DE112020001068T5 - OBJECT WITH MULTIFUNCTIONAL CONDUCTIVE WIRE - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Abstract

Gegenstände und Vorrichtungen, umfassend einen multifunktionalen leitfähigen Draht, aufweisend eine erste Elektrode, welche ein erstes Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und Sekundärpartikel enthält; eine zweite Elektrode, welche ein zweites Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und Sekundärpartikel enthält; eine erste Separatormembran, welche die erste und die zweite Elektrode umgibt; eine flexible Isolatorschicht, welche den Elektrolyten umgibt; und eine flexible leitende Schicht, welche wenigstens teilweise die flexible Isolatorschicht umgibt. Auch wird ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung der Gegenstände, der Vorrichtungen und der multifunktionalen leitfähigen Drähte hierin bereitgestellt.Articles and devices comprising a multifunctional conductive wire having a first electrode comprising a first carbon nanotube composite yarn containing carbon nanotubes and secondary particles; a second electrode comprising a second carbon nanotube composite yarn containing carbon nanotubes and secondary particles; a first separator membrane surrounding the first and second electrodes; a flexible insulator layer surrounding the electrolyte; and a flexible conductive layer at least partially surrounding the flexible insulator layer. Also provided is a method of making and using the articles, devices, and multifunctional conductive wires herein.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/813,516 , eingereicht am 4. März 2019, mit dem Titel „Composite Yarn and Method of Making a Carbon Nanotube Composite Yarn“. Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 16/446,389 , eingereicht am 19. Juni 2019, mit dem Titel „Composite Yarn and Method of Making a Carbon Nanotube Composite Yarn‟ . Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 16/805,565 , eingereicht am 28. Februar 2020, mit dem Titel „Multifunctional Conductive Wire and Method of Making‟ . Die Offenbarungen der vorhergehenden Anmeldungen sind hiermit in vollem Umfang durch Bezugnahme eingeschlossen.This application claims priority from U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 813,516 , filed on March 4, 2019, entitled "Composite Yarn and Method of Making a Carbon Nanotube Composite Yarn". This application claims priority from U.S. Patent Application No. 16 / 446,389 , filed on June 19, 2019, entitled “Composite Yarn and Method of Making a Carbon Nanotube Composite Yarn” . This application claims priority from U.S. Patent Application No. 16 / 805,565 , filed on February 28, 2020, entitled “Multifunctional Conductive Wire and Method of Making” . The disclosures of the preceding applications are hereby incorporated in their entirety by reference.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Vorrichtungen, umfassend leitfähige Metalldrähten, insbesondere Volloder Litzenkupferdrähte, werden seit vielen Jahrzehnten in vielen Industriebereichen hergestellt und verwendet. Jedoch stellen jüngste Anforderungen nach einer Verkleinerung von Vorrichtung und einer Optimierung einer Energieeffizienz neue anspruchsvolle Anforderungen an die hohen volumetrischen und hochgravimetrischen Eigenschaften von leitfähigen Metalldrähten, so dass neue Vorrichtungen und Gegenstände notwendig sind, welche neue Drahttypen umfassen. Die Suche nach neuen Verfahren zur Synthese, Herstellung und Konstruktion, welche leitfähigen Drähten mehr Funktionen verleihen, anstatt nur als Stromträger zu fungieren, ist von zentralem Interesse. Ältere Voll- und Litzenkupferdrähte, welche normalerweise nur als Energieleiter fungieren, können kommerziellen Jets Tonnen an Gewicht hinzufügen. Die Einschränkungen älterer Voll- und Litzenkupferdrähte sind insbesondere kritisch für Fahrzeugmotoren, wobei zum Beispiel, in einigen Elektrofahrzeugen der Motor etwa 76 Kilogramm Kupferspulen umfassen kann. Durch Hinzufügen zusätzlichen Gewichts können die Batterien in Elektrofahrzeugen Hunderte von Kilogramm wiegen. Elektromotoren, Generatoren und Transformatoren ohne ältere Voll- oder Litzenkupferspulen könnten weniger Gewicht aufweisen und effizienter sein. Somit sind neue Gegenstände und Vorrichtungen notwendig, welche einen fortschrittlichen multifunktionalen leitfähigen Draht aufweisen.Devices comprising conductive metal wires, especially solid or stranded copper wires, have been manufactured and used in many industries for many decades. However, recent demands for device downsizing and optimization of energy efficiency make new demanding demands on the high volumetric and highly gravimetric properties of conductive metal wires, so that new devices and articles including new types of wire are necessary. The search for new methods of synthesis, manufacture and construction which give conductive wires more functions instead of just acting as current carriers is of central interest. Older solid and stranded copper wires, which normally only function as conductors of energy, can add tons of weight to commercial jets. The limitations of older solid and stranded copper wires are particularly critical for vehicle engines where, for example, in some electric vehicles, the engine can contain approximately 76 kilograms of copper coils. By adding extra weight, the batteries in electric vehicles can weigh hundreds of kilograms. Electric motors, generators and transformers without older solid or stranded copper coils could be lighter and more efficient. Thus, new articles and devices are needed that incorporate an advanced multifunctional conductive wire.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die vorliegende Offenbarung ist auf Gegenstände und Vorrichtungen, welche multifunktionale leitfähige Drähte umfassen, und Verfahren zur Herstellung von Gegenständen und Vorrichtungen gerichtet, welche multifunktionale leitfähige Drähte umfassen. Gegenstände mit reduziertem Gewicht und verbesserter Effizienz, welche multifunktionale leitfähige Drähte (MCW) umfassen, werden hierin ermöglicht. Der hierin offenbarte MCW kann mit weniger erforderlicher Länge, Gewicht und Platzbedarf im Vergleich zu älteren Leitern elektrische Energie bereitstellen. Vorrichtungen, welche MCW umfassen, die eine eingebaute Batteriefunktion aufweisen können, um gleichzeitig Energie bereitzustellen oder zu speichern, während Stromträger bereitgestellt werden, werden hierin offenbart. Gemäß einigen Aspekten können MCW Voll- oder Litzenkupferdrähte in Motoren, Generatoren, Transformatoren und elektromagnetischen Vorrichtungen ersetzen. Gemäß einigen Aspekten können die hierin offenbarten MCW eine Batteriefunktion mit zwei oder mehr Elektroden und einem Elektrolyten, welche von einem Isolator umgeben sind, mit einer leitenden Schicht außerhalb des Isolators aufweisen, um einen MCW zu bilden, welcher dazu in der Lage ist, Wechselstrom so effizient wie ein massiver Kupferleiter zu führen, aber auch eine eingebaute Batterie bereitzustellen. Diese Aspekte und andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden hierin im Detail offenbart.The present disclosure is directed to articles and devices comprising multifunctional conductive wires and methods of making articles and devices comprising multifunctional conductive wires. Articles with reduced weight and improved efficiency which include multifunctional conductive wires (MCW) are made possible herein. The MCW disclosed herein can provide electrical power in less length, weight, and space compared to older conductors. Devices comprising MCW that can have a built-in battery function to simultaneously provide or store energy while providing power carriers are disclosed herein. In some aspects, MCWs can replace solid or stranded copper wire in motors, generators, transformers, and electromagnetic devices. In some aspects, the MCW disclosed herein can have a battery function with two or more electrodes and an electrolyte surrounded by an insulator with a conductive layer outside the insulator to form an MCW that is capable of generating alternating current to run efficiently like a solid copper conductor, but also to provide a built-in battery. These aspects and other aspects of the present disclosure are disclosed in detail herein.

FigurenlisteFigure list

  • 1A zeigt ein beispielhaftes Schema zur Herstellung eines Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarns gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 1A FIG. 10 shows an exemplary scheme for making a carbon nanotube composite yarn in accordance with aspects of the present disclosure.
  • 1 B zeigt ein Schema zweier beispielhafter Verdichtungsschritte gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 1 B FIG. 10 shows a schematic of two exemplary compression steps in accordance with aspects of the present disclosure.
  • 2 zeigt ein Rasterelektronenmikroskop- (SEM - Scanning Electron Microscope) Bild einer reinen Kohlenstoffnanoröhrenmatte gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 2 FIG. 10 shows a scanning electron microscope (SEM) image of a pure carbon nanotube mat in accordance with aspects of the present disclosure.
  • 3 zeigt ein Foto einer reinen Kohlenstoffnanoröhrenmatte gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 3 FIG. 10 shows a photograph of a pure carbon nanotube mat in accordance with aspects of the present disclosure.
  • 4 zeigt ein SEM einer Kohlenstoffnanoröhrenmatte gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 4th FIG. 10 shows an SEM of a carbon nanotube mat in accordance with aspects of the present disclosure.
  • 5A zeigt ein beispielhaftes MCW-Kabel, welches Batterieelektroden umfasst, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 5A FIG. 10 shows an exemplary MCW cable including battery electrodes in accordance with some aspects of the present disclosure.
  • 5B zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 5B FIG. 10 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with some aspects of the present disclosure.
  • 5C zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 5C FIG. 10 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with some aspects of the present disclosure.
  • 5D zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 5D FIG. 10 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with some aspects of the present disclosure.
  • 5E zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 5E FIG. 10 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with some aspects of the present disclosure.
  • 6A zeigt einen konventionellen Elektromotor, welcher durch eine oder mehrere externe Batterien angetrieben wird. 6A shows a conventional electric motor which is powered by one or more external batteries.
  • 6B zeigt einen Elektromotor, welcher durch ein multifunktionales MCW-Kabel angetrieben wird, welches eine Batterie in dem Kern unterbringt, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. 6B Figure 12 shows an electric motor powered by a multifunctional MCW cable that houses a battery in the core, in accordance with some aspects of the present disclosure.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die vorliegende Offenbarung ist auf Gegenstände und Vorrichtungen, welche einen multifunktionalen leitfähigen Draht umfassen, und Verfahren zur Herstellung von Gegenständen und Vorrichtungen gerichtet, welche einen multifunktionalen leitfähigen Draht (MCW) umfassen. Gemäß einigen Aspekten kann der MCW ein Draht sein, welcher einen Kernzylinder umfasst, der durch eine Isolatorschicht abgedichtet ist, welche von einer äußeren Schicht aus Kupfer oder jeglichem anderen leitfähigen Metall bedeckt ist. Der Kernzylinder kann eine zylindrische flexible Batterie sein, welche zwei oder mehr selbststehende Elektroden (z. B. Kohlenstoffnanoröhrengarne mit batterieaktiven Materialien) umfasst, die durch (einen) Separator(en) und/oder einen Elektrolyten isoliert sind. Gemäß einigen Aspekten kann die zylindrische flexible Batterie in dem Kern des MCW Energie für eine elektrische Vorrichtung liefern oder speichern. Abhängig von der Anwendung können eine oder mehrere äußere Isolatorschichten auf die äußere leitfähige Schicht aufgebracht werden. Optional können weitere Schichten aus leitfähigem Material und weitere Schichten aus isolierendem Material aufgebracht werden.The present disclosure is directed to articles and devices comprising a multifunctional conductive wire and methods of making articles and devices comprising a multifunctional conductive wire (MCW). In some aspects, the MCW can be a wire that includes a core cylinder that is sealed by a layer of insulator covered by an outer layer of copper or any other conductive metal. The core cylinder can be a cylindrical flexible battery which comprises two or more self-standing electrodes (e.g. carbon nanotube yarns with battery-active materials) which are insulated by (a) separator (s) and / or an electrolyte. In some aspects, the cylindrical flexible battery in the core of the MCW can supply or store power for an electrical device. Depending on the application, one or more outer insulator layers can be applied to the outer conductive layer. Optionally, further layers of conductive material and further layers of insulating material can be applied.

Gemäß einigen Aspekten des MCW kann die Dicke einer äußeren leitfähigen Metallschicht abhängig von der beabsichtigten Frequenz eines Wechselstroms (AC) variiert werden, welcher von einer äußeren leitfähigen Schicht geführt werden soll. Die Dicke kann derart variiert werden, dass eine Leitung von Wechselstrom optimiert wird, jedoch ohne die Notwendigkeit eines schweren Materials aus Metall (oder Kupfer) für den zentralen Kern, welches wenig Wechselstrom führt. Der Skin-Effekt ist eine Tendenz eines Wechselstroms, eine Stromdichte aufzuweisen, welche in der Nähe der äußeren Fläche eines Leiters am größten ist, wobei die Stromdichte in einem Leiter mit größeren Tiefen in einem Leiter abnimmt, insbesondere wenn die Frequenz des Wechselstroms zunimmt. Der Skin-Effekt wird durch das elektromagnetische Gegenfeld mit einem Wirbelstrom verursacht, welcher durch den selbstinduzierten magnetischen Fluss in einem wechselstromführenden Leiter erzeugt wird. Bei einem Gleichstrom (DC) ist die Änderungsrate des Flusses null, so dass es aufgrund von Änderungen des magnetischen Flusses kein elektromagnetisches Gegenfeld mit einem Wirbelstrom gibt. Bei einem Gleichstrom wird der Strom gleichmäßig über den Querschnitt des Leiters verteilt. Bei Wechselstrom mit niedrigerer Frequenz führt der zentrale Kern eines massiven Metalldrahts wenig Strom; wenn die Frequenz des Wechselstroms zunimmt, führt die Außenhaut eines massiven Metalldrahts den größten Teil des Stroms. Bei Wechselstrom mit höherer Frequenz führt der zentrale Kern eines massiven Metalldrahts keinen Strom. Somit kann der hierin offenbarte MCW, wenn bei der Übertragung von Wechselstrom angewendet, in dem Kern eine Kernzylinderbatterie bereitstellen, bei welcher die Wechselstromdichte in einem Massivdrahtleiter am geringsten wäre. Gemäß einigen Aspekten stellt ein Bereitstellen einer Kernzylinderbatterie in dem Kern einen MCW mit weniger Gewicht im Vergleich zu massiven Metalldrähten bereit, während gleichzeitig eine Energiequelle/Speicherbatterie in dem MCW bereitgestellt wird.In some aspects of the MCW, the thickness of an outer conductive metal layer can be varied depending on the intended frequency of an alternating current (AC) that is to be carried by an outer conductive layer. The thickness can be varied to optimize conduction of alternating current, but without the need for a heavy metal (or copper) material for the central core, which carries little alternating current. The skin effect is a tendency of an alternating current to have a current density which is greatest near the outer surface of a conductor, with the current density in a conductor decreasing with greater depths in a conductor, particularly as the frequency of the alternating current increases. The skin effect is caused by the opposing electromagnetic field with an eddy current, which is generated by the self-induced magnetic flux in an alternating current-carrying conductor. With a direct current (DC), the rate of change of the flux is zero, so that there is no opposing electromagnetic field with an eddy current due to changes in the magnetic flux. With a direct current, the current is evenly distributed over the cross-section of the conductor. With alternating current at a lower frequency, the central core of a solid metal wire carries little current; as the frequency of the alternating current increases, the outer skin of a solid metal wire carries most of the current. In the case of alternating current with a higher frequency, the central core of a solid metal wire does not carry any current. Thus, the MCW disclosed herein, when applied to the transmission of alternating current, can provide in the core a core cylinder battery in which the alternating current density would be lowest in a solid wire conductor. In some aspects, providing a core cylinder battery in the core provides an MCW that is lighter in weight compared to solid metal wires, while at the same time providing a power source / storage battery in the MCW.

Der MCW kann auch Gleichstrom (DC) führen. Verschiedene Komponenten, wie in der Technik bekannt, können umfasst sein, um Gleichstrom, zum Beispiel von der Kernzylinderbatterie, in Wechselstrom zum Führen von Strom in einer äußeren leitfähigen Metallschicht umzuwandeln. In einem anderen Beispiel kann Wechselstrom in einer äußeren leitfähigen Metallschicht in Gleichstrom zur Speicherung in einer Kernzylinderbatterie umgewandelt werden.The MCW can also carry direct current (DC). Various components, as known in the art, may be included to convert direct current, for example from the core cylinder battery, to alternating current for carrying current in an outer conductive metal layer. In another example, alternating current in an outer conductive metal layer can be converted to direct current for storage in a core cylinder battery.

Die äußere Form des MCW kann jegliche Form sein. Zum Beispiel kann eine runde oder eine zylindrische Form verwendet werden, um die Herstellung zu erleichtern oder um älteren Metalldrähten zu ähneln. Eine quadratische Form kann zum Beispiel verwendet werden, um eine Effizienz zu maximieren, wenn ein MCW zu einer Spule gewickelt wird. Bei einigen Elektromotoren kann eine quadratische Form eines MCW verwendet werden, um eine Wicklungseffizienz zu maximieren und einen Luftraum zwischen den Wicklungen einer Spule zu minimieren. Die äußere Form kann optional verformbar und flexibel sein.The external shape of the MCW can be any shape. For example, a round or cylindrical shape can be used for ease of manufacture or to resemble older metal wires. For example, a square shape can be used to maximize efficiency when winding an MCW into a spool. With some electric motors, a square shape of an MCW can be used to maximize winding efficiency and minimize air space between the windings of a coil. The outer shape can optionally be deformable and flexible.

