WO2022167111A1 - Method for producing high-current capacitors by laser technology - Google Patents

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WO2022167111A1
WO2022167111A1 PCT/EP2021/080425 EP2021080425W WO2022167111A1 WO 2022167111 A1 WO2022167111 A1 WO 2022167111A1 EP 2021080425 W EP2021080425 W EP 2021080425W WO 2022167111 A1 WO2022167111 A1 WO 2022167111A1
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Werner Kirsch
Werner Friedrich SCHÜTZE
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Werner Kirsch
Schuetze Werner Friedrich
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    • H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes

Definitions

  • the invention relates to a high-current capacitor, also referred to here as a supercapacitor, which is preferably designed on an electronic basis and is suitable for ultra-rapid charging.
  • the storage capacity for electrical energy is preferably higher than that of a lithium battery which is comparable in terms of volume.
  • capacitors based on electronics usually consist of a first conductive coating, preferably Al, Au, Cu, Ag, or Pb; a dielectric, preferably paper, TiO2, or BaTiO3; and a second conductive coating, preferably configured like the first conductive coating.
  • first conductive coating preferably Al, Au, Cu, Ag, or Pb
  • dielectric preferably paper, TiO2, or BaTiO3
  • second conductive coating preferably configured like the first conductive coating.
  • Frequencies i.e. around 10 Hz to 10 GHz, and at relatively low currents, i.e. 10 mA to 100 A, resulting in a small capacitance of 1 pF to 1000 ⁇ F.
  • Storage capacity describes the storage of electrical energy, measured in kWh. Alternatively, the term energy storage capability is also used.
  • the electrical energy results from: where U is the charging voltage measured in volts, V, and C is the capacitance measured in ampere-seconds per volt, As/V.
  • Q C*U
  • the charging currents for an electrically powered car with a battery are between about 10 A when charging at a household socket and about 1000 A to about 2000 A when charging at a powerful charging station.
  • the energy storage capacity is designed to be 30 to 100 kWh.
  • the currents mentioned above are sufficient, for example, to absorb the energy generated when the car brakes quickly and to use it for a subsequent acceleration process.
  • the battery voltages are between 12 and 800 V. 48V is normal for mid-range cars.
  • the energy storage capacity is one tenth of the energy storage capacity of a modern battery.
  • the voltage for the individual cell is 3 to 5 volts and is based on the movement of lithium ions between two electrodes, which are separated by a diaphragm. Due to the mass of the ions, the frequency limit is around 10 Hz.
  • the advantage of high-current capacitors compared to batteries, especially lithium batteries, is the longer service life and freedom from wear.
  • Prior art high current capacitors discharge at about 5% per month.
  • the surface of the starting materials is usually smooth, ie roughness N4 to N11.
  • the design voltage for a single cell is between 2 and 12 V per single cell.
  • Conventional capacitors can be designed for any voltage, with the voltage dependency being determined by the density of the dielectric and the dielectric strength of the material.
  • Conventional capacitors can be designed for any frequency due to the mobility of the electrons. The frequency dependency is due to the high ion mass of the lithium ions compared to the electron mass. The electron mass is about 1836 times larger than the proton mass.
  • US 9312076 B1 relates to a very high energy density ultracapacitor device comprising a plurality of carbon electrodes having an outer surface and an inner surface. A conductive metallic surface is connected to the outer surface. A ceramic is bonded to the inner surface of at least one of the plurality of carbon electrodes. A separator and an electrolyte are provided between the plurality of carbon electrodes.
  • WO 2016057983 A2 relates to an electrode.
  • the electrode comprises a current collector made of aluminum with an aluminum carbide layer on at least one of the surfaces on which at least one layer of carbon nanotubes (CNTs) is arranged.
  • the electrode may include vertically aligned, horizontally aligned, or unaligned (e.g., tangled or clustered) CNTs.
  • the electrode may include compressed CNTs.
  • the electrode can comprise single-wall, double-wall, or multi-wall CNTs.
  • the electrode can include multiple layers of CNTs.
  • the object of the invention is to combine the advantages (frequency, voltage, no discharge, no energy loss) of conventional electronic capacitors and today's supercapacitors (capacity, power-to-weight ratio) and to avoid their disadvantages.
  • the aim is to use modern manufacturing processes based on laser technology to create storage media that correspond to the power-to-weight ratio and energy storage capacity of modern batteries.
  • These high-current capacitors can be implemented as solid-state or film capacitors.
  • the management process takes place on a purely electronic basis.
  • the solid-state capacitor consists of at least one individual cell, which has the following structure: a first metal plate for dissipating electrons, a first electron storage layer, a dielectric, a second electron storage layer and a second metal plate.
  • a stacked capacitor is created by stacking the individual cells on top of each other.
  • a film capacitor consists of: a first metal foil, a first electron storage layer, a layer dielectric, a second electron storage layer, and a second metal foil.
  • the structure of an individual cell in a preferred embodiment of the invention is described below:
  • First step: A first plate is made of conductive material and has a size of preferably about 5 cm by 5 cm. The material is preferably a metal for current dissipation. More preferably, the first plate is made of AL for low cost construction and for currents between 10A and 1000A. More preferably, the first plate is made of Cu in order to achieve even faster discharge and high currents. The magnitude of the currents is determined by the cable cross-section.
  • the first plate is made of Au and/or Pb for special applications that require a high storage capacity.
  • the first plate is made of Ti and/or WC (tungsten carbide) for special applications that require high temperature resistance.
  • the surface of the first plate is provided with a corrugated structure, preferably with a laser, preferably with a height of 1 ⁇ m to 20 ⁇ m, particularly preferably up to 2 ⁇ m. This is referred to as microstructured.
  • the microstructure of the first plate is then provided with a nanostructure, preferably in the range from 60 nm to 600 nm.
  • Nanographite preferably 600m2/g, 0.6g/cm3, is applied as a second conductive layer using a special laser application process, preferably laser-assisted suspension spraying, preferably with a layer height of 20 nm to 200 ⁇ m. This layer stores the electrons. As in the first step, this layer is micro- and/or nano-structured using a laser. Further preferred materials are, each alone or in combination with nanographite: Carbo nanotubes, graphene, graphene nanogel, graphene oxide, graphene acid, WC or Cu in suspension nanoform.
  • Preferred materials are characterized by a high surface area, preferably 600 m2/g to 800 m2/g, and high conductivity.
  • Third step Barium titanate is applied, preferably in suspension form, particularly preferably in nanometer form, using a special laser application method, preferably the one mentioned above. A high-density, amorphous layer with high breakdown field strength and high dielectric constant is formed. The layer height is preferably 20 nm to 200 ⁇ m. Both cannot be achieved simultaneously with previous methods. In a preferred embodiment, this layer is post-structured by means of a laser, as in the first step. A contact surface for the next layer is formed.
  • Fourth step introduction of a second electron storage layer, preferably nanographite, preferably with post-structuring analogous to the second step.
  • Fifth step introduction of the second metal layer, preferably by means of a laser method, particularly preferably with the same laser application method as described above.
  • the laser method for producing carbon hard material layers which produce a droplet-free layer, can be used. These layers have high dielectric strength and high conductivity.
  • a voltage-resistant layer made of diamond-like carbon can be introduced into the dielectric.
  • the dielectric preferably the barium titanate dielectric, can also be produced by laser-supported suspension spraying by using the starting materials BaO and TiO 2 either as a mixture or individually first BaO and then TiO 2 or vice versa.
  • the structure created with steps 1 to 5 has the following advantages: High areal density of the storage medium, when using nanographite 20 m2/cm2 with a layer height of 20 ⁇ m. High breakdown field strength due to the high density and the amorphous state of the dielectric and the laser deposition process used and/or the dielectric used (approx. 20kV/mm). Unlike a crystalline state, there are no dislocations that can cause premature voltage breakdown. High dielectric constant of 100000 instead of 1000 to 10000 in the crystalline state, also due to the high density and the amorphous state of the layer.
