專利名稱：：孔隙度受控的網(wǎng)狀的電池結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般地涉及雙極器件，更明確地說涉及具有孔隙度受控的網(wǎng)狀的或交叉梳狀的電極的電池，以及有多孔電極的那些。本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)固態(tài)能源器件(例如但不限于鋰電池或燃料電池)通常要求高能量密度和高功率密度。功率密度可能涉及可能作為離子和電子遷移率的函數(shù)的放電率。例如，在太厚的鋰電池中電極能限制放電率，因為從電極到與諸如電解質(zhì)之類的隔離物界面的離子/電極遷移可能是比率限制。另一方面，如果電極層非常薄，則能量密度遭受損害，因為電解質(zhì)、隔離物和集電器占據(jù)較大的體積并且相對于電極的活性材料對質(zhì)量有較大的貢獻。除此之外，放電率可能受界面阻抗的限制，因此僅僅允許某種單位界面面積的電流強度。鋰-離子和鋰-聚合物可充電電池由于它的高能量密度、電池結(jié)構(gòu)方面的自由、對環(huán)境和安全的潛在危害低和與材料和加工相關(guān)聯(lián)的費用低對于可充電電池的應用可能是一種吸引人的技術(shù)。在可充電的鋰電池技術(shù)方面的進步由于在被用作陰極或陽極儲存材料方面或在與這樣的電池一起使用的液體或聚合物電解質(zhì)方面的進步業(yè)已發(fā)生。諸如LiCoO2和LiMn2O4之類當前已知的陰極化合物在與諸如金屬鋰或碳之類當前已知的陽極化合物一起使用的時候具有介于大約3和4eV之間的工作電壓。對于許多應用，高電壓和低重量對陰極是合乎需要的，因為這將導致高比能。例如，對于電動的交通工具應用，電池的能量/重量比決定在再次充電之間的終極推進距離。迄今已實施的鋰嵌入化合物的研究已主要集中在各種氧化物類的化合物的合成和后續(xù)試驗上。這些努力已導致多種化合物的研發(fā)，包括LixNiO2，LixMn2O4和LixV3O13。此外，LixTiS2和其它的二硫化物已被研究供鋰嵌入使用。在一些專利和出版物中已描述了采用多樣金屬的系統(tǒng)。Ohzuku等人的“SynthesisandCharacterizationofLiAl1/4Ni3/4O2forLithium-Ion(SchuttleCock)Batteries用于離子電池(SchuttleCock)的LiAl1/4Ni3/4O2的合成和特征”(J.Electrochem.Soc.，vol.142，p.4033，1995)和Chiang等人的“HighCapacity，Temperature-stableLithiumAluminumManganeseOxideCathodesforRechargeableBatteries用于可充電電池的高容量的熱穩(wěn)定的鋰鋁錳氧化物陰極(Electrochem.Sol.St.Lett.，2(3)，pp.107-110，1999)描述了標題中的混合金屬合成物并且報告了它們的電化學性質(zhì)。一些可充電的鋰電池中的陰極包含鋰離子宿主材料、將鋰離子宿主通過電子連接到集電器(即，電池接線端)上的電子導電顆粒、粘合劑和鋰導電的液體電解質(zhì)。鋰離子宿主顆粒通常是鋰嵌入化合物的顆粒，而電子導電的顆粒通常是由諸如碳黑或石墨之類的物質(zhì)組成的。由此產(chǎn)生的陰極包括在次序上包括平均粒徑通常在不超過大約100微米的數(shù)量級上的顆粒的混合物。用于可充電的鋰離子電池的陽極通常包括諸如石墨之類的鋰離子宿主材料、粘合劑和鋰導電的液體電解質(zhì)。Idota等人在Science1997，276，1395(科學，1997年，276期，1395頁)、Limthongkul等人在“NanocompositeLi-IonBatteryAnodesProducedbythePartialReductionofMixedOxides(通過混合氧化物的部分還原生產(chǎn)的超微復合鋰離子電池陽極)”(Chem.Mat.2001)中都已描述了作為鋰離子宿主的石墨或其它的碳的替代品。在這樣的陰極或陽極中，為了可靠的操作，在顆粒之間良好的接觸應該被維持，以保證鋰宿主顆粒和外電路之間的電子導電路徑以及鋰宿主顆粒和電解質(zhì)之間的鋰離子導電路徑。為此，灌注電解質(zhì)的電池已被使用。灌注電解質(zhì)的電池通常是那些電極浸沒在電解質(zhì)溶液或基體中的電池。這應該通過提供附加的反應部位改進性能。能量密度本質(zhì)上可能是由儲存材料決定的；電池電壓可能是由鋰的化學勢在陰極和陽極之間的差別決定的，而充電能力可能取決于能被陰極和陽極可逆地嵌入的鋰的濃度。另一方面，功率密度可能是受遷移限制的量，它是由將離子或電子插入或移出電極的速率決定的。固體聚合物電解質(zhì)已有描述。例如，Nagaoka等人在“AHighIonicConductivityinPoly(dimethylsiloxane-co-ethyleneoxide)DissolvingLithiumPerchlorate(在溶解高氯酸鋰的二甲基硅氧烷與環(huán)氧乙烷的共聚物中的高離子導電率)”(JournalofPolymerSciencePolymerLettersEdition，Vol.22，659-663，1984)中描述了在用LiClO4攙雜的二甲基硅氧烷和環(huán)氧乙烷的共聚物中的離子導電率。Bouridah等人在標題為“aPoly(dimethylsiloxane)-Poly(ethyleneoxide)BasedPolyurethaneNetworkUsedasElectrolytesinLithiumElectrochemicalSolidStateBatteries(在鋰電化學固態(tài)電池中作為電解質(zhì)使用的基于聚二甲基硅氧烷-聚環(huán)氧乙烷的聚氨酯網(wǎng)絡)”的文章(SolidStateIonics，15，233-240，1985)中描述了填充了10wt％的LiClO4的交聯(lián)的聚醚接枝的PDMS及其離子導電率和熱穩(wěn)定性。Matsumoto等人在標題為“IonicConductivityofDual-PhasePolymerElectolytesComprisedofNBR-SBRLatexFilmsSwollenwithLithiumSaltSolutions(用鋰鹽溶液溶脹的NBR-SBR乳膠薄膜組成的雙相聚合物電解質(zhì)的離子導電率)”的文章(J.Electrochem.Soc.，141，8，August1994)中描述了涉及用鋰鹽溶液使丙烯腈/丁二烯共聚物橡膠和苯乙烯/丁二烯共聚物橡膠混合的乳膠薄膜溶脹造成雙相聚合物電解質(zhì)的技術(shù)。用于聚合物電池的電極也已有描述。例如，Minett等人在“PolymericInsertionElectodes(聚合物插入電極)”(SolidStateIonics，28-30，1192-1196，1988)中描述了一種通過將浸泡在砒咯中的聚環(huán)氧乙烷薄膜暴露在FeCl3水溶液中或者通過將用FeCl3浸泡的聚環(huán)氧乙烷的薄膜暴露在砒咯蒸汽中形成的離子/電子混合導電的聚合物基體。