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CN107615427A - 电极材料及能量储存设备 - Google Patents

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CN107615427A
CN107615427A CN201580077739.5A CN201580077739A CN107615427A CN 107615427 A CN107615427 A CN 107615427A CN 201580077739 A CN201580077739 A CN 201580077739A CN 107615427 A CN107615427 A CN 107615427A
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array
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oxide
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CN201580077739.5A
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林科闯
黄苡叡
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Huang Yi Jui
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Huang Yi Jui
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Abstract

一种电极材料包括细微阵列多孔材料。该细微阵列多孔材料包括数个孔洞，其具有小于1000微米的实质上均一且变化量小于20％的尺寸。该细微阵列多孔材料包括金属，诸如镍、铝、钛、锡及锰。该金属细微阵列多孔电极材料可被施以表面处理以在该多孔电极材料的表面上形成金属氧化物，或者可被涂覆包括二氧化钌、氧化钽的金属氧化物。与现有数个材料比较，一个包括该细微阵列多孔电极材料的电能量储存设备(诸如超级电容器或锂电池)的性能可大幅提升。

Description

电极材料及能量储存设备
背景技术
诸如超级电容器或锂电池的电能量储存装置广泛用于电动车、油电混合车、可携式电子装置，及定置型电能量储存。电能量储存设备的数个电极一般需具有大的表面积以达成高的能量容量。在超级电容器中，这可借由以下方式来达成：螺旋卷绕数个由薄绝缘塑料材或薄绝缘纸材所隔开的长导电箔，及/或采用由具有特殊结构或成分的材料所制成的电极或采用涂覆有该材料的电极。
发明内容
本发明涉及一种电极材料，特别是涉及一种用于数个电极的细微多孔材料，以及其在电能储存装置中的应用。诸如超级电容器或电池的现有电能量储存设备的数个电极，可以诸如活性碳的多孔材料来制成或涂覆该多孔材料，以增加所述电极的所述相对表面积，因而进一步提升储存于其内的电能量的容量。此种碳电极材料的颗粒尺寸的范围通常在0.5微米-100微米，且孔隙率的范围约为90％-95％。此种碳电极材料的孔洞尺寸的变化量可为25纳米-1000纳米。
此处所揭示者包括电极材料。该电极材料包括高表面积对体积比的细微阵列多孔材料。此细微阵列多孔材料可具有膜的形状，可具有大于100平方厘米的表面积，诸如20厘米×20厘米，可具有例如小于约1000微米的孔洞尺寸(较佳是小于约0.1微米)，且可具有约为40％-85％的孔隙率，较佳是约74％。在该细微阵列多孔材料中的所述孔洞的尺寸实质上均一且变化量小于约20％，较佳是小于约10％。这些特性使得该电极材料的不同区域间具有稳定质量传递，因而可有效降低局部电阻加热情况，而此局部电阻加热情况是肇因于该电极材料的不均一成分所造成的不均匀的电阻分布。此外，该细微阵列多孔电极材料的明显较大的空隙使得电解质可能在所述电极材料中均匀扩散，因而使电荷可稳定地储存在所述电极的表面上，而此特性是现有碳电极材料所无法达到的。