  • a capacitor as described above can be designed for 200V, while a conventional supercapacitor is only designed for 5V. That alone leads to a ratio of in quantity via the relationship of energy storage capability and for a design voltage of 200V of storable energy.
  • the charge is released by electrons, which is why large amounts of energy can be absorbed or released in a short time.
  • the rapid current dissipation is further generated by the large contact surfaces of the materials used.
  • the capacitor has a low temperature dependency due to the amorphous dielectric, which is caused by less movement of impurities and dislocations compared to the crystalline state.
  • Charging at charging stations with 100 kW to 1000 kW is possible in seconds to minutes.
  • a capacitor in the charging station can be charged when there is no vehicle in the charging station. This can then be quickly transferred from the capacitor in the charging station to the capacitor in the car.
  • the capacitor is almost wear-free because only electrons are moved. Furthermore, leakage currents can be prevented.
  • FIG. 1 shows a side view of an embodiment of a capacitor according to the invention.
  • the capacitor has an upper metal plate 1a and a lower metal plate 1b.
  • the metal plate is preferably made of one of the materials CU, silver, AL, Pb or stainless steel, which means that the charge can be discharged quickly. Copper is particularly advantageous.
  • the height is approximately 3 ⁇ m to 30 ⁇ m, preferably approximately 5 ⁇ m.
  • the structure is preferably produced with a laser, preferably with the method according to Lasagni, et al. as described in DE 102018200036 B3.
  • Lasagni's method can achieve the required structures simultaneously by rearranging the surface. No nanoparticles are released in the process. Alternatively, corresponding structures can be produced abrasively, preferably with a laser.
  • the capacitor has an upper nanolayer 3 and a lower nanolayer 3 between the upper and lower metal plates.
  • the nanolayers 3 have a height in the range from 5 to 300 ⁇ m, preferably 15 ⁇ m. This increases the contact area.
  • the capacitor has a further layer as a dielectric, preferably barium titanate.
  • TiO 2 or diamond-like non-conductive carbon layers can be used in combination with barium titanate.
  • the layer height of the further layer is preferably between 5 ⁇ m and 30 ⁇ m, preferably 15 ⁇ m.
  • the layer height is selected in accordance with the intended voltage and the breakdown field strength.
  • At least one of the metal plates 1a, 1b can alternatively be designed as a foil and/or produced by suspension deposition welding, preferably laser-assisted.
  • a first metal foil is used and a laser deposition method is used for the second draining electrode.
  • the microstructure and nanostructure 2 is simultaneously or sequentially deposited by rearranging the surface material using conventional lasers according to the method of Lasagni, et al. generated as described in DE 102018200036 B3.
  • the electron storage layer 3, also referred to as a nanolayer, consists of at least one of: nanographite, graphene or nanotubes.
  • the layer 3 consists of highly conductive metals applied in nanometer form by laser-supported suspension build-up welding according to Barbosa, et al. as described in DE102017218592 A1.
  • the dielectric 4 is preferably barium nitrate, more preferably in nanometer form.
  • the application takes place as for the electron blocking layer 3, preferably as in DE 10 2017218 592 A1. This results in an amorphous structure with high density and high dielectric strength and a high dielectric constant.
  • the capacity is determined by the volume of the electron storage layer and the size of the inner surface, by the height of the dielectric 4 and the dielectric strength of the dielectric layer 4. The way the layers are created improves density, dielectric strength and dielectric constant.
  • the capacitor can be designed for any voltage from 1V to 10000V.
  • the capacitor can be designed as a film or stacked capacitor.
  • a single cell of a preferred embodiment of the invention is considered below.
  • the single cell is approximately square in shape with a first side length of 0.05 m and a second side length of 0.05 m. This results in an area of 0.0025m 2 , ie 25 cm2.
  • the single cell has the following preferred layer structure: ⁇ a first layer of metal, preferably aluminum or copper, with a height of 20 ⁇ m, ie 20 ⁇ 10 -6 m; ⁇ a second layer, which is an electron storage layer and is preferably made of nanographite or graphene, with a height of 20 ⁇ m, ie 20 ⁇ 10 -6 m; ⁇ a third layer, which is a dielectric and is preferably made of barium titanate, with a height of 20 ⁇ m, ie 20 ⁇ 10 -6 m; ⁇ a fourth layer, which is an electron storage layer and is preferably made of nanographite or graphene, with a height of 20 ⁇ m, ie 20 ⁇ 10 -6 m; and ⁇ a fifth layer of metal, preferably aluminum or copper, with a height of 20 ⁇ m, ie 20 ⁇ 10 -6 m.
  • the volume of the electron storage layer is 0.05 cm3.
  • 10 individual cells can be stacked on top of each other in a multicell with a height of 1mm.
  • 10 multicells can be stacked in a block cell with a height of 1 cm.
  • 5 block cells can be stacked. This results in 500 individual cells with a total of 2500 layers in a block.
  • a battery block can have 8 blocks, ie 4000 individual cells.
  • a block cell has a volume of 125 cm3.
  • a block has a volume of 1000cm3 or 1 liter, L.
  • Electrical energy The following estimate refers to the following maximum values: ⁇ The density of the graph of 1g/cm3; at lower density, this layer is increased in proportion to the lower density. ⁇ The breakdown voltage is assumed to be 20kV/mm. ⁇ The dielectric constant is assumed to be 100000.
  • the deposition process used produces a compact layer with high density and high dislocation density, resulting in high dielectric strength and high dielectric constant.
  • the stored electrical energy of the capacitor is given by: For U equal to 230V, the above battery block results in: So a specific energy of 390kWh per L. On the other hand, only 39kWh/dm3 can be achieved without a structural effect. In comparison, strontium-doped BaTiO 3 without a structure is around 8 kWh/dm3. A missing or reduced texture effect can be compensated by increasing the voltage and/or increasing the electron storage volume.
  • the quasi-amorphous layers reduce the temperature dependence of the storage capacity.
  • Weight The weight is determined as follows: The block consists of 2/5 aluminum, 2/5 graphite and 1/5 barium titanate.

Abstract

The invention relates to a high-current capacitor comprising: - a first film made of metal (1a) having a first microstructured and nanostructured surface produced by laser methods, - a first electron storage layer (3), also known as nano layer, which is produced by laser methods and is formed over the first film made of metal, - a dielectric (4) (such as barium nitrate, barium titanate, titanium dioxide,...) which is produced by laser methods and is formed over the first electron storage layer, - a second electron storage layer (3) which is formed over the dielectric (4), and - a second layer made of metal with a second surface, said second layer being formed over the second electron storage layer. At least one of the metal plates (1a) can alternatively be embodied as a film, and/or be produced by suspension application welding, preferably in a laser-supported manner.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON HOCHSTROMKONDENSATOREN DURCH LASERTECHNIK PROCESS FOR MANUFACTURING HIGH CURRENT CAPACITORS BY LASER TECHNOLOGY
Die Erfindung betrifft einen Hochstromkondensator, hier auch als Superkondensator bezeichnet, der vorzugsweise auf elektronischer Basis ausgeführt ist und für eine ultraschnelle Aufladung geeignet ist. Vorzugsweise ist die Speicherfähigkeit für elektrische Energie höher als bei einer in Bezug auf das Volumen vergleichbaren Lithium batterie. The invention relates to a high-current capacitor, also referred to here as a supercapacitor, which is preferably designed on an electronic basis and is suitable for ultra-rapid charging. The storage capacity for electrical energy is preferably higher than that of a lithium battery which is comparable in terms of volume.
Herkömmliche Kondensatoren auf elektronischer Basis bestehen in der Regel aus einem ersten leitfähigen Belag, vorzugsweise Al, Au, Cu, Ag, oder auch Pb; einem Dielektrikum, vorzugsweise Papier, TiO2, oder BaTiO3; und einem zweiten leitfähigen Belag, der vorzugsweise wie der erste leitfähige Belag ausgeführt ist. Conventional capacitors based on electronics usually consist of a first conductive coating, preferably Al, Au, Cu, Ag, or Pb; a dielectric, preferably paper, TiO2, or BaTiO3; and a second conductive coating, preferably configured like the first conductive coating.
