的第一導(dǎo)電核或第一半導(dǎo)體核且第二導(dǎo)電核-殼納米顆粒還能包含具有小于lOOnm的 第二直徑的第二導(dǎo)電核或第二半導(dǎo)體核。
[003引在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一殼還能包含與包含對(duì)所述第一電解質(zhì)基質(zhì)中的流 動(dòng)離子是化學(xué)活性的第一表面，其中所述化學(xué)反應(yīng)被限于所述第一表面；并且第二殼還能 包含與包含對(duì)所述第二電解質(zhì)基質(zhì)中的流動(dòng)離子是化學(xué)活性的第二表面，其中所述化學(xué)反 應(yīng)被限于所述第二表面。
[0039] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一殼還能包含對(duì)包含在所述第一電解質(zhì)基質(zhì)中的流 動(dòng)離子是化學(xué)活性的第一近表面區(qū)域，其中所述化學(xué)反應(yīng)被限于第一近表面區(qū)域W及第二 殼還能包含對(duì)包含在所述第二電解質(zhì)基質(zhì)中的流動(dòng)離子是化學(xué)活性的第二近表面區(qū)域，其 中所述化學(xué)反應(yīng)被限于所述第二近表面區(qū)域。
[0040] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一納米復(fù)合電極還能包含具有第一濃度和第一尺寸 的第一納米級(jí)導(dǎo)電核-殼顆粒從而超過(guò)所述第一納米復(fù)合電極中的所述第一納米級(jí)導(dǎo)電 核-殼顆粒的滲濾闊值；W及第二納米復(fù)合電極還能包含具有第二濃度和第二尺寸的第二 納米級(jí)導(dǎo)電核-殼顆粒從而超過(guò)第二納米復(fù)合電極中第二納米級(jí)導(dǎo)電核-殼顆粒的滲濾闊 值。
[0041] 在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一納米級(jí)導(dǎo)電顆粒還能包含第一尺寸和所述第一納 米級(jí)導(dǎo)電顆粒之間的第一間隔W允許鄰近納米級(jí)導(dǎo)電顆粒之間的電子隧道效應(yīng)，從而確保 所述第一納米復(fù)合電極是導(dǎo)電的W及第二納米級(jí)導(dǎo)電顆粒還能包含第二尺寸和所述第二 納米級(jí)導(dǎo)電顆粒之間的第二間隔W允許鄰近納米級(jí)導(dǎo)電顆粒之間的電子隧道效應(yīng)，從而確 保所述第二納米復(fù)合電極是導(dǎo)電的
[0042] 本發(fā)明的另一特征是提供靜電電容器式電子電池，其包含通過(guò)高介電強(qiáng)度絕緣基 質(zhì)分離的第一電極和第二電極。具有導(dǎo)電核和絕緣殼的多個(gè)核-殼納米顆粒分散在高介電 強(qiáng)度絕緣基質(zhì)中。導(dǎo)電核還能包含金屬或半導(dǎo)體。半導(dǎo)體核還能包含平均半徑小于或等于 適合的激子玻爾半徑的納米級(jí)半導(dǎo)體顆粒。核-殼納米顆粒還能包含被包含與所述核元素 相同的簡(jiǎn)單二元化合物的殼圍繞的單一元素的核。絕緣殼還能包含高介電強(qiáng)度材料。
[0043] 本發(fā)明的另一特征是提供用于制造超級(jí)電容器式電子電池的單電池的方法。所述 方法包括下列步驟。在第一導(dǎo)電表面上形成第一納米復(fù)合電極，其中第一導(dǎo)電表面作為第 一集流體。第一納米復(fù)合電極的形成包括W下步驟；(a)提供具有第一導(dǎo)電核或第一半導(dǎo) 體核的第一納米顆粒；化）處理所述第一納米顆粒W在所述第一納米顆粒的所述第一導(dǎo)電 核周圍形成第一薄殼；（C)將第一配體與所述經(jīng)過(guò)處理的第一納米顆粒連接；W及（d)將所 述經(jīng)過(guò)處理的第一納米顆粒與所述連接的第一配體分散至第一電解質(zhì)基質(zhì)中，其中所述分 散的第一納米顆粒具有超過(guò)所述第一電解質(zhì)基質(zhì)的滲濾限度的第一濃度。將含電解質(zhì)的層 涂覆于所述第一納米復(fù)合電極。形成第二電極并將所述第二電極引至與所述第一納米復(fù)合 電極對(duì)側(cè)上的所述電解質(zhì)之上。放置第二導(dǎo)電表面與所述第二電極接觸，其中所述第二導(dǎo) 電表面作為第二集流體。將第一導(dǎo)電表面、第一納米復(fù)合電極、電解質(zhì)、第二電極和第二導(dǎo) 電表面密封。