在一些实施例中，用于数个电极中的该细微阵列多孔材料可包括数个填充固态材料的晶界区域，以提高该细微阵列多孔材料的机械强度，该比表面积大于4100/毫米，该尺寸变化量小于约10％，且所述晶界区域的尺寸约为5微米-15厘米。
在一些实施例中，用于数个电极的该细微阵列多孔材料包括金属，诸如镍、铝、钛、锡、锰，及钌。在一些实施例中，该金属细微阵列多孔材料可被进一步处理以形成金属氧化物，诸如在该镍、铝、钛、锡、锰，及钌细微阵列多孔材料的表面上分别形成氧化镍、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锡、二氧化锰、三氧化二锰、氧化钌，及二氧化钌。在一些实施例中，该金属细微阵列多孔材料可以金属氧化物涂覆。例子包括铝细微阵列多孔电极材料以二氧化钌涂覆，且钛细微阵列多孔电极材料以氧化钽涂覆。在另一些其他实施例中，该细微阵列多孔电极材料可完全包括金属氧化物，诸如二氧化钌、二氧化钛、二氧化锰、三氧化二锰，及三氧化二铁。
在一些实施例中，用于数个电极的该细微阵列多孔材料还可包括在所述孔洞的空隙中的额外更小的电极材料。这些更小的电极材料的例子包括石墨、石墨稀、中间相碳微球(mesocarbon microspheres)、石油焦、碳纤维、热解碳树脂，或锂钴氧化物。此特性可进一步加大包括所述细微阵列多孔电极材料(具有额外更小的电极材料)的所述电极的相对表面积。
在一些实施例中，应用于所述电极中的该细微阵列多孔材料还可包括位于该电极的表面上的粒状介电材料层，其可进一步加大所述电极的相对表面积。该介电材料可选自于三氧化二铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3)、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)，或二氧化钛中的至少一者。
在一些实施例中，该电能量储存设备是一个超级电容器，该正电极及/或该负电极包括细微阵列多孔电极材料。由于在所述双层电容器中所述电极的极大的相对表面积，所以所述超级电容器可具有远高于现有电容器的双层电容。在一些实施例中，一个超级电容器还包括形成在该细微阵列多孔电极材料上的金属氧化物(诸如二氧化锰、氧化镍、二氧化钌)，在所述电极中使用该金属氧化物还可大幅提升该超级电容器的法拉第伪电容(pseudocapacitance)。这些特性可导致储存在所述超级电容器中的电能量容量的大幅提升。
在一些实施例中，该电能量储存设备是一个超级电容器，其包括数个金属细微阵列多孔电极及在所述电极的表面的金属氧化物，诸如镍/氧化镍、铝/三氧化二铝及钛/二氧化钛。该超级电容器可具有明显降低的电阻，且因而可具有大幅改善的充电及放电速率及循环寿命。此设计可降低由于电阻所产生的热量，且可缩短电子传递进入所述金属氧化物电极的距离，导致能量储存时电阻降低及能量耗损降低。此外，该电极材料及该电容器电极导体可一体成型或连接，借以减少在该电极材料及数条外部电极导线间产生电阻的情况发生。由于该导电电流收集器及该细微阵列电极材料间的有效电连接，此金属-金属氧化物的设计与现有超级电容器比较，可具有明显降低的电阻，而该现有超级电容器通常具有高电阻，且高电阻是由于在该电流收集器及该电极材料(诸如活性碳)间的非理想连接。
在一些实施例中，该电能量储存设备是一个超级电容器，其包括一个设置于一个阳极及一个阴极间的隔板。
在一些实施例中，该隔板可以是离子交换膜/微孔洞膜。在一些实施例中是使用数个细微阵列多孔膜。举例来说，可使用第一细微阵列多孔材料做为一个阴极，可使用第二细微阵列多孔材料做为一个阳极，可使用具有不同孔洞尺寸的第三细微阵列多孔膜做为一个隔板。
在一些其他实施例中，该电解质本身可做为一个超级电容器的一个阴极，且该细微阵列多孔材料可做为阳极。在此设计中，可以不需要一个专用的隔板，而以该金属氧化物涂层做为一个电隔板。
在一些实施例中，溶液状电解质(aqueous electrolyte)用于该超级电容器中。在一些其他实施例中，非溶液状电解质(non-aqueous electrolyte)可用于该超级电容器中。
在一些实施例中，该电解质可用作一个电极。该电解质可以是由有机材料组成的液体，或设置于所述孔洞中的固态粉末。
在一些实施例中，该电能量储存设备是一个高容量、长效电源电池，其包括数个超级电容器，所述超级电容器包括在所述电极中的细微阵列多孔材料。该电源电池可使用于例如电动车，及家庭能量储存中。
