專利名稱：可再充電的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可再充電電池，特別涉及一種結(jié)合了具有縱向延伸孔的固體材料的可再充電電池，在這些孔中形成或者置有縱向延伸的導(dǎo)體。
本申請交叉引用了名為“可再充電電池”且代理人代碼為CPV/P45202.1(請插入申請/公開號)的同期的英國申請，并且將其全部內(nèi)容合并在本申請中以作為參考。
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有多種可再充電電池。它們包括化學(xué)蓄電池，例如，鎳-鎘電池或者鎳-氫電池。這些電池因充電和放電時緩慢發(fā)生的不可逆化學(xué)反應(yīng)而造成使用壽命有限，而且，因?yàn)樗鼈円蚝杏卸净瘜W(xué)物質(zhì)而對環(huán)境不利。
在RU 2070756中公開了一種蓄電池，它由具有一對電極板的電容組成，固體電解質(zhì)的兩側(cè)各一個電極板。該電池通過使電流流過電解質(zhì)的方式充電。
在RU 2132585中公開了一種蓄電池，它由具有一對電極板的電容組成，所述電極板被浸入液體電解質(zhì)中。該電池通過使電流流過電解質(zhì)的方式充電。
在RU 2087066中公開了一種可再充電電池，它包括壓電陶瓷組件，該壓電陶瓷組件具有一對附屬的電極。該電池通過加熱壓電陶瓷組件的方式充電。
在RU 2074475也公開了一種蓄電池，它由電容組組成，并由發(fā)電機(jī)充電。
所有這些設(shè)備的使用壽命都不夠長，并且都趨向于對環(huán)境不利。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述，它提供了一種可再充電電池，包括固體電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料形式的能量儲存構(gòu)件，該能量儲存構(gòu)件中有多個孔，并且有細(xì)長的導(dǎo)電體被置于孔中，在所述導(dǎo)電體長度上至少有一點(diǎn)與能量儲存構(gòu)件接觸；第一對電極，其間加載有直流電壓，它在第一空間方位上形成于或者位于能量儲存構(gòu)件基本相對的兩側(cè)上；以及第二對電極，其在與第一空間方位不同的第二空間方位上形成于或者位于能量儲存構(gòu)件的基本相對的兩側(cè)上。
操作時，施加于第一對電極之間的直流電壓產(chǎn)生一個電場，該電場貫穿所述的固體材料，并在細(xì)長的導(dǎo)電體上感應(yīng)出靜電電荷，由此在第二對電極上產(chǎn)生一個電壓。
有利的是，至少一些所述的細(xì)長導(dǎo)電體處于基本上相同或者相似的空間方向上。在一個特別優(yōu)選的實(shí)施例中，有足夠多的導(dǎo)電體在基本相同或者相似的方向上延伸，以賦予所述固體材料各向同性的性質(zhì)；也就是說，有更多的導(dǎo)電體基本上在一個給定的主導(dǎo)方向而不是其它方向上延伸。所述導(dǎo)電體和電極優(yōu)選地具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，第一對電極之間畫出的一條假想直線沿著與主導(dǎo)的導(dǎo)電體方向基本垂直的方向延伸，而第二對電極之間畫出的一條假想直線則沿著與主導(dǎo)的導(dǎo)電體方向基本平行的方向延伸。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面所述，它提供了一種可再充電電池，該電池包括能量儲存，它位于兩對電極之間，所述能量儲存由固體電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料制成，其中具有孔，孔內(nèi)有細(xì)長的導(dǎo)電體，所述細(xì)長導(dǎo)電體在其長度上至少有一點(diǎn)與所述固體材料接觸，這些導(dǎo)電體中的至少一些導(dǎo)電體基本處于相同或者相似的空間方向上；第一對電極，它在第一空間方向上位于能量儲存的大體相對的兩側(cè)上，并且在電極之間加載有直流電壓；以及第二對電極，它作為輸出電極，并且在不同于第一空間方向的第二空間方向上形成于能量儲存的基本相對的兩側(cè)。
所述的導(dǎo)電體和電極最好具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即，第一對電極之間畫出的一條假想直線沿著與主導(dǎo)的導(dǎo)電體方向基本垂直的方向延伸，而第二對電極之間畫出的一條假想直線則沿著與主導(dǎo)的導(dǎo)電體方向基本平行的方向延伸。
所述細(xì)長導(dǎo)電體在其長度上的至少一些點(diǎn)上與固體材料接觸。
所述第一對電極優(yōu)選地緊靠固體材料形成或者放置。
所述第二對電極優(yōu)選地緊靠固體材料形成或者放置。
所述電極可以通過電鑄、電鍍、噴鍍到固體材料上而被形成。另外，所述電極也可以是單獨(dú)制成再被夾緊、粘附或者以其它方式放置到固體材料上。
