專利名稱：液體復(fù)合電介質(zhì)材料的制作方法
液體復(fù)合電介質(zhì)材料相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2009年12月23日遞交的美國專利申請No. 12/646, 435的權(quán)益，該美國專利申請No. 12/646，435要求2009年11月10日遞交的印度專利申請No. 2748/CHE/2009的優(yōu)先權(quán)，將這兩個申請的內(nèi)容全部通過引用結(jié)合在本文中。
背景技術(shù)：
對于電化學(xué)電源的當(dāng)前研究和開發(fā)努力通常主要集中于燃料電池、蓄電池和電化學(xué)電容器，并且涉及以相對低的成本實(shí)現(xiàn)高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命。然而，需要新類型的系統(tǒng)，其防止在普通電池中損壞電極的電化學(xué)反應(yīng)，并且避免 在多單元蓄電池中單元平衡的要求，同時提供低的制造成本。還需要可靠的電能存儲系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
這里的實(shí)施例涉及一種液體復(fù)合電介質(zhì)材料(LCDM)，所述LCDM包括在有機(jī)液相材料中的含金屬分散相材料，其中所述液體復(fù)合電介質(zhì)材料在40Hz具有大于10000或更大的介電常數(shù)(ε r)以及在40Hz具有I或更大的介電損耗(tan δ )。例如所述含金屬分散相材料包括準(zhǔn)同型相界(morphotropic phase boundary,即MPB)化合物。例如所述有機(jī)液相材料包括乙二醇。例如，所述LCDM具有小于lX10_3Acm_2的漏電流密度。例如所述LCDM是均相溶液。例如所述MPB化合物包括Pb、Zr和Ti。例如，所述MPB化合物包括鐵電鋯鈦酸鉛陶瓷。例如，所述MPB化合物包括Pb、Mg、Nb和Ti。例如，所述MPB化合物包括PbZrxTihO3,其中 O. 4 < X < O. 6。另一個實(shí)施例涉及一種電化學(xué)電容器，包括如上所述的LCDM。例如，所述電化學(xué)電容器具有1-100V的工作電壓和40HZ-10MHZ的工作頻率范圍。例如所述電化學(xué)電容器的單個電化學(xué)電容器的最大能量密度和功率密度分別大于lOOWhcc—1和IxIO5Wcc'例如所述最大能量密度和所述功率密度分別是約HOWhcc—1和約ZxIO5Wcc'另一個實(shí)施例涉及一種制造復(fù)合電介質(zhì)材料(LCDM)的方法，所述LCDM包括在有機(jī)液相材料中的含金屬分散相材料，所述方法包括通過溶膠凝膠途徑形成含金屬分散相材料的粉末，以及將所述含金屬分散相材料的粉末散布在所述有機(jī)液相材料中以形成具有均相溶液的LCDC。例如，所述含金屬分散相材料包括準(zhǔn)同型相界(MPB)化合物。例如，所述有機(jī)液相材料包括乙二醇。例如所述MPB化合物包括鐵電錯鈦酸鉛陶瓷。前述總結(jié)只是說明性的，而不是以任意方式進(jìn)行限制。除了上述說明性的方面、實(shí)施例和特征之外，另外的方面、實(shí)施例和特征通過參考附圖和以下詳細(xì)描述也將變得清楚明白。


圖I示出通過溶膠凝膠途徑準(zhǔn)備樣品PZT粉末的流程圖。圖2示出樣品PZT/DEG液體復(fù)合電介質(zhì)材料的介電常數(shù)和介電損耗的(a)頻率相關(guān)性和(b)偏置電壓相關(guān)性。圖3示出樣品PZT/DEG液體復(fù)合電介質(zhì)材料的J-E特征。