薄膜被組裝成用鋰作陽極、用PEO8LiClO4作電解質(zhì)的全固態(tài)電化學電池。美國專利第4,758,483號(Armand)講授能在復合電極中使用的固體聚合物電解質(zhì)。這種電解質(zhì)能把溶液中的離子化合物包括在環(huán)氧乙烷和能作為包括側(cè)基原子團的乙烯多氧化物結(jié)構(gòu)把結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性引入系統(tǒng)減少或消除結(jié)晶性的第二單元的共聚物中。諸如高氯酸鋰之類的鋰鹽能溶解在該聚合物系統(tǒng)中。盡管在電池配方設計中已取得了重大的進步，但是在這些類型的器件中在增加功率密度和能量密度方面仍然有許多改進的余地。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種包括有定義眾多進入電解質(zhì)基體的延伸部分的特征的第一電極的能源器件。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種雙極器件。這種雙極器件包括有第一組突出部延伸到電解質(zhì)中的第一電極和有為了與第一組突出部互補而構(gòu)造和安排的第二組突出部的第二電極。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種包括有在其中定義的多孔網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)框架的電極。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種電池。這種電池包括第一電極、第二電極、與第一電極進行電子交換的第一集電器和與第二電極進行電子交換的第二集電器。第一電極包括一個位于第一集電器和第二電極之間孔隙度在某個方向上從第一集電器朝第二電極逐漸增加的部分。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種裝置，其中包括有第一配合表面逼進相反的電極放置的第一電極，該配合表面是網(wǎng)狀的，以便定義眾多的突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第一配合表面的理論表面積的1.5倍的表面積。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種電極，其中包括眾多在其中定義的為了允許離子物種從電解質(zhì)擴散到它的表面而構(gòu)造和安排的孔道。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種電池，其中包括與電解質(zhì)接觸并且有眾多在其中定義的孔道的電極，這些孔道是為了允許離子物種從電解質(zhì)擴散到其表面而構(gòu)造和安排的。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種電池，其中包括至少一個與電解質(zhì)進行離子交換的穿孔電極。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種雙極器件，其中包括沒有聚合物粘合劑的多孔電極。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種雙極器件，其中包括沒有碳添加劑的多孔電極。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種用來幫助提供能量的方法。該方法包括提供包括第一電極、第二電極、與第一電極進行電子交換的第一集電器和與第二電極進行電子交換的第二集電器的電池的步驟，其中第一電極包括位于第一集電器和第二電極之間孔隙度在某個方向上從第一集電器朝第二電極逐漸增加的部分。本發(fā)明的其它優(yōu)勢、新穎的特點和目的在連同不打算按比例繪制的示意的附圖一起考慮的時候?qū)⑼ㄟ^本發(fā)明接下來的詳細描述變得顯而易見。在這些附圖中，不同的附圖中予以圖解說明的每個同一的或?qū)嵸|(zhì)上相似的組成部分是用單一的數(shù)字或記號法表示的。為了清楚的目的，并非每個組成部分都被標注在每張附圖中。在不必圖解說明就允許熟悉這項技術(shù)的人理解本發(fā)明的場合，本發(fā)明的每個實施方案的每個組成部分也并非都被展示。附圖簡要說明本發(fā)明的優(yōu)選的非限制性的實施方案將參照附圖舉例說明，其中圖1是展示依照本發(fā)明可以使用的陽極/陰極系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖解說明本發(fā)明的另一個圖解說明模擬電池的實施方案的示意圖；圖3A-3D是展示有依照本發(fā)明的另一個實施方案的各種不同的網(wǎng)狀電極的雙極器件的示意(剖視)圖；圖4是展示有依照本發(fā)明另一個實施方案的穿孔結(jié)構(gòu)的雙極器件的示意圖；圖5是展示依照本發(fā)明的一個實施方案在電極中作為距離的函數(shù)的電解質(zhì)體積分數(shù)的曲線圖；圖6是預報在依照本發(fā)明的一個實施方案的雙極器件中較大的多孔結(jié)構(gòu)中的標準化的累積離子阻抗的曲線圖；圖7是展示在依照本發(fā)明的一個實施方案的雙極器件中較大的多孔結(jié)構(gòu)中的標準化的累積電壓降的曲線圖；圖8是展示在依照本發(fā)明的一個實施方案的雙極器件中較大的多孔結(jié)構(gòu)的比能作為電流密度的函數(shù)的曲線圖；圖9是展示在依照本發(fā)明的一個實施方案的雙極器件中比能作為比功率的函數(shù)的曲線圖10是展示在依照本發(fā)明的一個實施方案的雙極器件中作為在分級的多孔結(jié)構(gòu)的表面的電解質(zhì)分數(shù)的函數(shù)的比能的曲線圖；圖11是展示在具有依照本發(fā)明的一個實施方案的分級的多孔結(jié)構(gòu)的雙極器件中比能作為放電電流密度的函數(shù)的曲線圖。本發(fā)明的詳細說明為了改進有電化學活性的氧化物固有的輸運特性，三相多孔電極可以用來改善速率限制。例如，含碳的傳導添加劑和電解質(zhì)材料可以被加到儲存材料、鋰、氧化鈷當中，以提高電子和離子的導電率。通常，微結(jié)構(gòu)特征控制這樣的材料的關(guān)鍵性質(zhì)。因此，在這樣的系統(tǒng)中各個組成部分的微結(jié)構(gòu)經(jīng)過調(diào)整，以優(yōu)化想要的性質(zhì)并且將不想要的性質(zhì)減少到最低限度。依照本發(fā)明的一個實施方案的雙極器件在圖1中被示意地描繪出來。可能作為能量儲存系統(tǒng)的雙極器件10在一個實施方案中可以使用LiCoO2/碳的組合。在某些情況下，諸如電池之類的固體聚合物能量儲存系統(tǒng)可以被提供而且包括電解質(zhì)16、鋰金屬陽極12和陰極14。依照本發(fā)明的儲能器件(例如但不限于鋰離子電池)可以以液體電解質(zhì)為基礎。例如，典型的鋰電池有鋰箔或碳復合陽極，含鋰鹽的液體電解質(zhì)和復合陰極。