用于在室温下生产电工薄层的方法及电工薄层与流程

本发明总体上可以被分配给电工薄层的领域。本申请人已经在该领域中工作，如通过申请de2012107100a1和wo2014019560a1所示的。总体

背景技术：
以及已知措施和方法合理反映于在这些应用中所研究的现有技术中。例如，de2004076a1或另外de3106654a1披露了对于小设备，pv模块与热偶发电器、电容器或蓄电池的组合。丝网印刷的cds/cdte太阳能电池自1980年已知，例如从thejapanesejournalofappliedphysics,volume19,number4,‘screenprintedthinfilmcds/cdtesolarcell’[日本应用物理学杂志，第19卷，第4期，‘丝网印刷的薄膜cds/cdte太阳能电池’]。

与现有技术相比，本申请人的申请披露了以下方法，其中可以借助于新鲜压碎和/或解附聚的无机微粒无盐糊剂通过与一定比例的纳米级颗粒和挥发性有机溶剂热压缩获得出人意料地柔性的印刷混合pv层复合物。高度柔性的复合物允许不寻常的应用，但工业上尚未作为具有宽适用性的基础产品而建立。鉴于可以像涂漆用刷子施加的并且可以伴随挥发性有机溶剂(在下文中被称为“voc”)的除气来干燥以实现pv层序列的有机pv油墨，对广泛可用的pv层和电工薄膜的工业需求如下：

需要电工层/层序列，该电工层/层序列

-可以在室温下工业地生产

-具有最小化水平的voc

-不包括任何芳族/有毒的有机材料。

在这些限制条件下，因此在工业部门中对于新颖方法存在需要。根据本发明，本申请人要求用于电工薄层的适当新颖的方法。

背景技术

本发明涉及生产电工薄层的方法以及根据独立权利要求的前序部分的电工薄层。

一般类型的薄层例如从de3784645t2是已知的：提供了以有机溶液分散、施加并且通过干燥固化的预制陶瓷的聚合物。然而，这些层的缺点是然后固化层必须在200摄氏度至400摄氏度下烘烤约一天，以便获得具有半导电和/或导电特性的陶瓷层。然而，在此发现，这种类型的陶瓷层作为电介质层和掺杂的电介质层还是可用的。然而，对于附加的电极层或外层，此文献设想了不利地要求真空室并招致高装置成本的pvd或cvd方法。

wo2011021982a1披露了一种生产电极层的方法，其中使碳纳米管与溶液中的金属簇接触，并且然后沉积在膜过滤器上并干燥。然后可以将沉积的碳纳米管的凝聚团作为薄层去除。不利地，此文献然后设想与酸性聚合物电解质的组合，其然后给出具有部分液体电解质的层复合物。相应催化剂的充放电曲线示出了随着每个循环可存储的能量的量的明显减少，这表明了具有副反应的电化学存储过程。电化学存储过程的可逆性不再存在超过90％的程度，这意味着在几次充电循环后，可存储的能量的量已经显著下降。

因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，并提供一种方法以及根据该方法的电工薄层，尽管工业加工和大面积制造，这可以提供持久的、稳定的并且就它们的电工特性而言几乎100％可逆的薄层。

此目的是根据独立权利要求的特征实现的。有利的实施例从下面的从属权利要求和说明书将是明显的。

技术实现要素：

本发明提供了一种通过在区域上提供以分散体的导电和/或半导电的无机附聚物并固化它们以形成层来生产电工薄层的室温方法，其特征在于

-该固化在室温下进行，并且

-通过与至少一种试剂接触来加速该固化。

根据该方法的电工薄层的特征在于

-该薄层具有5至50微米的厚度，

-该薄层具有30±15欧姆/平方厘米的电阻，

-该薄层具有至少80重量百分比的无机含量，剩余部分由无机改性剂和助剂以及非芳族聚合物添加物组成。

本发明的描述和有利的特征

在本发明的上下文中，“室温法”是指在标准环境温度下的工艺方案。在欧洲，此种温度是大约20摄氏度。根据环境和天气情况，在工厂厂房中10摄氏度至50或60摄氏度的温度还是可能的。在此仅仅至关紧要的是该方法可以在此类条件下进行，而无需特定的室温监测。

