相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)與國(guó)際申請(qǐng)no.pct/us2010/029821有關(guān)，該國(guó)際申請(qǐng)已經(jīng)被公布為wo2011/123135，于2010年4月2日遞交且轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)被轉(zhuǎn)讓給的同一受讓人。

本發(fā)明的公開實(shí)施例總體涉及能量存儲(chǔ)，并且更具體地涉及電化學(xué)電容能量存儲(chǔ)設(shè)備。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代社會(huì)依賴于能量的立即可用性。隨著對(duì)能量的需求增加，能夠高效地存儲(chǔ)能量的設(shè)備變得日益重要。結(jié)果，包括電池、電容器、電化學(xué)電容器（ec）（包括贗電容器和雙電層電容器（edlc）（除了其他名稱以外，有時(shí)稱為超級(jí)電容器））、混合ec等的能量存儲(chǔ)設(shè)備被廣泛用在電子學(xué)領(lǐng)域以及以外的領(lǐng)域中。具體地，電容器被廣泛用于范圍從電氣電路和功率輸送到電壓調(diào)節(jié)和電池更換的應(yīng)用。電化學(xué)電容器的特征在于高能量存儲(chǔ)容量、快速充電/放電能力和大循環(huán)壽命以及其他期望的特性，包括高功率密度、小尺寸以及低重量，并因此已經(jīng)成為用在若干能量存儲(chǔ)應(yīng)用中的前景廣闊的候選。

上面提及的相關(guān)案例（國(guó)際申請(qǐng)no.pct/us2010/029821）公開了用于使用例如多孔硅來形成高能量密度電化學(xué)電容器的三維結(jié)構(gòu)。在那里公開的一些實(shí)施例中，電化學(xué)處理被用于將孔蝕刻深入到硅結(jié)構(gòu)中，并且這些孔填充有電解質(zhì)，或者填充有與電解質(zhì)相組合的薄傳導(dǎo)膜和/或高k介電材料。

附圖說明

根據(jù)對(duì)結(jié)合附圖中的各圖作出的以下詳細(xì)描述的閱讀，將更好地理解公開的實(shí)施例，在附圖中：

圖1和2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多孔結(jié)構(gòu)的溝道內(nèi)形成的雙電層的描繪；

圖4a和4b分別是多孔硅結(jié)構(gòu)的表面和橫截面切片的圖像；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量存儲(chǔ)設(shè)備的部分的橫截面視圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的移動(dòng)電子設(shè)備的示意性表示；以及

圖7和8是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造能量存儲(chǔ)設(shè)備的方法的流程圖。

為了簡(jiǎn)單和清楚地說明，附圖圖示了構(gòu)造的通常形式，并且可以省略公知特征和技術(shù)的描述和細(xì)節(jié)以避免不必要地使對(duì)所描述的本發(fā)明實(shí)施例的討論難以理解。此外，附圖中的要素未必是按比例繪制的。例如，圖中一些要素的尺寸可能相對(duì)于其他要素?cái)U(kuò)大以幫助改善對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解。諸如當(dāng)示出的結(jié)構(gòu)具有在現(xiàn)實(shí)世界條件下將很可能是顯著少地對(duì)稱和有序的直線、銳角和/或平行面等時(shí)，可以以理想化方式示出某些圖以便幫助理解。不同附圖中的相同附圖標(biāo)記標(biāo)示相同的要素，而相似的附圖標(biāo)記可以但不必須標(biāo)示相似要素。

說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等等（如果有的話）用來區(qū)分相似要素而未必用來描述特定的順序或時(shí)間次序。應(yīng)當(dāng)理解，這樣使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)那樾蜗率强苫Q的，使得本文描述的本發(fā)明實(shí)施例例如能夠按除本文說明或以其他方式描述的那些順序外的順序操作。類似地，如果本文中將方法描述為包含一系列步驟，則本文中出現(xiàn)的這些步驟的順序未必是可以執(zhí)行這些步驟的唯一順序，并且可以有可能省略所述步驟中的某些步驟和/或可以有可能將某些本文沒有描述的其他步驟加入到所述方法。此外，術(shù)語“包含”、“包括”、“具有”及其任何變形意在覆蓋非排他性的包括，以使得包含所列要素的過程、方法、制品或裝置并不一定限于那些要素，而是可以包括沒有明確列出的或者這些過程、方法、制品或裝置所固有的其他要素。

說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語“左”、“右”、“前”、“后”、“頂”、“底”、“在…之上”、“在…之下”等等（如果有的話）用于描述性目的，而未必用于描述永久的相對(duì)位置，除非特別地另外指示或者上下文另外指示。應(yīng)當(dāng)理解，這樣使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)那樾蜗率强苫Q的，使得本文描述的本發(fā)明實(shí)施例例如能夠以除本文說明或以其他方式描述的那些取向外的取向操作。此處所使用的術(shù)語“耦合”被定義為以電或非電方式直接或間接地連接。本文描述為彼此“相鄰”的對(duì)象可以是：相互間物理接觸，相互間緊密接近，或彼此處于相同的總體區(qū)或區(qū)域中，只要對(duì)于使用該短語的上下文而言是合適的。本文出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”未必都指同一實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，一種能量存儲(chǔ)設(shè)備包括第一多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，第一多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一多個(gè)溝道，第一多個(gè)溝道包含第一電解質(zhì)，第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第二多個(gè)溝道，第二多個(gè)溝道包含第二電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)設(shè)備還包括第一和第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少之一上的膜，該膜包括能夠展示可逆電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的材料。在另一實(shí)施例中，第一和第二電解質(zhì)至少之一包含多個(gè)金屬離子。在另一實(shí)施例中，第一和第二電解質(zhì)合在一起包括氧化還原系統(tǒng)。

盡管本文中的很多討論將關(guān)注于電化學(xué)電容器，但是命名“能量存儲(chǔ)設(shè)備”明確地包括——除ec之外——混合電化學(xué)電容器（其像電化學(xué)電容器一樣在下文中更詳細(xì)地討論）以及電池、燃料電池和存儲(chǔ)能量的類似設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能量存儲(chǔ)設(shè)備可以用于各種各樣的應(yīng)用，包括處于個(gè)人計(jì)算機(jī)（pc）中的應(yīng)用，包括臺(tái)式和膝上型（筆記本）計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、智能電話、音樂播放器、服務(wù)器、其他電子設(shè)備、汽車、公共汽車、火車、飛機(jī)、其他運(yùn)輸交通工具、家庭能量存儲(chǔ)器、針對(duì)由太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電機(jī)生成的能量的存儲(chǔ)器——尤其是能量收集設(shè)備——以及許多其他應(yīng)用。

