多孔電極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種裝置包括具有一個或多個孔的開放互連壁結(jié)構(gòu)，所述開放互連壁結(jié)構(gòu)包括第一電極材料，所述孔包括電解質(zhì)和第二電極材料，其中在所述孔內(nèi)的所述第一電極材料上支撐所述電解質(zhì)和第二電極材料，使得通過所述電解質(zhì)使所述第一電極材料與所述第二電極材料分離，以使得使用所述裝置能夠產(chǎn)生和/或儲存電能。
【專利說明】多孔電極結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及蓄電池、相關(guān)聯(lián)的方法和裝置，以及特別地關(guān)注高表面面積電極，在該 高表面面積電極上沉積電解質(zhì)和第二電極以形成具有緊湊結(jié)構(gòu)和增強的儲存密度和容量 的蓄電池（電池、電容器或電池-電容器混合體）。該蓄電池可以形成電子設(shè)備的一部分， 特別地，所謂的可以手持使用的手持型便攜式電子設(shè)備（盡管在使用中它們可以被放置在 底座上）。此類手持型便攜式電子設(shè)備包含：移動電話以及所謂的個人數(shù)字助理（PDA)。
[0002] 便攜式電子設(shè)備可以提供一個或多個音頻/文本/視頻通信功能（例如，電信，視 頻通信，和/或文本傳輸，短消息服務(wù)（SMS)/多媒體消息服務(wù)（MMS)/電子郵件傳送功能， 交互式/非交互式瀏覽功能（例如，網(wǎng)絡(luò)瀏覽、導(dǎo)航、TV/節(jié)目瀏覽功能），音樂記錄/播放 功能（例如，MP3或其它格式和/或（FM/AM)無線電廣播記錄/播放），數(shù)據(jù)下載/發(fā)送功 能，圖像捕獲功能（例如，使用（例如，內(nèi)建的）數(shù)字相機），以及游戲功能。

【背景技術(shù)】
[0003]能量儲存密度和容量是任何電儲存裝置的重要參數(shù)。隨著便攜式電子設(shè)備變得越 來越耗電，更大的需求被強加在向這些設(shè)備供電的電池和電容器的儲存密度和容量上。各 種高表面面積的材料已經(jīng)被考慮用于形成下一代的蓄電池的電極。示例包含：活性炭、碳納 米管以及金屬/半導(dǎo)體納米線。高表面面積材料通過提高與電解質(zhì)接觸的電極面積來增加 電儲存密度/容量，從而促進(jìn)電能的產(chǎn)生和/或儲存。然而，與此類材料相關(guān)聯(lián)的一個問題 是它們的微粒形態(tài)，其降低了電極的結(jié)構(gòu)完整性以及要求使用另外的粘合劑。此類粘合劑 提高了制造工藝的成本和復(fù)雜度，以及還可能提高電極的電阻。本文中公開的裝置和方法 可能解決或可能不解決這個問題。
[0004]在本說明書中列出或討論的現(xiàn)有公開的文檔或任何背景不應(yīng)當(dāng)必定地被認(rèn)為是 承認(rèn)該文檔或背景是現(xiàn)有技術(shù)的一部分或是公知常識。本公開的一個或多個方面/實施例 可能解決或可能不解決背景問題中的一個或多個背景問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)第一方面，提供了一種裝置，所述裝置包括具有一個或多個孔的開放互連壁 結(jié)構(gòu)，所述開放互連壁結(jié)構(gòu)包括第一電極材料，所述孔包括電解質(zhì)和第二電極材料，其中在 所述孔內(nèi)的所述第一電極材料上支撐所述電解質(zhì)和第二電極材料，使得通過所述電解質(zhì)使 所述第一電極材料與所述第二電極材料分離，以使得使用所述裝置能夠產(chǎn)生和/或儲存電 能。
[0006]關(guān)于開放互連壁結(jié)構(gòu)中的詞語"開放"的意思可以指在外部上的所述孔中的一個 或多個孔允許訪問所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部表面面積。關(guān)于所述開放互連壁結(jié)構(gòu)中的詞語"互連"的 意思可以指所述結(jié)構(gòu)的壁中的至少一些壁物理上彼此接觸（即，它們形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)）。
[0007]所述電解質(zhì)可以形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)上的覆蓋層。所述第二電極材料可以充 分地填充所述孔的剩余體積。所述電解質(zhì)可以是固體電解質(zhì)或膠狀電解質(zhì)（例如，電解質(zhì) 包括鋰磷氧氮化物，聚（環(huán)氧乙烷）的衍生物，硼酸酯基，和二氧化鈦）中的一個或多個）。
[0008] 所述第一電極材料和第二電極材料每個可以包括活性材料。所述第一電極材料和 /或所述第二電極材料可以包括電荷收集材料。所述活性材料可以與所述電荷收集材料在 物理上接觸。
[0009] 詞語"活性材料"的意思可以指參與所述裝置的充電/放電機制的電極材料。在電 池中，例如，所述活性材料可以是參加電化學(xué)反應(yīng)或嵌入機制的電極材料。在另一個方面， 在超級電容器中，所述活性材料可以是參加雙電層的形成的電極材料。
[0010] 所述電荷收集材料可以包括金屬和半導(dǎo)體中的一個或多個。所述金屬可以包括以 下中的一個或多個：金、銀、鎳和銅。
[0011] 所述第一電極材料可以形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)。所述開放互連壁結(jié)構(gòu)可以包括 基質(zhì)，在該基質(zhì)上支撐所述第一電極材料。
[0012] 所述開放互連壁結(jié)構(gòu)可以具有螺旋二十四面體（gyroid)結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^以下用 三角學(xué)的方法來近似所述螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)：
[0013] cosx·siny+cosy·sinz+cosz·sinx= 0 方程式I
[0014] (其中x，y和z是三個空間方向）
[0015] 所述孔中的一些或全部孔可以互相連接。所述孔中的一些或全部孔可以形成所述 開放互連壁結(jié)構(gòu)內(nèi)的通過通道。所述孔中的一些或全部孔可以形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)內(nèi) 的盲通道?？梢灾芷谛缘嘏帕兴隹字械囊恍┗蛉靠住Ｋ隹字械囊恍┗蛉靠卓梢?具有小于2nm的直徑（S卩，微孔）。所述孔中的一些或全部孔可以具有在2nm和50nm之間 (包含2nm和50nm)的直徑（S卩，中孔）。所述孔中的一些或全部孔可以具有大于50nm的 直徑（即，大孔）。
[0016] 在一個孔內(nèi)的第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電極材料可以與在另一個孔內(nèi)的 第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電極材料不同。
[0017] 所述裝置可以包括：彼此電連接的多個所述開放互連壁結(jié)構(gòu)。一個開放互連壁結(jié) 構(gòu)的第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電極材料可以與另一個開放互連壁結(jié)構(gòu)的第一電極 材料、電解質(zhì)和/或第二電極材料不同。
[0018] 表述"產(chǎn)生電能"的意思可以指涵蓋與電池和電池-電容器混合體相關(guān)聯(lián)的氧化 還原反應(yīng)和嵌入機制，盡管表述"儲存電能"的意思可以指涵蓋與電容器和電池-電容器混 合體相關(guān)聯(lián)的電荷分離。
[0019] 所述裝置可以是電儲存裝置。所述裝置可以是以下中的一個或多個：電池（一次 電池或二次電池）、電容器（靜電式、電解質(zhì)式或超級電容器）以及電池-電容器的混合體。 所述電池可以是以下中的一個或多個：鋰硫電池，鋰-空氣電池。
[0020] 根據(jù)另一個方面，提供了一種設(shè)備，所述設(shè)備包括本文中描述的任何裝置。所述設(shè) 備可以是電子設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、便攜式電信設(shè)備以及用于上述設(shè)備中的任何設(shè)備的 模塊。
[0021] 所述設(shè)備可以包括：太陽能電池，其被配置為將照射在該太陽能電池上的來自電 磁輻射的能量轉(zhuǎn)換成電能。所述裝置可以被配置為儲存所述電能。所述太陽能電池可以形 成所述裝置的外部表面上的覆蓋層。
[0022] 根據(jù)另一個方面，提供了一種制作裝置的方法，所述方法包括：將電解質(zhì)和第二電 極材料沉積在包括第一電極材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)的一個或多個孔中，所述孔包括所述電 解質(zhì)和所述第二電極材料，其中在所述孔內(nèi)的所述第一電極材料上支撐所述電解質(zhì)和所述 第二電極材料，使得通過所述電解質(zhì)使所述第一電極材料與所述第二電極材料分離，以使 得使用所述裝置能夠產(chǎn)生和/或儲存電能。
[0023] 所述方法可以包括：在沉積所述電解質(zhì)和第二電極材料之前，形成所述開放互連 壁結(jié)構(gòu)。
[0024] 形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)可以包括：將所述第一電極材料沉積在晶格的多個微粒 之間的以及由該晶格的多個微粒限定的互連空間中以創(chuàng)建包括所述第一電極材料的互連 壁結(jié)構(gòu)；以及移除所述微粒以創(chuàng)建所述互連壁結(jié)構(gòu)中的一個或多個孔以創(chuàng)建包括所述第一 電極材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)。形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)還可以包括：在移除所述微粒之前 蝕刻所述第一電極材料（例如，以允許訪問所述微粒）。形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)還可以包 括：在移除所述微粒之后蝕刻所述第一電極材料（例如，以增加所述開放互連壁結(jié)構(gòu)的表 面面積）。