在放電期間，鋰離子通過電解質(zhì)從陽極移動到陰極，然后插入到氧化物儲存材料。為了保持電荷平衡，電子被迫通過外電路18，以完成電化學反應。優(yōu)選的是電極應該為電子和鋰離子兩者提供快速的遷移。可實現(xiàn)的能量和功率密度通常受系統(tǒng)設計(例如，包括組成部分的安排和選擇)的影響。典型的高性能的可充電的能量儲存系統(tǒng)是層狀結(jié)構(gòu)的，而且可以使用通常作為活性材料、粘合劑和導電添加劑的混合物的復合電極。該系統(tǒng)可以灌注有機液體電解質(zhì)。在鋰離子電池中陰極的厚度通常不足200微米，而對于高功率電池，不足100微米。為使儲存材料的組裝密度達到最大值，就高的能量密度而言，可以使橫截面中的孔道變成彎曲的并且受到限制。我們相信限制速率的輸運步驟在大多數(shù)情況下是Li+離子通過復合電極充滿液體的孔道的擴散。當前“電池堆疊”可能是兩個金屬箔集電器、陽極、隔離物和陰極，它大約250微米厚。鋰離子電池將被用來一般地描述本發(fā)明的各個方面。這樣的鋰離子雙極器件的描述指的是可仿效的，而本發(fā)明的各種不同的特征和方面在其它的系統(tǒng)中的運用被認為是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，下面描述的網(wǎng)狀的、穿孔的或孔隙度受控的多孔結(jié)構(gòu)可以被用于能量儲存或能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括但不限于原電池(用完即丟棄的)和二次電池(可充電的)。鋰電池可以通過在電極12和14之間施加電壓，在電池的陰極引起鋰離子和電子離開鋰宿主而被充電。鋰離子從陰極14通過電解質(zhì)16流向陽極12，在陽極被減少。參照圖1，在放電期間，逆過程發(fā)生；當鋰能夠在陽極12被氧化成鋰離子的時候，鋰離子和電子在陰極14進入鋰宿主20，這通常是有力地促使電子通過外電路18為接在電池上的器件供電的過程。因此，在電池操作期間，例如，鋰離子通過幾個步驟完成電化學的反應。通常，這些步驟包括鋰在陽極表面的溶解，這通常將電子釋放給外電路；鋰離子通過電解質(zhì)隔離物(例如，電解質(zhì))的遷移(其中電解質(zhì)可能駐留在隔離物的孔穴中，在采用多孔的電極的情況下，還可能駐留在電極的孔穴中)；鋰離子通過復合陰極中的電解質(zhì)相的遷移；嵌入通常接受來自外電路的電子的活性的陰極材料；以及鋰離子隨著電子從集電器遷移到嵌入部位擴散到活性的材料之中。鋰在陽極的溶解和在陰極-電解質(zhì)界面的嵌入反應能夠被熱激活而且通常能夠用反應動力學描述其特征。人們認為通常在電極處的電荷轉(zhuǎn)移反應在室溫下是比較迅速的，因此，不必限速。然而，這樣的反應能通過增加反應的表面積而被加速。降低嵌入材料的粒度能夠增加反應的速率。離子嵌入電極可以用擴散描述其特征。就室溫下典型的嵌入氧化物而言，在典型的儲能器件中，橫越典型的大約1微米的距離的擴散時間可能是大約10秒。值得注意的是擴散限制能通過降低氧化物粒度而被減少，而且能通過改變其它的擴散參數(shù)得以解決。橫越隔離物16的離子遷移通常發(fā)生在兩個區(qū)域隔離物區(qū)域22和電極區(qū)域24。在前者中，通常，沒有電化學反應發(fā)生，而且遷移現(xiàn)象能受隔離物的物理性質(zhì)的控制。與這種現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)的速率能通過設計或優(yōu)化隔離物的物理性質(zhì)或通過將橫跨隔離物的遷移距離減少到最小而被減少。在后者中，離子遷移能通過電極充滿電解質(zhì)的孔道或網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)發(fā)生。例如，離子遷移可能受離子平均遷移路徑的彎曲的影響。在一些系統(tǒng)中，離子電流由于電化學反應隨著電極深度改變。人們認為在復合結(jié)構(gòu)12或14中有效的離子導電率隨著孔穴體積分數(shù)的減少而快速下降，所述孔穴充滿電解質(zhì)。因此，在一個實施方案中，本發(fā)明提供有利于或促進離子遷移的電極結(jié)構(gòu)12或14。例如，依照一個實施方案，本發(fā)明提供包括實質(zhì)上平行于電流方向安排的薄層顆粒的系統(tǒng)。采用這樣的薄層微結(jié)構(gòu)，活性材料的體積分數(shù)可以在不降低離子導電率的情況下被增大。依照另一個實施方案，本發(fā)明提供采用集電器和電解質(zhì)的質(zhì)量被最小化而陽極和陰極構(gòu)造的質(zhì)量被最大化的設計的雙極器件10。在一個實施方案中，電極或離子必須橫越的擴散距離(d)或路徑被最小化，而暴露在離子或電子之下的界面面積被最大化。這就是說，在一個實施方案中，系統(tǒng)可以包括網(wǎng)狀的或有網(wǎng)狀界面的組成部分或結(jié)構(gòu)，以使界面面積能有所增加。這樣，增長的界面周長增加了可供離子之類的反應使用的部位。依照本發(fā)明，可以使用許多不同的網(wǎng)狀物圖案，包括在圖3A-3D中示意地展示的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在一個實施方案中，這個特征的縱橫比1/a是可以改變的，其中1是下面予以描述的突出部(或缺口)的長度，而a是它的寬度或厚度。這樣的雙極器件可以采用下面描述的各種不同的方法或程序制造。圖3A-3D展示有各種不同的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。在圖3A中，系統(tǒng)10有眾多突出部28伸入電解質(zhì)基體16并且與它進行離子交換的網(wǎng)狀陽極12。在這個實施方案中，陰極14被展示成非網(wǎng)狀的。類似地，依照另一個實施方案，圖3B展示有網(wǎng)狀陽極12和網(wǎng)狀陰極14的系統(tǒng)10，其中無論是陽極還是陰極都有彼此按統(tǒng)一的距離分開的突出部28和互補的缺口26。陽極12和陰極14能與電解質(zhì)16進行離子和/或電子交換。在圖3C中，系統(tǒng)10具有互補的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)12和14，每個都是交叉梳狀的，網(wǎng)狀物具有長度l和寬度或厚度a。在圖3D中，系統(tǒng)10有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)12和14，每個都與集電器30進行電子交換。網(wǎng)狀物形成以距離(d)與形狀對應的凹面26分開的凸面28。除了產(chǎn)生單層電池或堆疊之外，有較高的能量密度和功率密度的多層電池能用同樣的材料按平面的界面設計予以實現(xiàn)。本發(fā)明提供可能用同一組材料制成的性能(例如，放電率、功率密度)范圍寬廣的系統(tǒng)或電池。這提供靈活性并且能導致更有效的設計、樣機研究和制造程序，以及提供可調(diào)整的或可定制的雙極器件。