DE112020001068T5 - OBJECT WITH MULTIFUNCTIONAL CONDUCTIVE WIRE - Google Patents
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Abstract
Gegenstände und Vorrichtungen, umfassend einen multifunktionalen leitfähigen Draht, aufweisend eine erste Elektrode, welche ein erstes Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und Sekundärpartikel enthält; eine zweite Elektrode, welche ein zweites Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und Sekundärpartikel enthält; eine erste Separatormembran, welche die erste und die zweite Elektrode umgibt; eine flexible Isolatorschicht, welche den Elektrolyten umgibt; und eine flexible leitende Schicht, welche wenigstens teilweise die flexible Isolatorschicht umgibt. Auch wird ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung der Gegenstände, der Vorrichtungen und der multifunktionalen leitfähigen Drähte hierin bereitgestellt.Articles and devices comprising a multifunctional conductive wire having a first electrode comprising a first carbon nanotube composite yarn containing carbon nanotubes and secondary particles; a second electrode comprising a second carbon nanotube composite yarn containing carbon nanotubes and secondary particles; a first separator membrane surrounding the first and second electrodes; a flexible insulator layer surrounding the electrolyte; and a flexible conductive layer at least partially surrounding the flexible insulator layer. Also provided is a method of making and using the articles, devices, and multifunctional conductive wires herein.
Description
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Vorrichtungen, umfassend leitfähige Metalldrähten, insbesondere Volloder Litzenkupferdrähte, werden seit vielen Jahrzehnten in vielen Industriebereichen hergestellt und verwendet. Jedoch stellen jüngste Anforderungen nach einer Verkleinerung von Vorrichtung und einer Optimierung einer Energieeffizienz neue anspruchsvolle Anforderungen an die hohen volumetrischen und hochgravimetrischen Eigenschaften von leitfähigen Metalldrähten, so dass neue Vorrichtungen und Gegenstände notwendig sind, welche neue Drahttypen umfassen. Die Suche nach neuen Verfahren zur Synthese, Herstellung und Konstruktion, welche leitfähigen Drähten mehr Funktionen verleihen, anstatt nur als Stromträger zu fungieren, ist von zentralem Interesse. Ältere Voll- und Litzenkupferdrähte, welche normalerweise nur als Energieleiter fungieren, können kommerziellen Jets Tonnen an Gewicht hinzufügen. Die Einschränkungen älterer Voll- und Litzenkupferdrähte sind insbesondere kritisch für Fahrzeugmotoren, wobei zum Beispiel, in einigen Elektrofahrzeugen der Motor etwa 76 Kilogramm Kupferspulen umfassen kann. Durch Hinzufügen zusätzlichen Gewichts können die Batterien in Elektrofahrzeugen Hunderte von Kilogramm wiegen. Elektromotoren, Generatoren und Transformatoren ohne ältere Voll- oder Litzenkupferspulen könnten weniger Gewicht aufweisen und effizienter sein. Somit sind neue Gegenstände und Vorrichtungen notwendig, welche einen fortschrittlichen multifunktionalen leitfähigen Draht aufweisen.Devices comprising conductive metal wires, especially solid or stranded copper wires, have been manufactured and used in many industries for many decades. However, recent demands for device downsizing and optimization of energy efficiency make new demanding demands on the high volumetric and highly gravimetric properties of conductive metal wires, so that new devices and articles including new types of wire are necessary. The search for new methods of synthesis, manufacture and construction which give conductive wires more functions instead of just acting as current carriers is of central interest. Older solid and stranded copper wires, which normally only function as conductors of energy, can add tons of weight to commercial jets. The limitations of older solid and stranded copper wires are particularly critical for vehicle engines where, for example, in some electric vehicles, the engine can contain approximately 76 kilograms of copper coils. By adding extra weight, the batteries in electric vehicles can weigh hundreds of kilograms. Electric motors, generators and transformers without older solid or stranded copper coils could be lighter and more efficient. Thus, new articles and devices are needed that incorporate an advanced multifunctional conductive wire.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die vorliegende Offenbarung ist auf Gegenstände und Vorrichtungen, welche multifunktionale leitfähige Drähte umfassen, und Verfahren zur Herstellung von Gegenständen und Vorrichtungen gerichtet, welche multifunktionale leitfähige Drähte umfassen. Gegenstände mit reduziertem Gewicht und verbesserter Effizienz, welche multifunktionale leitfähige Drähte (MCW) umfassen, werden hierin ermöglicht. Der hierin offenbarte MCW kann mit weniger erforderlicher Länge, Gewicht und Platzbedarf im Vergleich zu älteren Leitern elektrische Energie bereitstellen. Vorrichtungen, welche MCW umfassen, die eine eingebaute Batteriefunktion aufweisen können, um gleichzeitig Energie bereitzustellen oder zu speichern, während Stromträger bereitgestellt werden, werden hierin offenbart. Gemäß einigen Aspekten können MCW Voll- oder Litzenkupferdrähte in Motoren, Generatoren, Transformatoren und elektromagnetischen Vorrichtungen ersetzen. Gemäß einigen Aspekten können die hierin offenbarten MCW eine Batteriefunktion mit zwei oder mehr Elektroden und einem Elektrolyten, welche von einem Isolator umgeben sind, mit einer leitenden Schicht außerhalb des Isolators aufweisen, um einen MCW zu bilden, welcher dazu in der Lage ist, Wechselstrom so effizient wie ein massiver Kupferleiter zu führen, aber auch eine eingebaute Batterie bereitzustellen. Diese Aspekte und andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden hierin im Detail offenbart.The present disclosure is directed to articles and devices comprising multifunctional conductive wires and methods of making articles and devices comprising multifunctional conductive wires. Articles with reduced weight and improved efficiency which include multifunctional conductive wires (MCW) are made possible herein. The MCW disclosed herein can provide electrical power in less length, weight, and space compared to older conductors. Devices comprising MCW that can have a built-in battery function to simultaneously provide or store energy while providing power carriers are disclosed herein. In some aspects, MCWs can replace solid or stranded copper wire in motors, generators, transformers, and electromagnetic devices. In some aspects, the MCW disclosed herein can have a battery function with two or more electrodes and an electrolyte surrounded by an insulator with a conductive layer outside the insulator to form an MCW that is capable of generating alternating current to run efficiently like a solid copper conductor, but also to provide a built-in battery. These aspects and other aspects of the present disclosure are disclosed in detail herein.
FigurenlisteFigure list
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1A zeigt ein beispielhaftes Schema zur Herstellung eines Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarns gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.1A FIG. 10 shows an exemplary scheme for making a carbon nanotube composite yarn in accordance with aspects of the present disclosure. -
1 B zeigt ein Schema zweier beispielhafter Verdichtungsschritte gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.1 B FIG. 10 shows a schematic of two exemplary compression steps in accordance with aspects of the present disclosure. -
2 zeigt ein Rasterelektronenmikroskop- (SEM - Scanning Electron Microscope) Bild einer reinen Kohlenstoffnanoröhrenmatte gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.2 FIG. 10 shows a scanning electron microscope (SEM) image of a pure carbon nanotube mat in accordance with aspects of the present disclosure. -
3 zeigt ein Foto einer reinen Kohlenstoffnanoröhrenmatte gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.3 FIG. 10 shows a photograph of a pure carbon nanotube mat in accordance with aspects of the present disclosure. -
4 zeigt ein SEM einer Kohlenstoffnanoröhrenmatte gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.4th FIG. 10 shows an SEM of a carbon nanotube mat in accordance with aspects of the present disclosure. -
5A zeigt ein beispielhaftes MCW-Kabel, welches Batterieelektroden umfasst, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.5A FIG. 10 shows an exemplary MCW cable including battery electrodes in accordance with some aspects of the present disclosure. -
5B zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.5B FIG. 10 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with some aspects of the present disclosure. -
5C zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.5C FIG. 10 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with some aspects of the present disclosure. -
5D zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.5D FIG. 10 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with some aspects of the present disclosure. -
5E zeigt ein beispielhaftes Querschnittsschema eines MCW gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.5E FIG. 10 shows an exemplary cross-sectional schematic of an MCW in accordance with some aspects of the present disclosure. -
6A zeigt einen konventionellen Elektromotor, welcher durch eine oder mehrere externe Batterien angetrieben wird.6A shows a conventional electric motor which is powered by one or more external batteries. -
6B zeigt einen Elektromotor, welcher durch ein multifunktionales MCW-Kabel angetrieben wird, welches eine Batterie in dem Kern unterbringt, gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung.6B Figure 12 shows an electric motor powered by a multifunctional MCW cable that houses a battery in the core, in accordance with some aspects of the present disclosure.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die vorliegende Offenbarung ist auf Gegenstände und Vorrichtungen, welche einen multifunktionalen leitfähigen Draht umfassen, und Verfahren zur Herstellung von Gegenständen und Vorrichtungen gerichtet, welche einen multifunktionalen leitfähigen Draht (MCW) umfassen. Gemäß einigen Aspekten kann der MCW ein Draht sein, welcher einen Kernzylinder umfasst, der durch eine Isolatorschicht abgedichtet ist, welche von einer äußeren Schicht aus Kupfer oder jeglichem anderen leitfähigen Metall bedeckt ist. Der Kernzylinder kann eine zylindrische flexible Batterie sein, welche zwei oder mehr selbststehende Elektroden (z. B. Kohlenstoffnanoröhrengarne mit batterieaktiven Materialien) umfasst, die durch (einen) Separator(en) und/oder einen Elektrolyten isoliert sind. Gemäß einigen Aspekten kann die zylindrische flexible Batterie in dem Kern des MCW Energie für eine elektrische Vorrichtung liefern oder speichern. Abhängig von der Anwendung können eine oder mehrere äußere Isolatorschichten auf die äußere leitfähige Schicht aufgebracht werden. Optional können weitere Schichten aus leitfähigem Material und weitere Schichten aus isolierendem Material aufgebracht werden.The present disclosure is directed to articles and devices comprising a multifunctional conductive wire and methods of making articles and devices comprising a multifunctional conductive wire (MCW). In some aspects, the MCW can be a wire that includes a core cylinder that is sealed by a layer of insulator covered by an outer layer of copper or any other conductive metal. The core cylinder can be a cylindrical flexible battery which comprises two or more self-standing electrodes (e.g. carbon nanotube yarns with battery-active materials) which are insulated by (a) separator (s) and / or an electrolyte. In some aspects, the cylindrical flexible battery in the core of the MCW can supply or store power for an electrical device. Depending on the application, one or more outer insulator layers can be applied to the outer conductive layer. Optionally, further layers of conductive material and further layers of insulating material can be applied.