在一些实施例中，该电能量储存设备是一个高功率电池，其可在一段短期间内进行高功率输出，该高功率电池包括数个超级电容器，所述超级电容器包括在每一个超级电容器的所述电极中的细微阵列多孔材料。此类型的电池可使用做为例如一个启动器。
在一些实施例中，该电能量储存设备是一个锂离子电池。该锂离子电池的正极(阳极)包括金属细微阵列多孔材料，该金属细微阵列多孔材料的表面具有锂三元过渡金属氧化物(lithiated ternary transition metal oxides)的成分，诸如锂-二氧化锰及磷酸铁锂。在一些实施例中，该锂电池的负极(阴极)也包括细微阵列多孔材料，且成分的例子包括铜、镍及锰。
附图说明
图1说明用于一个能量储存设备的数个电极的细微阵列多孔材料；
图2说明根据一些实施例，数个细微阵列多孔电极材料包括在所述孔洞内的数个额外更小的电极材料；
图3说明根据一些实施例，一个超级电容器包括在其数个电极中的细微阵列多孔材料；
图4说明根据一些实施例，一个锂电池包括在其数个电极中的细微阵列多孔材料；
图5是根据一些实施例，一个超级电容器或一个电池的一剖面视图；
图6是根据一些实施例，一个锂电池的一示意图；
图7是根据一些其他实施例，一个超级电容器或一个电池的一剖面视图；
图8说明用来制造细微阵列多孔膜的数个紧密堆积胶体颗粒的一个模板；
图9说明移除该模板后的细微阵列多孔膜；
图10说明大面积细微阵列多孔膜；及
图11说明可挠性细微阵列多孔膜，其可使用做为可挠性电子的电源。
具体实施方式
图1说明用于一个电能量储存设备的所述电极中的高表面积对体积比的细微阵列多孔材料，该电能量储存设备诸如超级电容器或锂电池。该细微阵列多孔材料的形状可为一张膜101。该细微阵列多孔材料的表面积可大于100平方厘米，诸如20厘米×20厘米，且例如从其剖面视图102来看的厚度可为25微米。该细微阵列多孔材料包括数个高度堆积的细微阵列孔洞，如2D视图103及3D视图104中所示。所述孔洞的尺寸可例如为小于约1000微米，且较佳是小于约0.1微米，所述孔洞的孔隙率可为40％-85％，较佳是约74％。该细微阵列多孔材料中的所述孔洞的尺寸实质上均一且变化量小于约20％，较佳是小于约10％。
由于所述孔洞的尺寸及孔隙率非常小，所以揭示于图1中的该电能储存设备的所述电极可具有相当大的比表面积，且因而也具有用于储存电能量的相当大的容量，而明显大于现有超级电容器及锂电池的典型电极材料的容量。此外，如2D视图103及3D视图104中所示的该细微阵列多孔电极材料的周期性结构使得电解质被均匀地吸收，并顺利地输送至所述电极，并且由于此特性，电解质溶液的浓度以及内电阻较稳定，且寿命及充电/放电周期可以延长。
图2说明根据一些实施例，数个细微阵列多孔电极材料包括在所述孔洞中的额外更小的电极材料。在一个实施例中，细微阵列多孔材料210具有数个孔洞211，且所述孔洞211包括数个更小的中间相碳微球(mesocarbon microspheres)212。在另一实施例中，细微阵列多孔材料220具有数个孔洞221，且所述孔洞221包括数个更小的石墨烯222。
图3说明根据一些实施例，一个超级电容器300包括在其两个电极301及302中的细微阵列多孔材料。该正电极301包括细微阵列多孔材料303及一个导电电流收集器305。该负电极302包括细微阵列多孔材料304及一个导电电流收集器306。该超级电容器300还可包括一个隔板307。如上所述，根据一些实施例，可以不需要该专用的隔板，而可以是做为所述细微阵列多孔材料的整体部分的氧化物。电解质308可设置于该超级电容器中以使所述电流收集器305、306与该隔板307接触。该超级电容器300可与一个负载电阻310及一个电源312一同运作。
由于双层电容器中的电极的比表面积非常大，使得数个包括细微阵列多孔材料的超级电容器可具有远高于现有电容器的双层电容。在一些实施例中，一个超级电容器包括在该细微阵列多孔材料中的金属氧化物(诸如二氧化锰、氧化镍、二氧化钌)的，在所述电极中使用该金属氧化物还可大幅提升该超级电容器的法拉第伪电容(pseudocapacitance)。这些特性都可导致储存在所述超级电容器中的电能量容量的大幅提升。
电子储存能力的改善可基于比表面积公式从工作表面积来估算：