[0025] 形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)可以包括：使用所述第一電極材料來覆蓋晶格的多個微 粒、嵌段共聚物、海綿或基礎(chǔ)基質(zhì)的表面，所述晶格、所述嵌段共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ) 基質(zhì)具有包括一個或多個孔的開放互連壁結(jié)構(gòu)，所述覆蓋提供了包括所述第一電極材料的 開放互連壁結(jié)構(gòu)。
[0026] 形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)還可以包括：蝕刻所述基礎(chǔ)基質(zhì)以產(chǎn)生所述一個或多個 孔。形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)還可以包括：在覆蓋所述表面后，移除所述微粒、所述海綿或 所述基礎(chǔ)基質(zhì)（例如，以降低所述裝置的重量和/或以增加所述開放互連壁結(jié)構(gòu)的表面面 積）。移除所述微粒、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)可以包括以下中的一個或多個：蝕刻、熔化 和溶解所述微粒、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)。形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)還可以包括：在移除 所述微粒、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)之前，蝕刻所述第一電極材料（例如，以允許訪問所述 微粒、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)）。形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)可以包括：在移除所述微粒、 所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)之后，蝕刻所述第一電極材料（例如以增加所述開放互連壁結(jié)構(gòu) 的表面面積）。
[0027] 為了使用嵌段共聚物來形成多孔結(jié)構(gòu)，能夠澆鑄嵌段共聚物的薄膜（例如，在厚 度上IOOnm至微米），接著該薄膜相分離成期望的相形態(tài)，該相形態(tài)由納米上的兩個或更多 相組成。接著，能夠移除聚合物相中的一個聚合物相（化學(xué)蝕刻，依賴于聚合物的UV照射） 以留下多孔支架（scaffold)。接著，可以使用期望的材料或多個材料（例如，通過原子層沉 積或電化學(xué)沉積）來填充它。接著，剩余的多孔支架自身可以被移除，以及所產(chǎn)生的體積可 能以類似的方式由另外的期望的材料來填充。在能量儲存設(shè)備的情況下，能夠?qū)⑶抖喂簿?物膜沉積在（金屬的）電荷收集層上，以及從哪里繼續(xù)。
[0028] 所述晶格的微?？赡苁腔蚩赡懿皇乔蛐挝⒘?。
[0029] 可以使用原子層沉積、化學(xué)氣相沉積以及電化學(xué)沉積中的一個或多個，來沉積所 述第一電極材料。
[0030] 根據(jù)另一個方面，提供了一種裝置，所述裝置包括：用于擔(dān)當(dāng)具有一個或多個孔的 支撐的構(gòu)件，用于擔(dān)當(dāng)支撐的所述構(gòu)件包括用于擔(dān)當(dāng)?shù)谝浑姌O的構(gòu)件，所述一個或多個孔 包括用于擔(dān)當(dāng)電解質(zhì)的構(gòu)件以及用于擔(dān)當(dāng)?shù)诙姌O材料的構(gòu)件，其中在孔內(nèi)的所述用于擔(dān) 當(dāng)?shù)谝浑姌O材料的構(gòu)件上支撐所述用于擔(dān)當(dāng)電解質(zhì)的構(gòu)件以及用于擔(dān)當(dāng)?shù)诙姌O材料的 構(gòu)件，使得通過用于擔(dān)當(dāng)電解質(zhì)的構(gòu)件使所述用于擔(dān)當(dāng)?shù)谝浑姌O材料的構(gòu)件與所述用于擔(dān) 當(dāng)?shù)诙姌O材料的構(gòu)件分離，以使得使用所述裝置來產(chǎn)生和/或儲存電能。
[0031] 根據(jù)另一個方面，提供了一種裝置，所述裝置包括基質(zhì)和活性材料，所述基質(zhì)包括 具有一個或多個孔的導(dǎo)電材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)，所述開放互連壁結(jié)構(gòu)提供所述基質(zhì)，在 所述基質(zhì)上支撐所述活性材料，其中所述活性材料包括電絕緣的基于鋰的化合物，該化合 物被配置為在產(chǎn)生和/或儲存電子中使用，以及其中所述開放互連壁結(jié)構(gòu)被配置為擔(dān)當(dāng)針 對所產(chǎn)生和/或儲存的電子的電荷收集器，通過電荷收集器提供了針對電子的電路徑。
[0032] 關(guān)于基于鋰的化合物中的詞語"電絕緣"的意思指基于鋰的化合物展示出零或較 低的導(dǎo)電性。關(guān)于開放互連壁結(jié)構(gòu)中的詞語"開放"的意思指在外部上的孔中的一個或多 個孔允許訪問該結(jié)構(gòu)的內(nèi)部表面面積。關(guān)于所述開放互連壁結(jié)構(gòu)中的詞語"互連"的意思 可以指所述結(jié)構(gòu)的壁中的至少一些壁在物理（以及因此電）上彼此接觸。
[0033] 可以從導(dǎo)電材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)來形成所述基質(zhì)。在另一個方面，所述基質(zhì)可 以包括：開放互連壁結(jié)構(gòu)，在該開放互連壁結(jié)構(gòu)上沉積導(dǎo)電材料的覆蓋層。在此類情況下， 所述開放互連壁結(jié)構(gòu)本身可以不是導(dǎo)電的，但是該覆蓋層導(dǎo)電。無論哪種方式，包括所述開 放互連壁結(jié)構(gòu)的所述基質(zhì)能夠用于支撐所述活性材料，以及可以擔(dān)當(dāng)電荷收集器以提供針 對所產(chǎn)生的電子的電路徑。
[0034] 所述開放互連壁結(jié)構(gòu)可以具有螺旋二十四面體（gyroid)結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^以下用 三角學(xué)的方法來近似所述螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)：
[0035]cosx·siny+cosy·sinz+cosz·sinx= 0 方程式I
[0036](其中x，y和z是三個空間方向）
[0037] 所述孔中的一些或全部孔可以互相連接。所述孔中的一些或全部孔可以形成所述 基質(zhì)內(nèi)的通過通道。所述孔中的一些或全部孔可以形成所述基質(zhì)內(nèi)的盲通道。所述孔中的 一些或全部孔可以具有小于2nm的直徑（S卩，微孔）。所述孔中的一些或全部孔可以具有在 2nm和50nm之間（包含2nm和50nm)的直徑（即，中孔）。所述孔中的一些或全部孔可以 具有大于50nm的直徑（即，大孔）?？梢灾芷谛缘嘏帕兴隹字械囊恍┗蛉靠住?br> [0038] 所述絕緣的基于鋰的化合物可以包括以下中的一個或多個：硫化鋰和氧化鋰。 [0039]所述活性材料可以形成在導(dǎo)電材料的所述開放互連壁結(jié)構(gòu)上的覆蓋層。詞語"活 性材料"的意思可以指參與所述裝置的充電/放電機制的電極材料。在電池中，例如，所述 活性材料可以是參加電化學(xué)反應(yīng)或嵌入機制的電極材料。在另一個方面，在超級電容器中， 所述活性材料可以是參于雙電層的形成的電極材料。
[0040] 所述導(dǎo)電材料可以包括金屬和半導(dǎo)體中的一個或多個。所述金屬可以包括以下中 的一個或多個：金、銀、鎳、鋁和銅。
[0041] 所述裝置可以被配置為用于產(chǎn)生和/或儲存電子。表述"產(chǎn)生電子"的意思可以 指涵蓋與電池和電池-電容器混合體相關(guān)聯(lián)的氧化還原反應(yīng)和嵌入機制，盡管表述"儲存 電子"的意思可以指涵蓋與電容器和電池-電容器混合體相關(guān)聯(lián)的電荷分離。所述裝置可 以是電儲存裝置和針對電存儲裝置的電極中的一個或多個。所述電儲存裝置可以是以下中 的一個或多個：電池（一次電池或二次電池）、電容器（靜電式、電解質(zhì)式或超級電容器）以 及電池-電容器的混合體。所述電儲存裝置可以是以下中的一個或多個：鋰硫電池，鋰-空 氣電池。
[0042]根據(jù)另一個方面，提供了一種設(shè)備，所述設(shè)備包括本文中描述的任何裝置。所述設(shè) 備可以是電子設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、便攜式電信設(shè)備以及用于上述設(shè)備中的任何設(shè)備的 模塊。
[0043]根據(jù)另一個方面，提供了一種制作裝置的方法，所述方法包括：在基質(zhì)上沉積活性 材料，所述基質(zhì)包括具有一個或多個孔的導(dǎo)電材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)，其中所述活性材料 包括電絕緣的基于鋰的化合物，該化合物被配置為在產(chǎn)生和/或儲存電子中使用，以及其 中所述開放互連壁結(jié)構(gòu)被配置為擔(dān)當(dāng)針對所產(chǎn)生和/或儲存的電子的電荷收集器，通過所 述電荷收集器提供了針對電子的電路徑。