有網(wǎng)狀界面結(jié)構(gòu)的雙極器件能為了控制和優(yōu)化充放電動力學而進行調(diào)整。在本發(fā)明中，“網(wǎng)狀界面”或“交叉梳狀的電極”指的是有諸如正和/或負的電極12和14之類個個都可處處接到集電器30上的結(jié)構(gòu)的電池10，包括電極正電極和負電極作為它們自己的集電器的情況，而且有這樣的形態(tài)，以致暴露表面是網(wǎng)狀的，有足以產(chǎn)生比每個電極的最大厚度或?qū)挾刃〉暮穸然驅(qū)挾鹊奶卣鞯耐姑?6或突出部28和對應的凹面或缺口。這樣的特征可能是周期性的并且被有規(guī)則地隔開，或者是非周期性的或隨機的。結(jié)構(gòu)的形態(tài)呈現(xiàn)這樣的彼此形狀互補，以致一個電極有突出部，則另一個傾向于有相似的形狀和尺寸的缺口。正負電極可以是沿著它們的“配合”界面處處被電解質(zhì)16的膜層或區(qū)域分開。在一些實施方案中，尤其是提及結(jié)構(gòu)形狀互補的系統(tǒng)的時候，電解質(zhì)16的膜層可能是薄的而且可能有比較統(tǒng)一的厚度。優(yōu)選的是在正電極和負電極之間電解質(zhì)或隔離物的空間平均膜層厚度少于大約100微米，優(yōu)選少于大約50微米，更優(yōu)選少于大約25微米，最優(yōu)選少于大約10微米。另外，優(yōu)選的是正負電極的網(wǎng)狀特征沿著突出部或缺口的長度的平均厚度少于大約100微米，優(yōu)選少于大約50微米，更優(yōu)選少于大約25微米，最優(yōu)選少于大約10微米。這樣的設計能減少系統(tǒng)中被在一些實施方案中不儲備鋰的隔離物、電解質(zhì)、粘合劑、導電添加劑和其它惰性組成部分正常耗用的體積，并借此在體積或重量基礎上增加電池的能量密度。有上述的尺寸，這種設計在體積或重量的基礎上與傳統(tǒng)設計的電池相比具有提高的功率，因為離子擴散距離能被減少了。在正負電極的厚度大體一致的傳統(tǒng)的疊層電池設計中，在充電或放電期間，離子必須橫跨電極的厚度擴散。在傳統(tǒng)的鋰離子器件中，電極厚度通常是大約100微米到大約200微米。在大多數(shù)這樣的系統(tǒng)中，鋰離子橫越電極厚度的遷移速率限制功率。人們認為電子的遷移率必須比較高而且不必限速。在本發(fā)明中，在應用于鋰離子電池的時候，鋰離子擴散距離能夠從等于電極厚度的值減少到等于網(wǎng)狀或交叉梳狀特征的橫向尺寸的值。在另一個實施方案中，本發(fā)明增大雙極器件的電極和隔離物或電解質(zhì)之間的界面面積，以減少擴散距離或?qū)U散路徑的長度減到最小。在某些情況下，如同在圖4中示意地展示的那樣，本發(fā)明提供諸如在其中定義了眾多孔道32的電極12和14之類有被穿孔結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)10。在一個實施方案中，眾多孔道可以用電解質(zhì)材料填充。這樣的結(jié)構(gòu)可以通過將擴散的彎曲度減到最小來改善離子的擴散。因此，有效的擴散長度可以被減少。在某些情況下，優(yōu)選的穿孔電極可以在鋰離子電池中被用作復合陰極。在另一個實施方案中，本發(fā)明提供一種薄膜電池，其中電極可能是有眾多用固體電解質(zhì)16填充的孔道的致密的單相材料。圖4的右側(cè)展示沿著電極14的a-a線截取的橫截面。該橫截面展示在電極14的孔道32中的電解質(zhì)16。這些孔道可以穿過和橫越電極，從在與隔離物16的界面34處的正面延伸到靠近集電器30的背面?？椎?2在電解質(zhì)的背面和靠近電極背面的區(qū)域之間提供離子交換。這條替代的遷移路徑應該能通過消除離子物種可能經(jīng)過的彎曲路徑來減少遷移距離?？椎?2可以有各種不同的橫截面形狀，例如但不限于圓形(如圖4所示)、矩形或多角形?，F(xiàn)在的設計還能提供一種系統(tǒng)，其中充電或放電特性可以通過改變網(wǎng)狀或穿插的特征的尺寸有選擇地進行調(diào)整。顯微制造方法(例如下面描述的那些)允許這些特征的形狀和尺寸被輕易地被改變，因此改善了對系統(tǒng)特性的控制，而不倚賴材料的類型。這與通常憑經(jīng)驗調(diào)整材料的配方獲得預期的性能的傳統(tǒng)的能量儲存系統(tǒng)相比將改善設計、樣機研究和制造。在另一個實施方案中，本發(fā)明通過調(diào)整與結(jié)構(gòu)中的電流分布有關(guān)的離子導電率將在復合結(jié)構(gòu)(例如電極)中提供改善的離子遷移。當電極顆粒中的電荷轉(zhuǎn)移電流限速的時候，由電極中的電解質(zhì)相運送的電流將隨著深度減少。這種現(xiàn)象通常表明靠近遠離電解質(zhì)隔離物的區(qū)域的電解質(zhì)相的離子導電率可能不是至關(guān)重要的，而電極表面附近的高離子導電率需要朝大部分電極結(jié)構(gòu)的快速離子遷移。因此，在一個實施方案中，本發(fā)明通過將電極結(jié)構(gòu)的孔隙度或孔隙密度分級來提供改進的遷移率。在鄰接大部分電解質(zhì)的界面附近電解質(zhì)的高體積分數(shù)能夠改善在離子電流可能相當高的區(qū)域中的離子導電率，以便提高額定容量，而在電極深處較高的活性材料份數(shù)允許保持高能量密度。本發(fā)明提供各種不同的分級的孔隙度安排，其中包括但不限于線性的、向上凹的和向下凹的孔隙度梯度。例如，孔隙度梯度通常呈線性的電極具有從一個區(qū)域到另一個區(qū)域連續(xù)地或至少不間斷地變化的孔隙度。例如，在一個實施方案中，填充電解質(zhì)的電極可能有線性變化的孔隙度，以致在靠近電解質(zhì)的電極正面36，孔隙度可能是0.4，而在靠近集電器的電極背面38，孔隙度可能是0.2。背面指的是電極與集電器進行電子交換的區(qū)域，而正面指的是電極中位置與隔離物電解質(zhì)相鄰的區(qū)域。在其它的實施方案中，電極具有曲線輪廓可能向上凹或向下凹的孔隙度。孔隙度的平均值能從大約10％到大約70％。人們相信如果孔隙度太高，在大約80％以上，那么結(jié)構(gòu)框架可能是結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的；如果孔隙度太低，在大約10％以下，那么僅僅在功率或能量密度方面有增量增加。因此，平均孔隙度優(yōu)選從大約20％到大約50％。在另一個實施方案中，平均孔隙度從大約30％到大約45％。在一些實施方案中，依據(jù)平均孔隙度，電極中的孔隙度梯度從集電器朝電解質(zhì)或其它電極變化至少大約10％，優(yōu)選至少大約20％，更優(yōu)選至少大約30％。在其它的實施方案中，在垂直于集電器的質(zhì)量中心和其它電極的質(zhì)量中心的連接線的電極的任何橫截面，孔隙度變化統(tǒng)一到大約±10％，優(yōu)選大約±5％，更優(yōu)選大約±3％，最優(yōu)選大約±1％。因此，系統(tǒng)可以有在結(jié)構(gòu)框架中有多孔網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)。