Sv为比表面积，d为平均孔洞直径，单位为毫米，θ为孔洞比(porous ratio)或孔隙率(porosity)。例如，对于d＝0.01毫米，90％的孔洞比而言，比表面积为2425/毫米。例如，对于数个锂电池碳电极或数个超级电容器碳电极而言，工作孔隙率可以在0.9-0.95的范围内。对于此处所揭示的多孔材料(例如，反蛋白石(inverse opal)结构)，孔隙率约为0.74。对应地，所计算出的参数可比较如下：
表1
如以上方等式及表1所示，由于小的孔洞尺寸及较小的孔隙率，根据此处所揭示的实施例，所述多孔材料当使用做为电极时，其工作表面积实质上大于碳电极的工作表面积。在一些实施例中，该细微多孔材料使该比面积提升约为碳超级电容器电极的比面积的2.8倍，或可使其比表面积大于碳超级电容器电极的比面积。在一些其他实施例中，该比面积可大于100倍。当应用至超级电容器电池时，优异的工作电极表面积也显著地改善超级电容器的性能。
该细微阵列多孔结构可由金属导体制成，且材料表面可被氧化而形成金属氧化物，诸如镍/氧化镍、铝/三氧化二铝、钛/二氧化钛、锡/二氧化锡、锰/二氧化锰。或者，所述金属导体可涂覆一层或多层贵金属氧化物，诸如铝/二氧化钌、钛/氧化钽等。在一些实施态样中，该细微阵列多孔结构可以二氧化钌、二氧化钛、二氧化锰等来整合制造。
借由使用此处所揭示的细微阵列多孔结构来形成一个超级电容器的阳极或阴极，除了可增加比面积而大幅增加双层电容器面积之外，由于材料的选择，诸如氧化物(二氧化钌、氧化镍、二氧化锰等)，加上法拉第电容特性，该超级电容器的电力储存容量可大幅提升。
使用于所述超级电容器的材料可选自于，例如，镍/氧化镍、铝/三氧化二铝、铜/氧化铜、钛/二氧化钛、二氧化钌、三氧化二锰、氧化锰、二氧化钽等。一个制造系统可用于制造所述合适的细微阵列多孔材料。该系统可包括：一个胶体颗粒模板形成部分，被设计来制造一个胶体颗粒模板；一个渗透部分，被设计来将渗透物质渗入该胶体颗粒模板；及一个模板移除部分，被设计来移除该胶体晶体模板并保持该渗透物质实质上完整。制造过程可包括以下步骤。
图4说明根据一些实施例，一个锂离子电池400，包括在其数个电极中的细微阵列多孔材料。该锂离子电池400包括一个阴极410及一个阳极420。该阴极410及该阳极420被一个可供锂离子通过的隔板430隔开。该阴极410包括一个正电流收集器411及细微阵列多孔阴极材料412。该阳极420包括一个负电流收集器421及细微阵列多孔阳极材料422。包括锂离子的电解质440被设置于该锂离子电池400中。
在一些实施例中，该锂离子电池的阳极包括金属细微阵列多孔材料，该金属细微阵列多孔材料的表面具有锂三元过渡金属氧化物的成分，诸如锂-二氧化锰及磷酸铁锂。在一些实施例中，该锂离子电池的阴极也可包括细微阵列多孔材料，且其成分的例子包括铜、镍，或锰。
图5是根据一些实施例，一个超级电容器或一个电池500的剖面视图。该结构可包括两个电流收集器502、504、一个隔板506，及被夹在其中的高表面积多孔材料508。该材料508可包括数个颗粒及/或数个纤维510。电解质512可设置于所述颗粒或所述纤维510间。所述颗粒或所述纤维510中可具有数个孔洞514。电双层结构516可形成于所述颗粒或所述纤维510周围。借由该双层结构516中的电荷分离，可实现能量储存。
图6是根据一些实施例，一个锂电池600的示意图。该锂电池600可包括一个电极，诸如一个阴极602，其可包括细微阵列多孔材料，以及用于在特定能量下产生及打破锂-氧以及氧-氧键结的催化剂。该锂电池600还可包括电解质604，根据一些实施例，该电解质604可以是固态电解质，被设计来稳定该电解质604及该阴极602间的界面。该稳定的电解质604也提供了良好的离子导电性。可包括相容的界面薄膜以做为分离用。离子物质606可穿过纳米多孔碳材料608而被供给至该锂电池600以做为输送及导电用。
图7是根据一些其他实施例，一个超级电容器或一个电池700的剖面视图。该结构700可包括两个电流收集器702、704、一个多孔负电极706、一个多孔正电极708、一个隔板710及其相关的界面陶瓷层712。该多孔负电极706可包括设置于电解质716中的石墨材料714。该多孔正电极708可包括使用聚合物黏结剂720黏结的金属材料718。