Die hierin offenbarten Vorrichtungen und Artikel, welche einen MCW umfassen, sind nicht durch die bereitgestellten Beispiele beschränkt. Die Anwendungen von MCW umfassen zum Beispiel Energieübertragungsleitungen über lange Strecken, welche unter Verwendung von MCW weniger wiegen können oder Energie in bestimmten Bereichen des MCW speichern oder liefern können. Zum Beispiel kann der MCW (entweder extern oder eingebettet in) Prozessoren, Sender, Empfänger, Wi-Fi, Sensoren, Solarzellen und elektronische Komponenten enthalten, welche Bereiche oder Segmente des MCW bestimmen, die Energie speichern oder liefern. Der MCW kann Dioden oder Arrays enthalten, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Der MCW kann zum Beispiel Lichtwellenleiter innen oder außen, andere Leiter, andere Fasern oder Befestigungselemente enthalten. Gemäß einigen Aspekten sind hierin Fahrzeuge, Motoren, Maschinen, Vorrichtungen und Gegenstände offenbart, welche einen MCW umfassen. Als ein veranschaulichendes Beispiel kann ein kommerzieller Jet, welcher einen MCW umfasst, weniger wiegen als ein kommerzieller Jet, welcher einen massiven Kupferdraht, einen versilberten oder einen vernickelten Kupferdraht umfasst. Ein Elektromotor kann unter Verwendung eines MCW deutlich weniger wiegen und ein solcher Elektromotor kann im Vergleich zu Motoren mit massiven Metalldrähten ein verbessertes Energie-zu-Gewicht-Verhältnis aufweisen. Ein elektrischer Generator, ein großer Generator in einem Kraftwerk oder ein Wechselstromgenerator mit einem MCW kann deutlich weniger wiegen als der gleiche, wenn er einen massiven Kupferdraht verwendet. Transformatoren, welche große Drahtspulen enthalten, können unter Verwendung eines MCW weniger wiegen. Sender, Antennen und Induktoren sind andere veranschaulichende Beispiele von Vorrichtungen, welche einen MCW umfassen. Eine Speicherung von Energie durch den MCW in Stromleitungen, Fahrzeugen, Maschinen und Vorrichtungen kann die Notwendigkeit zusätzlicher Stromträger zum Führen von Strom zu einer externen Speicherbatterie oder von einer externen Speicherbatterie reduzieren oder eliminieren.The devices and articles disclosed herein that include an MCW are not limited by the examples provided. The applications of MCW include, for example, long-distance power transmission lines which, using MCW, may weigh less or store or deliver power in certain areas of the MCW. For example, the MCW can contain (either external or embedded in) processors, transmitters, receivers, Wi-Fi, sensors, solar cells and electronic components, determine which areas or segments of the MCW store or deliver energy. The MCW can contain diodes or arrays to convert AC power to DC power. For example, the MCW may contain internal or external optical fibers, other conductors, other fibers, or fasteners. In some aspects, vehicles, engines, machines, devices, and articles are disclosed herein that include an MCW. As an illustrative example, a commercial jet that includes an MCW may weigh less than a commercial jet that includes solid copper wire, silver-plated, or nickel-plated copper wire. An electric motor can weigh significantly less using an MCW and such an electric motor can have an improved energy-to-weight ratio compared to motors with solid metal wires. An electrical generator, a large generator in a power plant, or an AC generator with an MCW can weigh significantly less than the same using solid copper wire. Transformers that incorporate large coils of wire can weigh less using an MCW. Transmitters, antennas, and inductors are other illustrative examples of devices that include an MCW. Storage of energy by the MCW on power lines, vehicles, machines, and devices can reduce or eliminate the need for additional power carriers to carry power to or from an external storage battery.

Gemäß einigen Aspekten ist hierin eine Vorrichtung offenbart, welche eine oder mehrere MCW-Spulen umfasst, wobei jede Spule einen MCW umfasst, welcher in der Form einer Spule, einer Spirale oder einer Helix gedreht ist. Jede Spule kann eine elektromagnetische Induktion/Generation bereitstellen, während gleichzeitig Batterie- und/oder Speicherfähigkeiten bereitgestellt werden. Eine MCW-Spule kann elektrische Energie bereitstellen oder speichern und elektrische Energie leiten.In some aspects, an apparatus is disclosed herein that includes one or more MCW coils, each coil including an MCW that is twisted in the shape of a coil, spiral, or helix. Each coil can provide electromagnetic induction / generation while providing battery and / or storage capabilities. An MCW coil can provide or store electrical energy and conduct electrical energy.

Gemäß einigen Aspekten kann der hierin offenbarte MCW zwei oder mehr flexible Elektroden umfassen, wobei jede flexible Elektrode ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, wobei das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn Kohlenstoffnanoröhren und Sekundärpartikel umfasst und optional eine oder mehrere Separatormembranen umfasst. Gemäß einigen Aspekten können die eine oder mehreren Separatormembranen eine verschiedene Separatormembran umfassen, welche zwischen den zwei oder mehr flexiblen Elektroden bereitgestellt ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „verschiedene Separatormembran“ auf eine wie hierin beschriebene Separatormembran, welche nicht in direktem Kontakt mit den zwei oder mehr flexiblen Elektroden ist. Zusätzlich oder alternativ kann jede flexible Elektrode unabhängig eine äußere Schicht einer Separatormembran umfassen. In einigen Beispielen kann die äußere Schicht der Separatormembran(en) die Notwendigkeit zusätzlicher Separatormembranen beseitigen, welche zwischen Elektroden platziert sind. Der MCW kann ferner einen Elektrolyten umfassen, welcher zwischen jeder der zwei oder mehr flexiblen Elektroden positioniert ist.In some aspects, the MCW disclosed herein may comprise two or more flexible electrodes, each flexible electrode comprising a carbon nanotube composite yarn, the carbon nanotube composite yarn comprising carbon nanotubes and secondary particles, and optionally comprising one or more separator membranes. In some aspects, the one or more separator membranes may include a different separator membrane provided between the two or more flexible electrodes. As used herein, the term “different separator membrane” refers to a separator membrane as described herein that is not in direct contact with the two or more flexible electrodes. Additionally or alternatively, each flexible electrode can independently comprise an outer layer of a separator membrane. In some examples, the outer layer of the separator membrane (s) can eliminate the need for additional separator membranes placed between electrodes. The MCW may further include an electrolyte positioned between each of the two or more flexible electrodes.

Gemäß einigen Aspekten können die zwei oder mehr flexiblen Elektroden in einer verdrillten Konfiguration umeinandergewickelt sein. Es ist im Stand der Technik bekannt, dass ein Verdrillen zweier Drähte umeinander die elektromagnetische Interferenz (auch Radiofrequenz, RF, Interferenz in dem RF-Spektralbereich genannt) in den Drähten signifikant reduziert. Gemäß einigen Aspekten kann ein Wickeln oder Verdrillen der zwei oder mehr flexiblen Elektroden umeinander eine elektromagnetische Interferenz in den zwei oder mehr flexiblen Elektroden von Wechselstrom (in der äußeren leitfähigen Schicht) oder von Umgebungsquellen reduzieren oder eliminieren. Optional können die zwei oder mehr flexiblen Elektroden in einer parallelen oder quasi-parallelen Konfiguration vorliegen oder nicht miteinander in Kontakt sein. Eine flexible Isolatorschicht, welche die zwei oder mehr flexiblen Elektroden, die optionale(n) Separatormembran(en) und den Elektrolyten umgibt, kann die zwei oder mehr flexiblen Elektroden und den Elektrolyten innerhalb des MCW enthalten, wodurch eine Batterie innerhalb des MCW bereitgestellt wird. Eine flexible leitende Schicht, zum Beispiel eine Metallschicht, kann die flexible Isolatorschicht umgeben, wobei die Dicke der flexiblen leitenden Schicht in Abhängigkeit der Frequenz eines von der flexiblen leitenden Schicht geführten Wechselstroms variiert. Die flexiblen Elektroden innerhalb des MCW sind aufgrund der darin enthaltenen Kohlenstoffnanoröhren selbststehende flexible Elektroden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „selbststehende Elektrode“ auf eine Elektrode, welche dazu in der Lage ist, ohne eine oder mehrere Komponenten zu funktionieren, welche als eine strukturelle Halterung bereitgestellt sind. Es ist anzumerken, dass gemäß einigen Aspekten jegliches wie hierin beschriebenes Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn eine selbststehende Elektrode sein kann.In some aspects, the two or more flexible electrodes can be wrapped around one another in a twisted configuration. It is known in the prior art that twisting two wires around one another significantly reduces the electromagnetic interference (also called radio frequency, RF, interference in the RF spectral range) in the wires. In some aspects, winding or twisting the two or more flexible electrodes about one another can reduce or eliminate electromagnetic interference in the two or more flexible electrodes from AC power (in the outer conductive layer) or from environmental sources. Optionally, the two or more flexible electrodes may be in a parallel or quasi-parallel configuration, or may not be in contact with each other. A flexible insulator layer surrounding the two or more flexible electrodes, the optional separator membrane (s), and the electrolyte may contain the two or more flexible electrodes and the electrolyte within the MCW, thereby providing a battery within the MCW. A flexible conductive layer, for example a metal layer, can surround the flexible insulating layer, the thickness of the flexible conductive layer varying as a function of the frequency of an alternating current carried by the flexible conductive layer. The flexible electrodes inside the MCW are self-standing flexible electrodes due to the carbon nanotubes they contain. As used herein, the term "self-standing electrode" refers to an electrode that is capable of functioning without one or more components that are provided as a structural support. It should be noted that in some aspects, any carbon nanotube composite yarn as described herein can be a self-standing electrode.

Verfahren zum Herstellen der selbststehenden flexiblen Elektroden sind hierin offenbart. Ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn kann hergestellt werden, indem schwebende Kohlenstoffnanoröhren wachsen gelassen werden, kontinuierlich Bahnen der schwebenden Kohlenstoffnanoröhren entfernt werden, um eine Matte aus den Kohlenstoffnanoröhren bereitzustellen, und parallel Sekundärpartikel auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden, um eine Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte bereitzustellen, und die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte verdichtet wird, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen.Methods of making the self-standing flexible electrodes are disclosed herein. A carbon nanotube composite yarn can be made by growing floating carbon nanotubes, continuously removing sheets of the floating carbon nanotubes to provide a mat of the carbon nanotubes, and in parallel depositing secondary particles on at least a portion of the mat of carbon nanotubes to form a carbon nanotube composite mat and compressing the carbon nanotube composite mat to provide a carbon nanotube composite yarn.

Das Verfahren kann ein Wachsen-Lassen schwebender Kohlenstoffnanoröhren in einem Reaktor umfassen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Nanoröhre“ auf eine Röhre, welche wenigstens eine Dimension im Nanometerbereich aufweist, d. h., wenigstens eine Dimension zwischen etwa 0,6 und 100 nm. Zum Beispiel kann eine Nanoröhre eine Röhre umfassen, welche einen Durchmesser im Nanometerbereich aufweist. Gemäß einigen Aspekten können die Nanoröhren gemäß der vorliegenden Offenbarung aus der Gruppe ausgewählt sein, bestehend aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWNTs), mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWNTs) und Kombinationen davon.The method may include growing suspended carbon nanotubes in a reactor. As used herein, the term "nanotube" refers to a tube that has at least one dimension in the nanometer range; i.e., at least one dimension between about 0.6 and 100 nm. For example, a nanotube may comprise a tube that has a diameter in the nanometer range. In some aspects, the nanotubes according to the present disclosure can be selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes (SWNTs), multi-walled carbon nanotubes (MWNTs), and combinations thereof.

Die schwebenden Kohlenstoffnanoröhren können in einem Reaktor, wie etwa einem chemischen Aufdampf- (CVD - chemical vapor deposition) Reaktor, wachsen gelassen werden. Zum Beispiel zeigt 1A einen beispielhaften Reaktor 11, welcher gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Wie in 1A gezeigt, kann der Reaktor 11 wenigstens einen ersten Einlass 12 in Fluidverbindung mit einer Kohlenstoffquellenkammer 13 umfassen, wobei die Kohlenstoffquellenkammer 13 dazu eingerichtet ist, eine Kohlenstoffquelle, wie etwa ein Kohlenstoffquellengas, bereitzustellen.The floating carbon nanotubes can be grown in a reactor such as a chemical vapor deposition (CVD) reactor. For example shows 1A an exemplary reactor 11 which can be used in accordance with aspects of the present disclosure. As in 1A shown can the reactor 11 at least a first inlet 12th in fluid communication with a carbon source chamber 13th comprise, wherein the carbon source chamber 13th is configured to provide a carbon source, such as a carbon source gas.

Beispiele für Kohlenstoffquellen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ein oder mehrere kohlenstoffhaltige Gase, ein oder mehrere Kohlenwasserstofflösungsmittel und Mischungen davon. Spezifische Beispiele umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Gase und/oder Lösungsmittel, welche einen Kohlenwasserstoff, einen Alkohol, einen Ester, ein Keton, einen Aromaten, einen Aldehyd und eine Kombination davon enthalten und/oder daraus bestehen. Zum Beispiel kann die Kohlenstoffquelle ausgewählt sein aus Xylol, Toluol, Propan, Butan, Buten, Ethylen, Ethanol, Kohlenmonoxid, Butadien, Pentan, Penten, Methan, Ethan, Acetylen, Kohlendioxid, Naphthalin, Hexan, Cyclohexan, Benzol, Methanol, Propanol, Propylen, kommerziellen Brenngasen (wie etwa verflüssigtes Petroleumgas, Erdgas und dergleichen) und Kombinationen davon.Examples of carbon sources include, but are not limited to, one or more carbonaceous gases, one or more hydrocarbon solvents, and mixtures thereof. Specific examples include, but are not limited to, gases and / or solvents containing and / or consisting of a hydrocarbon, an alcohol, an ester, a ketone, an aromatic, an aldehyde, and a combination thereof. For example, the carbon source can be selected from xylene, toluene, propane, butane, butene, ethylene, ethanol, carbon monoxide, butadiene, pentane, pentene, methane, ethane, acetylene, carbon dioxide, naphthalene, hexane, cyclohexane, benzene, methanol, propanol, Propylene, commercial fuel gases (such as liquefied petroleum gas, natural gas, and the like), and combinations thereof.

Die Kohlenstoffquellenkammer 13 kann auch dazu eingerichtet sein, einen Katalysator und/oder einen Katalysatorvorläufer, wie etwa einen Katalysator- und/oder einen Katalysatorvorläuferdampf, bereitzustellen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Katalysator“ auf eine Komponente, welche eine chemische Reaktion, zum Beispiel die Synthese von Nanoröhren, provoziert oder beschleunigt. Beispiele für Katalysatoren, welche gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Übergangsmetalle, Lanthanoidmetalle, Actinidenmetalle und Kombinationen davon. Zum Beispiel kann der Katalysator ein Übergangsmetall, wie etwa Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Cadmium (Cd), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La), Platin (Pt) und/oder Kombinationen davon, umfassen. Der Katalysator kann ein Trägerkatalysator oder ein trägerloser Katalysator sein. Gemäß einigen Aspekten kann eine Kombination von zwei oder mehr Metallen, zum Beispiel eine Mischung aus Eisen, Nickel und Kobalt, verwendet werden. In einem Beispiel kann die Mischung eine 50:50-Mischung (bezogen auf das Gewicht) von Nickel und Kobalt umfassen. Der Katalysator kann ein reines Metall, ein Metalloxid, ein Metallcarbid, ein Nitratsalz eines Metalls, andere Verbindungen, welche eines oder mehrere der hierin beschriebenen Metalle enthalten, und/oder eine Kombination davon umfassen.The carbon source chamber 13th can also be set up to provide a catalyst and / or a catalyst precursor, such as a catalyst and / or a catalyst precursor vapor. As used herein, the term “catalyst” refers to a component that provokes or accelerates a chemical reaction, for example the synthesis of nanotubes. Examples of catalysts useful in accordance with the present disclosure include, but are not limited to, transition metals, lanthanide metals, actinide metals, and combinations thereof. For example, the catalyst can be a transition metal such as chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir), Copper (Cu), Silver (Ag), Gold (Au), Cadmium (Cd), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthanum (La), Platinum (Pt) and / or combinations thereof. The catalyst can be a supported catalyst or an unsupported catalyst. In some aspects, a combination of two or more metals, for example a mixture of iron, nickel and cobalt, can be used. In one example, the mixture may include a 50:50 mixture (by weight) of nickel and cobalt. The catalyst can comprise a pure metal, a metal oxide, a metal carbide, a nitrate salt of a metal, other compounds containing one or more of the metals described herein, and / or a combination thereof.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Katalysatorvorläufer“ auf eine Komponente, welche in einen aktiven Katalysator umgewandelt werden kann. Beispiele für Katalysatorvorläufer umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Übergangsmetallsalze, wie etwa ein Nitrat, Acetat, Citrat, Chlorid, Fluorid, Bromid, Iodid und/oder Hydrate davon, und Kombinationen davon. Zum Beispiel kann der Katalysatorvorläufer ein Metallocen, ein Metallacetylacetonat, ein Metallphthalocyanin, ein Metallporphyrin, ein Metallsalz, eine metallorganische Verbindung, ein Metallsulfat, ein Metallhydroxid, ein Metallcarbonat oder eine Kombination davon sein. Zum Beispiel kann der Katalysatorvorläufer ein Ferrocen, Nickelocen, Kobaltocen, Molybdenocen, Ruthenocen, Eisenacetylacetonat, Nickelacetylacetonat, Kobaltacetylacetonat, Molybdänacetylacetonat, Rutheniumacetylacetonat, Eisenphthalocyanin, Nickelphthalocyanin, Kobaltporphthalocyanin, Eisenporphyrin, Nickelporphyrin, Kobaltporphyrin, ein Eisensalz, ein Nickelsalz, Kobaltsalz, Molybdänsalz, Rutheniumsalz oder eine Kombination davon sein. Der Katalysatorvorläufer kann ein lösliches Salz, wie etwa Fe(NO3)3, Ni(NO3)2 oder Co(NO3)2, umfassen, welches in einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser, aufgelöst ist. Der Katalysatorvorläufer kann in der Katalysatorpartikelwachstumszone des Reaktors einen Katalysatorzwischenzustand erreichen und anschließend, in einen aktiven Katalysator umgewandelt werden, wenn er den Nanostrukturwachstumsbedingungen in der Nanostrukturwachstumszone des Reaktors ausgesetzt wird. Zum Beispiel kann der Katalysatorvorläufer ein Übergangsmetallsalz sein, welches in der Katalysatorpartikelwachstumszone in ein Übergangsmetalloxid umgewandelt und dann in der Nanostrukturwachstumszone in aktive katalytische Nanopartikel umgewandelt wird.As used herein, the term "catalyst precursor" refers to a component that can be converted into an active catalyst. Examples of catalyst precursors include, but are not limited to, transition metal salts such as a nitrate, acetate, citrate, chloride, fluoride, bromide, iodide, and / or hydrates thereof, and combinations thereof. For example, the catalyst precursor can be a metallocene, a metal acetylacetonate, a metal phthalocyanine, a metal porphyrin, a metal salt, an organometallic compound, a metal sulfate, a metal hydroxide, a metal carbonate, or a combination thereof. For example, the catalyst precursor may be ferrocene, nickelocene, cobaltocene, Molybdenocen, ruthenocene, iron acetylacetonate, nickel acetylacetonate, cobalt acetylacetonate, molybdenum acetylacetonate, ruthenium acetylacetonate, iron phthalocyanine, nickel phthalocyanine, Kobaltporphthalocyanin, iron porphyrin, nickel porphyrin, Kobaltporphyrin, an iron salt, a nickel salt, cobalt salt, molybdenum salt, ruthenium salt or be a combination of these. The catalyst precursor can comprise a soluble salt, such as Fe (NO 3 ) 3 , Ni (NO 3 ) 2, or Co (NO 3 ) 2 , which is dissolved in a liquid such as water. The catalyst precursor can reach an intermediate catalyst state in the catalyst particle growth zone of the reactor and then be converted to an active catalyst when exposed to the nanostructure growth conditions in the nanostructure growth zone of the reactor. For example, the catalyst precursor can be a transition metal salt which is converted to a transition metal oxide in the catalyst particle growth zone and then converted to active catalytic nanoparticles in the nanostructure growth zone.