所述電極可以由金、銀、鉑、銅或者這幾種金屬的組合制成。如果合適，也可以使用其它金屬。
所述固體材料為電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料，例如，就像在本申請人同樣未決的國際專利申請WO 00/40506中所說明的那樣。該文的全部內(nèi)容被合并在本申請中以作為參考。
所述固體材料可以是電介質(zhì)陶瓷材料，如固體的結(jié)晶陶瓷材料，包括壓電陶瓷材料和不同陶瓷材料的固體混合材料。所述固體材料可以是半導(dǎo)體，如硅或者鎵砷化合物，或者其它材料。所述固體材料也可以是電介質(zhì)和半導(dǎo)體材料的混合物。
所述固體材料可以依照WO 00/40506中敘述的工藝制造；也就是說，所述的孔可以通過電腐蝕工藝制造，所述導(dǎo)電體可以通過在孔中進(jìn)行局部離子沉淀而獲得。
所述的孔可以是微孔，其優(yōu)選地具有至多達(dá)到200nm的直徑，直徑在10nm到200nm之間則更好。
所述導(dǎo)電體可以由金、銀、鉑、銅或者這幾種金屬的組合制成。如果合適，也可以使用其它金屬。所述導(dǎo)電體優(yōu)選地具有細(xì)絲或者纖維的形狀，并且一個細(xì)長孔中可以有一條或者多條細(xì)絲或纖維狀的導(dǎo)電體。
所述導(dǎo)電體優(yōu)選地具有至多達(dá)到200nm的直徑，直徑在10nm到200nm之間則更好。
所述孔和導(dǎo)電體具有100nm到1000nm的縱向長度是有利的。當(dāng)然，在特殊場合下，超出這個長度范圍可能也是合適的。
當(dāng)給第一對電極上施加直流電壓時，將會產(chǎn)生一個穿過固體材料的電場。此電場在細(xì)長導(dǎo)電體上感應(yīng)出靜電電荷，并且這些電荷將在電場的影響下移動，于是在第二對電極之間感應(yīng)出電勢差。通過在第一對電極之間施加電勢差并使第二對電極連接負(fù)載或者其它電路，就可以使電流流過負(fù)載或者電路。
本發(fā)明所述的可再充電電池不包括任何化學(xué)活性成份，因此它對環(huán)境是有利的。另外，因?yàn)槌潆姇r，有很少的或者沒有機(jī)械的或者傳熱上的老化，本發(fā)明的可再充電電池相對于已有的蓄電池具有更長的使用壽命。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的可再充電電池的使用壽命超過已有的可再充電電池使用壽命的20％。
為了更好的理解本發(fā)明并且為了表示其是如何實(shí)現(xiàn)的，以下將結(jié)合附圖并以舉例的方式對本發(fā)明進(jìn)行說明。在附圖中

圖1示出了一種具有兩對電極的固體材料。
圖1中示出了固體陶瓷塊1，它具有多個細(xì)長的微孔，其中形成有多個細(xì)長的銀制導(dǎo)電細(xì)絲2。所述微孔和細(xì)絲2具有主導(dǎo)的縱向方向，如箭頭‘A’所示。第一對銀電極3是電鑄的，其在固體材料1的兩側(cè)一邊一個，這樣，在電極3之間的一條假想直線就基本上垂直于所述主導(dǎo)方向‘A’。第二對銀電極4是電鑄的，其在固體材料1的兩側(cè)一邊一個，這樣，電極4之間的一條假想直線基本上平行于主導(dǎo)方向‘A’。施加到電極3之間的直流電壓產(chǎn)生一個穿過固體材料1的電場。該電場在細(xì)絲2上感應(yīng)出靜電電荷，然后，在電場的影響下，電荷沿著細(xì)絲2移動，從而在電極4之間產(chǎn)生一個直流電壓，該電壓能夠產(chǎn)生穿過連接在電極4之間的負(fù)載(未示出)的電流。
例1.具有置于微孔中的金屬細(xì)絲的壓電陶瓷材料。
毫微孔被形成于通過標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)(一層壓縮的壓電陶瓷爐料與一層粘合劑被在1450℃的溫度下燒結(jié)，然后逐漸冷卻)生產(chǎn)的壓電陶瓷坯料的一個端面上，所述毫微孔是通過電腐蝕的方法形成的，該方法使用尖端直徑為20nm的第一電探針，此探針由antimony sulfoiodide(SSbI)制成，并且被提供有負(fù)極性脈沖(處理節(jié)距600nm，調(diào)整電壓4V；每個孔的處理時間400nsec)，然后，再使用第二探針，它是用銀制造的(尖端直徑為10nm)，其上提供有正極性脈沖，用以在已經(jīng)形成的毫微孔中形成銀制毫微細(xì)絲，所采用的方法是進(jìn)行局部離子沉淀(處理節(jié)距600nm，調(diào)整電壓2V；每個孔的處理時間400nsec)。第一和第二探針的定位是在掃描隧道顯微鏡的協(xié)助下完成的。微孔的密度是每平方微米平均3個微孔。
通過上述方法處理過的壓電陶瓷板被提供進(jìn)行強(qiáng)度(破壞應(yīng)變)研究。其強(qiáng)度為3100N/mm2，而未經(jīng)過上述處理的類似的板的強(qiáng)度則為2200N/mm2。
機(jī)電耦合系數(shù)與材料中的聲損耗值成反比，從0.71增加到0.85。
權(quán)利要求