在一些实施例中，上述用于所述电极的所述多孔材料可使用3D打印技术来制造。在3D打印中，诸如晶界的参数可被设计至控制程序中。在一些实施例中，借由3D打印制造的所述多孔材料包括少的晶界或没有晶界。使用一台3D打印机，可打印出周期性结构，包括例如FCC、HCP、BCC、SC、DC或其他周期性结构。
在一些其他实施例中，所述多孔材料可使用于下所述方法来制造。
(1)包括实质上尺寸均一的胶体纳米球悬浮液的电泳溶液可被设置于一个电泳槽中。一个工作电极可包括一个可移动连续导电卷带。该可移动连续导电卷带被设计来供给至该电泳槽中、提供表面用于在该电泳槽中形成一个胶体颗粒模板，并在该胶体颗粒模板的电泳自组装完成时移出该电泳槽外。该工作电极可以一速率变化量被供给，诸如0.1微米/秒-5毫米/秒，或以固定速率或无速率变化量(0微米/秒)。在一些实施例中，该工作电极可以是固体，诸如一个金属板、一个硅晶圆、铟锡氧化物(ITO)玻璃等。一个自组装胶体颗粒模板如图8所示。
(2)该胶体颗粒模板可被输送，例如使用该导电卷带或其他基板，而经过该烘箱以进行干燥。该干燥过程可在该模板移动(即动态)时进行或模板静止于该烘箱内时进行。
(3)来自携带干燥胶体颗粒模板的该电泳部分的该工作电极(例如，卷带)可被供给至一个沉积槽以进行镀覆(诸如电镀、溶胶凝胶法、化学气相沉积、物理气相沉积等)。使用均匀堆叠颗粒的细微阵列做为一个模板，金属、聚合物、陶瓷或其他材料可镀覆在该模板上以填充所述颗粒间的空间，以在该胶体颗粒模板上形成一张细微阵列多孔膜。
(4)可使用蚀刻溶液来移除该胶体颗粒模板，因而可获得该细微阵列多孔膜。具有高比表面积的一张细微阵列多孔膜的一个例子如图9所示。
(5)该基板可从包括紧密堆叠孔洞的该细微阵列多孔膜被移除，且该产生的膜可具有大的面积，如图10所示。该产生的膜也可以是具可挠性的，如图11所示。
(6)该细微阵列多孔膜可被切割以获得数片膜或特定形状与尺寸以用于各种应用。
该可挠性细微阵列多孔材料可使用做为具有非现有形状的电极。例如，根据一些实施例，可提供一个圆柱形电极。根据一些实施例，可提供可挠性电极，及因而可提供可挠性超级电容器及电池，例如做为可穿戴式电子的部分。
此处所揭示的一个或多个实施例的一个或多个优点可包括，例如，降低电极电阻、改良电解质浓度，及较高的比面积利用率。
尽管已经在上面详细描述说明书实施例，但是描述是仅用于示例说明。因此，可以了解的是，在上面描述的许多方面不欲作为限制或必要元件，除非另有明确说明。本领域技术人员可以根据示例性实施例所揭露内容做的各种修改和相应的等效行为，以及在上面描述的那些，具有本发明的效果，不脱离在以下权利要求书中明确公开的精神和范围，权利要求书的范围应被做最宽广的解释以涵盖这些修改和等效结构。

Claims (24)

1.一种电极材料，用于一个电能量储存设备，其特征在于包含：
细微阵列多孔材料，包括数个孔洞，所述孔洞具有小于约1000微米的尺寸；所述孔洞的该尺寸实质上均一且变化量小于约20％；及该细微阵列多孔材料具有约为40％-85％的孔隙率。
2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于：该电能量储存设备是一个超级电容器，且该细微阵列多孔材料包括镍、铝、钛、锡、锰、锆、钒、铌、钽、钨、铬、铁、钴、铑、铱、铂、钯、铜、银、金或钌中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的电极材料，其特征在于：该细微阵列多孔材料还包括一在该细微阵列多孔材料的表面上的金属氧化物，且该金属氧化物是来自于用于该细微阵列多孔材料中的该金属。
4.根据权利要求2所述的电极材料，其特征在于：该细微阵列多孔材料还包括在该细微阵列多孔材料的表面上的金属氧化物，且该金属氧化物包括二氧化钌、氧化钽、钛酸钡、钛酸锶、锆钛酸铅、氧化亚铜、氧化锌、三氧化二铁、四氧化三钴、二氧化锡、五氧化二钒、氢氧化镍、氢氧化钴或锆钛酸铅镧中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于：该电能量储存设备是一个超级电容器，且该细微阵列多孔材料包括二氧化钌、二氧化钛、四氧化三钴、二氧化锡、五氧化二钒或二氧化锰中的至少一者。