[0044]所述方法可以包括：在沉積所述活性材料之前，形成所述基質(zhì)。
[0045] 形成所述基質(zhì)可以包括：在晶格的多個微粒之間的以及由該晶格的多個微粒限定 的互連空間中沉積導(dǎo)電材料以創(chuàng)建導(dǎo)電材料的互連壁結(jié)構(gòu)；以及移除所述微粒以創(chuàng)建所述 互連壁結(jié)構(gòu)中的一個或多個孔以提供導(dǎo)電材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)。移除所述微粒可以包括 以下中的一個或多個：蝕刻、熔化和溶解所述微粒。形成所述基質(zhì)可以包括：在移除所述微 粒之前蝕刻所述導(dǎo)電材料（例如，以允許訪問所述微粒）。形成所述基質(zhì)可以包括：在移除 所述微粒之后蝕刻所述導(dǎo)電材料（例如，以增加所述開放互連壁結(jié)構(gòu)的表面面積）。
[0046] 形成所述基質(zhì)可以包括：使用所述導(dǎo)電材料來覆蓋晶格的多個微粒、嵌段共聚物、 海綿或基礎(chǔ)基質(zhì)的表面，所述晶格、所述嵌段共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)具有包括一 個或多個孔的開放互連壁結(jié)構(gòu)，所述覆蓋提供了導(dǎo)電材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)。形成所述基 質(zhì)可以包括：蝕刻所述基礎(chǔ)基質(zhì)以產(chǎn)生所述一個或多個孔。形成所述基質(zhì)可以包括：在覆 蓋所述表面后，移除所述微粒、所述嵌段共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)（例如，以降低 所述裝置的重量和/或以增加所述開放互連壁結(jié)構(gòu)的表面面積）。移除所述微粒、所述嵌段 共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)可以包括以下中的一個或多個：蝕刻、熔化和溶解所述微 粒、所述嵌段共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)。形成所述基質(zhì)可以包括：在移除所述微粒、 所述嵌段共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)之前，蝕刻所述導(dǎo)電材料（例如，以允許訪問所 述微粒、所述嵌段共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)）。形成所述基質(zhì)可以包括：在移除所 述微粒、所述嵌段共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)之后，蝕刻所述導(dǎo)電材料（例如以增加 所述開放互連壁結(jié)構(gòu)的表面面積）。
[0047]所述晶格的微?？赡苁腔蚩赡懿皇乔蛐挝⒘?。
[0048]可以使用原子層沉積、化學(xué)氣相沉積以及電化學(xué)沉積中的一個或多個，來沉積所 述活性材料。
[0049]本文中公開的任何方法中的步驟不是必須以公開的精確的順序來執(zhí)行，除非明確 地指出或由本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解。
[0050]根據(jù)另一個方面，提供了一種計算機程序（其可以被或可以沒有被記錄在載體 上），所述計算機程序包括計算機代碼，所述計算機代碼被配置執(zhí)行本文中描述的任何方 法。
[0051]所述裝置可以包括處理器，所述處理器被配置為處理所述計算機程序的代碼。所 述處理器可以是微處理器，包含專用集成電路（ASIC)。
[0052]本公開包含一個或多個對應(yīng)的方面，孤立的或各種組合的示例實施例或特征，不 管它們是否在該組合中或孤立地明確被闡明（包含主張）。用于執(zhí)行所論述的功能中的一 個或多個功能的對應(yīng)的構(gòu)件和對應(yīng)的功能單元（例如，支撐體）也在本公開內(nèi)。
[0053] 以上概述旨在僅是示例性和非限制性的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0054] 現(xiàn)在參照附圖，僅通過示例給出描述，其中：
[0055] 圖Ia示意性地說明了傳統(tǒng)電池的放電過程；
[0056] 圖Ib示意性地說明了傳統(tǒng)電池的充電過程；
[0057] 圖2a示意性地說明了鋰離子電池的放電過程；
[0058] 圖2b示意性地說明了鋰離子電池的充電過程；
[0059] 圖3a示意性地說明了超級電容器的放電過程；
[0060] 圖3b示意性地說明了超級電容器的充電過程；
[0061] 圖4a示意性地說明了鋰離子電容器的放電過程；
[0062] 圖4b示意性地說明了鋰離子電容器的充電過程；
[0063] 圖5示意性地說明了電儲存裝置的一個實施例；
[0064] 圖6示意性地說明了電儲存裝置的另一個實施例；
[0065]圖7示意性地說明了使用球形微粒的晶格來形成開放互連壁結(jié)構(gòu)的一個方法； [0066] 圖8示意性地說明了使用球形微粒的晶格來形成開放互連壁結(jié)構(gòu)的另一個方法； [0067]圖9示意性地說明了使用包括一個或多個孔的嵌段共聚物來形成開放互連壁結(jié) 構(gòu)的一個方法；
[0068] 圖10示意性地說明了使用包括一個或多個孔的海綿來形成開放互連壁結(jié)構(gòu)的一 個方法；
[0069] 圖11示意性地說明了使用包括一個或多個孔的基質(zhì)來形成開放互連壁結(jié)構(gòu)的一 個方法；
[0070] 圖12示意性地說明了在沉積第一電極材料后移除支撐材料；
[0071] 圖13a示意性地說明了根據(jù)第一實施例的電儲存裝置的分層結(jié)構(gòu)；
[0072] 圖13b示意性地說明了根據(jù)第二實施例的電儲存裝置的分層結(jié)構(gòu)；
[0073] 圖13c示意性地說明了根據(jù)第三實施例的電儲存裝置的分層結(jié)構(gòu)；
[0074] 圖13d示意性地說明了根據(jù)第四實施例的電儲存裝置的分層結(jié)構(gòu)；
[0075] 圖14示意性地說明了串聯(lián)連接的多個蓄電池；
[0076] 圖15示意性地說明了并聯(lián)連接的多個蓄電池；
[0077] 圖16示意性地說明了在相同的開放連接壁結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的兩個蓄電池；
[0078] 圖17示意性地說明了包括本文中描述的裝置的電子設(shè)備；
[0079] 圖18示意性地說明了包括在其上形成的太陽能電池的電儲存裝置；
[0080] 圖19示意性地說明了制作本文中描述的裝置的方法；以及
[0081] 圖20示意性地說明了提供用于控制圖19的方法的程序的計算機可讀介質(zhì)。

【具體實施方式】
[0082] 在電路中，電池和電容器用于向其他組件提供電源。然而，這些電源以不同的方式 進(jìn)行操作。
[0083] 電池使用電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電力。在圖Ia中示出了傳統(tǒng)電池的放電過程。電池 包括：由電解質(zhì)101分離的兩個電端子（電極102、103)。電池還可以含有分離器110以防 止電極之間的直接物理連接，當(dāng)使用液體電解質(zhì)時這是特別重要的。在負(fù)電極（陽極102) 處，氧化反應(yīng)發(fā)生，其產(chǎn)生電子。這些電子從陽極102圍繞外部電路15流動到正電極（陰 極103)(由箭頭104指示），使得在陰極103處發(fā)生還原反應(yīng)。電子的流動能夠用于向外部 電路105中的一個或多個電子組件106供電。氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)可以繼續(xù)直到反應(yīng)物完 全被轉(zhuǎn)換。重要地是，除非電子能夠經(jīng)由外部電路105從陽極102流到陰極103,否則電化 學(xué)反應(yīng)不能發(fā)生。這允許電池在長時間段內(nèi)儲存電力。因為電子從陽極102圍繞外部電路 流動到陰極103,所以負(fù)電荷能夠在陰極103附近的電解質(zhì)101中產(chǎn)生，以及正電荷能夠在 陽極102附近的電解質(zhì)101中產(chǎn)生。在電解質(zhì)101中的正離子107和負(fù)離子108移動以中 和這些電荷云，允許反應(yīng)以及電子的流動繼續(xù)進(jìn)行。沒有來自電解質(zhì)101的離子107、108， 在每個電極102、103附近的電荷云將抑制電力的產(chǎn)生。
[0084] 一次電池是電化學(xué)反應(yīng)不可逆的任何種類的電池。這些電池用作一次性電池。在 另一個方面，在二次電池的情況下，電化學(xué)反應(yīng)是可逆的，意味著能夠?qū)⒒瘜W(xué)反應(yīng)物恢復(fù)到 它們原始的狀態(tài)。這些二次電池用作可再充電電池。圖Ib中示出了傳統(tǒng)可再充電電池的充 電過程。為了對電池進(jìn)行充電，在陽極102和陰極103之間施加電勢差。充電器109的正 端子從陰極103奪取電子并且將它們返回到陽極102 (由箭頭111指示），包含在電極-電 解質(zhì)接口處的化學(xué)反應(yīng)。此外，為了補償電荷的轉(zhuǎn)移，電解質(zhì)101中的正離子107和負(fù)離子 108在與之前的相對方向中在電極102、103之間移動。
[0085] 由電池產(chǎn)生電流和電壓直接與用于電極和電解質(zhì)的材料有關(guān)。相對于另一個材料 而丟失或獲得電子的材料的能力被稱為它的電極電位。氧化劑和還原劑的強度由它們標(biāo)準(zhǔn) 的電極電勢來指示。具有正電極電勢的材料用于形成陽極，而具有負(fù)電極電勢的那些材料 用于形成陰極。在陽極和陰極材料之間的差異越大，則能夠由該電池產(chǎn)生的電能的數(shù)量越 大。
