen der Erfindung, eine für Massenproduktion geeignete Lösung für die Herstellung von Energiespeichervorrichtungen mit porösen Elektroden mit großer Oberfläche bereitzustellen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen betreffen ein alternatives Verfahren zum Herstellen von Energiespeichervorrichtungen unter Verwendung von kostengünstigen Prozessen mit hohem Durchsatz. Dieser Ansatz umfasst das Verwenden von Prozessen, welche mit Band-Bearbeitungsvorrichtungen und fortlaufenden Dünnfilm-Substraten vereinbar sind. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen poröse Elektroden, hergestellt aus einer Reihe von Halbleitermaterialien, wie etwa Silizium, Germanium, Silizium-Germanium, sowie weitere Halbleiter und Verbindungshalbleiter. Die Halbleitermaterialien können kristallin, polykristallin oder amorph sein. Insbesondere betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Prozesse, welche Folgendes kombinieren:
    • (1) Abscheiden eines Dünnschicht-Halbleitermaterials; und
    • (2) anodisches Oxidieren der Halbleiter-Dünnschicht zum Herstellen einer Elektrode mit großer Oberfläche. Ferner können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung biegsame Elektroden bereitstellen, welche einen breiten Bereich an Formfaktoren für Energiespeichervorrichtungen ermöglichen. Zum Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung gewickelt werden, zum Bilden einer zylindrischen Batterie oder eines Kondensators. Energiespeichervorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Batterien umfassen, Dünnschichtbatterien (TFBs), Kondensatoren und Ultrakondensatoren.
  • Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrode mit großer Oberfläche: Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Substrats; Abscheiden einer Halbleiterschicht auf dem elektrisch leitfähigen Substrat, wobei die Halbleiterschicht eine erste Elektrode ist; anodisches Oxidieren der Halbleiterschicht, wobei das anodische Oxidieren Poren in der Halbleiterschicht bildet, welche die Oberfläche der ersten Elektrode vergrößern; und nach dem anodischen Oxidieren, Bereitstellen eines Elektrolyten und einer zweiten Elektrode zum Bilden der Energiespeichervorrichtung.
  • Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst eine Elektrode einer Energiespeichervorrichtung: einen metallenen Dünnfilm-Stromsammler; und eine Dünnschicht-Halbleiteranode mit großer Oberfläche, welche eine obere und eine untere Fläche aufweist, wobei die untere Fläche an dem Stromsammler befestigt ist, wobei die Dünnschicht Poren aufweist, welche von der oberen Fläche in die Dünnschicht verlaufen; wobei das Halbleitermaterial zwischen den Poren elektrisch leitfähig ist, und elektrisch verbunden, durch die Halbleitelektrode, mit dem Stromsammler.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in Fachkreisen ersichtlich sein, bei Durchsicht der folgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen der Erfindung, im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren, dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines anodischen Oxidierens einer Siliziumschicht, gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
  • 2 eine Darstellung eines Band-Bearbeitungssystems zum anodischen Oxidieren einer fortlaufenden Siliziumschicht, gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
  • 3 eine Schnittansicht einer Energiespeichervorrichtung, gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
  • 4 eine Energiespeichervorrichtung, in gewickelter Form, gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
  • 5 eine Energiespeichervorrichtung, gestaltet als Stapelaufbau, gemäß Ausführungsformen der Erfindung; und
