气凝胶电容器及制造该气凝胶电容器的方法与流程

本公开涉及一种气凝胶电容器及制造该气凝胶电容器的方法。

背景技术：

随着多层陶瓷电容器(mlcc)达到其容量极限，已经不断地开发具有高容量的电容器。具体地，最近已开发了使用气凝胶的电容器。

气凝胶是一种具有处于液体的物理性质和气体的物理性质之间的特殊的物理性质(诸如焓和密度)的新型材料。气凝胶可通过用空气取代通过溶胶-凝胶溶液反应形成的凝胶溶液而形成，从而可制造比空气轻的低密度气凝胶结构。

使用原子层沉积(ald)在气凝胶结构上形成金属/电介质/金属的多层结构的气凝胶电容器由于其每单位体积高表面积的特性而引起关注。近来，已经开发了具有多孔结构的气凝胶电容器。然而，尚未获得在气凝胶电容器上形成外电极的方法以及将外电极连接到设置在气凝胶电容器中的内电极的方法。

技术实现要素：

本公开的一方面可提供一种使外电极容易地连接到电容器结构的内电极的气凝胶电容器。

根据本公开的一方面，一种气凝胶电容器包括：基板，包括电容器结构和支撑件，所述电容器结构包括气凝胶、介电层和导电层，所述支撑件围绕所述电容器结构；以及电极单元，包括设置在所述基板上的第一电极和第二电极。所述第一电极连接到所述气凝胶，所述第二电极连接到所述导电层。

根据本公开的另一方面，一种制造气凝胶电容器的方法包括如下步骤：设置呈圆柱形状的气凝胶；将所述气凝胶连接到第一电极；在所述气凝胶上依次形成介电层和导电层；以及将所述导电层连接到第二电极。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其他方面、特征和优点将被更加清楚地理解，在附图中：

图1是根据本公开的示例性实施例的气凝胶电容器的透视图；

图2是根据本公开的示例性实施例的电容器结构的放大图；

图3是根据本公开的另一示例性实施例的气凝胶电容器的透视图；以及

图4是根据本公开的另一示例性实施例的气凝胶电容器的透视图。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。

图1是根据本公开的示例性实施例的气凝胶电容器的透视图。

参照图1，气凝胶电容器10可包括基板100和电极单元200。

基板100可包括电容器结构110和支撑件120。电容器结构110可具有管形状。可设置具有管形状的至少一个电容器结构110，并且至少一个电容器结构110可被拉长以设置为细管缠搅的形式。

图2是根据本公开的示例性实施例的电容器结构的放大图。

参照图2，电容器结构110可包括气凝胶111、围绕气凝胶111的介电层112以及围绕介电层112的导电层113。电容器结构110可具有围绕气凝胶111同轴地形成的介电层112和导电层113，从而气凝胶111处于中央处。作为示例，介电层112可形成为至少部分地围绕气凝胶111，导电层113可形成为至少部分地围绕介电层112。

气凝胶111可包括碳纳米管(cnt)和多壁碳纳米管(mwnt)中的至少一种。气凝胶111可对应于电容器结构110的内电极。气凝胶111可具有与电容器结构110的整体结构相似的管形状，并且具有管形状的气凝胶111可被拉长以设置为细管缠搅的形式。气凝胶111可在基板100中被设置为细管缠搅的形式，从而在基板100中可具有没有设置气凝胶111的区域中存在空间的多孔结构。

介电层112和导电层113可依次形成在呈圆柱形状的气凝胶111上。介电层112可以以围绕管状气凝胶111的形式设置在气凝胶111上，并且还可具有其中气凝胶111被包括在介电层112中的管形状。与介电层112相似，导电层113可以以围绕管状介电层112的形式设置在介电层112上，从而还可具有其中介电层112被包括在导电层113中的管形状。作为示例，介电层112和导电层113可通过原子层沉积(ald)依次形成。

具有气凝胶111-介电层112-导电层113的结构的电容器结构110可用作基板100中的电容器。这里，气凝胶111和导电层113可对应于电容器结构中的内电极，介电层112可对应于电容器结构中的电介质。

返回参照图1，支撑件120可围绕电容器结构110。支撑件120可填充基板100的其中没有设置具有细管缠搅的形式的电容器结构110的多孔区域。支撑件120可放置在基板100的多孔区域的内部空间中，从而可形成基板100的外观。作为示例，支撑件120可包括诸如环氧树脂的聚合物。

