TWI601330B - 電極材料及能量儲存設備 - Google Patents

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Description

電極材料及能量儲存設備
本發明是有關於一種電極材料，特別是指一種用於數個電極之細微多孔材料，以及其在電能儲存裝置中的應用。
諸如超級電容器或鋰電池之電能量儲存裝置廣泛用於電動車、油電混合車、可攜式電子裝置，及定置型電能量儲存。一電能量儲存設備之數個電極一般需具有大的表面積以達成高的能量容量。在超級電容器中，這可藉由以下方式來達成：螺旋捲繞數個由數個薄絕緣塑膠材或數個薄絕緣紙材所隔開的長導電箔，及/或採用由一具有特殊結構或成分之材料所製成之電極或採用塗覆有該材料之電極。
本發明是有關於一種電極材料，特別是指一種用於電極之細微多孔材料，以及其在電能儲存裝置中的應用。
諸如一超級電容器或一電池的現有電能量儲存設備的數個電極，可以一諸如活性碳之多孔材料來製成或塗覆該多孔材料，以增加該等電極之該等相對表面積，因而進一步提升儲存於其內的電能量之容量。此種碳電極材料之顆粒尺寸之範圍通常在0.5微米-100微米，且孔隙率之範圍約為90%-95%。此種碳電極材料之孔洞尺寸之變化量可為25奈米-1000奈米。
此處所揭示者包括一電極材料。該電極材料包括一高表面積對體積比的細微陣列多孔材料。此細微陣列多孔材料可具有膜之形狀，可具有一大於100平方公分之表面積，諸如20公分×20公分，可具有一例如小於約1000微米之孔洞尺寸(較佳是小於約0.1微米)，且可具有一約為40%-85%之孔隙率，較佳是約74%。在該細微陣列多孔材料中的該等孔洞之尺寸實質上均一且變化量小於約20%，較佳是小於約10%。這些特性使得該電極材料之不同區域間具有穩定質量傳遞，因而可有效降低局部電阻加熱情況，而此局部電阻加熱情況是肇因於該電極材料之不均一成分所造成的不均勻的電阻分布。此外，該細微陣列多孔材料之明顯較大的空隙使得電解質可能在該等電極材料中均勻擴散，因而使電荷可穩定地儲存在該等電極之表面上，而此特性是一習知碳電極材料所無法達到的。
在一些實施例中，用於數個電極中的該細微陣列多孔 材料可包括數個填充一固態材料之晶界區域，以提高該細微陣列多孔材料之一機械強度，其中，該比表面積大於4100/毫米，該尺寸變化量小於約10%，且該等晶界區域之尺寸約為5微米-15公分。
在一些實施例中，用於數個電極之該細微陣列多孔材料包括一金屬，諸如鎳、鋁、鈦、錫、錳，及釕。在一些實施例中，該金屬細微陣列多孔材料可被進一步處理以形成一金屬氧化物，諸如在該鎳、鋁、鈦、錫、錳，及釕細微陣列多孔材料之表面上分別形成氧化鎳、三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化錫、二氧化錳、三氧化二錳、氧化釕，及二氧化釕。在一些實施例中，該金屬細微陣列多孔材料可以一金屬氧化物塗覆。例子包括一鋁細微陣列多孔電極材料以二氧化釕塗覆，且一鈦細微陣列多孔電極材料以氧化鉭塗覆。在另一些其他實施例中，該細微陣列多孔電極材料可完全包括一金屬氧化物，諸如二氧化釕、二氧化鈦、二氧化錳、三氧化二錳，及三氧化二鐵。在一些其他實施例中，該細微陣列多孔電極材料可包括聚苯基乙烯(PPV)、聚吡咯(PPY)、聚乙炔(PAC)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PT)、聚二氧乙基噻吩(PEDOT)或聚苯硫醚(PPS)之導電聚合物，且其中，該導電聚合物包括用作偽電容器之大分子。
