能量储存装置、能量储存装置的制造方法以及包含能量储存装置的移动电子装置制造方法

能量储存装置、能量储存装置的制造方法以及包含能量储存装置的移动电子装置制造方法
【专利摘要】能量储存装置包括：中间段(610)，包括多个双面多孔结构(500)，其中每个包含其两个相对表面(515，525)中的多个通道(511)；上段(620)，包括单面多孔结构(621)，其中包含其表面(625)中的多个通道(622)；以及下段(630)，包括单面多孔结构(631)，其中包含其表面(635)中的多个通道(632)。
【专利说明】能量储存装置、能量储存装置的制造方法以及包含能量储 存装置的移动电子装置

【技术领域】
[0001] 一般来说，本发明的所公开实施例涉及能量储存装置，以及更具体来说，涉及用于 能量储存装置的性能增强和制造技术。

【背景技术】
[0002] 现代社会依赖能量的现成可用性。随着对能量的需求增加，能够有效储存能量的 装置变得越来越重要。因此，包括电池、电容器、电化学电容器（EC)(包括伪电容器和电双 层电容器（EDLC) -又称作超级电容器以及其它名称）、混合EC等的能量储存装置广泛用于 电子以及之外的领域。具体来说，电容器广泛用于范围从电路和电力输送到电压调节和电 池更换的应用。电化学电容器的特征在于高能量储存容量以及其它预期特性、包括高功率 密度、小尺寸和小重量，并且因而成为供若干能量储存应用中使用的有希望候选。
[0003] 以上所述的相关情况（国际申请No. PCT/US2010/029821)公开用于使用例如多孔 硅来形成高能量密度电化学电容器的三维结构。在所公开实施例的一部分中，电化学过程 用来将孔深入蚀刻到硅结构中，以及孔填充有电解质或者高k介电材料和/或与电解质结 合的薄导电薄膜。

【专利附图】

【附图说明】
[0004] 通过阅读以下结合附图中的所附图表进行的详细描述，将会更好地了解所公开实 施例，其中： 图1和图2是按照本发明的实施例的能量储存装置的截面图； 图3是按照本发明的实施例、在多孔结构的通道中形成的电双层的图示； 图4a和图4b分别是多孔硅结构的表面和截面切片的图像； 图5是可用于按照本发明的实施例的能量储存装置中的双面多孔结构的截面图； 图6和图7是按照本发明的实施例的能量储存装置的截面图；以及 图8是示出制造按照本发明的实施例的能量储存装置的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0005] 为了说明的简洁和清楚起见，附图示出构造的一般方式，并且可省略众所周知的 特征和技术的描述及细节，以免不必要地影响对本发明的所述实施例的论述的理解。另外， 附图中的元件不一定按比例绘制。例如，图中一部分元件的尺寸可相对于其它元件放大，以 帮助提高对本发明的实施例的理解。某些附图可按照理想化方式示出，以便例如当结构示 为具有直线、锐角和/或平行平面等时帮助理解，在现实世界条件下可能明显不太对称和 有序。不同附图中的相同参考标号表示相同元件，而相似参考标号可以但不一定表示相似 元件。
[0006] 描述和权利要求书中的任何术语"第一"、"第二"、"第三"、"第四"等（若有的话） 用于区分相似元件，但不一定用于描述特定顺次或时间顺序。要理解，这样使用的术语在 适当情况下是可互换的，使得本文所述的本发明的实施例例如能够按照与本文所示或以其 他方式所述的不同的次序进行操作。类似地，如果方法在本文中描述为包括一系列步骤或 操作，则如本文所提供的这类步骤或操作的顺序不一定是可执行这类步骤或操作的唯一顺 序，而是也许可能省略所述步骤或操作的一部分和/或也许可能将本文中没有描述的某些 其它步骤或操作添加到该方法。此外，术语"包括"、"包含"、"具有"及其任何变化意在涵盖 非排他的包含，使得包括元件列表的过程、方法、产品或设备不一定局限于那些元件，而是 可包括未明确列出或者这种过程、方法、产品或设备固有的其它元件。