Es ist anzumerken, dass, während 1A eine Kohlenstoffquellenkammer 13 zeigt, welche sowohl eine Kohlenstoffquelle als auch einen Katalysator und/oder einen Katalysatorvorläufer enthält, wobei die Kohlenstoffquellenkammer 13 über den ersten Einlass 12 in Fluidverbindung mit dem Reaktor 11 ist, die Kohlenstoffquelle und der Katalysator und/oder der Katalysatorvorläufer in separaten Kammern bereitgestellt sein können, optional über separate Einlässe in Fluidverbindung mit dem Reaktor 11.It should be noted that while 1A a carbon source chamber 13th Figure 8 shows which contains both a carbon source and a catalyst and / or a catalyst precursor, the carbon source chamber 13th via the first admission 12th in fluid communication with the reactor 11 is, the carbon source and the catalyst and / or the catalyst precursor can be provided in separate chambers, optionally via separate inlets in fluid communication with the reactor 11 .

Die Kohlenstoffquelle und der Katalysator und/oder der Katalysatorvorläufer können dem Reaktor über ein Trägergas, wie etwa ein inertes Trägergas, zugeführt werden. Zum Beispiel zeigt 1A die Kohlenstoffquelle und den Katalysator und/oder den Katalysatorvorläufer, welche dem Reaktor 11 über ein Helium- (He) Gas zugeführt werden. Beispiele für inerte Gase, welche gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Gase, welche Helium (He), Radon (Rd), Neon (Ne), Argon (Ar), Xenon (Xe), Stickstoff (N), und Kombinationen davon umfassen.The carbon source and the catalyst and / or the catalyst precursor can be supplied to the reactor via a carrier gas, such as an inert carrier gas. For example shows 1A the carbon source and the catalyst and / or the catalyst precursor which the reactor 11 be supplied via a helium (He) gas. Examples of inert gases that are suitable in accordance with the present disclosure include, but are not limited to, gases that include helium (He), radon (Rd), neon (Ne), argon (Ar), xenon (Xe), nitrogen ( N), and combinations thereof.

Wie in 1A gezeigt, kann der Reaktor 11 mit einem zweiten Einlass 14 bereitgestellt sein. Der zweite Einlass 14 kann in Fluidverbindung mit zum Beispiel einer Wasserstoffgasquelle sein, welche bereitgestellt sein kann, um einen höheren Wachstumsertrag bereitzustellen und/oder eine SWNT- vs. MWNT-Produktion zu steuern. Wasserstoffgas kann zusätzlich oder alternativ über einen dritten Einlass 15 bereitgestellt werden, welcher in Fluidverbindung mit einem Kohlenstoffquellenkammerdurchgang 16 ist, wobei der Kohlenstoffquellenkammerdurchgang 16 dazu eingerichtet ist, eine Fluidverbindung zwischen der Kohlenstoffquellenkammer 13 und dem ersten Einlass 12 bereitzustellen. In dem Reaktor 11 können schwebende Kohlenstoffnanoröhren 17 wachsen gelassen werden, wie in 1A gezeigt. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „schwebend“ auf einen Zustand eines, Schwebens, zum Beispiel schwebend in einem Gas oder einer Flüssigkeit. Wie in 1A gezeigt, können die schwebenden Kohlenstoffnanoröhren 17 in dem Inertgas wie hierin beschrieben schweben. Die Temperatur des Reaktors 11 kann unter Verwendung einer oder mehrerer Wärmequellen 18a und 18b aufrechterhalten und/oder variiert werden. In einem veranschaulichenden Beispiel können die Wärmequellen 18a und 18b einzeln oder zusammen einen Ofen oder eine Lampe umfassen. Die eine oder die mehreren Wärmequellen 18a und 18b können sich in der Nähe des Reaktors 11 befinden und können die Temperatur des Reaktors 11 auf einer Temperatur halten, welche zum Reduzieren des Katalysatorvorläufers in einen aktiven Katalysator und/oder zur Synthese und/oder Bildung von Kohlenstoffnanoröhren geeignet ist. Gemäß einigen Aspekten können die eine oder die mehreren Wärmequellen 18a und 18b die Temperatur des Reaktors 11 auf einer Temperatur zwischen etwa 300 und 1800 °C, optional zwischen etwa 450 und 1600 °C, halten.As in 1A shown can the reactor 11 with a second inlet 14th be provided. The second inlet 14th may be in fluid communication with, for example, a hydrogen gas source, which may be provided to provide higher growth yield and / or to control SWNT vs. MWNT production. Hydrogen gas can additionally or alternatively via a third inlet 15th which is in fluid communication with a carbon source chamber passage 16 is the carbon source chamber passage 16 is configured to provide fluid communication between the carbon source chamber 13th and the first inlet 12th provide. In the reactor 11 can floating carbon nanotubes 17th grown as in 1A shown. As used herein, the term "floating" refers to a state of being suspended, for example suspended in a gas or liquid. As in 1A shown, the floating carbon nanotubes 17th float in the inert gas as described herein. The temperature of the reactor 11 can be using one or more heat sources 18a and 18b be maintained and / or varied. In an illustrative example, the heat sources 18a and 18b individually or collectively comprise an oven or a lamp. The one or more heat sources 18a and 18b can be near the reactor 11 are located and can control the temperature of the reactor 11 hold at a temperature which is suitable for reducing the catalyst precursor into an active catalyst and / or for the synthesis and / or formation of carbon nanotubes. In some aspects, the one or more heat sources 18a and 18b the temperature of the reactor 11 at a temperature between about 300 and 1800 ° C, optionally between about 450 and 1600 ° C.

Das Verfahren kann ein Bereitstellen einer Struktur umfassen, welche eine Matte aus den Kohlenstoffnanoröhren, welche hierin alternativ als „Bahn“ bezeichnet wird, umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Matte“ oder „Bahn“ auf eine verschlungene oder gebündelte Masse, wie etwa eine verschlungene, nicht verdichtete Masse, welche der Nanoröhrenwachstumszone nachgelagert durch die schwebenden Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist. Die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren kann zum Beispiel in und/oder an dem Reaktor und/oder durch kontinuierliches Ziehen der schwebenden Kohlenstoffnanoröhren aus dem Reaktor bereitgestellt werden. Zum Beispiel zeigt 1A ein Beispiel schwebender Kohlenstoffnanoröhren 17, welche in einer Nanoröhrenwachstumszone des Reaktors 11 hergestellt werden. Eine Matte aus Kohlenstoffnanoröhren 110 kann sich dann in dem Reaktor 11 der Nanoröhrenwachstumszone nachgelagert bilden. Die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren 110 kann sich an den Innenwänden des Reaktors 11 und/oder entlang der Ränder des Auslasses 19 des Reaktors 11 ablagern. Die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren 110 kann über eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases und/oder des Wasserstoffgases, wie hierin beschrieben, durch den Auslass 19 aus dem Reaktor 11 gezogen werden. 2 zeigt ein SEM-Bild einer reinen Kohlenstoffnanoröhrenmatte, zum Beispiel einer Matte aus Kohlenstoffnanoröhren 110, wie in 1A gezeigt. 3 zeigt eine Fotografie einer Matte aus reinen Kohlenstoffnanoröhren, zum Beispiel einer Matte aus Kohlenstoffnanoröhren 110, wie in 1A gezeigt.The method may include providing a structure that includes, but is not limited to, a mat of the carbon nanotubes, which is alternatively referred to herein as a “web”. As used herein, the term “mat” or “web” refers to an entangled or bundled mass, such as an entangled, uncompacted mass, formed by the floating carbon nanotubes downstream of the nanotube growth zone. The mat of carbon nanotubes can be provided, for example, in and / or on the reactor and / or by continuously pulling the floating carbon nanotubes out of the reactor. For example shows 1A an example of floating carbon nanotubes 17th which are in a nanotube growth zone of the reactor 11 getting produced. A mat made of carbon nanotubes 110 can then be in the reactor 11 form downstream of the nanotube growth zone. The mat made of carbon nanotubes 110 can get on the inner walls of the reactor 11 and / or along the edges of the outlet 19th of the reactor 11 deposit. The mat made of carbon nanotubes 110 can via a high flow rate of the carrier gas and / or the hydrogen gas, as described herein, through the outlet 19th from the reactor 11 to be pulled. 2 shows an SEM image of a pure carbon nanotube mat, for example a mat made of carbon nanotubes 110 , as in 1A shown. 3 shows a photograph of a mat made of pure carbon nanotubes, for example a mat made of carbon nanotubes 110 , as in 1A shown.

Das Verfahren kann ein Abscheiden eines Sekundärmaterials auf wenigstens einem Abschnitt der Kohlenstoffnanoröhren umfassen, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Gemäß einigen Aspekten kann das Verfahren ein Abscheiden eines Sekundärmaterials auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren umfassen, um eine Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte bereitzustellen, gefolgt von einem Verdichtungsschritt, wobei die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte verdichtet wird, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Das Verfahren kann einen gleichzeitigen Abscheidungs- und Verdichtungsschritt umfassen, wobei das Sekundärmaterial auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden wird, während die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren gleichzeitig verdichtet wird, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Gemäß einigen Aspekten können die Abscheidungs- und/oder Verdichtungsschritte kontinuierliche Schritte sein, welche parallel zu einem kontinuierlichen Ziehen der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren aus dem Reaktor durchgeführt werden, wie hierin beschrieben.The method may include depositing a secondary material on at least a portion of the carbon nanotubes to provide a carbon nanotube composite yarn. In some aspects, the method may include depositing a secondary material on at least a portion of the mat of carbon nanotubes to provide a carbon nanotube composite mat, followed by a densification step wherein the carbon nanotube composite mat is densified to provide a carbon nanotube composite yarn. The method may include a simultaneous deposition and densification step wherein the secondary material is deposited on at least a portion of the carbon nanotube mat while the carbon nanotube mat is simultaneously densified to provide a composite carbon nanotube yarn. In some aspects, the deposition and / or densification steps can be continuous steps that run parallel to continuously pulling the mat of carbon nanotubes from the reactor as described herein.

Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Sekundärmaterial“ auf ein Material, welches wenigstens ein Material umfasst, das sich von der Kohlenstoffnanoröhrenmatte unterscheidet. Beispiele für Materialien, welche als Sekundärmaterialien gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ein aktives Elektrodenmaterial / aktive Elektrodenmaterialien, Metalle, Metalloxide, Lithiummetalloxide, Lithiumeisenphosphat, Keramiken, kohlenstoffbasierte Materialien und Kombinationen davon. Beispiele für kohlenstoffbasierte Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Graphitpartikel, Graphit- und Graphenflocken, Hartkohlenstoff und Kombinationen davon.As used herein, the term “secondary material” refers to a material that comprises at least one material that differs from the carbon nanotube mat. Examples of materials suitable as secondary materials in accordance with the present disclosure include, but are not limited to, electrode active material (s), metals, metal oxides, lithium metal oxides, lithium iron phosphate, ceramics, carbon-based materials, and combinations thereof. Examples of carbon-based materials include, but are not limited to, graphite particles, graphite and graphene flakes, hard carbon, and combinations thereof.

In einem veranschaulichenden Beispiel ist das kohlenstoffbasierte Material ein aktives Elektrodenmaterial zur Verwendung in einer Elektrode einer Batterie. Aktive Elektrodenmaterialien können Metalloxide sein. Beispiele von Metalloxiden umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jegliches Metalloxid, welches als ein aktives Elektrodenmaterial in einer Elektrode verwendet werden kann. In einem veranschaulichenden Beispiel ist das Metalloxid ein Material zur Verwendung in der Kathode einer Batterie. Nicht einschränkende Beispiele für Metalloxide umfassen diejenigen, welche Ni, Mn, Co, Al, Mg, Ti oder jegliche Mischungen davon umfassen. Das Metalloxid kann lithiiert sein. In einem veranschaulichenden Beispiel ist das Metalloxid Lithium-Nickel-Mangan-KobaltOxid (LiNiMnCoO2), Li(Ni,Mn,Co)O2, Li-Ni-Mn-Co-O oder (LiNixMnyCozO2, x+y+z=1). Das Metalloxid kann durch Li-Me-O dargestellt sein. Metalle in Lithiummetalloxiden gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein oder mehrere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Übergangsmetalle, Aluminium oder Nachübergangsmetalle und Hydrate davon umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Gemäß einigen Aspekten ist das aktive Elektrodenmaterial ausgewählt aus Graphit, Hartkohlenstoff, Metalloxiden, Lithiummetalloxiden und Lithiumeisenphosphat. Gemäß einigen Aspekten kann das aktive Elektrodenmaterial für die Anode ein kohlenstoffbasiertes Material sein, wie hierin beschrieben, umfassend, aber nicht beschränkt auf Graphitpartikel, Graphitflocken, Graphenflocken, Hartkohlenstoff und Kombinationen davon. Das aktive Elektrodenmaterial kann jegliches feste Metalloxidpulver sein, welches aerosolisiert werden kann. Die Metalloxidpulver können eine Partikelgröße aufweisen, welche in einem Bereich zwischen etwa 1 Nanometer und etwa 100 Mikrometer definiert ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel weisen die Metalloxidpartikel eine mittlere Partikelgröße von etwa 1 Nanometer bis etwa 10 Nanometer auf.In an illustrative example, the carbon-based material is an electrode active material for use in an electrode of a battery. Active electrode materials can be metal oxides. Examples of metal oxides include, but are not limited to, any metal oxide that can be used as an electrode active material in an electrode. In an illustrative example, the metal oxide is a material for use in the cathode of a battery. Non-limiting examples of metal oxides include those comprising Ni, Mn, Co, Al, Mg, Ti, or any mixtures thereof. The metal oxide can be lithiated. In an illustrative example, the metal oxide is lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (LiNiMnCoO 2 ), Li (Ni, Mn, Co) O 2 , Li-Ni-Mn-Co-O, or (LiNi x Mn y Co z O 2 , x + y + z = 1). The metal oxide can be represented by Li-Me-O. Metals in lithium metal oxides according to the present disclosure can include, but are not limited to, one or more alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, aluminum, or post transition metals and hydrates thereof. In some aspects, the electrode active material is selected from graphite, hard carbon, metal oxides, lithium metal oxides, and lithium iron phosphate. In some aspects, the electrode active material for the anode may be a carbon-based material as described herein including, but not limited to, graphite particles, graphite flakes, graphene flakes, hard carbon, and combinations thereof. The electrode active material can be any solid metal oxide powder that can be aerosolized. The metal oxide powders can have a particle size which is defined in a range between approximately 1 nanometer and approximately 100 micrometers. In one non-limiting example, the metal oxide particles have an average particle size of about 1 nanometer to about 10 nanometers.