Gemäß einigen Aspekten des MCW kann die Dicke einer äußeren leitfähigen Metallschicht abhängig von der beabsichtigten Frequenz eines Wechselstroms (AC) variiert werden, welcher von einer äußeren leitfähigen Schicht geführt werden soll. Die Dicke kann derart variiert werden, dass eine Leitung von Wechselstrom optimiert wird, jedoch ohne die Notwendigkeit eines schweren Materials aus Metall (oder Kupfer) für den zentralen Kern, welches wenig Wechselstrom führt. Der Skin-Effekt ist eine Tendenz eines Wechselstroms, eine Stromdichte aufzuweisen, welche in der Nähe der äußeren Fläche eines Leiters am größten ist, wobei die Stromdichte in einem Leiter mit größeren Tiefen in einem Leiter abnimmt, insbesondere wenn die Frequenz des Wechselstroms zunimmt. Der Skin-Effekt wird durch das elektromagnetische Gegenfeld mit einem Wirbelstrom verursacht, welcher durch den selbstinduzierten magnetischen Fluss in einem wechselstromführenden Leiter erzeugt wird. Bei einem Gleichstrom (DC) ist die Änderungsrate des Flusses null, so dass es aufgrund von Änderungen des magnetischen Flusses kein elektromagnetisches Gegenfeld mit einem Wirbelstrom gibt. Bei einem Gleichstrom wird der Strom gleichmäßig über den Querschnitt des Leiters verteilt. Bei Wechselstrom mit niedrigerer Frequenz führt der zentrale Kern eines massiven Metalldrahts wenig Strom; wenn die Frequenz des Wechselstroms zunimmt, führt die Außenhaut eines massiven Metalldrahts den größten Teil des Stroms. Bei Wechselstrom mit höherer Frequenz führt der zentrale Kern eines massiven Metalldrahts keinen Strom. Somit kann der hierin offenbarte MCW, wenn bei der Übertragung von Wechselstrom angewendet, in dem Kern eine Kernzylinderbatterie bereitstellen, bei welcher die Wechselstromdichte in einem Massivdrahtleiter am geringsten wäre. Gemäß einigen Aspekten stellt ein Bereitstellen einer Kernzylinderbatterie in dem Kern einen MCW mit weniger Gewicht im Vergleich zu massiven Metalldrähten bereit, während gleichzeitig eine Energiequelle/Speicherbatterie in dem MCW bereitgestellt wird.In some aspects of the MCW, the thickness of an outer conductive metal layer can be varied depending on the intended frequency of an alternating current (AC) that is to be carried by an outer conductive layer. The thickness can be varied to optimize conduction of alternating current, but without the need for a heavy metal (or copper) material for the central core, which carries little alternating current. The skin effect is a tendency of an alternating current to have a current density which is greatest near the outer surface of a conductor, with the current density in a conductor decreasing with greater depths in a conductor, particularly as the frequency of the alternating current increases. The skin effect is caused by the opposing electromagnetic field with an eddy current, which is generated by the self-induced magnetic flux in an alternating current-carrying conductor. With a direct current (DC), the rate of change of the flux is zero, so that there is no opposing electromagnetic field with an eddy current due to changes in the magnetic flux. With a direct current, the current is evenly distributed over the cross-section of the conductor. With alternating current at a lower frequency, the central core of a solid metal wire carries little current; as the frequency of the alternating current increases, the outer skin of a solid metal wire carries most of the current. In the case of alternating current with a higher frequency, the central core of a solid metal wire does not carry any current. Thus, the MCW disclosed herein, when applied to the transmission of alternating current, can provide in the core a core cylinder battery in which the alternating current density would be lowest in a solid wire conductor. In some aspects, providing a core cylinder battery in the core provides an MCW that is lighter in weight compared to solid metal wires, while at the same time providing a power source / storage battery in the MCW.
Der MCW kann auch Gleichstrom (DC) führen. Verschiedene Komponenten, wie in der Technik bekannt, können umfasst sein, um Gleichstrom, zum Beispiel von der Kernzylinderbatterie, in Wechselstrom zum Führen von Strom in einer äußeren leitfähigen Metallschicht umzuwandeln. In einem anderen Beispiel kann Wechselstrom in einer äußeren leitfähigen Metallschicht in Gleichstrom zur Speicherung in einer Kernzylinderbatterie umgewandelt werden.The MCW can also carry direct current (DC). Various components, as known in the art, may be included to convert direct current, for example from the core cylinder battery, to alternating current for carrying current in an outer conductive metal layer. In another example, alternating current in an outer conductive metal layer can be converted to direct current for storage in a core cylinder battery.
Die äußere Form des MCW kann jegliche Form sein. Zum Beispiel kann eine runde oder eine zylindrische Form verwendet werden, um die Herstellung zu erleichtern oder um älteren Metalldrähten zu ähneln. Eine quadratische Form kann zum Beispiel verwendet werden, um eine Effizienz zu maximieren, wenn ein MCW zu einer Spule gewickelt wird. Bei einigen Elektromotoren kann eine quadratische Form eines MCW verwendet werden, um eine Wicklungseffizienz zu maximieren und einen Luftraum zwischen den Wicklungen einer Spule zu minimieren. Die äußere Form kann optional verformbar und flexibel sein.The external shape of the MCW can be any shape. For example, a round or cylindrical shape can be used for ease of manufacture or to resemble older metal wires. For example, a square shape can be used to maximize efficiency when winding an MCW into a spool. With some electric motors, a square shape of an MCW can be used to maximize winding efficiency and minimize air space between the windings of a coil. The outer shape can optionally be deformable and flexible.
Die hierin offenbarten Vorrichtungen und Artikel, welche einen MCW umfassen, sind nicht durch die bereitgestellten Beispiele beschränkt. Die Anwendungen von MCW umfassen zum Beispiel Energieübertragungsleitungen über lange Strecken, welche unter Verwendung von MCW weniger wiegen können oder Energie in bestimmten Bereichen des MCW speichern oder liefern können. Zum Beispiel kann der MCW (entweder extern oder eingebettet in) Prozessoren, Sender, Empfänger, Wi-Fi, Sensoren, Solarzellen und elektronische Komponenten enthalten, welche Bereiche oder Segmente des MCW bestimmen, die Energie speichern oder liefern. Der MCW kann Dioden oder Arrays enthalten, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Der MCW kann zum Beispiel Lichtwellenleiter innen oder außen, andere Leiter, andere Fasern oder Befestigungselemente enthalten. Gemäß einigen Aspekten sind hierin Fahrzeuge, Motoren, Maschinen, Vorrichtungen und Gegenstände offenbart, welche einen MCW umfassen. Als ein veranschaulichendes Beispiel kann ein kommerzieller Jet, welcher einen MCW umfasst, weniger wiegen als ein kommerzieller Jet, welcher einen massiven Kupferdraht, einen versilberten oder einen vernickelten Kupferdraht umfasst. Ein Elektromotor kann unter Verwendung eines MCW deutlich weniger wiegen und ein solcher Elektromotor kann im Vergleich zu Motoren mit massiven Metalldrähten ein verbessertes Energie-zu-Gewicht-Verhältnis aufweisen. Ein elektrischer Generator, ein großer Generator in einem Kraftwerk oder ein Wechselstromgenerator mit einem MCW kann deutlich weniger wiegen als der gleiche, wenn er einen massiven Kupferdraht verwendet. Transformatoren, welche große Drahtspulen enthalten, können unter Verwendung eines MCW weniger wiegen. Sender, Antennen und Induktoren sind andere veranschaulichende Beispiele von Vorrichtungen, welche einen MCW umfassen. Eine Speicherung von Energie durch den MCW in Stromleitungen, Fahrzeugen, Maschinen und Vorrichtungen kann die Notwendigkeit zusätzlicher Stromträger zum Führen von Strom zu einer externen Speicherbatterie oder von einer externen Speicherbatterie reduzieren oder eliminieren.The devices and articles disclosed herein that include an MCW are not limited by the examples provided. The applications of MCW include, for example, long-distance power transmission lines which, using MCW, may weigh less or store or deliver power in certain areas of the MCW. For example, the MCW can contain (either external or embedded in) processors, transmitters, receivers, Wi-Fi, sensors, solar cells and electronic components, determine which areas or segments of the MCW store or deliver energy. The MCW can contain diodes or arrays to convert AC power to DC power. For example, the MCW may contain internal or external optical fibers, other conductors, other fibers, or fasteners. In some aspects, vehicles, engines, machines, devices, and articles are disclosed herein that include an MCW. As an illustrative example, a commercial jet that includes an MCW may weigh less than a commercial jet that includes solid copper wire, silver-plated, or nickel-plated copper wire. An electric motor can weigh significantly less using an MCW and such an electric motor can have an improved energy-to-weight ratio compared to motors with solid metal wires. An electrical generator, a large generator in a power plant, or an AC generator with an MCW can weigh significantly less than the same using solid copper wire. Transformers that incorporate large coils of wire can weigh less using an MCW. Transmitters, antennas, and inductors are other illustrative examples of devices that include an MCW. Storage of energy by the MCW on power lines, vehicles, machines, and devices can reduce or eliminate the need for additional power carriers to carry power to or from an external storage battery.