[0007] 描述和权利要求书中的任何术语"左"、"右"、"前"、"后"、"顶部"、"底部"、"之上"、 "之下"等（若有的话）用于描述性目的，而不一定用于描述永久相对位置，除非另加具体说 明或者由上下文说明。要理解，这样使用的术语在适当情况下是可互换的，使得本文所述的 本发明的实施例例如能够按照与本文所示或所述的不同的其它取向进行操作。如本文所使 用的术语"耦合"定义为按照电或非电的方式直接或间接连接。本文中描述为彼此"相邻" 的对象在适合于使用词语的上下文的情况下可以是彼此物理接触、彼此接近或者在相同的 一般地区或区域。本文中的词语"在一个实施例中"的出现不一定都表示同一个实施例。
[0008] 附图详细描述 例如上述相关情况中所公开的、使用多孔导电或者半导通衬底所制作的电化学电容器 在能量储存方面提供显著有益效果。但是，组装多孔导电或者半导通衬底以形成大EC是 棘手的，因为多孔衬底通常是平坦的，并且较薄和较脆。衬底能够制作成较厚，以便进行补 偿，但是所产生的较深孔将变得更难以填充有电解质并且填充有使用原子层沉积（ALD)所 沉积的膜等。另外，较厚的多孔结构能够对处理期间的应力和破裂越来越敏感。如下面将 详细论述，本发明的实施例为EC或其它能量储存装置提供机械强度和支承，同时简化其组 装。
[0009] 在本发明的一个实施例中，能量储存装置包括：中间段，包括多个双面多孔结构， 该多个双面多孔结构中每个包含其两个相对表面中的多个通道；上段，包括单面多孔结构， 单面多孔结构包含其表面中的多个通道；以及下段，包括单面多孔结构，单面多孔结构包含 其表面中的多个通道。
[0010] 虽然本文的论述的大部分将集中于电化学电容器，但是"能量储存装置"表示一除 了 EC之外一还明确包括混合电化学电容器（其与电化学电容器相似，在下文更详细论述） 以及电池、燃料电池以及储存能量的类似装置。按照本发明的实施例的能量储存装置能够 用于大量应用，包括在个人计算机（PC)中，包括台式和膝上型（笔记本）计算机、平板计算 机、蜂窝电话、智能电话、音乐播放器、服务器、其它电子装置、汽车、公共汽车、火车、飞机、 其它运输车辆、家用能量储存、用于太阳能或风能发电机、特别是能量采集装置所生成的能 量的储存等等。
[0011] 电化学电容器按照与管理常规平行板电容器的原理相似的原理进行操作，但是某 些重要差别适用。一个显著差别涉及电荷分离机制。对于一类重要EC，这通常采取所谓的 电双层或EDL、而不是常规电容器的电介质的形式。EDL在电解质与高表面积之间的界面处 通过该界面一侧的电子（或空穴）以及另一侧的离子电荷载流子的电化学行为来创建，并 且引起电荷的有效分离，而不管双层中的两层如此靠近的事实。（物理分离距离为大约单一 纳米。）因此，典型EDL电容器可被认为是将电荷储存在其EDL中。EDL的每层是导电的， 但是双层的性质防止电流流过它们之间的边界。（下面结合图3进一步论述EDL。） 正如常规电容器中那样，EDL电容器的电容与电极的表面积成正比，而与电荷分离距离 成反比。在EDL电容器中可取得的极高电容部分归因于可归因于多通道多孔结构的极高表 面积以及可归因于EDL的纳米级电荷分离距离，其因电解质的存在而发生，如上所述。可按 照本发明的实施例使用的一种类型的电解质是离子液体。另一种是包括包含离子的溶液的 电解质（例如Li 2S04、LiPF6)。有机电解质、水电解质和固态电解质也是可能的。
[0012] 另一类电化学电容器是伪电容器，其中除了 EDL电容之外，一种不同的储存机 制一最初是感应电流而不是静电的储存机制一还能够在某些类型的电极表面发生。这通常 称作"伪电容"，并且其特征在于与许多固态电极电池的操作相似的电荷储存过程。通常，伪 电容器的电极之一涂敷有过渡金属氧化物，例如Mn0 2、Ru02、NiOx、Nb205、V 205等，或者涂敷有 其它材料，包括M〇2N、VN、W2N、W 2C (碳化钨)、M〇2C、VC、适当导电聚合物或者组成其中储存电 荷的活性材料的类似材料。这些材料能够与电解质、例如氢氧化钾（Κ0Η)溶液配合使用；当 装置被充电时，电解质将与材料发生反应，并且驱动电荷转移反应，其中储存能量。更具体 来说，这些材料经过高可逆表面和近表面氧化还原（感应电流）反应（其因快速充电和放 电动力学而实现比常规电池中的大量储存要高的功率）储存其能量的大部分。