具體實(shí)施例方式在以下詳細(xì)描述中參考附圖，所述附圖形成了描述的一部分。在附圖中，除非上下文另有規(guī)定，類似的符號典型地表示類似的部件。在詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求中描述的說明性實(shí)施例并非意味著限制。在不背離這里 給出主題的精神和范圍的情況下，可以利用其他實(shí)施例或者可以進(jìn)行其他變化。應(yīng)該理解的是這里一般性描述并且在附圖中說明的本公開的方面可以按照多種不同的配置進(jìn)行排列、替代、組合、分離和設(shè)計，這里明確地考慮了這些內(nèi)容。術(shù)語“電介質(zhì)”或“電介質(zhì)材料”指的是根據(jù)與電場、磁場或電磁場相互作用使得所述材料能夠存儲電能的觀點(diǎn)考慮的大范圍的非金屬。因此，電介質(zhì)材料是氣體、液體和固體。電介質(zhì)材料是作為弱導(dǎo)電體的物質(zhì)，但卻是靜電場的有效支持者。如果在未阻止或中斷靜電通量線的同時保持相反的電荷極之間的電流流動為最小值，則靜電場可以存儲能量。這種性質(zhì)在電容器中是有用的，尤其是在射頻時。電介質(zhì)材料也用于構(gòu)建射頻傳輸線。電介質(zhì)的性質(zhì)是其能夠在按照熱的形式耗散最小能量的同時支持靜電場的能力。介電損耗越低(作為熱的能量損耗的比例)，電介質(zhì)材料越有效率。另一個考慮是介電常數(shù)，其表示物質(zhì)集中靜電通量線的程度。具有低介電常數(shù)的物質(zhì)包括理想真空、干燥空氣和大多數(shù)純的干燥氣體(例如氦氣和氮?dú)?。具有適中介電常數(shù)的材料包括陶瓷、蒸餾水、紙、云母、聚乙烯和玻璃。金屬氧化物通常具有高介電常數(shù)。諸如氧化鋁之類的高介電常數(shù)物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)在于它們可以使得制造具有小物理體積的高值電容器成為可能。但是，這些材料通常不能夠承受與諸如空氣之類的低介電常數(shù)物質(zhì)一樣強(qiáng)烈的靜電場。如果電介質(zhì)兩端的電壓變得太大，也就是說，如果靜電場變得太強(qiáng)烈，所述材料將突然開始傳導(dǎo)電流。這種現(xiàn)象稱作電介質(zhì)擊穿。在使用氣體或液體作為電介質(zhì)的部件中，如果電壓下降為小于臨界點(diǎn)則這種情況反轉(zhuǎn)。但是在包含固體電介質(zhì)的部件中，電介質(zhì)擊穿通常導(dǎo)致永久性損壞。“電容”或“電容器”是由通過電介質(zhì)分離的一對導(dǎo)體組成的無源電子部件。當(dāng)在導(dǎo)體之間存在電勢差時，在電介質(zhì)中存在電場。該電場存儲能量并且在板之間產(chǎn)生機(jī)械力。在寬的、平的、平行的、狹窄分離的導(dǎo)體之間產(chǎn)生這種效果。理想電容器的特征在于以法拉為單位測量的單一恒定值電容。這是每一個導(dǎo)體上的電荷與導(dǎo)體之間電勢差之比。實(shí)踐中，板之間的電介質(zhì)通過少量的漏電流。導(dǎo)體和導(dǎo)線引入等效串聯(lián)電阻，并且電介質(zhì)具有導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱碾妶鰪?qiáng)度限制。術(shù)語“介電常數(shù)”指的是描述電場如何影響介質(zhì)以及如何被介質(zhì)影響的物理量，并且由材料響應(yīng)于所述場進(jìn)行極化的能力來確定，從而減小了材料內(nèi)部的總電場。因此，介電常數(shù)涉及材料傳送(或“允許”)電場的能力。已知常數(shù)Stl是自由空間的電常數(shù)或介電常數(shù)，并且具有值8.854，187，817X10_12F/m。“電介質(zhì)介電常數(shù)”或“相對電介質(zhì)介電常數(shù)”(ε r)指的是電介質(zhì)材料相對于自由空間介電常數(shù)的介電常數(shù)，即靜態(tài)絕對介電常數(shù)。術(shù)語“介電常數(shù)”(ε r)指的是“電介質(zhì)介電常數(shù)”或“相對電介質(zhì)介電常數(shù)”(ε r);根據(jù)上下文，介電常數(shù)可以是靜態(tài)或頻率相關(guān)的相對電介質(zhì)介電常數(shù)。