Gemäß einigen Aspekten ist hierin eine Vorrichtung offenbart, welche eine oder mehrere MCW-Spulen umfasst, wobei jede Spule einen MCW umfasst, welcher in der Form einer Spule, einer Spirale oder einer Helix gedreht ist. Jede Spule kann eine elektromagnetische Induktion/Generation bereitstellen, während gleichzeitig Batterie- und/oder Speicherfähigkeiten bereitgestellt werden. Eine MCW-Spule kann elektrische Energie bereitstellen oder speichern und elektrische Energie leiten.In some aspects, an apparatus is disclosed herein that includes one or more MCW coils, each coil including an MCW that is twisted in the shape of a coil, spiral, or helix. Each coil can provide electromagnetic induction / generation while providing battery and / or storage capabilities. An MCW coil can provide or store electrical energy and conduct electrical energy.
Gemäß einigen Aspekten kann der hierin offenbarte MCW zwei oder mehr flexible Elektroden umfassen, wobei jede flexible Elektrode ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, wobei das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn Kohlenstoffnanoröhren und Sekundärpartikel umfasst und optional eine oder mehrere Separatormembranen umfasst. Gemäß einigen Aspekten können die eine oder mehreren Separatormembranen eine verschiedene Separatormembran umfassen, welche zwischen den zwei oder mehr flexiblen Elektroden bereitgestellt ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „verschiedene Separatormembran“ auf eine wie hierin beschriebene Separatormembran, welche nicht in direktem Kontakt mit den zwei oder mehr flexiblen Elektroden ist. Zusätzlich oder alternativ kann jede flexible Elektrode unabhängig eine äußere Schicht einer Separatormembran umfassen. In einigen Beispielen kann die äußere Schicht der Separatormembran(en) die Notwendigkeit zusätzlicher Separatormembranen beseitigen, welche zwischen Elektroden platziert sind. Der MCW kann ferner einen Elektrolyten umfassen, welcher zwischen jeder der zwei oder mehr flexiblen Elektroden positioniert ist.In some aspects, the MCW disclosed herein may comprise two or more flexible electrodes, each flexible electrode comprising a carbon nanotube composite yarn, the carbon nanotube composite yarn comprising carbon nanotubes and secondary particles, and optionally comprising one or more separator membranes. In some aspects, the one or more separator membranes may include a different separator membrane provided between the two or more flexible electrodes. As used herein, the term “different separator membrane” refers to a separator membrane as described herein that is not in direct contact with the two or more flexible electrodes. Additionally or alternatively, each flexible electrode can independently comprise an outer layer of a separator membrane. In some examples, the outer layer of the separator membrane (s) can eliminate the need for additional separator membranes placed between electrodes. The MCW may further include an electrolyte positioned between each of the two or more flexible electrodes.
Gemäß einigen Aspekten können die zwei oder mehr flexiblen Elektroden in einer verdrillten Konfiguration umeinandergewickelt sein. Es ist im Stand der Technik bekannt, dass ein Verdrillen zweier Drähte umeinander die elektromagnetische Interferenz (auch Radiofrequenz, RF, Interferenz in dem RF-Spektralbereich genannt) in den Drähten signifikant reduziert. Gemäß einigen Aspekten kann ein Wickeln oder Verdrillen der zwei oder mehr flexiblen Elektroden umeinander eine elektromagnetische Interferenz in den zwei oder mehr flexiblen Elektroden von Wechselstrom (in der äußeren leitfähigen Schicht) oder von Umgebungsquellen reduzieren oder eliminieren. Optional können die zwei oder mehr flexiblen Elektroden in einer parallelen oder quasi-parallelen Konfiguration vorliegen oder nicht miteinander in Kontakt sein. Eine flexible Isolatorschicht, welche die zwei oder mehr flexiblen Elektroden, die optionale(n) Separatormembran(en) und den Elektrolyten umgibt, kann die zwei oder mehr flexiblen Elektroden und den Elektrolyten innerhalb des MCW enthalten, wodurch eine Batterie innerhalb des MCW bereitgestellt wird. Eine flexible leitende Schicht, zum Beispiel eine Metallschicht, kann die flexible Isolatorschicht umgeben, wobei die Dicke der flexiblen leitenden Schicht in Abhängigkeit der Frequenz eines von der flexiblen leitenden Schicht geführten Wechselstroms variiert. Die flexiblen Elektroden innerhalb des MCW sind aufgrund der darin enthaltenen Kohlenstoffnanoröhren selbststehende flexible Elektroden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „selbststehende Elektrode“ auf eine Elektrode, welche dazu in der Lage ist, ohne eine oder mehrere Komponenten zu funktionieren, welche als eine strukturelle Halterung bereitgestellt sind. Es ist anzumerken, dass gemäß einigen Aspekten jegliches wie hierin beschriebenes Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn eine selbststehende Elektrode sein kann.In some aspects, the two or more flexible electrodes can be wrapped around one another in a twisted configuration. It is known in the prior art that twisting two wires around one another significantly reduces the electromagnetic interference (also called radio frequency, RF, interference in the RF spectral range) in the wires. In some aspects, winding or twisting the two or more flexible electrodes about one another can reduce or eliminate electromagnetic interference in the two or more flexible electrodes from AC power (in the outer conductive layer) or from environmental sources. Optionally, the two or more flexible electrodes may be in a parallel or quasi-parallel configuration, or may not be in contact with each other. A flexible insulator layer surrounding the two or more flexible electrodes, the optional separator membrane (s), and the electrolyte may contain the two or more flexible electrodes and the electrolyte within the MCW, thereby providing a battery within the MCW. A flexible conductive layer, for example a metal layer, can surround the flexible insulating layer, the thickness of the flexible conductive layer varying as a function of the frequency of an alternating current carried by the flexible conductive layer. The flexible electrodes inside the MCW are self-standing flexible electrodes due to the carbon nanotubes they contain. As used herein, the term "self-standing electrode" refers to an electrode that is capable of functioning without one or more components that are provided as a structural support. It should be noted that in some aspects, any carbon nanotube composite yarn as described herein can be a self-standing electrode.
Verfahren zum Herstellen der selbststehenden flexiblen Elektroden sind hierin offenbart. Ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn kann hergestellt werden, indem schwebende Kohlenstoffnanoröhren wachsen gelassen werden, kontinuierlich Bahnen der schwebenden Kohlenstoffnanoröhren entfernt werden, um eine Matte aus den Kohlenstoffnanoröhren bereitzustellen, und parallel Sekundärpartikel auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden, um eine Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte bereitzustellen, und die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte verdichtet wird, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen.Methods of making the self-standing flexible electrodes are disclosed herein. A carbon nanotube composite yarn can be made by growing floating carbon nanotubes, continuously removing sheets of the floating carbon nanotubes to provide a mat of the carbon nanotubes, and in parallel depositing secondary particles on at least a portion of the mat of carbon nanotubes to form a carbon nanotube composite mat and compressing the carbon nanotube composite mat to provide a carbon nanotube composite yarn.
Das Verfahren kann ein Wachsen-Lassen schwebender Kohlenstoffnanoröhren in einem Reaktor umfassen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Nanoröhre“ auf eine Röhre, welche wenigstens eine Dimension im Nanometerbereich aufweist, d. h., wenigstens eine Dimension zwischen etwa 0,6 und 100 nm. Zum Beispiel kann eine Nanoröhre eine Röhre umfassen, welche einen Durchmesser im Nanometerbereich aufweist. Gemäß einigen Aspekten können die Nanoröhren gemäß der vorliegenden Offenbarung aus der Gruppe ausgewählt sein, bestehend aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWNTs), mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWNTs) und Kombinationen davon.The method may include growing suspended carbon nanotubes in a reactor. As used herein, the term "nanotube" refers to a tube that has at least one dimension in the nanometer range; i.e., at least one dimension between about 0.6 and 100 nm. For example, a nanotube may comprise a tube that has a diameter in the nanometer range. In some aspects, the nanotubes according to the present disclosure can be selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes (SWNTs), multi-walled carbon nanotubes (MWNTs), and combinations thereof.