[0086]鋰出現(xiàn)在電化序的頂部（大的負(fù)電極電勢），指示的是，它是最強還原劑。同樣地， 氟出現(xiàn)在電化序的低部（大的正電極電勢），指示的是，它是最強氧化劑。由于鋰的高電 極電勢，鋰電池能夠產(chǎn)生接近4V的電壓，在鋅碳或堿性電池的電壓兩倍以上。取決于針對 陽極、陰極和電解質(zhì)的材料的選擇，鋰電池的電流、電壓、容量、壽命和安全性能夠顯著地變 化。
[0087]鋰離子電池是不同類型的可再充電電池，其使用鋰離子"嵌入"機制而不是傳統(tǒng)的 氧化還原反應(yīng)。這涉及將鋰離子插入到電極的晶體結(jié)構(gòu)中以及從該電極的晶體結(jié)構(gòu)中取 出，因為在充電和放電期間離子在電極之間往返通過。為了實現(xiàn)這一點，電極要求開放的晶 體結(jié)構(gòu)，其允許插入和取出鋰離子，以及在同時接受補償電子的能力。此類電極被稱為"嵌 入主體"。鋰離子電池當(dāng)前是用于便攜式電子產(chǎn)品的最流行的電池類型中的一種電池類型， 因為它們展現(xiàn)出數(shù)一數(shù)二的能量-至-重量比、沒有記憶效應(yīng)以及當(dāng)不使用時較慢的電荷 損失。
[0088]在典型的鋰離子電池中，陽極由碳制成，陰極是金屬氧化物，以及電解質(zhì)是有機溶 液中的鋰鹽。商業(yè)上，最流行的陽極材料是石墨，以及陰極一般是以下三種材料中的一種： 層狀氧化物（諸如，鋰鈷氧化物）、基于聚負(fù)離子的材料（諸如鐵鋰磷酸鹽）或尖晶石（諸如 鋰錳氧化物）。電解質(zhì)典型地是有機碳酸鹽，諸如含有鋰離子復(fù)合物的碳酸亞乙酯或碳酸二 乙酯。這些無水電解質(zhì)通常包括非配位負(fù)離子鹽，諸如六氟磷酸鋰（LiPF6),六氟砷酸鋰一 水化合物（LiAsF6)，高氯酸鋰（LiClO4)，四氟硼酸鋰（LiBF4)，和三氟甲磺酸鋰（LiCF3SO3)。
[0089] 圖2A和圖2b分別示意性地說明了鋰離子電池的放電和充電過程。如在圖中示出 的，陽極202和陰極203每個包括：被沉積在電荷收集基質(zhì)236上的開放晶體嵌入材料235。 在放電期間，鋰離子234從陽極202被提取，跨越電解質(zhì)201遷移，以及被嵌入到陰極203 的晶體結(jié)構(gòu)中。同時，補償電子在外部電路中經(jīng)過（在由箭頭204指示的方向中），以及被 陰極203接受以平衡該反應(yīng)。這個過程是可逆的。在充電期間，外部電源（充電器209)在 電極202、203之間施加強制電子在相反方向（由箭頭211指示）中經(jīng)過的電勢差。接著， 鋰離子234從陰極203被提取，跨越電解質(zhì)201遷移，以及被嵌入回到陽極202的晶體結(jié)構(gòu) 中。
[0090] 在鋰離子電池中，鋰離子往返于陰極和陽極被運送，在過渡金屬的情況下，鈷 (Co)，在LixCoO2中在充電期間，從Co3+被氧化到Co4+，以及在放電期間，從Co4+被還原到 Co3+。針對包括石墨陽極和鋰鈷氧化物陰極的鋰離子電池的陽極和陰極的半反應(yīng)如下：
[0091]陽極x[_i+ + Xe- + 6G口LJxCe方程式2
[0_ 陰極LiCoO2 eUkCoO2 +xU+ + 騰·方程式 3
[0093] 然而，整個反應(yīng)具有它的限制。使鋰離子電池過度放電能夠通過以下不可逆的反 應(yīng)使鋰鈷氧化物過飽和，導(dǎo)致產(chǎn)生鋰氧化物：
[0094]Li++LiCo02 -Li2CHCoO方程式 4
[0095] 盡管使鋰離子電池過度充電能夠通過以下不可逆的反應(yīng)導(dǎo)致Co4+的合成：
[0096]LiCoO2 -Li++Co02 方程式 5
[0097] 相對于電池，電容器儲存靜電電荷，以及不能產(chǎn)生電力。被稱為"超級電容器"（還 被稱為雙電層電容器、超級電容，贗電容器和電化學(xué)雙層電容器）的較新類型的電容器提 供了比傳統(tǒng)或電解質(zhì)電容器更大的能量儲存，以及越來越流行地用于便攜式電子應(yīng)用。
[0098] 圖3a和圖3b分別示意性地說明了超級電容器的充電和放電過程。超級電容器具 有陰極303和陽極302,每個包括導(dǎo)電板336 (電荷收集器），其由電解質(zhì)301分離。當(dāng)使用 液體電解質(zhì)時，超級電容器也可以包括分離器310以防止陰極和陽極之間的直接接觸。板 336被多孔材料337 (諸如粉末碳）覆蓋以增加它們的表面面積以用于更多的電荷儲存。當(dāng) 電源（充電器）在電極302、303之間施加電勢差時，電解質(zhì)301變成極化的。在陰極303 上的電勢吸引電解質(zhì)301中的負(fù)離子308,以及在陽極302上的電勢吸引正離子307。
[0099] 不像電池，所施加的電勢被保持在低于電解質(zhì)301的擊穿電壓以防止在電極302、 303的表面處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。出于這個原因，超級電容器不能向電化學(xué)電池那樣產(chǎn)生電 力。此外，沒有電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，沒有產(chǎn)生電子。因此，在電解質(zhì)301和電極302、303之間 沒有顯著的電流能夠流動。相反，在溶液中的離子307、308將它們自己排列在電極302、303 的表面以鏡像表面電荷338以及形成絕緣"雙電層"。在雙電層（S卩，表面電荷338層以及 離子307、308層）中，表面電荷338和離子307、308的分離在納米數(shù)量級上。雙電層的組 合以及在板336的表面上的高表面面積材料337的使用允許在電極-電解質(zhì)接口處存儲巨 大數(shù)量的載流子。
[0100] 為了使超級電容器放電，在充電電極302、303之間形成電連接305,使得電子經(jīng)由 該外部電路從陽極流動到陰極（如由箭頭304指示）。這個電荷流動能夠用于向外部電路 305中的一個或多個電氣組件306供電。
[0101] 超級電容器具有勝過電池的若干優(yōu)點，以及因此，已經(jīng)有望替代許多應(yīng)用中的電 池。它們通過提供大突發(fā)電流以向設(shè)備供電以及接著快速地使它們自己充電來運行。它們 的低內(nèi)部阻抗，或等效串聯(lián)電阻（ESR)，允許它們傳遞和吸收這些大電流，然而傳統(tǒng)化學(xué)電 池的較高內(nèi)部阻抗可能使得該電池電壓衰竭。此外，盡管電池一般要求長再充電時間段，但 是超級電容器能夠非?？焖俚脑俪潆姡ǔＴ诖蠹s數(shù)分鐘內(nèi)。即使在多次充電之后，它們還 保持比電池保留更多電荷的它們的能力。當(dāng)與電池組合時，超級電容器能夠消除通常被強 加在電池上的瞬時能量需求，從而延長電池壽命。
[0102] 然而電池常常要求維護(hù)以及僅能夠在小的溫度范圍內(nèi)良好地運行。超級電容器是 免維護(hù)的以及在廣闊的溫度范圍上表現(xiàn)良好。超級電容器也比電池具有更長的壽命，以及 被建造以持續(xù)直到至少電子設(shè)備（它們用于向該電子設(shè)備供電）的壽命。
[0103] 然而，超級電容器不是沒有它們的缺點。盡管比傳統(tǒng)的電容器和電解質(zhì)電容器能 夠儲存更大數(shù)量的能量，但是由超級電容器儲存的每單位重量能量大大低于電化學(xué)電池的 每單位重量能量。另外，超級電容器的工作電壓受電解質(zhì)擊穿電壓限制，在電池的情況下電 解質(zhì)擊穿電壓不是問題。
[0104] 裡尚子電池具有所有系統(tǒng)的最1?能量密度，然而超級電容器具有最1?功率密度和 壽命。最近，已經(jīng)開發(fā)了被稱為鋰離子電容器的一種新的混合儲存設(shè)備，其旨在集成鋰離子 電池和超級電容器的優(yōu)點。鋰離子電容器的陰極使用活性炭，在該活性炭處，電荷被儲存為 在該碳和電解質(zhì)之間的接口處的雙電層，類似于超級電容器。在另一方面，陽極由具有預(yù)先 摻雜有鋰離子的納米結(jié)構(gòu)嵌入材料制成，類似于鋰離子電池。這種預(yù)先摻雜工藝降低了陽 極電勢以及導(dǎo)致高電池單元輸出電壓。典型地，針對鋰離子電容器的輸出電壓在3. 8V至4V 范圍中。因此，鋰離子電容器具有高能量密度。
[0105] 此外，陽極的容量比陰極的容量大若干數(shù)量級。因此，在充電和放電期間，在陽極 電勢中的改變遠(yuǎn)小于陰極電勢中的改變。嵌入陽極也能夠與嵌入陰極耦合，諸如LiCoO2或 LiMn2O4，以提高鋰離子電容器的功率。在鋰離子電容器中使用的電解質(zhì)典型地是鋰離子鹽 溶液，以及分離器可以用于防止陽極和陰極之間的直接物理接觸。
[0106] 圖4a和圖4b分別示意性地說明了鋰離子電容器的充電和放電過程。鋰離子電容 器的特性與超級電容器的特性幾乎一樣，以及因此圖4a和圖4b的標(biāo)記對應(yīng)于圖3a和圖3b 中的類似特征。然而，這兩個系統(tǒng)的主要差異在于：在設(shè)備充電時，替代電解質(zhì)401中的正 離子將自身排列在電極-電解質(zhì)接口處以形成雙電層，鋰離子434將自身插入（嵌入）到 陽極402的晶體結(jié)構(gòu)435中。因此，類似鋰離子電池，鋰離子電容器經(jīng)歷快速電化學(xué)反應(yīng)以 及不是簡單地依賴于雙電層的形式以儲存電荷。
[0107] 如在背景部分中闡明的，因為許多高表面面積的電極材料的特定形式，因此該許 多高表面面積的電極材料（其已經(jīng)被考慮用于下一代蓄電池）遭受了低結(jié)構(gòu)完整性和/或 高阻抗。現(xiàn)在將描述可以提供針對這個問題的解決方案的裝置和相關(guān)聯(lián)的方法。
[0108] 本裝置（如圖5中示出的）包括高表面面積電極（陽極或陰極），在該高表面面積 電極上沉積電解質(zhì)和第二電極（分別陰極或陽極），以形成蓄電池525 (電池、電容器或電池 電容器混合體）。不像上述的特定材料，高表面面積電極采用具有一個或多個孔517的開放 互連壁結(jié)構(gòu)515的形式。開放互連壁結(jié)構(gòu)515包括第一電極材料514并且用于蓄電池525 的第一電極（陽極或陰極）。電解質(zhì)522和第二電極材料523 (分別為陰極或陽極）被沉積 在該開放互連壁結(jié)構(gòu)515的孔517內(nèi)的第一電極材料514上，使得通過電解質(zhì)522使第一 電極材料514與第二電極材料523分離以使得能夠產(chǎn)生和/或儲存電能。
