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CN113519093A - 具有多功能导线的制品 - Google Patents

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CN113519093A
CN113519093A CN202080017759.4A CN202080017759A CN113519093A CN 113519093 A CN113519093 A CN 113519093A CN 202080017759 A CN202080017759 A CN 202080017759A CN 113519093 A CN113519093 A CN 113519093A
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electrode
wire
carbon nanotube
flexible
electrical device
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CN202080017759.4A
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A·哈鲁特尤亚恩
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Priority claimed from US16/805,565 external-priority patent/US11352258B2/en
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

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Abstract

包括多功能导线的制品和装置，该多功能导线具有第一电极，该第一电极包括含有碳纳米管和辅助颗粒的第一碳纳米管复合纱线；第二电极，该第二电极包括含有碳纳米管和辅助颗粒的第二碳纳米管复合纱线；围绕第一电极的第一隔膜；围绕第二电极的第二隔膜；围绕第一电极和第二电极的电解质；围绕电解质的柔性绝缘层；以及至少部分地围绕柔性绝缘层的柔性导电层。本发明还提供制造和使用本发明的制品、装置以及多功能导线的方法。

Description

具有多功能导线的制品
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年3月4日提交的标题为“Composite Yarn and Method ofMaking a Carbon Nanotube Composite Yarn.”的美国临时专利申请No.62/813516的优先权。本申请要求于2019年6月19日提交的标题为“Composite Yarn and Method of Makinga Carbon Nanotube Composite Yarn.”的美国专利申请No.16/446389的优先权，本申请要求于2020年2月28日提交的标题为“Multifunctional Conductive Wire and Method ofMaking.”的美国专利申请No.16/805565的优先权。前述申请的公开内容通过引用整体并入本文。
背景技术
包括金属导线(特别是实心或绞合铜线)的装置已经在许多工业部门中生产并使用了数十年。然而，近来对于器件小型化和能效优化的需求对金属导线的高体积和高重量的特征提出了新的挑战性要求，因此需要包括新型导线的新器件和制品。寻找新的合成、制造和工程方法，以在导线中增加更多功能，而不是仅仅作为电流载体，这是人们关注的焦点。通常仅用作电源导线的传统的实心和绞合铜线，会给商用飞机增加成吨的重量。传统的实心和绞合铜线的局限性对于车辆马达来说尤其重要，例如，在一些电动车辆中，马达可包括大约76公斤的铜线圈。加上额外的重量，电动汽车中的电池可以重达数百公斤。不具有传统的实心或绞合铜线圈的电动马达、发电机和变压器的重量更轻，效率更高。因此，需要具有先进的多功能导线的新制品和装置。
发明内容
本公开涉及包括多功能导线的制品和装置以及制造包括多功能导线的制品和装置的方法。本发明实现了包括多功能导线(MCW)的具有减轻的重量及提高的效率的制品。与传统导体相比，本发明所公开的多功能导线能够以更少的长度、重量以及所需空间来提供电力。本发明公开了包括多功能导线的装置，该多功能导线可以具有内置电池功能，以在提供电流载体的同时提供或存储电力。根据一些方面，多功能导线可以替代马达、发电机、变压器和电磁设备中的实心或绞合铜线。根据一些方面，本发明所公开的多功能导线可具有电池功能，该多功能导线具有被绝缘体所围绕的两个或更多个电极以及电解质，绝缘体的外部具有导电层，从而形成能够像实心铜导体一样有效地输送交流电的多功能导线，同时还提供内置电池。本发明详细地公开了本公开的这些方面及其他方面。
附图说明
图1A示出了根据本公开的方面的制备碳纳米管复合纱线的示例性示意图。
图1B示出了根据本公开的方面的两个示例性致密化步骤的示意图。
图2示出了根据本公开的方面的纯碳纳米管垫的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图3示出了根据本公开的方面的纯碳纳米管垫的照片。
图4示出了根据本公开的方面的碳纳米管复合垫的SEM图像。
图5A示出了根据本公开的一些方面的包括电池电极的示例性多功能导线电缆。
图5B示出了根据本公开的一些方面的多功能导线的示例性横截面示意图。
图5C示出了根据本公开的一些方面的多功能导线的示例性横截面示意图。
图5D示出了根据本公开的一些方面的多功能导线的示例性横截面示意图。
图5E示出了根据本公开的一些方面的多功能导线的示例横截面示意图。
图6A示出了由一个或多个外部电池供电的传统电动马达。
图6B示出了根据本公开的一些方面的由多功能导线电缆供电的电动马达，该电缆在芯部中容纳电池。
具体实施方式
本公开涉及包括多功能导线的制品和装置以及制造包括多功能导线(MCW)的制品和装置的方法。根据一些方面，多功能导线可以是包括由绝缘层密封的芯圆柱的导线，该绝缘层由外部的铜层或任何其他导电金属层覆盖。芯圆柱可以是圆柱形柔性电池，其包括由分隔物和/或电解质隔离的两个或更多个自支撑电极(例如，具有电池活性材料的碳纳米管纱线)。根据一些方面，多功能导线的芯部中的圆柱形柔性电池可以为电气装置供电或存储电力。根据应用，可以将一个或多个外部绝缘层施加到外部导电层上。可选地，可以施加更多的导电材料层和更多的绝缘材料层。