Die schwebenden Kohlenstoffnanoröhren können in einem Reaktor, wie etwa einem chemischen Aufdampf- (CVD - chemical vapor deposition) Reaktor, wachsen gelassen werden. Zum Beispiel zeigt
Beispiele für Kohlenstoffquellen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ein oder mehrere kohlenstoffhaltige Gase, ein oder mehrere Kohlenwasserstofflösungsmittel und Mischungen davon. Spezifische Beispiele umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Gase und/oder Lösungsmittel, welche einen Kohlenwasserstoff, einen Alkohol, einen Ester, ein Keton, einen Aromaten, einen Aldehyd und eine Kombination davon enthalten und/oder daraus bestehen. Zum Beispiel kann die Kohlenstoffquelle ausgewählt sein aus Xylol, Toluol, Propan, Butan, Buten, Ethylen, Ethanol, Kohlenmonoxid, Butadien, Pentan, Penten, Methan, Ethan, Acetylen, Kohlendioxid, Naphthalin, Hexan, Cyclohexan, Benzol, Methanol, Propanol, Propylen, kommerziellen Brenngasen (wie etwa verflüssigtes Petroleumgas, Erdgas und dergleichen) und Kombinationen davon.Examples of carbon sources include, but are not limited to, one or more carbonaceous gases, one or more hydrocarbon solvents, and mixtures thereof. Specific examples include, but are not limited to, gases and / or solvents containing and / or consisting of a hydrocarbon, an alcohol, an ester, a ketone, an aromatic, an aldehyde, and a combination thereof. For example, the carbon source can be selected from xylene, toluene, propane, butane, butene, ethylene, ethanol, carbon monoxide, butadiene, pentane, pentene, methane, ethane, acetylene, carbon dioxide, naphthalene, hexane, cyclohexane, benzene, methanol, propanol, Propylene, commercial fuel gases (such as liquefied petroleum gas, natural gas, and the like), and combinations thereof.
Die Kohlenstoffquellenkammer
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Katalysatorvorläufer“ auf eine Komponente, welche in einen aktiven Katalysator umgewandelt werden kann. Beispiele für Katalysatorvorläufer umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Übergangsmetallsalze, wie etwa ein Nitrat, Acetat, Citrat, Chlorid, Fluorid, Bromid, Iodid und/oder Hydrate davon, und Kombinationen davon. Zum Beispiel kann der Katalysatorvorläufer ein Metallocen, ein Metallacetylacetonat, ein Metallphthalocyanin, ein Metallporphyrin, ein Metallsalz, eine metallorganische Verbindung, ein Metallsulfat, ein Metallhydroxid, ein Metallcarbonat oder eine Kombination davon sein. Zum Beispiel kann der Katalysatorvorläufer ein Ferrocen, Nickelocen, Kobaltocen, Molybdenocen, Ruthenocen, Eisenacetylacetonat, Nickelacetylacetonat, Kobaltacetylacetonat, Molybdänacetylacetonat, Rutheniumacetylacetonat, Eisenphthalocyanin, Nickelphthalocyanin, Kobaltporphthalocyanin, Eisenporphyrin, Nickelporphyrin, Kobaltporphyrin, ein Eisensalz, ein Nickelsalz, Kobaltsalz, Molybdänsalz, Rutheniumsalz oder eine Kombination davon sein. Der Katalysatorvorläufer kann ein lösliches Salz, wie etwa Fe(NO3)3, Ni(NO3)2 oder Co(NO3)2, umfassen, welches in einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser, aufgelöst ist. Der Katalysatorvorläufer kann in der Katalysatorpartikelwachstumszone des Reaktors einen Katalysatorzwischenzustand erreichen und anschließend, in einen aktiven Katalysator umgewandelt werden, wenn er den Nanostrukturwachstumsbedingungen in der Nanostrukturwachstumszone des Reaktors ausgesetzt wird. Zum Beispiel kann der Katalysatorvorläufer ein Übergangsmetallsalz sein, welches in der Katalysatorpartikelwachstumszone in ein Übergangsmetalloxid umgewandelt und dann in der Nanostrukturwachstumszone in aktive katalytische Nanopartikel umgewandelt wird.As used herein, the term "catalyst precursor" refers to a component that can be converted into an active catalyst. Examples of catalyst precursors include, but are not limited to, transition metal salts such as a nitrate, acetate, citrate, chloride, fluoride, bromide, iodide, and / or hydrates thereof, and combinations thereof. For example, the catalyst precursor can be a metallocene, a metal acetylacetonate, a metal phthalocyanine, a metal porphyrin, a metal salt, an organometallic compound, a metal sulfate, a metal hydroxide, a metal carbonate, or a combination thereof. For example, the catalyst precursor may be ferrocene, nickelocene, cobaltocene, Molybdenocen, ruthenocene, iron acetylacetonate, nickel acetylacetonate, cobalt acetylacetonate, molybdenum acetylacetonate, ruthenium acetylacetonate, iron phthalocyanine, nickel phthalocyanine, Kobaltporphthalocyanin, iron porphyrin, nickel porphyrin, Kobaltporphyrin, an iron salt, a nickel salt, cobalt salt, molybdenum salt, ruthenium salt or be a combination of these. The catalyst precursor can comprise a soluble salt, such as Fe (NO 3 ) 3 , Ni (NO 3 ) 2, or Co (NO 3 ) 2 , which is dissolved in a liquid such as water. The catalyst precursor can reach an intermediate catalyst state in the catalyst particle growth zone of the reactor and then be converted to an active catalyst when exposed to the nanostructure growth conditions in the nanostructure growth zone of the reactor. For example, the catalyst precursor can be a transition metal salt which is converted to a transition metal oxide in the catalyst particle growth zone and then converted to active catalytic nanoparticles in the nanostructure growth zone.
Es ist anzumerken, dass, während
Die Kohlenstoffquelle und der Katalysator und/oder der Katalysatorvorläufer können dem Reaktor über ein Trägergas, wie etwa ein inertes Trägergas, zugeführt werden. Zum Beispiel zeigt
Wie in
Das Verfahren kann ein Bereitstellen einer Struktur umfassen, welche eine Matte aus den Kohlenstoffnanoröhren, welche hierin alternativ als „Bahn“ bezeichnet wird, umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Matte“ oder „Bahn“ auf eine verschlungene oder gebündelte Masse, wie etwa eine verschlungene, nicht verdichtete Masse, welche der Nanoröhrenwachstumszone nachgelagert durch die schwebenden Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist. Die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren kann zum Beispiel in und/oder an dem Reaktor und/oder durch kontinuierliches Ziehen der schwebenden Kohlenstoffnanoröhren aus dem Reaktor bereitgestellt werden. Zum Beispiel zeigt
Das Verfahren kann ein Abscheiden eines Sekundärmaterials auf wenigstens einem Abschnitt der Kohlenstoffnanoröhren umfassen, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Gemäß einigen Aspekten kann das Verfahren ein Abscheiden eines Sekundärmaterials auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren umfassen, um eine Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte bereitzustellen, gefolgt von einem Verdichtungsschritt, wobei die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte verdichtet wird, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Das Verfahren kann einen gleichzeitigen Abscheidungs- und Verdichtungsschritt umfassen, wobei das Sekundärmaterial auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden wird, während die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren gleichzeitig verdichtet wird, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Gemäß einigen Aspekten können die Abscheidungs- und/oder Verdichtungsschritte kontinuierliche Schritte sein, welche parallel zu einem kontinuierlichen Ziehen der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren aus dem Reaktor durchgeführt werden, wie hierin beschrieben.The method may include depositing a secondary material on at least a portion of the carbon nanotubes to provide a carbon nanotube composite yarn. In some aspects, the method may include depositing a secondary material on at least a portion of the mat of carbon nanotubes to provide a carbon nanotube composite mat, followed by a densification step wherein the carbon nanotube composite mat is densified to provide a carbon nanotube composite yarn. The method may include a simultaneous deposition and densification step wherein the secondary material is deposited on at least a portion of the carbon nanotube mat while the carbon nanotube mat is simultaneously densified to provide a composite carbon nanotube yarn. In some aspects, the deposition and / or densification steps can be continuous steps that run parallel to continuously pulling the mat of carbon nanotubes from the reactor as described herein.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Sekundärmaterial“ auf ein Material, welches wenigstens ein Material umfasst, das sich von der Kohlenstoffnanoröhrenmatte unterscheidet. Beispiele für Materialien, welche als Sekundärmaterialien gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ein aktives Elektrodenmaterial / aktive Elektrodenmaterialien, Metalle, Metalloxide, Lithiummetalloxide, Lithiumeisenphosphat, Keramiken, kohlenstoffbasierte Materialien und Kombinationen davon. Beispiele für kohlenstoffbasierte Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Graphitpartikel, Graphit- und Graphenflocken, Hartkohlenstoff und Kombinationen davon.As used herein, the term “secondary material” refers to a material that comprises at least one material that differs from the carbon nanotube mat. Examples of materials suitable as secondary materials in accordance with the present disclosure include, but are not limited to, electrode active material (s), metals, metal oxides, lithium metal oxides, lithium iron phosphate, ceramics, carbon-based materials, and combinations thereof. Examples of carbon-based materials include, but are not limited to, graphite particles, graphite and graphene flakes, hard carbon, and combinations thereof.