Gemäß einigen Aspekten werden auf Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn basierende flexible selbststehende Elektroden für Anode und Kathode durch eine Einbringung von Graphitflocken oder Li-Me-O-Partikeln entsprechend in CNT-Garn gebildet. Die fadenartigen Elektroden können optional miteinander verdrillt werden und ein Elektrolyt kann hinzugefügt werden, gefolgt von der Abdeckung mit einem polymerbasierten Isolatormaterial. Eine Kupferschicht (oder ein anderes Metall) mit einer gewünschten Dicke kann auf der Oberfläche einer fadenartigen Batterie abgeschieden werden. Die Oberflächenschicht des resultierenden Kabels oder MCW dient als ein typischer Leiter für Wechselstrom (z. B. für einen elektrischen Fahrzeugmotor), während der „Kern“ des Kabels die Energie als eine Batterie bereitstellen kann (6B). Die Dicke der abgeschiedenen Cu-Schicht kann in Abhängigkeit von der Frequenz eines genutzten Wechselstroms variiert werden. Die Begriffe Kabel und MCW werden hierin austauschbar verwendet, um sich auf verschiedene Ausführungsformen von multifunktionalem leitfähigem Draht zu beziehen. Der Begriff Kabel beschränkt den hierin offenbarten MCW nicht auf eine Isolatorschicht oder eine äußere leitfähige Metallschicht, da der hierin offenbarte MCW in verschiedenen Ausführungsformen mehr als eine Isolatorschicht und mehr als eine leitfähige Metall- oder Stromträgerschicht aufweisen kann.According to some aspects, flexible self-standing electrodes for anode and cathode based on carbon nanotube composite yarn are formed by introducing graphite flakes or Li-Me-O particles, respectively, into CNT yarn. The thread-like electrodes can optionally be twisted together and an electrolyte can be added, followed by covering with a polymer-based insulator material. A layer of copper (or other metal) of a desired thickness can be deposited on the surface of a thread-like battery. The surface layer of the resulting cable, or MCW, serves as a typical conductor for alternating current (e.g. for a vehicle electric motor), while the "core" of the cable can provide the energy as a battery ( 6B) . The thickness of the deposited Cu layer can be varied depending on the frequency of an alternating current used. The terms cable and MCW are used interchangeably herein to refer to various embodiments of multifunctional conductive wire. The term cable does not limit the MCW disclosed herein to an insulator layer or an outer conductive metal layer, since the MCW disclosed herein can have more than one insulator layer and more than one conductive metal or current carrier layer in various embodiments.

„Alkalimetalle“ sind Metalle der Gruppe I des Periodensystems der Elemente, wie etwa Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium oder Francium."Alkali metals" are metals from Group I of the Periodic Table of the Elements, such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium or francium.

„Erdalkalimetalle“ sind Metalle der Gruppe II des Periodensystems der Elemente, wie etwa Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium oder Radium.“Alkaline earth metals” are metals from group II of the periodic table of the elements, such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium or radium.

„Übergangsmetalle“ sind Metalle im d-Block des Periodensystems der Elemente, umfassend die Lanthanid- und Aktinidreihe. Übergangsmetalle umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Yttrium, Zirkonium, Niob, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Cadmium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Gold, Quecksilber, Actinium, Thorium, Protactinium, Uran, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium."Transition metals" are metals in the d-block of the periodic table of the elements, including the lanthanide and actinide series. Transition metals include, but are not limited to, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, lanthanum, Cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, actinium, thorium Protactinium, Uranium, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium and Lawrencium.

„Nachübergangsmetalle“ umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Gallium, Indium, Zinn, Thallium, Blei, Wismut oder Polonium."Post-transition metals" include, but are not limited to, gallium, indium, tin, thallium, lead, bismuth, or polonium.

Der Begriff „Elektrode“ bezieht sich auf einen elektrischen Leiter, bei welchem Ionen und Elektronen mit einem Elektrolyten und einem äußeren Stromkreis ausgetauscht werden. „Positive Elektrode“ und „Kathode“ werden in der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet und beziehen sich auf die Elektrode mit dem höheren Elektrodenpotential in einer elektrochemischen Zelle (d. h., höher als die negative Elektrode). „Negative Elektrode“ und „Anode“ werden in der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet und beziehen sich auf die Elektrode mit dem niedrigeren Elektrodenpotential in einer elektrochemischen Zelle (d. h., niedriger als die positive Elektrode). Eine kathodische Reduktion bezieht sich auf einen Zugewinn eines Elektrons / von Elektronen einer chemischen Spezies und eine anodische Oxidation bezieht sich auf einen Verlust eines Elektrons / von Elektronen einer chemischen Spezies.The term “electrode” refers to an electrical conductor in which ions and electrons are exchanged with an electrolyte and an external circuit. “Positive electrode” and “cathode” are used synonymously in this description and refer to the electrode with the higher electrode potential in an electrochemical cell (ie, higher than the negative electrode). “Negative electrode” and “anode” are used synonymously in this description and refer to the electrode with the lower electrode potential in an electrochemical cell (ie, lower than the positive electrode). Cathodic reduction refers to a gain of an electron (s) of a chemical species and anodic oxidation refers to a loss of an electron (s) of a chemical species.

Gemäß einigen Aspekten kann das Sekundärmaterial als Sekundärpartikel bereitgestellt sein, welche auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden. Gemäß einigen Aspekten können die Partikel eine Partikelgröße von etwa 1 Nanometer bis etwa 100 Mikrometer, optional von etwa 1 Nanometer bis etwa 10 Nanometer, aufweisen. 1A zeigt eine Sekundärpartikelkammer 111, welche Sekundärpartikel 112 enthält, wie hierin beschrieben. Die Sekundärpartikelkammer 111 kann wenigstens einen Auslass 113 in der Nähe des Auslasses 19 des Reaktors 11 umfassen. Auf diese Weise kann die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren 110, welche den Reaktor 11 über den Auslass 19 verlässt, Sekundärpartikeln 112 ausgesetzt werden. Während 1A nur eine Sekundärpartikelkammer 111 zeigt, können zwei, drei oder mehr Sekundärpartikelkammern können bereitgestellt sein, wobei jede der Mehrzahl von Sekundärpartikelkammern den gleichen Typ oder einen verschiedenen Typ von Sekundärpartikeln aus wenigstens einer anderen der Mehrzahl von Sekundärpartikelkammern umfasst.In some aspects, the secondary material may be provided as secondary particles deposited on at least a portion of the carbon nanotube mat. In some aspects, the particles can have a particle size from about 1 nanometer to about 100 micrometers, optionally from about 1 nanometer to about 10 nanometers. 1A shows a secondary particle chamber 111 which secondary particles 112 as described herein. The secondary particle chamber 111 can have at least one outlet 113 near the outlet 19th of the reactor 11 include. In this way, the mat made of carbon nanotubes 110 showing the reactor 11 over the outlet 19th leaves, secondary particles 112 get abandoned. While 1A only one secondary particle chamber 111 12, two, three, or more secondary particle chambers may be provided, each of the plurality of secondary particle chambers including the same type or a different type of secondary particles from at least one other of the plurality of secondary particle chambers.

Die Sekundärpartikelkammer 111 und der Abgabemechanismus sind nicht beschränkt. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Sekundärpartikelkammer 111 eines oder mehrere aus Bandförderern, gravimetrischen Förderern, pneumatischen Förderern, Vakuumförderern, Schneckenförderern, Vibrationsförderern, volumetrischen Förderern und Ventilen umfassen.The secondary particle chamber 111 and the delivery mechanism are not limited. As an example and not by way of limitation, the secondary particle chamber 111 include one or more of belt conveyors, gravimetric conveyors, pneumatic conveyors, vacuum conveyors, screw conveyors, vibratory conveyors, volumetric conveyors, and valves.

Gemäß einigen Aspekten können die Sekundärpartikel über einen oder mehrere Träger bereitgestellt sein. Beispiele für Träger umfassen jegliche im Stand der Technik bekannte Substanz, welche dazu eingerichtet ist, einem Substrat (zum Beispiel einer Matte aus Kohlenstoffnanoröhren) Sekundärpartikel zuzuführen, wie hierin beschrieben, ohne die Kohlenstoffnanoröhren und/oder die Sekundärpartikel zu beschädigen. Beispiele geeigneter Träger umfassen Gasträger, flüssige Träger und Kombinationen davon. Beispielhafte Gasträger umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Ar, He, N2, trockene Luft und Kombinationen davon. Beispielhafte flüssige Träger umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Wasser, Aceton, Ethanol und Kombinationen davon. Gemäß einigen Aspekten können der eine oder die mehreren Träger mit den Sekundärpartikeln 112 in der Sekundärpartikelkammer 111 bereitgestellt sein, wie in 1A gezeigt. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere zusätzliche Trägerkammern (nicht gezeigt) bereitgestellt sein, so dass der Träger und die Sekundärpartikel in Verbindung sind, bevor sie auf der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden. Es ist auch anzumerken, dass ein Träger von dem hierin beschriebenen Verfahren ausgeschlossen sein kann, so dass die Sekundärpartikel zum Beispiel als ein Pulver auf wenigstens einen Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden.In some aspects, the secondary particles can be provided via one or more carriers. Examples of carriers include any substance known in the art which is designed to supply secondary particles to a substrate (for example a mat of carbon nanotubes), as described herein, without damaging the carbon nanotubes and / or the secondary particles. Examples of suitable carriers include gas carriers, liquid carriers, and combinations thereof. Exemplary gas carriers include, but are not limited to, Ar, He, N 2 , dry air, and combinations thereof. Exemplary liquid carriers include, but are not limited to, water, acetone, ethanol, and combinations thereof. In some aspects, the one or more carriers may contain the secondary particles 112 in the secondary particle chamber 111 be provided as in 1A shown. Alternatively or additionally, one or more additional carrier chambers (not shown) can be provided so that the carrier and the secondary particles are in contact before they are deposited on the mat of carbon nanotubes. It should also be noted that a carrier can be excluded from the method described herein so that the secondary particles are deposited, for example as a powder, on at least a portion of the mat of carbon nanotubes.

1A zeigt eine Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 114, welche wenigstens einen Abschnitt aus Sekundärpartikeln 112 umfasst. 4 zeigt ein SEM-Bild einer Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte, zum Beispiel einer Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 114, wie in 1A gezeigt, umfassend Kohlenstoffnanoröhren und ein Metalloxidpulver. Gemäß einigen Aspekten kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 90% (w/w) oder weniger Kohlenstoffnanoröhren umfassen, optional 80% (w/w) w/w oder weniger, optional 70% (w/w) w/w oder weniger, optional 60% (w/w) w/w oder weniger, optional 50% (w/w) w/w oder weniger, optional 40% (w/w) w/w oder weniger, optional 30% (w/w) w/w oder weniger, optional 20% (w/w) w/w oder weniger, optional 10% (w/w) w/w oder weniger, optional 9% (w/w) w/w oder weniger, optional 8% (w/w) w/w oder weniger, optional 7% (w/w) w/w oder weniger, optional 6% (w/w) w/w oder weniger, optional 5% (w/w) w/w oder weniger, optional 4% (w/w) w/w oder weniger, optional 3% (w/w) w/w oder weniger, optional 2% (w/w) w/w oder weniger und optional 1 % (w/w) w/w oder weniger. Gemäß einigen Aspekten kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 10% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel umfassen, optional 20% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel, optional 30% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel, optional 40% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel, optional 50% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel, optional 60% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel, optional 70% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel, optional 80% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel, optional 90% (w/w) oder mehr Sekundärpartikel, optional 91% (w/w) oder mehr, optional 92% (w/w) oder mehr, optional 93% (w/w) oder mehr, optional 94% (w/w) oder mehr, optional 95% (w/w) oder mehr, optional 96% (w/w) oder mehr, optional 97% (w/w) oder mehr, optional 98% (w/w) oder mehr und optional 99% (w/w) oder mehr. Gemäß einigen Aspekten kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte von 0,1% bis 4% (w/w) Kohlenstoffnanoröhren und der Rest Sekundärpartikel und optional ein oder mehrere Additive umfassen. Optional kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 0,2% bis 3% (w/w) Kohlenstoffnanoröhren und der Rest Sekundärpartikel und optional ein oder mehrere Additive umfassen. Optional kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte von 0,75% bis 2% (w/w) Kohlenstoffnanoröhren und der Rest Sekundärpartikel und optional ein oder mehrere Additive umfassen. Additive und/oder Dotierstoffe können für jeden Bereich in einer Menge von 0 bis 5% (w/w) vorhanden sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel besteht die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte im Wesentlichen aus den Kohlenstoffnanoröhren und den Sekundärpartikeln. In einem nicht einschränkenden Beispiel besteht die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte aus den Kohlenstoffnanoröhren und den Sekundärpartikeln. 1A shows a carbon nanotube composite mat 114 which contain at least a section of secondary particles 112 includes. 4th shows an SEM image of a carbon nanotube composite mat, for example a carbon nanotube composite mat 114 , as in 1A shown comprising carbon nanotubes and a metal oxide powder. In some aspects, the carbon nanotube composite mat may comprise 90% (w / w) or less carbon nanotubes, optionally 80% (w / w) w / w or less, optionally 70% (w / w) w / w or less, optionally 60% ( w / w) w / w or less, optionally 50% (w / w) w / w or less, optionally 40% (w / w) w / w or less, optionally 30% (w / w) w / w or less, optionally 20% (w / w) w / w or less, optionally 10% (w / w) w / w or less, optionally 9% (w / w) w / w or less, optionally 8% (w / w) w / w or less, optionally 7% (w / w) w / w or less, optionally 6% (w / w) w / w or less, optionally 5% (w / w) w / w or less, optional 4% (w / w) w / w or less, optional 3% (w / w) w / w or less, optional 2% (w / w) w / w or less and optionally 1% (w / w) w / w or less. According to some aspects, the carbon nanotube composite mat may comprise 10% (w / w) or more secondary particles, optionally 20% (w / w) or more secondary particles, optionally 30% (w / w) or more secondary particles, optionally 40% (w / w) or more secondary particles, optionally 50% (w / w) or more secondary particles, optionally 60% (w / w) or more secondary particles, optionally 70% (w / w) or more secondary particles, optionally 80% (w / w) or more Secondary particles, optionally 90% (w / w) or more Secondary particles, optionally 91% (w / w) or more, optionally 92% (w / w) or more, optionally 93% (w / w) or more, optionally 94% (w / w) or more, optionally 95% (w / w) or more, optionally 96% (w / w) or more, optionally 97% (w / w) or more, optionally 98% (w / w) or more and optionally 99% (w / w) or more. In some aspects, the carbon nanotube composite mat can comprise from 0.1% to 4% (w / w) carbon nanotubes and the remainder secondary particles and optionally one or more additives. Optionally, the carbon nanotube composite mat 0 , 2% to 3% (w / w) carbon nanotubes and the remainder comprise secondary particles and optionally one or more additives. Optionally, the carbon nanotube composite mat can comprise from 0.75% to 2% (w / w) carbon nanotubes and the remainder secondary particles and optionally one or more additives. Additives and / or dopants can be present in an amount of 0 to 5% (w / w) for each area. In one non-limiting example, the carbon nanotube composite mat consists essentially of the carbon nanotubes and the secondary particles. In one non-limiting example, the composite carbon nanotube mat consists of the carbon nanotubes and the secondary particles.

Das Verfahren kann ein Verdichten der Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte umfassen, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen, wie hierin beschrieben. Zum Beispiel kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte einem Flüssigkeitsbad und/oder einer Walzpresse und/oder einer Spindel und/oder einem zylindrischen Rohr und/oder einer Leitung ausgesetzt werden, wie etwa durch Spinnen, Ziehen und/oder Durchführen der Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte durch oder um das Flüssigkeitsbad und/oder die Walzpresse und/oder die Spindel und/oder das zylindrische Rohr und/oder die Leitung. Auf diese Weise kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 114 verdichtet werden, um zum Beispiel ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn 115 bereitzustellen, wie in 1A gezeigt.The method may include densifying the carbon nanotube composite mat to provide a carbon nanotube composite yarn as described herein. For example, the carbon nanotube composite mat can be exposed to a liquid bath and / or a roller press and / or a spindle and / or a cylindrical tube and / or a conduit, such as by spinning, drawing and / or passing the carbon nanotube composite mat through or around the liquid bath and / or or the roller press and / or the spindle and / or the cylindrical tube and / or the line. In this way, the carbon nanotube composite mat 114 be compressed, for example, to make a carbon nanotube composite yarn 115 as in 1A shown.

Wie in 1A gezeigt, kann das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn 115 weiterverarbeitet werden, zum Beispiel durch Spinnen des Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarns 115 um eine Spule 116. Alternativ oder zusätzlich können der/die weitere(n) Verarbeitungsschritt(e) umfassen ein Entfernen überschüssigen Sekundärmaterials aus der Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte und/oder dem Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfassen, zum Beispiel durch Schütteln. Einer oder mehrere der weiteren Verarbeitungsschritte können vor und/oder nach dem/den hierin beschriebenen Verdichtungsschritt(en) erfolgen.As in 1A shown, the carbon nanotube composite yarn 115 further processed, for example by spinning the carbon nanotube composite yarn 115 around a coil 116 . Alternatively or additionally, the further processing step (s) can comprise removing excess secondary material from the carbon nanotube composite mat and / or the carbon nanotube composite yarn, for example by shaking. One or more of the further processing steps can take place before and / or after the compression step (s) described herein.