Herkömmliche Kondensatoren werden in der elektronischen Industrie bis in höchstenConventional capacitors are used in the electronic industry up to the highest
Frequenzen, d.h. etwa 10 Hz bis 10 GHz, und bei relativ geringen Strömen, d.h. 10 mA bis 100 A benutzt, woraus eine geringe Kapazität von 1 pF bis 1000μF hervorgeht. Frequencies, i.e. around 10 Hz to 10 GHz, and at relatively low currents, i.e. 10 mA to 100 A, resulting in a small capacitance of 1 pF to 1000 μF.
In dieser Beschreibung werden die Begriffe Speicherfähigkeit und Kapazität synonym verwendet. In this description, the terms storage capability and capacity are used interchangeably.
Mit Speicherfähigkeit wird die Speicherung elektrischer Energie, gemessen in kWh, beschrieben. Alternativ wird auch der Begriff Energiespeicherfähigkeit verwendet.Storage capacity describes the storage of electrical energy, measured in kWh. Alternatively, the term energy storage capability is also used.
Hierbei ergibt sich die elektrische Energie aus:
Figure imgf000003_0001
wobei U die Ladespannung gemessen in Volt, V, ist und C die Kapazität gemessen in Amperesekunden pro Volt, As/V, ist. Here, the electrical energy results from:
Figure imgf000003_0001
where U is the charging voltage measured in volts, V, and C is the capacitance measured in ampere-seconds per volt, As/V.
Mit dem Begriff Speicherfähigkeit einer Kapazität ist die Speicherfähigkeit von Ladungsmengen, Q, gemeint, wobei Q= C·U ist und in Amperesekunden gemessen wird. Heutige Hochstromkondensatoren, die in der Industrie benutzt werden, beruhen in der Regel auf der Verwendung von positiv und negativ geladenen Ionen, die durch ein Diaphragma getrennt sind. Die Ladeströme bei einem elektrisch angetriebenen PKW mit Batterie bewegen sich bei Be- und Entladung zwischen etwa 10 A bei Ladung an einer Haushaltssteckdose und etwa 1000 A bis etwa 2000 A bei Ladung an einer leistungsfähigen Ladesäule. Die Energiespeicherfähigkeit ist dabei je nach geforderter Reichweite mit 30 bis 100 kWh ausgelegt. Die oben genannten Ströme reichen aus, um beispielsweise die bei einem schnellen Bremsvorgang des PKW entstandene Energie aufzunehmen und für einen anschließenden Beschleunigungsvorgang zu nutzen. Die Batteriespannungen betragen zwischen 12 und 800 V. Üblich ist bei Mittelklassewagen PKW 48V. Heutige Hochstromkondensatoren für PKW sind zwar für die oben genannten Ströme ausgelegt, kommen aber nicht an die Energiespeicherfähigkeit eines Lithiumionen- Akku heran. Dennoch können sie bereits, wie oben für die Energiespeicherung in Brems- und Beschleunigungsvorgängen beschrieben, genutzt werden. Die Energiespeicherfähigkeit liegt mit etwa 20 Wh/kg bei einem Zehntel der Energiespeicherfähigkeit einer modernen Batterie. Die Spannung für die Einzelzelle liegt prinzipbedingt bei 3 bis 5 Volt und beruht auf der Bewegung von Lithiumionen zwischen zwei Elektroden, die durch ein Diaphragma getrennt sind. Die Frequenzgrenze liegt aufgrund der Masse der Ionen bei etwa 10 Hz. Der Vorteil von Hochstromkondensatoren gegenüber Batterien, besonders Lithiumbatterien liegt in der besseren Standzeit bzw. Verschleißfreiheit. Da nur Ionen bewegt werden und keine chemische Reaktion erfolgt sind bis zu 500000 Zyklen möglich. Bei Hochstromkondensatoren aus dem Stand der Technik erfolgt eine Entladung mit etwa 5% pro Monat. In herkömmlichen Kondensatoren ist die Oberfläche der Ausgangsmaterialien in der Regel glatt, d.h. eine Rauheit N4 bis N11. Die Auslegungsspannung für eine Einzelzelle beträgt je nach verwendetem Material zwischen 2 und 12 V pro Einzelzelle. Herkömmliche Kondensatoren sind für jede Spannung auslegbar, wobei die Spanungsabhängigkeit durch die Dichte des Dielektrikums und die Durchschlagsfähigkeit des Materials bedingt wird. Herkömmliche Kondensatoren sind aufgrund der Elektronenbeweglichkeit für jede Frequenz auslegbar. Die Frequenzabhängigkeit ist bedingt durch die hohe Ionenmasse der Lithiumionen im Vergleich zur Elektronenmasse. Die Elektronenmasse ist etwa 1836 mal größer ist als die Protonenmasse. Auch in heutigen Hochstromkondensatoren ist die Oberfläche der Materialien in der Regel glatt. Die Spannungsabhängigkeit beträgt je nach verwendetem Material zwischen 2V und 12V pro Einzelzelle. Die Frequenzabhängigkeit ist bedingt durch die hohe Ionenmasse, d.h. geringe Ionenbeweglichkeit. Die Grenzfrequenz liegt nach einschlägigen Messungen bei etwa 10 Kilohertz. US 9312076 B1 betrifft eine Ultrakondensatorvorrichtung mit sehr hoher Energiedichte, welcher mehrere Kohlenstoffelektroden mit einer Außenfläche und einer Innenfläche umfasst. Mit der Außenfläche ist eine leitfähige metallische Oberfläche verbunden. Mit der Innenfläche mindestens einer der mehreren Kohlenstoffelektroden ist eine Keramik verbunden. Zwischen den mehreren Kohlenstoffelektroden ist ein Separator und ein Elektrolyt vorgesehen. WO 2016057983 A2 betrifft eine Elektrode. Die Elektrode umfasst einen Stromkollektor aus Aluminium mit einer Aluminiumcarbidschicht auf mindestens einer der Oberflächen, auf der mindestens eine Schicht aus Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) angeordnet ist. Die Elektrode kann vertikal ausgerichtete, horizontal ausgerichtete oder nicht ausgerichtete (z. B. verhedderte oder geclusterte) CNTs umfassen. Die Elektrode kann komprimierte CNTs umfassen. Die Elektrode kann einwandige, doppelwandige oder mehrwandige CNTs umfassen. Die Elektrode kann mehrere Schichten von CNTs umfassen. Im Stand der Technik beruht die Herstellung auf mechanischen und chemischen Verfahren mit dem Fachmann bekannten Nachteilen. Ferner finden im Stand der Technik Lithiumionen Verwendung, woraus gegenüber der Verwendung von Elektronen die oben beschriebenen Nachteile entstehen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorteile (Frequenz, Spannung, keine Entladung, kein Energieverlust) der herkömmlichen elektronischen Kondensatoren und heutiger Superkondensatoren (Kapazität, Leistungsgewicht) zu vereinen und deren Nachteile zu vermeiden. Ziel ist es dabei, mit modernen Fertigungsverfahren auf der Grundlage der Lasertechnologie, Speichermedien zu schaffen, die dem Leistungsgewicht und der Energiespeicherfähigkeit moderner Batterien entsprechen. Diese Hochstromkondensatoren können als Festkörper- oder Folienkondensator realisiert werden. Der Leitungsvorgang erfolgt auf rein elektronischer Grundlage. Der Festkörperkondensator besteht aus mindestes einer Einzelzelle, die folgenden Aufbau aufweist: eine erste Metallplatte zur Elektronenableitung, eine erste Elektronenspeicherschicht, ein Dielektrikum, eine zweite Elektronenspeicherschicht und eine zweite Metallplatte. Durch eine Übereinanderschichtung der