[0044] 在替代優(yōu)選的實(shí)施方案中，第二電極還能包含可逆電極、不可逆電極、表面活性電 極或納米復(fù)合電極。第二納米復(fù)合電極包括步驟；（e)提供具有第二導(dǎo)電核或第二半導(dǎo)體 核的第二納米顆粒；（f)處理所述第二納米顆粒W在所述第二納米顆粒的所述第二導(dǎo)電核 周圍形成第二薄殼；（g)將第二配體與所述經(jīng)過(guò)處理的第二納米顆粒連接；W及化）將連接 有所述第二配體的所述經(jīng)過(guò)處理的第二納米顆粒分散至第二電解質(zhì)基質(zhì)中，，其中所述分 散的第二納米顆粒具有超過(guò)所述第二電解質(zhì)基質(zhì)的滲濾限度的第二濃度。
[0045] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一導(dǎo)電核-殼納米顆粒還能包含具有小于lOOnm的第一 直徑的第一導(dǎo)電核或第一半導(dǎo)體核并且第二導(dǎo)電核-殼納米顆粒還能包含具有小于lOOnm 的第二直徑的第二導(dǎo)電核或第二半導(dǎo)體核。
[0046] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一納米顆粒的第一半導(dǎo)體核還能包含超過(guò)激子玻爾半徑 的第一半徑W及第二納米顆粒的第二半導(dǎo)體核還能包含超過(guò)激子玻爾半徑的第二半徑。
[0047] 本發(fā)明的另一特征是提供用于制造靜電電容器式電子電池的方法。所述方法包括 下列步驟。提供具有第一表面的第一金屬電極。提供具有第二表面的第二金屬電極。提供 具有導(dǎo)電核或半導(dǎo)體核的納米顆粒。納米顆粒的核還能包含小于或等于lOOnm的直徑。納 米顆粒的半導(dǎo)體核還能包含小于或等于激子玻爾半徑的半徑。處理所述納米顆粒W在所述 納米顆粒的核周圍形成薄殼。將配體與所述經(jīng)過(guò)處理的納米顆粒連接。將連接有所述配體 的所述經(jīng)過(guò)處理的納米顆粒分散至高介電強(qiáng)度基質(zhì)中W形成復(fù)合電介質(zhì)。將所述復(fù)合電介 質(zhì)涂覆于所述第一金屬電極的第一表面W及所述第二電極的第二表面。密封第一金屬電 極、復(fù)合電介質(zhì)和第二電極。
[0048] 前述已經(jīng)概述本發(fā)明相當(dāng)廣泛和更相關(guān)且重要的特征W便使W下本發(fā)明的詳細(xì) 描述可被更好地理解，從而使對(duì)本技術(shù)的貢獻(xiàn)能被更充分地重視。形成本發(fā)明權(quán)利要求主 題的本發(fā)明的附加特征在下文進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到所公開(kāi)的概念和具體 實(shí)施方案可被容易地用作修改或設(shè)計(jì)用于進(jìn)行本發(fā)明相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域 技術(shù)人員還應(yīng)意識(shí)到該樣的等效結(jié)構(gòu)并不違背如由附加的權(quán)利要求所闡述的本發(fā)明的實(shí) 質(zhì)和范圍。
[0049]附圖簡(jiǎn)巧
[0050] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的電化學(xué)雙層的示意圖；
[0化1] 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的電子電池的單電池的示意性橫截面圖；
[0052] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的具有核-殼納米復(fù)合電介質(zhì)的靜電電容器的單電池 的示意性橫截面圖；W及
[0053] 圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的多層電子電池的示意性橫截面圖。
[0054] 在所有附圖的若干視圖中的相似的附圖標(biāo)記是指相似的部分。
[00巧]發(fā)巧詳巧