电极单元200可设置在基板100上，电极单元200可包括第一电极210和第二电极220。这里，第一电极210和第二电极220可对应于气凝胶电容器10的外电极。

第一电极210可连接到气凝胶111，第二电极220可连接到导电层113。

如上所述，电容器结构110可通过在气凝胶111上依次沉积介电层112和导电层113而形成。此时，第一电极210可在沉积介电层112和导电层113之前连接到气凝胶111。其后，介电层112和导电层113可在气凝胶111和第一电极210彼此连接的状态下依次沉积在气凝胶111上，从而可形成电容器结构110。

第二电极220可在沉积介电层112和导电层113之后连接到具有多孔结构的电容器结构110，从而第二电极220可与对应于电容器结构110的最外层的导电层113连接。支撑件120可在导电层113和第二电极220彼此连接的状态下置于基板100的多孔区域中。

虽然图1示出了第一电极210和第二电极220形成在基板100的上表面上，但根据示例性实施例，第一电极210和第二电极220可形成在基板100的侧表面和下表面中的至少一者上，并且第一电极210和第二电极220还可形成在基板100的不同的表面上。

此外，虽然图1中将第一电极210和第二电极220示出为固体电极，但第一电极210和第二电极220可通过形成为网形式的导体线形成，以增大接触面积。

图3是根据本公开的另一示例性实施例的气凝胶电容器的透视图。

根据图3中的示例性实施例的气凝胶电容器10a可与根据图1中的示例性实施例的气凝胶电容器10相似，因此将省略气凝胶电容器10a与气凝胶电容器10重复的描述，并将主要描述气凝胶电容器10a与气凝胶电容器10之间的不同之处。

参照图3，电极单元200的第一电极210和第二电极220中的每个可包括至少一个孔(hall)。此外，根据示例性实施例，至少一个孔可设置在第一电极210和第二电极220中的至少一者中。

如上所述，在根据本公开的示例性实施例的气凝胶电容器10a中，电容器结构110可在气凝胶111和第一电极210彼此连接的状态下通过在气凝胶111上依次沉积介电层112和导电层113而形成。其后，可通过在第二电极220和与电容器结构110的最外层对应的导电层113彼此连接的状态下将支撑件120置于基板100的多孔区域中来制造气凝胶电容器10a。

如上所述，当介电层112和导电层113在第一电极210和气凝胶111彼此连接的状态下依次沉积在气凝胶111上时，第一电极210可阻断介电层112和导电层113的沉积，从而降低良率。相似地，当在第二电极220和导电层113彼此连接的状态下放置支撑件120时，第一电极210和第二电极220可阻断支撑件120，从而降低良率。

根据本公开的示例性实施例，可在第一电极210中设置至少一个孔，以通过该孔在气凝胶111上依次并容易地沉积介电层112和导电层113。另一方面，可在第一电极210和第二电极220中设置至少一个孔，以使支撑件120可通过该孔被容易地填充在具有多孔结构的电容器结构110的内部空间中。

图4是根据本公开的另一示例性实施例的气凝胶电容器的透视图。

根据图4中的示例性实施例的气凝胶电容器10b可与根据图1中的示例性实施例的气凝胶电容器10相似，因此将省略气凝胶电容器10b与气凝胶电容器10重复的描述，并将主要描述气凝胶电容器10b与气凝胶电容器10之间的不同之处。

参照图4，电极单元200还可包括连接到第一电极210的至少一个辅助电极230和过孔240。过孔240可与至少一个辅助电极230互连并可将第一电极210连接到至少一个辅助电极230。第一电极210可设置在基板100的一侧上，并且至少一个辅助电极230和过孔240可填埋在基板100中。至少一个辅助电极230可设置在基板100的内部。

根据本公开的示例性实施例的气凝胶电容器10b可通过如下步骤制造：在设置有至少一个辅助电极230和过孔240的区域中形成气凝胶111以将气凝胶111电连接到至少一个辅助电极230和过孔240；以及将过孔240电连接到第一电极210。

根据本公开的示例性实施例，电连接到第一电极210的辅助电极230可设置在基板100中以增大用作内电极的气凝胶111与外电极之间的接触面积，从而有效地减小等效串联电阻。

此外，虽然上述示例性实施例描述了电极单元200包括连接到第一电极210的辅助电极230和过孔240，但电极单元200还可包括连接到第二电极220的辅助电极和过孔。在这种情况下，连接到第二电极220的辅助电极和过孔可电连接到导电层113。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，气凝胶电容器可容易地将外电极连接到电容器结构的内电极。

虽然以上已示出并描述了示例性实施例，但对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的由所附的权利要求限定的范围的情况下，可做出修改和变型。