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超导性超级电容器

阅读：242发布：2020-05-11

专利汇可以提供超导性超级电容器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了超导性超级电容器和形成大规模嵌入式电容的方法，该嵌入式电容在非常宽的半径上以并联方式连接，该半径可从数平方英尺变化至数百或数千平方英里，或更多。通过在导电性材料的每层之间沉积多个介电材料的交替层，超导性超级电容器形成于防水真空壳体中，以阻止水及湿气进入，借此，一个或多个电极位于每个介电层上，因此形成具有至少一个从该壳体伸出的探针电极和连接至一个或多个电极的超导性超级电容器，以例如用于从闪电源接收电荷。可考虑将数层到数千层、甚至可能为数百万或更多层的多个导体层分开的多个介电层，例如可以设计该多个介电层及导体层以限定多层电容结构，多层电容结构能够提供电能，以补充或替换损害环境的其它电能源。，下面是超导性超级电容器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超级电容器，包括：
多个嵌入式并联电容，通过交替导电材料层和介电材料层形成，具有超过10英尺的半径并且封装在防水壳体中；以及
至少一个未接地探针，具有人为产生的能量源，直接连接至位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的一个或多个电极，并且从所述防水壳体伸出，用于从闪电源接收电能以对所述超级电容器进行充电。
2.如权利要求1所述的超级电容器，其中，电池电连接至所述超级电容器。
3.如权利要求1所述的超级电容器，其中，所述超级电容器电连接至电网。
4.如权利要求2所述的超级电容器，其中，所述电池电连接至电网。
5.如权利要求1所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为介电材料的砂。
6.如权利要求2所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为介电材料的砂。
7.如权利要求3所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为介电材料的砂。
8.如权利要求1所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为导体材料的铁。
9.如权利要求2所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为导体材料的铁。
10.如权利要求3所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为导体材料的铁。
11.如权利要求1所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为介电材料的硅。
12.如权利要求2所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为介电材料的硅。
13.如权利要求3所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有作为介电材料的硅。
14.如权利要求1所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有用于导体材料的金属片。
15.如权利要求2所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有用作导体材料的金属片。
16.如权利要求3所述的超级电容器，其中，所述嵌入式并联电容具有用作导体材料的金属片。
17.一种从闪电中获取电能的方法，包括以下步骤：
将超级电容器的至少一个未接地探针放置在闪电源附近，所述超级电容器具有导体和介电材料的交替层以形成多层并联电容结构，所述交替层的每层都具有超过10英寸的半径，所述多层并联电容结构由防水壳体中的嵌入式并联电容形成，所述至少一个未接地探针具有人为产生的能量源；以及
使用与位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的一个或多个电极直接连接的所述至少一个未接地探针从雷击中接收电能，并且所述至少一个未接地探针从所述防水壳体伸出。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述导体包括金属片，所述介电材料是硅。
19.如权利要求17所述的方法，还包括：将电池电连接至所述超级电容器。
20.如权利要求17所述的方法，还包括：
将所述超级电容器电连接至电网以作为替代的能量源。
21.一种发电的方法，包括以下步骤：
通过将超级电容器的至少一个未接地探针附近的空气离子化云产生闪电，所述超级电容器具有导体和介电材料的交替层以形成多层并联电容结构，所述交替层的每层具有任意形状并且在最短侧处的半径超过10英尺，所述多层并联电容结构由防水壳体中的嵌入式并联电容形成，所述至少一个未接地探针具有人为产生的能量源；以及通过与位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的一个或多个电极直接连接的所述至少一个未接地探针从雷击中接收电能，所述至少一个未接地探针从所述防水壳体中伸出。
22.如权利要求21所述的方法，其中，将超级电容器的至少一个未接地探针附近的空气离子化云包括对云层进行催化。