電化學(xué)電容器根據(jù)與管理常規(guī)平行板電容器的原理類似的原理來操作，但是施加了某些重要的區(qū)別。一個(gè)顯著區(qū)別涉及電荷分離機(jī)制。對(duì)于一種重要類別的ec，這典型地采取所謂的雙電層或edl的形式，而非常規(guī)電容器的電介質(zhì)。通過在電解質(zhì)與高表面積電極之間的界面一側(cè)上的電子（或空穴）和另一側(cè)上的離子電荷載流子的電化學(xué)特性來在該界面處創(chuàng)建edl，并且edl導(dǎo)致電荷的有效分離，而不管該雙層內(nèi)的兩個(gè)層如此緊密在一起的事實(shí)。（物理分離距離在單個(gè)納米左右）。因此，典型的edl電容器可以被認(rèn)為將電荷存儲(chǔ)在其edl中。edl的當(dāng)跨界面施加電壓時(shí)形成的每一層是導(dǎo)電的，但是雙層的屬性防止電流跨它們之間的邊界流動(dòng)。（下文結(jié)合圖3進(jìn)一步討論edl）。

如在常規(guī)電容器中真實(shí)存在的那樣，edl電容器中的電容與電極的表面積成比例，且與電荷分離距離成反比。在edl電容器中可實(shí)現(xiàn)的非常高的電容部分地歸因于非常高的表面積和納米級(jí)電荷分離距離，非常高的表面積可歸因于多溝道多孔結(jié)構(gòu)，納米級(jí)電荷分離距離可歸因于edl，edl由于電解質(zhì)的存在而產(chǎn)生，如上文所解釋的。可根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用的一種類型的電解質(zhì)是離子液體。另一種是包括含離子的溶劑的電解質(zhì)（例如，li2so4、lipf6）。有機(jī)電解質(zhì)、水系電解質(zhì)以及固態(tài)電解質(zhì)也是可能的。

另一類電化學(xué)電容器是贗電容器，其中，除edl電容外，不同的存儲(chǔ)機(jī)制——作為感應(yīng)電流的而非最初的靜電的存儲(chǔ)機(jī)制——可以在某些類型的電極的表面處產(chǎn)生。這典型地稱為“贗電容”，且其特征在于與許多固體電極電池的操作類似的電荷存儲(chǔ)過程。典型地，贗電容器的電極之一涂覆有過渡金屬氧化物、合適的傳導(dǎo)聚合物或者構(gòu)成其中存儲(chǔ)電荷的活性材料的類似材料。這些材料可以與諸如氫氧化鉀（koh）溶液之類的電解質(zhì)一起使用；當(dāng)設(shè)備被充電時(shí)，電解質(zhì)將與所述材料起反應(yīng)并驅(qū)動(dòng)電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，其中存儲(chǔ)能量。更具體地，這些材料通過高度可逆表面和近表面電子轉(zhuǎn)移（例如，氧化還原（感應(yīng)電流））反應(yīng)來存儲(chǔ)大部分它們的能量，由于快速充電和放電動(dòng)力學(xué)，這實(shí)現(xiàn)了比常規(guī)電池中的大容量存儲(chǔ)更高的功率。

混合電化學(xué)電容器是組合ec和電池的屬性的能量存儲(chǔ)設(shè)備。在一個(gè)示例中，涂覆有鋰離子材料的電極與電化學(xué)電容器相組合，以便創(chuàng)建具有ec的快速充電和放電特性以及電池的高能量密度的設(shè)備。另一方面，像電池這樣的混合ec比電化學(xué)電容器具有更短的預(yù)期壽命。

現(xiàn)在參照附圖，圖1和2是能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)100的橫截面視圖，其將用于引導(dǎo)介紹概念和結(jié)構(gòu)的初始討論，這將幫助理解本發(fā)明的實(shí)施例。如圖1中所示，能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)100包括能量存儲(chǔ)設(shè)備101和傳導(dǎo)支撐結(jié)構(gòu)102。（在一些實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)102可以被省略。）可替代地，如圖2中所示，能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)100包括能量存儲(chǔ)設(shè)備101和非傳導(dǎo)支撐結(jié)構(gòu)103。

能量存儲(chǔ)設(shè)備101包括通過分離件130而彼此分離的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120，分離件130是電子絕緣體和離子導(dǎo)體。分離件130防止導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110和120彼此物理接觸，由此防止電氣短路。（在其他實(shí)施例中，出于下文討論的原因，分離件不是必要的且可以被省略）。

在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110和120至少之一包括多孔結(jié)構(gòu)，多孔結(jié)構(gòu)包含多個(gè)溝道，每一個(gè)溝道具有到多孔結(jié)構(gòu)的表面的開口。該特征是下文描述的用于形成多孔結(jié)構(gòu)的處理的結(jié)果。作為示例，多孔結(jié)構(gòu)可以在傳導(dǎo)或半導(dǎo)體材料內(nèi)形成。可替代地，多孔結(jié)構(gòu)可以在絕緣材料（例如，氧化鋁）內(nèi)形成，該絕緣材料已經(jīng)涂覆有導(dǎo)電膜（例如，原子層沉積（ald）傳導(dǎo)膜，諸如氮化鈦（tin）、鎢或釕）。在此方面，具有較大電導(dǎo)率的材料是有利的，因?yàn)樗鼈兘档土四芰看鎯?chǔ)設(shè)備的有效串聯(lián)電阻（esr）。在所說明的實(shí)施例中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120二者都包括這樣的多孔結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110包括具有到對(duì)應(yīng)多孔結(jié)構(gòu)的表面115的開口112的溝道111，并且導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120包括具有到對(duì)應(yīng)多孔結(jié)構(gòu)的表面125的開口122的溝道121。