[0013] 混合电化学电容器是组合EC和电池的属性的能量储存装置。在一个示例中，涂敷 有锂离子材料的电极与电化学电容器相结合，以便创建具有EC的快速充电和放电特性以 及电池的高能量密度的装置。另一方面，混合EC、例如电池具有比电化学电容器要短的预计 使用期限。
[0014] 现在参照附图，图1和图2是能量储存结构100的截面图，其将用来引导介绍将帮 助了解本发明的实施例的概念和结构的初始论述。如图1所示，能量储存结构1〇〇包括能 量储存装置101和导通支承结构102。备选地，如图2所示，能量储存结构100包括能量储 存装置101和非导通支承结构103。能量储存装置101包括由作为电子绝缘体和离子导体 的分离器130相互分离的导电结构110和导电结构120。分离器130防止导电结构110和 120相互物理接触，由此防止电短路。（在其它实施例中，由于以下所述原因，分离器是不必 要的并且能够省略。） 导电结构110和120的至少一个包括多孔结构，其中包含多个通道，其每个具有到多孔 结构表面的开口。这个特征是用于形成多孔结构的以下所述过程的结果。作为一个示例， 多孔结构可在导通或者半导通材料中形成。备选地，多孔结构可在涂敷了导电膜（例如ALD 导电膜（例如，ALD导电膜，例如氮化钛（TiN))的绝缘材料（例如氧化铝）中形成。在这点 上，具有更高电导率的材料是有利的，因为它们降低能量储存装置的有效串联电阻（ESR)。 在所示实施例中，导电结构110和导电结构120均包括这种多孔结构。相应地，导电结构 110包括具有到对应多孔结构的表面115的开口 112的通道111，以及导电结构120包括具 有到对应多孔结构的表面125的开口 122的通道121。
[0015] 能量储存装置101的各种配置是可能的。在图1的实施例中，例如，能量储存装置 101包括两个不同的多孔结构（即，导电结构110和导电结构120)，其隔着分离器130面对 面接合在一起。作为另一个示例，在图2的实施例中，能量储存装置101包括单平面多孔结 构，其中第一段（导电结构110)通过包含分离器130的沟槽231与第二段（导电结构120) 分离。导电结构之一将是正极侧，而另一导电结构将是负极侧。沟槽231可沿直线分离导 电结构110和120,但是备选地可使用更复杂形状、例如两个叉指电极的分支之间的曲折空 间来分离它们。
[0016] 作为一个示例，分离器130可能是透性膜或者其它多孔聚合物分离器。一般来说， 分离器防止阳极和阴极的物理接触（这可能引起装置的电气故障），同时准许离子电荷载 流子的转移。除了聚合物分离器之外，若干其它分离器类型是可能的。这些包括无纺纤维 布或者其它无纺分离器、液态膜、聚合物电解质、固态离子导体、玻璃纤维、纸、陶瓷等。在一 些实施例中，无纺分离器是随机定向或者按照定向模式设置的纤维的集中。
[0017] 应当注意，虽然在图2中示出，但是分离器在其中所示的配置中可以不是必要的， 因为例如支承结构102可用来保持结构110与120之间的物理分离。作为另一个示例，导 电结构110和120各可附连到陶瓷封装（未示出），其将两个导电结构相互保持物理分离。
[0018] 作为一个示例，导电结构110和120的多孔结构能够通过湿式蚀刻过程来创建，其 中施加到导电结构表面的液态蚀刻剂按照与水能够在岩石中切开通道的方式至少有点相 似的方式来蚀刻掉导电结构的部分。这是通道的每一个具有到导电结构表面的开口的原 因；湿式蚀刻方法不能在多孔结构中创建全封闭空腔、即没有到表面的开口的空腔、就像岩 石内部截留的气泡。这并不是说，那些开口因其它材料的存在或添加而无法覆盖有其它材 料或者以其它方式封闭（其实际上在若干实施例中可能发生），但是，无论是否被覆盖，到 表面的所述开口是按照本发明的至少一个实施例的各多孔结构中的各通道的特征。（其中 开口可被覆盖的一个实施例是其中作为电路或其它布线的一层外延硅在通道之上生长的 实施例。） 通过正确蚀刻剂，应当有可能从大量材料来制作具有所述特性的多孔结构。各种形式 的娃一包括冶金级娃、单晶娃、多晶娃和绝缘体上娃一是适用的一种材料。作为一个不例， 可通过采用氢氟酸（HF)和乙醇或异丙醇的混合物蚀刻硅衬底，来创建多孔硅结构。更一般 来说，多孔硅和其它多孔结构可通过诸如阳极化和染色蚀刻之类的过程来形成。下面将更 详细论述按照本发明的实施例的蚀刻技术。