说明书全文

超导性超级电容器

[0001] 本申请为于2010年12月29日提交的、名为“超导性超级电容器”的PCT 国际申请PCT/US2010/062389的对应中国国家阶段申请第201080026830.1号的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明通常涉及大规模电子电路及其制作，大规模电子电路装在以混凝土、陶瓷或其它类似的非导电材料制成的大规模防水真空的非导电外壳中，使用具有当地充足的自然资源的层，例如砂或其它介电材料等，作为绝缘体(不论人为制成的或自然发生的)；以人为产生的或自然发生的金属材料层作为导体，例如，铁、铝等；金属探针从壳体伸出且与各导电层并联；并且人为产生或自然发生的现象作为探针的能量来源，例如，闪电。尤其是，本发明涉及用于形成具有集成的多层电容的宏电子组件的方法，该集成的多层电容基于其形成于壳体中的非常宽的半径及层数，具有宽范围的电容值。因此可以将获得的电力接着存储且分配，以供人类使用。新型发电厂考虑利用此超导性超级电容器技术，将电能提供给电网并且由电力充电站使用，以用于电动运输车辆，例如汽车、卡车、公交车、船、火车及飞机。

背景技术

[0003] 微电子电容器通常由以下步骤形成：在陶瓷基板上形成导电区域的图案以界定底部电极；在底部电极上沉积介电材料薄层以形成用于微电子电容器的介电质；接着使用在介电材料上的第二导电区域，在介电质上形成第二电极的图案以形成微电子电容器。在这种方式中，微电子电容器存储电荷，并且因为必须作功以对微电子电容器充电，所以微电子电容器还将存储电势能。如果考虑具有半径R的独立的金属球体的实例，任何存储在此球体上的电荷称为Q，可以表示为电势：

[0004]

[0005] 这样存储在球体上的电荷量与电势(V)成正比。此比例关系存在于任何形状或尺寸的任何导体。如果导体能够在低电势处存储大量的电荷，那么该单个导体的电容量(C)很大，所以关系为：

[0006] Q＝CV变成

[0007] 因此，球体的电容量随着其半径增加，并且以并联方式联接在一起的许多这些球体产生了总电容量，总电容量是它们单个电容量的总和。此外，电容器不仅存储电荷(Q)，还存储电势能(U)，电势能可大体表示为：

[0008]

[0009] (忽略介电层中的能量密度)。电势能(U)也是对电容器进行充电所必须作的功的总量。

[0010] 在此需要本文中称为超导性超级电容器的宏电子电路(macroelectronic circuit)以及利用上述关系的方法，以用于获取和存储不论是自然发生或人为产生的闪电的电荷，作为人类使用的替代能源。在确定雷击而产生的总能量范围处于特定设定范围中之后，可基于地面面积或可用于支撑本发明的超导性超级电容器壳体的其它底面，来确定电容器的嵌入并联层的理想半径和数量，该电容器形成本发明超导性超级电容器。

发明内容

[0011] 公开了一种超导性超级电容器以及形成大规模嵌入式电容的方法，该大规模嵌入式电容在非常宽的半径上以并联方式联接，该半径可从数平方英尺变化至数百或数千平方英里，或更多。通过在导电性材料的每层之间沉积多个介电材料的交替层，超导性超级电容器形成在防水真空壳体中，以阻止水及湿气，借此，一个或多个电极位于每个介电层上，因此形成具有至少一个从该壳体伸出的探针电极和连接至一个或多个电极的超导性超级电容器，以例如用于从闪电源中接收电荷。可考虑将数层到数千层、甚至可能数百万层或更多层的多个导体层分开的多个介电层，例如可以设计该多个介电层和导体层以限定多层电容结构，该多层电容结构能够提供电能，以补充或替换损害环境的其它电能源。

[0012] 本申请公开了一种超级电容器，包括：多个嵌入式并联电容，通过交替导电材料层和介电材料层形成，具有超过10英尺的半径并且封装在防水壳体中；以及至少一个未接地探针，具有人为产生的能量源，直接连接至位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的一个或多个电极，并且从所述防水壳体伸出，用于从闪电源接收电能以对所述超级电容器进行充电。