在本发明的上下文中，“电工薄层”是指具有在微米范围(即从0.1微米至几百微米)内的厚度的层。在电工薄层的情况下，标准层厚度经常在从5至50微米的范围内，因为即使在较长间隔下调整的工艺方案的情况下，也可以可靠地建立这种类型的尺寸。

电工薄层是以上描述的厚度的导电和/或半导电的层，并且可以作为触点或作为功能层用于层复合物中。相比之下，纯陶瓷薄层唯一地作为绝缘体将是可用的。关于半导电层和/或导电层的可能用途，提及工业部门及其中引用的文献和实例。

在本发明上下文中，目的是一种方法，其中将以分散体的导电和/或半导电的无机附聚物提供在区域上并固化以形成层。在本发明的上下文中，“无机附聚物”是颗粒，这些颗粒以它们的无机组合物包含至少以元素形式或以无机化合物(包括碳化物、石墨、炭黑或氧化物)的碳。附聚物的尺寸影响该层的厚度：如果0.5微米尺寸的金属氧化物的沉淀物用于形成2至3层的序列，则将获得具有±0.5微米的均匀度的厚度1.5微米的层。然而，现有技术不利地总是设想随后在升高的温度下对无机附聚物进行烘烤或烧结，或者结果仅仅是不能被用作稳定持久的层的松散复合物。特别地，用后者层不能够获得稳定的层组合。

本发明首次要求一种方法，其中

-该固化在室温下进行，并且

-通过与至少一种试剂接触来加速该固化。与试剂的接触可以显著缩短固化时间并实现工业中必要的短加工步骤。在此上下文中，该试剂积极地插入固化工艺中，其中溶剂被结合和/或交联反应在附聚物彼此的接触点/附聚物与随后基底层的接触点处被加速。

优选地，该方法的特征在于，该分散体以水性潮湿分散体至水性湿分散体的形式提供。水总是作为分散剂和溶剂是可获得的，并且是工业上直接可获得的。与已建立的有机溶剂相比，它提供了从毒理学观点来看根本不需要任何预防措施的优点。

优选地，该方法的特征在于，该使用的试剂是酰基卤。在特定特别优选的情况下，将金属相的稍微潮湿的碱性分散体沉积在薄层中的载体上。为了加速干燥，在空气抽吸下，用亚硫酰氯(经验式socl2，还被称为亚硫酸二氯化物)吹扫该层。这导致二氧化硫气体和hcl气体(在与水的反应下)。此外，使释放的盐酸气体与可获得的氢氧化物反应以给出相应的氯化物。整体层瞬间凝固以形成白色外壳，该白色外壳随后能够用蒸馏水冲洗掉。由此获得的层是均匀的、连续的且稳定交联的：金属柔性的钢基底可以是弯曲的并且还显著地被搅拌，而不导致剥离。诸位发明人假定，与形成相应吸湿的盐相组合的水分的附加去除使这些附聚物在它们的接触位点处经由氧结合并且伴随以极其加速的方式去除水而交联。在此背景下，在本发明的上下文中的“试剂”可以是以下任何化合物，其以组合的方式可以去除溶剂并同时辅助在这些附聚物的接触位点处的交联。

优选地，该方法的特征在于，该使用的试剂是至少一种选自下组的氧化还原活性试剂，该组由以下各项组成：卤素、卤素-硫属元素化合物、氟、氯、溴、碘、次卤酸盐、石盐、卤化物(halogenate)、全卤化物(perhalogenate)、来自uv范围的可见光子、氧气、富含臭氧的氧气、臭氧、过硼酸盐、过碳酸盐、过氧硫酸氢盐。