  • 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bilden einer Elektrode mit großer Oberfläche für eine Energiespeichervorrichtung, gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist nun ausführlich zu beschreiben, mit Bezug auf die Zeichnungen, welche als Beispiele zur Illustration der Erfindung beigelegt sind, derart, dass es in Fachkreisen möglich ist, die Erfindung umzusetzen. Insbesondere sollen die folgenden Figuren und Beispiele den Schutzbereich der Erfindung nicht auf eine einzige Ausführungsform einschränken, vielmehr sind weitere Ausführungsformen möglich, durch Austauschen einiger oder aller beschriebenen oder dargestellten Elemente. Ferner werden, wenngleich gewisse Elemente der vorliegenden Erfindung zum Teil oder zur Gänze unter Verwendung bekannter Komponenten implementiert sein können, nur jene Abschnitte derartiger Komponenten beschrieben, welche für ein Verstehen der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, und ausführliche Beschreibungen weiterer Abschnitte derartiger bekannter Komponenten werden weggelassen, um die Erfindung nicht zu verstellen. In der vorliegenden Spezifikation sollte eine Ausführungsform, welche eine einzige Komponente darstellt, nicht als limitierend betrachtet werden; vielmehr soll die Erfindung weitere Ausführungsformen miteinschließen, welche mehrere von derselben Komponente umfassen, und umgekehrt, wenn nicht in dieser Schrift ausführlich anders beschrieben. Ferner liegt es nicht in der Absicht der Anmelder, dass irgendeinem der Termini in der Beschreibung oder in den Ansprüchen eine unübliche oder spezielle Bedeutung zugeschrieben wird, wenn nicht ausdrücklich so formuliert. Ferner schließt die vorliegende Erfindung gegenwärtige und zukünftige Äquivalente der bekannten Komponenten mit ein, auf welche in dieser Schrift zur Illustration Bezug genommen wird.
  • Im Allgemeinen legen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Lösung vor für Massenproduktion zu geringen Kosten und mit hohem Durchsatz, für die Fertigung von Energiespeichervorrichtungen mit porösen Elektroden mit großer Oberfläche. Die folgende Beschreibung führt Beispiele an für Elektroden mit großer Oberfläche, hergestellt aus porösem Silizium. Allerdings sind gemäß der vorliegenden Erfindung auch poröse Elektroden denkbar, welche aus einer Reihe von Halbleitermaterialien hergestellt sind, wie etwa Germanium, Silizium-Germanium, und weitere Elementhalbleiter und Verbindungshalbleiter. Die Halbleitermaterialien können kristallin, polykristallin oder amorph sein. Der Ansatz der vorliegenden Erfindung umfasst, bleibt jedoch nicht beschränkt auf ein Einsetzen von Prozessen, welche mit Band-Bearbeitungsvorrichtungen und fortlaufenden Dünnfilm-Substraten vereinbar sind. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Prozesse umfassen, welche Folgendes kombinieren: (1) Abscheiden einer Halbleitermaterial-Dünnschicht; und (2) anodisches Oxidieren der Halbleiter-Dünnschicht, zum Herstellen einer Elektrode mit großer Oberfläche.
  • Energiespeichervorrichtungen sind in dieser Schrift im Allgemeinen beschrieben, und insbesondere sind Beispiele für TFB-Vorrichtungen bereitgestellt. Allerdings bleiben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf TFBs beschränkt, sondern sie sind im Allgemeinen auf Energiespeichervorrichtungen anwendbar, umfassend Batterien, TFBs, Kondensatoren und Ultrakondensatoren.
  • 1 zeigt ein System 100 zur elektrochemischen Bearbeitung, welches gestaltet ist zum anodischen Oxidieren einer Halbleiterschicht 110. Das System 100 umfasst einen Prozessbehälter 102, welcher einen Elektrolyten 106 enthält, eine Kathode 104 und eine Anode, umfassend die Halbleiterschicht 110 auf einem metallenen Substrat 112. Das metallene Substrat 112 und die Kathode 104 sind mit einer Stromversorgung und einer Steuerung 108 verbunden. Die Steuerung 108 ist in der konkreten Ausgestaltung in 1 in einem Konstantstrommodus betrieben, wenngleich anodisches Oxidieren auch in einem Konstantspannungsmodus erreicht werden kann, wie in Fachkreisen wohl bekannt. Der Prozess des anodischen Oxidierens erzeugt Poren 111, welche in der Halbleiterschicht 110 ausgebildet werden. Es kann erforderlich sein, dass das metallene Substrat 112 vor dem Elektrolyten geschützt werden muss, wobei in diesem Fall eine schützende Beschichtung auf das Substrat aufgebracht oder eine spezielle Halterung verwendet werden kann.