[0109] 因為開放互連壁結(jié)構(gòu)515(至少部分地）從第一電極材料514形成，以及電解質(zhì) 522和第二電極材料523被沉積在第一電極材料514上，所以開放互連壁結(jié)構(gòu)515的使用提 高了兩個電極的表面面積以及最大化電解質(zhì)522和陽極/陰極材料514、523之間的相互作 用程度。
[0110] 在一個實施例中（如圖5中示出的），電解質(zhì)522形成開放互連壁結(jié)構(gòu)515上的 覆蓋層，以及第二電極材料523填充孔517的剩余體積以形成封閉的無孔電池單元。使用 第二電極材料523來填充該結(jié)構(gòu)515的孔517防止了污染物材料進(jìn)入該孔517,但是也提 高了該電池的重量而沒有在儲存密度/容量中的任何對應(yīng)提高。在另一個實施例中（如圖 6中示出的），電解質(zhì)622和第二電極材料623形成開放互連壁結(jié)構(gòu)615上的連續(xù)覆蓋層而 不填充孔617的整個體積。
[0111] 假如結(jié)構(gòu)615是開放的（經(jīng)由外部孔617)，則能夠使用許多不同的互連壁結(jié)構(gòu) 615。該結(jié)構(gòu)615的開放性質(zhì)允許電解質(zhì)622和第二電極材料623被沉積在該結(jié)構(gòu)615的 孔617內(nèi)。
[0112] 能夠通過排列多個球形微粒（例如，聚苯乙烯微粒）來形成晶格713,以及在球 形微粒712之間沉積第一電極材料714(例如，通過蒸發(fā)，溉鍍（sputtering)，化學(xué)氣相沉 積（CVD)，原子層沉積（ALD)或電化學(xué)沉積（ECD))來制造（如圖7中說明的）開放互連壁 結(jié)構(gòu)715的一個示例。能夠從嵌段共聚物的相分離過程來形成開放互連螺旋二十四面體 (gyroid)結(jié)構(gòu)。
[0113]CVD、ALD和E⑶在這里特別有用，因為沉積依賴于目標(biāo)表面的方向。在另一方面， 在蒸發(fā)和濺鍍技術(shù)的情況下，目標(biāo)表面需要在材料源的視線中。然而，能夠通過使用被排列 以面向目標(biāo)結(jié)構(gòu)的表面的多種材料源，或通過使用單個材料源以及多個沉積步驟（以及在 每個沉積之間旋轉(zhuǎn)該結(jié)構(gòu)或材料源），來解決這個問題。即使蒸發(fā)和濺鍍用于提供完整的覆 蓋層，然而，由于來自每個沉積步驟的重疊，該覆蓋層不太可能具有均勻的厚度。在這個意 義上，CVD、ALD和E⑶是優(yōu)選的。ALD也具有能夠產(chǎn)生無針薄膜的優(yōu)點。對于形成蓄電池的 電極而言，這個因素是有用的，因為在第一電極材料714中的針孔能夠提高該電池的電阻。 在絕緣層中的針孔能夠危害絕緣層的絕緣特性。
[0114] 一旦已經(jīng)沉積了第一電極材料714,則能夠移除球形微粒712 (例如通過蝕刻、熔 化或溶解該微粒）以創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)中的孔。如果第一電極材料714已經(jīng)完整地覆蓋微粒712 的外部表面，則該覆蓋層中的一些或全部可能需要被移除（例如，通過濕或干蝕刻，諸如恒 電流或恒電位蝕刻）以允許訪問并且移除該球形微粒712。所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)715 (盡管在圖7 中在橫截面中被示出）是在其間具有通道717(孔）的互連壁716的三維排列。
[0115] 然而，在這個階段，結(jié)構(gòu)715的孔717未必互連（盡管該壁將被互連以提供機械/ 結(jié)構(gòu)完整性）。因此，內(nèi)部孔717中的一些或全部孔可能不能由電解質(zhì)和第二電極材料訪 問，這降低了結(jié)構(gòu)715的有用的表面面積。這能夠（例如）通過在預(yù)定的時間段內(nèi)在液體 (濕）蝕刻劑的容器中浸泡結(jié)構(gòu)715來解決。隨著蝕刻時間增加，互連735的數(shù)目（以及從 而材料的內(nèi)部表面面積）增加，但是該機構(gòu)的完整性降低。因此，最優(yōu)的蝕刻時間將被選擇 以提供足夠的表面面積而不影響該結(jié)構(gòu)715的硬度，以及將取決于所使用的特定電極材料 714和蝕刻劑而變化。
[0116] 圖8說明了制造開放互連壁（例如，螺旋二十四面體）結(jié)構(gòu)的可替代方法。這次， 替代填充在晶格813的球形微粒812之間的空間，第一電極材料814被沉積為微粒812上 的覆蓋層。這可以通過沉積較少數(shù)量的第一電極材料814以便在微粒812之間留下空間來 簡單地執(zhí)行。因為球體812已經(jīng)以晶格813的形式被緊擠在一起，所以在一個微粒的表面 上的第一電極材料814與鄰接的微粒的表面上的第一電極材料物理以及電接觸。以這種方 式，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)包括：第一電極材料的連續(xù)層814以及多個互連通道817。第一電極材料 814還用于將微粒束縛在一起，從而改進(jìn)結(jié)構(gòu)完整性。
[0117] 盡管上述制造工藝指的是"球形"微粒，但是還可以使用任何合適形狀/尺寸的微 粒（不必所有都是相同的形狀/尺寸）來執(zhí)行這些技術(shù)，假設(shè)它們能夠形成包括一個或多 個孔或通道的晶格。
[0118] 圖9說明了制作開放互連壁（例如，螺旋二十四面體）結(jié)構(gòu)的另一個方法。然而， 不是如圖8中示出的覆蓋球形微粒的晶格，第一電極材料914被沉積在嵌段共聚物918上。 嵌段共聚物918包括：在一端被共價鍵鏈接在一起的兩個或更多化學(xué)上不同的聚合物（例 如，聚苯乙烯和PMMA，聚苯乙烯和聚酰亞胺，或聚氟苯乙烯（polyfIuorostyrene)和針對螺 旋二十四面體或雙螺旋二十四面體的聚乳酸），以及具有自組裝成各種有序多孔納米結(jié)構(gòu) 的能力。取決于組件的體積分?jǐn)?shù)，能夠在某些條件下合成嵌段共聚物納米疇（nanoscopic domains)(例如，體心立方球體，六方結(jié)構(gòu)柱體，片晶，或雙連續(xù)螺旋二十四面體）。能夠改 變嵌段共聚物918的分子量以及各體嵌段以控制這些納米疇的尺寸和分離距離。
[0119] 嵌段共聚物918可以包括兩個或更多均聚物嵌段。具有兩個或三個不同嵌段的 嵌段共聚物918分別被稱為雙嵌段共聚物和三嵌段共聚物。合適的雙嵌段共聚物包含：聚 (4-氟苯乙烯）-b-聚（D，L-丙交酯）和聚（乙烯）-聚（乙烯丙烯），而合適的三嵌段共聚 物包含聚（1，4_異戊二烯）-嵌段-聚苯乙烯-嵌段-聚（2-乙烯基吡啶）。聚（4-氟苯乙 烯）-b-聚（D，L-丙交酯）的立方雙連續(xù)雙螺旋二十四面體相允許形成開放互連壁結(jié)構(gòu)，其 中孔被完全連接。
[0120] 在圖9中的嵌段共聚物918包括：多個有序孔917。當(dāng)在嵌段共聚物上沉積了第一 電極材料914層（優(yōu)選地使用CVD、ALD或ECD)時，它覆蓋聚合物918的外表面以及孔917 的內(nèi)表面。因此，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)包括第一電極材料914的連續(xù)層。在該結(jié)構(gòu)內(nèi)的孔917的 排列將取決于特定的聚合物以及制造條件。在一些情況下，孔917可以互連，但是在其他情 況下，它們可能不互連?？?17的互連不是絕對必須的，但是它增大了電極的表面面積，以 及從而提高了蓄電裝置的儲存密度和容量。將了解的是，嵌段共聚物需要使得聚合物相/ 嵌段中的一個被移除以制作多孔結(jié)構(gòu)。接著，這可以使用期望的材料來填充。
[0121] 不是將第一電極材料沉積在嵌段共聚物上，它可以被沉積在海綿1019(天然或人 工合成）上，如圖10中示出的。海綿1019典型地包括多個（互連）孔1017以及內(nèi)在地具 有高表面面積。因此，能夠使用第一電極材料1014來覆蓋海綿1019的外部或內(nèi)部表面，以 創(chuàng)建適用于用作電極的開放互連壁結(jié)構(gòu)。就嵌段共聚物而言，孔1017彼此連接不是必須 的，但是互連的孔是有益的。
[0122] 另一個可替代方案是將第一電極材料1114沉積在基質(zhì)1120 (在本文中，還被稱為 基礎(chǔ)基質(zhì)）上，該基質(zhì)包括一個或多個預(yù)制好的孔穴1117 (孔），如圖11中示出的?？梢允?用各種技術(shù)（例如，鉆孔或通過防腐蝕的掩模來蝕刻）在基質(zhì)1120中形成孔1117。以這 種方式，能夠控制孔1117的數(shù)目、密度、直徑、深度和形狀。還能夠控制孔1117是否彼此連 接。通過覆蓋基礎(chǔ)基質(zhì)1120的外部表面和內(nèi)部表面，可以產(chǎn)生適用于用作電極的開放互連 壁結(jié)構(gòu)。
[0123] 在開放互連壁結(jié)構(gòu)中的孔可以形成通過通道（即，從該材料的一側(cè)到另一側(cè)，如 由標(biāo)記1033指示的）或盲通道（即，在該材料的一側(cè)處開口但是在該材料的內(nèi)部終止，如 由標(biāo)記917指示的）。另外，孔可以（例如，孔917)或不可以（例如，孔1017)被周期性地 排列，以及可以具有小于2nm的直徑（微孔），在2nm和50nm之間（包含2nm和50nm)的直 徑（中孔）或大于50nm的直徑（大孔）。
[0124] 在圖8、圖10和圖11中說明的制作工藝中的每個制作工藝中，不需要移除支撐材 料（球形微粒、海綿或基礎(chǔ)基質(zhì)）（在它們之上沉積第一電極材料）。然而，出于兩個原因， 移除支撐材料可以是有用的。首先，它能夠降低蓄電設(shè)備的總重量（假定蓄電池通常以它 們的能量-至-重量比率為特征，則這是重要的因素）。第二，移除支撐材料增大了該結(jié)構(gòu) 的表面面積。