電介質(zhì)介電常數(shù)(ε J范圍是< 2000 (低),2000 < 5000 (中等)和> 10000 (非常高)。術(shù)語“介電損耗”指的是由電場產(chǎn)生熱形式的能量損耗引起的電介質(zhì)中的功耗。介電損耗也稱作tan δ、耗散因子或損耗角正切。當(dāng)交流電(AC)通過電容器時，電流領(lǐng)先電壓90°。當(dāng)在電容器之間引入電介質(zhì)時，電介質(zhì)的分子不能立即與交流電場對準(zhǔn)。這些分子相位沒有與變化的電場對準(zhǔn)。將電流領(lǐng)先電壓的角度從90°減小為領(lǐng)先角度0。已知值90 0是損耗角，并且由符號δ表示。將功率因子定義為COS 0，并且將耗散因子定義為tanS。極性分子通常在一定的頻率下表現(xiàn)出高的電介質(zhì)功率損耗。在低頻時，偶極子能夠保持與電場變化同相，因此功率損耗較低。當(dāng)增加頻率時，達(dá)到了偶極子取向不能完全及時可達(dá)到的點(diǎn)，所述偶極子變?yōu)楫愊?，?dǎo)致內(nèi)耗并且產(chǎn)生熱。介電損耗是由電介質(zhì)在每一個周期從交流電場吸收的能量的量度。當(dāng)進(jìn)一步增加交流電場的頻率時，可能沒有時間進(jìn)行實(shí)質(zhì)性上的偶極子移動；因此可以減小介電損耗。介電損耗取決于溫度。

術(shù)語“阻抗”或“電阻抗”描述了對抗電流的量度。電阻抗將電阻概念擴(kuò)展到AC電路，不但描述了電壓和電流的相對幅度，而且也描述了相對相位。當(dāng)利用直流電(DC)驅(qū)動電路時，在電阻抗和電阻之間沒有區(qū)別；可以將電阻看作是具有零相位角的阻抗。將阻抗定義為AC電路中電壓和電流的頻域之比。換句話說，阻抗是在特定頻率ω針對單個復(fù)指數(shù)的電壓-電流比。通常，阻抗是復(fù)數(shù)，但是這種復(fù)數(shù)具有與電阻相同的單位，其SI單位是歐姆。對于正弦電流或電壓輸入，復(fù)數(shù)阻抗的極坐標(biāo)形式涉及電壓和電流的幅度和相位。具體地，復(fù)數(shù)阻抗的幅度是電壓幅度與電流幅度之比，復(fù)數(shù)阻抗的相位是電流領(lǐng)先電壓的相移。阻抗的倒數(shù)是導(dǎo)納(即導(dǎo)納是電流-電壓比，其通常帶有姆歐或西門子的單位)。術(shù)語電介質(zhì)材料中的“漏電流密度”(J)定義為移動電荷(即電子)移動通過每單位面積絕緣電介質(zhì)材料的隧穿。高漏電流意味著J > IxKT3AcnT2 ;中漏電流意味著J是IxKT3AcnT2的量級；以及低泄露電極意味著J < lxl(T3AcnT2。術(shù)語“擊穿電場”是發(fā)生電介質(zhì)材料的電阻迅速減小的電場。術(shù)語系統(tǒng)的“最大能量密度”是可以在電容器中每單位質(zhì)量、體積或面積存儲的最大能量。術(shù)語系統(tǒng)的“最大功率密度”是可以在電容器中每單位質(zhì)量、體積或面積存儲的最大功率。能量是標(biāo)量物理量，其描述了力可以進(jìn)行的做功的量，即物體和系統(tǒng)的服從守恒定律的屬性；功率是做功或轉(zhuǎn)換能量的速率；其是每單位時間的能量。超電容器(Utracapacitor)或超級電容器(supercapacitor)具有高的最大能量密度或高的最大封裝密度。術(shù)語“壓電系數(shù)”、“壓電模量”或“ d33 ”對使壓電材料經(jīng)受電場時的體積變化進(jìn)行量化。壓電現(xiàn)象是壓電材料(特別是晶體和某些陶瓷，包括骨頭)響應(yīng)于施加的機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生電場或電勢的能力。這種效果與材料體積內(nèi)極化密度的變化緊密相關(guān)。如果材料沒有短路，所施加的應(yīng)力在材料兩端感應(yīng)出電壓。術(shù)語“單元平衡”是對串聯(lián)連接的不平衡單元進(jìn)行校正的現(xiàn)象。在示例實(shí)施例中，當(dāng)蓄電池中的多個單元串聯(lián)連接時在充電或放電過程期間，單元之間的內(nèi)部阻抗(或電壓)差應(yīng)該近似15%，否則蓄電池中的單元是不平衡的。可以將較高的電壓即時地或逐漸地旁路通過單元來校正所述不平衡單元。已知這種現(xiàn)象是單元平衡。