In einem veranschaulichenden Beispiel ist das kohlenstoffbasierte Material ein aktives Elektrodenmaterial zur Verwendung in einer Elektrode einer Batterie. Aktive Elektrodenmaterialien können Metalloxide sein. Beispiele von Metalloxiden umfassen, sind aber nicht beschränkt auf jegliches Metalloxid, welches als ein aktives Elektrodenmaterial in einer Elektrode verwendet werden kann. In einem veranschaulichenden Beispiel ist das Metalloxid ein Material zur Verwendung in der Kathode einer Batterie. Nicht einschränkende Beispiele für Metalloxide umfassen diejenigen, welche Ni, Mn, Co, Al, Mg, Ti oder jegliche Mischungen davon umfassen. Das Metalloxid kann lithiiert sein. In einem veranschaulichenden Beispiel ist das Metalloxid Lithium-Nickel-Mangan-KobaltOxid (LiNiMnCoO2), Li(Ni,Mn,Co)O2, Li-Ni-Mn-Co-O oder (LiNixMnyCozO2, x+y+z=1). Das Metalloxid kann durch Li-Me-O dargestellt sein. Metalle in Lithiummetalloxiden gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein oder mehrere Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Übergangsmetalle, Aluminium oder Nachübergangsmetalle und Hydrate davon umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Gemäß einigen Aspekten ist das aktive Elektrodenmaterial ausgewählt aus Graphit, Hartkohlenstoff, Metalloxiden, Lithiummetalloxiden und Lithiumeisenphosphat. Gemäß einigen Aspekten kann das aktive Elektrodenmaterial für die Anode ein kohlenstoffbasiertes Material sein, wie hierin beschrieben, umfassend, aber nicht beschränkt auf Graphitpartikel, Graphitflocken, Graphenflocken, Hartkohlenstoff und Kombinationen davon. Das aktive Elektrodenmaterial kann jegliches feste Metalloxidpulver sein, welches aerosolisiert werden kann. Die Metalloxidpulver können eine Partikelgröße aufweisen, welche in einem Bereich zwischen etwa 1 Nanometer und etwa 100 Mikrometer definiert ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel weisen die Metalloxidpartikel eine mittlere Partikelgröße von etwa 1 Nanometer bis etwa 10 Nanometer auf.In an illustrative example, the carbon-based material is an electrode active material for use in an electrode of a battery. Active electrode materials can be metal oxides. Examples of metal oxides include, but are not limited to, any metal oxide that can be used as an electrode active material in an electrode. In an illustrative example, the metal oxide is a material for use in the cathode of a battery. Non-limiting examples of metal oxides include those comprising Ni, Mn, Co, Al, Mg, Ti, or any mixtures thereof. The metal oxide can be lithiated. In an illustrative example, the metal oxide is lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (LiNiMnCoO 2 ), Li (Ni, Mn, Co) O 2 , Li-Ni-Mn-Co-O, or (LiNi x Mn y Co z O 2 , x + y + z = 1). The metal oxide can be represented by Li-Me-O. Metals in lithium metal oxides according to the present disclosure can include, but are not limited to, one or more alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, aluminum, or post transition metals and hydrates thereof. In some aspects, the electrode active material is selected from graphite, hard carbon, metal oxides, lithium metal oxides, and lithium iron phosphate. In some aspects, the electrode active material for the anode may be a carbon-based material as described herein including, but not limited to, graphite particles, graphite flakes, graphene flakes, hard carbon, and combinations thereof. The electrode active material can be any solid metal oxide powder that can be aerosolized. The metal oxide powders can have a particle size which is defined in a range between approximately 1 nanometer and approximately 100 micrometers. In one non-limiting example, the metal oxide particles have an average particle size of about 1 nanometer to about 10 nanometers.
Gemäß einigen Aspekten werden auf Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn basierende flexible selbststehende Elektroden für Anode und Kathode durch eine Einbringung von Graphitflocken oder Li-Me-O-Partikeln entsprechend in CNT-Garn gebildet. Die fadenartigen Elektroden können optional miteinander verdrillt werden und ein Elektrolyt kann hinzugefügt werden, gefolgt von der Abdeckung mit einem polymerbasierten Isolatormaterial. Eine Kupferschicht (oder ein anderes Metall) mit einer gewünschten Dicke kann auf der Oberfläche einer fadenartigen Batterie abgeschieden werden. Die Oberflächenschicht des resultierenden Kabels oder MCW dient als ein typischer Leiter für Wechselstrom (z. B. für einen elektrischen Fahrzeugmotor), während der „Kern“ des Kabels die Energie als eine Batterie bereitstellen kann (
„Alkalimetalle“ sind Metalle der Gruppe I des Periodensystems der Elemente, wie etwa Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium oder Francium."Alkali metals" are metals from Group I of the Periodic Table of the Elements, such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium or francium.
„Erdalkalimetalle“ sind Metalle der Gruppe II des Periodensystems der Elemente, wie etwa Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium oder Radium.“Alkaline earth metals” are metals from group II of the periodic table of the elements, such as beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium or radium.
„Übergangsmetalle“ sind Metalle im d-Block des Periodensystems der Elemente, umfassend die Lanthanid- und Aktinidreihe. Übergangsmetalle umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Scandium, Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Yttrium, Zirkonium, Niob, Molybdän, Technetium, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Cadmium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium, Hafnium, Tantal, Wolfram, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Gold, Quecksilber, Actinium, Thorium, Protactinium, Uran, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium."Transition metals" are metals in the d-block of the periodic table of the elements, including the lanthanide and actinide series. Transition metals include, but are not limited to, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, cadmium, lanthanum, Cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, mercury, actinium, thorium Protactinium, Uranium, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium and Lawrencium.
„Nachübergangsmetalle“ umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Gallium, Indium, Zinn, Thallium, Blei, Wismut oder Polonium."Post-transition metals" include, but are not limited to, gallium, indium, tin, thallium, lead, bismuth, or polonium.
Der Begriff „Elektrode“ bezieht sich auf einen elektrischen Leiter, bei welchem Ionen und Elektronen mit einem Elektrolyten und einem äußeren Stromkreis ausgetauscht werden. „Positive Elektrode“ und „Kathode“ werden in der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet und beziehen sich auf die Elektrode mit dem höheren Elektrodenpotential in einer elektrochemischen Zelle (d. h., höher als die negative Elektrode). „Negative Elektrode“ und „Anode“ werden in der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet und beziehen sich auf die Elektrode mit dem niedrigeren Elektrodenpotential in einer elektrochemischen Zelle (d. h., niedriger als die positive Elektrode). Eine kathodische Reduktion bezieht sich auf einen Zugewinn eines Elektrons / von Elektronen einer chemischen Spezies und eine anodische Oxidation bezieht sich auf einen Verlust eines Elektrons / von Elektronen einer chemischen Spezies.The term “electrode” refers to an electrical conductor in which ions and electrons are exchanged with an electrolyte and an external circuit. “Positive electrode” and “cathode” are used synonymously in this description and refer to the electrode with the higher electrode potential in an electrochemical cell (ie, higher than the negative electrode). “Negative electrode” and “anode” are used synonymously in this description and refer to the electrode with the lower electrode potential in an electrochemical cell (ie, lower than the positive electrode). Cathodic reduction refers to a gain of an electron (s) of a chemical species and anodic oxidation refers to a loss of an electron (s) of a chemical species.
Gemäß einigen Aspekten kann das Sekundärmaterial als Sekundärpartikel bereitgestellt sein, welche auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden. Gemäß einigen Aspekten können die Partikel eine Partikelgröße von etwa 1 Nanometer bis etwa 100 Mikrometer, optional von etwa 1 Nanometer bis etwa 10 Nanometer, aufweisen.
Die Sekundärpartikelkammer
Gemäß einigen Aspekten können die Sekundärpartikel über einen oder mehrere Träger bereitgestellt sein. Beispiele für Träger umfassen jegliche im Stand der Technik bekannte Substanz, welche dazu eingerichtet ist, einem Substrat (zum Beispiel einer Matte aus Kohlenstoffnanoröhren) Sekundärpartikel zuzuführen, wie hierin beschrieben, ohne die Kohlenstoffnanoröhren und/oder die Sekundärpartikel zu beschädigen. Beispiele geeigneter Träger umfassen Gasträger, flüssige Träger und Kombinationen davon. Beispielhafte Gasträger umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Ar, He, N2, trockene Luft und Kombinationen davon. Beispielhafte flüssige Träger umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Wasser, Aceton, Ethanol und Kombinationen davon. Gemäß einigen Aspekten können der eine oder die mehreren Träger mit den Sekundärpartikeln
Das Verfahren kann ein Verdichten der Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte umfassen, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen, wie hierin beschrieben. Zum Beispiel kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte einem Flüssigkeitsbad und/oder einer Walzpresse und/oder einer Spindel und/oder einem zylindrischen Rohr und/oder einer Leitung ausgesetzt werden, wie etwa durch Spinnen, Ziehen und/oder Durchführen der Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte durch oder um das Flüssigkeitsbad und/oder die Walzpresse und/oder die Spindel und/oder das zylindrische Rohr und/oder die Leitung. Auf diese Weise kann die Kohlenstoffnanoröhrenverbundmatte
Wie in
Das Verfahren kann einen gleichzeitigen Abscheidungs- und Verdichtungsschritt umfassen, wie hierin beschrieben, wobei das Sekundärmaterial auf wenigstens einem Abschnitt der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden wird, während die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren gleichzeitig oder etwa gleichzeitig verdichtet wird, um ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Träger, wie hierin beschrieben, dazu eingerichtet sein, gleichzeitig die Sekundärpartikel auf der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren abzuscheiden und die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren zu verdichten. Ein nicht einschränkendes Beispiel für einen solchen Schritt umfasst die Verwendung eines Lösungsmittels, wie hierin beschrieben, wobei das Lösungsmittel als ein Träger verwendet wird, um die Sekundärpartikel auf der Matte aus Kohlenstoffnanoröhren, wie hierin beschrieben, abzuscheiden. Das Lösungsmittel kann gleichzeitig die Matte aus Kohlenstoffnanoröhren verdichten, wie hierin beschrieben (z. B. wie in Bezug auf den in
Der gesamte Prozess zur Herstellung des Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarns kann ein kontinuierlicher Prozess sein. Zum Beispiel kann die Kohlenstoffquelle dem Reaktor
Nach unterschiedlichen Verdichtungsgraden ist das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn eine selbststehende flexible Elektrode und das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn kann optional extern mit einer Separatormembran bedeckt werden. Als eine selbststehende flexible Elektrode kann das Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn Kohlenstoffnanoröhren umfassen, wie hierin beschrieben, mit darauf abgeschiedenen Sekundärpartikeln, wie hierin beschrieben. Das Kohlenstoffnanoröhrengarn kann eine Elektrode (wie etwa eine Elektrode für eine Batterie), eine Elektrode für einen multifunktionalen leitfähigen Draht, ein Superkondensator, eine Solarzelle, ein thermoelektrisches Material, ein Sensor, ein Aktuator, ein Element einer elektronischen Vorrichtung, eine Verbindung oder ein E-Textil sein, abhängig von der Verdichtung, Dotierstoffen, Sekundärpartikeln und verschiedenen Bedingungen, welche während oder nach der Herstellung des Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarns verwendet werden.After different degrees of compression, the carbon nanotube composite yarn is a self-standing flexible electrode and the carbon nanotube composite yarn can optionally be covered externally with a separator membrane. As a self-standing flexible electrode, the carbon nanotube composite yarn can comprise carbon nanotubes, as described herein, with secondary particles deposited thereon, as described herein. The carbon nanotube yarn may be an electrode (such as an electrode for a battery), an electrode for a multifunctional conductive wire, a super capacitor, a solar cell, a thermoelectric material, a sensor, an actuator, an element of an electronic device, a compound, or an E. -Textile, depending on the compression, dopants, secondary particles and various conditions that are used during or after the production of the carbon nanotube composite yarn.