1B zeigt zwei beispielhafte Verdichtungsschritte, wie hierin beschrieben. Insbesondere zeigt 1B schwebende Kohlenstoffnanoröhren 17, welche in einem Reaktor 11 wachsen gelassen worden sind, um zum Beispiel eine Matte aus Kohlenstoffnanoröhren 110 bereitzustellen, wie in Bezug auf 1A beschrieben. 1 B zeigt ferner eine Sekundärpartikelkammer 111, welche Sekundärpartikel 112 enthält, wie in Bezug auf 1A beschrieben. 1B zeigt ferner zwei beispielhafte Verdichtungsschritte, umfassend einen Spinnverdichtungsschritt 117 und einen Flüssigkeitsbadverdichtungsschritt 118. Insbesondere kann ein Spinnverdichtungsschritt 117 ein Spinnen einer Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 114 (Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 114, umfassend wenigstens ein Teil von Sekundärpartikeln 112 wie hierin beschrieben) durch oder um eine Walzpresse und/oder eine Spindel, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn 115 zu bilden, wie hierin beschrieben, ähnlich dem in 1A gezeigten Beispiel. 1B shows two exemplary densification steps as described herein. In particular shows 1B floating carbon nanotubes 17th which in a reactor 11 have been grown, for example, a mat made of carbon nanotubes 110 how to provide in relation to 1A described. 1 B also shows a secondary particle chamber 111 which secondary particles 112 contains, as in relation to 1A described. 1B further shows two exemplary densification steps including a spin densification step 117 and a liquid bath densification step 118 . In particular, a spin compression step 117 a spinning of a carbon nanotube composite mat 114 (Carbon nanotube composite mat 114 comprising at least a portion of secondary particles 112 as described herein) through or around a roller press and / or a spindle, around a carbon nanotube composite yarn 115 as described herein, similar to that in 1A shown example.

1B zeigt auch einen Flüssigkeitsbadverdichtungsschritt 118, welcher anstelle oder zusätzlich zu dem Spinnverdichtungsschritt 117 durchgeführt werden kann. Wie in 1B gezeigt, kann der Flüssigkeitsbadverdichtungsschritt 118 ein Aussetzen einer Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 114, wie hierin beschrieben, einem Flüssigkeitsbad 119 umfassen, welches ein Lösungsmittel umfasst. Gemäß einigen Aspekten kann das Lösungsmittel jegliches im Stand der Technik bekannte Lösungsmittel sein, welches dazu eingerichtet ist, eine Matte aus Kohlenstoffnanoröhren, wie hierin beschrieben, zu verdichten. Beispielhafte Lösungsmittel umfassen Wasser, Aceton, Ethanol und Kombinationen davon, sind aber nicht darauf beschränkt. Es ist anzumerken, dass ein Aussetzen der Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte 114 dem Flüssigkeitsbad 119, welches das Lösungsmittel umfasst, ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn 115 bereitstellen kann, wie in 1B gezeigt, welches wie hierin beschrieben weiterverarbeitet werden kann, zum Beispiel durch Spinnen des Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarns 115 um eine Spule 116 herum. Der/die weitere(n) Verarbeitungsschritt(e) kann/können derart gewählt werden, dass sich wenigstens ein Teil des Lösungsmittels, welches an dem Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn 115 haftet, nachdem es dem Flüssigkeitsbad 119 ausgesetzt worden ist, aus dem Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn 115 verflüchtigt. 1B also shows a liquid bath densification step 118 which instead of or in addition to the spin densification step 117 can be carried out. As in 1B shown, the liquid bath densification step 118 exposing a carbon nanotube composite mat 114 as described herein, a liquid bath 119 comprise, which comprises a solvent. In some aspects, the solvent can be any solvent known in the art that is configured to densify a mat of carbon nanotubes as described herein. Exemplary solvents include, but are not limited to, water, acetone, ethanol, and combinations thereof. It should be noted that exposing the carbon nanotube composite mat 114 the liquid bath 119 comprising the solvent, a carbon nanotube composite yarn 115 can provide, as in 1B shown, which can be further processed as described herein, for example by spinning the carbon nanotube composite yarn 115 around a coil 116 hereabouts. The further processing step (s) can be selected in such a way that at least part of the solvent which is on the carbon nanotube composite yarn 115 after it sticks to the liquid bath 119 has been exposed, made of the carbon nanotube composite yarn 115 evaporated.

Das Verfahren kann einen gleichzeitigen Abscheidungs- und Verdichtungsschritt umfassen, wie hierin beschrieben, wobei das Sekundärmaterial auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden wird, während die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren gleichzeitig oder etwa gleichzeitig verdichtet wird, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Träger, wie hierin beschrieben, dazu eingerichtet sein, gleichzeitig die Sekundärpartikel auf der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abzuscheiden und die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren zu verdichten. Ein nicht einschränkendes Beispiel für einen solchen Schritt umfasst die Verwendung eines Lösungsmittels, wie hierin beschrieben, wobei das Lösungsmittel als ein Träger verwendet wird, um die Sekundärpartikel auf der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren, wie hierin beschrieben, abzuscheiden. Das Lösungsmittel kann gleichzeitig die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren verdichten, wie hierin beschrieben (z. B. wie in Bezug auf den in 1B gezeigten Flüssigkeitsbadverdichtungsschritt 118 beschrieben), um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Es ist anzumerken, dass der gleichzeitige Abscheidungs- und Verdichtungsschritt anstelle oder zusätzlich zu einem oder mehreren anderen Schritten, wie hierin beschrieben, durchgeführt werden kann, umfassend einen oder mehrere zusätzliche Abscheidungsschritte, einen oder mehrere zusätzliche Verdichtungsschritte, einen oder mehrere zusätzliche gleichzeitige Abscheidungs- und Verdichtungsschritte, einen oder mehrere zusätzliche Verarbeitungsschritte und Kombinationen davon, wobei jeder zusätzliche Schritt einzeln vor oder nach dem gleichzeitigen Abscheidungs- und Verdichtungsschritt durchgeführt wird.The method may include a simultaneous deposition and densification step, as described herein, wherein the secondary material is deposited on at least a portion of the carbon nanotube mat while the carbon nanotube mat is simultaneously or approximately simultaneously densified to provide a composite carbon nanotube yarn. For example, as described herein, the carrier can be configured to simultaneously carry the Secondary particles to be deposited on the mat made of carbon nanotubes and to compact the mat made of carbon nanotubes. A non-limiting example of such a step includes the use of a solvent as described herein, the solvent being used as a carrier to deposit the secondary particles on the mat of carbon nanotubes as described herein. The solvent can simultaneously densify the mat of carbon nanotubes, as described herein (e.g. as in relation to the in 1B liquid bath densification step shown 118 described) to provide a carbon nanotube composite yarn. It should be noted that the simultaneous deposition and densification step can be performed instead of or in addition to one or more other steps as described herein, comprising one or more additional deposition steps, one or more additional densification steps, one or more additional simultaneous deposition and densification steps Densification steps, one or more additional processing steps, and combinations thereof, each additional step being performed individually before or after the simultaneous deposition and densification step.

Der gesamte Prozess zur Herstellung des Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarns kann ein kontinuierlicher Prozess sein. Zum Beispiel kann die Kohlenstoffquelle dem Reaktor 11 kontinuierlich zugeführt werden, so dass die Kohlenstoffnanoröhrenmatte kontinuierlich der Sekundärpartikelkammer 111 zur kontinuierlichen Abscheidung der Sekundärpartikel zugeführt werden kann, und die resultierende Verbundstruktur kann kontinuierlich verarbeitet werden, um das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn zu bilden. Es ist jedoch anzumerken, dass eine oder mehrere Stufen separat in einem kontinuierlichen, Batch- oder Semi-Batch-Betrieb durchgeführt werden können. Zum Beispiel können einzelne Segmente von Kohlenstoffnanoröhrenmatten der Sekundärpartikelkammer 111 zugeführt werden, um die Partikel darauf abzuscheiden. Die resultierende Verbundstruktur kann einer zusätzlichen Verarbeitung unterzogen werden, um die Partikel gleichmäßig über Kohlenstoffnanoröhrenmatte hinweg zu verteilen.The entire process for manufacturing the carbon nanotube composite yarn can be a continuous process. For example, the carbon source can be the reactor 11 continuously fed, so that the carbon nanotube mat continuously to the secondary particle chamber 111 can be supplied for continuous deposition of the secondary particles, and the resulting composite structure can be continuously processed to form the carbon nanotube composite yarn. It should be noted, however, that one or more stages can be carried out separately in a continuous, batch or semi-batch operation. For example, individual segments of carbon nanotube mats of the secondary particle chamber 111 are fed to deposit the particles thereon. The resulting composite structure may undergo additional processing to evenly distribute the particles across the carbon nanotube mat.

Nach unterschiedlichen Verdichtungsgraden ist das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn eine selbststehende flexible Elektrode und das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn kann optional extern mit einer Separatormembran bedeckt werden. Als eine selbststehende flexible Elektrode kann das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn Kohlenstoffnanoröhren umfassen, wie hierin beschrieben, mit darauf abgeschiedenen Sekundärpartikeln, wie hierin beschrieben. Das Kohlenstoffnanoröhrengarn kann eine Elektrode (wie etwa eine Elektrode für eine Batterie), eine Elektrode für einen multifunktionalen leitfähigen Draht, ein Superkondensator, eine Solarzelle, ein thermoelektrisches Material, ein Sensor, ein Aktuator, ein Element einer elektronischen Vorrichtung, eine Verbindung oder ein E-Textil sein, abhängig von der Verdichtung, Dotierstoffen, Sekundärpartikeln und verschiedenen Bedingungen, welche während oder nach der Herstellung des Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarns verwendet werden.After different degrees of compression, the carbon nanotube composite yarn is a self-standing flexible electrode and the carbon nanotube composite yarn can optionally be covered externally with a separator membrane. As a self-standing flexible electrode, the carbon nanotube composite yarn can comprise carbon nanotubes, as described herein, with secondary particles deposited thereon, as described herein. The carbon nanotube yarn may be an electrode (such as an electrode for a battery), an electrode for a multifunctional conductive wire, a super capacitor, a solar cell, a thermoelectric material, a sensor, an actuator, an element of an electronic device, a compound, or an E. -Textile, depending on the compression, dopants, secondary particles and various conditions that are used during or after the production of the carbon nanotube composite yarn.

Die selbststehenden flexiblen Elektroden können in einigen Fällen (z. B. bei der Verwendung eines flüssigen Elektrolyten) innerhalb eines Kabels mit wenigstens zwei Elektroden und optional einer oder mehreren Separatormembranen zwischen den wenigstens zwei Elektroden liegen, wobei wenigstens eine der Elektroden ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, wie hierin offenbart. Gemäß einigen Aspekten umfassen wenigstens zwei der Elektroden jeweils ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn, wie hierin offenbart. Das Kabel kann ferner einen Elektrolyten, eine Isolatorschicht und eine leitende Schicht umfassen.The self-standing flexible electrodes can in some cases (e.g. when using a liquid electrolyte) lie within a cable with at least two electrodes and optionally one or more separator membranes between the at least two electrodes, at least one of the electrodes comprising a carbon nanotube composite yarn, such as disclosed herein. In some aspects, at least two of the electrodes each comprise a carbon nanotube composite yarn as disclosed herein. The cable can further comprise an electrolyte, an insulator layer and a conductive layer.

5A zeigt ein beispielhaftes Kabel oder einen beispielhaften MCW gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere zeigt 5A ein Kabel mit einer ersten Elektrode 51 (z. B. einer Anode) und einer zweiten Elektrode 52 (z. B. einer Kathode), wobei jede der ersten und der zweiten Elektrode individuell ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, wie hierin offenbart. Zum Beispiel kann die erste Elektrode 51 ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfassen, wobei das Sekundärmaterial Graphitflocken umfasst, und die zweite Elektrode 52 kann ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfassen, wobei das Sekundärmaterial Li-Me-O-Partikel umfasst. 5A FIG. 10 shows an exemplary cable or MCW in accordance with aspects of the present disclosure. In particular shows 5A a cable with a first electrode 51 (e.g. an anode) and a second electrode 52 (e.g., a cathode), each of the first and second electrodes individually comprising a carbon nanotube composite yarn, as disclosed herein. For example, the first electrode 51 comprise a carbon nanotube composite yarn, wherein the secondary material comprises graphite flakes, and the second electrode 52 may comprise a carbon nanotube composite yarn, wherein the secondary material comprises Li-Me-O particles.

Gemäß einigen Aspekten kann das Kabel oder der MCW die erste Elektrode 51 und die zweite Elektrode 52 in einer koaxialen Konfiguration umfassen, das heißt, wobei eine Achse der ersten Elektrode 51 und eine Achse der zweiten Elektrode 52 parallel oder quasi-parallel sind, wie in 5A gezeigt. Es ist anzumerken, dass sich in diesem Beispiel „quasiparallel“ auf eine derartige Beziehung zwischen den Achsen bezieht, dass sich die Achsen in die gleiche Richtung erstrecken und einander nicht überlappen. Gemäß einigen Aspekten kann das Kabel oder der MCW die erste Elektrode 51 und die zweite Elektrode 52 in einer verdrillten Konfiguration umfassen. Es ist anzumerken, dass sich eine „verdrillte Konfiguration“ auf eine Konfiguration beziehen kann, wobei die erste Elektrode 51 und die zweite Elektrode 52 umeinandergewickelt sind.In some aspects, the cable or MCW can be the first electrode 51 and the second electrode 52 in a coaxial configuration, i.e., with an axis of the first electrode 51 and an axis of the second electrode 52 are parallel or quasi-parallel, as in 5A shown. It should be noted that, in this example, “quasi-parallel” refers to a relationship between the axes such that the axes extend in the same direction and do not overlap each other. In some aspects, the cable or MCW can be the first electrode 51 and the second electrode 52 in a twisted configuration. It should be noted that a “twisted configuration” can refer to a configuration where the first electrode 51 and the second electrode 52 are wrapped around each other.

Gemäß einigen Aspekten können die erste Elektrode 51 und die zweite Elektrode 52 durch eine Separatormembran (z. B. eine Nafionmembran) voneinander getrennt sein. Zum Beispiel zeigt 5A eine vergrößerte Ansicht 56 der ersten Elektrode 51, welche ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, wie hierin beschrieben. Die erste Elektrode 51 kann von einer Separatormembran 57 umgeben sein, wie hierin beschrieben. Die zweite Elektrode 52 kann eine ähnliche Konfiguration aufweisen. Es ist anzumerken, dass in einigen Fällen möglicherweise weder die erste noch die zweite Elektrode von einer Separatormembran umgeben sind, eine der ersten und der zweiten Elektrode von einer Separatormembran umgeben sein kann oder sowohl die erste als auch die zweite Elektrode von einer Separator-Membran von einer Separatormembran umgeben sein können. Gemäß einigen Aspekten sind die erste Elektrode 51 und die zweite Elektrode 52 nicht in direktem Kontakt miteinander.In some aspects, the first electrode 51 and the second electrode 52 be separated from each other by a separator membrane (e.g. a Nafion membrane). For example shows 5A an enlarged view 56 the first electrode 51 comprising a carbon nanotube composite yarn as described herein. The first electrode 51 can from a separator membrane 57 be surrounded as described herein. The second electrode 52 may have a similar configuration. It is It should be noted that in some cases neither the first nor the second electrode may be surrounded by a separator membrane, one of the first and second electrodes may be surrounded by a separator membrane, or both the first and second electrodes may be surrounded by a separator membrane can be surrounded. In some aspects, the first electrode is 51 and the second electrode 52 not in direct contact with each other.

Der MCW oder das Kabel können ferner einen Elektrolyten (z. B. eine Flüssigkeit, ein Gel, einen Feststoff oder eine Kombination davon) 53 umfassen, welcher im Wesentlichen die erste Elektrode 51 und die zweite Elektrode 51 umgibt, eine Isolatorschicht 54, welche im Wesentlichen den Elektrolyten 53 umgibt, und eine leitende Schicht 55, welche im Wesentlichen die Isolatorschicht 54 umgibt.The MCW or cable may further comprise an electrolyte (e.g., a liquid, gel, solid, or a combination thereof) 53, which is essentially the first electrode 51 and the second electrode 51 surrounds an insulator layer 54 which is essentially the electrolyte 53 surrounds, and a conductive layer 55 which is essentially the insulator layer 54 surrounds.

5B zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung, umfassend eine erste Elektrode 51, eine zweite Elektrode 52 und eine Isolatorschicht 54, welche im Wesentlichen einen Elektrolyten 53 umgibt (in diesem Beispiel einen flüssigen Elektrolyten), wie hierin beschrieben. In diesem Beispiel sind die erste Elektrode 51 und die zweite Elektrode 52 von Separatormembranen 57a bzw. 57b umgeben, wie hierin beschrieben. 5B FIG. 11 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW, including a first electrode, in accordance with aspects of the present disclosure 51 , a second electrode 52 and an insulator layer 54 which is essentially an electrolyte 53 surrounds (in this example a liquid electrolyte) as described herein. In this example are the first electrode 51 and the second electrode 52 of separator membranes 57a respectively. 57b surrounded as described herein.

5C zeigt ein anderes beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Ähnlich wie 5B zeigt 5c eine erste Elektrode 51, eine zweite Elektrode 52 und eine Isolatorschicht 54, welche im Wesentlichen einen Elektrolyten 53 (in diesem Beispiel einen flüssigen Elektrolyten) umgibt, wie hierin beschrieben. In diesem Beispiel ist nur die zweite Elektrode 52 von einer Separatormembran 57b umgeben, wie hierin beschrieben. Es ist anzumerken, dass in einigen Beispielen möglicherweise nur die erste Elektrode 51 von einer Separatormembran umgeben ist (in 5C nicht gezeigt). 5C FIG. 10 shows another exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with aspects of the present disclosure. Similar to 5B shows 5c a first electrode 51 , a second electrode 52 and an insulator layer 54 which is essentially an electrolyte 53 (in this example a liquid electrolyte) as described herein. In this example there is only the second electrode 52 from a separator membrane 57b surrounded as described herein. It should be noted that in some examples, only the first electrode may be 51 is surrounded by a separator membrane (in 5C Not shown).