多孔網(wǎng)絡可能是通過離子互相連接的，以致離子能擴散到在多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)定義任何位置的孔隙度的空穴中。例如，鋰離子能在多孔的電極中從松裝電解質(zhì)擴散到任何通過離子互相連接的位置。這些分級的孔隙度梯度是在圖5予以圖解說明的。在圖5中，平均孔隙度是大約0.3，而且每個分級的多孔性電極都在電極正面有與電解質(zhì)分數(shù)0.4相對應的大約0.4的孔隙度。在這些附圖中展示的雙極系統(tǒng)的性能涉及在圖2中示意地圖解說明的帶EC/DEC/LiPF6電解質(zhì)的典型的LiMn2O4尖晶石陰極和MCMB碳或鋰的陽極。中孔性的碳微珠(MCMB)碳陽極被用于評估分級的多孔性電極。對于放電，尖晶石陰極被假定有Li0.1705Mn2O4初始鋰含量。系統(tǒng)模擬被放電到大約3.5V的截止電壓。陰極厚度被假定為大約200微米；電解質(zhì)厚度被假定為大約52微米，而陽極厚度被假定為大約100微米。在這些附圖中，各種不同的梯度是對0.3的平均孔隙度展示的。圖6是用于圖5所示的每個分級的多孔性電極的標準化的累積離子阻抗作為電極深度的函數(shù)的圖解式例證。每個分級的多孔性電極在表面附近和電極各處具有比傳統(tǒng)的電極低的預測累積離子阻抗。圖7是用于圖5所示的每個分級的多孔性電極的標準化的累積電壓降作為電極深度的函數(shù)的圖解式例證。每個分級的多孔性電極在表面附近和電極各處具有比傳統(tǒng)的電極低的電壓降。圖6和7表明分級的多孔性電極具有應該轉(zhuǎn)化為比較高的功率密度和能量密度的比較好的離子遷移和電位性質(zhì)。這樣的性能可以用圖8和9予以圖解式的說明，這兩張圖分別展示用于各種分級的多孔性電極的與電流密度有關(guān)的比能和比功率。圖9表明有分級的多孔性電極的系統(tǒng)在給定的功率下將供應比傳統(tǒng)的電極系統(tǒng)更多的能量。此外，圖解說明作為孔隙度(在電極表面的電解質(zhì)分數(shù))的函數(shù)的比能的圖10表明當放電電流增加時，最佳的電極等級在高電流密度下從細小的孔隙移動到更有害的梯度。人們相信這種移動是從隨著電流逐漸增加電極的利用逐漸減少得出的，此時在電極(尤其是高度分級的電極)的背面比較低的離子輸運特性抑制在低和適中的放電率下的利用。作為用于有梯度向上凹、向下凹和線性的多孔性電極的系統(tǒng)的比能隨放電電流密度變化的圖解式的例證的圖11表明分級的多孔性系統(tǒng)與傳統(tǒng)的同類電極系統(tǒng)相比較(尤其是在中等放電速率模式下)具有比較高的比能。依照另一個實施方案，從集電器到另一個電極或電解質(zhì)，電極有孔隙度梯度，該梯度有沿著電極在任何位置改變小于或不超過5％、優(yōu)選小于或不超過10％、更優(yōu)選小于或不超過15％的斜率。斜率的變化可能是階梯式的或者是平滑的。在另一個實施方案中，結(jié)構(gòu)具有表面積至少是平滑的非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的理論表面積的1.5倍的網(wǎng)狀的配合表面，優(yōu)選的是網(wǎng)狀表面積是至少大約2.5倍，更優(yōu)選至少大約3倍，更優(yōu)選至少4倍，最優(yōu)選至少大約5倍。在另一個實施方案中，網(wǎng)狀物具有至少大約2、優(yōu)選至少大約2.5、更優(yōu)選至少大約3.0、更優(yōu)選至少3.0、更優(yōu)選至少大約4.0、最優(yōu)選至少大約5.0的縱橫比。在另一個實施方案中，突出部和缺口是用不足大約100微米的平均距離分開的。優(yōu)選的是，分開的距離不足大約50微米、更優(yōu)選不足25微米、最優(yōu)選不足大約10微米。本發(fā)明這些和其它實施方案的功能和優(yōu)勢通過下面的實施例將得到更充分的理解。下面的實施例傾向于舉例說明本發(fā)明的優(yōu)勢但是不舉例說明本發(fā)明的全部范圍。例如用鋁或銅制成的金屬箔或細網(wǎng)孔集電器可以被用作為在它上面沉積各個膜層的基體。當陰極化合物形成第一個連續(xù)的膜層的時候鋁是優(yōu)選的，當陽極形成第一個連續(xù)的膜層的時候銅是優(yōu)選的。在完成了依次沉積，組件干燥和非必選的加熱固化之后，第二個集電器可以被加到層疊電池的表面上。非必選的是，頂部的集電器是作為導電墨采用諸如熟悉電子器件制造技術(shù)的人所用的那些用來形成網(wǎng)紋互連的技術(shù)通過印刷形成的。非必選的是，電池被沉積在薄膜絕緣上例如但不限于諸如購自E.I.duPontdeNemoursandCompany(Wilmington，Delaware)的MYLAR薄膜之類的聚乙烯或聚酯，電池可以從該薄膜上取下，然后可以把集電器加上去，形成與陽極和陰極的接觸。舉例來說，粘合劑是固體聚合物電解質(zhì)。這應該消除對電池中的液體電解質(zhì)的需要，并且在某些情況下，可在允許液體電解質(zhì)浸入(充滿)電池各處的同時用來把組裝起來的器件中的顆粒安全地粘結(jié)在一起。適當?shù)墓腆w聚合物電解質(zhì)的實例包括但不限于將添加了諸如高氯酸鋰或lithiumtriflate之類的鋰鹽的(聚)環(huán)氧乙烷。粘合劑和保持尺寸穩(wěn)定(即，電解質(zhì)不溶解粘合劑)的液體電解質(zhì)的實例是其中添加了鋰鹽的(聚)二氟乙烯(PVdF)和摩爾比為1∶1的碳酸亞乙酯-碳酸二甲酯(EC∶DMC)。預言性的實施例2通過印刷和涂布生產(chǎn)的電池網(wǎng)狀或交叉梳狀結(jié)構(gòu)的第一電極無論是陰極還是陽極都是采用實施例1的材料和方法制備的。在印刷結(jié)構(gòu)的自由表面可以形成粘合劑或聚合物電解質(zhì)的連續(xù)薄膜。該薄膜可以在陽極和陰極之間形成物理隔離物。薄膜可以是通過粘合劑溶液對印刷電極的自由表面的自動隔離(潤濕)作用形成的。非必選的是，表面薄膜可以是通過涂布液體粘合劑或電解質(zhì)溶液然后干燥或者用熟悉薄膜材料制備技術(shù)的人已知的蒸汽淀積技術(shù)形成的。液體懸浮液的保形涂料可以被涂到已成形的結(jié)構(gòu)上，以形成反電極。后者的缺口以互補的方式填充到第一電極的結(jié)構(gòu)中，從而留下隨后加上集電器的光滑平坦的外表面。為了實現(xiàn)保形填充，可以使用多重涂層。然后，該系統(tǒng)可以被干燥，和非必選地被加熱固化。然后，可以把集電器加到一個或兩個表面上，以完成該系統(tǒng)。預言性的實施例3通過壓花和涂布生產(chǎn)的電池用實施例1的材料和方法配制的第一個電極膜層(無論是陰極還是陽極)是被澆注或涂布在金屬箔集電器或絕緣薄膜上的膜層。這個膜層是用熟悉這項技術(shù)的人已知的有適于厚膜加工的流變特征的方法(例如，用絲網(wǎng)印刷、磁帶涂覆、卷材涂覆和類似的方法)配制的。然后，用模具給第一層的表面壓花，留下有預期尺寸的網(wǎng)狀表面。反電極是用實施例2中描述的保形涂料和方法涂到這個成形表面上的。該組件被干燥和非必選地被加熱固化，然后把集電器加上去。在壓花步驟之前或之后并且在用反電極配方涂覆之前將粘合劑或電解質(zhì)的薄膜加上去。