當(dāng)電池組中的多個單元串聯(lián)連接時考慮單元平衡。在單元并聯(lián)連接時不需要單元平衡，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)是自平衡的。當(dāng)電池組中的所有單元具有每個單元相同的匹配電壓、同時處于完全充電或放電狀態(tài)時，電池組單元平衡。如果電池組中的一個或多個沒有匹配，那么所述電池組就沒有平衡。當(dāng)電池組中的單元沒有平衡時，所述電池組具有較少的可用容量，因?yàn)榇?lián)串中的最弱單元的容量確定總的電池組容量。在未平衡電池組中，在充電期間，一個或多個單元將在串聯(lián)串中的其余單元之前達(dá)到最大電荷電平。在放電期間，沒有完全充電的單元將在所述串中的其他單元之前耗盡。術(shù)語“液體復(fù)合物”指的是包含兩相的材料，即連續(xù)液相中的分散固相。術(shù)語“均相溶液”或“均相混合物”指的是在混合物的代表性體積元素中具有明確且一致的化學(xué)成分和物理性質(zhì)的混合物。如果在混合物中存在任何顆粒，則顆粒均勻地散布。代表性體積元素(RVE)是提供混合物的典型材料性質(zhì)的統(tǒng)計表示的混合物的體積元素。該體積應(yīng)該足以包含與微結(jié)構(gòu)有關(guān)的信息，而且比混合物的宏觀結(jié)構(gòu)尺寸足夠的小。術(shù)語“金屬絡(luò)合物”指的是由中心原子或離子(通常是金屬性的)鍵合至周圍的 分子或陰離子陣列(配合基、絡(luò)合劑)組成的結(jié)構(gòu)。當(dāng)周圍的分子陣列至少包括有機(jī)分子時，所述金屬絡(luò)合物是“金屬有機(jī)絡(luò)合物”。術(shù)語“PZT”指的是至少包括Pb、Zr和Ti的化合物。術(shù)語“準(zhǔn)同型相界”(MPB)指的是固體材料(例如PZT)中的四方晶相狀態(tài)和斜六方晶相狀態(tài)之間的分離。術(shù)語“溶膠凝膠途徑”指的是從作為離散顆?；蚓W(wǎng)狀聚合物的集成網(wǎng)絡(luò)(或凝膠)的前體的化學(xué)溶液開始制造材料的方法。所述實(shí)施例涉及一種液體復(fù)合電介質(zhì)材料(LCDM)，包括有機(jī)液相材料中的含金屬分散相材料，其中液體復(fù)合電介質(zhì)材料在40Hz具有高電介質(zhì)介電常數(shù)(ε r)以及在40Hz具有低介電損耗(tan δ )。在一個實(shí)施例中，所述含金屬分散相材料是準(zhǔn)同型相界(MPB)化合物，例如包括Pb、Zr和Ti的化合物?！獋€實(shí)施例涉及具有穩(wěn)定、低阻抗、高電介質(zhì)介電常數(shù)和低介電損耗異質(zhì)的LCDM。在多單元電容器的情況下低阻抗意味著在多單元電容器的單獨(dú)單元的內(nèi)部阻抗之間存在小于15%的差別。高電介質(zhì)介電常數(shù)(ε r)意味著ε ^在40Hz至少10000 ;以及低介電損耗(tan δ )指的是tan δ小于I。在一個實(shí)施例中，LCDM包括PbZra52Ti0.4803/ 二甘醇(PZT/DEG)。在LCDM中可以使用的除了 PZT或DEG之外的其他化合物包括諸如O. 65Pb (Mg1/3Nb2/3) O3-O. 35PbTi0s之類的MPB化合物，與PZT和聚乙二醇或代替DEG的其他絡(luò)合聚合物相比，這種MPB化合物具有更好的介電、壓電和鐵電性質(zhì)。通過將例如2wt %的PZT粉末(尺寸近似45nm)散布在DEG中、并且在50°C的池浴溫度下攪動加熱約2小時以獲得均相溶液來準(zhǔn)備所述LCDM。這樣獲得的LCDM在40Hz具有測量的室溫下非常高的電介質(zhì)介電常數(shù)( 13593)和低介電損耗O. 9)。LCDM的漏電流密度低(100V的施加電壓下是2. 