Einzelzelle entsteht ein Stapelkondensator. Ein Folienkondensator besteht aus: einer ersten Metallfolie, einer ersten Elektronenspeicherschicht, einem Schicht-Dielektrikum, einer zweiten Elektronenspeicherschicht und einer zweiten Metallfolie. Nachfolgend wird der Aufbau einer Einzelzelle in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben: Erster Schritt: Eine erste Platte ist aus leitendem Material und weist eine Größe von vorzugsweise etwa 5cm mal 5cm auf. Das Material ist vorzugsweise ein Metall zur Stromableitung. Weiter bevorzugt ist die erste Platte aus AL für eine preiswerte Konstruktion und für Ströme zwischen 10A und 1000A. Weiter bevorzugt ist die erste Platte aus Cu um eine noch schnellere Ableitung und hohe Ströme zu erreichen. Die Höhe der Ströme wird dabei durch den Leitungsquerschnitt bestimmt. Bei 1 mm² sind etwa 19 A möglich, bei 300mm² etwa 608 A. Alternativ oder ergänzend ist die erste Platte aus Au und/oder Pb für spezielle Anwendungen, die eine hohe Speicherfähigkeit erfordern. Alternativ oder ergänzend ist die erste Platte aus Ti und/oder WC (Wolframcarbid) für spezielle Anwendungen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit erfordern. Die erste Platte wird, vorzugweise mit einem Laser, in der Oberfläche mit einer Wellenstruktur, vorzugsweise mit einer Höhe von 1µm bis 20µm, besonders bevorzugt bis 2 µm, versehen. Diese wird als mikrostrukturiert bezeichnet. Anschließend wird die Mikrostruktur der ersten Platte mit einer Nanostruktur, vorzugsweise im Bereich von 60nm bis 600nm, versehen. Daraus ergibt sich eine Oberflächenvergrößerung um einen Faktor 10, wodurch die Kontaktfläche für später aufgebrachte Nanomaterialen vergrößert wird und die Stromableitung verbessert wird. Zweiter Schritt: Mit einem speziellen Laserauftragsverfahren, vorzugsweise lasergestütztes Suspensionsspritzen, wird Nanographit, vorzugsweise 600m²/g, 0,6g/cm³, als zweite leitende Schicht eingebracht, vorzugsweise mit einer Schichthöhe von 20 nm bis 200 µm. Diese Schicht speichert die Elektronen. Diese Schicht wird wie im ersten Schritt mittels Laser mikro- und /oder nanostrukturiert. Weitere bevorzugte Materialien sind, jeweils allein oder in Kombination mit Nanographit: Carbo Nanotubes, Graphen, Graphennanogel Graphenoxid, Graphensäure, WC oder Cu in Suspensionsnanoform. Bevorzugte Materialien zeichnen sich durch eine große Oberfläche, vorzugsweise 600 m²/g bis 800m²/g, und eine hohe Leitfähigkeit aus. Dritter Schritt: Mit einem speziellen Laserauftragsverfahren, vorzugsweise dem oben genannten, wird Bariumtitanat, vorzugsweise in Suspensionsform, besonders bevorzugt in Nanometerform aufgebracht. Es entsteht eine hochdichte, amorphe Schicht mit hoher Durchschlagfeldstärke und hoher Dielektrizitätskonstante. Die Schichthöhe ist bevorzugt 20nm bis 200 µm. Beides ist mit bisherigen Verfahren nicht gleichzeitig erreichbar. In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Schicht wie im ersten Schritt mittels Laser nachstrukturiert. Dabei wird eine Kontaktfläche für die nächste Schicht ausgeformt. Vierter Schritt: Einbringen einer zweiten Elektronenspeicherschicht, vorzugsweise Nanographit, vorzugsweise mit einer Nachstrukturierung analog zum zweiten Schritt. Fünfter Schritt: Einbringen der zweiten Metallschicht, vorzugsweise mittels Laserverfahren, besonders bevorzugt mit demselben Laserauftragsverfahren wie vorstehend beschrieben. Ergänzend sei angemerkt, dass für geringe Schichthöhen, d.h.2nm bis 20 nm bis 2µm, die Laserverfahren zur Erzeugung von Kohlenstoffhartstoffschichten, die eine Droplett freie Schicht erzeugen, verwendet werden können. Diese Schichten haben eine hohe Durchschlagsfestigkeit und eine hohe Leitfähigkeit. Ferner kann in das Dielektrikum eine spannungsfeste Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff eingebracht werden. Ergänzend sei ferner angemerkt, dass sich das Dielektrikum, vorzugsweise des Bariumtitanatdielektrikum auch durch lasergestütztes Suspensionsspritzen durch Verwendung der Ausgangsstoffe BaO und TiO2 sowohl als Gemisch als auch einzeln erst BaO und dann TiO2 oder umgekehrt erzeugen lässt. Alternativ zu der oben beschriebenen Konstruktion ergeben sich beim Suspensionsspritzen des Dielektrikums, vorzugweise Bariumtitanat, dieselben Konstruktionsmerkmale. Die mit den Schritten 1 bis 5 erzeugte Struktur hat die nachfolgenden Vorteile: Hohe Flächendichte des Speichermediums, bei Verwendung von Nanographit 20 m²/ cm² bei einer Schichthöhe von 20µm. Hohe Durchschlagfeldstärke aufgrund der hohen Dichte und des amorphen Zustands des Dielektrikums und des verwendeten Laserauftragsverfahrens und/oder des verwendeten Dielektrikums (ca.20kV/mm). Im Gegensatz zu einem kristallinen Zustand gibt es keine Versetzungen, die einen vorzeitigen Spannungsdurchbruch verursachen können. Hohe Dielektrizitätskonstante von 100000 statt 1000 bis 10000 im kristallinen Zustand, ebenfalls aufgrund der hohen Dichte und des amorphen Zustandes der Schicht. Größere Wirkung der Konstruktion aufgrund Kontaktflächenvergrößerung durch die Laserstrukturierung im Mikrometer- und Nanometerbereich des metallischen Leiters, des Nanographits und des Dielektrikums. Bei gleicher Fläche und gleichem Speichermedium und einer Höhe des Dielektrikums von 20µm, kann ein Kondensator, wie oben beschrieben, für 200V ausgelegt werden, während ein herkömmlicher Superkondensator nur für 5V ausgelegt ist. Das allein führt über die Beziehung der Energiespeicherfähigkeit und für eine Auslegungsspannung von 200V zu einem Verhältnis von in der Menge
Figure imgf000010_0001
der speicherbaren Energie. Die Ladungsabgabe erfolgt durch Elektronen, weshalb in kurzer Zeit große Energiemengen aufgenommen oder abgegeben werden können. Die schnelle Stromableitung wird weiter erzeugt durch die großen Kontaktflächen der verwendeten Materialien. Ferner hat der Kondensator eine geringe Temperaturabhängigkeit aufgrund des amorphen Dielektrikums, welche durch eine geringere Bewegung von Störstellen und Versetzungen im Vergleich zum kristallinen Zustand bedingt wird. Eine Aufladung an Ladestationen mit 100 kW bis 1000 kW ist in Sekunden bis Minuten möglich. Insbesondere kann ein Kondensator in der Ladestation aufgeladen werden, wenn kein Fahrzeug in der Ladestation ist. Anschließend kann eine schnelle Übertragung vom Kondensator in der Ladestation auf den Kondensator im PKW erfolgen. Der Kondensator ist nahezu verschleißfrei, da nur Elektronen bewegt werden. Ferner können Leckströme verhindert werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen In den Zeichnungen zeigt: Fig.1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators; und Fig.2 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators. Der