能量存儲(chǔ)設(shè)備101的各種配置是可能的。例如，在圖1的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)設(shè)備101包括兩個(gè)不同的多孔結(jié)構(gòu)（即，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120），它們已經(jīng)用其之間的分離件130而面對(duì)面地接合在一起。作為另一示例，在圖2的實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)設(shè)備101包括單個(gè)平面多孔結(jié)構(gòu)，其中，第一區(qū)段（導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110）與第二區(qū)段（導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120）通過包含分離件130的溝槽231相分離。導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之一將是正側(cè)，而另一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)將是負(fù)側(cè)。溝槽231可以沿著直線分離導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110和120，但是可替代地，可以使用更復(fù)雜的形狀來分離它們，所述更復(fù)雜的形狀諸如是兩個(gè)相互交錯(cuò)的電極的指部之間的曲折空間。

作為示例，分離件130可以是可滲透的薄膜或其他多孔聚合物分離件。一般地，分離件在允許離子電荷載流子的轉(zhuǎn)移的同時(shí)防止陽(yáng)極和陰極的物理接觸（其可能導(dǎo)致設(shè)備中的電氣故障）。除聚合物分離件外，若干其他分離件類型是可能的。這些包括無紡布纖維片或其他無紡布分離件、液膜、聚合物電解質(zhì)、固態(tài)離子導(dǎo)體、玻璃纖維、紙張、陶瓷等。在一些實(shí)施例中，無紡布分離件是纖維的濃縮，這些纖維被隨機(jī)地定向或者以有向圖案被布置。

應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管分離件在圖2中被示出，但是其在那里圖示的配置中可能不是必要的，因?yàn)槔缰谓Y(jié)構(gòu)102可以用于維持結(jié)構(gòu)110和120之間的物理分離。作為另一示例，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110和120可以均附著到陶瓷封裝（未示出），陶瓷封裝將保持兩個(gè)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)彼此物理地分離。

作為示例，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110和120的多孔結(jié)構(gòu)可以由濕法蝕刻工藝來創(chuàng)建，其中，被施加于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面的液體蝕刻劑以在至少某種程度上與水能夠切開巖石中的溝道的方式類似的方式蝕刻掉導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的部分。這是溝道中的每一個(gè)溝道都具有到導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的表面的開口的原因；濕法蝕刻方法不能在多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)創(chuàng)建完全封閉的腔，即，不具有到表面的開口的腔，像陷入巖石內(nèi)部的氣泡那樣。這并不是說那些開口不能用其他材料覆蓋或者由于其他材料的存在或添加而以其他方式閉合——事實(shí)上這很可能在若干實(shí)施例中發(fā)生——但是，無論被覆蓋與否，所描述的到表面的開口是根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的每個(gè)多孔結(jié)構(gòu)中的每個(gè)溝道的特征。（其中開口可被覆蓋起來的一個(gè)實(shí)施例是這樣的實(shí)施例，其中作為電路或其他布線的位置的外延硅的層在溝道頂上生長(zhǎng)）。

利用正確的蝕刻劑，應(yīng)當(dāng)有可能從各種各樣的材料制作具有所描述的特性的多孔結(jié)構(gòu)。各種形式的硅——包括冶金級(jí)硅、單晶硅、多晶硅和絕緣體上硅——是很好地工作的一種材料。作為示例，可以通過用氫氟酸（hf）和乙醇或異丙醇的混合物蝕刻硅襯底來創(chuàng)建多孔硅結(jié)構(gòu)。更一般地，可以通過諸如陽(yáng)極化和染色蝕刻之類的處理來形成多孔硅和其他多孔結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的蝕刻技術(shù)將在下文中更詳細(xì)地加以討論。

除已經(jīng)提及的多孔硅外，可特別好地適合于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量存儲(chǔ)設(shè)備的一些其他材料是多孔鍺和多孔錫。使用多孔硅的可能的益處包括其與現(xiàn)有硅技術(shù)的兼容性和其在地殼中的豐富度。多孔鍺享有與用于該材料的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)果類似的益處，并且與硅相比，多孔鍺享有進(jìn)一步可能的益處：其自然氧化物（氧化鍺）是可溶于水的且因此容易被移除。（在硅的表面上形成的自然氧化物可能俘獲電荷，這是不期望的結(jié)果。）多孔鍺還與硅技術(shù)高度兼容。使用多孔錫的可能益處包括其相對(duì)于某些其他傳導(dǎo)和半導(dǎo)體材料的增強(qiáng)的傳導(dǎo)性，多孔錫是零帶隙材料。

其他材料也可以用于多孔結(jié)構(gòu)，包括諸如砷化鎵（gaas）、磷化銦（inp）、氮化硼（bn）、碳化硅（sic）以及合金（諸如硅和鍺的合金）之類的半導(dǎo)體材料，。也可以使用有機(jī)半導(dǎo)體。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體材料——或者甚至絕緣材料——可以被處理以使它們導(dǎo)電（或者更高地傳導(dǎo)）。示例是簡(jiǎn)并摻雜有硼的硅。除多孔半導(dǎo)體襯底外，多孔傳導(dǎo)襯底還可以用于ec，在某些實(shí)施例中包括由碳或金屬構(gòu)成的襯底，所述金屬諸如是銅、鋁、鎳、鈣、鎢、鉬以及錳。

用于制作多孔結(jié)構(gòu)的蝕刻可以是使用電化學(xué)蝕刻來完成的，電化學(xué)蝕刻利用hf和異丙醇（或乙醇等）的稀釋混合物來形成可延伸通過襯底的顯著部分的納米孔。作為示例，諸如多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510之類的多孔結(jié)構(gòu)可以是通過使用上文提及的hf混合物之一作為蝕刻劑向具有0.7毫歐厘米（mω-cm）初始電阻率的固體硅晶片應(yīng)用電化學(xué)蝕刻技術(shù)來制備的。可以使用范圍為約25毫安每平方厘米（ma/cm²）到500ma/cm²的電流密度。（這些值中的面積分量是指在孔形成之前襯底表面的面積）。