預言性的實施例4填充之后的減薄形成花紋用實施例1的材料和方法配制的第一個電極膜層(無論是陰極還是陽極)是被澆注或涂布在金屬箔集電器或絕緣薄膜上的膜層。非必選的是，該電極是作為懸浮液被澆注或涂布在金屬箔集電器上經(jīng)過燒制獲得的固體儲存材料的連續(xù)薄膜，或者是通過熟悉這項技術(shù)的人已知的諸如濺射、蒸發(fā)、化學蒸汽沉積之類的蒸汽沉積工藝沉積而成的固體薄膜。第一電極膜層是通過減薄形成花紋的，也就是說，用平版印刷掩模遮蔽后通過化學或活性離子蝕刻、激光清除或在厚膜和薄膜材料加工中已知的其它方法將材料除去，形成本發(fā)明的網(wǎng)狀或交叉梳狀的電極布局。粘合劑或電解質(zhì)的薄膜被非必選地沉積在已形成圖案的第一電極之上，然后用實施例3的方法涂上反電極，以便保形地填充第一電極中的圖案。預言性的實施例5通過差示沉降生產(chǎn)的分級的多孔性電極熟悉粉末加工技術(shù)的人眾所周知顆粒在流體中的斯托克斯沉降速度是顆粒的大小和形狀、顆粒和它在其中沉降的流體之間的密度差以及流體粘度的函數(shù)。對于同樣的顆粒材料，較小的顆粒傾向于沉降得比較大的顆粒緩慢，諸如大長徑比的棒狀顆粒或大寬度厚度比的碟狀顆粒之類的不等軸顆粒以比體積相同的球體或等軸顆粒緩慢的平均速度沉降。此外，人們知道高縱橫比的顆粒(highlyaspectedparticles)傾向于沉降到比同一材料的等軸顆粒低的包裝密度。因此，用來把孔隙度梯度引入由粉末混合物或懸浮液制成的儲存電極的膜層的方法是粒度和形狀的混合使用。懸浮液是用包含某種粒度和形狀分布的陰極氧化物粉末制成的。等軸顆粒與血小板形狀的顆?；旌希渲辛６仁沁@樣選擇的，以致等軸顆粒有比較高的斯托克斯沉降速度。為了生產(chǎn)可澆注的懸浮液，粉末用粘合劑(例如PVdF)、細的導電添加劑(例如高表面積的碳)和溶劑調(diào)配。懸浮液是為了允許陰極氧化物顆粒在澆注成懸浮液薄膜之后的幾分鐘到幾小時之內(nèi)差示沉降而配制的。薄膜被澆注、印刷或涂布在金屬箔集電器或絕緣薄膜之上，因此差示沉降是在重力之下發(fā)生的，從而導致在毗鄰金屬集電器的電極部分中等軸顆粒的包裝密度比較高，而遠離金屬集電器的不等軸顆粒的包裝密度比較低。這在電極中引入預期的孔隙度梯度。在干燥之后，該電極與隔離物和反電極層疊并且被灌注有機的液體電解質(zhì)，以生產(chǎn)電池組電池。非必選的是使用諸如LiMg0.05Co0.95O2之類的高電子導電率的陰極氧化物，并且不使用碳添加劑。分級的多孔性碳陽極是使用為具有等軸顆粒形狀和不等軸顆粒形狀的混合物以及允許調(diào)整斯托克斯沉降速度的密度差而選定的碳粉末用類似的方式生產(chǎn)的。在一個實例中，MCMB被作為沉降更迅速并形成毗鄰集電器的更密集的填充區(qū)域的等軸碳顆粒使用，而血小板顆粒形狀的薄片石墨被作為更緩慢地沉降并且形成毗鄰隔離物的填充密度比較低的區(qū)域的不等軸碳顆粒使用。孔隙度梯度是通過選擇MCMB和薄片石墨顆粒的顆粒形態(tài)和大小的相對量來調(diào)整的。預言性的實施例6通過短效填料的差示沉降生產(chǎn)的分級的多孔性電極在這個實施例中，懸浮液被用來形成實施例5中的澆注的、印刷的或涂布的電極層。然而，電極儲存材料在懸浮液中與一種或多種附加的固體材料混合，這些固體材料在加熱時將被除去，借此留下孔隙度。因此，被除去的固體材料是“短效的”孔穴形成者。電極儲存材料和短效的孔穴形成者的密度、粒度和粒度分布、顆粒形狀是為了提供不同的斯托克斯沉降速度在最終的產(chǎn)品中使更密集地填充的儲存材料毗鄰集電器和使不夠密集地填充的儲存材料毗鄰隔離物而選定的。在一個實例中，儲存材料是諸如LiCoO2、LiMg0.05Co0.95O2、LiMnO2或LiFePO4之類的氧化物陰極。短效孔穴形成者是為了具有使斯托克斯沉降速度比陰極氧化物低的粒度而選定的MCMB。包含這兩種固體以及溶劑和非必選的粘合劑的懸浮液被制備出來，特定的配方是為允許陰極氧化物和MCMB的差示沉降而選定的。懸浮液被澆注、印刷或涂布在金屬集電器上，然后在使MCMB熱解、使陰極氧化物燒結(jié)形成連結(jié)層的氧化環(huán)境中燒制。一旦MCMB被除去，燒結(jié)的多孔陰極層就包含所需要的孔隙度梯度。在另一個實例中，短效的孔穴形成者由熔點介于大約0℃和800℃之間的有機的或無機的化合物顆粒組成。懸浮液的制備和澆注程序是在化合物的熔點以下完成的。隨后，澆注、印刷或涂布的薄膜在有機化合物的熔點以上被加熱，從而允許它從多孔電極中排出或蒸發(fā)，留下所需要的孔隙度梯度。在又一個實施方案中，短效的孔穴形成者是諸如萘并砒咯之類的高蒸汽壓固體，它通過升華而不是熔融被除去，留下所需要的孔隙度梯度。熟悉這項技術(shù)的人應該理解在此處描述的全部參數(shù)和結(jié)構(gòu)打算作為范例而真實的參數(shù)和結(jié)構(gòu)將取決于采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的特定應用。熟悉這項技術(shù)的人應該承認或只使用不多的例行實驗就能夠確定在此描述的本發(fā)明的特定實施方案的許多等價方案。例如，在穿孔電極中孔道的選擇和按大小分類被認為需要不多的例行實驗。因此，應該理解上述的實施方案僅僅是作為實例提出的，在權(quán)利要求書及其等價文件的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以不同于被明確描述的方式予以實踐。本發(fā)明指向在此描述的每個特征、系統(tǒng)或方法。除此之外，兩個以上特征、系統(tǒng)或方法的任何組合，如果這樣的特征、系統(tǒng)或方法不互相矛盾，則被認為是在本發(fā)明范圍內(nèi)。例如，在網(wǎng)狀電極中孔道的使用、孔隙度梯度與穿孔電極或網(wǎng)狀電極的結(jié)合都被認為是在本發(fā)明范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種儲能器件，其包括至少一個與電解質(zhì)離子接觸的網(wǎng)狀電極。2.一種能源器件，其包括有定義眾多伸入電解質(zhì)基體的延伸部分的特征的第一電極。3.根據(jù)權(quán)利要求2的能源器件，進一步包括有形狀與所述的延伸部分互補的特征的第二電極。4.一種雙極器件，其包括有延伸到電解質(zhì)之中的第一組突出部的第一電極；以及有構(gòu)造和安排與第一組突出部互補的第二組突出部的第二電極。5.根據(jù)權(quán)利要求4的雙極器件，第一組突出部與第二組突出部被實質(zhì)上一致的距離隔開。6.一種電極，其包括有在其中定義的多孔網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)框架。7.根據(jù)權(quán)利要求6的電極，其中多孔網(wǎng)絡是通過離子相互連接的。8.根據(jù)權(quán)利要求6的電極，其中多孔網(wǎng)絡有從第一端變化到第二端的孔隙密度。9.根據(jù)權(quán)利要求8的電極，其中孔隙密度依據(jù)平均孔隙密度在第一端至少少于10％。10.