具有高能量密度的电容器 【技术领域】
本发明涉及包括惰性多孔状体的电容器，在所述体上施加有第一导电层、第二钛酸钡层以及另一导电层。
背景技术
电容器在信息技术和电能工程中发挥了很多作用。最近正在研制一种电容器，其具有高能量密度，并且可以用作电池，或用于满足短期高负载要求。
Electrochemica Acta 45(2000)，2483到2498页，公开了电气化学或双层电容器。这些装置，又称作超级电容器或超大电容器，在两个串联的电容器中存储电能，所述每个电容器在两个电极和电解液离子之间形成电双层。其中电荷隔开的距离只是几埃。在电解液中，使用内表面面积达到2500m2/g的多孔炭。电容公式为：
C＝E0·E·A/d
其中C是电容量，E0是绝对介电常数，E是电介质的介电常数，A是电容器的面积，以及d是电极间的距离，在大面积A和小间距d的情况下，电容量可能达到100F/cm3。
目前的这种双层电容器(超级电容器)，其能量密度达到了3到7Wh/kg或Wh/l，这是远小于常规电池的能量密度的(锂离子电池达到了150至200Wh/kg)。这是由于，电解液的电化学的稳定性限制了所加的最大可能电压值为约3.5V。
另一方面，存在可以在高压下工作的电容器，即，包括钛酸钡电介质的陶瓷电容器。
由于钛酸盐的高电介质击穿阻抗达到200V/0.1μm，包括钛酸钡电介质、并工作于高工作电压下的陶瓷电容器，在现有技术中是公知的。然而，陶瓷电容器的电容量相对较小。
【发明内容】
本发明的目的是改善上述缺点。
经研究，一种新的改进的电容器可以达到该目的，所述电容器包括惰性多孔状体，在所述体上施加有第一导电层、第二钛酸钡层、以及另一导电层。
【具体实施方式】
可如下制造本发明的电容器：
在第一步，可以对惰性多孔状体提供第一导电层，并可以给所述导电层提供接点。在第一层的上面可以施加第二钛酸钡层，以及，最后在该钛酸钡层的上面可以施加另一导电层，并可以给该导电层提供接点。可以将这样形成的电容器除电接点外都密封起来。
合适地多孔状体一般是催化剂载体材料，例如金属氧化物，如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化铬或其混合物，优选地是氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆或其混合物，尤其优选地是氧化铝、二氧化锆或其混合物；或碳化物，优选炭化硅，其包括：BET表面积是0.1至20m2/g，优选地是0.5至10m2/g，尤其优选地是1至5m2/g；孔含量是体积的10至90％，优选地是体积的30至85％，尤其优选地是体积的50至80％；以及孔尺寸是0.01至100μm，优选地是0.1至30μm，尤其优选地是1至10μm。
成形体可以是任何形状，例如环形、球形、星形、车轮形、蜂窝形，优选地为一般任何尺寸(直径、最长边长度)的立方形、圆柱形、矩形或盒形。在用于信息技术的电容器中，例如，尺寸一般在1至10mm的范围内。在能源工程中需要更大的尺度。
为了在成形体上制造第一层导电层，可以施加任意厚度的金属层，例如铜、镍、铬或其混合物，层厚一般是10hm至1000nm，优选地是50nm至500nm，尤其优选地是100nm至200nm。
利用公知的方法，例如气相沉积、阴极溅射或无电电镀，优选为无电电镀，可以对成形体施加导电层。在无电电镀中，用合适的可购得的镀液渗透或浸渍成形体，并将其温度加热到100℃以下，以淀积金属。在淀积金属后，可以在升高的温度下和，如果希望，减小的压力下除去通常是水的液体。
也可以例如在铁或镍的情况下，通过在羰基铁或羰基镍蒸汽中加热成形体制造第一导电层。在铁的情况下，可以在150至200℃的温度加热成形体，在镍的情况下，在50到100℃的温度加热。
在优选实施例中，可以在惰性气体(例如氮气或氩气)中以50到100℃的升高的温度加热成形体，以制造均匀金属层。同样通过以合适的液体浸渍(见上述)施加结晶核将是有利的，所述核如基于铂金属的核。
最后，可以给第一金属层提供接点。例如，可以如下实施，在覆盖金属的成形体的区域上焊接金属片(制造第一个电极)。
然后，可以在最初制造的电极的上面施加电介质。这可以通过利用酒精中具有小于10nm的尺寸的钛酸盐晶体粒子的分散体，有利地实施。如在德国申请No.102 21 499.9(O.Z.0050/53537)中所述，通过烷氧基钛与氢氧化钡或氢氧化锶在酒精溶液中的反应，可以制备该分散体。
可以用这种分散体渗透或浸渍所述成形体，在分散体中可以包括占5到60重量％，优选地占10到40重量％的钛酸盐粒子，随后，通过将温度升高到30-100℃，优选地50-80℃，并且，如果希望，减小环境压力，以在第一电极上淀积钛粒子，从而除去酒精。
为制造均匀、稠密的电介质层，可以在惰性气体中将成形体加热到700到1200℃，优选地为900到1100℃，从而钛酸盐粒子烧结在一起而形成稠密的膜。
为增加层厚，可以重复几遍用钛酸盐分散体浸渍和烧结的过程。层厚一般从10到1000nm，优选地从20到500nm，尤其优选地从100到300nm。
最后，可以使用类似于在施加第一电极层时使用的方式，施加第二电极层。
在施加第二电极层后，可以在与第一接点相对的面上为第二电极层提供接点，从而制造电容器。可以将电容器密封，用于起到保护和绝缘的作用。
本发明的电容器在电能工程中适合作平滑电容器、能量分组电容器、或相移电容器，在信息技术中适合作耦合电容器、滤波电容器或小型能量存储电容器。
本发明的电容器可以如下所述：
比表面积(BET表面积)为2m2/g的多孔状体，在相对电介质常数为5000时，厚度为0.1μm的钛酸钡层(“The Effect of Grain Size on theDielectric Properties of Barium Titanate Ceramic”，A.J.Bell and A.J.Moulson，in Electrical Ceramics，British Ceramic Proceeding No.36，1985年10月，57-65页)，根据第1页，第29行的公式计算出，电容量大约为1F/cm3。该电容器可以通200V的电压，并且其能量密度是20000Ws/cm3或大约5.5k kWh/l。