上文的討論已經(jīng)參照根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多孔結(jié)構(gòu)而做出。如所提及的這些多孔結(jié)構(gòu)可以被形成在各種材料內(nèi)，包括硅（各種形式的硅，包括冶金級(jí)硅、單晶硅、多晶硅和絕緣體上硅）、鍺、gaas、inp、bn、cdte、錫、銅、鋁、鎳、鈣、鎢、鉬、錳、碳化硅、有機(jī)半導(dǎo)體以及硅鍺合金。在至少一些實(shí)施例中，由其制作多孔結(jié)構(gòu)的材料可以摻雜有增加其傳導(dǎo)性的元素；這可以是使用本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來完成的。在一個(gè)實(shí)施例中，其中形成多孔結(jié)構(gòu)的材料是硅，并且摻雜劑種類是硼，其可以以例如1019個(gè)原子/cm³的濃度被引入到硅中。其他可能的摻雜劑包括磷和砷（盡管這些及其他n型摻雜劑需要p型摻雜劑不需要的在蝕刻期間的照明處理）。

依賴于電化學(xué)蝕刻作為溝道創(chuàng)建技術(shù)的本發(fā)明的實(shí)施例具有另一理由將摻雜劑引入到要從其制作多孔結(jié)構(gòu)的材料中。在硅和hf蝕刻劑被涉及的情況下，認(rèn)為高電場(chǎng)在缺陷處以及在孔的尖端處吸引空穴，這有助于硅與來自蝕刻劑的氟之間的反應(yīng)。認(rèn)為該過程涉及液體形式的sif4分子的形成。sif4被拉遠(yuǎn)且最終從溝道中被洗出，留下鍵合到側(cè)壁的氫原子并且還形成h2，h2然后作為氣體冒泡離開。一些氫原子保留；這些與剩余的硅原子鍵合。與以各向同性方式橫向擴(kuò)充（這將在不形成溝道的情況下簡(jiǎn)單地拋光表面）相對(duì)，該過程向下蝕刻溝道（各向異性地）。下文闡述了如最佳理解的附加細(xì)節(jié)（盡管必須要說的是，多孔硅形成的機(jī)制的精確細(xì)節(jié)至少在某些程度上仍然不清楚）。

概括而言，在溝道形成期間，半導(dǎo)體的直接溶解幾乎始終與氧化外加氧化物的后續(xù)溶解競(jìng)爭(zhēng)。因此，蝕刻劑（例如，hf）必須能夠溶解氧化物。溶解反應(yīng)以及由此在半導(dǎo)體中的溝道形成的第二個(gè)先決條件是電子空穴的可用性。與水性hf溶液接觸的硅表面變得氫飽和、電子空穴耗盡，且相對(duì)于電解質(zhì)而言趨于化學(xué)惰性（這在蝕刻處理期間保護(hù)溝道側(cè)壁）。如果電壓被施加于電極，則硅晶片中存在的空穴開始朝硅電解質(zhì)界面遷移。在界面處，空穴移除一個(gè)硅鍵，且由此使一個(gè)硅原子對(duì)于與電解質(zhì)的相互作用更易受影響。最終，硅原子被轉(zhuǎn)移至溶液中。電極分解成具有最優(yōu)電流密度的區(qū)域，并且溝道被形成在幾乎沒有電流密度的區(qū)域中。根據(jù)不同的模型，溝道生長(zhǎng)的啟動(dòng)可以在微腔、結(jié)構(gòu)缺陷、機(jī)械應(yīng)變區(qū)域或者表面勢(shì)場(chǎng)的局部擾動(dòng)處開始。

再次參照?qǐng)D1和2，能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)100還包括（在圖1中圖示的實(shí)施例中）多孔結(jié)構(gòu)的至少一部分上以及溝道111和/或溝道121中的至少一些中的導(dǎo)電涂層140。為了維持或增強(qiáng)多孔結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)性，這樣的導(dǎo)電涂層可能是必要的，維持或增強(qiáng)多孔結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)性還可以降低esr，由此改進(jìn)性能。例如，具有較低esr的設(shè)備能夠輸送較高的功率（這可以在更大加速度、更多馬力等方面得到證明）。相比之下，較高esr（在典型電池內(nèi)部通常普遍存在的狀況）限制了可用能量的量，這至少部分地歸因于許多能量作為熱量而被浪費(fèi)的事實(shí)，這是長(zhǎng)期性能和安全二者的關(guān)鍵考慮。

在圖1和2中圖示的是電解質(zhì)150，其引起edl，如上文所解釋的。電解質(zhì)150（以及本文描述的其他電解質(zhì)）在附圖中使用隨機(jī)布置的圓加以表示。該表示意圖傳達(dá)這樣的思想：電解質(zhì)是包含自由離子電荷載流子的物質(zhì)（液體或固體，包括凝膠狀材料）。這些圓是為了方便而選擇的，而不意圖暗示關(guān)于電解質(zhì)成分或質(zhì)量的任何限制，包括針對(duì)離子電荷載流子的大小、形狀或數(shù)量的任何限制。

在引入電解質(zhì)150之后，雙電層被形成在多孔結(jié)構(gòu)的溝道內(nèi)，如在圖3中示意性地描繪的。在該圖中，雙電層330已經(jīng)被形成在溝道111之一內(nèi)。edl330由兩種成分構(gòu)成：溝道111的側(cè)壁的電荷（在圖3中被描繪為正號(hào)，但是其在其他實(shí)施例中可以是負(fù)號(hào)）；以及電解質(zhì)中的自由離子電荷載流子。edl330因此提供了電荷的分離，為了使電容器起作用，這是必要的。如之前所解釋的，edl電容器的大電容以及由此的能量存儲(chǔ)電勢(shì)的出現(xiàn)部分地歸因于電解質(zhì)離子電荷載流子與電極表面電荷之間的較?。s1納米（nm））分離距離。

應(yīng)當(dāng)注意的是，圖1和圖2對(duì)多孔結(jié)構(gòu)的描繪是高度理想化的，其中，僅舉一個(gè)示例，所有溝道111和121被示出為僅垂直延伸。在現(xiàn)實(shí)中，溝道可以在多個(gè)方向上岔開以創(chuàng)建纏結(jié)無序的圖案，其可以看起來像在圖4a和4b中示出的多孔結(jié)構(gòu)之類的東西。