[0125] 在圖12中說明了這個方面，圖12示出了在由第一電極材料1214覆蓋后的圖11的 基礎(chǔ)基質(zhì)1220。為了移除支撐材料1220(在這個實例中為基礎(chǔ)基質(zhì)），可能需要移除部分 的第一電極材料1214以提供對底層材料1220的訪問?？梢酝ㄟ^蝕刻來執(zhí)行這個步驟。在 示出的該圖中，已經(jīng)移除了在基礎(chǔ)基質(zhì)1220的較低表面1221處的第一電極材料1214。一 旦基質(zhì)材料1220被暴露，則濕蝕刻（或可替代的技術(shù)）能夠用于移除基質(zhì)材料1220。然 而，重要的是，第一電極材料1214比基質(zhì)材料1220對蝕刻劑有更大的抵抗性，否則這個步 驟能夠部分地或全部地移除（或損壞）第一電極材料?？商娲倪x擇可以是使用抗腐蝕掩 模以防止蝕刻劑和第一電極材料1214之間的交互。移除基質(zhì)材料1220導(dǎo)致第一電極材料 1214的互連壁結(jié)構(gòu)，該互連壁結(jié)構(gòu)重量輕、開放和多孔，具有高表面面積。嵌塊共聚物制造 工藝將應(yīng)用對應(yīng)的技術(shù)。
[0126] 然而，支撐材料1220能夠提供針對電極和電解質(zhì)材料的機械支撐。因此，關(guān)于在 沉積第一電極材料1214后是否移除支撐材料1220的決策將部分地依賴于第一電極材料 1214的機械強度。如果第一電極材料1214靠自己在沒有機械變形的情況下不能支撐電解 質(zhì)和第二電極材料，則也可以需要底層支撐材料1220。
[0127] 一旦已經(jīng)形成開放互連壁結(jié)構(gòu)，電解質(zhì)和第二電極材料能夠被沉積在第一電極材 料上以形成蓄電池。就在支撐材料（例如，基礎(chǔ)基質(zhì)）上沉積第一電極材料而言，CVD、ALD 和ECD是特別有用的，因為它們能夠用于覆蓋在蒸發(fā)或濺鍍系統(tǒng)中不在材料源的視線中的 表面。不是必須使用電解質(zhì)和第二電極材料來覆蓋開放互連壁結(jié)構(gòu)的整個表面面積，但是 這樣做能夠最大化電子的產(chǎn)生和/或儲存，因為第一電極材料能夠與更大數(shù)量的電解質(zhì)接 觸。電化學(xué)沉積具有的優(yōu)點是，被沉積的材料必須電連接到基礎(chǔ)基質(zhì)以用于沉積發(fā)生。對 于ALD或CVD而言，可能不是這種情況。
[0128] 圖13示出了蓄電池的三、四、五和六層配置，其能夠使用本文中描述的開放互連 壁結(jié)構(gòu)來形成。在三層配置（圖13a)中，在沉積第一電極材料1314后，已經(jīng)移除了支撐材 料1320 (球形微粒、嵌段共聚物、海綿或基礎(chǔ)基質(zhì)），以及第一電極材料1314和第二電極材 料1323 (它們由電解質(zhì)1322來分離）每個包括活性材料。該活性材料是電極材料，其參與 該電池的充電/放電機制。如果蓄電裝置是電池，則活性材料是參與電化學(xué)反應(yīng)或嵌入機 制的電極材料。在另一方面，如果蓄電裝置是超級電容器，則活性材料是參與形成雙電層的 電極材料。如上所述，移除支撐材料1320增大了第一電極1314和第二電極1323的表面面 積，以及降低了蓄電裝置的整體重量。
[0129] 然而，在四層配置（圖13b)中，在沉積第一電極材料1314后，已經(jīng)保留了支撐材 料1320。如果第一電極材料1314的機械強度靠它自己不足以支撐覆蓋的電解質(zhì)1322和第 二電極材料1323,則可以需要支撐材料1320。
[0130] 在五層配置（圖13c)中，按照圖13a的配置，在沉積第一電極材料1314后，已經(jīng) 移除了支撐材料1320。然而，這次，第一電極材料1314和第二電極材料1323每個包括電 荷收集材料1324以及活性材料。電荷收集材料提供在每個電極的活性材料和蓄電池的外 部電路之間的電路徑，以使得電子能夠流動，以及如果活性材料展現(xiàn)出零或較低導(dǎo)電性，則 可以要求該電荷收集材料。在一些情況下，一個電極的活性材料可以具有比另一個電極的 活性材料更高的導(dǎo)電性。在這種場景下，可以僅在較低導(dǎo)電性的電極中需要電荷收集材料 1324。用于形成電荷收集器1324的材料應(yīng)當(dāng)是高導(dǎo)電性的。合適的示例包含：金屬，諸如 金、銀、鎳、銅，或包括這些金屬中的一個或多個的合金。然而，可以替代地使用半導(dǎo)體材料。
[0131] 除了在第一電極材料1314的沉積之后已經(jīng)保留了支撐材料1320外，六層配置 (圖13d)與圖13c的五層配置相同。
[0132] 第一電極材料1314和第二電極材料1323不限制于任何特定的活性材料，以及可 以包括各種不同的元素和化合物。盡管用于形成電解質(zhì)1322的材料將主要依賴于活性電 極材料的化學(xué)成分，但是電解質(zhì)1322也是如此。
[0133] 在一個實施例中，蓄電裝置是鋰硫電池，其中第一電極（陽極）的活性材料包括硫 化鋰，以及第二電極（陰極）的活性材料包括硫磺。已知硫磺的導(dǎo)電性較低，可能需要將它 沉積在電荷收集材料上。電解質(zhì)可以是固體電解質(zhì)，諸如鋰磷氧氮（LiPON)、含有僅聚（環(huán) 氧乙烷）派生物的聚合物電解質(zhì)或含有硼酸酯基的聚合物電解質(zhì)。
[0134] 在鋰硫電池的放電期間，在陽極處硫化鋰被分解成鋰離子和硫磺，在這個過程中 釋放電子。接著，鋰離子通過電解質(zhì)遷移到硫磺陰極，在這里它們形成硫化鋰。在另一方 面，在充電期間，在陰極處的硫化鋰被反向地轉(zhuǎn)換成硫磺和鋰離子，以及鋰離子通過電解質(zhì) 遷移回到陽極以產(chǎn)生硫化鋰。
[0135] 在另一個實施例中，蓄電裝置是鋰-空氣電池，其中第一電極（陽極）的活性材 料包括鋰氧化物，以及第二電極（陰極）的活性材料包括多孔碳和金屬晶體（諸如，錳、 鈷、釕、鉬，銀，或鈷和錳的混合物）。在這個實施例中的電解質(zhì)可以是有機電解質(zhì)（諸如， LiPF6,LiAsF6,LiN(SO2CF3)2，或LiSO3CF3),含水電解質(zhì)（包括溶解在水中的鋰鹽）或由導(dǎo) 電鋰隔膜隔開的有機電解質(zhì)和含水電解質(zhì)的組合。
[0136] 在鋰-空氣電池放電期間，在陽極處的鋰氧化物被分解成鋰離子和氧氣，在該過 程中釋放電子。接著，鋰離子通過電解質(zhì)遷移到碳陰極，在這里它們形成鋰氧化物。在另一 方面，在充電期間，在陰極處的鋰氧化物被反向地轉(zhuǎn)換成氧氣和鋰離子，以及鋰離子通過電 解質(zhì)遷移回到陽極以產(chǎn)生鋰氧化物。
[0137] 在另一個實施例中，蓄電裝置是鋰離子電池。在這個實施例中，第一電極（陰極） 的活性材料可以例如包括：鋰鈷氧化物、鋰鐵磷酸鹽或鋰錳氧化物；第二電極（陽極）的活 性材料能夠包括石墨；以及電解質(zhì)能夠包括在有機溶劑（諸如碳酸亞乙酯或碳酸二乙酯） 中的鋰鹽（諸如，六氟磷酸鋰，六氟砷酸鋰一水化合物，高氯酸鋰，四氟硼酸鋰，或三氟甲磺 酸鋰）。
[0138] 在又一個實施例中，蓄電裝置是鋰離子電容器。在這個實施例中，第一電極（陽 極）的活性材料可以例如包括：鋰鈷氧化物、鋰鐵磷酸鹽或鋰錳氧化物；第二電極（陰極） 的活性材料能夠包括活性炭；以及電解質(zhì)能夠包括在有機溶劑（諸如碳酸亞乙酯或碳酸二 乙酯）中的鋰鹽（諸如，六氟磷酸鋰，六氟砷酸鋰一水化合物，高氯酸鋰，四氟硼酸鋰，或三 氟甲磺酸鋰）。
[0139] 假定蓄電池（電池、電容器或電池電容器混合體）用于向設(shè)備中的其它電子組件 供電，該電池的電氣特性（例如，操作電流、電壓、電阻、電容）是重要的考慮因素。一般地， 超級電容器的最大操作電壓受電解質(zhì)的擊穿電壓限制（對于含水電解質(zhì)為?1.IV，以及對 于有機電解質(zhì)為?2. 3V)，而電池的最大操作電壓受在電化學(xué)反應(yīng)中使用的活性材料限制。 然而，為了提高操作電壓，可以將若干電池單元1425串聯(lián)連接（例如，作為蓄電池組）。如 在圖14中示出的，這可以通過使開放互連壁結(jié)構(gòu)彼此電連接來實現(xiàn)。對于串聯(lián)連接的三個 蓄電池的總電壓由Vtrtal =Vi+V2+V3給出，其中Vn是各自電池單元的操作電壓。當(dāng)串聯(lián)連接 時，總電流由Itotal =I1 =I2 =I3給出，總電阻由Rtotal =WR3給出，以及總電容（與超 級電容器有關(guān)）由Ctrtal =l/Ci+1/Cfl/Q給出，其中1"、1^和(；是各自電池單元的操作電 流、電阻和電容。
[0140] 在另一方面，能夠并聯(lián)連接若干電池單元1425(例如，作為蓄電池組）。再次，可 以通過使開放互連壁結(jié)構(gòu)彼此電連接來實現(xiàn)，如圖15中示出的。在這個配置中，總電壓由 Vtotiil=Vl=V2=V：3 給出，總電流由Itotiil=Il+l2 +I：3 給出，總電阻由Rtotiil= 1/? + !/?+!/ R3給出，以及總電容（與超級電容器有關(guān)）由Ctotal =CfCfC3給出。
[0141] 在圖14和圖15的配置中，個體電池單元可以具有或可以不具有相同的化學(xué)成分。 例如，在一個實施例中，每個電池單元可以是電池或超級電容器，而在另一個實施例中，一 個電池單元可以是電池，以及另一個電池單元可以是超級電容器。在后面的實施例中，超級 電容器可以用于提供快速的突發(fā)功率，以及電池可以被配置為在每次放電操作之后對該超 級電容器進(jìn)行充電。在一個電池的化學(xué)成分不同于另一個電池的化學(xué)成分的情況下，該結(jié) 構(gòu)的僅一部分可以是不同的（即，一個電池單元的第一電池材料、電解質(zhì)和/或第二電極材 料可以與另一個電池單元的第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電極材料不同）。