在一些實施例中，用於數個電極之該細微陣列多孔材料還可包括在該等孔洞之空隙中的額外更小的電極材料。這些更小的電極材料之例子包括石墨、石墨稀、中間相碳微球(mesocarbon microspheres)、石油焦、碳纖維、熱解碳樹脂，或鋰鈷氧化物。此特性可進一步加大包括該等細微陣列多孔電極材料(具有額外更小的電極材料)之該等電極之相對表面積。
在一些實施例中，應用於該等電極中的該細微陣列多孔材料還可包括一層位於該電極之表面上之粒狀介電材料，其可加大該等電極之相對表面積。該介電材料可選自於三氧化二鋁、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇(BaxSr1-xTiO3)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)，或二氧化鈦中的至少一者。
在一些實施例中，該電能量儲存設備是一超級電容器，其中，該正電極及/或該負電極包括一細微陣列多孔電極材料。由於在該等雙層電容器中該等電極之極大的相對表面積，故該等超級電容器可具有遠高於習知電容器之雙層電容。在一超級電容器還包括一形成在該細微陣列多孔電極材料上的金屬氧化物(諸如二氧化錳、氧化鎳、二氧化釕)之一些實施例中，在該等電極中使用該金屬氧化物還可大幅提升該超級電容器之法拉第偽電容(pseudocapacitance)。這些特性可導致儲存在該等超級電容器中的電能量容量的大幅提升。
在一些實施例中，該電能量儲存設備是一超級電容器，其包括數個金屬細微陣列多孔電極及一在該等電極之表面之金屬氧化物，諸如鎳/氧化鎳、鋁/三氧化二鋁及鈦/二氧化鈦。該超級 電容器可具有明顯降低的電阻，且因而可具有大幅改善的充電及放電速率及循環壽命。
該設備包括一超級電容器，該超級電容器包括一第一金屬氧化物細微陣列多孔層及一第二金屬氧化物細微陣列多孔層，其中，該第一金屬氧化物細微陣列多孔層之導電率大於該第二金屬氧化物細微陣列多孔層之導電率。
該第一金屬氧化物細微陣列多孔層包括銦錫氧化物或銦鋅氧化物、導電聚合物中的至少一者，且其中該第二金屬氧化物細微陣列多孔層包括一金屬氧化物或一聚合物。
此設計可降低由於電阻所產生的熱量，且可縮短電子進入該等金屬氧化物電極之傳遞距離，導致能量儲存時電阻降低及能量耗損降低。此外，該電極材料及該電容器電極導體可一體成型或連接，藉以減少在該電極材料及數條外部電極導線間產生電阻之情況發生。由於該導電電流收集器及該細微陣列電極材料間的有效電連接，此金屬-金屬氧化物之設計與一習知超級電容器比較下，可具有一明顯降低的電阻，而該習知超級電容器通常具有一高電阻，且高電阻是由於在該電流收集器及該電極材料(諸如活性碳)之間的非理想連接。
在一些實施例中，該電能量儲存設備是一超級電容器，其包括一設置於一陽極及一陰極間的隔板。
在一些實施例中，該隔板可以是一離子交換膜/微孔洞膜。在一些實施例中是使用數個細微陣列多孔膜。舉例來說，可使用一第一細微陣列多孔材料做為一陰極，可使用一第二細微陣列多孔材料做為一陽極，可使用一具有不同孔洞尺寸之第三細微陣列多孔膜做為一隔板。