5D zeigt ein anderes beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Ähnlich wie die 5B und 5C zeigt 5D eine erste Elektrode 51, eine zweite Elektrode 52 und eine Isolatorschicht 54, welche im Wesentlichen einen Elektrolyten 53 (in diesem Beispiel einen flüssigen Elektrolyten) umgibt, wie hierin beschrieben. In diesem Beispiel sind möglicherweise weder die erste Elektrode 51 noch die zweite Elektrode 52 von einer Separatormembran 57 umgeben. In diesem Beispiel kann eine individuelle Separatormembran 501 zwischen der ersten Elektrode 51 und der zweiten Elektrode 52 bereitgestellt sein. 5D FIG. 10 shows another exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with aspects of the present disclosure. Similar to that 5B and 5C shows 5D a first electrode 51 , a second electrode 52 and an insulator layer 54 which is essentially an electrolyte 53 (in this example a liquid electrolyte) as described herein. In this example, neither may be the first electrode 51 the second electrode 52 from a separator membrane 57 surround. In this example, an individual separator membrane 501 between the first electrode 51 and the second electrode 52 be provided.

5E zeigt ein anderes beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Ähnlich wie die 5B-5D zeigt 5E eine erste Elektrode 51, eine zweite Elektrode 52 und eine Isolatorschicht 54, welche im Wesentlichen einen Elektrolyten 53 umgibt, wie hierin beschrieben. In diesem Beispiel kann der Elektrolyt 53 ein Fest- und/oder ein Gelelektrolyt sein und daher sind möglicherweise keine Separatormembranen erforderlich. 5E FIG. 10 shows another exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with aspects of the present disclosure. Similar to that 5B-5D shows 5E a first electrode 51 , a second electrode 52 and an insulator layer 54 which is essentially an electrolyte 53 surrounds as described herein. In this example, the electrolyte 53 be a solid and / or a gel electrolyte and therefore separator membranes may not be required.

Für den Elektrolyten geeignete Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Mischungen aus Alkylcarbonaten (z. B. Ethylencarbonat (EC), Dimethyl (DMC), Diethyl (DEC) und Ethylmethylcarbonaten (EMC)) und LiPF6 als die Elektrolytlösung wie auch Gel- und Festelektrolyte.Materials suitable for the electrolyte include, but are not limited to, mixtures of alkyl carbonates (e.g., ethylene carbonate (EC), dimethyl (DMC), diethyl (DEC), and ethyl methyl carbonates (EMC)) and LiPF 6 as the electrolyte solution as well as gel and solid electrolytes.

Materialien, welche für die Isolatorschicht geeignet sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, nichtleitende Materialien, wie etwa polymerbasierte Materialien. Beispielhafte nichtleitende polymerbasierte Materialien umfassen Kunststoffe wie etwa Polyethylen.Materials suitable for the insulator layer include, but are not limited to, non-conductive materials such as polymer-based materials. Exemplary non-conductive polymer-based materials include plastics such as polyethylene.

Für die leitende Schicht geeignete Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Materialien, welche dazu in der Lage sind, Wechselstrom zu leiten, wie etwa Kupfer, Nickel, Aluminium und Legierungen davon. In einem Beispiel umfasst die leitende Schicht 55 Kupfer. Gemäß einigen Aspekten kann die Dicke der leitenden Schicht 55 auf Grundlage der Frequenz des genutzten Wechselstroms ausgewählt werden. Zum Beispiel weist Wechselstrom bei 60 Hz in Kupfer eine Skin-Tiefe von etwa 7 bis 8,5 mm auf. Für Wechselstrom mit höherer Frequenz kann die Dicke der leitenden Schicht dünner sein, ohne dass ein Widerstand hinzugefügt wird. Gemäß einigen Aspekten kann ein beabsichtigter Strom (Stromstärke) auch eine Dicke der leitenden Schicht bestimmen. Gemäß einigen Aspekten kann die Dicke der leitenden Schicht zwischen etwa 1 mm bis etwa 10 mm betragen. Die Dicke der leitenden Schicht ist jedoch nicht beschränkt. Über der leitenden Schicht kann eine Isolatorschicht aufgebracht sein und über dieser Isolatorschicht können weitere leitende Schichten aufgebracht sein. Zum Beispiel kann über dem gesamten MCW eine elektromagnetische Abschirmungsschicht (oder HF-Abschirmungsschicht) aufgebracht sein und diese Abschirmungsschicht kann mit einem Isolator bedeckt sein.Suitable materials for the conductive layer include, but are not limited to, materials capable of conducting alternating current, such as copper, nickel, aluminum, and alloys thereof. In one example, the conductive layer comprises 55 Copper. In some aspects, the thickness of the conductive layer can be 55 can be selected based on the frequency of the alternating current used. For example, alternating current at 60 Hz in copper has a skin depth of about 7 to 8.5 mm. For higher frequency alternating current, the thickness of the conductive layer can be thinner without adding a resistor. In some aspects, an intended current (amperage) can also determine a thickness of the conductive layer. In some aspects, the thickness of the conductive layer can be between about 1 mm to about 10 mm. However, the thickness of the conductive layer is not limited. An insulator layer can be applied over the conductive layer and further conductive layers can be applied over this insulator layer. For example, an electromagnetic shielding layer (or RF shielding layer) can be applied over the entire MCW, and this shielding layer can be covered with an insulator.

Die Tiefe, bis zu welcher Wechselstrom in einen Leiter eindringt, kann durch eine Skin-Tiefe definiert werden, welche als die Tiefe beschrieben werden kann, bei welcher der Strom auf 37% seines Oberflächenwertes reduziert ist. Die Skin-Tiefe nimmt mit der Frequenz ab. Bei niedrigen Frequenzen, bei welchen die Skin-Tiefe größer als der Drahtdurchmesser ist, ist der Skin-Effekt vernachlässigbar und die Stromverteilung und der Widerstand sind virtuell die gleichen wie bei DC. Wenn die Frequenz ansteigt und die Skin-Tiefe kleiner wird als der Drahtdurchmesser, wird der Skin-Effekt signifikant, der Strom konzentriert sich zunehmend in der Nähe der Oberfläche und der Widerstand pro Längeneinheit des Drahts steigt über seinen DC-Wert an. Nicht einschränkende Beispiele für eine Skin-Tiefe in Kupferdraht bei unterschiedlichen Frequenzen sind: Bei 60 Hz beträgt die Skin-Tiefe eines Kupferdrahts etwa 0,3 Zoll (7,6 mm); bei 60 kHz beträgt die Skin-Tiefe des Kupferdrahts etwa 0,01 Zoll (0,25 mm); bei 6 MHz beträgt die Skin-Tiefe des Kupferdrahts etwa 0,001 Zoll (25 µm). Runde Leiter, wie etwa Draht oder Kabel, mit einer Dicke von mehr als wenigen Skin-Tiefen leiten nicht viel Strom in der Nähe ihrer Achse, so dass das Metall, welches sich in dem mittleren Teil des Drahts befindet, nicht effektiv genutzt wird.The depth to which alternating current penetrates a conductor can be defined by a skin depth, which can be described as the depth at which the current is reduced to 37% of its surface area. The skin depth decreases with frequency. At low frequencies, where the skin depth is greater than the wire diameter, the skin effect is negligible and the current distribution and resistance are virtually the same as with DC. As the frequency increases and the skin depth becomes smaller than the wire diameter, the skin effect becomes significant, the current increasingly concentrates near the surface, and the resistance per unit length of the wire increases above its DC value. Non-limiting examples of skin depth in copper wire at different frequencies are: At 60 Hz, the skin depth of copper wire is about 0.3 inches (7.6 mm); at 60 kHz the skin depth of the copper wire is about 0.01 inches ( 0 , 25 mm); at 6 MHz the skin depth of the copper wire is about 0.001 in. ( 25th µm). Round conductors, such as wire or cable, that are more than a few skin depths in thickness do not conduct much current near their axis, so the metal located in the central part of the wire is not used effectively.

Es ist anzumerken, dass das Kabel oder der MCW gemäß der vorliegenden Offenbarung, zum Beispiel wie in den 5A-5D gezeigt, sowohl als ein Leiter für Wechselstrom (z. B. zur Verwendung in einem Elektrofahrzeugmotor) als auch als eine Batterie fungieren kann. Insbesondere können wenigstens die erste Elektrode, die zweite Elektrode und der Elektrolyt zusammen Energie bereitstellen, während die leitende Schicht elektrischen Strom übertragen kann. Der hierin offenbarte MCW kann für Gleichstrom verwendet werden und kann optional von Wechselstrom auf Gleichstrom, Gleichstrom auf Wechselstrom umschalten und kann für jeglichen Bereich von Wechselstromfrequenzen verwendet werden. Gemäß einigen Aspekten können die eine oder mehreren leitfähigen Schichten isolierte Leiter umfassen, so dass eine leitfähige Schicht darin mehrere Leiter aufweist. Der MCW kann in jeglicher Schicht, welche den MCW umgibt, einen zusätzlichen MCW aufweisen.It should be noted that the cable or MCW according to the present disclosure, for example as shown in FIGS 5A-5D can function as both a conductor for alternating current (e.g. for use in an electric vehicle engine) and a battery. In particular, at least the first electrode, the second electrode and the electrolyte can together provide energy, while the conductive layer can transmit electrical current. The MCW disclosed herein can be used for direct current and can optionally switch from alternating current to direct current, direct current to alternating current, and can be used for any range of alternating current frequencies. In some aspects, the one or more conductive layers may include insulated conductors such that a conductive layer has multiple conductors therein. The MCW can have an additional MCW in any layer surrounding the MCW.

Wie in 5A gezeigt, können die selbststehenden flexiblen Elektroden eine oder mehrere leitfähige Batteriezungen 58 aufweisen, welche einen Bereich zum elektrischen Verbinden oder zum Befestigen der Elektrode an einer externen Komponente oder Vorrichtung bereitstellen können. Die leitfähigen Batteriezungen können verwendet werden, um eine Elektrode mit der leitfähigen Metallschicht oder der Stromträgerschicht eines MCW zu verbinden. Die leitfähigen Batteriezungen können auf jegliche Weise an den flexiblen selbststehenden Elektroden befestigt oder darin eingebettet sein. Die leitfähigen Batteriezungen sind keine Stromkollektoren, zum Beispiel ein Metallsubstrat für die Elektrode, welches zum Ablösen und Brechen neigt. Die hierin offenbarten selbststehenden flexiblen Elektroden können frei von Stromkollektoren und frei von Bindemitteln sein. Gemäß einigen Aspekten kann die Batteriezunge ein anderes Material an oder nahe dem Befestigungsbereich an der flexiblen selbststehenden Elektrode und ein anderes Material außerhalb des MCW oder sich von dem MCW erstreckend umfassen. Batteriezungen können im Einklang mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung an den Elektroden befestigt sein, entweder an Vorsprüngen, welche sich von dem Hauptkörper der jeweiligen Elektrode erstrecken und die andere Elektrode nicht überlappen; oder an dem Hauptkörper der jeweiligen Elektrode an Ausschnitten einer Separatormembran und der entgegengesetzten Elektrode. Gemäß einigen Aspekten sind Batteriezungen in die Elektroden eingebettet. Geeignete Batteriezungenmaterialien und Befestigungsverfahren umfassen solche, welche dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Gemäß einigen Aspekten können die leitfähigen Batteriezungen Kupfer oder Blei für die Anode umfassen. Gemäß einigen Aspekten können die leitfähigen Batteriezungen Aluminium oder Blei für die Kathode umfassen. Gemäß einigen Aspekten können die Batteriezungen ein Metall an oder nahe einer Befestigung an der Elektrode und ein anderes Metall sich von der Elektrode weg erstreckend umfassen, zum Beispiel ein dehnbares und flexibles Federmetall als eine dehnbare und flexible Batteriezungenbefestigung. Gemäß einigen Aspekten sind flexible oder unflexible Batteriezungenbefestigungen 59 an den leitfähigen Batteriezungen angebracht. Die Batteriezungenbefestigungen 59 können durch jegliche im Stand der Technik bekannte Mittel an den Batteriezungen 58 befestigt sein, zum Beispiel durch Löten, Schweißen, Pressen oder ineinandergreifende Komponenten. Die Batteriezungenbefestigungen 59 können verwendet werden, um die Elektroden mit jeglichen externen Komponenten, Gegenständen oder Vorrichtungen zu verbinden. Die Batteriezungen 58 oder Batteriezungenbefestigungen 59 können verwendet werden, um die Elektroden mit einer oder mehreren leitfähigen Schichten oder Stromträgern in dem MCW zu verbinden. Zum Beispiel können die Batteriezungen oder Batteriezungenbefestigungen mit einer Komponente verbunden sein, welche verwendet wird, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, und können ferner mit einer leitfähigen Schicht verbunden sein. Die Batteriezungen 58 oder Batteriezungenbefestigungen 59 können sich an einem oder mehreren freiliegenden Enden des MCW oder entlang jeglicher Position entlang des MCW befinden. Gemäß einigen Aspekten kann eine Länge eines MCW mehrere Batteriezungen 58 oder Batteriezungenbefestigungen 59 umfassen.As in 5A As shown, the self-standing flexible electrodes can have one or more conductive battery tongues 58 which may provide an area for electrically connecting or securing the electrode to an external component or device. The conductive battery tongues can be used to connect an electrode to the conductive metal layer or the current carrying layer of an MCW. The conductive battery tongues can be attached to or embedded in the flexible self-standing electrodes in any way. The conductive battery tongues are not current collectors, for example a metal substrate for the electrode, which tends to peel off and break. The self-standing flexible electrodes disclosed herein can be free of current collectors and free of binders. In some aspects, the battery tab may include a different material at or near the attachment area on the flexible self-standing electrode and a different material external to or extending from the MCW. Battery tabs may be attached to the electrodes in accordance with aspects of the present disclosure, either on protrusions that extend from the main body of the respective electrode and do not overlap the other electrode; or on the main body of the respective electrode at cutouts of a separator membrane and the opposite electrode. In some aspects, battery tongues are embedded in the electrodes. Suitable battery tongue materials and fastening methods include those known to those of ordinary skill in the art. In some aspects, the conductive battery tabs can include copper or lead for the anode. In some aspects, the conductive battery tabs may include aluminum or lead for the cathode. In some aspects, the battery tongues may comprise a metal at or near an attachment to the electrode and another metal extending away from the electrode, for example a stretchable and flexible spring metal as a stretchable and flexible battery tongue attachment. In some aspects, they are flexible or inflexible battery tab fasteners 59 attached to the conductive battery tongues. The battery tongue fasteners 59 can be attached to the battery tabs by any means known in the art 58 be attached, for example by soldering, welding, pressing or interlocking components. The battery tongue fasteners 59 can be used to connect the electrodes to any external components, objects, or devices. The battery tongues 58 or battery tongue fasteners 59 can be used to connect the electrodes to one or more conductive layers or current carriers in the MCW. For example, the battery tabs or battery tab fasteners may be connected to a component that is used to convert direct current to alternating current, and may also be connected to a conductive layer. The battery tongues 58 or battery tongue fasteners 59 may be at one or more exposed ends of the MCW, or at any location along the MCW. In some aspects, a length of an MCW can include multiple battery tongues 58 or battery tongue fasteners 59 include.

Jegliche elektrische Vorrichtung oder jeglicher elektrische Gegenstand können den wie hierin beschriebenen MCW einschließen, umfassend zum Beispiel einen Elektrofahrzeugmotor. Herkömmliche Elektrofahrzeugmotoren, wie etwa der in 6A gezeigte Elektromotor 61 erfordern im Allgemeinen externe Batterien 62A und 62B, um über induzierte elektromagnetische Felder ein Drehmoment zu erzeugen. Wie in 6A gezeigt, können solche Elektromotoren im Allgemeinen Kupferspulen 63 umfassen, welche elektrischen Strom übertragen, welcher ein magnetisches Feld erzeugt, und/oder welche elektrischen Strom akkumulieren, welcher durch ein externes magnetisches Feld induziert wird. Gemäß einigen Aspekten kann ein MCW anstelle massiver Kupferdrähte in den Kupferspulen 63 verwendet werden; der MCW kann eine äußere quadratische oder rechteckige Form aufweisen, um eine Verschachtelung in einer Wicklung einer Spule in einer elektrischen Vorrichtung zu verbessern.Any electrical device or object may include the MCW as described herein, including, for example, an electric vehicle engine. Conventional electric vehicle motors, such as the one in 6A shown electric motor 61 generally require external batteries 62A and 62B to generate a torque via induced electromagnetic fields. As in 6A shown, can such Electric motors generally have copper coils 63 which transmit electric current which generates a magnetic field and / or which accumulate electric current which is induced by an external magnetic field. In some aspects, an MCW can replace solid copper wires in the copper coils 63 be used; the MCW may have an outer square or rectangular shape to improve nesting in a winding of a coil in an electrical device.

