电极

1.本发明涉及电极。具体地，本发明涉及一种电极的结构。


背景技术：

2.电极用于许多不同的应用中，例如用于电子部件。电极是一种电气导体，可用于与介质接触。例如，介质可以是电路的非金属部分(例如，半导体、电解质、真空或空气)，或如在蓄电池中的电解质溶液，或固体、气体或真空。
3.电极通常是金属的，并且如果介质是导电的或半导电的，则电极可以将电流传导到介质中以及从介质传导出电流。电极也可与电容器中的介电材料一起使用，或与超级电容器中的电解质一起使用。电子从其出现的电极称为阴极(标记为负)。接收电子的电极称为阳极(标记为正)。
4.电极被制造用于不同的目的，例如用于燃料电池、用于医疗目的(如eeg)、用于电镀、用于电弧焊、用于接地、用于化学分析或用于电解。
5.电极可以从增加其表面积中受益。例如，当电极表面积较大时，可以增加电容器中的电容。多孔膜、粉末或纳米颗粒已被用于获得更大的电极表面积。这种电极架构的实例包括碳纳米管、蚀刻铝电极和阳极化多孔膜。具有增加的表面积的电极在诸如电解、热电装置、燃料电池、各种生物应用(例如电路和生物基质之间的接触)的技术中也是可取的。


技术实现要素：

6.本发明的目的是实现一种新的电极结构以增加电极的表面积。该目的以独立权利要求中描述的方式实现。从属权利要求示出了本发明的不同实施方式。
7.根据本发明的电极结构包括导电部、在导电部上的草状介电材料、以及在草状介电材料上的导电层。导电部与导电层相互电连接。以这种方式，电极结构作为整体是导电的，并且具有高比表面积。
附图说明
8.在下文中，通过参考附图更详细地描述本发明，其中：
9.图1示出了根据本发明的电极结构的实施例，
10.图2示出了根据本发明的电极结构的另一实施例，
11.图3示出了本发明实施方式中的部件所使用的基底的实施例，
12.图4示出了本发明实施方式的另一实施例，
13.图5示出了本发明实施方式的又一实施例，
14.图6示出了在电容器中使用的本发明的示意图，以及
15.图7示出了在超级电容器中使用的本发明的示意图。
具体实施方式
16.图1示出了根据本发明的电极结构的实施例。一种电极结构，包括导电部1、在导电部1上的草状介电材料2、以及在草状介电材料上的导电层3。导电部1和导电层3彼此电连接。因此，电极结构作为整体是导电的，并且具有高比表面积。
17.高比表面积结构是指在相对于该结构的平面的垂直方向上具有相对高的量度的结构。例如，起伏或波形表面提供了高比表面积结构。高比表面积结构具有比平面结构大得多的表面积。
18.草状材料可形成高比表面积结构。草状材料可以是氧化铝或二氧化硅，即，介电材料。为了使电极结构正常工作，尽管有介电材料2，导电部1和导电层3仍彼此电连接。该连接可以是直接连接，或者当实际上非常薄的草状材料层在导电层和导电部之间不形成任何电阻时，通过非常薄的草状材料层连接。在图1中，导电部1和导电层3在若干位置c彼此直接连接。
19.草状氧化铝是一种高比表面积的介电涂层。该涂层通过氧化铝的原子层沉积(ald)和随后浸入热水中制造。草状氧化铝层的厚度主要取决于通过ald沉积的氧化铝的厚度，例如，28nm的沉积氧化铝产生约200nm厚的草状氧化铝。
20.电极结构的导电部1可以是如图1所示的平面结构，或者是如图2所示的高比表面积结构。在图2中，导电部在基底结构4上，导电部已经固定在基底结构上，在基底结构4上形成导电层。如果基底结构4是导电的，则其可以形成所述导电部1，在这种情况下，基底结构上不需要单独的导电部。
21.高比表面积结构可以是任何合适的形状。图3示出了基底结构的另一种形式的实施例，或者如果该结构是导电的，则作为导电部的实施例。
22.基底结构4也可以是多孔材料，以便具有较大的表面积。图4示出了多孔基底结构4的实施例。表面上的孔41被具有导电部1、草状介电材料2和草状介电材料上的导电层3的电极结构覆盖。一些孔42是内部的，其没有被覆盖。如果基底结构是导电的，则它可以形成导电部1。因此，导电部1可以是多孔材料。因此，基底结构4可以是高比表面积结构，或者它也可以是平面结构。基底结构可以是多孔硅、某些陶瓷结构、多孔阳极氧化铝、碳粉等。
23.如图2、图3和图4所示，如果表面上的开口、缝隙、沟槽或其它形状足够大以适合电极结构，则具有高比表面积结构或多孔结构的基底结构或导电部1适合于电极结构。换句话说，开口或其它形状大于电极结构的厚度。
24.导电部1为金属、tin、掺杂zno、导电碳、导电聚合物或其它导电材料。导电层3为金属、tin、导电碳或其它导电材料。导电层3也可以是保形的。
25.根据本发明的电极结构还可以包括在导电部1和草状介电材料2之间，和/或草状介电材料2和导电层3之间的附加层5、附加层6。附加层可用于改变电极结构的层/部件之间的粘附性、形貌、钝化作用、电学或甚至光学性质。
26.根据本发明的电极结构可以是电容器或超级电容器的一部分。电容器是用于在电场中存储电能(或电荷)的无源电气部件。电容器广泛地用于各种电子电路和设备中，用于存储和供应能量、过滤信号、减少信号噪声、抑制电压尖峰等。电容器的主要特性之一是其电容。通过增加电容器电极的表面积，可以增加集成或分立电容器的电容和电容密度。本发明提供了一种非常好的增加表面积的解决方案。图6以示意性的方式示出了这种实施例7。
该电容器具有电极，该电极具有本发明的电极结构1、2、3。在电极的顶部有介电材料8。在介电材料8顶部有保形导电膜9。在膜9的顶部有触点10，其由金属、导电聚合物或其它导电材料构成。该图是示意性的，并且实际实施方式可以与该图不同。更复杂的结构可以具有两个或更多个本发明的电极结构。
27.图7示出了表面积增加的超级电容器11的实施方式的示意图。该超级电容器具有两个电极，这两个电极具有本发明的电极结构1、2、3。在电极之间有电解质12和隔膜13。该图是示意性的，并且实际实施方式可以与该图不同。更复杂的超级电容器结构可以具有平坦的或高比表面积的基底4、附加层5和/或6、以及更大数量的本发明的电极结构1、2、3。
28.因此，当使用用于形成高比表面积结构的草状材料(其可以是介电材料)并且在草状材料的两侧具有导电部1和导电层3(其中导电部1和导电层3彼此电连接)时，电极结构作为整体是导电的并且其具有高比表面积。尽管该结构本身提供了增加的表面积，如图1所示，但是也可以如上所述通过在导电部中或在单独的基底结构中使用高比表面积结构或多孔结构来进一步增加表面积。
29.从上面的描述可以明显看出，本发明不限于本文中描述的实施方式，而是可以在独立权利要求的范围内以许多其它不同的实施方式来实现。