Kondensator weist eine obere Metallplatte 1a und eine untere Metallplatte 1b auf. Die Metallplatte ist bevorzugt aus einem der Materialien CU, Silber, AL, Pb, oder Edelstahl, wodurch eine schnelle Ableitung der Ladung erfolgt. Kupfer ist besonders vorteilhaft. An der Oberfläche 2 der Metallplatte befindet sich eine Mikrostruktur und eine Nanostruktur 2. Die Höhe beträgt etwa 3µm bis 30µm, bevorzugt etwa 5µm. Die Struktur wird bevorzugt mit einem Laser erzeugt, vorzugweise mit dem Verfahren nach Lasagni, et al. wie in DE 102018200036 B3 beschrieben. Das Verfahren nach Lasagni kann die benötigten Strukturen gleichzeitig durch Umordnung der Oberfläche erreichen. Dabei werden keine Nanoteilchen freigesetzt. Alternativ können entsprechende Strukturen, vorzugsweise mit einem Laser, abrasiv erzeugt werden. Zwischen der oberen und der unteren Metallplatte weist der Kondensator eine obere Nanoschicht 3 und eine untere Nanoschicht 3 auf. Die Nanoschichten 3 haben eine Höhe im Bereich von 5 bis 300µm, bevorzugt 15µm. Dadurch wird die Kontaktfläche vergrößert. Zwischen den Nanoschichten weist der Kondensator eine weitere Schicht als Dielektrikum auf, bevorzugt Bariumtitanat. Alternativ kann TiO2 oder diamantartige nichtleitende Kohlenstoffschichten in Kombination mit Bariumtitanat verwendet werden. Die Schichthöhe der weiteren Schicht ist bevorzugt zwischen 5µm und 30µm, bevorzugt 15µm. Die Schichthöhe wird dabei entsprechend der vorgesehenen Spannung und der Durchschlagsfeldstärke gewählt. Mindestens eine der Metallplatten 1a, 1b kann alternativ als Folie ausgeführt sein, und/oder durch Suspensionsauftragsschweißen, bevorzugt lasergestützt, erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine erste Metallfolie verwendet und für die zweite abführende Elektrode ein Laserauftragsverfahren Die Mikrostruktur und Nanostruktur 2 wird gleichzeitig oder nacheinander durch Umlagerung des Oberflächenmaterials mittels herkömmlichen Lasers nach dem Verfahren von Lasagni, et al. wie in der DE 102018200036 B3 beschrieben erzeugt. Die Elektronenspeicherschicht 3, auch als Nanoschicht bezeichnet, besteht aus mindestens einem von: Nanographit, Graphen oder Nanotubes. Alternativ oder ergänzend besteht die Schicht 3 aus gut leitenden Metallen in Nanometerform aufgetragen durch ein Lasergestütztes Suspensionsauftragsschweißen nach Barbosa, et al. wie beschrieben in DE102017218592 A1. Das Dielektrikum 4 ist bevorzugt Bariumnitrat, weiter bevorzugt in Nanometerform. Der Auftrag findet wie für die Elektronensperrschicht 3 statt, bevorzugt wie in DE 10 2017218 592 A1. Daraus ergibt sich eine amorphe Struktur von hoher Dichte und hoher Durchschlagsfestigkeit und eine hohe Dielektrizitätskonstante. Die Kapazität wird durch das Volumen der Elektronenspeicherschicht und die Größe der inneren Oberfläche, durch die Höhe des Dielektrikums 4 und die Durchschlagsfestigkeit der Dielektrikumsschicht 4 bestimmt. Die Art der Erzeugung der Schichten verbessert die Dichte, die Durchschlagsfestigkeit und die Dielektrizitätskonstante. Der Kondensator kann für beliebige Spannungen von 1V bis 10000V ausgelegt werden. Der Kondensator kann als Folien- oder Stapelkondensator ausgelegt werden. Im Nachfolgenden wird eine Einzelzelle einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrachtet. Die Einzelzelle ist von etwa quadratischer Form mit einer ersten Seitenlänge von 0,05m und einer zweiten Seitenlänge von 0,05m. Somit ergibt sich eine Fläche von 0,0025m2, d.h.25 cm². Strukturaufbau Die Einzelzelle hat folgenden bevorzugten Schichtaufbau: ● eine erste Schicht aus Metall, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer, mit einer Höhe von 20µm, d.h.20∙10-6m; ● eine zweite Schicht, die eine Elektronenspeicherschicht ist und vorzugsweise aus Nanographit oder Graphen besteht, mit einer Höhe von 20µm, d.h.20∙10-6m; ● eine dritte Schicht, die ein Dielektrikum ist und vorzugsweise aus Bariumtitanat besteht, mit einer Höhe von 20µm, d.h.20∙10-6m; ● eine vierte Schicht, die eine Elektronenspeicherschicht ist und vorzugsweise aus Nanographit oder Graphen besteht, mit einer Höhe von 20µm, d.h. 20∙10-6m; und ● eine fünfte Schicht aus Metall, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer, mit einer Höhe von 20µm, d.h.20∙10-6m. Somit ergibt sich eine Höhe der Schichte zu 100µm, d.h. 100 10-6m. Die gesamte Einzelzelle hat somit ein Volumen von 0,0025 m 2 × 10010−6 m = 2,5 ∗ 10−7 m 3 = 0.25 cm 3 Das Volumen der Elektronenspeicherschicht beträgt dabei 0,05cm³. In einer Multizelle von 1mm Höhe können 10 Einzelzellen übereinandergestapelt werden. In einer Blockzelle vom 1 cm Höhe können 10 Multizellen gestapelt werden. In einem kubischen Block von 5 cm Kantenlängen, können 5 Blockzellen gestapelt werden. Somit ergeben sich in einem Block 500 Einzelzellen mit insgesamt 2500 Schichten. Ein Batterieblock kann 8 Blöcke, d.h.4000 Einzelzellen aufweisen. Elektrische Kapazität Angenommen für einen Plattenkondensator gilt:
Figure imgf000014_0001
Mit A der Fläche der Platte und d dem Abstand der Platten. Bei A=1cm² und d=0,2cm ergibt sich:
Figure imgf000014_0002
Mit A der Fläche der Platte und d dem Abstand der Platten. Bei A=1cm² und 200µm ergibt sich: C = 4,427 pF Mit A der Fläche der Platte und d dem Abstand der Platten. Bei A=1cm² und 20µm ergibt sich: C = 44.27 pF Für Nanographit: Mit einer Oberfläche pro Volumenanteil von 600m²/cm³ ergibt sich: 600m² Oberfläche für eine Fläche von 1cm² und einer Höhe von 1 cm, 60m² Oberfläche für eine Fläche von 1cm² und einer Höhe von 1mm, 6m² Oberfläche für eine Fläche von 1cm² und einer Höhe von 100µm, 6m² Oberfläche für eine Fläche von 1cm² und einer Höhe von 10µm, 0,06m² Oberfläche für eine Fläche von 1cm² und einer Höhe von 1µm, und 1,2m² Oberfläche für eine Fläche von 1cm² und einer Höhe von 20µm. Für eine Schichtdicke von 20µm der Elektronenspeicherschicht ergibt sich also ein Flächenverhältnis zu:
Figure imgf000015_0001
Angenommen durch die Mikro- und Nanostrukturierung erhöht sich das Flächenverhältnis erfindungsgemäß weiter um einen Faktor 10, so ergibt sich die Kapazität zu:
Figure imgf000015_0002
Bei Bariumtitanat mit ∈r = 105 ergibt sich für 20µm Höhe und 1cm² Fläche:
Figure imgf000015_0003
Somit für die eingangs betrachtete Einzelzelle: 15000m² Oberfläche für eine Fläche von 25cm² und einer Höhe von 1 cm, 1500m² Oberfläche für eine Fläche von 25cm² und einer Höhe von 1 mm, 150m² Oberfläche für eine Fläche von 25cm² und einer Höhe von 100µm, 15m² Oberfläche für eine Fläche von 25cm² und einer Höhe von 10µm, 1,5m² Oberfläche für eine Fläche von 25cm² und einer Höhe von 1µm, und 30m² Oberfläche für eine Fläche von 25cm² und einer Höhe von 20µm.