根据多功能导线的一些方面，外部导电金属层的厚度可以根据外部导电层所输送的交流电的预期频率而变化。该厚度可以发生变化以使得交流电的传导得到优化，而不需要输送少量交流电的沉重的中心芯部金属(或铜)材料。趋肤效应是指交流电在导体外表面附近具有最大电流密度的趋势，流入导体的电流密度随着导体深度的增加而降低，特别是随着交流电频率的增加。趋肤效应是由带有涡流的反向电磁场引起的，涡流是由输送交流电的导体中的自感磁通量产生的。对于直流电(DC)，磁通量的变化率为零，因此不存在由磁通量的变化而产生的带有涡流的反向电磁场。对于直流电，电流均匀地分布在导体的整个横截面上。对于较低频率的交流电，实心金属线的中心芯部所输送的电流很少；随着交流电频率的增加，实心金属线的外表面输送大部分电流。对于较高频率的交流电，实心金属线的中心芯部不输送电流。因此，当应用于交流电的输送时，本发明所公开的多功能导线可以在其芯部提供芯圆柱电池，其中交流电密度在实心导线的芯部处最小。根据一些方面，在芯部提供芯圆柱电池提供了与实心金属线相比具有更轻的重量的多功能导线，同时在多功能导线中提供了电源/蓄电池。
多功能导线也能输送直流电(DC)。可以包括本领域中已知的各种组件以将例如来自芯圆柱电池的直流电转换为交流电，以用于在外部导电金属层中输送电流。在另一个例子中，外部导电金属层中的交流电可以转换成直流电，以储存在芯圆柱电池中。
多功能导线的外形可以是任何形状。例如，可以因便于制造或类似于传统的金属线而使用圆形或圆柱形。例如，当多功能导线被缠绕成线圈时，方形可以用以最大化效率。在一些电动马达中，可以利用多功能导线的方形来最大化绕组效率并最小化线圈绕组之间的空气空间。可选地，外部形状是可延展性的且柔性的。
本发明所公开的包括多功能导线的装置和制品不受所提供的示例的限制。例如，多功能导线的应用包括长距离输电线路，利用多功能导线可以减轻重量，并且可以在多功能导线的指定区域储存或输送电力。例如，多功能导线可以包含(外部的或内嵌的)处理器、发射器、接收器、无线网络、传感器、太阳能电池和电子组件，它们决定多功能导线存储或输送电力的区域或部分。多功能导线可以包含二极管或阵列，以将交流电转换为直流电。例如，多功能导线可以包含，位于内部或外部的光纤、其他导体、其他光纤、紧固件。根据一些方面，本发明公开了包括多功能导线的车辆、马达、机器、设备和制品。作为说明性的示例，包括多功能导线的商用喷气式飞机的重量可小于包括实心铜线、镀银铜线或镀镍铜线的商用喷气式飞机的重量。使用多功能导线，电动马达的重量可以明显减轻，并且与使用实心金属线的电动马达相比，这种电动马达可具有增加的功率重量比。包含多功能导线的发电马达、发电厂中的大型发电机，或者交流发电机，其重量会明显小于其使用实心铜线时的重量。使用多功能导线可以使得包含大线圈的变压器的重量减轻。发射机、天线以及电感器是包括多功能导线的设备的其他说明性示例。多功能导线在电线、车辆、机器和设备中存储电力可以减少或消除对用于将电力输送至外部蓄电池或从外部蓄电池中输送电力的额外的电流载体的需求。
根据一些方面，本发明公开了一种装置，该装置包括一个或多个多功能导线线圈，每个线圈包括旋转成线圈、螺旋或螺旋线形状的多功能导线线圈。每个线圈可以提供电磁感应/产生，同时提供电池和/或存储能力。多功能导线线圈可以提供或储存电能并传导电能。
根据一些方面，本发明所公开的多功能导线可包括两个或更多个柔性电极，柔性电极中的每一个包括碳纳米管复合纱线，碳纳米管复合纱线包括碳纳米管和辅助颗粒，以及可选地一个或多个隔膜。根据一些方面，一个或多个隔膜可以包括设置在两个或更多个柔性电极之间的分离的隔膜。如本文所使用的，术语“分离的隔膜”指的是如本文所述的不与两个或更多个柔性电极直接接触的隔膜。附加地或替代地，柔性电极中的每一个可以独立地包括隔膜外层。在一些例子中，隔膜外层可以消除对放置于电极之间的附加隔膜的需要。多功能导线还可以包括位于两个或更多个柔性电极之间的电解质。
根据一些方面，两个或更多个柔性电极可以以扭曲构型彼此缠绕。在本领域中已知的是，将两根导线围绕彼此缠绕会显著地降低导线中的电磁干扰(也称为射频、RF、射频频谱区域中的干扰)。根据一些方面，将两个或更多个柔性电极围绕彼此缠绕或扭转可以减少或消除两个或更多个柔性电极中来自交流电(在外部导电层中)或来自环境源的电磁干扰。可选地，两个或更多个柔性电极可以处于平行或准平行构型，或者彼此不接触。围绕两个或更多个柔性电极、可选的隔膜，以及电解质的柔性绝缘层可以将两个或更多个柔性电极和电解质包含在多功能导线内，从而在多功能导线内提供电池。柔性导电层，例如金属层，可以围绕柔性绝缘层，柔性导电层的厚度根据柔性导电层所输送的交流电的频率而变化。由于包含碳纳米管，多功能导线内部的柔性电极是自支撑式柔性电极。如本文所使用的，术语“自支撑电极”指的是能够在不具有作为结构支撑而设置的一个或多个部件的情况下工作的电极。应当理解的是，根据一些方面，本文所述的任何碳纳米管复合纱线可以是自支撑电极。
本发明公开了制造自支撑式柔性电极的方法。碳纳米管复合纱线可以通过以下步骤来制造：生长漂浮碳纳米管，连续地去除漂浮碳纳米管网以提供碳纳米管垫，并且并行地在碳纳米管垫的至少一部分上沉积辅助颗粒以提供碳纳米管复合垫，并将碳纳米管复合垫致密化以提供碳纳米管复合纱线。
该方法可以包括在反应器中生长漂浮碳纳米管。如本文所使用的，术语“纳米管”指的是具有至少一个纳米级尺寸的管，即，至少一个尺寸在约0.6和100nm之间。例如，纳米管可以包括直径为纳米级的管。根据一些方面，根据本公开的纳米管可以选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管及其组合。
漂浮碳纳米管可以在反应器中生长，例如化学气相沉积(CVD)反应器。例如，图1A示出了可以根据本公开的方面使用的示例性反应器11。如图1A所示，反应器11可以包括与碳源腔室13流体连通的至少第一入口12，碳源腔室13被配置为提供碳源，例如碳源气体。
碳源的例子包括但不限于一种或多种含碳气体、一种或多种烃溶剂，以及它们的混合物。具体的例子包括但不限于含有烃、醇、酯、酮、芳族化合物、醛及其组合的和/或由烃、醇、酯、酮、芳族化合物、醛及其组合所组成的气体和/或溶剂。例如，碳源可以选自二甲苯、甲苯、丙烷、丁烷、丁烯、乙烯、乙醇、一氧化碳、丁二烯、戊烷、戊烯、甲烷、乙烷、乙炔、二氧化碳、萘、己烷、环己烷、苯、甲醇、丙醇、丙烯、商业燃料气体(例如液化石油气、天然气等)，及其组合。
碳源腔室13还可以被构造成提供催化剂和/或催化剂前驱体，例如催化剂和/或催化剂前驱体蒸汽。如本文所使用的，术语“催化剂”指的是引发或加速化学反应(例如纳米管的合成)的组分。根据本公开的有用的催化剂的例子包括但不限于过渡金属、镧系金属、锕系金属及其组合。例如，催化剂可以包括过渡金属，例如铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、镉(Cd)、钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铂(Pt)和/或其组合。催化剂可以是负载型催化剂或无负载型催化剂。根据一些方面，可以使用两种或更多种金属的组合，例如铁、镍和钴的混合物。在一个例子中，混合物可以包括镍和钴的50∶50混合物(以重量计)。催化剂可以包括纯金属、金属氧化物、金属碳化物、金属硝酸盐、包含一种或多种本文所述金属的其它化合物和/或它们的组合。