根據(jù)權(quán)利要求9的電極，其中孔隙密度依據(jù)平均孔隙密度在第二端至少大于10％。11.根據(jù)權(quán)利要求10的電極，其中孔隙密度從第一端到第二端變化大約5％以上。12.一種電池，其包括第一電極；第二電極；與第一電極電子交換的第一集電器；以及與第二電極電子交換的第二集電器；其中第一電極包括位于第一集電器和第二電極之間孔隙度在從第一集電器朝第二電極的方向上逐漸增加的部分。13.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，進一步包括把第一電極和第二電極分開的多孔的隔離物，所述電池是為接受滲入隔離物和至少一部分第一電極的多孔部分的液體電解質(zhì)而構(gòu)造和安排的。14.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一和第二電極每個都包括適合接受液體電解質(zhì)的多孔部分，第一和第二電極每個都有在朝向?qū)Ψ诫姌O的方向上逐漸增加的多孔性。15.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極有平均孔隙度從大約10％到大約70％的多孔部分。16.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極有平均孔隙度從大約20％到大約50％的多孔部分。17.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極有平均孔隙度從大約30％到大約45％的多孔部分。18.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極具有在從第一集電器到第二電極方向上有平均孔隙度和孔隙度梯度的多孔部分，而在梯度的每個極值的孔隙度與平均孔隙度的差異至少是10％。19.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極具有在從第一集電器到第二電極方向上有平均孔隙度和孔隙度梯度的多孔部分，而在梯度的每個極值的孔隙度與平均孔隙度的差異至少是20％。20.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極具有在從第一集電器到第二電極方向上有平均孔隙度和孔隙度梯度的多孔部分，而在梯度的每個極值的孔隙度與平均孔隙度的差異至少是30％。21.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中垂直于連接集電器的質(zhì)量中心和第二電極的質(zhì)量中心的連線的第一電極的任何橫截面的孔隙度一致到±10％。22.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中垂直于連接集電器的質(zhì)量中心和第二電極的質(zhì)量中心的連線的第一電極的任何橫截面的孔隙度一致到±5％。23.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中垂直于連接集電器的質(zhì)量中心和第二電極的質(zhì)量中心的連線的第一電極的任何橫截面的孔隙度一致到±3％。24.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中垂直于連接集電器的質(zhì)量中心和第二電極的質(zhì)量中心的連線的第一電極的任何橫截面的孔隙度一致到±1％。25.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極在從第一集電器到第二電極的方向上具有斜率變化在任何位置不超過5％的孔隙度梯度。26.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極在從第一集電器到第二電極的方向上具有斜率變化在任何位置不超過10％的孔隙度梯度。27.根據(jù)權(quán)利要求12的電池，其中第一電極在從第一集電器到第二電極的方向上具有斜率變化在任何位置不超過15％的孔隙度梯度。28.一種裝置，其中包括具有用來貼近放置相反電極的第一配合表面的第一電極，所述的配合表面是網(wǎng)狀的，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少1.5倍于在平滑的非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第一配合表面的理論表面積的表面積。29.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中第一配合表面具有至少2倍于在平滑的非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中配合表面的理論面積的表面積。30.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中第一配合表面具有至少2.5倍于在平滑的非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中配合表面的理論面積的表面積。31.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中第一配合表面具有至少3倍于在平滑的非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中配合表面的理論面積的表面積。32.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中第一配合表面具有至少4倍于在平滑的非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中配合表面的理論面積的表面積。33.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中第一配合表面具有至少5倍于在平滑的非網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中配合表面的理論面積的表面積。34.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中突出部相對于它們各自毗連的缺口具有大約100％的平均高度。35.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中突出部相對于它們各自毗連的缺口具有大約75％的平均高度。36.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中突出部有至少大約為2的平均縱橫比。37.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中突出部有至少大約為2.5的平均縱橫比。38.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中突出部有至少大約為3.0的平均縱橫比。39.