Figure imgf000015_0004
Für eine Multizelle mit 10 Einzelzellen ergibt sich 132F, für eine Blockzelle mit 10 Multizellen sind das 1328F. In einem Block sind 5 Blockzellen gestapelt somit ergibt sich 6640F. In einem Batterieblock sind 8 solche Blöcke somit ergibt sich also 53120 F. Eine Blockzelle hat das Volumen 125cm³. Ein Block hat das Volumen 1000cm³ oder auch 1 Liter, L. Elektrische Energie Die nachfolgende Abschätzung bezieht sich auf die folgenden maximalen Werten: ● Die Dichte des Graphen von 1g/cm³; bei niedrigerer Dichte wird diese Schicht im Verhältnis zur geringeren Dichte erhöht. ● Die Durchschlagsspannung wird mit 20kV/mm angenommen. ● Die Dielektrizitätskonstante wird mit 100000 angesetzt. Das benutzte Auftragungsverfahren erzeugt eine kompakte Schicht mit hoher Dichte und hoher Versetzungsdichte, wodurch sich eine hohe Durchschlagsfestigkeit und eine hohe Dielektrizitätskonstante ergibt. Die gespeicherte elektrische Energie des Kondensators ergibt sich aus:
Figure imgf000016_0001
Für U gleich 230V ergibt sich für den o.g. Batterieblock:
Figure imgf000016_0002
Also eine spezifische Energie von 390kWh pro L. Wohingegen ohne Struktureffekt lediglich 39kWh/dm³ erreichbar sind. Im Vergleich dazu liegt Strontium-dotiertes BaTiO3 ohne Struktur bei ca.8 kWh/dm³. Ein fehlender oder geringerer Struktureffekt kann durch Erhöhung der Spannung und/oder Erhöhung des Elektronenspeichervolumens ausgeglichen werden. Die quasi amorphen Schichten verringern die Temperaturabhängigkeit der Speicherfähigkeit. Gewicht Das Gewicht bestimmt sich wie folgt: Der Block besteht aus 2/5 Aluminium, 2/5 Graphit und 1/5 Bariumtitanat. Somit ergeben sich: für das Aluminium mit 2,69 g/cm³:
Figure imgf000017_0001
für das Graphit mit 1 g/cm³:
Figure imgf000017_0002
, und für das Bariumtitanat mit 5,85 g/cm³:
Figure imgf000017_0003
In der Summe also: 2646g. Das entspricht einer spezifischen Energie von 147 kWh/kg Eine bevorzugte Verwendung ist als Energiespeicher in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, vorzugsweise in einem PKW. Der Vorteil gegenüber Batterien ist die Verschleißfreiheit. Abkürzungen: AL Aluminium Cu Kupfer Ag Silber Au Gold Pb Blei WC Wolframcarbid Ti Titan TiO2 Titandioxid BaTiO3 Bariumtitanat By the term storage capacity of a capacitor is meant the storage capacity of amounts of charge, Q, where Q = C*U and is measured in ampere-seconds. Today's high-current capacitors used in industry typically rely on the use of positively and negatively charged ions separated by a diaphragm. The charging currents for an electrically powered car with a battery are between about 10 A when charging at a household socket and about 1000 A to about 2000 A when charging at a powerful charging station. Depending on the required range, the energy storage capacity is designed to be 30 to 100 kWh. The currents mentioned above are sufficient, for example, to absorb the energy generated when the car brakes quickly and to use it for a subsequent acceleration process. The battery voltages are between 12 and 800 V. 48V is normal for mid-range cars. Although today's high-current capacitors for passenger cars are designed for the above-mentioned currents, they do not come close to the energy storage capacity of a lithium-ion battery. Nevertheless, they can already be used, as described above for energy storage in braking and acceleration processes. At around 20 Wh/kg, the energy storage capacity is one tenth of the energy storage capacity of a modern battery. In principle, the voltage for the individual cell is 3 to 5 volts and is based on the movement of lithium ions between two electrodes, which are separated by a diaphragm. Due to the mass of the ions, the frequency limit is around 10 Hz. The advantage of high-current capacitors compared to batteries, especially lithium batteries, is the longer service life and freedom from wear. Since only ions are moved and no chemical reaction takes place, up to 500,000 cycles are possible. Prior art high current capacitors discharge at about 5% per month. In conventional capacitors, the surface of the starting materials is usually smooth, ie roughness N4 to N11. Depending on the material used, the design voltage for a single cell is between 2 and 12 V per single cell. Conventional capacitors can be designed for any voltage, with the voltage dependency being determined by the density of the dielectric and the dielectric strength of the material. Conventional capacitors can be designed for any frequency due to the mobility of the electrons. The frequency dependency is due to the high ion mass of the lithium ions compared to the electron mass. The electron mass is about 1836 times larger than the proton mass. Even in today's high-current capacitors, the surface of the materials is usually smooth. Depending on the material used, the voltage dependency is between 2V and 12V per individual cell. The frequency dependency is due to the high ion mass, ie low ion mobility. According to relevant measurements, the limit frequency is around 10 kilohertz. US 9312076 B1 relates to a very high energy density ultracapacitor device comprising a plurality of carbon electrodes having an outer surface and an inner surface. A conductive metallic surface is connected to the outer surface. A ceramic is bonded to the inner surface of at least one of the plurality of carbon electrodes. A separator and an electrolyte are provided between the plurality of carbon electrodes. WO 2016057983 A2 relates to an electrode. The electrode comprises a current collector made of aluminum with an aluminum carbide layer on at least one of the surfaces on which at least one layer of carbon nanotubes (CNTs) is arranged. The electrode may include vertically aligned, horizontally aligned, or unaligned (e.g., tangled or clustered) CNTs. The electrode may include compressed CNTs. The electrode can comprise single-wall, double-wall, or multi-wall CNTs. The electrode can include multiple layers of CNTs. In the prior art, production is based on mechanical and chemical processes with disadvantages known to those skilled in the art. Furthermore, lithium ions are used in the prior art, which results in the disadvantages described above compared to the use of electrons. The object of the invention is to combine the advantages (frequency, voltage, no discharge, no energy loss) of conventional electronic capacitors and today's supercapacitors (capacity, power-to-weight ratio) and to avoid their disadvantages. The aim is to use modern manufacturing processes based on laser technology to create storage media that correspond to the power-to-weight ratio and energy storage capacity of modern batteries. These high-current capacitors can be implemented as solid-state or film capacitors. The management process takes place on a purely electronic basis. The solid-state capacitor consists of at least one individual cell, which has the following structure: a first metal plate for dissipating electrons, a first electron storage layer, a dielectric, a second electron storage layer and a second metal plate. A stacked capacitor is created by stacking the individual cells on top of each other. A film capacitor consists of: a first metal foil, a first electron storage layer, a layer dielectric, a second electron storage layer, and a second metal foil. The structure of an individual cell in a preferred embodiment of the invention is described below: First step: A first plate is made of conductive material and has a size of preferably about 5 cm by 5 cm. The material is preferably a metal for current dissipation. More preferably, the first plate is made of AL for low cost construction and for currents between 10A and 1000A. More preferably, the first plate is made of Cu in order to achieve even faster discharge and high currents. The magnitude of the currents is determined by the cable cross-section. With 1 mm² about 19 A are possible, with 300 mm² about 608 A. Alternatively or additionally, the first plate is made of Au and/or Pb for special applications that require a high storage capacity. Alternatively or in addition, the first plate is made of Ti and/or WC (tungsten carbide) for special applications that require high temperature resistance. The surface of the first plate is provided with a corrugated structure, preferably with a laser, preferably with a height of 1 μm to 20 μm, particularly preferably up to 2 μm. This is referred to as microstructured. The microstructure of the first plate is then provided with a nanostructure, preferably in the range from 60 nm to 600 nm. This results in an increase in surface area by a factor of 10, which increases the contact area for nanomaterials applied later and improves current dissipation. Second step: Nanographite, preferably 600m²/g, 0.6g/cm³, is applied as a second conductive layer using a special laser application process, preferably laser-assisted suspension spraying, preferably with a layer height of 20 nm to 200 µm. This layer stores the electrons. As in the first step, this layer is micro- and/or nano-structured using a laser. Further preferred materials are, each alone or in combination with nanographite: Carbo nanotubes, graphene, graphene nanogel, graphene oxide, graphene acid, WC or Cu in suspension nanoform. Preferred materials are characterized by a high surface area, preferably 600 m²/g to 800 m²/g, and high conductivity. Third step: Barium titanate is applied, preferably in suspension form, particularly preferably in nanometer form, using a special laser application method, preferably the one mentioned above. A high-density, amorphous layer with high breakdown field strength and high dielectric constant is formed. The layer height is preferably 20 nm to 200 μm. Both cannot be achieved simultaneously with previous methods. In a preferred embodiment, this layer is