[0056] 本發(fā)明的電子電池的電池結(jié)構(gòu)示意圖在圖2中示出。電池包含常規(guī)電化學(xué)電容 器結(jié)構(gòu)（未示出）：兩個(gè)電極20, 30通過(guò)僅包含電解質(zhì)40的區(qū)域分離并在其相對(duì)面上裝備 有集流體50,60。優(yōu)選的電解質(zhì)40包含含有裡、鋼、鐘、氨or和m、銅和/或銀的流動(dòng)離 子的材料并能采取溶解的離子化學(xué)化合物（或多個(gè)化合物）的水溶液、溶解的離子化學(xué)化 合物（或多個(gè)化合物）的非水溶液、聚合物電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、固體電解質(zhì)或烙鹽電解質(zhì) 的形式。在電解質(zhì)40為液體或凝膠的情況下，其應(yīng)包含多孔非導(dǎo)電固體W防止兩個(gè)導(dǎo)電 電極20, 30 -起短路，因?yàn)橛欣氖莾蓚€(gè)電極20, 30之間的間隙保持非常小W最小化等效 串聯(lián)電阻巧SR)并使電容器10的功率和能量密度最大化。在電解質(zhì)40是烙鹽的情況下， 可能特別有利的是結(jié)合在S.V.Pan'kova，V.V.Poborchii和V.G.Solov'ev在"Hiegiant dielectricconstantofopalcontainingsodiumnitratenanoparticles(含石肖酸鋼納 米顆粒的蛋白石的巨大介電常數(shù)）"，J.Phys.;CondensedMatter8，L203-L206(1996)中 描述的結(jié)構(gòu)，其中將烙鹽電解質(zhì)化學(xué)滲透進(jìn)入合成的蛋白石框架。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到多孔基質(zhì)不 必限制于合成的蛋白石（Si〇2)結(jié)構(gòu)，而應(yīng)意識(shí)到還能將本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的氧化侶、娃 酸侶等的絕緣基質(zhì)與烙鹽電解質(zhì)一起滲透。適合的候選烙鹽電解質(zhì)的實(shí)例包括基于裡和鐘 的硝酸鹽的低烙化溫度混合物W及基于包含已知降低其烙點(diǎn)并增加其離子導(dǎo)電率的適合 的添加劑的AlCl3(例如NaAlCL)的那些。
[0057]電極20, 30本身各自為納米復(fù)合材料；在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，它們由直徑 <100nm的納米級(jí)導(dǎo)電顆粒22, 32組成，由不同材料的殼24, 34圍繞并分散在電解質(zhì)基質(zhì) 26, 36中。電解質(zhì)基質(zhì)26, 36能采取溶解的離子化學(xué)化合物（或多個(gè)化合物）的水溶液、溶 解的離子化學(xué)化合物（或多個(gè)化合物）的非水溶液、聚合物電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)、固體電解 質(zhì)或烙鹽電解質(zhì)的形式。導(dǎo)電核22, 32的濃度和尺寸應(yīng)超過(guò)材料的滲濾闊值，從而確保電 極20, 30是導(dǎo)電的。在顆粒是球形的情況下，通過(guò)球密堆積能達(dá)到的最大容積率為約74%， 但對(duì)于立方體或立方形顆粒，能超過(guò)該界限。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，納米顆粒及其之間的間 距應(yīng)足夠小W允許鄰近顆粒之間的電子隧道效應(yīng)，從而確保電極結(jié)構(gòu)是導(dǎo)電的。在另一優(yōu) 選的實(shí)施方案中，在可使用半導(dǎo)體核22, 32的情況下，為保持導(dǎo)電性，顆粒的平均尺寸應(yīng)大 于適合的激子玻爾半徑一一較小的顆粒表現(xiàn)為絕緣體，從而導(dǎo)致等效串聯(lián)電阻巧SR)不期 望地增加并限制裝置的功率密度。
[005引當(dāng)將核-殼納米顆粒用于超級(jí)電容器的電極時(shí)，殼發(fā)揮兩個(gè)主要目的；（i)最大化 電極結(jié)構(gòu)的電容，W及（ii)提供能連接適合的功能配體（未示出）的表面。包含合適配體 的功能化納米顆粒防止聚集并允許在電解質(zhì)介質(zhì)中分散。應(yīng)將殼設(shè)計(jì)W不中斷電子通過(guò)電 極運(yùn)輸；它們能為導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體，盡管在后面的情況下，絕緣殼應(yīng)為非常薄的使得 在鄰近納米顆粒的導(dǎo)電核之間能發(fā)生電子隧道效應(yīng)。
[0059] 殼和電解質(zhì)離子之間的相互作用能僅為電容性的一一納米顆粒和電解質(zhì)之間界 面處的離子形成電化學(xué)雙層結(jié)構(gòu)一一或假電容性，其中除了形成雙層結(jié)構(gòu)之外，發(fā)生電子 交