[0019] 除了已经提到的多孔硅之外，可特别适合于按照本发明的实施例的能量储存装置 的某些其它材料是多孔锗和多孔锡。使用多孔硅的可能优点包括它与现有硅技术的兼容性 以及它在地壳中的充裕。多孔锗享有与用于那种材料的现有技术的结果相似的优点，以及 与硅相比享有其自然氧化物（氧化锗）是水溶的并且因此易于去除的又一可能优点。（在 硅表面形成的自然氧化物可截留电荷，这是不合需要的结果。）多孔锗也与硅技术是非常兼 容的。使用作为零带隙材料的多孔锡的可能优点包括它相对某些其它导通和半导通材料的 增强导通率。
[0020] 其它材料也可用于多孔结构，包括半导通材料，例如砷化镓（GaAs)、磷化铟 (InP)、氮化硼（BN)、碳化硅（SiC)以及合金、例如硅和锗的合金。还可使用有机半导体。在 一些实施例中，可将半导通材料一或者甚至绝缘材料一处理成使它们是导电的（或者更高 导通的）。一个示例是退化地掺杂有硼的硅。除了多孔半导通衬底之外，多孔导电衬底也可 用于EC，包括由诸如铜、铝、镍、钙、钨、钥和锰之类的金属所组成的衬底。
[0021] 再次参照图1和图2,能量储存结构100还包括（在图1所示的实施例中）多孔 结构的至少一部分上以及通道111和/或通道121的至少部分中的导电涂层140。这种导 电涂层可以是必要的，以便保持或增强多孔结构的导通率，其还能够降低ESR，由此改进性 能。例如，具有较低ESR的装置能够输送较高功率（其可在更大加速度、更大马力等方面来 证明）。相反，较高ESR(在典型电池内部常常是普遍的一种条件）至少部分因许多能量作 为热量浪费的事实（这是对长期性能和安全的关键考虑因素）而限制可用能量的量。
[0022] 图1和图2所示的是电解质150,其产生EDL，如上所述。电解质150 (以及本文所 述的其它电解质）在附图中使用圆圈的随机排列来表示。这种表示意在传达如下思路：电 解质是包含自由离子电荷载流子的物质（液态或固态，包括凝胶状材料）。圆圈是为了方便 起见而选择，而不是要暗示关于电解质成分或质量的任何限制，包括相对离子电荷载流子 的大小、形状或数量的任何限制。
[0023] 在引入电解质150之后，电双层在多孔结构的通道中形成，如图3示意所示。在那 个图中，电双层330在通道111之一中形成。EDL 330由两个成分组成：通道111的侧壁的 电荷（在图3中示为正，但在其它实施例中可能为负）；以及电解质中的自由离子电荷载流 子。因此，EDL 330提供电荷的分离，其是必要的，以便使电容器起作用。如先前所述，EDL 电容器的大电容以及因而能量储存电位部分因电解质离子电荷载流子与电极表面电荷之 间的小（大约1纳米（nm))分离距离而发生。
[0024] 应当注意，多孔结构的图1和图2的图示是极为理想化的，因为所有通道111和 121示为仅垂直延伸，这里只列举一个示例。实际上，通道可沿多个方向分叉，以创建复杂、 无序图案，其可能看起来有点像图4所示的多孔结构。
[0025] 图4a和图4b分别是多孔硅结构400 (在本例中为多孔硅）的表面和截面切片的扫 描电子显微镜（SEM)图像。如所示，多孔结构400包含多个通道411。应当理解，通道411 可能沿其长度扭曲和翻转，使得单通道可具有垂直和水平部分以及既不是完全垂直也不是 完全水平、而是介于其之间的某个位置的部分。注意，图4b中，通道延伸到靠近但是没有完 全到达蚀刻结构的底部，因而在通道下面留下未蚀刻硅层402。在一个实施例中，未蚀刻层 402充当多孔结构400 (以及对应能量储存装置，未示出）的支承结构，并且因而是支承结构 102的等效体。