9x1 (T4AcnT2)，擊穿電場為I. 7kVcm^0 LCDM的最大能量密度和最大功率密度分別是HOWhcc-1和ZxIO5Wcc'其他實(shí)施例涉及包括鐵電鋯鈦酸鉛陶瓷的MPB，例如PbZrxTihO3(PZT)，其可以用于傳感、致動和能量存儲應(yīng)用。通常組分范圍包括x = 0. 40-0. 60、x = O. 45-0. 57或者x =O. 48-0. 54，其對應(yīng)于將四方晶相與斜六方晶相相分離的準(zhǔn)同型相界(MPB)。在x O. 48，即MPB區(qū)域，PZT材料產(chǎn)生具有高介電和壓電性質(zhì)的良好性質(zhì)。在該示例中，對于MPB區(qū)域附近的成分獲得最佳的壓電和介電性質(zhì)。樣品PZT材料與當(dāng)前可用的超級電容器材料相比的優(yōu)勢是易于合成可以僅通過改變焙燒溫度通過溶膠凝膠方法容易地合成具有不同顆粒尺寸(40-200nm)的PZT粉末?？梢酝ㄟ^成分中PZT的不同顆粒尺寸和不同被％容易地調(diào)節(jié)PZT/DEG復(fù)合物的電介質(zhì)介電常數(shù)。通過從硝酸鉛(Pb(NO3)2)、氯氧化鋯(Zr0Cl28H20)和(IV)異丙氧基鈦(TiC12H28O4)開始，通過溶膠-凝膠途徑容易地合成粉末形式的準(zhǔn)同型相界化合物PbZra52Tia48O3(PZT)。將這些原料溶解在IOOml去離子水中。隨后向上述溶液添加5ml HNO3攪拌。然后在攪拌溶液30分鐘之后將所述溶液回流約2小時。將所獲得的前體在600°C下焙燒3小時，然后研磨粉末。可以將PZT粉末在略高的溫度(750-900°C )下加熱不同的持續(xù)時間1-6小時，以獲得具有不同顆粒尺寸的PZT粉末。
低成本在PZT/DEG的LCDM中要求的PZT的量較小，是LCDC的l_5wt%。因此，可以按照相對低的成本容易地制造PZT/DEG的LCDM。易于改變電介質(zhì)介電常數(shù)具有不同顆粒尺寸的PZT粉末可以導(dǎo)致介電常數(shù)的變化?？梢酝ㄟ^在復(fù)合物中使用不同顆粒尺寸和不同wt%的PZT來容易地調(diào)節(jié)包含PZT/DEG的LCDM的電介質(zhì)介電常數(shù)。PZT粉末的顆粒尺寸范圍45-200nm;PZT粉末在DEG中的重量百分比l-5fft%0因?yàn)榘琍ZT/DEG的LCDM是抗蝕的并且總是表現(xiàn)為惰性，可以使用任意電極材料。例如，已經(jīng)將Cu電極用于圖2的測試結(jié)果。同樣，基于Ag和碳-石墨的電極可以用于包含 PZT/DEG 的 LCDM。使用此處實(shí)施例的LCDM的能量存儲裝置具有以下優(yōu)勢不使用任何混合系統(tǒng)的高能量密度。在多單元系統(tǒng)中，除了具有高可靠性之外，不要求單元平衡以來避免單元的故障和損壞。在凝膠形式的液體電解液形式的固體超級電容器中的可用性，涂覆在薄膜超級電容器材料上，不具有侵蝕、自放電和低能量密度的缺點(diǎn)。工作限制可以在高電壓(100V)和寬頻率范圍(40Hz-10MHz)下操作。包含PZT/DEG的LCDM具有低介電損耗、低漏電流密度和高擊穿電場，使得這種混合物在高工作電壓(1-100V)和寬頻率范圍(40Hz-10MHz)是有用的。因?yàn)榇颂帉?shí)施例的超級電容器材料處于液相，能量存儲裝置可以是任意形式、尺寸或形狀。示例 通過從硝酸鉛(Pb (NO3) 2)、氯氧化鋯(Zr0Cl28H20)和(IV)異丙氧基鈦(TiC12H28O4)開始，通過溶膠-凝膠途徑合成粉末形式的準(zhǔn)同型相界化合物PbZra52Tia48O3(PZT)。將這些原料溶解在IOOml去離子水中。隨后向PZT和DEG的混合物中添加5ml HNO3攪拌。然后在攪拌溶液30分鐘之后將所述溶液回流約2小時。在反應(yīng)結(jié)束時獲得的金屬-有機(jī)絡(luò)合物(凝膠形式)在600°C下焙燒3小時，然后研磨粉末?？梢詫ZT粉末在略高的溫度下再次加熱，750°C下加熱3小時。圖I示出準(zhǔn)備PZT粉末的流程圖。