如本文所使用的，术语“催化剂前驱体”指的是可转化为活性催化剂的组分。催化剂前驱体的例子包括但不限于过渡金属盐，例如硝酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐、氯化物、氟化物、溴化物、碘化物和/或它们的水合物，以及它们的组合。例如，催化剂前驱体可以是茂金属、金属乙酰丙酮化物、金属酞菁、金属卟啉、金属盐、金属有机化合物、金属硫酸盐、金属氢氧化物、金属碳酸盐或其组合。例如，催化剂前驱体可以是二茂铁、二茂镍、二茂钴、二茂钼、二茂钌、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮钌、铁酞菁、镍酞菁、钴酞菁、铁卟啉、镍卟啉、钴卟啉、铁盐、镍盐、钴盐、钼盐、钌盐或其组合。催化剂前驱体可以包括溶解在液体如水中的可溶性盐，例如Fe(NO3)3、Ni(NO3)2或Co(NO3)2。催化剂前驱体可以在反应器的催化剂颗粒生长区中达到中间催化剂状态，并随后在反应器的纳米结构生长区中暴露于纳米结构生长条件时转化为活性催化剂。例如，催化剂前驱体可以是过渡金属盐，其在催化剂颗粒生长区转化为过渡金属氧化物，而后在纳米结构生长区中转化为活性催化纳米颗粒。
应当理解的是，虽然图1A示出了包含碳源和催化剂和/或催化剂前驱体的碳源腔室13，碳源腔室13经由第一入口12与反应器11流体连通，但是碳源和催化剂和/或催化剂前驱体可以设置在单独的腔室中，可选地经由单独的入口与反应器11流体连通。
碳源和催化剂和/或催化剂前驱体可以通过载气如惰性载气而被提供给反应器。例如，图1A示出了通过氦(he)气体提供给反应器11的碳源和催化剂和/或催化剂前驱体。根据本公开的有用的惰性气体的例子包括但不限于包含氦(he)、氡(Rd)、氖(Ne)、氩(Ar)、氙(Xe)、氮(N)及其组合的气体。
如图1A所示，反应器11可以设置有第二入口14。第二入口14可以与例如氢气源流体连通，该氢气源被设置成用于提供更高的生长产率和/或控制单壁碳纳米管对比(vs)多壁碳纳米管的产量。附加地或替代地，氢气可以经由与碳源腔室通道16流体连通的第三入口15来提供，碳源腔室通道16被构造为在碳源腔室13和第一入口12之间提供流体连通。如图1A所示，漂浮碳纳米管17可以在反应器11中生长。如本文所使用的，术语“漂浮”是指悬浮的状态，例如，悬浮在气体或液体中。如图1A所示，漂浮碳纳米管17可以如本文所述地悬浮在惰性气体中。可以使用一个或多个热源18a和18b来维持和/或改变反应器11的温度。在一个说明性例子中，热源18a和18b可以单独地或共同包括炉子或灯。一个或多个热源18a和18b可以靠近反应器11，并且可以将反应器11的温度保持在适于将催化剂前驱体还原成活性催化剂和/或适于合成和/或形成碳纳米管的温度。根据一些方面，一个或多个热源18a和18b可以将反应器11的温度保持在大约300℃和1800℃之间，可选地在大约450℃和1600℃之间。
该方法可以包括提供包括但不限于碳纳米管垫，或者在此称为“网”的结构。如本文所使用的，术语“垫”或“网”指的是缠结或成束的物质，例如由漂浮碳纳米管在纳米管生长区的下游形成的缠结的非致密物质。碳纳米管垫可以例如在反应器中和/或反应器上和/或通过从反应器中连续拉出漂浮碳纳米管来提供。例如，图1A示出了在反应器11的纳米管生长区中制备的漂浮碳纳米管17的示例。而后碳纳米管垫110可以在纳米管生长区下游的反应器11中形成。碳纳米管垫110可以在反应器11的内壁上沉积和/或沿着反应器11的出口19的边缘沉积。如本文所述，可以通过高流速的载气和/或氢气经由出口19从反应器11中拉出碳纳米管垫110。图2示出了纯碳纳米管垫的SEM图像，例如，如图1A所示的碳纳米管垫110的SEM图像。图3示出了纯碳纳米管垫的照片，例如，如图1A所示的碳纳米管垫110的照片。
该方法可以包括在碳纳米管的至少一部分上沉积辅助材料，以提供碳纳米管复合纱线。根据一些方面，该方法可以包括在碳纳米管垫的至少一部分上沉积辅助材料以提供碳纳米管复合垫，随后是致密化步骤，其中碳纳米管复合垫被致密化以提供碳纳米管复合纱线。该方法可以包括同时发生的沉积和致密化步骤，其中辅助材料在碳纳米管垫的至少一部分上沉积的同时，碳纳米管垫被致密化以提供碳纳米管复合纱线。根据一些方面，如本文所述，沉积和/或致密化步骤可以是与从反应器中连续拉出碳纳米管垫同步进行的连续步骤。
如本文所使用的，术语“辅助材料”指的是包含至少一种不同于碳纳米管垫材料的材料。根据本公开，可用作辅助材料的材料的例子包括但不限于电极活性材料、金属、金属氧化物、锂金属氧化物、磷酸铁锂、陶瓷、碳基材料，以及其组合。碳基材料的例子包括但不限于石墨颗粒、石墨和石墨烯薄片、硬碳，以及其组合。
在说明性的示例中，碳基材料是用于电池电极的电极活性材料。电极活性材料可以是金属氧化物。金属氧化物的例子包括但不限于可以用作电极中的电极活性材料的任何金属氧化物。在说明性的示例中，金属氧化物是用于电池阴极的材料。金属氧化物的非限制性示例包括那些包含镍、锰、钴、铝、镁、钛或其任何混合物的金属氧化物。金属氧化物可以被锂化。在说明性的示例中，金属氧化物是锂镍锰钴氧化物(LiNiMnCoO2)、Li(Ni，Mn，Co)O2、Li-Ni-Mn-Co-O或(LiNixMnyCozO2，x+y+z＝1)。金属氧化物可以由Li-Me-O来表示。根据本公开的锂金属氧化物中的金属可以包括但不限于一种或多种碱金属、碱土金属、过渡金属、铝或后过渡金属及其水合物。根据一些方面，电极活性材料选自石墨、硬碳、金属氧化物、锂金属氧化物和磷酸铁锂。根据一些方面，用于阳极的电极活性材料可以是本文所述的碳基材料，其包括但不限于石墨颗粒、石墨薄片、石墨烯薄片、硬碳及其组合。电极活性材料可以是能够雾化的任何固体金属氧化物粉末。金属氧化物粉末可以具有被限定在约1纳米和约100微米之间范围内的粒度。在非限制性示例中，金属氧化物颗粒具有约1纳米至约10纳米的平均粒度。
根据一些方面，用于阳极和阴极的基于碳纳米管纱线的复合柔性自支撑电极通过相应地在碳纳米管纱线中掺入石墨薄片或Li-Me-O颗粒而形成。可选地，线状电极可以缠绕在一起，并且可以添加电解质，而后用聚合物基绝缘材料覆盖于其上。铜(或其他金属)层可以以期望的厚度沉积在线状电池的表面上。所得到的电缆或多功能导线的表层用作交流电流(例如，用于电动车辆马达)的典型导体，而电缆的“芯”可以作为电池来提供能量(图6B)。沉积的铜层的厚度可以根据所使用的交流电流的频率而变化。术语“电缆”和“多功能导线”在此处可以互换使用，以指多功能导线的各种实施例。术语“电缆”不将本文所公开的多功能导线限制成一个绝缘层或一个外部导电金属层，因为在各种实施例中，本文所公开的多功能导线可以具有多于一个绝缘层和多于一个导电金属层或载流层。
“碱金属”是元素周期表第一族的金属，如锂、钠、钾、铷、铯或钫。
“碱土金属”是元素周期表第二族的金属，如铍、镁、钙、锶、钡或镭。
“过渡金属”是元素周期表中d区的金属，包括镧系和锕系。过渡金属包括但不限于钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、锕、钍、镥、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹。
“后过渡金属”包括但不限于镓、铟、锡、铊、铅、铋或钋。
术语“电极”指的是离子和电子在其中与电解质及外部电路交换的电导体。“正极”和“阴极”在本说明书中同义使用，其指的是电化学电池中具有较高电极电势(即高于负极)的电极。“负极”和“阳极”在本说明书中同义使用，其指的是电化学电池中具有较低电极电势(即低于正极)的电极。阴极还原指的是化学物质的电子获得，阳极氧化指的是化学物质的电子损失。
