专利名称：在量子电池中存储电能的方法
描述在一个装置中高密度存储电能，该装置由具有特殊电特性的材料组成，将电池作为“超级电容器”分别形成为“量子电池”，用于静止环境以及运动的应用场合，并且也可以用在要求迅速充电和放电的应用场合中。
1.2技术领域存储装置与静止的电源相独立，并且由此应用于移动交通(公路、火车、船运以及航空)的电力驱动，主要目的是作为矿物燃料的能量替代。高密度无电阻损耗存储技术也可以应用于家庭能量供给，并且用于传输通过太阳能技术获得的能量。特殊的材料也允许制造新型的电子元件。电存储能量的极其高速和无损耗的释放甚至可以使用该装置作为爆炸物。
1.3现有技术在常规的电池以及在电容器中存储电能时，很大的单位重量是应用于移动交通中的一个主要缺点。另一方面，有利得多的在矿物燃料中直接存储化学能量并且其利用的简易性导致对不可恢复的天然储量的不能接受的浪费。此外，电能的技术上的存储和释放，例如铅蓄电池具有很高的电阻，它导致强烈限制充电和放电速度的很高的热损耗。迄今所能利用的“超级电容器”按照一种不同物理原理来工作。它们只对低电压起作用，对机械冲击敏感，显示出提高一些的电阻，并且具有低几个数量级的能量和功率密度。
1.4具体说明1.4.1优点这种新的装置允许直接存储与能够存储在矿物燃料中的能量具有相同数量级的密度的电能。能够达到在1直至超过15MJ/kg范围内的密度。新存储装置的特殊材料允许几乎无限的充电和放电循环，这种材料不会损耗。在工作期间，该存储装置没有表现出由于电阻而产生的损耗。该装置能够抵御机械冲击、过度加速、以及极限温度。定位在任何空间中也是没有关系的。
1.4.2本发明的基础本发明基于这种物理效应即嵌在一种绝缘基体例如SiO2或聚合树脂中、并处于强电场应力下以及处在临界电压(充电条件)的强偶极结晶材料诸如TiO2(强电负性)的非常小的颗粒借助于虚光子谐振(一种新的量子物理效应)而变得能够导电(成为半导体)，并且从而吸收能量，然后这种能量以类似于普通的平行板电容器的方式被存储。该存储装置能够被构造用于从几伏到几千伏的电压。这种存储电容器只受到最大可能的物理机械维度的限制。
1.4.3技术实现存储晶体，例如TiO2、SrTiO3或类似物，被磨成几nm大小的颗粒或者几nm厚的层，通过一种在载体表面上的绝缘介质相互贴合在一起。对于晶体类型存在特定的先决条件，主要“金红石”类型是必需的。
可采用两种不同的工艺a)研磨成的晶体颗粒与聚合树脂的混合物首先被散开，然后被静电喷射在一种由金属和聚合物箔组成的复合薄膜上，它被连续置于一个平台上或者缠绕在管状芯轴上。复合薄膜的绝缘金属箔是反电极。由于绝缘树脂和复合薄膜，在与湿的树脂一起到达表面上时，电荷不能流到地面。这些电荷与金属箔一起形成一个非常强的电场，它通过电容效应施加非常强的表面力。这些表面力引起精确的几何形状，并且在芯轴的情况下形成具有极其精确的厚度的圆形层。同样，由于强的表面力还在湿的树脂中施加了一个高的液压，使得各层变得没有气孔。另外，强的静电场导致偶极子精确地排列整齐。然后树脂通过加热或辐射进行处理。此后，分层的薄膜被切割并被成形为多层电容器。经过切割的薄膜可以被设置成平面状的，或者被卷绕。最后，该装置的金属部件可选择地被电气连接，形成存储装置的正极和负极。
b)通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)的方式，存储晶体例如TiO2的一些薄层连同绝缘层例如SiO2一起可选择地被沉积在平面载体表面上，该载体表面本身被一种形成底部电极的导电材料例如铂所覆盖。在大约700℃的温度通过适当的退火形成了多晶层。在每个共振层沉积后，它变成完全夹层式，由重叠的绝缘层所覆盖，并提供了固定作用。因此，在接下来的超过800℃的用于达到金红石相位的退火过程之后，当冷却下来时，甚至具有完全不同的热膨胀系数的共振层并不分层。最后，设置金属覆盖层，形成该装置的顶部电极。也可以沉积几种层的组合。
最后，存储装置将由绝缘材料来涂层，并且电极与外部接线夹相连或通过带状线与控制逻辑器件相连。
权利要求
1.一种用于制造所谓的超级电容器的方法，各量子电池分别基于1.)物理效应，通过它电能可以以共振激励被存储，非常小的结晶化学偶极颗粒或层由此变得导电，并且这些颗粒或层由电绝缘介质来隔离，而这些存储材料作为液体树脂例如聚合物与预先研磨成的纳米晶体的混合物、通过静电喷射被敷设在2.)一个预制的复合薄膜上，它包围着绝缘的金属箔，该金属箔用作3.)反电极，由此产生一个强电场，并且与电容效应一起产生引起强的表面力，该表面力使得能够形成几何形状精确和紧凑的层，并且能够使偶极晶体的电场排列整齐，其中在经过涂层的薄膜被切割，并最终被制成4.)平板电容器或5.)卷绕电容器，以使这些几何形状非常精确、均匀并且紧凑的层满足量子电池的放电条件之后，借助于这些量子电池6.)电能可以以大于15MJ/kg的数量级被存储。按照权利要求1.)这些具有特殊电特性的材料也可以通过化学或物理气相沉积7.)被敷设在平的表面上，由此电存储层可选择地与绝缘层一起被沉积，以使这些层以夹层方式重叠以进行固定，使得在超过800℃的退火以获得金红石相位之后，并且在冷却之后，由于不同的热膨胀系数使这些存储层不被分层，并且最终形成8.)层电容器，它具有非常薄且精确的层，这些层证明满足量子电池的充电条件，并且通过这种量子电池9.)在几伏到几千伏的范围内并且具有超过15MJ/kg的密度的电能可以非常快地被存储。
全文摘要
一种量子电池(超级电容器)的制造方法，该量子电池可以由纳米级的颗粒或层形式的化学高偶极晶体制成，这些颗粒或层被嵌入电绝缘基体材料或中间层中，并且被敷设于复合薄膜或固定的平基底中。上述材料被组合以便形成卷绕的电容器或平板电容器，它们能够存储在直至15MJ/kg或更大的范围内的电能，由于虚光子共振的效应而没有损耗。
文档编号H01G9/155GK1679123SQ03820319
公开日2005年10月5日 申请日期2003年6月26日 优先权日2002年7月1日
发明者罗尔夫·艾塞霖 申请人:罗尔夫·艾塞霖