圖4a和4b分別是多孔結(jié)構(gòu)400（在該情況中，多孔硅）的表面和橫截面切片的掃描電子顯微鏡（sem）圖像。如所圖示的那樣，多孔結(jié)構(gòu)400包含多個(gè)溝道411。應(yīng)當(dāng)理解的是，溝道411很可能沿著它們的長(zhǎng)度而扭曲且轉(zhuǎn)向，使得單個(gè)溝道可以具有垂直和水平部分二者以及既不完全垂直也不完全水平但落在中間某處的部分。應(yīng)注意的是，在圖4b中，溝道延伸靠近但不完全到達(dá)蝕刻后的結(jié)構(gòu)的底部，因此將未蝕刻的硅的層402留在溝道下方。在一個(gè)實(shí)施例中，未蝕刻的層402充當(dāng)多孔結(jié)構(gòu)400的支撐結(jié)構(gòu)（以及未示出的對(duì)應(yīng)能量存儲(chǔ)設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)），且因此是支撐結(jié)構(gòu)102的等同物。

如上文所提及的，edlc的能量存儲(chǔ)機(jī)制一般歸因于當(dāng)電壓被施加于系統(tǒng)時(shí)在電極/電解質(zhì)界面處雙電荷層的形成。本發(fā)明的實(shí)施例尋求通過下述操作來改進(jìn)能量存儲(chǔ)能力，甚至超過edlc能夠提供的能量存儲(chǔ)能力：以edlc框架開始（例如，使用如本文描述的多孔硅或另一多孔半導(dǎo)體材料）并且將實(shí)現(xiàn)基本上更大的能量存儲(chǔ)能力的高級(jí)功能構(gòu)建到該框架上。其他益處也是可能的。例如，與電池等相比，增強(qiáng)的能量存儲(chǔ)隨高的可實(shí)現(xiàn)的功率密度而出現(xiàn)，使得電化學(xué)電容器能夠針對(duì)諸如微處理器中的渦輪模式（舉一個(gè)示例）之類的應(yīng)用提供高功率。

本發(fā)明的實(shí)施例利用諸如可替代離子種類之類的方法來增強(qiáng)可存儲(chǔ)在雙層和/或設(shè)備架構(gòu)中的電荷的量，該設(shè)備架構(gòu)依賴于在電極或電解質(zhì)中電荷存儲(chǔ)的感應(yīng)電流反應(yīng)。作為示例，各種實(shí)施例將多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與贗電容器或混合電化學(xué)電容器電池技術(shù)進(jìn)行組合，所述多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與硅或其他半導(dǎo)體工藝技術(shù)相兼容。一些實(shí)施例涉及贗電容膜的使用，其涂覆多孔電極中的一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)。其他實(shí)施例涉及含電解質(zhì)的金屬離子的使用，該金屬離子可以在兩個(gè)納米結(jié)構(gòu)化電極的表面（非體）之間交換。其他實(shí)施例涉及電解質(zhì)的使用，這些電解質(zhì)一起構(gòu)成氧化還原系統(tǒng)，使得可以使用可逆的氧化還原化學(xué)過程將電荷存儲(chǔ)在電解質(zhì)溶液中。在下文中更加詳細(xì)地描述了這些實(shí)施例，其中每個(gè)實(shí)施例可以與其他實(shí)施例中的任一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)結(jié)合使用。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的能量存儲(chǔ)設(shè)備500的部分的橫截面視圖。能量存儲(chǔ)設(shè)備500類似于圖1和2的能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)100且與其共享許多特性，但以更大比例示出以便更清楚地示出將在下文中討論的某些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

如圖5中所示，能量存儲(chǔ)設(shè)備500包括通過分離件530（等同于能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)100的分離件130）分離的多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510（等同于能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)100的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)110）和多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)520（等同于能量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)100的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)120）。多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510包括多個(gè)溝道511（僅示出了其中的一個(gè)），多個(gè)溝道511包含電解質(zhì)514，并且多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)520包括多個(gè)溝道521，多個(gè)溝道521包含電解質(zhì)524。

電解質(zhì)514和524之一或二者可以包括非水系電解質(zhì)，其在某些實(shí)施例中可以是有利的，因?yàn)榉撬惦娊赓|(zhì)可以去往更高電壓且可以因此有助于增加可由能量存儲(chǔ)設(shè)備500存儲(chǔ)的能量的量（因?yàn)殡娙萜鞯哪芰颗c其電壓的平方成比例）。也可以使用其他類型的電解質(zhì)，包括上文公開的那些電解質(zhì)中的任一個(gè)。

在一些實(shí)施例中，第一和第二電解質(zhì)至少之一包含多個(gè)金屬離子，諸如鋰離子（li+）、鈉離子（na+）和/或氟離子（f-）等（在圖5中由點(diǎn)516指示）。這將實(shí)現(xiàn)將能量存儲(chǔ)在高表面積架構(gòu)的表面上的非感應(yīng)電流反應(yīng)。所得到的設(shè)備可以被設(shè)想為edlc和金屬離子電池的組合，其中，在材料的表面上（而非在體中）捕捉金屬離子以存儲(chǔ)電荷。金屬離子通過電解質(zhì)遷移到納米結(jié)構(gòu)化陰極，進(jìn)入孔并到達(dá)陰極內(nèi)部的表面，而不必經(jīng)受固態(tài)插層。這實(shí)現(xiàn)了比對(duì)于edlc真實(shí)存在的高得多的能量密度和比能，且還實(shí)現(xiàn)了非常高的功率密度（基于高表面積的材料容納大量金屬離子的能力（與扁電池的體可比較）），且在保留使用多孔硅（或如本文公開的其他材料）對(duì)于常規(guī)edlc的所有益處的同時(shí)給出了逼近edlc的壽命的顯著更長(zhǎng)壽命的承諾（即，幾十萬到幾百萬個(gè)循環(huán)，假設(shè)優(yōu)化的設(shè)備性能）。

為了確保理想的長(zhǎng)期的循環(huán)行為，多孔電極可以在一些實(shí)施例中涂覆有鈍化勢(shì)壘（在下文中進(jìn)一步描述），以便防止金屬插層和/或保護(hù)半導(dǎo)體材料免受氧化。在不存在這樣的勢(shì)壘的情況下，電極可能結(jié)束時(shí)為金屬插層陽(yáng)極，其具有極低的固態(tài)擴(kuò)散速率和差的可循環(huán)性。在材料的體中存儲(chǔ)鋰離子或其他金屬離子意味著：離子必須在再充電期間離開陰極的內(nèi)部并最終進(jìn)入陽(yáng)極的體，且在放電期間反過來。如下文進(jìn)一步描述的，將ald用作處理電極表面的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小金屬離子吸收的優(yōu)化以最大化這樣的設(shè)備的能量密度。