根据一些方面，辅助材料可以作为在碳纳米管垫的至少一部分上沉积的辅助颗粒来提供。根据一些方面，颗粒可以具有从大约1纳米到大约100微米的颗粒尺寸，可选地从大约1纳米到大约10纳米。图1A示出了包含如本文所述的辅助颗粒112的辅助颗粒腔室111。辅助颗粒腔室111可以包括至少一个出口113，该出口靠近反应器11的出口19。以这种方式，经由出口19离开反应器11的碳纳米管垫110可以遇到辅助颗粒112。虽然图1A仅示出了唯一一个辅助颗粒腔室111，但是可以提供两个、三个或更多个辅助颗粒腔室，其中多个辅助颗粒腔室中的每一个包括与多个辅助颗粒腔室中的至少另一个相同类型或不同类型的辅助颗粒。
辅助颗粒腔室111和输送机构不受限制。在非限制性示例中，辅助颗粒腔室111可以包括带式进料器、重力进料器、气动进料器、真空进料器、螺旋进料器、振动进料器、体积进料器和阀中的一个或多个。
根据一些方面，辅助颗粒可以通过一种或多种载体来提供。载体的例子包括本领域中已知的任何被配置成向本文所述的基质(例如，碳纳米管垫)提供辅助颗粒，而不会损坏碳纳米管和/或辅助颗粒的物质。合适载体的例子包括气体载体、液体载体及其组合。气体载体的例子包括但不限于Ar、He、N2、干燥空气及其组合。液体载体的例子包括但不限于水、丙酮、乙醇及其组合。根据一些方面，如图1A所示，一种或多种载体可以与辅助颗粒112一起在辅助颗粒腔室111中提供。可选地或附加地，可以提供一个或多个附加的载体腔室(未示出)，使得载体与辅助颗粒在沉积在碳纳米管垫上之前连通。还应当理解的是，载体可以从本文所述的过程中排除，使得辅助颗粒例如作为粉末被沉积在碳纳米管垫的至少一部分上。
图1A示出了包含辅助颗粒112的至少一部分的碳纳米管复合垫114。图4示出了例如图1A所示包含碳纳米管和金属氧化物粉末的碳纳米管复合垫114的碳纳米管复合垫的SEM图像。根据一些方面，碳纳米管复合垫可包含90％(w/w)或更少的碳纳米管，可选地80％(w/w)的比重或更少，可选地70％(w/w)的比重或更少，可选地60％(w/w)的比重或更少，可选地50％(w/w)的比重或更少，可选地40％(w/w)的比重或更少，可选地30％(w/w)的比重或更少，可选地20％(w/w)的比重或更少，可选地10％(w/w)的比重或更少，可选地9％(w/w)的比重或更少，可选地8％(w/w)的比重或更少，可选地7％(w/w)的比重或更少，可选地6％(w/w)的比重或更少，可选地5％(w/w)的比重或更少，可选地4％(w/w)的比重或更少，可选地3％(w/w)的比重或更少，可选地2％(w/w)的比重或更少，以及可选地1％(w/w)的比重或更少。根据一些方面，碳纳米管复合垫可包含10％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地20％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地30％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地40％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地50％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地60％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地70％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地80％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地90％(w/w)或更多的辅助颗粒，可选地91％(w/w)或更多，可选地92％(w/w)或更多，可选地93％(w/w)或更多，可选地94％(w/w)或更多，可选地95％(w/w)或更多，可选地96％(w/w)或更多，可选地97％(w/w)或更多，可选地98％(w/w)或更多，以及可选地99％(w/w)或更多。根据一些方面，碳纳米管复合垫可包括0.1％至4％(w/w)的碳纳米管，且其余为辅助颗粒，并且可选地包括一种或多种添加剂。可选地，碳纳米管复合垫可以包含0.2％至3％(w/w)的碳纳米管，且其余为辅助颗粒，并且可选地包括一种或多种添加剂。可选地，碳纳米管复合垫可以包含0.75％至2％(w/w)的碳纳米管，且其余为辅助颗粒，并且可选地包括一种或多种添加剂。添加剂和/或掺杂剂可以以0至5％(w/w)的量存在于每个范围中。在非限制性示例中，碳纳米管复合垫基本上由碳纳米管和辅助颗粒组成。在非限制性示例中，碳纳米管复合垫由碳纳米管和辅助颗粒组成。
该方法可包括将碳纳米管复合垫致密化以提供如本文所述的碳纳米管复合纱线。例如，碳纳米管复合垫可以经受液浴和/或滚压机和/或纺锤和/或圆柱形管和/或管，例如穿过或围绕液浴和/或滚压机和/或纺锤和/或圆柱形管和/或管来旋转、拉动碳纳米管复合垫和/或使得碳纳米管复合垫通过。以这种方式，例如，如图1A所示，碳纳米管复合垫114可以被压实以提供碳纳米管复合纱线115。
如图1A所示，碳纳米管复合纱线115可以被进一步处理，例如，通过围绕线轴116旋转碳纳米管复合纱线115。可选地，或附加地，进一步的处理步骤可以包括例如通过摇动以从碳纳米管复合垫和/或碳纳米管复合纱线中去除多余的辅助材料。一个或多个进一步的处理步骤可以在如本文所述的致密化步骤之前和/或之后进行。
图1B示出了如本文所述的两个示例致密化步骤。特别地，图1B示出了例如关于图1A所描述的在反应器11中生长以提供碳纳米管垫110的漂浮碳纳米管17。图1B进一步示出了如关于图1A所描述的包含辅助颗粒112的辅助颗粒腔室111。图1B进一步示出了两个示例性致密化步骤，包括旋转致密化步骤117和液浴致密化步骤118。特别地，旋转致密化步骤117可以包括通过或围绕滚压机和/或纺锤旋转碳纳米管复合垫114(碳纳米管复合垫114包括如本文所述的辅助颗粒112的至少一部分)，以便形成如本文所述的类似于图1A所示例子的碳纳米管复合纱线115。
图1B还示出了液浴致密化步骤118，其可以代替旋转致密化步骤117或作为对旋转致密化步骤117的补充来进行。如图1B所示，液浴致密化步骤118可以包括使得如本文所述的碳纳米管复合垫114经受包含溶剂的液浴119。根据一些方面，该溶剂可以是本领域已知的任何被配置成使得如本文所述的碳纳米管垫致密化的溶剂。示例性溶剂包括但不限于水、丙酮、乙醇，以及其组合。应当理解的是，如图1B所示，使得碳纳米管复合垫114经受包含溶剂的液浴119可以提供碳纳米管复合纱线115，该碳纳米管复合纱线可以如本文所述地被进一步处理，例如，通过围绕线轴116旋转碳纳米管复合纱线115。可以选择进一步的处理步骤，从而使得在碳纳米管复合纱线115经受液浴119之后，粘附至碳纳米管复合纱线115上的至少一部分溶剂从碳纳米管复合纱线115上蒸发。