[0142] 不是將一個電池單元的開放互連壁結(jié)構(gòu)連接到另一個電池單元的開放互連壁結(jié) 構(gòu)以形成一組蓄電池，可以從單個開放互連壁結(jié)構(gòu)來形成多個電池單元（如圖16中示出 的）。這可以通過以下來實現(xiàn)：在該結(jié)構(gòu)的第一孔1639內(nèi)沉積一個電池單元的第一電極材 料1614、電解質(zhì)1622和第二電極材料1623,以及在該結(jié)構(gòu)的第二孔1640內(nèi)沉積另一個電 池單元的第一電極材料1614、電解質(zhì)1622和第二電極材料1623。正如圖14和圖15的配 置，一個電池單元的第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電極材料可以與或可以不與另一個 電池單元的第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電極材料相同。因此，可以（例如）在同一個 開放互連壁結(jié)構(gòu)內(nèi)形成電池和超級電容器。
[0143] 將了解的是已經(jīng)公開了用于形成開放互連壁結(jié)構(gòu)的技術(shù)；嵌段共聚物路線（特別 用于產(chǎn)生螺旋二十四面體）以及納米球刻蝕路線。后面的路線將創(chuàng)建蛋白石，或反蛋白石 結(jié)構(gòu)。蛋白石，或反蛋白石結(jié)構(gòu)也將實現(xiàn)高表面面積電極的最終目的，該電極具有至集電器 基質(zhì)的電連通性。概括地，
[0144] (1)嵌段共聚物路線
[0145] 螺旋二十四面體或雙螺旋二十四面體形貌典型地（僅）由嵌段共聚物的相分離來 創(chuàng)建。在這個工藝中，嵌段共聚物的溶液被澆鑄或覆蓋在基質(zhì)上，以及在本實例中，基質(zhì)可 能是金屬，以及因此成為能量儲存設(shè)備的集電器。隨著溶劑蒸發(fā)，嵌段共聚物形成該基質(zhì)上 的相分離膜。相由不同的不能混合的聚合物嵌段的區(qū)域組成，以及注意的是，取決于相對的 嵌段長度，多個不同的相分離形貌是可能的。在本申請中，這些形貌（螺旋二十四面體，雙 螺旋二十四面體，六角柱陣列，垂直定向片晶）中的許多形貌可能是有用的，即具有至基質(zhì) 的連續(xù)路徑的那些形貌（以及因此，能夠創(chuàng)建具有至該基質(zhì)的導(dǎo)電路徑的結(jié)構(gòu)）。
[0146] 注意的是，在這點上，該膜完全是固體（除了溶劑的殘留外）。為了使用如此形成 的聚合物結(jié)構(gòu)，將要求移除聚合物相中的一個聚合物相以留下需要的多孔結(jié)構(gòu)。取決于將 被移除的聚合物，這能夠通過濕化學(xué)蝕刻、UV照射或這兩者的混合來實現(xiàn)。這個工藝留下 聚合物支架，該支架能夠用于模制感興趣的材料。先前論述的方法能夠用于覆蓋該共聚物 支架-ALD，CVD或電化學(xué)沉積。后面的技術(shù)特別有用，因為如果集電器基質(zhì)用作沉積電極中 的一個沉積電極，則能夠確保的是，根據(jù)需要，沉積材料至該基質(zhì)是電連續(xù)的。這個方法的 可能的缺點是，它完全填充孔，因此多層覆蓋層可能不太可行。
[0147] 現(xiàn)在，兩個策略是可能的。剩下的共聚物支架能夠用作持久特征，或它可以是犧牲 的。能夠使用這兩種方法，但是留下共聚物支架不是有吸引力的策略，因為它在功能上是不 活躍的以及占據(jù)有用的空間（該空間可以使用活性材料來填充）。如果該支架將保留，則 能夠建立多層材料（電極1、固體電解質(zhì)、電極2等）以創(chuàng)建期望的結(jié)構(gòu)。如果孔直徑非常 小，則這個方法可能不是非常容易。
[0148] 可替代地，以及有利地，能夠使用以上方法中的一個方法，使用（電極）材料來完 全填充該孔，接著移除支架以留下電極材料，其在如導(dǎo)線的網(wǎng)絡(luò)中-孔網(wǎng)絡(luò)。接著，可以使 用ALD、CVD或電化學(xué)沉積，將隨后的材料（電解質(zhì)、第二電極等）填充回到"相反"的支架 中。
[0149] (2)蛋白石路線
[0150] 如上所述，聚合物微或納米球的自組裝晶體被創(chuàng)建以及用于模制電池材料的沉 積。在這種情況下，所形成的結(jié)構(gòu)是蛋白石的類型（面心立方晶體）。
[0151] 圖17示意性地說明了包括本文中描述的蓄電裝置1725的設(shè)備1726。設(shè)備1726 還包括：處理器1727和存儲介質(zhì)1728,通過數(shù)據(jù)總線1729將它們彼此連接。設(shè)備1726可 以是電子設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、便攜式電信設(shè)備或用于上述設(shè)備中的任何設(shè)備的模塊。關(guān) 于圖5、6、14、17和圖18,將了解的是，這些圖示出了蓄電裝置的各自示意圖。還將了解的 是，各自陽極和陰極層被電隔離以避免短路（如果例如從陽極到陰極使用導(dǎo)線或反之亦然 則將發(fā)生短路）。
[0152] 蓄電裝置1725被配置為產(chǎn)生和/或儲存電能，該電能可以用于向設(shè)備1726中的 一個或多個組件供電。處理器1727被配置為：通過向其它設(shè)備組件提供信令以及接收來自 其它設(shè)備組件的信令以管理它們的操作，用于設(shè)備1726的一般操作。存儲介質(zhì)1728被配 置為存儲計算機程序代碼，該計算機程序代碼被配置為執(zhí)行、控制或啟用蓄電裝置1725的 操作。儲存介質(zhì)1728還被配置為存儲針對其它設(shè)備組件的設(shè)置。處理器1727可以訪問存 儲介質(zhì)1728以檢索組件設(shè)置，以便管理該設(shè)備組件的操作。特別地，存儲介質(zhì)1728可以包 括：針對對蓄電裝置1725進(jìn)行充電的電壓設(shè)置。在處理器1727和存儲介質(zhì)1728之間的內(nèi) 部鏈接1729能夠被理解為提供處理器1727和存儲介質(zhì)1728之間的活動耦合，以允許處理 器1727訪問存儲在存儲介質(zhì)1728上的計算機程序代碼。存儲介質(zhì)1728可以是暫時性的 存儲介質(zhì)，諸如易失性隨機存取存儲器。在另一方面，存儲介質(zhì)1728可以是持久的存儲介 質(zhì)，諸如硬盤驅(qū)動器、閃速存儲器或非易失性隨機存取存儲器。
[0153] 設(shè)備1726還可以包括太陽能電池1833,其被配置為將照射在該太陽能電池1833 上的來自電磁輻射1841的能量轉(zhuǎn)換成電能。本文中描述的蓄電裝置1825可以被配置為儲 存這種能量以用于隨后使用。在一個實施例中，如圖18中示出的，太陽能電池1833形成蓄 電裝置1825的外部表面上的覆蓋層。這個配置確保的是，可以將從任何角度照射的電磁輻 射1841轉(zhuǎn)換到電能中，以及因此提供了針對在設(shè)備1726內(nèi)部排列組件的更大設(shè)計自由度。 當(dāng)蓄電裝置1825具有圖6中示出的配置時，在太陽能電池1833內(nèi)包住蓄電裝置1825也有 助于防止污染材料進(jìn)入開放互連壁結(jié)構(gòu)的孔。
[0154] 在圖19中示意性地說明了用于制作蓄電裝置1725的方法的主步驟1930-1931。
[0155] 圖20示意性地說明了提供根據(jù)一個實施例的計算機程序的計算機/處理器可讀 介質(zhì)2032。在這個示例中，計算機/處理器可讀介質(zhì)2032是盤，諸如數(shù)字化通用光盤（DVD) 或光盤（CD)。在其它實施例中，計算機/處理器可讀介質(zhì)2032可以是已經(jīng)以執(zhí)行本發(fā)明的 功能的方式被編程的任何介質(zhì)。計算機/處理器可讀介質(zhì)2032可以是可移動存儲設(shè)備，諸 如存儲棒或存儲卡（SD、迷你SD或微SD)。
[0156] 計算機程序可以包括計算機代碼，該計算機代碼被配置為執(zhí)行、控制或使得能夠 將電解質(zhì)和第二電極材料沉積在開放互連壁結(jié)構(gòu)的一個或多個孔中，以提供包括第一電極 材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)，包括電解質(zhì)和第二電極材料的孔，其中在孔內(nèi)的第一電極材料上 支撐電解質(zhì)和第二電極材料，使得通過電解質(zhì)使第一電極材料與第二電極材料分離，以使 得能夠使用該裝置來產(chǎn)生和/或儲存電能。
[0157] 在圖中描繪的其它實施例已經(jīng)擁有對應(yīng)于更早描述的實施例的類似特征的參考 數(shù)字。例如，特征數(shù)字1也能夠?qū)?yīng)于數(shù)字101、201、301等。這些編號的特征可以出現(xiàn)在 圖中，但是在這些特定實施例的描述內(nèi)可能沒有直接提及。在圖中仍然提供這些參考數(shù)字 以幫助理解另外的實施例，特別是有關(guān)于類似更早描述的實施例的特征。
[0158] 技術(shù)讀者將了解的是，可以由裝置（該裝置被布置為使得它們被配置為：僅當(dāng)啟 用（例如，接通或諸如此類）時，執(zhí)行期望的操作）來提供任何提及的裝置/設(shè)備和/或特 定提及的裝置/設(shè)備/服務(wù)器的其它特征。在此類情況下，它們在非啟用（例如，關(guān)斷狀 態(tài)）中不必使得適當(dāng)?shù)能浖惠d入到活動存儲器中，以及在啟用（例如，接通狀態(tài)）中才載 入適當(dāng)?shù)能浖?。該裝置可以包括硬件電路和/或固件。該裝置可以包括被載入到存儲器上 的軟件。此類軟件/計算機程序可以被記錄在相同的存儲器/處理器/功能單元和/或一 個或多個存儲器/處理器/功能單元上。
[0159] 在一些實施例中，可以使用適當(dāng)?shù)能浖μ囟ㄌ峒暗难b置/設(shè)備進(jìn)行預(yù)編程以執(zhí) 行期望的操作，以及其中能夠通過用戶下載"密鑰"例如以解鎖/啟用該軟件和它的相關(guān)聯(lián) 功能來啟用適當(dāng)?shù)能浖怨┦褂?。與此類實施例相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點能夠包含：當(dāng)對設(shè)備而言另 外的功能是必須的時，降低對下載數(shù)據(jù)的要求，以及在感知到設(shè)備具有足夠的容量以存儲 對于功能可能沒有被用戶啟用的預(yù)編程的軟件示例中，這能夠是有用的。