6B zeigt einen veranschaulichenden Aspekt der vorliegenden Offenbarung, insbesondere einen Elektrofahrzeugmotor 601. Wie in 6B gezeigt, kann ein Elektrofahrzeugmotor 601 eine oder mehrere MCW-Spulen 602 anstelle einer oder mehrerer der Kupferspulen 63 umfassen, welche im Allgemeinen in herkömmlichen Elektrofahrzeugmotoren bereitgestellt sind (wie zum Beispiel in 6A gezeigt). Die eine oder mehreren MCW-Spulen 602 können eine MCW-Spule umfassen, welche eine Konfiguration aufweist, wie sie zum Beispiel in Bezug auf 5A beschrieben ist. Die MCW-Spule kann zwei Elektroden 603 in einer verdrillten Konfiguration, einen Elektrolyten 604, eine Isolatorschicht 605, eine leitende Schicht 606 und eine Batteriezungenbefestigung 59 umfassen, wie in Bezug auf 5A beschrieben. Gemäß einigen Aspekten können die MCW-Spulen 602 dazu eingerichtet sein, sowohl elektrischen Strom zu übertragen als auch den Elektrofahrzeugmotor 601 teilweise oder vollständig mit Energie zu versorgen, wodurch die Notwendigkeit einer externen Batterie reduziert oder eliminiert wird (zum Beispiel in 6A gezeigte externe Batterien 62A und 62B). Der in 6B gezeigte Elektromotor 61 ist ein nicht einschränkendes Beispiel und kann einen Solenoid, einen Generator, einen Wechselstromgenerator und einen Transformator darstellen, welche alle einen MCW gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfassen. 6B Figure 13 shows an illustrative aspect of the present disclosure, particularly an electric vehicle engine 601 . As in 6B shown can be an electric vehicle engine 601 one or more MCW coils 602 instead of one or more of the copper coils 63 which are generally provided in conventional electric vehicle engines (such as in 6A shown). The one or more MCW coils 602 may include an MCW coil having a configuration such as that shown in relation to FIG 5A is described. The MCW coil can have two electrodes 603 in a twisted configuration, an electrolyte 604 , an insulator layer 605 , a conductive layer 606 and a battery tongue attachment 59 include, as in relation to 5A described. In some aspects, the MCW coils 602 be configured to transmit electrical power as well as the electric vehicle engine 601 partially or fully supplied with energy, which reduces or eliminates the need for an external battery (for example in 6A external batteries shown 62A and 62B) . The in 6B shown electric motor 61 FIG. 10 is a non-limiting example and may represent a solenoid, a generator, an alternator, and a transformer, all of which include an MCW in accordance with various aspects of the present disclosure.

In einem Beispiel kann der Elektrofahrzeugmotor gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Stator umfassen, welcher einen oder mehrere Statorspulen und einen Rotor aufweist. Gemäß einigen Aspekten kann wenigstens ein Abschnitt der einen oder der mehreren Statorspulen eine MCW-Spule umfassen, wie hierin beschrieben. Zusätzlich oder alternativ kann der Rotor eine oder mehrere Rotorspulen umfassen, wobei wenigstens ein Abschnitt der einen oder der mehreren Rotorspulen eine MCW-Spule umfasst, wie hierin beschrieben. Der Elektrofahrzeugmotor kann ferner zum Beispiel einen Kommutator umfassen, welcher in elektrischer Kommunikation mit der einen oder den mehreren Rotorspulen bereitgestellt ist, und eine Bürste, welche den Kommutator kontaktiert.In one example, the electric vehicle motor according to the present disclosure may include a stator having one or more stator coils and a rotor. In some aspects, at least a portion of the one or more stator coils may include an MCW coil as described herein. Additionally or alternatively, the rotor may comprise one or more rotor coils, wherein at least a portion of the one or more rotor coils comprises an MCW coil, as described herein. The electric vehicle motor may further include, for example, a commutator that is provided in electrical communication with the one or more rotor coils and a brush that contacts the commutator.

Ein nicht einschränkendes Beispiel für einen Elektrofahrzeugmotor, welcher gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet ist, ist in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2019/068033 A1 beschrieben, deren Offenbarung hierin in seiner Gesamtheit eingeschlossen ist. Es ist anzumerken, dass der in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2019/068033 A1 beschriebene Motor zusätzlich zu den darin beschriebenen Spulen eine oder mehrere MCW-Spulen der vorliegenden Offenbarung umfassen kann. Zum Beispiel kann ein Permanentmagnet des Stators durch eine Statorspule gebildet oder ersetzt werden, welche eine MCW-Spule umfasst, die als ein Permanentmagnet dient. Zusätzlich oder alternativ können eine oder mehrere der in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2019/068033 A1 beschriebenen Spulen durch eine oder mehrere MCW-Spulen gemäß der vorliegenden Offenbarung ersetzt werden.A non-limiting example of an electric vehicle engine useful in accordance with the present disclosure is described in U.S. Patent Publication No. 2019/068033 A1, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety. It should be noted that the motor described in US Patent Publication No. 2019/068033 A1 may include one or more MCW coils of the present disclosure in addition to the coils described therein. For example, a permanent magnet of the stator can be formed or replaced by a stator coil that includes an MCW coil that serves as a permanent magnet. Additionally or alternatively, one or more of the coils described in US Patent Publication No. 2019/068033 A1 can be replaced by one or more MCW coils in accordance with the present disclosure.

Die vorliegende Offenbarung ist auch auf Verfahren zur Verwendung der Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarne gerichtet, welche gemäß den hierin beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind. Zum Beispiel kann ein Verfahren ein Herstellen eines Gegenstands oder einer Vorrichtung umfassen, wie hierin beschrieben, umfassend die Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarne. Zum Beispiel kann das Verfahren ein Weben der Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarne umfassen, um ein E-Textil bereitzustellen. Das Verfahren kann ein Herstellen eines MCW oder eines Kabels umfassen, wie hierin beschrieben. Zum Beispiel kann das Verfahren ein Bereitstellen einer ersten Elektrode (z. B. einer Anode) und einer zweiten Elektrode (z. B. einer Kathode) in einer optional verdrillten Konfiguration und getrennt durch eine oder mehrere Separatormembranen und/oder einen Elektrolyten umfassen, wobei jede der ersten und der zweiten Elektrode individuell ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, wie hierin offenbart. Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen eines die erste und die zweite Elektrode umgebenden Elektrolyten, ein Bereitstellen einer den Elektrolyten umgebenden Isolatorschicht und ein Bereitstellen einer die Isolatorschicht umgebenden leitenden Schicht umfassen.The present disclosure is also directed to methods of using the carbon nanotube composite yarns made according to the methods described herein. For example, a method may include making an article or device as described herein comprising the carbon nanotube composite yarns. For example, the method may include weaving the carbon nanotube composite yarns to provide an e-textile. The method may include manufacturing an MCW or a cable as described herein. For example, the method may include providing a first electrode (e.g., an anode) and a second electrode (e.g., a cathode) in an optionally twisted configuration and separated by one or more separator membranes and / or an electrolyte, wherein each of the first and second electrodes individually comprises a carbon nanotube composite yarn as disclosed herein. The method can further include providing an electrolyte surrounding the first and second electrodes, providing an insulator layer surrounding the electrolyte, and providing a conductive layer surrounding the insulator layer.

Gemäß einigen Aspekten kann ein Verfahren zum Herstellen eines MCW umfassen: Bereitstellen einer ersten flexiblen Elektrode, welche ein erstes Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein erstes Sekundärmaterial (z. B. erste Sekundärpartikel) enthält; Bereitstellen einer zweiten flexiblen Elektrode, welche ein zweites Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein zweites Sekundärmaterial (z. B. zweite Sekundärpartikel) enthält; optional Umgeben der ersten flexiblen Elektrode mit einer ersten Separatormembran; optional Umgeben der zweiten flexiblen Elektrode mit einer zweiten Separatormembran; Umgeben der ersten und der zweiten flexiblen Elektrode mit einem Elektrolyten; Umgeben des Elektrolyten mit einer flexiblen Isolatorschicht; und wenigstens teilweise Umgeben der flexiblen Isolatorschicht mit einer flexiblen leitenden Schicht.In some aspects, a method of making an MCW may include: providing a first flexible electrode comprising a first carbon nanotube composite yarn containing carbon nanotubes and a first secondary material (e.g., first secondary particles); Providing a second flexible electrode which comprises a second carbon nanotube composite yarn which contains carbon nanotubes and a second secondary material (e.g. second secondary particles); optionally surrounding the first flexible electrode with a first separator membrane; optionally surrounding the second flexible electrode with a second separator membrane; Surrounding the first and second flexible electrodes with a Electrolytes; Surrounding the electrolyte with a flexible insulator layer; and at least partially surrounding the flexible insulator layer with a flexible conductive layer.

Es ist anzumerken, dass die hierin beschriebenen Schritte nicht auf eine Reihenfolge beschränkt sind. In dem Fall eines flüssigen Elektrolyten kann das Verfahren zum Herstellen des MCW zum Beispiel ein Bereitstellen einer ersten flexiblen Elektrode und einer zweiten flexiblen Elektrode in einer Konfiguration wie hierin beschrieben umfassen (z. B. in einer parallelen, quasi-parallelen oder verdrillten Konfiguration), wobei die erste flexible Elektrode und die zweite flexible Elektrode mit einer ersten Separatormembran bzw. einer zweiten Separatormembran bereitgestellt sind und/oder eine individuelle Separatormembran zwischen der ersten flexiblen Elektrode und der zweiten flexiblen Elektrode bereitgestellt ist, wie hierin beschrieben. Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen der ersten und der zweiten flexiblen Elektrode in einer Isolatorschicht, wie hierin beschrieben, und ein nachfolgendes Umgeben der ersten und der zweiten flexiblen Elektrode mit einem Elektrolyten, wie hierin beschrieben, umfassen. In diesem Beispiel kann eine flexible leitende Schicht vor, während oder nach jeglichem hierin beschriebenen Schritt bereitgestellt werden.It should be noted that the steps described herein are not limited to any order. In the case of a liquid electrolyte, for example, the method of making the MCW may include providing a first flexible electrode and a second flexible electrode in a configuration as described herein (e.g., in a parallel, quasi-parallel, or twisted configuration), wherein the first flexible electrode and the second flexible electrode are provided with a first separator membrane and a second separator membrane, respectively, and / or an individual separator membrane is provided between the first flexible electrode and the second flexible electrode, as described herein. The method may further include providing the first and second flexible electrodes in an insulator layer, as described herein, and then surrounding the first and second flexible electrodes with an electrolyte, as described herein. In this example, a flexible conductive layer can be provided before, during, or after any step described herein.

In einem anderen Beispiel kann in dem Fall eines Fest- oder Gelelektrolyten das Verfahren zur Herstellung des MCW ein Bereitstellen des Elektrolyten in Verbindung mit (z. B. auf einer Oberfläche von und/oder eingetaucht in) einer ersten flexiblen Elektrode und einer zweiten flexiblen Elektrode umfassen, wobei die erste flexible Elektrode und/oder die zweite flexible Elektrode unabhängig mit oder ohne einer ersten Separatormembran bzw. einer zweiten Separatormembran bereitgestellt sind. Es ist anzumerken, dass die erste Separatormembran und/oder die zweite Separatormembran unabhängig voneinander bereitgestellt werden können, bevor, während und/oder nachdem der Elektrolyt bereitgestellt wird, oder dass die erste Separatormembran und/oder die zweite Separatormembran entfernt werden können. Das Verfahren kann ferner ein nachfolgendes Bereitstellen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einer Konfiguration umfassen, wie hierin beschrieben (z. B. in einer parallelen, quasi-parallelen oder verdrillten Konfiguration). In diesem Beispiel können die erste und die zweite Elektrode in einer Isolatorschicht bereitgestellt werden, bevor, während oder nachdem sie in ihrer endgültigen Konfiguration bereitgestellt werden. Außerdem kann in diesem Beispiel eine flexible leitende Schicht vor, während oder nach jeglichem hierin beschriebenen Schritt bereitgestellt werden.In another example, in the case of a solid or gel electrolyte, the method of making the MCW may include providing the electrolyte in conjunction with (e.g., on a surface of and / or immersed in) a first flexible electrode and a second flexible electrode wherein the first flexible electrode and / or the second flexible electrode are provided independently with or without a first separator membrane and a second separator membrane, respectively. It should be noted that the first separator membrane and / or the second separator membrane can be provided independently of one another before, during and / or after the electrolyte is provided, or that the first separator membrane and / or the second separator membrane can be removed. The method may further include subsequently providing the first electrode and the second electrode in a configuration as described herein (e.g. in a parallel, quasi-parallel, or twisted configuration). In this example, the first and second electrodes can be provided in an insulator layer before, during, or after they are provided in their final configuration. Additionally, in this example, a flexible conductive layer can be provided before, during, or after any step described herein.

Gemäß einigen Aspekten kann ein Bereitstellen einer flexiblen leitenden Schicht, wie hierin beschrieben, mittels jeglicher Technik erfolgen, welche gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet ist. Zum Beispiel kann die flexible leitende Schicht unter Verwendung einer Elektroabscheidungstechnik, einer Elektroplattierungstechnik oder einer Kombination davon bereitgestellt werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die flexible leitende Schicht mittels einer Elektroplattierungstechnik bereitgestellt werden, welche ein Bereitstellen eines elektrischen Stroms umfasst, welcher bewirkt, dass gelöste Metallionen an einer Oberfläche haften, zum Beispiel der Oberfläche einer Isolatorschicht, wie hierin beschrieben. In einem anderen nicht einschränkenden Beispiel kann die flexible leitende Schicht als eine vorgeformte Struktur (z. B. ein vorgeformter länglicher Hohlkörper, wie z. B. ein Rohr) bereitgestellt sein, in welcher eine erste flexible Elektrode, eine zweite flexible Elektrode, eine erste Separatormembran, eine zweite Separatormembran, ein Elektrolyt und/oder eine flexible Isolatorschicht bereitgestellt sein können, wie hierin beschrieben.In some aspects, providing a flexible conductive layer as described herein can be performed using any technique suitable in accordance with the present disclosure. For example, the flexible conductive layer can be provided using an electrodeposition technique, an electroplating technique, or a combination thereof. As an example and not by way of limitation, the flexible conductive layer may be provided using an electroplating technique that includes providing an electrical current that causes dissolved metal ions to adhere to a surface, for example the surface of an insulator layer, as described herein. As another non-limiting example, the flexible conductive layer may be provided as a preformed structure (e.g., a preformed elongated hollow body, such as a tube) in which a first flexible electrode, a second flexible electrode, a first Separator membrane, a second separator membrane, an electrolyte and / or a flexible insulator layer can be provided as described herein.

Verfahren zum Assemblieren eines Gegenstands oder einer Vorrichtung, umfassend einen multifunktionalen leitfähigen Draht (MCW) sind hierin offenbart. Zum Beispiel kann ein Befestigen eines MCW an einer oder mehreren elektrischen Komponenten einer Vorrichtung eine Vorrichtung assemblieren, welche einen MCW umfasst, wobei der MCW gleichzeitig mit einem Bereitstellen oder Speichern von Energie für eine Vorrichtung eine Stromträgerkapazität bereitstellen kann. Ein Wickeln eines MCW zu einer Spule, optional einer Metallkernspule, und ein Befestigen der Spule an einer Komponente kann eine Vorrichtung oder einen Gegenstand, umfassend einen MCW, assemblieren. Gemäß einigen Aspekten können eine Vorrichtung oder ein Gegenstand, umfassend einen MCW, durch ein Befestigen eines MCW als einen Stromträger und eine Energiequelle und/oder einen Energiespeicher für eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Gegenstands assembliert werden.Methods of assembling an article or device comprising a multifunctional conductive wire (MCW) are disclosed herein. For example, attaching an MCW to one or more electrical components of a device can assemble a device comprising an MCW, wherein the MCW can provide current carrying capacity concurrently with providing or storing energy for a device. Winding an MCW into a coil, optionally a metal core coil, and attaching the coil to a component can assemble a device or article comprising an MCW. According to some aspects, a device or an article comprising an MCW can be assembled by attaching an MCW as a power carrier and an energy source and / or an energy store for a component of a device or an article.

Eine Vorrichtung oder ein Gegenstand, welche(r) einen MCW umfasst, kann einen MCW mit einer spezifischen Dicke einer leitenden Schicht verwenden. Gemäß einigen Aspekten kann die Dicke einer leitenden Schicht gemäß der Wechselstromfrequenz in einer Vorrichtung bestimmt werden. Bei Gleichstrom hängt der Widerstand eines massiven Metallleiters von seiner Querschnittsfläche ab; ein Leiter mit einer größeren Fläche weist bei einer gegebenen Länge einen geringeren Widerstand auf. Bei hohen Frequenzen dringt Wechselstrom aufgrund von in dem Material induzierten Wirbelströme nicht tief in Leiter ein; er neigt dazu, nahe der Oberfläche zu fließen, was als Skin-Effekt bekannt ist. Da weniger der Querschnittsfläche des Drahts verwendet wird, ist der Widerstand des Drahts größer als bei Gleichstrom. Je höher die Frequenz des Stroms ist, desto geringer ist die Tiefe, zu welcher der Strom eindringt, und der Strom wird in einer zunehmend kleineren Querschnittsfläche entlang der Oberfläche geführt, so dass der Wechselstromwiderstand des Drahts mit der Frequenz zunimmt.A device or article comprising an MCW may use an MCW with a specific thickness of a conductive layer. In some aspects, the thickness of a conductive layer can be determined according to the AC frequency in a device. With direct current, the resistance of a solid metal conductor depends on its cross-sectional area; a conductor with a larger area has less resistance for a given length. At high frequencies, alternating current does not penetrate deep into conductors due to eddy currents induced in the material; it tends to flow near the surface, known as the skin effect. Because less of the cross-sectional area of the wire is used, the resistance of the wire is greater than that of direct current. The higher the frequency of the current, the more the depth to which the current penetrates is less and the current is conducted in an increasingly smaller cross-sectional area along the surface, so that the AC resistance of the wire increases with frequency.