该方法可包括如本文所述的同时沉积和致密化步骤，其中当辅助材料在碳纳米管垫的至少一部分上沉积时，碳纳米管垫被同时地或大致同时地致密化以提供碳纳米管复合纱线。例如，本文所述的载体可以被配置成同时将辅助颗粒沉积在碳纳米管垫上并对碳纳米管垫进行致密化。这种步骤的一个非限制性示例包括如本文所述的溶剂的使用，其中如本文所述，该溶剂用作载体以将辅助颗粒沉积在碳纳米管垫上。如本文所述(例如，如关于图1B所示的液浴致密化步骤118所描述的)，同时，溶剂可以对碳纳米管垫进行致密化，以提供碳纳米管复合纱线。应当理解的是，可以进行同时沉积和致密化步骤以代替或补充如本文所述的一个或多个其他步骤，包括一个或多个附加的沉积步骤、一个或多个附加的致密化步骤、一个或多个附加的同时沉积和致密化步骤、一个或多个附加的处理步骤，以及其组合，其中每个附加的步骤在同时沉积和致密化步骤之前或之后单独进行。
制造碳纳米管复合纱线的整个过程可以是连续的过程。例如，碳源可以连续地供给至反应器11，使得碳纳米管垫可以被连续地供给至辅助颗粒腔室111，以用于辅助颗粒的连续沉积，并且可以连续地处理所得到的复合结构以形成碳纳米管复合纱线。然而，应当理解的是，一个或多个阶段可以在连续、分批或半分批操作中单独进行。例如，碳纳米管垫的单个部分可以被供给至辅助颗粒腔室111，以用于在其上沉积颗粒。所得到的复合结构可以经过附加的处理，以将颗粒均匀地分布在整个碳纳米管垫中。
在经过不同程度的致密化之后，碳纳米管复合纱线是自支撑式柔性电极，并且可选地，可以在碳纳米管复合纱线的外部覆盖隔膜。作为自支撑式柔性电极，碳纳米管复合纱线可以包含如本文所述的碳纳米管，其上沉积有如本文所述的辅助颗粒。取决于在碳纳米管复合纱线的生产期间或之后所使用的致密化、掺杂剂、辅助颗粒以及各种条件，碳纳米管纱线可以是电极(例如用于电池的电极)、用于多功能导线的电极、超级电容器、太阳能电池、热电材料、传感器、致动器、电子装置的元件、互连或电子纺织品。
自支撑式柔性电极可以位于电缆内部，该电缆具有至少两个电极，并且在一些情况下(例如，在使用液体电解质的情况下)，可选地具有位于至少两个电极之间的一个或多个隔膜，其中至少一个电极包括本文所公开的碳纳米管复合纱线。根据一些方面，所述至少两个电极中的每一个包括本文所公开的碳纳米管复合纱线。该电缆可以进一步包括电解质、绝缘层和导电层。
图5A示出了根据本公开各方面的示例性电缆或多功能导线。具体而言，图5A示出了具有第一电极51(例如阳极)和第二电极52(例如阴极)的电缆，其中第一电极和第二电极中的每一个单独包括如本文所公开的碳纳米管复合纱线。例如，第一电极51可以包括碳纳米管复合纱线，其中辅助材料包括石墨薄片，并且第二电极52可以包括碳纳米管复合纱线，其中辅助材料包括Li-Me-O颗粒。
根据一些方面，电缆或多功能导线可以包括同轴构型的第一电极51和第二电极52，即，其中第一电极51的轴线和第二电极52的轴线平行或准平行，如图5A所示。应当理解的是，在该示例中，“准平行”指的是轴线之间的关系，即，使得轴线在相同方向上延伸并且彼此不重叠。根据一些方面，电缆或多功能导线可以包括扭曲构型的第一电极51和第二电极52。应当理解的是，“扭曲构型”可以指第一电极51和第二电极52彼此缠绕的构型
根据一些方面，第一电极51和第二电极52可以通过隔膜(例如，nafion膜)彼此分离。例如，图5A示出了第一电极51的放大视图56，第一电极51包括如本文所述的碳纳米管复合纱线。第一电极51可以被如本文所述的隔膜57围绕。第二电极52可以具有类似的构造。应当理解的是，在一些情况下，第一电极和第二电极都不被隔膜围绕，第一电极和第二电极中的一个可以被隔膜围绕，或者第一电极和第二电极都可以被隔膜围绕。根据一些方面，第一电极51和第二电极52彼此不直接接触。
多功能导线或电缆可以进一步包括基本围绕第一电极51和第二电极51的电解质53(例如，液体、凝胶、固体，或其组合)、基本围绕电解质53的绝缘层54，以及基本围绕绝缘层54的导电层55。
图5B示出了根据本公开的方面的多功能导线的示例性横截面示意图，图5B中包括如本文所述的第一电极51、第二电极52，以及基本上围绕电解质53(在该示例中为液体电解质)的绝缘层54。在该示例中，如本文所述，第一电极51和第二电极52分别被隔膜57a和57b所围绕。
图5C示出了根据本公开各方面的多功能导线的另一示例性横截面示意图。类似于图5B，图5C示出了如本文所述的第一电极51、第二电极52和基本上围绕电解质53(在该示例中为液体电解质)的绝缘层54。在该示例中，如本文所述，只有第二电极52被隔膜57b围绕。应当理解的是，在一些示例中，只有第一电极51可以被隔离膜(图5C中未示出)围绕。
图5D示出了根据本公开各方面的多功能导线的另一示例性截面示意图。类似于图5B和5C，图5D示出了如本文所述的第一电极51、第二电极52和基本上围绕电解质53(在该示例中为液体电解质)的绝缘层54。在该示例中，第一电极51和第二电极52都不被隔膜57围绕。在该示例中，可以在第一电极51和第二电极52之间提供分离的隔膜501。
图5E示出了根据本公开各方面的多功能导线的另一示例性横截面示意图。类似于图5B-5D，图5E示出了如本文所述的第一电极51、第二电极52和基本上围绕电解质53的绝缘层54。在该示例中，电解质53可以是固体和/或凝胶电解质，因此，不需要隔膜。
可用于电解质的材料包括但不限于作为电解质溶液的烷基碳酸酯(例如碳酸乙烯酯(EC)、二甲基碳酸酯(DMC)、二乙基碳酸酯(DEC)和乙基-甲基碳酸酯(EMC))与LiPF6的混合物以及凝胶和固体电解质。
可用于绝缘层的材料包括但不限于非导电材料，例如聚合物基材料。非导电聚合物基材料的例子包括塑料，例如聚乙烯。
可用于导电层的材料包括但不限于能够传导交流电流的材料，例如铜、镍、铝及其合金。在一个示例中，导电层55包括铜。根据一些方面，导电层55的厚度可以基于所使用的交流电流的频率来选择。例如，在铜中使用60Hz时，交流电的趋肤深度约为7至8.5mm。对于更高频率的交流电，导电层的厚度可以更薄，而电阻不会增大。根据一些方面，预期电流(安培数)也可以确定导电层的厚度。根据一些方面，导电层的厚度可以在大约1μm到大约10mm之间。然而，导电层的厚度不受限制。绝缘层可以被施加在导电层上，并且另外的导电层可以被施加在该绝缘层上。例如，电磁屏蔽(或射频屏蔽)层可以应用于整个多功能导线，并且该屏蔽层可以用绝缘体覆盖。
交流电流在导体中穿透的深度可以由趋肤深度来定义，趋肤深度可以描述为电流减小至其表面值的37％时所处的深度。趋肤深度随着频率的升高而降低。在趋肤深度大于导线直径的低频下，趋肤效应可以忽略不计，且电流分布和电阻实际上与直流电相同。随着频率的升高，趋肤深度变得小于导线直径，趋肤效应变得显著，电流越来越集中在表面附近，单位长度导线的电阻增加至其直流电的电阻值以上。铜导线在不同频率下的趋肤深度的非限制性例子为在60Hz时，铜导线的趋肤深度约为0.3英寸(7.6mm)；在60kHz时，铜线的趋肤深度约为0.01英寸(0.25mm)；在6MHz时，铜导线的趋肤深度约为0.001英寸(25μm)。圆形导体(例如大于几个趋肤深度的导线或电缆)在其轴线附近不会传导太多电流，因此位于导线中心部分的金属没有得到有效的利用。