  • Wenngleich nicht gezeigt, kann das System zur elektrochemischen Bearbeitung 100 in 1 auch ein Mittel umfassen zum Bewegen des Elektrolyten 106 innerhalb des Behälters 102, zum Beispiel unter Verwendung eines Rührers oder einer Umwälzpumpe. Ferner kann das System 100 eine Lichtquelle umfassen. Der spezifische Aufbau des Bearbeitungssystems 100 ist zu Zwecken der Illustration gezeigt; es gibt zahlreiche weitere Formen des Aufbaus und zahlreiche weitere Verfahren zum anodischen Oxidieren von Halbleitern, welche in Fachkreisen bekannt sind, und welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
  • Der Elektrolyt 106 kann ein Gemisch umfassen aus Flusssäure (HF), Wasser und Eisessig (CH3COOH). Es hat sich gezeigt, dass ein Gemisch aus HF (49 Gew.-%) und Eisessig in einem Volumenverhältnis von 1:1 ein einheitliches Ätzen von leicht p-dotiertem kristallinen Silizium (100) bei einem Konstantstrom von 100 mA cm–2 im Dunkeln ergibt. Es hat sich ferner gezeigt, dass dieses Gemisch zu einer makroskopisch einheitlicheren porösen Schicht führt als ein Verwenden von Ethanol an Stelle des Eisessigs, mit einem Elektrolyten, umfassend 70 Volumenprozent HF (49 Gew.-%) und 30 Volumenprozent Ethanol.
  • Höhere Volumenanteile an Eisessig in dem oben beschriebenen Elektrolyten ermöglichen ein einheitlicheres Ätzen von Silizium. Das kommt daher, dass hohe Volumenanteile an Eisessig Elektrolyten mit höherem elektrischen Widerstand ergeben. Ferner muss die HF-Konzentration ausreichend sein, um eine ausreichend hohe Porenbildungsrate zu erreichen. Andererseits wird HF gewöhnlich aus einer Lösung mit 49 Gew.-% bezogen. Wenn also die HF-Konzentration zu hoch wird, wird die Wasserkonzentration zu hoch, da 51 Gew.-% der üblicherweise verwendeten HF-Basislösung aus Wasser bestehen. Daher ist es zu bevorzugen, 30 bis 70 Volumenprozent Eisessig zu verwenden, wobei insgesamt eine HF-Lösung mit 49 Gew.-% entsteht. Zu bevorzugen ist insbesondere eine Lösung mit 40 bis 60 Volumenprozent Eisessig, wobei insgesamt eine HF-Lösung mit 49 Gew.-% entsteht.
  • Das Ziel des Prozesses des anodischen Oxidierens besteht darin, die Oberfläche der Halbleiterschicht 110 zu vergrößern, welche als Elektrode der Batteriezelle wirken kann. Folglich muss der Prozess des anodischen Oxidierens derart gesteuert werden, dass eine poröse Struktur gebildet und ein Elektropolieren der Halbleiterschicht vermieden wird. Ferner ist zu bevorzugen, dass das Halbleitermaterial, welches zwischen den Poren 111 verbleibt, elektrisch leitend bleibt, derart, dass es einen Strompfad von der Fläche der porösen Elektrode, durch die poröse Schicht und zu dem metallenen Substrat 112 (Stromsammler) gibt. Ferner sind die Porengröße und der Porenabstand abhängig von den Bedingungen beim anodischen Oxidieren und dem Dotierungsgrad des Halbleitermaterials. Art und Grad der Dotierung und die Bedingungen beim anodischen Oxidieren sind derart ausgewählt, dass eine gewünschte Porosität erreicht wird, und dass die elektrische Leitfähigkeit des porösen Halbleiters erhalten bleibt. Das anodische Oxidieren kann derart gesteuert werden, dass Poren 111 teilweise oder ganz durch die Halbleiterschicht 110 verlaufen.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bandsystems 200 für elektrochemische Bearbeitung mit hohem Durchsatz. Das System 200 umfasst einen Behälter 202, welcher einen Elektrolyten 206 enthält, eine Kathode 204 und einen fortlaufenden Dünnfilm 220. Das System 200 ist gestaltet zum elektrochemischen Bearbeiten des fortlaufenden Dünnfilms 220, welcher durch den Prozessbehälter 202 mittels mehrerer Walzen 222 geführt wird. Eine Steuerung 208 ist zwischen der Kathode 204 und dem fortlaufenden Dünnfilm 220 angeschlossen, welcher auf Erdpotential gehalten ist. Die Steuerung 208 wird betrieben, wie oben für Steuerung 108 erläutert. Der fortlaufende Dünnfilm 220 kann eine Halbleiterschicht auf einem dünnen, biegsamen metallenen Substrat umfassen.