Die selbststehenden flexiblen Elektroden können in einigen Fällen (z. B. bei der Verwendung eines flüssigen Elektrolyten) innerhalb eines Kabels mit wenigstens zwei Elektroden und optional einer oder mehreren Separatormembranen zwischen den wenigstens zwei Elektroden liegen, wobei wenigstens eine der Elektroden ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, wie hierin offenbart. Gemäß einigen Aspekten umfassen wenigstens zwei der Elektroden jeweils ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn, wie hierin offenbart. Das Kabel kann ferner einen Elektrolyten, eine Isolatorschicht und eine leitende Schicht umfassen.The self-standing flexible electrodes can in some cases (e.g. when using a liquid electrolyte) lie within a cable with at least two electrodes and optionally one or more separator membranes between the at least two electrodes, at least one of the electrodes comprising a carbon nanotube composite yarn, such as disclosed herein. In some aspects, at least two of the electrodes each comprise a carbon nanotube composite yarn as disclosed herein. The cable can further comprise an electrolyte, an insulator layer and a conductive layer.
Gemäß einigen Aspekten kann das Kabel oder der MCW die erste Elektrode
Gemäß einigen Aspekten können die erste Elektrode
Der MCW oder das Kabel können ferner einen Elektrolyten (z. B. eine Flüssigkeit, ein Gel, einen Feststoff oder eine Kombination davon) 53 umfassen, welcher im Wesentlichen die erste Elektrode
Für den Elektrolyten geeignete Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Mischungen aus Alkylcarbonaten (z. B. Ethylencarbonat (EC), Dimethyl (DMC), Diethyl (DEC) und Ethylmethylcarbonaten (EMC)) und LiPF6 als die Elektrolytlösung wie auch Gel- und Festelektrolyte.Materials suitable for the electrolyte include, but are not limited to, mixtures of alkyl carbonates (e.g., ethylene carbonate (EC), dimethyl (DMC), diethyl (DEC), and ethyl methyl carbonates (EMC)) and LiPF 6 as the electrolyte solution as well as gel and solid electrolytes.
Materialien, welche für die Isolatorschicht geeignet sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, nichtleitende Materialien, wie etwa polymerbasierte Materialien. Beispielhafte nichtleitende polymerbasierte Materialien umfassen Kunststoffe wie etwa Polyethylen.Materials suitable for the insulator layer include, but are not limited to, non-conductive materials such as polymer-based materials. Exemplary non-conductive polymer-based materials include plastics such as polyethylene.
Für die leitende Schicht geeignete Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Materialien, welche dazu in der Lage sind, Wechselstrom zu leiten, wie etwa Kupfer, Nickel, Aluminium und Legierungen davon. In einem Beispiel umfasst die leitende Schicht
Die Tiefe, bis zu welcher Wechselstrom in einen Leiter eindringt, kann durch eine Skin-Tiefe definiert werden, welche als die Tiefe beschrieben werden kann, bei welcher der Strom auf 37% seines Oberflächenwertes reduziert ist. Die Skin-Tiefe nimmt mit der Frequenz ab. Bei niedrigen Frequenzen, bei welchen die Skin-Tiefe größer als der Drahtdurchmesser ist, ist der Skin-Effekt vernachlässigbar und die Stromverteilung und der Widerstand sind virtuell die gleichen wie bei DC. Wenn die Frequenz ansteigt und die Skin-Tiefe kleiner wird als der Drahtdurchmesser, wird der Skin-Effekt signifikant, der Strom konzentriert sich zunehmend in der Nähe der Oberfläche und der Widerstand pro Längeneinheit des Drahts steigt über seinen DC-Wert an. Nicht einschränkende Beispiele für eine Skin-Tiefe in Kupferdraht bei unterschiedlichen Frequenzen sind: Bei 60 Hz beträgt die Skin-Tiefe eines Kupferdrahts etwa 0,3 Zoll (7,6 mm); bei 60 kHz beträgt die Skin-Tiefe des Kupferdrahts etwa 0,01 Zoll (
Es ist anzumerken, dass das Kabel oder der MCW gemäß der vorliegenden Offenbarung, zum Beispiel wie in den
Wie in
Jegliche elektrische Vorrichtung oder jeglicher elektrische Gegenstand können den wie hierin beschriebenen MCW einschließen, umfassend zum Beispiel einen Elektrofahrzeugmotor. Herkömmliche Elektrofahrzeugmotoren, wie etwa der in
In einem Beispiel kann der Elektrofahrzeugmotor gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Stator umfassen, welcher einen oder mehrere Statorspulen und einen Rotor aufweist. Gemäß einigen Aspekten kann wenigstens ein Abschnitt der einen oder der mehreren Statorspulen eine MCW-Spule umfassen, wie hierin beschrieben. Zusätzlich oder alternativ kann der Rotor eine oder mehrere Rotorspulen umfassen, wobei wenigstens ein Abschnitt der einen oder der mehreren Rotorspulen eine MCW-Spule umfasst, wie hierin beschrieben. Der Elektrofahrzeugmotor kann ferner zum Beispiel einen Kommutator umfassen, welcher in elektrischer Kommunikation mit der einen oder den mehreren Rotorspulen bereitgestellt ist, und eine Bürste, welche den Kommutator kontaktiert.In one example, the electric vehicle motor according to the present disclosure may include a stator having one or more stator coils and a rotor. In some aspects, at least a portion of the one or more stator coils may include an MCW coil as described herein. Additionally or alternatively, the rotor may comprise one or more rotor coils, wherein at least a portion of the one or more rotor coils comprises an MCW coil, as described herein. The electric vehicle motor may further include, for example, a commutator that is provided in electrical communication with the one or more rotor coils and a brush that contacts the commutator.
Ein nicht einschränkendes Beispiel für einen Elektrofahrzeugmotor, welcher gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet ist, ist in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2019/068033 A1 beschrieben, deren Offenbarung hierin in seiner Gesamtheit eingeschlossen ist. Es ist anzumerken, dass der in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2019/068033 A1 beschriebene Motor zusätzlich zu den darin beschriebenen Spulen eine oder mehrere MCW-Spulen der vorliegenden Offenbarung umfassen kann. Zum Beispiel kann ein Permanentmagnet des Stators durch eine Statorspule gebildet oder ersetzt werden, welche eine MCW-Spule umfasst, die als ein Permanentmagnet dient. Zusätzlich oder alternativ können eine oder mehrere der in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2019/068033 A1 beschriebenen Spulen durch eine oder mehrere MCW-Spulen gemäß der vorliegenden Offenbarung ersetzt werden.A non-limiting example of an electric vehicle engine useful in accordance with the present disclosure is described in U.S. Patent Publication No. 2019/068033 A1, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety. It should be noted that the motor described in US Patent Publication No. 2019/068033 A1 may include one or more MCW coils of the present disclosure in addition to the coils described therein. For example, a permanent magnet of the stator can be formed or replaced by a stator coil that includes an MCW coil that serves as a permanent magnet. Additionally or alternatively, one or more of the coils described in US Patent Publication No. 2019/068033 A1 can be replaced by one or more MCW coils in accordance with the present disclosure.