应当理解的是，例如图5A-5D所示的根据本公开的电缆或多功能导线，可以用作交流电(例如，用于电动车辆马达)的导体和电池。特别地，至少第一电极、第二电极以及电解质可以一起提供能量，而导电层可以输送电流。本文公开的多功能导线可以用于直流电，并且可选地，可以从交流电切换至直流电，从直流电切换至交流电，并且可以用于任何范围的交流频率。根据一些方面，一个或多个导电层可以包括隔离开的导体，使得导电层中具有多个导体。多功能导线可以在围绕多功能导线的任何一层具有附加的多功能导线。
如图5A所示，自支撑式柔性电极可以具有一个或多个导电电池接线片58，该导电电池接线片可以提供用于将电极电连接至或附接至外部组件或装置的区域。该导电电池接线片可用于将电极连接至多功能导线的导电金属层或载流层。导电电池接线片可以通过任何方式附接至或嵌入到柔性自支撑电极中。导电电池接线片不是集电器，例如，电极的容易剥落和断裂的金属基板。本文公开的自支撑式柔性电极可以不具有集电器和粘合剂。根据一些方面，电池接线片可以包括在附接至柔性自支撑电极的区域处或附近的不同材料，以及在多功能导线外部或从多功能导线中延伸的不同材料。根据本公开的方面，电池接线片可以附接至电极，或者附接至从相应电极的主体延伸并且不与另一个电极重叠的突出部；或者在隔膜和相对电极的切口处附接至相应电极的主体。根据一些方面，电池接线片嵌入电极中。合适的电池接线片材料和附接方法包括本领域普通技术人员所已知的那些。根据一些方面，导电电池接线片可以包括用于阳极的铜或铅。根据一些方面，导电电池接线片可以包括用于阴极的铝或铅。根据一些方面，电池接线片可以包括在附接至电极处或附近的金属和远离电极延伸的不同金属，例如，用作可拉伸柔性电池接线片附接部的可拉伸柔性弹簧金属。根据一些方面，柔性或非柔性电池接线片附接部59被附接至导电电池接线片。电池接线片附接部59可以通过任何本领域已知的方式附接至电池接线片58，例如焊接、熔接、压制或互锁部件。电池接线片附接部59可用于将电极连接至任何外部部件、制品或设备。电池接线片58或电池接线片附接部59可用于将电极连接至多功能导线的一个或多个导电层或电流载体。例如，电池接线片或电池接线片附接部可以连接至用于将直流电转换为交流电的部件，并进一步连接至导电层。电池接线片58或电池接线片附接部59可以位于多功能导线的一个或多个暴露端，或者可以沿着多功能导线位于任何位置。根据一些方面，一定长度的多功能导线可以包括多个电池接线片58或电池接线片附接部59。
任何电气装置或制品都可以包含如本文所述的多功能导线，包括例如电动车辆马达。传统的电动车辆马达，例如图6A所示的电动马达61，通常需要外部电池62A和62B以通过感应电磁场产生扭矩。如图6A所示，这种电动马达通常可以包括铜线圈63，铜线圈63传输产生磁场的电流和/或积累由外部磁场感应的电流。根据一些方面，可以利用多功能导线代替铜线圈63中的实心铜线；多功能导线可以具有正方形或矩形的外部形状，以改善电气装置中线圈绕组的嵌套。
图6B示出了本公开的一个说明性方面，特别是电动车辆马达601。如图6B所示，电动车辆马达601可以包括一个或多个多功能导线线圈602，以代替通常设置在传统电动车辆马达(例如，如图6A所示的)中的一个或多个铜线圈63。一个或多个多功能导线线圈602可以包括具有例如关于图5A所描述的构型的多功能导线线圈。如关于图5A所描述的，多功能导线线圈可以包括处于扭曲构型的两个电极603、电解质604、绝缘层605、导电层606以及电池接线片附接部59。根据一些方面，多功能导线线圈602可以被构造为既输送电流又部分地或完全地给电动车辆马达601供电，从而减少或消除对外部电池(例如，图6A所示的外部电池62A和62B)的需求。图6B中所示的电动马达61是非限制性示例，并且可以代表螺线管、发电机、交流发电机和变压器，根据本公开的各个方面，它们中的任何一个包括多功能导线。
在一个示例中，根据本公开的电动车辆马达可以包括具有一个或多个定子线圈的定子以及转子。根据一些方面，一个或多个定子线圈的至少一部分可以包括如本文所述的多功能导线线圈。附加地或替代地，转子可包括一个或多个转子线圈，其中一个或多个转子线圈的至少一部分包括如本文所述的多功能导线线圈。电动车辆马达还可以包括例如与一个或多个转子线圈电连通的换向器以及与换向器相接触的电刷。
美国公开专利No.2019/068033 A1中描述了能够根据本公开使用的电动车辆马达的一个非限制性示例，该公开的全部内容结合于此。应当理解的是，美国公开专利No.2019/068033 A1中所描述的马达除了在其中描述的线圈之外，还可以包括一个或多个本发明所公开的多功能导线线圈。例如，定子的永磁体可以由包括用作永磁体的多功能导线线圈的定子线圈所形成或代替。附加地或替代地，根据本公开，美国公开专利No.2019/068033 A1中描述的一个或多个线圈可以被一个或多个多功能导线线圈所代替。
本发明还涉及对根据本文所述方法制备的碳纳米管复合纱线的使用的方法。例如，一种可包括制备如本文所述的包含碳纳米管复合纱线的制品或装置的方法。例如，该方法可以包括编织碳纳米管复合纱线以提供电子纺织品。该方法可以包括制备如本文所述的多功能导线或电缆。例如，该方法可以包括以可选的扭曲构型来提供第一电极(例如阳极)和第二电极(例如阴极)，并且由一个或多个隔膜和/或电解质隔开，其中第一电极和第二电极中的每一个单独地包括本文所公开的碳纳米管复合纱线。该方法可以进一步包括提供围绕第一电极和第二电极的电解质，提供围绕电解质的绝缘层，以及提供围绕绝缘层的导电层。
根据一些方面，制造多功能导线的方法可以包括提供第一柔性电极，该第一柔性电极包括含有碳纳米管和第一辅助材料(例如，第一辅助颗粒)的第一碳纳米管复合纱线；提供第二柔性电极，该第二柔性电极包括含有碳纳米管和第二辅助材料(例如，第二辅助颗粒)的第二碳纳米管复合纱线；可选地，用第一隔膜围绕第一柔性电极；可选地用第二隔膜围绕第二柔性电极；用电解质围绕第一柔性电极和第二柔性电极；用柔性绝缘层围绕电解质；并且用柔性导电层至少部分地围绕柔性绝缘层。
应该理解的是，本文所描述的步骤不限于一种顺序。例如，在液体电解质的情况下，制造多功能导线的方法可以包括以本文所述的构型(例如，以平行、准平行或扭曲的构型)提供第一柔性电极和第二柔性电极，其中，如本文所述地，第一柔性电极和第二柔性电极分别设置有第一隔膜和第二隔膜，和/或在第一柔性电极和第二柔性电极之间设置有分离的隔膜。该方法可以进一步包括在如本文所述的绝缘层中提供第一柔性电极和第二柔性电极，并且随后用如本文所述的电解质围绕第一柔性电极和第二柔性电极。在这个例子中，可以在本文所描述的任何步骤之前、期间或之后提供柔性导电层。
在另一个例子中，在固体或凝胶电解质的情况下，制造多功能导线的方法可以包括提供与第一柔性电极和第二柔性电极连通(例如，在表面上和/或浸入)的电解质，其中第一柔性电极和/或第二柔性电极分别独立地设置有或不设置第一隔膜和/或第二隔膜。应当理解的是，第一隔膜和/或第二隔膜可以在提供电解质之前、期间和/或之后独立地提供，或者可以不包括第一隔膜和/或第二隔膜。该方法可进一步包括随后以本文所述的构型(例如，平行、准平行或扭曲构型)提供第一电极和第二电极。在该例子中，第一电极和第二电极可以在它们以最终构型提供之前、期间或之后被设置在绝缘层中。此外，在该示例中，可以在本文所述的任何步骤之前、期间或之后提供柔性导电层。