post-structured by means of a laser, as in the first step. A contact surface for the next layer is formed. Fourth step: introduction of a second electron storage layer, preferably nanographite, preferably with post-structuring analogous to the second step. Fifth step: introduction of the second metal layer, preferably by means of a laser method, particularly preferably with the same laser application method as described above. In addition, it should be noted that for small layer heights, ie 2 nm to 20 nm to 2 μm, the laser method for producing carbon hard material layers, which produce a droplet-free layer, can be used. These layers have high dielectric strength and high conductivity. Furthermore, a voltage-resistant layer made of diamond-like carbon can be introduced into the dielectric. In addition, it should also be noted that the dielectric, preferably the barium titanate dielectric, can also be produced by laser-supported suspension spraying by using the starting materials BaO and TiO 2 either as a mixture or individually first BaO and then TiO 2 or vice versa. As an alternative to the construction described above, suspension spraying of the dielectric, preferably barium titanate, results in the same construction features. The structure created with steps 1 to 5 has the following advantages: High areal density of the storage medium, when using nanographite 20 m²/cm² with a layer height of 20 µm. High breakdown field strength due to the high density and the amorphous state of the dielectric and the laser deposition process used and/or the dielectric used (approx. 20kV/mm). Unlike a crystalline state, there are no dislocations that can cause premature voltage breakdown. High dielectric constant of 100000 instead of 1000 to 10000 in the crystalline state, also due to the high density and the amorphous state of the layer. Greater effect of the construction due to the increase in contact area due to the laser structuring in the micron and nanometer range of the metallic conductor, the nanographite and the dielectric. With the same area and the same storage medium and a dielectric height of 20 µm, a capacitor as described above can be designed for 200V, while a conventional supercapacitor is only designed for 5V. That alone leads to a ratio of in quantity via the relationship of energy storage capability and for a design voltage of 200V
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of storable energy. The charge is released by electrons, which is why large amounts of energy can be absorbed or released in a short time. The rapid current dissipation is further generated by the large contact surfaces of the materials used. Furthermore, the capacitor has a low temperature dependency due to the amorphous dielectric, which is caused by less movement of impurities and dislocations compared to the crystalline state. Charging at charging stations with 100 kW to 1000 kW is possible in seconds to minutes. In particular, a capacitor in the charging station can be charged when there is no vehicle in the charging station. This can then be quickly transferred from the capacitor in the charging station to the capacitor in the car. The capacitor is almost wear-free because only electrons are moved. Furthermore, leakage currents can be prevented. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the drawings: Fig. 1 shows a side view of an embodiment of a capacitor according to the invention; and FIG. 2 shows a plan view of an embodiment of a capacitor according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a side view of an embodiment of a capacitor according to the invention. The capacitor has an upper metal plate 1a and a lower metal plate 1b. The metal plate is preferably made of one of the materials CU, silver, AL, Pb or stainless steel, which means that the charge can be discharged quickly. Copper is particularly advantageous. There is a microstructure and a nanostructure 2 on the surface 2 of the metal plate. The height is approximately 3 μm to 30 μm, preferably approximately 5 μm. The structure is preferably produced with a laser, preferably with the method according to Lasagni, et al. as described in DE 102018200036 B3. Lasagni's method can achieve the required structures simultaneously by rearranging the surface. No nanoparticles are released in the process. Alternatively, corresponding structures can be produced abrasively, preferably with a laser. The capacitor has an upper nanolayer 3 and a lower nanolayer 3 between the upper and lower metal plates. The nanolayers 3 have a height in the range from 5 to 300 μm, preferably 15 μm. This increases the contact area. Between the nanolayers, the capacitor has a further layer as a dielectric, preferably barium titanate. Alternatively, TiO 2 or diamond-like non-conductive carbon layers can be used in combination with barium titanate. The layer height of the further layer is preferably between 5 μm and 30 μm, preferably 15 μm. The layer height is selected in accordance with the intended voltage and the breakdown field strength. At least one of the metal plates 1a, 1b can alternatively be designed as a foil and/or produced by suspension deposition welding, preferably laser-assisted. In a preferred embodiment, a first metal foil is used and a laser deposition method is used for the second draining electrode. The microstructure and nanostructure 2 is simultaneously or sequentially deposited by rearranging the surface material using conventional lasers according to the method of Lasagni, et al. generated as described in DE 102018200036 B3. The electron storage layer 3, also referred to as a nanolayer, consists of at least one of: nanographite, graphene or nanotubes. Alternatively or additionally, the layer 3 consists of highly conductive metals applied in nanometer form by laser-supported suspension build-up welding according to Barbosa, et al. as described in DE102017218592 A1. The dielectric 4 is preferably barium nitrate, more preferably in nanometer form. The application takes place as for the electron blocking layer 3, preferably as in DE 10 2017218 592 A1. This results in an amorphous structure with high density and high dielectric strength and a high dielectric constant. The capacity is determined by the volume of the electron storage layer and the size of the inner surface, by the height of the dielectric 4 and the dielectric strength of the dielectric layer 4. The way the layers are created improves density, dielectric strength and dielectric constant. The capacitor can be designed for any voltage from 1V to 10000V. The capacitor can be designed as a film or stacked capacitor. A single cell of a preferred embodiment of the invention is considered below. The single cell is approximately square in shape with a first side length of 0.05 m and a second side length of 0.05 m. This results in an area of 0.0025m 2 , ie 25 cm². Structure The single cell has the following preferred layer structure: ● a first layer of metal, preferably aluminum or copper, with a height of 20 µm, ie 20∙10 -6 m; ● a second layer, which is an electron storage layer and is preferably made of nanographite or graphene, with a height of 20µm, ie 20∙10 -6 m; ● a third layer, which is a dielectric and is preferably made of barium titanate, with a height of 20 µm, ie 20∙10 -6 m; ● a fourth layer, which is an electron storage layer and is preferably made of nanographite or graphene, with a height of 20µm, ie 20×10 -6 m; and ● a fifth layer of metal, preferably aluminum or copper, with a height of 20 µm, ie 20 × 10 -6 m. This results in a height of the layer of 100 µm, ie 100 10 -6 m. The entire single cell thus has a volume of 0.0025 m 2 × 10010 −6 m = 2.5 ∗ 10 −7 m 3 = 0.25 cm 3 The volume of the electron storage layer is 0.05 cm³. 10 individual cells can be stacked on top of each other in a multicell with a height of 1mm. 10 multicells can be stacked in a block cell with a height of 1 cm. In a cubic block of 5 cm edge length, 5 block cells can be stacked. This results in 500 individual cells with a total of 2500 layers in a block. A battery block can have 8 blocks, ie 4000 individual cells. Electrical capacitance Assuming for a plate capacitor, the following applies:
Figure imgf000014_0001
With A the area of the plate and d the distance between the plates. With A=1cm² and d=0.2cm the result is:
Figure imgf000014_0002
With A the area of the plate and d the distance between the plates. With A=1cm² and 200µm the result is: C = 4.427 pF With A the area of the plate and d the distance between the plates. At A=1cm² and 20µm this results in: C = 44.27 pF For nanographite: With a surface area per volume fraction of 600m²/cm³ this results in: 600m² surface area for an area of 1cm² and a height of 1 cm, 60m² surface area for an area of 1cm² and a height of 1mm, 6m² surface for an area of 1cm² and a height of 100µm, 6m² surface for an area of 1cm² and a height of 10µm, 0.06m² surface for an area of 1cm² and a height of 1µm, and 1.2m² Surface for an area of 1cm² and a height of 20µm. For a layer thickness of 20 µm of the electron storage layer, the area ratio is:
Figure imgf000015_0001
Assuming that the micro- and nanostructuring increases the area ratio according to the invention by a factor of 10, the capacitance results in:
Figure imgf000015_0002
In the case of barium titanate with ∈r = 10 5 , this results for a height of 20 µm and an area of 1 cm²:
Figure imgf000015_0003
So for the single cell considered at the beginning: 15000m² surface for an area of 25cm² and a height of 1 cm, 1500m² surface for an area of 25cm² and a height of 1 mm, 150m² surface for an area of 25cm² and a height of 100µm, 15m² surface for an area of 25cm² and a height of 10µm, 1.5m² surface for an area of 25cm² and a height of 1µm, and 30m² surface for an area of 25cm² and a height of 20µm.