[0013] 本申请还公开了一种从闪电中获取电能的方法，包括以下步骤：将超级电容器的至少一个未接地探针放置在闪电源附近，所述超级电容器具有导体和介电材料的交替层以形成多层并联电容结构，所述交替层的每层都具有超过10英寸的半径，所述多层并联电容结构由防水壳体中的嵌入式并联电容形成，所述至少一个未接地探针具有人为产生的能量源；以及使用与位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的一个或多个电极直接连接的所述至少一个未接地探针从雷击中接收电能，并且所述至少一个未接地探针从所述防水壳体伸出。

[0014] 本申请还公开了一种发电的方法，包括以下步骤：通过将超级电容器的至少一个未接地探针附近的空气离子化云产生闪电，所述超级电容器具有导体和介电材料的交替层以形成多层并联电容结构，所述交替层的每层具有任意形状并且在最短侧处的半径超过10英尺，所述多层并联电容结构由防水壳体中的嵌入式并联电容形成，所述至少一个未接地探针具有人为产生的能量源；以及通过与位于所述超级电容器的一个或多个介电层上的一个或多个电极直接连接的所述至少一个未接地探针从雷击中接收电能，所述至少一个未接地探针从所述防水壳体中伸出。

[0015] 附图简要说明

[0016] 图1示出了超导性超级电容器的一个实施例，其中，根据本发明的某些实施例，在很大的地面面积上，大规模嵌入式超级电容器以并联方式联接，使用用作防水壳体的陶瓷材料、使用作为形成每个绝缘层的介电绝缘材料的硅，以及使用形成每个导电层的导体的金属片。

[0017] 图2是示出自然发生的本发明的方法的实施方式的方块图。

[0018] 图3是示出人为控制的本发明的方法的实施方式的方块图。

具体实施方式

[0019] 本文中公开了本发明的详细实施方式；但是，应当理解，所公开的实施方式仅仅是本发明的范例，其可以以各种形式体现。因此，本文所公开的特定结构及功能细节不可解释为限制，仅作为权利要求的基础和作为教导本领域技术人员可能以任何适当的详细结构多方面地利用本发明的代表基础。此外，本文中所使用的术语及短语并非旨在限制，而是提供本发明的可理解的描述。

[0020] 本文中所使用的术语“一”限定为一个或一个以上。本文中所使用的术语“多个”限定为两个或两个以上。本文中所使用的术语“另一个”限定为至少第二个或更多个。本文中所使用的术语“包括”和/或“具有”限定为包括(即开放式用语)。虽然在图1中示出了用于本发明的特定配置，但是本发明的技术人员将理解变形和修改也是允许的，并且该变形和修改落在本发明的范围内。

[0021] 现在参照图1，本发明的宏电子电路，本文中称为超导性超级电容器100(super conducting super capacitor，下面称为SCSC)，示为具有导体20及介电材料30的交替层和至少一个探针电极10，该交替层在结构上与现有技术中微电子并联电容电路类似，探针电极10用于接收雷击。与现有技术电容器的主要不同之处在于尺寸、能量规模、目的、和作为能量来源的闪电。本发明的一个实施方式考虑将SCSC100连接至大规模电池系统200(以下称为大规模电池)，大规模电池接收所产生的电能，以便释放SCSC 100以用于接收更多雷击。大规模电池200也可以与电网300连接，电网300可直接连接至电力火车站、工厂、及电力充电站，以用于将电能转移到诸如电动卡车、汽车、船及飞机的运输车辆中。

[0022] 现在参照图2，实现本发明的最佳方式是使用免费且自然发生的闪电。但是，此方法限制本发明仅能用在具有丰沛雨水而自然发生闪电的地理区域。

[0023] 现在参照图3，实现本发明的更昂贵的替代方法，但是克服地理限制，该方法通过大气电离来产生闪电，例如，通过碘化银云层的催化而产生雨，因此产生闪电。

[0024] 尽管已经结合具体实施方式描述了本发明，但是对本领域的普通技术人员而言，考虑到之前的描述，许多替换、修改、变更及改变将是显而易见的。因此，本发明旨在包含所有这些替换、修改及改变，如同落入权利要求的保护范围中。

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