根据一些方面，提供本文所述的柔性导电层可以通过根据本公开的任何有用的技术来进行。例如，可以使用电沉积技术、电镀技术或其组合来提供该柔性导电层。在一个非限制性例子中，可以通过电镀技术来提供柔性导电层，该电镀技术包括提供电流，该电流使得溶解的金属离子附着至表面，例如本文所述的绝缘层的表面。在另一个非限制性示例中，柔性导电层可以作为预成型的结构(例如，预成型的细长的中空体，例如管)来提供，可以如本文所述地在该结构中提供第一柔性电极、第二柔性电极、第一隔离膜、第二隔离膜、电解质和/或柔性绝缘层。
本文公开了组装包括多功能导线(MCW)的制品或装置的方法。例如，可以将多功能导线附接至装置的一个或多个电气部件，以组装包括多功能导线的装置，其中多功能导线可以在为装置提供或存储电力的同时提供电流传输能力。可以将多功能导线缠绕成线圈，可选地为金属芯线圈，并将线圈附接至部件，以组装包括多功能导线的装置或制品。根据一些方面，具有多功能导线的装置或制品可以通过附接多功能导线来组装，该多功能导线用作装置或制品的部件的电流载体和电源和/或储能器。
包含多功能导线的装置或制品可以利用具有特定厚度的导电层的多功能导线。根据一些方面，导电层的厚度可以根据装置中交流电的频率来确定。对于直流电来说，固体金属导体的电阻取决于它的横截面积；对于给定的长度，具有较大面积的导体的电阻较低。在高频下，由于材料中感应出的涡流，交流电不会深入导体；它倾向于在表面附近流动，这就是所谓的趋肤效应。由于所使用的导线的横截面积较小，导线的电阻大于使用直流电时的电阻。电流的频率越高，电流穿透的深度越小，且电流沿着表面被带入的横截面积越来越小，因此导线的交流电的电阻随着频率而增加。
本详细描述使用示例来呈现本公开，包括优选的方面及变型，并且使得任何本领域技术人员能够实施所公开的方面，包括制造和使用任何装置或系统以及实施任何结合的方法。本公开的专利范围由权利要求书来限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他例子。如果这些其他例子具有与权利要求的文字语言相同的结构元素，或者如果这些其他例子包括与权利要求的文字语言没有实质性差异的等同结构的元素，则这些其他例子旨在落入权利要求的范围。本领域普通技术人员可以根据本申请的原理来混合和匹配所描述的各种实施例的方面，以及每个这样的方面的其他已知等同物，以形成附加的实施例和技术。
根据一些方面，各种电气装置可以结合多功能导线以使得电气装置更加高效，例如，具有更大的功率重量比，具有无需外部电池的电力存储能力，或者具有由多功能导线提供的电力。虽然已经结合以上概述的示例性方面描述了本发明所描述的方面，但是各种替代、修改、变型、改进和/或实质等同物，无论是已知的还是目前无法预见的，对于本领域最普通的技术人员来说都是显而易见的。因此，上述的示例性方面旨在是说明性的，而非限制性的。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本公开旨在包括所有已知的或以后开发的替代、修改、变型、改进和/或实质等同物。
除非特别说明，否则单数形式的元件不是指“一个且仅有一个”，而是指“一个或多个”。本领域普通技术人员已知的或以后将会知道的贯穿本公开描述的各个方面的元素的所有结构和功能等同物通过引用明确地结合于此。此外，本文所公开的任何内容都不旨在奉献给公众。
此外，单词“例子”在此用于表示“用作示例、实例或说明”本文中被描述为“示例”的任何方面不一定被解释为优于或优于其他方面。除非特别说明，术语“一些”指一个或多个。诸如“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的至少一个”和“A、B、C或其任何组合”的组合包括A、B和/或C的任何组合，并且可以包括A的倍数、B的倍数或C的倍数。具体地，诸如“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的至少一个”和“A、B、C或其任何组合”的组合可以是仅为A，仅为B，仅为C，A和B，A和C，B和C，或A和B和C，其中任何此类组合可能包含A，B或C中的一个或多个元素。
如本文所使用的，术语“大约”和“近似”被定义为接近于本领域普通技术人员所理解的。在一个非限制性实施例中，术语“大约”和“近似”被定义为在10％以内，优选地在5％以内，更优选地在1％以内，最优选地在0.5％以内。

Claims (25)

1.一种电气装置，所述电气装置包括:
多功能导线，所述多功能导线包括:
细长的中空体，所述细长的中空体包含导电材料；
第一电极，所述第一电极包括第一碳纳米管复合纱线，所述第一碳纳米管复合纱线包括碳纳米管和第一辅助材料；
第二电极，所述第二电极包括第二碳纳米管复合纱线，所述第二碳纳米管复合纱线包括碳纳米管和第二辅助材料，
其中，所述多功能导线能够操作以输送电流并且为所述电气装置提供电力和/或储存电力。
2.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述多功能导线进一步包括电解质，所述电解质围绕所述第一电极和所述第二电极。
3.根据权利要求2所述的电气装置，其中，所述多功能导线进一步包括柔性绝缘层，所述柔性绝缘层围绕所述电解质，并且其中，所述导电材料包括柔性导电层，所述柔性导电层至少部分地围绕所述柔性绝缘层。
4.根据权利要求3所述的电气装置，其中，所述多功能导线进一步包括外部柔性绝缘层，所述外部柔性绝缘层围绕所述柔性导电层。
5.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述多功能导线进一步包括:
一个或多个导电电池接线片，所述一个或多个导电电池接线片附接至所述第一电极和/或所述第二电极，以及
一个或多个相应电池接线片附接部，所述一个或多个相应电池接线片附接部附接至所述一个或多个导电电池接线片。
6.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个被隔膜围绕，并且
其中，所述第一电极和所述第二电极以扭曲构型相互缠绕。
7.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述多功能导线的至少一部分处于一个或多个线圈的绕组中，每个线圈包括所述多功能导线的以螺旋或螺旋线形状卷绕的部分。
8.根据权利要求7所述的电气装置，其中，所述多功能导线在一个或多个线圈的所述绕组中的部分具有正方形或矩形的外部形状，所述正方形或矩形的外部形状能够操作以将所述多功能导线嵌套在一个或多个线圈的所述绕组中。
9.根据权利要求7所述的电气装置，其中，一个或多个线圈的所述绕组围绕金属芯。
10.根据权利要求3所述的电气装置，其中，所述柔性导电层具有大约1微米至大约10毫米的厚度。
11.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电气装置选自包括电动马达、螺线管、发电机、交流发电机和变压器的组。
12.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述导电材料包括包含有铜的柔性导电层。
13.根据权利要求6所述的电气装置，其中，所述第一隔膜和所述第二隔膜相互之间不接触。