Figure imgf000015_0004
For a multi-cell with 10 individual cells this results in 132F, for a block cell with 10 multi-cells this is 1328F. In a block, 5 block cells are stacked, resulting in himself 6640F. There are 8 such blocks in a battery block, which results in 53120 F. A block cell has a volume of 125 cm³. A block has a volume of 1000cm³ or 1 liter, L. Electrical energy The following estimate refers to the following maximum values: ● The density of the graph of 1g/cm³; at lower density, this layer is increased in proportion to the lower density. ● The breakdown voltage is assumed to be 20kV/mm. ● The dielectric constant is assumed to be 100000. The deposition process used produces a compact layer with high density and high dislocation density, resulting in high dielectric strength and high dielectric constant. The stored electrical energy of the capacitor is given by:
Figure imgf000016_0001
For U equal to 230V, the above battery block results in:
Figure imgf000016_0002
So a specific energy of 390kWh per L. On the other hand, only 39kWh/dm³ can be achieved without a structural effect. In comparison, strontium-doped BaTiO 3 without a structure is around 8 kWh/dm³. A missing or reduced texture effect can be compensated by increasing the voltage and/or increasing the electron storage volume. The quasi-amorphous layers reduce the temperature dependence of the storage capacity. Weight The weight is determined as follows: The block consists of 2/5 aluminum, 2/5 graphite and 1/5 barium titanate. This results in: for the aluminum with 2.69 g/cm³:
Figure imgf000017_0001
for the graphite with 1 g/cm³:
Figure imgf000017_0002
, and for the barium titanate with 5.85 g/cm³:
Figure imgf000017_0003
So in total: 2646g. This corresponds to a specific energy of 147 kWh/kg. A preferred use is as an energy store in an electrically driven vehicle, preferably in a car. The advantage over batteries is that they are wear-free. Abbreviations: AL Aluminum Cu Copper Ag Silver Au Gold Pb Lead WC Tungsten carbide Ti Titanium TiO2 Titanium dioxide BaTiO3 Barium titanate

Claims

Patentansprüche 1. Ein Hochstromkondensator der aufweist: eine erste Schicht aus Metall mit einer ersten Oberfläche, eine erste Elektronenspeicherschicht, welche über der ersten Schicht aus Metall ausgeformt ist, ein Dielektrikum, welches über der ersten Elektronenspeicherschicht ausgeformt ist, eine zweite Elektronenspeicherschicht, welche über dem Dielektrikum ausgeformt ist, und eine zweite Schicht aus Metall mit einer zweiten Oberfläche, welche über der zweite Elektronenspeicherschicht ausgeformt ist. Claims 1. A high current capacitor comprising: a first layer of metal having a first surface, a first electron storage layer formed over the first layer of metal, a dielectric formed over the first electron storage layer, a second electron storage layer formed over the dielectric is formed, and a second layer of metal having a second surface formed over the second electron storage layer.
2. Hochstromkondensator nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche nanostrukturiert und/oder mikrostrukturiert ist. 2. High-current capacitor according to claim 1, wherein the first surface is nanostructured and/or microstructured.
3. Hochstromkondensator nach Anspruch 1, wobei die zweite Oberfläche nanostrukturiert und/oder mikrostrukturiert ist. 3. High-current capacitor according to claim 1, wherein the second surface is nanostructured and/or microstructured.
4. Hochstromkondensator nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste und/oder zweite Oberfläche eine Struktur mit einer Höhe von 1µm bis 20µm, bevorzugt 2µm aufweist; und/oder eine Wellenstruktur aufweist. 4. High-current capacitor according to claim 2 or 3, wherein the first and/or second surface has a structure with a height of 1 μm to 20 μm, preferably 2 μm; and/or has a corrugated structure.
5. Hochstromkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Elektronenspeicherschicht und/oder zweite Elektronenspeicherschicht nanostrukturiert und/oder mikrostrukturiert ist. 5. High-current capacitor according to one of claims 1 to 4, wherein the first electron storage layer and / or second electron storage layer is nanostructured and / or microstructured.
6. Hochstromkondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Dielektrikum in Nanometerform aufgebracht ist und/oder das Dielektrikum aus Bariumtitanat ist. 6. High-current capacitor according to one of claims 1 to 5, wherein the dielectric is applied in nanometer form and / or the dielectric is made of barium titanate.
7. Ein Verfahren für die Herstellung eines Hochstromkondensators nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste und/oder zweite Oberfläche mit einem lasergestützten Verfahren hergestellt wird. 7. A method for the production of a high-current capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein the first and / or second surface is produced with a laser-assisted process.
8. Verfahren für die Herstellung eines Hochstromkondensators nach Anspruch 7, wobei die erste und/oder zweite Elektronenspeicherschicht durch ein lasergestütztes Suspensionsauftragsschweißen aufgebracht wird. 8. A method for the production of a high-current capacitor according to claim 7, wherein the first and/or second electron storage layer is applied by laser-assisted suspension deposition welding.
9. Verfahren für die Herstellung eines Hochstromkondensators nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Dielektrikum mit einem Laserauftragsverfahren aufgebracht wird, und/oder vorzugsweise mittels Laser nachstrukturiert wird. 9. The method for the production of a high-current capacitor according to claim 7 or 8, wherein the dielectric is applied using a laser application method and/or is preferably post-structured using a laser.
10. Eine Verwendung eines Hochstromkondensator nach einem Ansprüche 1 bis 6 als Energiespeicher in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug. 10. A use of a high-current capacitor according to any one of claims 1 to 6 as an energy store in an electrically powered vehicle.
11. Eine Verwendung eines Hochstromkondensator nach einem Ansprüche 1 bis 6 als Energiespeicher in einer Ladevorrichtung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge. 11. A use of a high-current capacitor according to claims 1 to 6 as an energy store in a charging device for electrically powered vehicles.
12. Eine Ladevorrichtung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit einem Hochstromkondensator nach einem Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ladevorrichtung konfiguriert ist: in einer Aufladungsphase der Hochstromkondensator mit einer geringen Stromstärke aufgeladen zu werden und keine Energie an ein Fahrzeug abzugeben, und/oder in einer Ladephase den Hochstromkondensator mit einer hohen Stromstärke zu entladen und Energie an ein Fahrzeug abzugeben. 12. A charging device for electrically powered vehicles with a high-current capacitor according to any one of claims 1 to 6, wherein the charging device is configured: to be charged in a charging phase of the high-current capacitor with a low current and not to deliver energy to a vehicle, and/or in a charging phase to discharge the high-current capacitor with a high current and supply energy to a vehicle.
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