[发明专利]用于储能装置的纳米结构化电极

说明书

在一个实施方案中，提供了一种电极。所述电极包括在至少一个表面上具有碳化铝层的包含铝的集电器，在所述集电器上设置有至少一个碳纳米管(CNT)层。所述电极可以包含垂直定向、水平定向或非定向的(例如，缠结或成簇的)CNT。所述电极可以包含经压缩的CNT。所述电极可以包含单壁、双壁或多壁的CNT。所述电极可以包括多个CNT层。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年10月9日提交的题目为“ELECTRODE FOR ENERGY STORAGEDEVICE USING ANODIZED ALUMINUM”的美国临时申请62/061,947的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

联邦资助研究的声明

本发明是在美国能源部(ARPA-E)授予的基金DE-AR0000035/0001和美国能源部(EERE)授予的基金DE-DE-EE0005503/001下的政府支持下完成的。美国政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及生产用于储能装置的包含碳纳米管聚集体的电极，包括用于生产这样的电极的方法和使用这样的电极的储能装置。

背景技术

碳纳米管(CNT)是表现出多种特性的碳结构。许多特性启发了多种技术领域中的改进机会。这些技术领域包括电子装置材料、光学材料以及导电材料和其他材料。例如，CNT被证明可在电容器中用于储能。

然而，将CNT有效地转移至电容器的集流体上被证明是具有挑战性的。此外，现有技术不能使CNT以将提供以下期望的性能能力的形式转移：例如功率密度、能量密度、最大额定电压、等效串联电阻(ESR)、频率响应、循环效率和稳定性。例如，通常使用粘合层来使CNT粘附到集流体的表面。结合层通常以多种方式影响所得电容器的性能，包括提高ESR以及降低能量密度和功率密度。

因此，需要用于生产基于碳纳米管的高性能电极的方法和装置。优选地，该方法和装置执行简单，并且因此提供减少的制造成本及改善的生产率。

发明内容

在一个实施方案中，提供了一种电极。所述电极包括在至少一个表面上具有碳化铝层的包含铝的集流体，在所述集流体上设置有至少一个CNT层。所述电极可以包括垂直定向(aligned)、水平定向或非定向的(例如，缠结或成簇的)CNT。所述电极可包括单壁、双壁或多壁CNT。所述电极可包括多个CNT层。

在另一个实施方案中，提供了用于制造电极的方法。所述方法包括选择集流体，所述集流体具有在所述集流体的至少一个表面上的碳化铝层；以及将CNT设置在碳化铝层上。将CNT设置在碳化铝层上可以包括设置垂直定向、水平定向或非定向的(例如，缠结或成簇的)CNT。所得电极可以包括垂直定向、水平定向或非定向的(例如，缠结或成簇的)CNT。将CNT设置在碳化铝层上可以包括设置经压缩的CNT和/或在将CNT设置在碳化铝层上之后压缩CNT。所得电极可以包括经压缩的CNT。将CNT设置在碳化铝层上可以包括设置单壁、双壁或多壁CNT。所得电极可以包括单壁、双壁或多壁CNT。所述方法还可以包括将另外的CNT层设置在设置在碳化铝层上的CNT层上，其中另外的CNT层可以为垂直定向、水平定向或非定向的(例如，缠结或成簇的)CNT；经压缩的CNT；或者单壁、双壁或多壁CNT。

将CNT设置在碳化铝层上可以包括用于在表面上形成CNT层的各种方法，包括从溶液转移CNT，使用各种干式转移法转移CNT，在碳化铝层上直接生长CNT，以及这些方法的任意组合。在某些实施方案中，CNT层直接于在至少一个表面上具有碳化铝层的铝集流体上生长。该层可以包括单壁、双壁或多壁CNT。在某些实施方案中，使用各种干式转移法(例如转移带、压缩)将CNT层转移至集流体。在某些实施方案中，使用干式转移法将另外的CNT层添加到已被设置在集流体的碳化铝层上的CNT层上。在某些实施方案中，使用各种基于溶剂的湿式转移法(包括沉淀、蒸发、喷雾干燥)将CNT层转移至集流体，