优选地，该方法的特征在于，该使用的试剂是至少一种选自下组的酸活性试剂或碱活性试剂，该组由以下各项组成：卤素-氢、次卤酸盐酸、石盐酸、氢卤酸、全卤酸(perhalogenacid)、次氯酸、亚氯酸、氯酸、高氯酸、干燥co2、干燥nh3、亚硫酰氯、硫酰氯、磷氧二氯化物、三氯化磷。

优选地，该方法的特征在于，该固化由至少一种可聚合添加物辅助，该可聚合添加物选自下组，该组由以下各项组成：可溶胀多糖、琼脂、角叉菜胶、黄蓍胶、阿拉伯树胶、藻酸盐、果胶、可溶胀多肽、明胶、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰基、多元羧酸、聚醚、聚酰胺、聚酰亚胺、具有基于可聚合甲基丙烯酸酯的侧基的有机硅化合物、有机硅氧烷、硅酮聚醚。

优选地，该方法的特征在于，将该电工薄层用上述试剂中的至少一种在边缘处以不完全固化状态进行改性。用硫酰氯处理具有金属组分的层导致催化形成氯痕迹。这些在边缘处氧化了不完全固化的层，并赋予该层半导体特性。诸位发明人假定，受控制的使用合适的氧化试剂、还原试剂和/或形成固体物质的试剂可以调节边缘层的化合价和/或结构缺陷，使得这些层根据de3784645t2的披露内容可以以通用的方式被相应地调节并且可以被配置为有效的半导体组合，例如作为pv层序列和/或调节晶体管。本发明工作实例的高压行为指示，此类层改性是可能的并且用本发明上下文中所要求保护的方法是可获得的。在此背景下，本发明还披露了可以通过基于所要求保护的方法获得的pv层序列和电工技术控制电路。

通过所披露的方法获得的本发明的电工薄层的特征在于

-该薄层具有0.1一直到几百微米的厚度，

-该薄层具有不超过30±15欧姆/平方厘米的电阻，

-该薄层具有至少80重量百分比的无机含量，剩余部分由无机改性剂和助剂以及非芳族聚合物添加物组成。

优选地，该电工薄层的特征在于，将该薄层根据该方法与另外的薄层组合，优选地被安排为在两个二维电极之间沉积的电介质。

另外的优点从工作实例中将是明显的。不言而喻的是，以上描述的特征和优点以及以下工作实例不应以限制性方式解释。如在说明书和技术领域和常见用途中阐明的有利的附加特征以及特征和用途的附加组合可以在单独地或不同地组合的所要求保护的主题中的独立权利要求的范围内实施，而不离开本发明的范围。