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中突出部有至少大約為4.0的平均縱橫比。40.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中突出部有至少大約為5.0的平均縱橫比。41.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進一步包括有網(wǎng)狀的第二配合表面的第二電極，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第二配合表面的理論表面積的1.5倍的表面積。42.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進一步包括有網(wǎng)狀的第二配合表面的第二電極，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第二配合表面的理論表面積的2倍的表面積。43.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進一步包括有網(wǎng)狀的第二配合表面的第二電極，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第二配合表面的理論表面積的2.5倍的表面積。44.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進一步包括有網(wǎng)狀的第二配合表面的第二電極，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第二配合表面的理論表面積的3倍的表面積。45.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進一步包括有網(wǎng)狀的第二配合表面的第二電極，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第二配合表面的理論表面積的3.5倍的表面積。46.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進一步包括有網(wǎng)狀的第二配合表面的第二電極，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第二配合表面的理論表面積的4倍的表面積。47.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進一步包括有網(wǎng)狀的第二配合表面的第二電極，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第二配合表面的理論表面積的4.5倍的表面積。48.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，進一步包括有網(wǎng)狀的第二配合表面的第二電極，以便定義眾多突出部和其間的缺口，提供至少是在平滑的非成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中第二配合表面的理論表面積的5倍的表面積。49.根據(jù)權(quán)利要求41的裝置，其中第一和第二配合表面被這樣對齊放置，以致每個配合表面的突出部實質(zhì)上對準其它配合表面的缺口。50.根據(jù)權(quán)利要求41的裝置，其中配合表面之間的平均距離不足100微米。51.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中配合表面之間的平均距離不足50微米。52.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中配合表面之間的平均距離不足25微米。53.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，其中配合表面之間的平均距離不足10微米。54.根據(jù)權(quán)利要求50的裝置，進一步包括位于第一和第二配合表面之間的電解質(zhì)。55.根據(jù)權(quán)利要求54的裝置，其中電解質(zhì)是固體。56.根據(jù)權(quán)利要求54的裝置，其中電解質(zhì)是液體。57.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其中電極是多孔的。58.一種電極，其包括眾多為了允許離子物種從電解質(zhì)擴散到其表面而在其中定義、構(gòu)造和安排的孔道。59.根據(jù)權(quán)利要求58的電極，其中孔道實質(zhì)上橫跨電極延伸。60.根據(jù)權(quán)利要求58的電極，其中每個孔道的末端都處在與電解質(zhì)進行離子交換之中。61.根據(jù)權(quán)利要求58的電極，其中孔道被安排成實質(zhì)上彼此平行。62.根據(jù)權(quán)利要求58的電極，其中孔道是以小于電極的最小尺寸的距離彼此隔開安排的。63.一種電池，其包括與電解質(zhì)接觸的電極并且具有眾多為了允許離子物種從電解質(zhì)擴散到其表面而在其中定義、構(gòu)造和安排的孔道。64.一種電池，其包括至少一個與電解質(zhì)進行離子交換的穿孔電極。65.一種雙極器件，其包括沒有聚合物粘合劑的多孔電極。66.一種雙極器件，其包括沒有碳添加劑的多孔電極。67.一種用來幫助提供能量的方法，包括提供由第一電極、第二電極、與第一電極進行電子交換的第一集電器和與第二電極進行電子交換的第二集電器組成的電池，其中第一電極包括位于第一集電器和第二電極之間孔隙度在從第一集電器到第二電極的方向上逐漸增加的部分全文摘要人們認為在復合結(jié)構(gòu)中有效的離子導電率隨體積分數(shù)迅速下降。諸如雙極器件或儲能器件之類的系統(tǒng)都有這樣結(jié)構(gòu)或組成部分，即在該結(jié)構(gòu)或組成部分中電極或離子必須橫越的擴散長度或路徑被最小化，而暴露在離子或電子之下的界面面積被最大化。這種器件包括網(wǎng)狀的組成部分或有網(wǎng)狀的界面，以致界面面積可以增大。增大的界面周長增加可用于離子物種的反應的部位。許多不同的網(wǎng)狀物圖案可以使用。網(wǎng)狀特征的縱橫比可能被改變。這樣的雙極器件可以用各種各樣的方法或程序制造出來。有網(wǎng)狀界面結(jié)構(gòu)的雙極器件可以為了控制和優(yōu)化充放電動力學而進行調(diào)整。有分級的多孔結(jié)構(gòu)的雙極器件可以有改進的輸運特性，因為控制反應動力學的擴散可以被改變。多孔性分級的電極可能是線性或非線性分級的。多孔結(jié)構(gòu)的雙極器件通過消除扭曲和減少擴散距離也提供改進的輸運特性。文檔編號H01M8/04GK1470083SQ01817679公開日2004年1月21日申請日期2001年10月22日優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日發(fā)明者姜一民,本杰明·海爾韋戈,海爾韋戈申請人:麻省理工學院