[發明專利]固態儲能裝置

有效

• 申請號: 201310034515.9
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103227048B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 蒂姆·胡米;弗里德里希·B·普林茨;韋斯頓·亞瑟·赫爾曼;約瑟夫·漢;瑞納·法史英
• 申請（專利權）人: 量子世界公司
• 主分類號: H01G4/08
• 分類號: H01G4/08;H01G4/12;H01G4/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 彭昶,楊思捷

相關申請的交叉引用

本申請要求2012年1月30日遞交的名稱為“SOLID STATE ENERGY STORAGE DEVICES”的美國臨時專利申請No.61/592,517的優先權，該臨時專利申請出于各種目的以引用的方式并入本文。

技術領域

本專利申請涉及用于儲能的裝置和制造與使用這樣的裝置的方法。

背景技術

通常，電容式儲能裝置包括兩個電極，介電材料置于這兩個電極之間。圖1為示出電容式儲能裝置的簡化圖。如圖1所示，介電材料103位于電極101和電極102之間。當在電極兩端施加電壓時，介電材料變得極化并且電荷儲存在電極板上。

遺憾的是，如下文所述的，傳統的儲能裝置存在不足。期望有新的并且改進的儲能裝置。

發明內容

本專利申請描述了用于儲能的裝置和用于制作和使用該裝置的方法。在各個實施方式中，阻擋層設置在儲能裝置的介電材料和電極之間。阻擋層的特征為高于介電材料的介電常數。還存在其他實施方式。

在一個實施方式中，本發明提供了一種包括隔開的第一電極和第二電極的儲能裝置。介電層設置在第一電極和第二電極之間。第一阻擋層設置在第一電極和介電層之間并且第二阻擋層設置在第二電極和介電層之間。第一阻擋層和第二阻擋層的介電常數均獨立地大于介電層的介電常數。

根據本申請，介電材料可以具有不同的相對介電常數，該相對介電常數可以在約2和25之間，在約3和15之間，或者在其他范圍內。介電層可以具有能帶間隙大于4eV的材料。介電層還可以具有大于0.5V/nm的擊穿場強的材料。

介電層可包括選自氧化物、氮化物、氮氧化物和氟化物的材料。介電層還可以包括選自SiO₂、HfO₂、Al₂O₃或Si₃N₄的材料。

具有較高相對介電常數的阻擋層可以具有大于20的相對介電常數。阻擋層的材料可以具有小于4eV的能帶間隙，并且擊穿場強可以在1mV/nm和200mV/nm之間。根據本申請，第一阻擋層和第二阻擋層可獨立地包括選自離子型導電材料和非離子型導電材料的材料。根據本申請，離子型導電材料可以選自Li⁺導體、H⁺導體、Mg²⁺導體、Na⁺導體、O^-導體、F^-導體、Li₃PO₄和Li₃PO_4-xN_x。非離子型導電材料可以為多鐵性高-k材料，諸如，CaCu₃Ti₄O₁₂、La_2-xSr_xNiO₄、納米復合高-k材料、高-k陶瓷材料、鈣鈦礦鐵電材料、PZT（Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃）、SrTiO₃、PbTiO₃、BaTiO₃、(BaSr)TiO₃等。

第一阻擋層和第二阻擋層獨立地包括介電常數在包括介電層的材料的介電常數的10倍和10000倍之間的材料。在具體實施方式中，第一阻擋層和第二阻擋層獨立地包括介電常數在包括介電層的材料的介電常數的50倍和1,000倍之間的材料。第一阻擋層和第二阻擋層可以獨立地具有在4nm和100nm之間的厚度。在具體實施方式中，介電層具有在10nm和10μm之間的厚度。第一阻擋層和第二阻擋層可以獨立地具有在介電層厚度的10倍和1000倍之間的厚度。

應當理解，阻擋層材料和介電層材料根據應用而不同。在一個實施方式中，第一阻擋層和第二阻擋層均為PZT且介電層為SiO₂。在另一實施方式中，第一阻擋層和第二阻擋層均為LiPON且介電層為SiO₂。在另一實施方式中，第一阻擋層和第二阻擋層均為LiPON且介電層為Li₂O。在另一實施方式中，第一阻擋層和第二阻擋層均為LiPON且介電層為LiF。