[0026] 图5是按照本发明的一实施例的双面多孔结构500的截面图。如下面将进一步论 述，双面多孔结构500可用作按照本发明的实施例的能量储存装置的组件。如图5所示，双 面多孔结构500包括表面515和相对表面525。多个通道511的每一个具有到结构500的 表面515的开口 512,以及多个通道521的每一个具有到结构500的表面525的开口 522。 两组通道均包含电解质550。导电中心部分560位于通道511与521之间。
[0027] 可通过从两侧（每次一侧）蚀刻衬底，在到达衬底中点之前停止以便留下中心段 (560)，来形成双面多孔结构500。蚀刻过程的精度是使得它可至少控制成在一微米左右之 内，以及中心段560因而可根据需要具有大致一微米的厚度。但是，在某些实施例中，较厚 的值用于中心段560,因为较大厚度提供整体结构的机械强度的较大措施。因此，在一些实 施例中，中心段560可具有大致5或10微米或以上的厚度。
[0028] 蚀刻可使用电化学蚀刻来实现，其利用HF和异丙醇（或者乙醇等）的稀释混合物 来形成能够贯穿衬底的相当大部分的纳米孔。作为一个示例，可通过将上述HF混合物之一 用作蚀刻剂，将电化学蚀刻技术应用于初始电阻率为0.7毫欧厘米（πιΩ-cm)的固态硅晶 圆，来制备双面多孔结构、例如双面多孔结构500。可使用大约每平方厘米25毫安（mA/cm 2) 至500 mA/cm2的范围的电流密度。（这些值中的面积分量表示形成孔之前的衬底表面的面 积。） 除了提供机械强度之外，中心段560还形成通道511的尖端与通道522的尖端之间的 电连接。重要的是，整个硅衬底的宽度可用于这个电连接，其与具有较小连接剖面的结构相 比显著降低电阻率。此外，中心段的较小厚度（例如5-10微米，如上所述）提供电荷能够 流过其中的低电阻通路。
[0029] 以上论述参照按照本发明的实施例的多孔结构一包括双面多孔结构一进行。如上 所述，这些多孔结构能够在多种材料中形成，包括硅（采取各种形式，包括冶金级硅、单晶 硅、多晶硅和绝缘体上硅）、锗、GaAs、11^、8队0(?^、锡、铜、铝、镍、钙、钨、钥、锰、碳化硅、有 机半导体和硅锗合金。从其中制作多孔结构的材料在至少部分实施例中能够掺杂有增加其 导电率的元素；这可使用本领域已知的标准技术进行。在一个实施例中，其中形成多孔结构 的材料是硅，以及掺杂剂种类是硼，其可按照例如1〇 19 atoms/cm3的浓度来引入硅中。其它 可能的掺杂剂包括磷和砷（但是这些和其它η型掺杂剂要求蚀刻期间的照射过程（p型掺 杂剂不要求））。
[0030] 依靠作为通道创建技术的电化学蚀刻的本发明的实施例具有将掺杂剂引入从其 中制作多孔结构的材料中的另一个原因。在涉及硅和HF蚀刻剂的情况下，认为高电场吸引 缺陷处和孔的尖端处的空穴，其帮助硅与来自蚀刻剂的氟之间的反应。认为该过程涉及液 体形式的SiF 4分子的形成。SiF4被抽出并且最终从通道被冲洗掉，从而留下氢原子，其接 合到侧壁并且还形成H 2 (其然后作为气体被去掉）。一些氢原子仍然保留；这些与剩余硅原 子进行接合。这个过程向下蚀刻通道（各向异性地），与按照各向同性方式的横向扩大（其 只是抛光表面而没有形成通道）相反。如最好地理解那样，下面提出附加细节（但是必须 要说，多孔硅形成的机制的准确细节至少在某种程度上仍然是不明确的）。
[0031] 一般来说，在通道形成期间，半导体的直接分解几乎始终包括氧化加上氧化物的 后续分解。因此，蚀刻剂（例如HF)必须能够分解氧化物。分解反应并且由此半导体中的通 道形成的第二先决条件是电子空穴的可用性。与HF水溶液相接触的硅表面通过氢饱和，耗 尽电子空穴，并且趋向于相对电解质是化学非活性的（这在蚀刻过程期间保护通道侧壁）。 如果电压施加到电极，则硅晶圆中存在的空穴开始朝硅电解质界面迁移。在界面处，空穴去 除一个硅接合，并且由此使一个硅原子更易于与电解质进行交互。最终，硅原子转移到溶液 中。电极分解到具有最佳电流密度的区域中，并且通道在几乎没有电流密度的区域中形成。 按照不同模型，通道生长的发起可开始于微空腔、结构缺陷、机械应变区域或者表面势场的 局部扰动。