  • Neben einem Prozess mit Hilfe des Aufbaus, der in 2 gezeigt ist, kann anodisches Oxidieren auch unter Verwendung einer Sprühvorrichtung ausgeführt werden, wobei kein vollständiges Eintauchen in einen Elektrolyten erforderlich ist.
  • 3 zeigt eine Schnittansicht einer Energiespeichervorrichtung, wobei es sich in diesem Fall um eine Batteriezelle 300 handelt. Die Batteriezelle 300 umfasst einen Anoden-Stromsammler 312, eine poröse Anode 310, einen Separator 314, einen Batterie-Elektrolyten 315, eine Kathode 316 und einen Kathoden-Stromsammler 318. Der Anoden-Stromsammler 312 kann ein Metall sein, wie etwa Kupfer, ausgewählt auf Grund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit, seiner mechanischen Stabilität und seiner Biegsamkeit. Die poröse Anode 310 kann ein poröses Halbleitermaterial sein, wie etwa poröses Silizium, poröses Germanium usw. Das Halbleitermaterial ist auf Grund seiner Eignung zum Bilden einer porösen Struktur unter Verwendung von elektrochemischem anodischem Oxidieren ausgewählt, wobei die Halbleiter-Dünnschicht durch anodisches Oxidieren porös gemacht wird, ohne dass die elektrische Leitfähigkeit des verbleibenden Halbleitermaterials beeinträchtigt wird – das heißt, das Halbleitermaterial zwischen den Poren ist elektrisch leitfähig und elektrisch verbunden durch die Halbleiteranode 310 mit dem Anoden-Stromsammler 312. Der Batterie-Elektrolyt 315 kann eine Chemikalie sein, wie etwa Propylencarbonat, Ethylencarbonat, LiPF6 usw. Der Separator 314 kann poröses Polyethylen, poröses Polypropylen, usw. sein. Die Kathode 316 kann eine Metallfolie sein, wie etwa eine Lithiumfolie, oder ein Material, wie etwa LiCoO2. Der Kathoden-Stromsammler kann Aluminium sein. Hier ist anzumerken, dass die Elektrolyten, Separatoren und Elektroden aufeinander abgestimmt sein müssen, damit die gewünschte Batterieleistung bereitgestellt ist.
  • 4 zeigt eine zylindrische Energiespeichervorrichtung, wobei es sich in diesem Fall um eine zylindrische Batterie 400 handelt. Die biegsame, dünne Batteriezelle 440 umfasst eine isolierende Schicht wie etwa eine isolierende Schicht, welche eine Fläche der Zelle 440 bedeckt – welche ein Kurzschließen der Batterie-Elektroden verhindert, wenn die Batteriezelle gewickelt ist. Elektrische Kontakte 442 und 444 sind jeweils mit der oberen und der unteren Fläche der Batteriezelle 440 hergestellt. 5 zeigt einen alternativen Aufbau der Batteriezellen 440, wobei ein Batterie-Stapelaufbau 500 gebildet ist. Die Batteriezellen 440 innerhalb des Batterie-Stapelaufbaus 500 können elektrisch miteinander verbunden sein, entweder in Reihe oder parallel. (Die elektrischen Verbindungen sind nicht gezeigt.)