附图说明

参考图解，附图说明了，

图1：可以充当电容式功率存储装置的多层序列的有利实施例。

图2：按照图1等距视图的有利实施例。

具体实施方式

在有利的实施例中，电工薄层被安排在多个电极层、电介质层和电极基底层的序列中，其中已经根据该方法沉积了至少这些电介质层和/或这些电极基底层，其中

-阳极基底层由用石墨颗粒固化的钠硅水玻璃层组成，

-阴极基底层由用氧化钛颗粒固化的钠硅水玻璃层组成，

-电介质层由用多碘化物组分和/或碘组分固化的胶凝剂层组成，

-该层的序列以可逆的方式作为具有最高达12伏特的充电电压的电容式物理化学功率存储装置是可用的，

-该层的序列具有至少100并且优选地200至600wh/千克的能量密度，

-每层具有不超过25±5欧姆/平方厘米的电阻，

-这些电极层具有被安排为从该层序列的侧面突出的触点，

-将这些触点连接到上/下转换器上，

-该上/下转换器具有用于保持输出电压恒定的控制电路，并且

-该上/下转换器具有用于恒定控制的输出电压的外部负载的连接点。

作为另一个有利的实施例，通过在本发明上下文中披露的方法可以生产锂/聚合物蓄电池的替代物(优选地在平板pc中可用的)：在3×3厘米的膜载体上，为此目的，首先施加并且固化合适的金属导电的电极-优选以“导电银”或“导电铝糊剂”的水性分散体的形式。此后，将具有附加石墨颗粒的水性si/sio2/na2o(苏打-硅-水玻璃)的层作为导电附聚物施加。酸性干燥试剂加速该固化，并且获得固化的阳极基底，具有小于一分钟的反应时间。优选地，该层保持非常薄的(0.1微米至15微米)，以便不超过约30欧姆/cm2的内阻；为此目的，将不超过0.5微米的石墨颗粒用部分碱性溶解与不超过1至2微米的硅附聚物相组合而进行分散，通过浸渍、喷雾、流涂、旋转或印刷均匀地施加在两层或三层包装中，并且通过与酸性和/或氧化试剂接触瞬间固化为连续层。作为活性电介质，然后将新鲜的胶凝剂的分散体-优选e406-水和多碘化钾溶液-优选碘-碘化钾或聚维酮碘-施加在区域上，伴随水结合的附聚物的形成来制备(用30秒至几分钟的反应时间可获得0.1μm至15μm)，并且最终固化。此后，以以上描述的方式将由si/sio2/na2o(苏打-硅-水玻璃)和tio2的混合物组成的阴极基底作为水性分散体施加并固化。最后，如以上描述的施加另一电极。通过以上描述的步骤的多次重复，可能获得“堆叠”(电介质层的序列)，其中单独电极可以经由沿着外部延伸的宽接触片接触。在如此的夹层结构中简单实现容量增加，并且短的生产时间允许在几分钟内多次重复。更优选地，这些电极层以在前层的相反序列各自被反复涂覆，并且因此可以实现双重功能，其结果是，可能节省电极材料。

图1说明了由此可获得的工作实例的设计。根据图1，将由此产生的高性能电容存储装置连接到上/下转换器上。取决于必要且可获得的功率，这将该堆叠中的各种电极连接到负载上。在本发明的情况下，对于第一实验，要提供3.7伏特的供电电压。借助于该上/下转换器，有可能在完全放电以前实现恒定的输出功率(对于设计，参见图2)。在完全放电以前，具有一百万个充电-放电循环(具有40ma的恒定电流、12伏特的充电电压以及10伏特的放电电压)的以上描述的单独电介质层的延长的应力测试根本没有示出任何可测量的恶化。在此背景下，诸位发明人假定纯粹物理化学功率存储，该功率存储不改变电介质并且必须可逆的到超过99.99％的程度。在优选地0.1至15微米的层厚度的情况下，从测量值计算200至600wh/kg的能量密度。因此，以可靠的方式并且甚至在合成工艺中用粗略工艺方案，至少100wh/kg的能量密度是可能的。过载测试示出了由此产生的层序列的高安全性：超过12伏特，该电介质层展示了击穿，如将是二极管的典型的：存在短路。相比之下，安培数字的大量增加导致相应金属电极的溶解/分离：电极层变黑并破碎，其导致电触点与该层序列的破裂。该层序列绝不能够爆炸、爆燃或引爆。

工业实用性

用本发明的方法，第一次提出了一种生产电工薄层的方法，其中通过使用附加试剂在室温下的工艺方案在非常短的时间内提供了稳定的薄层。甚至用粗略的工业工艺方案，能够替换平板pc以及进一步深远的应用中的锂离子蓄电池的电容式存储装置从而变得是可获得的。

参考号清单

1-1阳极

1-2用于转换器的电极连接点

1-3阳极基底

1-4阴极

1-5阴极基底

1-6电介质

1-7阳极基底

2-1电容器堆叠

2-2各种电极的接触片

2-3上/下转换器

2-4负载连接