[发明专利]离子聚合物金属复合电容器

说明书

相关申请

本申请要求2009年4月22日提交的美国非临时申请12/386,789的优先权并且是其部分延续申请，其全部内容在此引作参考。

技术领域

本发明涉及包括离子聚合物金属复合结构。更具体地，本发明涉及离子聚合物金属复合电容器的结构，其中该电容器包括一薄条或薄片，该薄条或薄片可以简单地、不贵地制造成特定应用中理想的多种形状和大小。

背景技术

用于在电子产品和其他电路的储电的常用电容器是已知的，包括各种类型的适于各种应用的电解式和非电解式电容器，但是绝大多数的现有电容器的设计通常导致相对固定的形状和大小，例如圆盘形或圆柱形，这限制了它们在一些大小和/或形状受限的空间或应用中的价值，尤其在需要较大的电容储存能力时。而且，绝大多数的现有电容器的设计在可扩展性上受限，这会导致大小和电容级别之间的非线性关系，这尤其对于需要很小的电容尺寸和/或较大的电容的应用不是期望的。

许多现有的电容器还限制了它们可以使用的温度的范围，不适于在约100℃至200℃的高温下使用。普通的电解型电容器通常也受到它们对电连接的极化的敏感度的限制。一些更高级的电容器设计，例如高级或超级电容器，也需要相对复杂而且可能昂贵的制造技术，以提供提高的电容性能，例如高单位电容评级。

离子聚合物复合结构已经开发用于致动器、传感器和灵巧材料领域，例如在一些电化学超级电容器设计中。现有的离子聚合物金属复合(IPMC)结构通常依赖于和离子流体水合的水合离子聚合物材料，以允许离子的迁移和水分子密度穿过离子聚合物的相应浓缩以响应施加的电势差，该电势差源自IPMC结构的理想的机械变形或制动。

在许多水合IPMC结构中，维持离子性聚合物材料在离子流体和注入通常昂贵的金属(例如铂)电极到离子聚合物材料的结构的要求已经导致了通常复杂的制造过程，导致增加的生产成本和所得的水合IPMC结构的机械和电学性能上的变化。

因此，需要一种可以简单地、不贵地制造的电容器，其适于很多种形状和大小，同时提供理想的特定电容存储性能以及扩大的操作温度范围。

发明内容

本发明的一个目的是，提供一种离子聚合物金属复合电容器，其克服了现有技术的某些缺陷。

本发明的另一个目的是，提供一种制造薄的离子聚合物金属复合电容器的方法，其克服了现有技术的某些缺陷。

本发明的又一个目的是，提供一种离子聚合物金属复合电容器，其克服了现有技术的某些缺陷而且可以制造成许多种大小、形状和设置，包括可以成型为装置的形状并集成为该装置的一个部件的离子聚合物金属复合电容器。

根据本发明的一个实施例，提供一种离子聚合物金属复合电容器，其包括一薄的单层非水合离子聚合物基体，所述基体包括第一和第二基本上平行的主表面，和第一和第二传导性(conductive)薄膜电极，该电极分别涂覆(apply)在所述薄的单层非水合离子聚合物基体的所述第一和第二主表面的至少一部分上，其中每个传导性薄膜电极包括至少一导电材料。

根据本发明的另一个实施例，所述离子聚合物金属复合电容器还包括第一和第二电连接，所述电连接分别传导性连接到所述第一和第二传导性薄膜电极。根据本发明的又一个实施例，所述离子聚合物金属复合电容器还包括第一介电层和第二介电层，所述第一介电层位于离子聚合物基体的第一表面和第一传导性薄膜电极之间，所述第二介电层位于离子聚合物基体的第二表面和第二传导性薄膜电极之间。根据本发明的又一个实施例，所述离子聚合物金属复合电容器还包括一个或多个纳米阵列和/或至少一保护涂层，每一纳米阵列包括一纳米特征的图案，所述纳米特征成型在至少一所述传导性薄膜电极上，所述涂层涂覆在至少一所述传导性薄膜电极上。

根据本发明的又一个实施例，提供一种制造离子聚合物金属复合电容器的方法，该方法包括：提供一薄的单层非水合离子聚合物基体，该基体包括第一和第二基本上平的主表面；分别涂覆(apply)第一和第二传导性薄膜电极到所述第一和第二主表面的至少一部分上，所述第一和第二传导性薄膜电极包括至少一导电材料；将至少一电连接固定至第一和第二传导性薄膜电极中的每一个。在一个实施例中，该方法还包括：在至少100℃固化所述离子聚合物复合金属电容器，以移除所述非水合离子聚合物基体中的湿气的至少一部分；用保护涂料涂覆所述离子聚合物金属复合电容器的至少一部分，所述离子聚合物金属复合电容器包括所述传导性薄膜电极至少一部分，以提供至少一保护涂层。

结合附图和详细描述，本发明的进一步的优点更明显。

附图说明