[0160] 將了解的是，任何提及的裝置/電路/元件/處理器可以具有除了提及的功能之 外的其它功能，以及可以由相同的裝置/電路/元件/處理器來執(zhí)行這些功能。一個或多 個公開的方面可以包含：記錄在適當(dāng)載體（例如，存儲器、信號）上的相關(guān)聯(lián)的計算機程序 和計算機程序（其可以是源/傳輸編碼）的電子分發(fā)。
[0161] 將了解的是，本文中描述的任何"計算機"能夠包括：一個或多個個體處理器/處 理元件的集合，其可以或可以不位于在相同的電路板，或電路板或甚至相同設(shè)備的相同區(qū) 域/方位上。在一些實施例中，任何提及的處理器中的一個或多個處理器可以分布在多個 設(shè)備上。相同或不同的處理器/處理單元可以執(zhí)行本文描述的一個或多個功能。
[0162] 將了解的是，術(shù)語"信令"可以指被傳送作為一系列的傳送和/或接收的信號的一 個或多個信號。一系列信號可以包括一個、兩個、三個、四個或甚至更多的個體信號分量或 不同的信號以組成所述信令。這些個體信號中的一些或所有信號可以同時地依次地被傳送 /接收，和/或使得它們暫時地彼此覆蓋。
[0163] 關(guān)于任何提及的計算機和/或處理器和存儲器（例如，包含R0M、CD-R0M等）的任 何論述，這些可以包括：計算機處理器、專用集成電路（ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)和 /或已經(jīng)以執(zhí)行本發(fā)明的功能的方式進(jìn)行編程的其它硬件組件。
[0164] 在此，本申請獨立地公開了本文中描述的每個個體特征以及兩個或更多此類特征 的組合，鑒于本領(lǐng)域的技術(shù)人員的公知常識，總體來說在一定程度上能夠基于本說明書來 實現(xiàn)此類特征或組合，而不管此類特征或特征的組合是否解決了本文公開的任何問題，以 及不限制于權(quán)利要求書的范圍。 申請人:表明的是，所公開的方面/實施例可以由任何此類 個體特征或特征的組合組成。鑒于上述描述，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明顯的是，可以在本 公開的范圍內(nèi)做出各種修改。
[0165] 雖然已經(jīng)示出和描述以及指出了本發(fā)明的基本的新穎特征（如應(yīng)用于不同實施 例），但是將理解的是，在不背離本發(fā)明的精神的情況下，可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員在所描 述的設(shè)備和方法的形式和細(xì)節(jié)上做出各種省略和替代和改變。例如，清楚地旨在的是，那些 元件和/或方法步驟的所有組合（其以基本上相同的方式基本上執(zhí)行相同的功能以獲得相 同的結(jié)果）是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，結(jié)合任何公開的形式或?qū)嵤├?出和/或描述的結(jié)構(gòu)和/或元件和/或方法步驟可以被并入任何其它公開的或描述的或 建議的形式或?qū)嵤├鳛樵O(shè)計選擇的一般事項。此外，在權(quán)利要求書中，方法加功能的條款 旨在覆蓋本文中描述的如執(zhí)行所述功能的結(jié)構(gòu)，以及不僅覆蓋結(jié)構(gòu)上等同而且覆蓋等同結(jié) 構(gòu)。因此，雖然釘子和螺絲釘可能不是結(jié)構(gòu)上等同，在于釘子利用圓柱面以將木材部件緊固 在一起，而螺絲釘利用螺旋面，但是在緊固木材部件的環(huán)境中，釘子和螺絲釘可以是等同的 結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1. 一種裝置，所述裝置包括具有一個或多個孔的開放互連壁結(jié)構(gòu)，所述開放互連壁結(jié) 構(gòu)包括第一電極材料，所述孔包括電解質(zhì)和第二電極材料，其中在所述孔內(nèi)的所述第一電 極材料上支撐所述電解質(zhì)和第二電極材料，使得通過所述電解質(zhì)使所述第一電極材料與所 述第二電極材料分離，以使得使用所述裝置能夠產(chǎn)生和/或儲存電能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電解質(zhì)形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)上的覆蓋 層。所述第二電極材料充分地填充所述孔的剩余體積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一電極材料和第二電極材料每個包括活性 材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第一電極材料和/或所述第二電極材料包括 電荷收集材料，以及其中所述活性材料與所述電荷收集材料在物理上接觸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一電極材料形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述開放互連壁結(jié)構(gòu)包括基質(zhì)，在所述基質(zhì)上支 撐所述第一電極材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述開放互連壁結(jié)構(gòu)具有螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述孔中的一些或全部孔的中的一個互相連接， 所述孔中的一些或全部孔形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)內(nèi)的通過通道，所述孔中的一些或全部 孔形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)內(nèi)的盲通道，周期性地排列所述孔中的一些或全部孔，以及所 述孔中的一些或全部孔具有在2nm和50nm之間的直徑，包含2nm和50nm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中在一個孔內(nèi)的第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電 極材料與在另一個孔內(nèi)的第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電極材料不同。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置包括彼此電連接的多個所述開放互連 壁結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中一個開放互連壁結(jié)構(gòu)的第一電極材料、電解質(zhì) 和/或第二電極材料與另一個開放互連壁結(jié)構(gòu)的第一電極材料、電解質(zhì)和/或第二電極材 料不同。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置是以下中的一個或多個：電池、電容器 以及電池-電容器的混合體。
13. -種設(shè)備，其包括權(quán)利要求1的所述裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備是以下中的一個或多個：電子設(shè)備、便 攜式電子設(shè)備、便攜式電信設(shè)備以及用于上述設(shè)備中的任何設(shè)備的模塊。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括太陽能電池，所述太陽能電池被 配置為將照射在所述太陽能電池上的來自電磁輻射的能量轉(zhuǎn)換成電能，以及其中所述裝置 被配置為儲存所述電能。
16. -種制作裝置的方法，所述方法包括：將電解質(zhì)和第二電極材料沉積在包括第一 電極材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)的一個或多個孔中，所述孔包括所述電解質(zhì)和所述第二電極材 料，其中在所述孔內(nèi)的所述第一電極材料上支撐所述電解質(zhì)和所述第二電極材料，使得通 過所述電解質(zhì)使所述第一電極材料與所述第二電極材料分離，以使得使用所述裝置能夠產(chǎn) 生和/或儲存電能。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述方法包括在沉積所述電解質(zhì)和第二電極材 料之前，形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)包括： 將所述第一電極材料沉積在晶格的多個微粒之間的以及由該晶格的多個微粒限定的 互連空間中以創(chuàng)建包括所述第一電極材料的互連壁結(jié)構(gòu)；以及 移除所述微粒以創(chuàng)建所述互連壁結(jié)構(gòu)中的一個或多個孔以創(chuàng)建包括所述第一電極材 料的開放互連壁結(jié)構(gòu)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)包括：使用所述第一 電極材料來覆蓋晶格的多個微粒、嵌段共聚物、海綿或基礎(chǔ)基質(zhì)的表面，所述晶格、所述嵌 段共聚物、所述海綿或所述基礎(chǔ)基質(zhì)具有包括一個或多個孔的開放互連壁結(jié)構(gòu)，所述覆蓋 提供了包括所述第一電極材料的開放互連壁結(jié)構(gòu)。
20. -種計算機程序，其被記錄在載體上，所述計算機程序包括被配置為控制權(quán)力要求 16的所述方法的計算機代碼。
【文檔編號】H01G9/048GK104364862SQ201380029226
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月4日
【發(fā)明者】T·呂海寧, 魏迪, A·馬修斯, P·安德魯 申請人:諾基亞公司