通過在加熱的同時磁性地攪拌、并且使得所述溶液經(jīng)歷超聲振動，將2wt%的PZT粉末散布在二甘醇(DEG)中。PZT的最小重量百分比可以是lwt%，而PZT的最大重量百分比可以是5wt%。PZT粉末的顆粒尺寸是45±5nm。將LCDM的最終均相溶液轉(zhuǎn)移到液體電容器樣品容器中，用于測試LCDM的電介質(zhì)介電常數(shù)和漏電流性質(zhì)。通過阻抗分析器(美國，安捷倫的4294A)研究LCDM的電介質(zhì)性質(zhì)。測量空液體樣品容器的和PZT/DEG溶液填充的樣品容器的電容(C)和介電損耗(D)。然后使用等式ε r=Cp/C0,計算PZT/DEG溶液的介電常數(shù)(ε J。這里，Cp和C。分別是PZT/DEG溶液填充樣品容器和空樣品容器的電容。測量到LCDM的非常高的電介質(zhì)介電常數(shù)(在OV的偏置電壓、在40Hz時ε ^ = 13593)。電介質(zhì)介電常數(shù)隨著偏置電壓增加至20V而降低至7114的值。然而如圖2a和2b所示，發(fā)現(xiàn)介電損耗隨著偏置電壓的增加而增加。PZT/DEG混合物的電阻隨偏置電壓的增加而降低，其基本上導(dǎo)致電介質(zhì)介電常數(shù)的降低和介電損耗的增加。 在介電損耗曲線中清楚地看出5. 5MHz時的頻率諧振，其可以歸因于PZT和DEG位置之間的離子跳躍(ion hoping)(或相互作用)。可以在較寬的頻率范圍內(nèi)使用PZT/DEG溶液。可以通過僅改變復(fù)合物中PZT成分的wt %來容易地調(diào)節(jié)PZT/DEG復(fù)合物的電介質(zhì)介電常數(shù)。這一特征可以用于修改PZT/DEG溶液的介電性質(zhì)，使得這些溶液在較大的頻率和工作電壓范圍內(nèi)是有用的。復(fù)合物的高電介質(zhì)介電常數(shù)可能是形成由彼此并聯(lián)的導(dǎo)電層(DEG分子)覆蓋的非導(dǎo)電層(以PZT顆粒為核)的結(jié)果。這一特征導(dǎo)致介電常數(shù)(L)從單獨(dú)PZT的約2000增加到PZT/DEG的LCDM的約14000 (具體地在一個示例中是13593)的未預(yù)料到的結(jié)果。使用精度優(yōu)先的鐵電回路跟蹤器(美國的Radiant Technologies)測量LCDM隨施加電場(E)變化的漏電流密度(J)。使用精度優(yōu)先的鐵電回路跟蹤器(美國的RadiantTechnologies)測量PZT/DEG溶液(即示例LCDM)的I-V特性。使用電極面積(A)和電極分離度(d)推導(dǎo)出PET/DEG的J-E特性。LCDM的J-E測量表現(xiàn)出如圖3中所示的J-E特性。示例LCDM在100V施加電壓下具有2. 9X10_4Acm_2的低漏電流密度和I. 7kVcm^的擊穿電場。發(fā)現(xiàn)包含PZT/DEG的LCDM的最大能量密度和最大功率密度分別是HOWhcc—1和ZxIO5Wcc'比較性結(jié)果表I :此處公開實(shí)施例的液體超級電容器和現(xiàn)有蓄電系統(tǒng)的能量密度和功率密度
權(quán)利要求
1.ー種液體復(fù)合電介質(zhì)材料，包括在有機(jī)液相材料中的含金屬分散相材料，其中所述液體復(fù)合電介質(zhì)材料在40Hz具有10000或更大的介電常數(shù)(ε r)以及在40Hz具有I或更小的介電損耗(tan δ )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料,其中所述含金屬分散相材料包括準(zhǔn)同型相界化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料,其中所述有機(jī)液相材料包括こニ醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料，其中所述液體復(fù)合電介質(zhì)材料具有小于lxlO_3Acm_2的漏電流密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料，其中所述液體復(fù)合電介質(zhì)材料是均相溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料，其中所述準(zhǔn)同型相界化合物包括Pb、Zr 和 Ti。