1.一種可再充電電池包括處于固體電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料形式的能量儲存構(gòu)件，其中形成有多個孔，并且有細(xì)長的導(dǎo)電體位于所述孔中，所述細(xì)長導(dǎo)電體在長度上至少有一點(diǎn)和所述能量儲存構(gòu)件接觸；第一對電極，其間加載有直流電壓，該電極在第一空間方向上形成于或者位于所述能量儲存構(gòu)件基本相對的兩側(cè)；以及，第二對電極，其在不同于所述第一空間方向的第二空間方向上形成于或者位于所述能量儲存構(gòu)件基本相對的兩側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的電池，其中至少一些所述孔和所述導(dǎo)電體基本上在同一個方向上延伸。
3.如權(quán)利要求2所述的電池，其中基本上在一給定方向上延伸的孔和導(dǎo)電體比在其它方向上的多。
4.如權(quán)利要求3所述的電池，其中，所述第一對電極之間的一條假想直線沿著與所述給定方向基本垂直的方向延伸。
5.如權(quán)利要求3或4所述的電池，其中，所述第二對電極之間的一條假想直線沿著與所述給定方向基本平行的方向延伸。
6.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述第一對電極被緊靠所述能量儲存部件形成或者放置。
7.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述第二對電極被緊靠所述能量儲存部件形成或者放置。
8.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述的孔被形成為微孔。
9.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述能量儲存部件由電介質(zhì)材料形成。
10.如權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述能量儲存部件由半導(dǎo)體材料形成。
11.如權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述能量儲存部件由半導(dǎo)體材料和電介質(zhì)材料的混合物形成。
12.如權(quán)利要求9或11所述的電池，其中，所述電介質(zhì)材料為陶瓷材料。
13.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述導(dǎo)電體至少有部分是由銀形成的。
14.如權(quán)利要求1至12中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述導(dǎo)電體至少有部分是由金形成的。
15.如權(quán)利要求1至12中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述導(dǎo)電體至少有部分是由鉑形成的。
16.如權(quán)利要求1至12中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述導(dǎo)電體至少有部分是由銅形成的。
17.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述孔具有10nm到200nm的直徑。
18.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述導(dǎo)電體具有10nm到200nm的直徑。
19.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述孔具有10nm到1000nm的長度。
20.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中，所述導(dǎo)電體具有10nm到1000nm的長度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可再充電電池，包括固體材料(1)，其中形成有多個細(xì)長的孔，孔內(nèi)放置有細(xì)長的導(dǎo)電體(2)；第一對電極(3)，其在第一空間方向上形成于或者位于固體材料(1)基本相對的兩側(cè)；以及第二對電極(4)，其在不同于第一空間方向的第二空間方向上形成于或者位于固體材料(1)的相對的兩側(cè)。這樣，當(dāng)一個直流電壓被施加在第一對電極(3)上時，就會形成一個電場并且在細(xì)長導(dǎo)電體(2)上感應(yīng)出靜電電荷，由此在第二對電極(4)之間產(chǎn)生一個電壓。
文檔編號H01M10/42GK1502142SQ01817813
公開日2004年6月2日 申請日期2001年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月28日
發(fā)明者尤里·萊奧里多維奇·斯普林, 弗拉季米爾·斯泰潘諾維奇·杜比寧, 尤里 萊奧里多維奇 斯普林, 米爾 斯泰潘諾維奇 杜比寧 申請人:英特里克拉夫特有限公司