Die vorliegende Offenbarung ist auch auf Verfahren zur Verwendung der Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarne gerichtet, welche gemäß den hierin beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind. Zum Beispiel kann ein Verfahren ein Herstellen eines Gegenstands oder einer Vorrichtung umfassen, wie hierin beschrieben, umfassend die Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarne. Zum Beispiel kann das Verfahren ein Weben der Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarne umfassen, um ein E-Textil bereitzustellen. Das Verfahren kann ein Herstellen eines MCW oder eines Kabels umfassen, wie hierin beschrieben. Zum Beispiel kann das Verfahren ein Bereitstellen einer ersten Elektrode (z. B. einer Anode) und einer zweiten Elektrode (z. B. einer Kathode) in einer optional verdrillten Konfiguration und getrennt durch eine oder mehrere Separatormembranen und/oder einen Elektrolyten umfassen, wobei jede der ersten und der zweiten Elektrode individuell ein Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, wie hierin offenbart. Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen eines die erste und die zweite Elektrode umgebenden Elektrolyten, ein Bereitstellen einer den Elektrolyten umgebenden Isolatorschicht und ein Bereitstellen einer die Isolatorschicht umgebenden leitenden Schicht umfassen.The present disclosure is also directed to methods of using the carbon nanotube composite yarns made according to the methods described herein. For example, a method may include making an article or device as described herein comprising the carbon nanotube composite yarns. For example, the method may include weaving the carbon nanotube composite yarns to provide an e-textile. The method may include manufacturing an MCW or a cable as described herein. For example, the method may include providing a first electrode (e.g., an anode) and a second electrode (e.g., a cathode) in an optionally twisted configuration and separated by one or more separator membranes and / or an electrolyte, wherein each of the first and second electrodes individually comprises a carbon nanotube composite yarn as disclosed herein. The method can further include providing an electrolyte surrounding the first and second electrodes, providing an insulator layer surrounding the electrolyte, and providing a conductive layer surrounding the insulator layer.
Gemäß einigen Aspekten kann ein Verfahren zum Herstellen eines MCW umfassen: Bereitstellen einer ersten flexiblen Elektrode, welche ein erstes Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein erstes Sekundärmaterial (z. B. erste Sekundärpartikel) enthält; Bereitstellen einer zweiten flexiblen Elektrode, welche ein zweites Kohlenstoffnanoröhrenverbundgarn umfasst, welches Kohlenstoffnanoröhren und ein zweites Sekundärmaterial (z. B. zweite Sekundärpartikel) enthält; optional Umgeben der ersten flexiblen Elektrode mit einer ersten Separatormembran; optional Umgeben der zweiten flexiblen Elektrode mit einer zweiten Separatormembran; Umgeben der ersten und der zweiten flexiblen Elektrode mit einem Elektrolyten; Umgeben des Elektrolyten mit einer flexiblen Isolatorschicht; und wenigstens teilweise Umgeben der flexiblen Isolatorschicht mit einer flexiblen leitenden Schicht.In some aspects, a method of making an MCW may include: providing a first flexible electrode comprising a first carbon nanotube composite yarn containing carbon nanotubes and a first secondary material (e.g., first secondary particles); Providing a second flexible electrode which comprises a second carbon nanotube composite yarn which contains carbon nanotubes and a second secondary material (e.g. second secondary particles); optionally surrounding the first flexible electrode with a first separator membrane; optionally surrounding the second flexible electrode with a second separator membrane; Surrounding the first and second flexible electrodes with a Electrolytes; Surrounding the electrolyte with a flexible insulator layer; and at least partially surrounding the flexible insulator layer with a flexible conductive layer.
Es ist anzumerken, dass die hierin beschriebenen Schritte nicht auf eine Reihenfolge beschränkt sind. In dem Fall eines flüssigen Elektrolyten kann das Verfahren zum Herstellen des MCW zum Beispiel ein Bereitstellen einer ersten flexiblen Elektrode und einer zweiten flexiblen Elektrode in einer Konfiguration wie hierin beschrieben umfassen (z. B. in einer parallelen, quasi-parallelen oder verdrillten Konfiguration), wobei die erste flexible Elektrode und die zweite flexible Elektrode mit einer ersten Separatormembran bzw. einer zweiten Separatormembran bereitgestellt sind und/oder eine individuelle Separatormembran zwischen der ersten flexiblen Elektrode und der zweiten flexiblen Elektrode bereitgestellt ist, wie hierin beschrieben. Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen der ersten und der zweiten flexiblen Elektrode in einer Isolatorschicht, wie hierin beschrieben, und ein nachfolgendes Umgeben der ersten und der zweiten flexiblen Elektrode mit einem Elektrolyten, wie hierin beschrieben, umfassen. In diesem Beispiel kann eine flexible leitende Schicht vor, während oder nach jeglichem hierin beschriebenen Schritt bereitgestellt werden.It should be noted that the steps described herein are not limited to any order. In the case of a liquid electrolyte, for example, the method of making the MCW may include providing a first flexible electrode and a second flexible electrode in a configuration as described herein (e.g., in a parallel, quasi-parallel, or twisted configuration), wherein the first flexible electrode and the second flexible electrode are provided with a first separator membrane and a second separator membrane, respectively, and / or an individual separator membrane is provided between the first flexible electrode and the second flexible electrode, as described herein. The method may further include providing the first and second flexible electrodes in an insulator layer, as described herein, and then surrounding the first and second flexible electrodes with an electrolyte, as described herein. In this example, a flexible conductive layer can be provided before, during, or after any step described herein.
In einem anderen Beispiel kann in dem Fall eines Fest- oder Gelelektrolyten das Verfahren zur Herstellung des MCW ein Bereitstellen des Elektrolyten in Verbindung mit (z. B. auf einer Oberfläche von und/oder eingetaucht in) einer ersten flexiblen Elektrode und einer zweiten flexiblen Elektrode umfassen, wobei die erste flexible Elektrode und/oder die zweite flexible Elektrode unabhängig mit oder ohne einer ersten Separatormembran bzw. einer zweiten Separatormembran bereitgestellt sind. Es ist anzumerken, dass die erste Separatormembran und/oder die zweite Separatormembran unabhängig voneinander bereitgestellt werden können, bevor, während und/oder nachdem der Elektrolyt bereitgestellt wird, oder dass die erste Separatormembran und/oder die zweite Separatormembran entfernt werden können. Das Verfahren kann ferner ein nachfolgendes Bereitstellen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einer Konfiguration umfassen, wie hierin beschrieben (z. B. in einer parallelen, quasi-parallelen oder verdrillten Konfiguration). In diesem Beispiel können die erste und die zweite Elektrode in einer Isolatorschicht bereitgestellt werden, bevor, während oder nachdem sie in ihrer endgültigen Konfiguration bereitgestellt werden. Außerdem kann in diesem Beispiel eine flexible leitende Schicht vor, während oder nach jeglichem hierin beschriebenen Schritt bereitgestellt werden.In another example, in the case of a solid or gel electrolyte, the method of making the MCW may include providing the electrolyte in conjunction with (e.g., on a surface of and / or immersed in) a first flexible electrode and a second flexible electrode wherein the first flexible electrode and / or the second flexible electrode are provided independently with or without a first separator membrane and a second separator membrane, respectively. It should be noted that the first separator membrane and / or the second separator membrane can be provided independently of one another before, during and / or after the electrolyte is provided, or that the first separator membrane and / or the second separator membrane can be removed. The method may further include subsequently providing the first electrode and the second electrode in a configuration as described herein (e.g. in a parallel, quasi-parallel, or twisted configuration). In this example, the first and second electrodes can be provided in an insulator layer before, during, or after they are provided in their final configuration. Additionally, in this example, a flexible conductive layer can be provided before, during, or after any step described herein.
Gemäß einigen Aspekten kann ein Bereitstellen einer flexiblen leitenden Schicht, wie hierin beschrieben, mittels jeglicher Technik erfolgen, welche gemäß der vorliegenden Offenbarung geeignet ist. Zum Beispiel kann die flexible leitende Schicht unter Verwendung einer Elektroabscheidungstechnik, einer Elektroplattierungstechnik oder einer Kombination davon bereitgestellt werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die flexible leitende Schicht mittels einer Elektroplattierungstechnik bereitgestellt werden, welche ein Bereitstellen eines elektrischen Stroms umfasst, welcher bewirkt, dass gelöste Metallionen an einer Oberfläche haften, zum Beispiel der Oberfläche einer Isolatorschicht, wie hierin beschrieben. In einem anderen nicht einschränkenden Beispiel kann die flexible leitende Schicht als eine vorgeformte Struktur (z. B. ein vorgeformter länglicher Hohlkörper, wie z. B. ein Rohr) bereitgestellt sein, in welcher eine erste flexible Elektrode, eine zweite flexible Elektrode, eine erste Separatormembran, eine zweite Separatormembran, ein Elektrolyt und/oder eine flexible Isolatorschicht bereitgestellt sein können, wie hierin beschrieben.In some aspects, providing a flexible conductive layer as described herein can be performed using any technique suitable in accordance with the present disclosure. For example, the flexible conductive layer can be provided using an electrodeposition technique, an electroplating technique, or a combination thereof. As an example and not by way of limitation, the flexible conductive layer may be provided using an electroplating technique that includes providing an electrical current that causes dissolved metal ions to adhere to a surface, for example the surface of an insulator layer, as described herein. As another non-limiting example, the flexible conductive layer may be provided as a preformed structure (e.g., a preformed elongated hollow body, such as a tube) in which a first flexible electrode, a second flexible electrode, a first Separator membrane, a second separator membrane, an electrolyte and / or a flexible insulator layer can be provided as described herein.
