超导性超级电容器的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请为于2010年12月29日提交的、名为"超导性超级电容器"的PCT国际申 请PCT/US2010/062389的对应中国国家阶段申请第201080026830. 1号的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明通常设及大规模电子电路及其制作，大规模电子电路装在W混凝±、陶瓷 或其它类似的非导电材料制成的大规模防水真空的非导电外壳中，使用具有当地充足的自 然资源的层，例如砂或其它介电材料等，作为绝缘体（不论人为制成的或自然发生的）；w 人为产生的或自然发生的金属材料层作为导体，例如，铁、侣等；金属探针从壳体伸出且与 各导电层并联；并且人为产生或自然发生的现象作为探针的能量来源，例如，闪电。尤其是， 本发明设及用于形成具有集成的多层电容的宏电子组件的方法，该集成的多层电容基于其 形成于壳体中的非常宽的半径及层数，具有宽范围的电容值。因此可W将获得的电力接着 存储且分配，W供人类使用。新型发电厂考虑利用此超导性超级电容器技术，将电能提供给 电网并且由电力充电站使用，W用于电动运输车辆，例如汽车、卡车、公交车、船、火车及飞 机。
【背景技术】
[0003] 微电子电容器通常由W下步骤形成：在陶瓷基板上形成导电区域的图案W界定底 部电极；在底部电极上沉积介电材料薄层W形成用于微电子电容器的介电质；接着使用在 介电材料上的第二导电区域，在介电质上形成第二电极的图案W形成微电子电容器。在运 种方式中，微电子电容器存储电荷，并且因为必须作功W对微电子电容器充电，所W微电子 电容器还将存储电势能。如果考虑具有半径R的独立的金属球体的实例，任何存储在此球 体上的电荷称为Q，可W表示为电势：
阳〇化]运样存储在球体上的电荷量与电势（V)成正比。此比例关系存在于任何形状或尺 寸的任何导体。如果导体能够在低电势处存储大量的电荷，那么该单个导体的电容量（C) 很大，所W关系为：
[0007]因此，球体的电容量随着其半径增加，并且W并联方式联接在一起的许多运些球 体产生了总电容量，总电容量是它们单个电容量的总和。此外，电容器不仅存储电荷佩，还 存储电势能扣)，电势能可大体表示为：
[0009] (忽略介电层中的能量密度）。电势能做也是对电容器进行充电所必须作的功 的总量。
[0010] 在此需要本文中称为超导性超级电容器的宏电子电路（macroelectronic circuit)W及利用上述关系的方法，W用于获取和存储不论是自然发生或人为产生的闪电 的电荷，作为人类使用的替代能源。在确定雷击而产生的总能量范围处于特定设定范围中 之后，可基于地面面积或可用于支撑本发明的超导性超级电容器壳体的其它底面，来确定 电容器的嵌入并联层的理想半径和数量，该电容器形成本发明超导性超级电容器。
【发明内容】
[0011] 公开了一种超导性超级电容器W及形成大规模嵌入式电容的方法，该大规模嵌入 式电容在非常宽的半径上W并联方式联接，该半径可从数平方英尺变化至数百或数千平方 英里，或更多。通过在导电性材料的每层之间沉积多个介电材料的交替层，超导性超级电容 器形成在防水真空壳体中，W阻止水及湿气，借此，一个或多个电极位于每个介电层上，因 此形成具有至少一个从该壳体伸出的探针电极和连接至一个或多个电极的超导性超级电 容器，W例如用于从闪电源中接收电荷。可考虑将数层到数千层、甚至可能数百万层或更 多层的多个导体层分开的多个介电层，例如可W设计该多个介电层和导体层W限定多层电 容结构，该多层电容结构能够提供电能，W补充或替换损害环境的其它电能源。
[0012] 本申请公开了一种超级电容器，包括：多个嵌入式并联电容，通过交替导电材料层 和介电材料层形成，具有超过10英尺的半径并且封装在防水壳体中；W及至少一个未接地 探针，具有人为产生的能量源，直接连接至位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的 一个或多个电极，并且从所述防水壳体伸出，用于从闪电源接收电能W对所述超级电容器 进行充电。
[0013] 本申请还公开了一种从闪电中获取电能的方法，包括W下步骤：将超级电容器的 至少一个未接地探针放置在闪电源附近，所述超级电容器具有导体和介电材料的交替层W 形成多层并联电容结构，所述交替层的每层都具有超过10英寸的半径，所述多层并联电容 结构由防水壳体中的嵌入式并联电容形成，所述至少一个未接地探针具有人为产生的能量 源；W及使用与位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的一个或多个电极直接连接的 所述至少一个未接地探针从雷击中接收电能，并且所述至少一个未接地探针从所述防水壳 体伸出。
[0014] 本申请还公开了一种发电的方法，包括W下步骤：通过将超级电容器的至少一个 未接地探针附近的空气离子化云产生闪电，所述超级电容器具有导体和介电材料的交替层 W形成多层并联电容结构，所述交替层的每层具有任意形状并且在最短侧处的半径超过10 英尺，所述多层并联电容结构由防水壳体中的嵌入式并联电容形成，所述至少一个未接地 探针具有人为产生的能量源；W及通过与位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的一 个或多个电极直接连接的所述至少一个未接地探针从雷击中接收电能，所述至少一个未接 地探针从所述防水壳体中伸出。
[0015] 附图简要说明
[0016] 图1示出了超导性超级电容器的一个实施例，其中，根据本发明的某些实施例，在 很大的地面面积上，大规模嵌入式超级电容器W并联方式联接，使用用作防水壳体的陶瓷 材料、使用作为形成每个绝缘层的介电绝缘材料的娃，W及使用形成每个导电层的导体的 金属片。
[0017] 图2是示出自然发生的本发明的方法的实施方式的方块图。
[0018] 图3是示出人为控制的本发明的方法的实施方式的方块图。
【具体实施方式】
[0019] 本文中公开了本发明的详细实施方式；但是，应当理解，所公开的实施方式仅仅是 本发明的范例，其可WW各种形式体现。因此，本文所公开的特定结构及功能细节不可解释 为限制，仅作为权利要求的基础和作为教导本领域技术人员可能W任何适当的详细结构多 方面地利用本发明的代表基础。此外，本文中所使用的术语及短语并非旨在限制，而是提供 本发明的可理解的描述。
[0020] 本文中所使用的术语"一"限定为一个或一个W上。本文中所使用的术语"多个" 限定为两个或两个W上。本文中所使用的术语"另一个"限定为至少第二个或更多个。本 文中所使用的术语"包括"和/或"具有"限定为包括（即开放式用语）。虽然在图1中示 出