6.根据权利要求2所述的电极材料，其特征在于：该细微阵列多孔材料还包括在所述孔洞的空隙中的第二材料。
7.根据权利要求6所述的电极材料，其特征在于：该第二材料包括石墨烯、石墨烷、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解碳树脂，或锂钴氧化物中的至少一者。
8.根据权利要求2所述的电极材料，其特征在于：还包含一层粒状介电材料，位于该细微阵列多孔材料的一个表面。
9.根据权利要求8所述的电极材料，其特征在于：该介电材料包括三氧化二铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡、锆钛酸铅、氧化钽、氧化亚铜、氧化锌、三氧化二铁、二氧化锡、四氧化三钴、五氧化二钒、锆钛酸铅镧，或二氧化钛中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于：该电能量储存设备是一个锂电池，且该细微阵列多孔材料具有选自于锂-二氧化锰或磷酸铁锂的锂三元过渡金属氧化物的成分。
11.一种能量储存设备，其特征在于包含：一个包括细微阵列多孔材料的电极：该细微阵列多孔材料包括数个孔洞，所述孔洞具有小于约1000微米的尺寸；所述孔洞的该尺寸实质上均一且变化量小于约20％；及该细微阵列多孔材料具有约为40％-85％的孔隙率。
12.根据权利要求11所述的能量储存设备，其特征在于：该细微阵列多孔材料包括金属，该金属是选自于镍、铝、钛、锡、锆、钒、铌、钽、钨、铬、铁、钴、铑、铱、铂、钯、铜、银、金，或锰中的至少一者。
13.根据权利要求12所述的能量储存设备，其特征在于：该细微阵列多孔材料还包括在该细微阵列多孔材料的表面上的金属氧化物。
14.根据权利要求11所述的能量储存设备，其特征在于：该细微阵列多孔材料包括二氧化钌、二氧化钛、二氧化锰、三氧化二铝、钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡、氧化钽、氧化亚铜、氧化锌、三氧化二铁、二氧化锡、四氧化三钴、五氧化二钒、锆钛酸铅或锆钛酸铅镧中的至少一者。
15.根据权利要求11所述的能量储存设备，其特征在于：该细微阵列多孔材料还包括在所述孔洞的空隙中的石墨烯。
16.根据权利要求11所述的能量储存设备，其特征在于：该细微阵列多孔材料还包括一层粒状介电材料，位于该细微阵列多孔材料的表面。
17.根据权利要求11所述的能量储存设备，其特征在于：该设备包括一个具有一个阳极的锂电池，该阳极的该细微阵列多孔材料具有选自于锂-二氧化锰，或磷酸铁锂的锂三元过渡金属氧化物的成分。
18.根据权利要求17所述的能量储存设备，其特征在于：一个阴极的该细微阵列多孔材料具有选自于镍、铝、钛、锡、锆、钒、铌、钽、钨、铬、铁、钴、铑、铱、铂、钯、铜、银、金，或锰中的至少一者。
19.根据权利要求11所述的能量储存设备，其特征在于：该设备包括一个超级电容器，该超级电容器包括一层第一金属氧化物细微阵列多孔层及一层第二金属氧化物细微阵列多孔层，该第一金属氧化物细微阵列多孔层的导电率大于该第二金属氧化物细微阵列多孔层的导电率。
20.根据权利要求19所述的能量储存设备，其特征在于：该第一金属氧化物细微阵列多孔层包括以下至少一者:铟锡氧化物或铟锌氧化物、导电聚合物，且该第二金属氧化物细微阵列多孔层包括金属氧化物或聚合物。
21.根据权利要求11所述的能量储存设备，其特征在于：还包含一个用作一个相反电极的电极。
22.一种制造用于一个能量储存设备的电极材料的方法，其特征在于包含下列步骤：3D打印包括数个孔洞的细微阵列多孔材料，所述孔洞具有小于约1000微米的尺寸；所述孔洞的该尺寸实质上均一且变化量小于约20％；及该细微阵列多孔材料具有约为40％-85％的孔隙率。
23.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于：该细微阵列多孔材料包括选自于PPV、PPY、PAC、PANI、PT、PEDOT或PPS的导电聚合物，且该导电聚合物包括用作伪电容器的大分子。
24.根据权利要求11所述的能量储存设备，其特征在于：还包含电解质，该电解质用作另一个电极。
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