Verfahren zum Assemblieren eines Gegenstands oder einer Vorrichtung, umfassend einen multifunktionalen leitfähigen Draht (MCW) sind hierin offenbart. Zum Beispiel kann ein Befestigen eines MCW an einer oder mehreren elektrischen Komponenten einer Vorrichtung eine Vorrichtung assemblieren, welche einen MCW umfasst, wobei der MCW gleichzeitig mit einem Bereitstellen oder Speichern von Energie für eine Vorrichtung eine Stromträgerkapazität bereitstellen kann. Ein Wickeln eines MCW zu einer Spule, optional einer Metallkernspule, und ein Befestigen der Spule an einer Komponente kann eine Vorrichtung oder einen Gegenstand, umfassend einen MCW, assemblieren. Gemäß einigen Aspekten können eine Vorrichtung oder ein Gegenstand, umfassend einen MCW, durch ein Befestigen eines MCW als einen Stromträger und eine Energiequelle und/oder einen Energiespeicher für eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Gegenstands assembliert werden.Methods of assembling an article or device comprising a multifunctional conductive wire (MCW) are disclosed herein. For example, attaching an MCW to one or more electrical components of a device can assemble a device comprising an MCW, wherein the MCW can provide current carrying capacity concurrently with providing or storing energy for a device. Winding an MCW into a coil, optionally a metal core coil, and attaching the coil to a component can assemble a device or article comprising an MCW. According to some aspects, a device or an article comprising an MCW can be assembled by attaching an MCW as a power carrier and an energy source and / or an energy store for a component of a device or an article.
Eine Vorrichtung oder ein Gegenstand, welche(r) einen MCW umfasst, kann einen MCW mit einer spezifischen Dicke einer leitenden Schicht verwenden. Gemäß einigen Aspekten kann die Dicke einer leitenden Schicht gemäß der Wechselstromfrequenz in einer Vorrichtung bestimmt werden. Bei Gleichstrom hängt der Widerstand eines massiven Metallleiters von seiner Querschnittsfläche ab; ein Leiter mit einer größeren Fläche weist bei einer gegebenen Länge einen geringeren Widerstand auf. Bei hohen Frequenzen dringt Wechselstrom aufgrund von in dem Material induzierten Wirbelströme nicht tief in Leiter ein; er neigt dazu, nahe der Oberfläche zu fließen, was als Skin-Effekt bekannt ist. Da weniger der Querschnittsfläche des Drahts verwendet wird, ist der Widerstand des Drahts größer als bei Gleichstrom. Je höher die Frequenz des Stroms ist, desto geringer ist die Tiefe, zu welcher der Strom eindringt, und der Strom wird in einer zunehmend kleineren Querschnittsfläche entlang der Oberfläche geführt, so dass der Wechselstromwiderstand des Drahts mit der Frequenz zunimmt.A device or article comprising an MCW may use an MCW with a specific thickness of a conductive layer. In some aspects, the thickness of a conductive layer can be determined according to the AC frequency in a device. With direct current, the resistance of a solid metal conductor depends on its cross-sectional area; a conductor with a larger area has less resistance for a given length. At high frequencies, alternating current does not penetrate deep into conductors due to eddy currents induced in the material; it tends to flow near the surface, known as the skin effect. Because less of the cross-sectional area of the wire is used, the resistance of the wire is greater than that of direct current. The higher the frequency of the current, the more the depth to which the current penetrates is less and the current is conducted in an increasingly smaller cross-sectional area along the surface, so that the AC resistance of the wire increases with frequency.
Diese detaillierte Beschreibung verwendet Beispiele, um die Offenbarung, umfassend die bevorzugten Aspekte und Variationen, darzustellen und es jeglichem Fachmann zu ermöglichen, die offenbarten Aspekte zu praktizieren, umfassend ein Herstellen und Verwenden jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und ein Durchführen jeglicher eingeschlossener Verfahren. Der patentierbare Umfang der Offenbarung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, welche dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen innerhalb des Umfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, welche sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche umfassen. Aspekte aus den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen wie auch andere bekannte Äquivalente für jeden dieser Aspekte können von einem Durchschnittsfachmann gemischt und angepasst werden, um zusätzliche Ausführungsformen und Techniken im Einklang mit den Prinzipien dieser Anmeldung zu konstruieren.This detailed description uses examples to illustrate the disclosure, including the preferred aspects and variations, and to enable any person skilled in the art to practice the disclosed aspects, including making and using any devices or systems and performing any included methods. The patentable scope of the disclosure is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with insubstantial differences from the literal language of the claims. Aspects from the various described embodiments, as well as other known equivalents for each of these aspects, can be mixed and matched by one of ordinary skill in the art to construct additional embodiments and techniques in accordance with the principles of this application.
Gemäß einigen Aspekten können verschiedene elektrische Vorrichtungen einen MCW einschließen, um eine elektrische Vorrichtung effizienter zu machen, zum Beispiel mit einem größeren Energie-zu-Gewicht-Verhältnis, mit einer Energiespeicherfähigkeit ohne eine externe Batterie oder mit Energie, welche von dem MCW bereitgestellt wird. Während die hierin beschriebenen Aspekte in Verbindung mit den oben umrissenen beispielhaften Aspekten beschrieben worden sind, können verschiedene Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und/oder wesentliche Äquivalente, ob bekannt oder gegenwärtig unvorhergesehen, für den Durchschnittsfachmann offensichtlich werden. Dementsprechend sollen die beispielhaften Aspekte, wie oben dargelegt, veranschaulichend, nicht einschränkend, sein. Es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Geist und dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Daher soll die Offenbarung alle bekannten oder später entwickelten Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und/oder wesentlichen Äquivalente einbeziehen.In some aspects, various electrical devices may include an MCW to make an electrical device more efficient, for example with a greater energy-to-weight ratio, with energy storage capability without an external battery, or with energy provided by the MCW. While the aspects described herein have been described in conjunction with the exemplary aspects outlined above, various alternatives, modifications, variations, improvements, and / or substantial equivalents, whether known or presently unforeseen, may become apparent to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the exemplary aspects set forth above are intended to be illustrative, not restrictive. Various changes can be made without departing from the spirit and scope of the disclosure. Therefore, the disclosure is intended to embrace all known or later developed alternatives, modifications, variations, improvements and / or substantial equivalents.
Eine Bezugnahme auf ein Element im Singular soll nicht „einzig und allein eines“ bedeuten, es sei denn, dies ist ausdrücklich angegeben, sondern eher „eines oder mehrere“. Alle strukturellen und funktionellen Äquivalente zu den Elementen der verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Aspekte, welche dem Fachmann bekannt sind oder später bekannt werden, sind hierin ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen. Darüber hinaus soll nichts hier Offenbartes der Öffentlichkeit gewidmet sein.Any reference to an element in the singular is not intended to mean “only one”, unless specifically stated, but rather “one or more”. All structural and functional equivalents to the elements of the various aspects described in this disclosure that are known to those skilled in the art or later become known are expressly incorporated herein by reference. Furthermore, nothing disclosed here is intended to be devoted to the public.
Ferner wird das Wort „Beispiel“ hier verwendet, um „als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend“ zu bedeuten. Jeglicher hierin als ein „Beispiel“ beschriebene Aspekt ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten auszulegen. Sofern nicht anders angegeben, bezieht sich der Begriff „einige“ auf eines oder mehrere. Kombinationen wie etwa „wenigstens eines aus A, B oder C“, „wenigstens eines aus A, B und C“ und „A, B, C oder jegliche Kombination davon“ umfassen jegliche Kombination aus A, B, und/oder C und können ein Vielfaches von A, ein Vielfaches von B oder ein Vielfaches von C umfassen. Insbesondere Kombinationen wie etwa „wenigstens eines aus A, B oder C“, „wenigstens eines aus A, B und C“ und „A, B, C oder jegliche Kombination davon“ können nur A, nur B, nur C, A und B, A und C, B und C oder A und B und C sein, wobei jegliche solchen Kombinationen ein oder mehrere Elemente von A, B oder C enthalten können.Further, the word “example” is used herein to mean “serving as an example, instance, or illustration”. Any aspect described herein as an “example” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other aspects. Unless otherwise specified, the term “some” refers to one or more. Combinations such as “at least one of A, B or C”, “at least one of A, B and C” and “A, B, C or any combination thereof” include any combination of A, B, and / or C and may a multiple of A, a multiple of B, or a multiple of C. In particular, combinations such as “at least one of A, B or C”, “at least one of A, B and C” and “A, B, C or any combination thereof” can only be A, only B, only C, A and B , A and C, B and C, or A and B and C, any such combination including one or more elements of A, B or C.
Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ so definiert, dass sie wie von einem Fachmann verstanden, nahe bei bedeuten. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ so definiert, dass sie innerhalb 10%, vorzugsweise innerhalb 5%, stärker bevorzugt innerhalb 1% und am meisten bevorzugt innerhalb von 0,5% bedeuten.As used herein, the terms "about" and "approximately" are defined to mean close to as understood by one of ordinary skill in the art. In one non-limiting embodiment, the terms “about” and “approximately” are defined to mean within 10%, preferably within 5%, more preferably within 1%, and most preferably within 0.5%.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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US 16/446389 [0001]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- 19. Juni 2019, mit dem Titel „Composite Yarn and Method of Making a Carbon Nanotube Composite Yarn‟ [0001]June 19, 2019, entitled "Composite Yarn and Method of Making a Carbon Nanotube Composite Yarn" [0001]
- 28. Februar 2020, mit dem Titel „Multifunctional Conductive Wire and Method of Making‟ [0001]February 28, 2020, entitled “Multifunctional Conductive Wire and Method of Making” [0001]
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19. Juni 2019, mit dem Titel „Composite Yarn and Method of Making a Carbon Nanotube Composite Yarn‟ |
28. Februar 2020, mit dem Titel „Multifunctional Conductive Wire and Method of Making‟ |
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