  • Erneut mit Bezug auf 3, ist ein Verfahren zum Herstellen einer Ausführungsform der Batteriezelle 300 beschrieben. Ein Metallfilm ist bereitgestellt als Anoden-Stromsammler (ACC) 312. Eine Dünnschicht 310 aus Halbleitermaterial wird auf dem ACC 312 abgeschieden. Geeignete Abscheidungsverfahren können Prozesse umfassen, wie etwa chemische Gasphasenabscheidung (CVD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), und thermisches Spritzen in einer chemisch inaktiven Umgebung. Der ACC 312 kann ein fortlaufender Metall-Dünnfilm sein, und er kann als Band durch die Halbleiter-Abscheidungsvorrichtung bewegt werden. Ein Reel-to-Reel-System kann für die Bandbewegung des ACC 312 verwendet werden. Die Halbleiter-Dünnschicht 310 wird anodisch oxidiert zum Vergrößern der Oberfläche der Elektrode. Im Fall einer fortlaufenden Dünnschicht kann der Film durch die Vorrichtung zum anodischen Oxidieren bewegt werden, während des Prozesses des anodischen Oxidierens. Erneut kann ein Reel-to-Reel-System verwendet werden. Eine Separatorschicht 314 wird auf die Fläche der anodisch oxidierten Halbleiterelektrode 310 aufgebracht. Eine Kathode 316 und ein Kathoden-Stromsammler (CCC) 318 werden auf die obere Fläche des Separators 314 aufgebracht. Die Kathode 316 und der CCC 318 werden am besten durch Abscheiden des Kathodenmaterials auf dem CCC 318 aufgebracht. Der Stapel kann mit einer isolierenden Schicht 319 bedeckt werden, und danach gewickelt, derart, dass eine zylindrische Batterie 400 gebildet wird, wie gezeigt in 4, oder gestapelt, derart, dass eine quaderförmige Batterie gebildet wird, wie gezeigt in 5. In die Batteriezellen 300, 440 wird Batterie-Elektolyt 315 injiziert und danach werden die Zellen abgedichtet.
  • Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können auch angewendet werden zum Bilden von Elektroden für Energiespeichervorrichtungen, unter Verwendung von porösem Germanium. Germanium-Dünnschichten können unter Verwendung von HVM-tauglichen Prozessen abgeschieden werden, wie oben beschrieben für das Abscheiden der Siliziumschicht, und das Germanium kann entsprechend den allgemeinen Verfahren zum anodischen Oxidieren, wie oben für Silizium beschrieben, porös gemacht werden. Ferner können die Verfahren der vorliegenden Erfindung auch angewendet werden zum Bilden von Elektroden für Energiespeichervorrichtungen unter Verwendung poröser Verbindungshalbleiter, wie etwa SiGe, GaAs usw.
  • 6 zeigt eine Vorrichtung 600 zum Herstellen einer Elektrode mit großer Oberfläche für eine Energiespeichervorrichtung, wie in 3, entsprechend einem Verfahren, wie oben beschrieben. Die Vorrichtung in 6 umfasst: ein erstes System 601, gestaltet zum Abscheiden einer Halbleiterschicht auf einem elektrisch leitfähigen Substrat, wobei die Halbleiterschicht eine erste Elektrode ist; und ein zweites System 602, gestaltet zum anodischen Oxidieren der Halbleiterschicht, wobei das zweite System 602 die Poren in der Halbleiterschicht herstellt, welche die Oberfläche der ersten Elektrode vergrößern. Die Systeme sind schematisch dargestellt; eines oder beide der Systeme kann/können als Bandvorrichtung angeordnet sein – wobei das elektrisch leitfähige Substrat als Band durch das erste und/oder das zweite System bewegt werden kann – oder es kann sich um weitere Varianten handeln. Das elektrisch leitfähige Substrat kann ein fortlaufender Dünnfilm sein; ferner kann der fortlaufende Dünnfilm zwischen zwei Spulen beweglich sein.