[0032] 双面多孔硅衬底（或者在其它适当材料中形成的双面多孔结构）一例如双面多孔 结构500-能够设置成使得形成电化学电容器叠层，其中电化学电容器能够按照使得它们 形成能够实现比EC能够单独实现的性能更好的性能的能量储存装置的方式相互连接。能 量储存容量和电压的大增加可通过按照这种方式堆叠多个多孔衬底来实现，如下面进一步 说明。
[0033] 关于任何电容器，理想电化学电容器的能量E如等式1所示取决于其电容和电压，

【权利要求】
1. 一种能量储存装置，包括： 具有第一表面和相对第二表面的双面多孔结构，所述双面多孔结构包含： 第一组通道，其中每个具有到所述双面多孔结构的所述第一表面的开口； 第二组通道，其中每个具有到所述双面多孔结构的所述第二表面的开口； 所述第一与第二组通道之间的导电中心部分；以及 所述第一组通道和所述第二组通道中包含的电解质； 与所述双面多孔结构的所述第一表面相邻的第一单面多孔结构，所述第一单面多孔结 构具有第一表面和相对第二表面，并且包含第三组通道，所述第三组通道中每个具有到所 述第一单面多孔结构的所述第一表面的开口，并且所述第三组通道中中每个包含电解质； 以及 与所述双面多孔结构的所述第二表面相邻的第二单面多孔结构，所述第二单面多孔结 构具有第一表面和相对第二表面，并且包含第四组通道，所述第四组通道中每个具有到所 述第二单面多孔结构的所述第一表面的开口，并且所述第四组通道中每个包含电解质。
2. 如权利要求1所述的能量储存装置，还包括： 在所述第一单面多孔结构的所述第二表面的第一导电层，所述第一导电层具有第一极 性；以及 在所述第二单面多孔结构的所述第二表面的第二导电层，所述第二导电层具有与所述 第一极性相反的第二极性。
3. 如权利要求1所述的能量储存装置，还包括： 所述单面多孔结构之一与所述双面多孔结构之间的分离器，其中所述分离器防止所述 双面多孔结构与所述单面多孔结构之间的电接触，但是准许来自所述电解质的离子电荷载 流子经过。
4. 如权利要求3所述的能量储存装置，其中： 所述分离器是聚合物分离器、无纺分离器、液态膜、聚合物电解质、固态离子导体、玻璃 纤维、纸材料和陶瓷材料其中之一。
5. 如权利要求1所述的能量储存装置，还包括： 所述双面多孔结构与所述第一单面多孔结构之间的第一分离器，所述第一分离器防止 所述双面多孔结构与所述第一单面多孔结构之间的电接触，但是准许来自所述电解质的离 子电荷载流子经过；以及 所述双面多孔结构与所述第二单面多孔结构之间的第二分离器，所述第二分离器防止 所述双面多孔结构与所述第二单面多孔结构之间的电接触，但是准许来自所述电解质的离 子电荷载流子经过。
6. 如权利要求1所述的能量储存装置，还包括： 与所述双面多孔结构相邻的第二双面多孔结构，其中所述第二双面多孔结构具有第一 表面和相对第二表面，并且包含： 第五组通道，其中每个具有到所述第二双面多孔结构的所述第一表面的开口； 第六组通道，其中每个具有到所述双面多孔结构的所述第二表面的开口； 所述第五与第六组通道之间的导电中心部分；以及 所述第五组通道和所述第六组通道中包含的电解质。
7. 如权利要求6所述的能量储存装置，其中： 所述第一和第二双面多孔结构电化学地串联连接。
8. 如权利要求6所述的能量储存装置，其中： 所述第一双面多孔结构电化学地连接到所述第一单面多孔结构；以及 所述第二双面多孔结构电化学地连接到所述第二单面多孔结构，使得所产生的等效电 路包含并联电连接的多个电容器。
9. 如权利要求1所述的能量储存装置，其中： 所述多孔结构的至少一个包括其中包含所述通道的内部区域和与所述内部区域相邻 的外部区域；以及 所述外部区域比所述内部区域要厚。
10. 如权利要求9所述的能量储存装置，其中： 所述外部区域包括所述多孔结构的未蚀刻部分。
11. 如权利要求1所述的能量储存装置，其中： 所述双面多孔结构从半导通材料来形成。