14.一种制造包括多功能导线的电气装置的方法，所述方法包括:
提供多功能导线；
将所述多功能导线连接至电气装置，使得所述多功能导线能够操作以输送电流并且为所述电气装置提供电力和/或储存电力。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法进一步包括将所述多功能导线的至少一部分缠绕在一个或多个线圈的绕组中，每个线圈包括所述多功能导线的以螺旋或螺旋线形状卷绕的部分。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，提供所述多功能导线包括:
提供包括第一碳纳米管复合纱线的第一电极，所述第一碳纳米管复合纱线包括碳纳米管和第一辅助材料；以及
提供包括第二碳纳米管复合纱线的第二电极，所述第二碳纳米管复合纱线包括碳纳米管和第二辅助材料。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，提供所述多功能导线进一步包括:
用电解质围绕所述第一电极和所述第二电极；
用柔性绝缘层围绕所述电解质；
用柔性导电层至少部分地围绕所述柔性绝缘层；以及
用外部柔性绝缘层围绕柔性导电层。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，提供所述多功能导线进一步包括:
将一个或多个导电电池接线片附接至所述第一电极和/或所述第二电极；以及
将一个或多个相应电池接线片附接部附接至所述导电电池接线片中的一个或多个。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，提供所述多功能导线进一步包括:
用隔膜围绕所述第一电极和所述第二电极中的至少一个；以及
以扭曲构型将所述第一电极和所述第二电极彼此缠绕。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，提供所述第一电极包括:
在反应器中生长漂浮碳纳米管；
从所述反应器中移除所述漂浮碳纳米管以提供碳纳米管垫；
在所述碳纳米管垫的至少一部分上沉积包含所述第一辅助材料的辅助颗粒，以提供碳纳米管复合垫；以及
使得所述碳纳米管复合垫致密化以提供碳纳米管复合纱线。
21.一种电动马达，所述电动马达包括:
转子，所述转子包括一个或多个转子线圈；和
定子，所述定子包括一个或多个定子线圈，
其中，所述一个或多个定子线圈的至少一部分包括导线，并且
其中，所述导线包括:
细长的中空体；
第一柔性电极，所述第一柔性电极位于所述中空体中并且包括第一复合纱线，所述第一复合纱线包括碳纳米管和第一辅助材料；
第二柔性电极，所述第二柔性电极位于所述中空体中并且包括第二复合纱线，所述第二复合纱线包括碳纳米管和第二辅助材料。
22.根据权利要求21所述的电动马达，其中，所述导线进一步包括电解质，所述电解质围绕所述第一电极和所述第二电极。
23.根据权利要求22所述的电动马达，其中，所述导线进一步包括柔性绝缘层，所述柔性绝缘层围绕所述电解质，并且其中，所述导电材料包括柔性导电层，所述柔性导电层至少部分地围绕所述柔性绝缘层。
24.根据权利要求23所述的电动马达，其中，所述导线进一步包括外部柔性绝缘层，所述外部柔性绝缘层围绕所述柔性导电层。
25.根据权利要求21所述的电动马达，所述电动马达进一步包括与所述一个或多个转子线圈电连通的换向器以及与所述换向器接触的电刷。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040086783A1 (en) * 2001-12-28 2004-05-06 Wendy Fong Electric battery assembly and method of manufacture
US8787001B2 (en) * 2010-03-02 2014-07-22 Applied Nanostructured Solutions, Llc Electrical devices containing carbon nanotube-infused fibers and methods for production thereof
US8825178B2 (en) * 2011-10-28 2014-09-02 Tsinghua University Electrode lead of pacemaker and pacemaker
US9167736B2 (en) * 2010-01-15 2015-10-20 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused fiber as a self shielding wire for enhanced power transmission line
CN105051943A (zh) * 2013-03-15 2015-11-11 海佩里恩催化国际公司 制造纳米纤维电极的方法
CN107195870A (zh) * 2016-03-15 2017-09-22 株式会社东芝 非水电解质电池、电池包及车辆
CN108122627A (zh) * 2018-01-24 2018-06-05 四川安创云通能源技术服务有限公司 一种多功能复合电缆

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040086783A1 (en) * 2001-12-28 2004-05-06 Wendy Fong Electric battery assembly and method of manufacture
US9167736B2 (en) * 2010-01-15 2015-10-20 Applied Nanostructured Solutions, Llc CNT-infused fiber as a self shielding wire for enhanced power transmission line
US8787001B2 (en) * 2010-03-02 2014-07-22 Applied Nanostructured Solutions, Llc Electrical devices containing carbon nanotube-infused fibers and methods for production thereof
US8825178B2 (en) * 2011-10-28 2014-09-02 Tsinghua University Electrode lead of pacemaker and pacemaker
CN105051943A (zh) * 2013-03-15 2015-11-11 海佩里恩催化国际公司 制造纳米纤维电极的方法
CN107195870A (zh) * 2016-03-15 2017-09-22 株式会社东芝 非水电解质电池、电池包及车辆
CN108122627A (zh) * 2018-01-24 2018-06-05 四川安创云通能源技术服务有限公司 一种多功能复合电缆

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