贗電容也可以源自電解質(zhì)溶液中的氧化還原反應(yīng)。相應(yīng)地，在一些實(shí)施例中，電解質(zhì)514和524被選擇為使得它們合在一起包括氧化還原系統(tǒng)，這意味著：電解質(zhì)以電子可以在它們之間可逆地交換的這種方式彼此相互作用（因此允許能量被存儲(chǔ)在電解質(zhì)內(nèi)）。氧化還原系統(tǒng)的一個(gè)示例涉及第一電解質(zhì)（即，514或524）和第二電解質(zhì)，第一電解質(zhì)是堿性金屬碘化物水溶液，第二電解質(zhì)是氧釩溶液。

電化學(xué)電容器可以包括雙電層電容和氧化還原（或者更一般地，電子轉(zhuǎn)移）反應(yīng)（贗電容）二者，它們一起作為電荷存儲(chǔ)機(jī)制。為了利用這一點(diǎn)，能量存儲(chǔ)設(shè)備500還包括多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510和520至少之一上的膜535（在所說明的實(shí)施例中，膜在二者上），膜535包括能夠展示可逆電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的材料。這樣的材料的存在使能量存儲(chǔ)設(shè)備500成為贗電容器。膜535起作用以存儲(chǔ)結(jié)晶沉積材料的不同氧化狀態(tài)之間的可逆感應(yīng)電流反應(yīng)中的電荷。

如上文所提及的，贗電容材料通過高度可逆表面電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)來存儲(chǔ)能量。如果將這樣的材料放置到edlc上，則所得到的贗電容器從兩種類型的能量存儲(chǔ)均獲益——除電子轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)外還有雙電層存儲(chǔ)。該組合產(chǎn)生了這兩種類型的設(shè)備的益處。例如，edlc中的高度可逆靜電電荷存儲(chǔ)不產(chǎn)生通常伴隨電池中的有效質(zhì)量的氧化還原反應(yīng)的體積改變，因?yàn)殡姾杀淮鎯?chǔ)在表面上。此外，在贗電容器中，體積改變小，因?yàn)榛钚圆牧媳煌扛苍诟弑砻娣e結(jié)構(gòu)上的薄結(jié)晶膜中。體電極系統(tǒng)中的這樣的體積改變是電池的有限循環(huán)壽命（一般為數(shù)百到幾千循環(huán)）的主要起因，該主要起因歸因于跨裂縫的電荷運(yùn)送中的難度，該裂縫發(fā)展以減輕在適度數(shù)量的充電-放電循環(huán)之后體結(jié)晶膜中的應(yīng)力。本發(fā)明的實(shí)施例的edlc和贗電容器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了十萬到百萬循環(huán)范圍內(nèi)的預(yù)期設(shè)備可循環(huán)性。

在一些實(shí)施例中，膜535的材料是傳導(dǎo)聚合物，諸如聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等等。在其他實(shí)施例中，材料可以包括氮化物、碳化物、氧化物、硅化物、硼化物、硼硅化物、磷化物、硼磷化物、硫化物等。氮化物可以包括鈦、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、鉻、釩鈦以及鈦鋁的氮化物。碳化物可以包括鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉬、鎢的碳化物以及任何其他傳導(dǎo)金屬氮化物或碳化物，包括碳氮化物。硅化物和硼硅化物可以包括鈦、鋯、鉿、鎳以及鈷的硅化物或硼硅化物。磷化物和硼磷化物可以包括鐵、釕、鈷和鎳的磷化物和硼磷化物。氧化物可以包括釕、鉛、銥、鈷、錳、鉬、鎢、鎳、鈮、釩、鉻以及碳/過渡金屬合成物的氧化物。在每種情況中，膜535與其相關(guān)聯(lián)的多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以被形成在硅或任何其他合適材料中，包括本文公開的半導(dǎo)體（或其他）材料中的任一種。

過渡金屬氮化物和碳化物是作為電化學(xué)電容器的電極材料的有前景的候選，這歸因于它們?cè)谒惦娊赓|(zhì)中的高電子傳導(dǎo)性和電化學(xué)穩(wěn)定性。較高電容是經(jīng)由羥基鍵合通過一系列可逆氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的，羥基鍵合被限制于下層傳導(dǎo)氮化物的表面上的幾個(gè)原子氧化層。koh中的vn和h2so4中的mo2n示出由于它們的1.2v和0.8v的相對(duì)大穩(wěn)定性窗口（見表1）導(dǎo)致的特定承諾。釩展示出許多氧化狀態(tài)，且可以使用釩酰胺tdeav[四（二乙基氨）釩]和氨氣作為前驅(qū)物、利用ald而沉積。對(duì)于高縱橫比，諸如vcl4之類的高蒸氣壓前驅(qū)物（例如，在20℃處具有6托的蒸氣壓）將是更優(yōu)選的，其中nh3作為共反應(yīng)劑。

在某些實(shí)施例中，膜535可以是約1或2納米厚。上文提及的任何材料都可以是使用ald處理來沉積的，ald處理能夠以給定厚度比例進(jìn)行沉積。金屬硅化物也可以通過ni、co等的溶液“無電鍍”金屬沉積后接退火而制備。