技术特征：
1.一种电极结构体，包括导电部(1)，其特征在于，结构体包括在所述导电部(1)上的草状介电材料(2)，在所述草状介电材料上的导电层(3)，从而使得电极的表面积增加，所述导电部(1)和所述导电层(3)彼此电连接，从而所述电极结构体作为整体是导电的并且具有高比表面积。2.根据权利要求1所述的电极结构体，其特征在于，所述草状介电材料(2)是氧化铝或二氧化硅。3.根据权利要求1或2所述的电极结构体，其特征在于，所述导电部(1)是平面结构体或高比表面积结构体。4.根据权利要求3所述的电极结构体，其特征在于，所述导电部(1)是多孔材料。5.根据权利要求1或2所述的电极结构体，其特征在于，所述电极结构体包括基底结构体(4)，所述导电部(1)已经固定在所述基底结构体上，在所述基底结构体上形成导电层。6.根据权利要求5所述的电极结构体，其特征在于，所述基底结构体(4)是平面结构体或高比表面积结构体。7.根据权利要求6所述的电极结构体，其特征在于，所述基底结构体(4)是多孔材料。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电极结构体，其特征在于，所述导电部(1)为金属、tin、掺杂zno、导电碳、导电聚合物、或其他导电材料。9.根据权利要求8所述的电极结构体，其特征在于，所述导电层(3)是金属、tin、导电碳、或其它导电材料。10.根据权利要求9所述的电极结构体，其特征在于，所述导电层(3)是保形的。11.根据权利要求1至10中任一项所述的电极结构体，其特征在于，所述电极结构体包括附加层(5，6)，所述附加层(5，6)在所述导电部(1)和所述草状介电材料(2)之间，和/或所述附加层(5，6)在所述草状介电材料(2)和所述导电层(3)之间。12.根据权利要求1至11中任一项所述的电极结构体，其特征在于，所述电极结构体是电容器或超级电容器的一部分。

技术总结
本发明实施了一种新型电极结构体，增加了电极的表面积。一种电极结构体，包括导电部(1)、位于导电部(1)上的草状介电材料(2)、以及位于草状介电材料上的导电层(3)。导电部(1)和导电层(3)彼此电连接。导电层(3)彼此电连接。导电层(3)彼此电连接。


技术研发人员：克里斯托弗
受保护的技术使用者：阿尔托大学基金会
技术研发日：2020.11.12
技术公布日：2022/9/20