  • Wenngleich die vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezug auf konkrete Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, so sollte es sich in Fachkreisen doch von selbst verstehen, dass Änderungen und Modifikationen an der Form und an Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne dass das Wesen und der Schutzbereich der Erfindung dadurch verlassen wären. Es liegt in unserer Absicht, dass die beigefügten Ansprüche derartige Änderungen und Modifikationen miteinschließen. Die folgenden Ansprüche definieren die vorliegende Erfindung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Shin et al. beschrieben: ”Porous silicon negative electrodes for rechargeable lithium batteries”, Journal of Power Sources, Vol. 138, Nr. 1–2, S. 314–320, 2005 [0003]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichervorrichtung mit einer Elektrode mit großer Oberfläche, umfassend: Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Substrats; Abscheiden einer Halbleiterschicht auf dem elektrisch leitfähigen Substrat, wobei die Halbleiterschicht eine erste Elektrode ist; anodisches Oxidieren der Halbleiterschicht, wobei das anodische Oxidieren Poren in der Halbleiterschicht bildet, welche die Oberfläche der ersten Elektrode vergrößern; und nach dem anodischen Oxidieren, Bereitstellen eines Elektrolyten und einer zweiten Elektrode zum Bilden der Energiespeichervorrichtung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das anodische Oxidieren unter Verwendung eines Prozesselektrolyten implementiert wird, welcher aus Flusssäure und Essigsäure besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschicht ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Silizium, Germanium, Silizium-Germanium und Galliumarsenid.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Halbleiter amorph ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Halbleiter Silizium ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das anodische Oxidieren unter Verwendung eines Prozesselektrolyten implementiert wird, welcher ein Gemisch aus 49% Flusssäure und Eisessig umfasst, und wobei der Prozesselektrolyt mehr als 30 Volumenprozent Eisessig umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bereitstellen einer isolierenden Schicht auf der Energiespeichervorrichtung; und Wickeln der Energiespeichervorrichtung zu einer zylindrischen Form, wobei die isolierende Schicht das Substrat und die Elektrode in der Rolle elektrisch isoliert.
  8. Vorrichtung zum Bilden einer Elektrode mit großer Oberfläche für eine Energiespeichervorrichtung, umfassend: ein erstes System, gestaltet zum Abscheiden einer Halbleiterschicht auf einem elektrisch leitfähigen Substrat, wobei die Halbleiterschicht eine erste Elektrode ist; und ein zweites System, gestaltet zum anodischen Oxidieren der Halbleiterschicht, wobei das zweite System Poren in der Halbleiterschicht bildet, welche die Oberfläche der ersten Elektrode vergrößern.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das elektrisch leitfähige Substrat ein fortlaufender Dünnfilm ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das elektrisch leitfähige Substrat als Band durch das erste System bewegt wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das elektrisch leitfähige Substrat als Band durch das zweite System bewegt wird.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das elektrisch leitfähige Substrat zwischen zwei Spulen beweglich ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das erste System eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das erste System ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Vorrichtung zur physikalischen Gasphasenabscheidung, einer Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung und einer Vorrichtung zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung.
  15. Energiespeichervorrichtung, umfassend: einen metallenen Dünnfilm-Anodenstromsammler; und eine Dünnschicht-Halbleiteranode mit großer Oberfläche, welche eine obere und eine untere Fläche aufweist, wobei die untere Fläche an dem Anoden-Stromsammler befestigt ist, wobei die Dünnschicht Poren aufweist, welche von der oberen Fläche in die Dünnschicht verlaufen; wobei das Halbleitermaterial zwischen den Poren elektrisch leitfähig ist, und elektrisch verbunden, durch die Halbleiteranode, mit dem Anoden-Stromsammler.
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