仍然參照?qǐng)D5，能量存儲(chǔ)設(shè)備500還可以包括鈍化勢(shì)壘540，其涂覆與包含金屬離子的電解質(zhì)相關(guān)聯(lián)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)（例如，多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510和520中的任一個(gè)或二者）以便防止金屬插層（即，金屬分子到電極510和520的分子結(jié)構(gòu)中的插入）。作為示例，勢(shì)壘540可以類似于上文介紹過且在圖1中示出的導(dǎo)電涂層140。在一些實(shí)施例中，勢(shì)壘540是膜535的一部分，使得膜535展示雙層結(jié)構(gòu)，其中贗電容膜作為上層，并且勢(shì)壘540作為下層，位于贗電容膜與多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間。在其他實(shí)施例中，勢(shì)壘540構(gòu)成與膜535不同（但仍然相鄰）的分離層。在各種實(shí)施例中，勢(shì)壘540可以包括導(dǎo)電材料以及電絕緣材料，導(dǎo)電材料諸如tin、釕、鎢、銅等，電絕緣材料諸如高k氧化物等（其中，“高k”意思是介電常數(shù)大于3.9）。前述材料中的任一種（銅可能是個(gè)例外，其遭受高縱橫比ald處理的缺失）可以是使用ald來沉積的。在某些實(shí)施例中，用于勢(shì)壘540的傳導(dǎo)材料可以是有利的，因?yàn)槠浯蟠笤鰪?qiáng)了對(duì)在贗電容材料的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)中涉及的電子的收集。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的移動(dòng)電子設(shè)備600的示意性表示。如圖6中所示，移動(dòng)電子設(shè)備600包括外殼601、外殼內(nèi)的集成電路（ic）管芯610、以及外殼601內(nèi)且與ic管芯610相關(guān)聯(lián)以便能夠給ic管芯提供能量的能量存儲(chǔ)設(shè)備620。在一些實(shí)施例中，與ic管芯610“相關(guān)聯(lián)”意思是：能量存儲(chǔ)設(shè)備620集成到ic管芯610內(nèi)或者以某種方式集成到其封裝內(nèi)（例如，通過被實(shí)現(xiàn)在管芯自身上；通過形成封裝體疊層（pop,package-on-package）架構(gòu)或片上系統(tǒng)（soc）架構(gòu)的一部分；等等）。

ic管芯610可以包括任何類型的集成電路設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，ic管芯包括處理系統(tǒng)（單核或多核）。例如，ic管芯可以包括微處理器、圖形處理器、信號(hào)處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、芯片集等。在一個(gè)實(shí)施例中，ic管芯610包括soc，其具有多個(gè)功能單元（例如，一個(gè)或多個(gè)處理單元、一個(gè)或多個(gè)圖形單元、一個(gè)或多個(gè)通信單元、一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理單元、一個(gè)或多個(gè)安全單元等）。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開不限于任何特定類型或類別的ic設(shè)備。如果使用pop組件，則其可以包括任何類型的計(jì)算系統(tǒng)的一部分，如下文所描述的。

如本文所公開的能量存儲(chǔ)設(shè)備可以用作各種計(jì)算系統(tǒng)的一部分。這樣的計(jì)算系統(tǒng)的一個(gè)示例是上文描述的移動(dòng)電子設(shè)備。在該實(shí)施例或其他實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)可以包括多個(gè)設(shè)置在主板或其他電路板上的部件。主板可以包括第一側(cè)和相對(duì)的第二側(cè)，并且各種部件可以設(shè)置在第一和第二側(cè)中的任一個(gè)或二者上。例如，計(jì)算系統(tǒng)可以包括能量存儲(chǔ)設(shè)備，諸如本文公開的，設(shè)置在主板的第一或第二側(cè)上。系統(tǒng)可以包括任何類型的計(jì)算系統(tǒng)，諸如例如手持或移動(dòng)計(jì)算設(shè)備（例如蜂窩電話、智能電話、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、音樂播放器、平板計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)機(jī)計(jì)算機(jī)等）。然而，所公開的實(shí)施例不限于手持和其他移動(dòng)計(jì)算設(shè)備，并且這些實(shí)施例可以在其他類型的計(jì)算系統(tǒng)中找到應(yīng)用，諸如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和服務(wù)器。

主板可以包括任何合適類型的電路板或其他襯底，其能夠在設(shè)置在板上的各種部件的一個(gè)或多個(gè)之間提供電通信。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，主板包括印刷電路板（pcb），其包括多個(gè)金屬層，該多個(gè)金屬層通過介電材料層相互分離且通過導(dǎo)電通孔而互連?？梢砸云谕碾娐穲D案形成金屬層中的任何一個(gè)或多個(gè)，以在與板耦合的部件之間路由——可能結(jié)合其他金屬層——電信號(hào)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的實(shí)施例不限于上述pcb，并且還應(yīng)當(dāng)理解的是，主板可以包括任何其他合適的襯底。

除一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)設(shè)備外，可以將一個(gè)或多個(gè)附加部件設(shè)置在主板的任一側(cè)或全部?jī)蓚?cè)上?？稍O(shè)置在主板上的附加部件包括其他ic設(shè)備（例如處理設(shè)備、存儲(chǔ)器設(shè)備、信號(hào)處理設(shè)備、無線通信設(shè)備、圖形控制器和/或驅(qū)動(dòng)器、音頻處理器和/或控制器等）、功率輸送部件（例如，電壓調(diào)節(jié)器和/或其他功率管理設(shè)備、諸如電池之類的電源和/或諸如電容器之類的無源設(shè)備）和一個(gè)或多個(gè)用戶接口設(shè)備（例如音頻輸入設(shè)備、音頻輸出設(shè)備、鍵盤或諸如觸摸屏顯示器和/或圖形顯示器等的其他數(shù)據(jù)輸入設(shè)備）、以及這些和/或其他設(shè)備的任意組合。在一些實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)可以包括輻射屏蔽、冷卻解決方案、天線等中的一個(gè)或多個(gè)。在一些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以設(shè)置在外殼或機(jī)殼內(nèi)。在主板設(shè)置在外殼內(nèi)的情況下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些部件——例如，諸如顯示器或鍵盤之類的用戶接口設(shè)備和/或諸如電池之類的電源——可以與主板（和/或設(shè)置在該板上的部件）電耦合，但可以與外殼機(jī)械耦合。

作為示例，能量存儲(chǔ)設(shè)備620可以類似于能量存儲(chǔ)設(shè)備500，其一部分在圖5中示出。相應(yīng)地，能量存儲(chǔ)設(shè)備620的特征在于以下聲明（每個(gè)聲明的細(xì)節(jié)已經(jīng)在上文中進(jìn)行了討論）中的至少一個(gè)：（1）移動(dòng)電子設(shè)備還包括第一和第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少之一上的膜，該膜包括能夠展示可逆電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的的材料；（2）第一和第二電解質(zhì)至少之一包含多個(gè)金屬離子；以及（3）第一和第二電解質(zhì)合在一起包括氧化還原系統(tǒng)。

圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造能量存儲(chǔ)設(shè)備的方法700的流程圖。作為示例，方法700可以導(dǎo)致與上文描述的能量存儲(chǔ)設(shè)備500類似的能量存儲(chǔ)設(shè)備的形成。

方法700的操作710是：提供第一多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，第一多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一多個(gè)溝道，第一多個(gè)溝道包含第一電解質(zhì)。作為示例，第一多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以類似于在圖5中示出的多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)510。

方法700的操作720是：提供第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第二多個(gè)溝道，第二多個(gè)溝道包含第二電解質(zhì)。作為示例，第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以類似于在圖5中示出的多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)520。

在某些實(shí)施例中，方法700還包括作為操作710和720的一部分或作為一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)操作的以下操作：向第一和第二電解質(zhì)至少之一提供多個(gè)金屬離子以及在沉積膜之前在第一和第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述至少之一上沉積勢(shì)壘層。在相同或其他實(shí)施例中，第一和第二電解質(zhì)可以被選擇為使得它們合在一起包括氧化還原系統(tǒng)。作為示例，勢(shì)壘層可以類似于在圖5中示出的鈍化勢(shì)壘層540，并且金屬離子可以如本文中其他地方描述的那樣。如也已經(jīng)描述過的，在一些實(shí)施例中，勢(shì)壘層可以是雙層結(jié)構(gòu)的一部分，該雙層結(jié)構(gòu)還包括在操作730中沉積的膜，如下文所討論的。在這樣的情況中，勢(shì)壘層將首先被沉積到（或以其他方式被施加于）多孔電極上，在此之后，贗電容膜將被沉積或以其他方式施加。如上文已經(jīng)描述的，在一些實(shí)施例中，沉積勢(shì)壘層包括使用ald技術(shù)。

方法700的操作730是：在第一和第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少之一上沉積膜，該膜包括能夠展示可逆電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的材料。在一些實(shí)施例中，操作730包括使用ald技術(shù)。作為示例，該膜可以類似于在圖5中示出的膜535。

在特定實(shí)施例中，膜包括氮化釩（vn），并且ald技術(shù)是使用tdeav和氨氣（nh3）或肼（例如，n2h4、甲基肼、二甲基肼、叔丁基肼）作為前驅(qū)物來執(zhí)行的。在不同的實(shí)施例中，膜包括氮化釩，并且ald技術(shù)是使用vcl4和nh3或肼作為前驅(qū)物來執(zhí)行的。在又一實(shí)施例中，膜包括氮化釩鈦，并且ald技術(shù)是使用vcl4、ticl4和nh3或肼作為前驅(qū)物來執(zhí)行的。在再一實(shí)施例中，膜包括ruo2，并且ald技術(shù)是使用有機(jī)釕化合物（諸如雙（乙基環(huán)戊二烯）釕）和氧氣作為前驅(qū)物來執(zhí)行的。

圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的制造能量存儲(chǔ)設(shè)備的方法800的流程圖。如上文的方法700的情況那樣，方法800可以導(dǎo)致與能量存儲(chǔ)設(shè)備500類似的能量存儲(chǔ)設(shè)備的形成。

方法800的操作810是：提供第一多孔結(jié)構(gòu)，第一多孔結(jié)構(gòu)包括第一多個(gè)溝道，第一多個(gè)溝道包含第一電解質(zhì)。

方法800的操作820是：提供第二多孔結(jié)構(gòu)，第二多孔結(jié)構(gòu)包括第二多個(gè)溝道，第二多個(gè)溝道包含第二電解質(zhì)。

在某些實(shí)施例中，方法800還包括作為操作810和820的一部分或作為一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)操作的以下操作：向第一和第二電解質(zhì)至少之一提供多個(gè)金屬離子以及在沉積膜之前在第一和第二多孔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的所述至少之一上沉積勢(shì)壘層。在相同或其他實(shí)施例中，第一和第二電解質(zhì)可以被選擇為使得它們合在一起包括氧化還原系統(tǒng)。作為示例，勢(shì)壘層可以類似于在圖5中示出的鈍化勢(shì)壘層540，并且金屬離子可以如在本文中其他地方描述的那樣。如也已經(jīng)描述過的，在一些實(shí)施例中，勢(shì)壘層可以是雙層結(jié)構(gòu)的一部分，該雙層結(jié)構(gòu)還包括在操作830中沉積的膜，如下文所討論的。在這樣的情況中，勢(shì)壘層將首先被沉積到（或以其他方式被施加于）多孔電極上，在此之后，贗電容膜將被沉積或以其他方式施加。如上文已經(jīng)描述的，在一些實(shí)施例中，沉積勢(shì)壘層包括使用ald技術(shù)。

方法800的操作830是：使用ald技術(shù)在第一和第二多孔結(jié)構(gòu)至少之一上沉積膜，該膜包括能夠展示可逆電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的材料。作為示例，該膜可以類似于在圖5中示出的膜535。

盡管參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變。相應(yīng)地，本發(fā)明的實(shí)施例的公開旨在說明而不是旨在限制本發(fā)明的范圍。意圖是，本發(fā)明的范圍應(yīng)該僅受限于由所附權(quán)利要求所需的程度。例如，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，將容易顯而易見的是，在多種實(shí)施例中可以實(shí)現(xiàn)此處討論的能量存儲(chǔ)設(shè)備以及相關(guān)結(jié)構(gòu)和方法，并且這些實(shí)施例中的某些的前述討論未必表示對(duì)所有可能實(shí)施例的完整描述。

此外，已經(jīng)針對(duì)具體實(shí)施例描述了益處、其它優(yōu)點(diǎn)和問題的解決方案。然而，所述益處、優(yōu)點(diǎn)、問題的解決方案和可使任何益處、優(yōu)點(diǎn)或解決方案出現(xiàn)或變得更加顯著的任意一個(gè)或多個(gè)要素不應(yīng)被解釋為任一或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、需要的或必要的特征或要素。

此外，如果此處公開的實(shí)施例和/或限制(1)沒有在權(quán)利要求中明確要求保護(hù)且(2)是或可能是權(quán)利要求中的表述要素和/或限制在等同原則下的等同物，則所述實(shí)施例和限制不是在貢獻(xiàn)原則下貢獻(xiàn)給公眾的。