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料，其中所述準(zhǔn)同型相界化合物包括鐵電鋯鈦酸鉛陶瓷。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料，其中所述準(zhǔn)同型相界化合物包括Pb、Mg、Nb 和 Ti。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料，其中所述準(zhǔn)同型相界化合物包括PbZrxTihO3,其中 O. 4 < x < O. 6。
10.ー種電化學(xué)電容器,包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的液體復(fù)合電介質(zhì)材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電化學(xué)電容器，其中所述電化學(xué)電容器具有1-100V的工作電壓和40Hz-10MHz的工作頻率范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電化學(xué)電容器，其中所述電化學(xué)電容器的單個電化學(xué)電容器的最大能量密度和功率密度分別大于lOOWhcc—1和IxIO5Wcc'
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電容器，其中所述最大能量密度和所述功率密度分別是約 170ffhcc_1 和約 2x105Wcc'
14.ー種制造復(fù)合電介質(zhì)材料的方法，所述液體復(fù)合電介質(zhì)材料包括在有機(jī)液相材料中的含金屬分散相材料，所述方法包括通過溶膠凝膠途徑形成含金屬分散相材料的粉末，以及將所述含金屬分散相材料的粉末散布在所述有機(jī)液相材料中以形成具有均相溶液的液體復(fù)合電介質(zhì)材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述含金屬分散相材料包括準(zhǔn)同型相界化合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述有機(jī)液相材料包括こニ醇。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述液體復(fù)合電介質(zhì)材料具有小于IxKT3AcnT2的漏電流密度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述準(zhǔn)同型相界化合物包括鐵電鋯鈦酸鉛陶瓷。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述準(zhǔn)同型相界化合物包括Pb、Mg、Nb和Ti。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述準(zhǔn)同型相界化合物包括PbZrxTihO3，其中O.4 < X < O. 6。
全文摘要
實(shí)施例涉及一種液體復(fù)合電介質(zhì)材料，包括在有機(jī)液相材料中的含金屬分散相材料，其中所述液體復(fù)合電介質(zhì)材料在40Hz具有10000或更大的介電常數(shù)(εr)以及在40Hz具有1或更小的介電損耗(tanδ)。
文檔編號H01B3/00GK102696077SQ201080060864
公開日2012年9月26日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者B·拉馬錢德蘭, M·S·拉馬錢德拉·勞 申請人:印度馬德拉斯理工學(xué)院