12. 如权利要求11所述的能量储存装置，其中： 所述半导通材料是硅、单晶硅、多晶硅、绝缘体上硅、锗、GaAs、InP、BN、CdTe、碳化硅、有 机半导体以及硅和锗的合金其中之一。
13. 如权利要求1所述的能量储存装置，其中： 所述双面多孔结构从导通材料来形成。
14. 如权利要求13所述的能量储存装置，其中： 所述导通材料是锡、铜、铝、镍、钙、钨、钥和锰其中之一。
15. -种能量储存装置，包括： 相互并联电连接的多个能量储存单元，其中各能量储存单元包括： 具有第一表面和相对第二表面的至少一个双面多孔结构，所述双面多孔结构包含： 第一组通道，其中每个具有到所述双面多孔结构的所述第一表面的开口； 第二组通道，其中每个具有到所述双面多孔结构的所述第二表面的开口； 所述第一与第二组通道之间的导电中心部分；以及 所述第一组通道和所述第二组通道中包含的电解质； 与所述双面多孔结构的所述第一表面相邻的第一单面多孔结构，所述第一单面多孔结 构具有第一表面和相对第二表面，并且包含第三组通道，所述第三组通道中每个具有到所 述第一单面多孔结构的所述第一表面的开口，并且所述第三组通道中每个包含电解质； 在所述第一单面多孔结构的所述第二表面的第一导电层，所述第一导电层具有第一极 性； 与所述双面多孔结构的所述第二表面相邻的第二单面多孔结构，所述第二单面多孔结 构具有第一表面和相对第二表面，并且包含第四组通道，所述第四组通道中每个具有到所 述第二单面多孔结构的所述第一表面的开口，并且所述第四组通道中每个包含电解质；以 及 在所述第二单面多孔结构的所述第二表面的第二导电层，所述第二导电层具有与所述 第一极性相反的第二极性， 其中： 所述至少一个双面多孔结构、所述第一单面多孔结构和所述第二单面多孔结构相互串 联电连接。
16. 如权利要求15所述的能量储存装置，还包括： 所述双面多孔结构与所述第一单面多孔结构之间的第一分离器，所述第一分离器防止 所述双面多孔结构与所述第一单面多孔结构之间的电接触，但是准许来自所述电解质的离 子电荷载流子经过；以及 所述双面多孔结构与所述第二单面多孔结构之间的第二分离器，所述第二分离器防止 所述双面多孔结构与所述第二单面多孔结构之间的电接触，但是准许来自所述电解质的离 子电荷载流子经过，其中所述第一和第二分离器是聚合物分离器、无纺分离器、液态膜、聚 合物电解质、固态离子导体、玻璃纤维、纸材料和陶瓷材料其中之一。
17. 如权利要求15所述的能量储存装置，还包括： 与所述能量储存单元关联的开关网络。
18. -种能量储存装置，包括： 中间段，包括多个双面多孔半导通衬底，所述多个双面多孔半导通衬底中每个包含其 两个相对表面中的多个通道； 上段，包括单面多孔半导通衬底，所述单面多孔半导通衬底包含其表面中的多个通道； 以及 下段，包括单面多孔半导通衬底，所述单面多孔半导通衬底包含其表面中的多个通道。
19. 如权利要求18所述的能量储存装置，还包括： 所述双面多孔半导通衬底的第一个与所述第一单面多孔半导通衬底之间的第一分离 器，所述第一分离器防止所述第一双面多孔半导通衬底与所述第一单面多孔半导通衬底之 间的电接触，但是准许来自所述电解质的离子电荷载流子经过；以及 所述双面多孔半导通衬底的第二个与所述第二单面多孔半导通衬底之间的第二分离 器，所述第二分离器防止所述第二双面多孔半导通衬底与所述第二单面多孔半导通衬底之 间的电接触，但是准许来自所述电解质的离子电荷载流子经过，其中所述第一和第二分离 器是聚合物分离器、无纺分离器、液态膜、聚合物电解质、固态离子导体、玻璃纤维、纸材料 和陶瓷材料其中之一。
20. 如权利要求18所述的能量储存装置，其中： 所述双面多孔半导通衬底和所述单面多孔半导通衬底各包括硅、单晶硅、多晶硅、绝缘 体上硅、锗、GaAs、InP、BN、CdTe、碳化硅、有机半导体以及硅和锗的合金其中之一。