Diese detaillierte Beschreibung verwendet Beispiele, um die Offenbarung, umfassend die bevorzugten Aspekte und Variationen, darzustellen und es jeglichem Fachmann zu ermöglichen, die offenbarten Aspekte zu praktizieren, umfassend ein Herstellen und Verwenden jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und ein Durchführen jeglicher eingeschlossener Verfahren. Der patentierbare Umfang der Offenbarung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, welche dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, welche sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche umfassen. Aspekte aus den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen wie auch andere bekannte Äquivalente für jeden dieser Aspekte können von einem Durchschnittsfachmann gemischt und angepasst werden, um zusätzliche Ausführungsformen und Techniken im Einklang mit den Prinzipien dieser Anmeldung zu konstruieren.This detailed description uses examples to illustrate the disclosure, including the preferred aspects and variations, and to enable any person skilled in the art to practice the disclosed aspects, including making and using any devices or systems and performing any included methods. The patentable scope of the disclosure is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with insubstantial differences from the literal language of the claims. Aspects from the various described embodiments, as well as other known equivalents for each of these aspects, can be mixed and matched by one of ordinary skill in the art to construct additional embodiments and techniques in accordance with the principles of this application.

Gemäß einigen Aspekten können verschiedene elektrische Vorrichtungen einen MCW einschließen, um eine elektrische Vorrichtung effizienter zu machen, zum Beispiel mit einem größeren Energie-zu-Gewicht-Verhältnis, mit einer Energiespeicherfähigkeit ohne eine externe Batterie oder mit Energie, welche von dem MCW bereitgestellt wird. Während die hierin beschriebenen Aspekte in Verbindung mit den oben umrissenen beispielhaften Aspekten beschrieben worden sind, können verschiedene Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und/oder wesentliche Äquivalente, ob bekannt oder gegenwärtig unvorhergesehen, für den Durchschnittsfachmann offensichtlich werden. Dementsprechend sollen die beispielhaften Aspekte, wie oben dargelegt, veranschaulichend, nicht einschränkend, sein. Es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Geist und dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Daher soll die Offenbarung alle bekannten oder später entwickelten Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und/oder wesentlichen Äquivalente einbeziehen.In some aspects, various electrical devices may include an MCW to make an electrical device more efficient, for example with a greater energy-to-weight ratio, with energy storage capability without an external battery, or with energy provided by the MCW. While the aspects described herein have been described in conjunction with the exemplary aspects outlined above, various alternatives, modifications, variations, improvements, and / or substantial equivalents, whether known or presently unforeseen, may become apparent to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the exemplary aspects set forth above are intended to be illustrative, not restrictive. Various changes can be made without departing from the spirit and scope of the disclosure. Therefore, the disclosure is intended to embrace all known or later developed alternatives, modifications, variations, improvements and / or substantial equivalents.

Eine Bezugnahme auf ein Element im Singular soll nicht „einzig und allein eines“ bedeuten, es sei denn, dies ist ausdrücklich angegeben, sondern eher „eines oder mehrere“. Alle strukturellen und funktionellen Äquivalente zu den Elementen der verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Aspekte, welche dem Fachmann bekannt sind oder später bekannt werden, sind hierin ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen. Darüber hinaus soll nichts hier Offenbartes der Öffentlichkeit gewidmet sein.Any reference to an element in the singular is not intended to mean “only one”, unless specifically stated, but rather “one or more”. All structural and functional equivalents to the elements of the various aspects described in this disclosure that are known to those skilled in the art or later become known are expressly incorporated herein by reference. Furthermore, nothing disclosed here is intended to be devoted to the public.

Ferner wird das Wort „Beispiel“ hier verwendet, um „als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend“ zu bedeuten. Jeglicher hierin als ein „Beispiel“ beschriebene Aspekt ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten auszulegen. Sofern nicht anders angegeben, bezieht sich der Begriff „einige“ auf eines oder mehrere. Kombinationen wie etwa „wenigstens eines aus A, B oder C“, „wenigstens eines aus A, B und C“ und „A, B, C oder jegliche Kombination davon“ umfassen jegliche Kombination aus A, B, und/oder C und können ein Vielfaches von A, ein Vielfaches von B oder ein Vielfaches von C umfassen. Insbesondere Kombinationen wie etwa „wenigstens eines aus A, B oder C“, „wenigstens eines aus A, B und C“ und „A, B, C oder jegliche Kombination davon“ können nur A, nur B, nur C, A und B, A und C, B und C oder A und B und C sein, wobei jegliche solchen Kombinationen ein oder mehrere Elemente von A, B oder C enthalten können.Further, the word “example” is used herein to mean “serving as an example, instance, or illustration”. Any aspect described herein as an “example” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other aspects. Unless otherwise specified, the term “some” refers to one or more. Combinations such as “at least one of A, B or C”, “at least one of A, B and C” and “A, B, C or any combination thereof” include any combination of A, B, and / or C and may a multiple of A, a multiple of B, or a multiple of C. In particular, combinations such as “at least one of A, B or C”, “at least one of A, B and C” and “A, B, C or any combination thereof” can only be A, only B, only C, A and B , A and C, B and C, or A and B and C, any such combination including one or more elements of A, B or C.

Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ so definiert, dass sie wie von einem Fachmann verstanden, nahe bei bedeuten. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ so definiert, dass sie innerhalb 10%, vorzugsweise innerhalb 5%, stärker bevorzugt innerhalb 1% und am meisten bevorzugt innerhalb von 0,5% bedeuten.As used herein, the terms "about" and "approximately" are defined to mean close to as understood by one of ordinary skill in the art. In one non-limiting embodiment, the terms “about” and “approximately” are defined to mean within 10%, preferably within 5%, more preferably within 1%, and most preferably within 0.5%.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • 28. Februar 2020, mit dem Titel „Multifunctional Conductive Wire and Method of Making‟ [0001]February 28, 2020, entitled “Multifunctional Conductive Wire and Method of Making” [0001]

Claims (25)

Elektrische Vorrichtung, umfassend: einen multifunktionalen leitfähigen Draht, wobei der multifunktionale leitfähige Draht umfasst: einen länglichen hohlen Körper, welcher ein leitfähiges Material umfasst; eine erste Elektrode, welche ein erstes Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein erstes Sekundärmaterial umfasst; eine zweite Elektrode, welche ein zweites Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein zweites Sekundärmaterial umfasst, wobei der multifunktionale leitfähige Draht betriebsfähig ist, um Strom zu führen und Energie bereitzustellen und/oder Energie für die elektrische Vorrichtung zu speichern.An electrical device comprising: a multifunctional conductive wire, the multifunctional conductive wire comprising: an elongated hollow body comprising a conductive material; a first electrode comprising a first carbon nanotube composite yarn comprising carbon nanotubes and a first secondary material; a second electrode comprising a second carbon nanotube composite yarn comprising carbon nanotubes and a second secondary material, wherein the multifunctional conductive wire is operable to carry electricity and provide energy and / or store energy for the electrical device. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der multifunktionale leitfähige Draht ferner einen Elektrolyten umfasst, welcher die erste und die zweite Elektrode umgibt.Electrical device according to Claim 1 wherein the multifunctional conductive wire further comprises an electrolyte surrounding the first and second electrodes. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der multifunktionale leitfähige Draht eine flexible Isolatorschicht umfasst, welche den Elektrolyten umgibt, und wobei das leitfähige Material eine flexible leitende Schicht umfasst, welche wenigstens teilweise die flexible Isolatorschicht umgibt.Electrical device according to Claim 2 wherein the multifunctional conductive wire comprises a flexible insulator layer surrounding the electrolyte, and wherein the conductive material comprises a flexible conductive layer which at least partially surrounds the flexible insulator layer. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der multifunktionale leitfähige Draht ferner eine äußere flexible Isolatorschicht umfasst, welche die flexible leitende Schicht umgibt.Electrical device according to Claim 3 wherein the multifunctional conductive wire further comprises an outer flexible insulator layer surrounding the flexible conductive layer. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der multifunktionale leitfähige Draht ferner umfasst: eine oder mehrere leitfähige Batteriezungen, welche an der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode befestigt sind, und eine oder mehrere jeweilige Batteriezungenbefestigungen, welche an der einen oder den mehreren leitfähigen Batteriezungen befestigt sind.Electrical device according to Claim 1 wherein the multifunctional conductive wire further comprises: one or more conductive battery tabs attached to the first electrode and / or the second electrode, and one or more respective battery tab attachments attached to the one or more conductive battery tabs. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode von einer Separatormembran umgeben ist und wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einer verdrillten Konfiguration umeinandergewickelt sind.Electrical device according to Claim 1 wherein at least one of the first electrode and the second electrode is surrounded by a separator membrane, and wherein the first electrode and the second electrode are wrapped around each other in a twisted configuration. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich wenigstens ein Abschnitt des multifunktionalen leitfähigen Drahts in einer Wicklung einer oder mehrerer Spulen befindet, wobei jede Spule einen Abschnitt des multifunktionalen leitfähigen Drahts umfasst, welcher in der Form einer Spirale oder einer Helix gedreht ist.Electrical device according to Claim 1 wherein at least a portion of the multifunctional conductive wire is in a turn of one or more coils, each coil comprising a portion of the multifunctional conductive wire that is twisted in the shape of a spiral or helix. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Abschnitt des multifunktionalen leitfähigen Drahts in der Wicklung einer oder mehrerer Spulen eine äußere quadratische oder rechteckige Form aufweist, wobei die äußere quadratische oder rechteckige Form betriebsfähig ist, um den multifunktionalen leitfähigen Draht in der Wicklung einer oder mehrerer Spulen einzuschachteln.Electrical device according to Claim 7 wherein the portion of the multifunctional conductive wire in the winding of one or more coils has an outer square or rectangular shape, the outer square or rectangular shape being operable to nest the multifunctional conductive wire in the winding of one or more coils. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Wicklung einer oder mehrerer Spulen einen Metallkern umgibt.Electrical device according to Claim 7 , wherein the winding of one or more coils surrounds a metal core. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die flexible leitende Schicht eine Dicke von etwa 1 Mikrometer bis etwa 10 Millimeter aufweist.Electrical device according to Claim 3 wherein the flexible conductive layer has a thickness of about 1 micrometer to about 10 millimeters. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Vorrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Elektromotor, einem Solenoid, einem Generator, einem Wechselstromgenerator und einem Transformator.Electrical device according to Claim 1 wherein the electrical device is selected from the group consisting of an electric motor, a solenoid, a generator, an alternator, and a transformer. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das leitfähige Material eine flexible leitende Schicht umfasst, welche Kupfer umfasst.Electrical device according to Claim 1 wherein the conductive material comprises a flexible conductive layer comprising copper. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste Separatormembran und die zweite Separatormembran nicht in Kontakt miteinander sind.Electrical device according to Claim 6 wherein the first separator membrane and the second separator membrane are not in contact with each other. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung, umfassend einen multifunktionalen leitfähigen Draht, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines multifunktionalen leitfähigen Drahts; Verbinden des multifunktionalen leitfähigen Drahts mit einer elektrischen Vorrichtung, derart, dass der multifunktionale leitfähige Draht betriebsfähig ist, um Strom zu führen und für die elektrische Vorrichtung Energie bereitzustellen und/oder Energie zu speichern.A method of making an electrical device comprising a multifunctional conductive wire, the method comprising: Providing a multifunctional conductive wire; Connecting the multifunctional conductive wire to an electrical device such that the multifunctional conductive wire is operable to carry current and provide energy and / or store energy for the electrical device. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend Wickeln wenigstens eines Abschnitts des multifunktionalen Drahts in einer Wicklung einer oder mehrerer Spulen, wobei jede Spule einen Abschnitt des multifunktionalen leitfähigen Drahts umfasst, welcher in der Form einer Spirale oder einer Helix gedreht ist.Procedure according to Claim 14 , further comprising winding at least a portion of the multifunctional wire in a turn of one or more coils, each coil comprising a portion of the multifunctional conductive wire twisted in the shape of a spiral or a helix. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bereitstellen des multifunktionalen leitfähigen Drahts umfasst: Bereitstellen einer ersten Elektrode, welche ein erstes Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein erstes Sekundärmaterial umfasst; und Bereitstellen einer zweiten Elektrode, welche ein zweites Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein zweites Sekundärmaterial umfasst.Procedure according to Claim 14 wherein providing the multifunctional conductive wire comprises: providing a first electrode comprising a first carbon nanotube composite yarn comprising carbon nanotubes and a first secondary material; and providing a second electrode comprising a second carbon nanotube composite yarn which comprises carbon nanotubes and a second secondary material. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bereitstellen des multifunktionalen leitfähigen Drahts ferner umfasst: Umgeben der ersten und der zweiten Elektrode mit einem Elektrolyten; Umgeben des Elektrolyten mit einer flexiblen Isolatorschicht; wenigstens teilweise Umgeben der flexiblen Isolatorschicht mit einer flexiblen leitenden Schicht und Umgeben der flexiblen leitenden Schicht mit einer äußeren flexiblen Isolatorschicht.Procedure according to Claim 16 wherein providing the multifunctional conductive wire further comprises: surrounding the first and second electrodes with an electrolyte; Surrounding the electrolyte with a flexible insulator layer; at least partially surrounding the flexible insulator layer with a flexible conductive layer and surrounding the flexible conductive layer with an outer flexible insulator layer. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bereitstellen des multifunktionalen leitfähigen Drahts ferner umfasst: Befestigen einer oder mehrerer leitfähiger Batteriezungen an der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode; und Befestigen einer oder mehrerer jeweiliger Batteriezungenbefestigungen an einer oder mehreren der leitfähigen Batteriezungen.Procedure according to Claim 17 wherein providing the multifunctional conductive wire further comprises: attaching one or more conductive battery tabs to the first electrode and / or the second electrode; and attaching one or more respective battery tab fasteners to one or more of the conductive battery tabs. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bereitstellen des multifunktionalen leitfähigen Drahts ferner umfasst: Umgeben wenigstens einer der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mit einer Separatormembran; und Wickeln der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode umeinander in einer verdrillten Konfiguration.Procedure according to Claim 16 wherein providing the multifunctional conductive wire further comprises: surrounding at least one of the first electrode and the second electrode with a separator membrane; and winding the first electrode and the second electrode around each other in a twisted configuration. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bereitstellen der ersten Elektrode umfasst: Wachsen-Lassen schwebender Kohlenstoffnanoröhren in einem Reaktor; Entfernen der schwebenden Kohlenstoffnanoröhren aus dem Reaktor, um eine Matte aus Kohlenstoffnanoröhren bereitzustellen; Abscheiden von Sekundärpartikeln, welche das erste Sekundärmaterial umfassen, auf wenigstens einen Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren, um eine Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte bereitzustellen; und Verdichten der Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen.Procedure according to Claim 16 wherein providing the first electrode comprises: growing suspended carbon nanotubes in a reactor; Removing the floating carbon nanotubes from the reactor to provide a mat of carbon nanotubes; Depositing secondary particles comprising the first secondary material on at least a portion of the mat of carbon nanotubes to provide a carbon nanotube composite mat; and compacting the carbon nanotube composite mat to provide a carbon nanotube composite yarn. Elektromotor, umfassend: einen Rotor, welcher eine oder mehrere Rotorspulen umfasst; und einen Stator, welcher eine oder mehrere Statorspulen umfasst; wobei wenigstens ein Abschnitt der einen oder der mehreren Statorspulen einen leitfähigen Draht umfasst; und wobei der leitfähige Draht umfasst: einen länglichen hohlen Körper; eine erste flexible Elektrode, welche in dem hohlen Körper positioniert ist und ein erstes Verbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein erstes Sekundärmaterial umfasst; eine zweite flexible Elektrode, welche in dem hohlen Körper positioniert ist und ein zweites Verbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein zweites Sekundärmaterial umfasst.Electric motor, comprising: a rotor comprising one or more rotor coils; and a stator comprising one or more stator coils; wherein at least a portion of the one or more stator coils comprises a conductive wire; and wherein the conductive wire comprises: an elongated hollow body; a first flexible electrode positioned in the hollow body and comprising a first composite yarn comprising carbon nanotubes and a first secondary material; a second flexible electrode positioned in the hollow body and comprising a second composite yarn comprising carbon nanotubes and a second secondary material. Elektromotor nach Anspruch 21, wobei der leitfähige Draht ferner einen Elektrolyten umfasst, welcher die erste und die zweite Elektrode umgibt.Electric motor after Claim 21 wherein the conductive wire further comprises an electrolyte surrounding the first and second electrodes. Elektromotor nach Anspruch 22, wobei der leitfähige Draht ferner eine flexible Isolatorschicht umfasst, welche den Elektrolyten umgibt, und wobei das leitfähige Material eine flexible leitende Schicht umfasst, welche wenigstens teilweise die flexible Isolatorschicht umgibt.Electric motor after Claim 22 wherein the conductive wire further comprises a flexible insulator layer surrounding the electrolyte, and wherein the conductive material comprises a flexible conductive layer which at least partially surrounds the flexible insulator layer. Elektromotor nach Anspruch 23, wobei der leitfähige Draht ferner eine äußere flexible Isolatorschicht umfasst, welche die flexible leitende Schicht umgibt.Electric motor after Claim 23 wherein the conductive wire further comprises an outer flexible insulator layer surrounding the flexible conductive layer. Elektromotor nach Anspruch 21, ferner umfassend einen Kommutator in elektrischer Kommunikation mit der einen oder den mehreren Rotorspulen und eine Bürste, welche den Kommutator kontaktiert.Electric motor after Claim 21 , further comprising a commutator in electrical communication with the one or more rotor coils and a brush that contacts the commutator.
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