21. -种移动电子装置，包括： 相互并联电连接的多个能量储存单元；以及 与所述多个能量储存单元关联的开关网络， 其中： 各能量储存单元包括： 具有第一表面和相对第二表面的至少一个双面多孔结构，所述双面多孔结构包含： 第一组通道，其中每个具有到所述双面多孔结构的所述第一表面的开口； 第二组通道，其中每个具有到所述双面多孔结构的所述第二表面的开口； 所述第一与第二组通道之间的导电中心部分；以及 所述第一组通道和所述第二组通道中包含的电解质； 与所述双面多孔结构的所述第一表面相邻的第一单面多孔结构，所述第一单面多孔结 构具有第一表面和相对第二表面，并且包含第三组通道，所述第三组通道中每个具有到所 述第一单面多孔结构的所述第一表面的开口，并且所述第三组通道中每个包含电解质； 在所述第一单面多孔结构的所述第二表面的第一导电层，所述第一导电层具有第一极 性； 与所述双面多孔结构的所述第二表面相邻的第二单面多孔结构，所述第二单面多孔结 构具有第一表面和相对第二表面，并且包含第四组通道，所述第四组通道中每个具有到所 述第二单面多孔结构的所述第一表面的开口，并且所述第四组通道中每个包含电解质；以 及 在所述第二单面多孔结构的所述第二表面的第二导电层，所述第二导电层具有与所述 第一极性相反的第二极性；以及 所述至少一个双面多孔结构、所述第一单面多孔结构和所述第二单面多孔结构相互串 联电连接。
22. 如权利要求21所述的移动电子设备，还包括： 所述双面多孔结构与所述第一单面多孔结构之间的第一分离器，所述第一分离器防止 所述双面多孔结构与所述第一单面多孔结构之间的电接触，但是准许来自所述电解质的离 子电荷载流子经过；以及 所述双面多孔结构与所述第二单面多孔结构之间的第二分离器，所述第二分离器防止 所述双面多孔结构与所述第二单面多孔结构之间的电接触，但是准许来自所述电解质的离 子电荷载流子经过。
23. 如权利要求22所述的移动电子装置，其中： 所述分离器是聚合物分离器、无纺分离器、液态膜、聚合物电解质、固态离子导体、玻璃 纤维、纸材料和陶瓷材料其中之一。
24. -种制造能量储存装置的方法，所述方法包括： 提供双面多孔半导通衬底，所述双面多孔半导通衬底包含其第一表面中的第一多个通 道和其相对第二表面中的第二多个通道； 提供第一单面多孔半导通衬底，所述第一单面多孔半导通衬底包含其表面中的第三多 个通道； 将所述第一单面多孔半导通衬底电化学地串联连接到所述双面多孔半导通衬底的所 述第一表面； 提供第二单面多孔半导通衬底，所述第二单面多孔半导通衬底包含其表面中的第四多 个通道；以及 将所述第二单面多孔半导通衬底电化学地串联连接到所述双面多孔半导通衬底的所 述第二表面。
25. 如权利要求24所述的方法，其中： 提供所述双面多孔半导通衬底包括： 对所述衬底的所述第一表面执行第一蚀刻，以便在其中形成所述第一多个通道； 对所述衬底的所述第二表面执行第二蚀刻，以便在其中形成所述第二多个通道；以及 控制所述第一蚀刻的深度和所述第二蚀刻的深度，以便在所述第一多个通道与所述第 二多个通道之间留下未蚀刻中心部分。
26. 如权利要求24所述的方法，还包括： 采用电解质来填充所述通道。
27. 如权利要求26所述的方法，还包括： 提供所述第一单面多孔半导通衬底与所述双面多孔半导通衬底之间的分离器，其中所 述分离器防止所述双面多孔结构与所述第一单面多孔结构之间的电接触，但是准许来自所 述电解质的离子电荷载流子经过。
28. 如权利要求27所述的方法，还包括： 提供所述第二单面多孔半导通衬底与所述双面多孔半导通衬底之间的第二分离器，其 中所述第二分离器防止所述双面多孔结构与所述第二单面多孔结构之间的电接触，但是准 许来自所述电解质的离子电荷载流子经过。
【文档编号】H01G11/26GK104115246SQ201280070312
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年2月21日 优先权日:2012年2月21日
【发明者】D.S.加德纳, T.V.阿尔布里奇, C.W.霍尔兹沃思, C.L.平特, Z.陈, W.C.金, Y.刘, J.L.古斯塔夫森 申请人:英特尔公司