在一些其他實施例中，該電解質本身可做為一超級電容器之一陰極，且該細微陣列多孔材料可做為陽極。在此設計中，可以不需要一專用的隔板，而以該金屬氧化物塗層做為一電隔板。
在一些實施例中，一溶液狀電解質用於該超級電容器中。在一些其他實施例中，一非溶液狀電解質可用於該超級電容器中。
在一些實施例中，該電解質可用作一電極。該電解質可以是由一有機材料組成的液體，或一設置於該等孔洞中的固態粉末。
在一些實施例中，該電能量儲存設備是一高容量、長效電源電池，其包括數個超級電容器，其中，該等超級電容器包括一在該等電極中的細微陣列多孔材料。該電源電池可使用於例如電動車，及家庭能量儲存中。
在一些實施例中，該電能量儲存設備是一高功率電池，其可在一短期間內進行一高功率輸出，其中，該高功率電池包 括數個超級電容器，該等超級電容器包括一在每一個超級電容器的該等電極中的細微陣列多孔材料。此類型的電池可使用做為例如一起動器。
在一些實施例中，該電能量儲存設備是一鋰離子電池。該鋰離子電池之正極(陽極)包括一金屬細微陣列多孔材料，其中，該金屬細微陣列多孔材料之表面具有鋰三元過渡金屬氧化物之一成分，諸如鋰-二氧化錳及磷酸鐵鋰。在一些實施例中，該鋰電池之負極(陰極)也包括一細微陣列多孔材料，且成分的例子包括銅、鎳及錳。
101‧‧‧薄膜
102‧‧‧剖面視圖
103‧‧‧2D視圖
104‧‧‧3D視圖
210‧‧‧細微陣列多孔材料
211‧‧‧孔洞
430‧‧‧隔板
440‧‧‧電解質
500‧‧‧超級電容器或電池
502‧‧‧電流收集器
504‧‧‧電流收集器
506‧‧‧隔板
212‧‧‧中間相碳微球
220‧‧‧細微陣列多孔材料
221‧‧‧孔洞
222‧‧‧石墨烯
300‧‧‧超級電容器
301‧‧‧正電極
302‧‧‧負電極
303‧‧‧細微陣列多孔材料
304‧‧‧細微陣列多孔材料
305‧‧‧導電電流收集器
306‧‧‧導電電流收集器
307‧‧‧隔板
308‧‧‧電解質
310‧‧‧負載電阻
312‧‧‧電源
400‧‧‧鋰離子電池
410‧‧‧陰極
411‧‧‧正電流收集器
412‧‧‧細微陣列多孔陰極材料
420‧‧‧陽極
421‧‧‧負電流收集器
422‧‧‧細微陣列多孔陽極材料
508‧‧‧高表面積多孔材料
510‧‧‧顆粒及/或纖維
512‧‧‧電解質
514‧‧‧孔洞
516‧‧‧電雙層結構
600‧‧‧鋰電池
602‧‧‧陰極
604‧‧‧電解質
606‧‧‧離子物質
608‧‧‧奈米多孔碳材料
700‧‧‧超級電容器或電池
702‧‧‧電流收集器
704‧‧‧電流收集器
706‧‧‧多孔負電極
708‧‧‧多孔正電極
710‧‧‧隔板
712‧‧‧介面陶瓷層
714‧‧‧石墨材料
716‧‧‧電解質
718‧‧‧金屬材料
720‧‧‧黏結劑
圖1說明一用於一能量儲存設備之數個電極之細微陣列多孔材料；圖2說明根據一些實施例，數個細微陣列多孔電極材料包括在該等孔洞內的數個額外更小的電極材料；圖3說明根據一些實施例，一超級電容器包括一在其數個電極中的細微陣列多孔材料；圖4說明根據一些實施例，一鋰電池包括一在其數個電極中的細微陣列多孔材料；圖5是根據一些實施例，一超級電容器或一電池之一剖 面視圖；圖6是根據一些實施例，一鋰電池之一示意圖；圖7是根據一些其他實施例，一超級電容器或一電池之一剖面視圖；圖8說明用來製造一細微陣列多孔膜之一數個緊密堆積膠體顆粒之模板；圖9說明移除該模板後的一細微陣列多孔膜；圖10說明一大面積細微陣列多孔膜；及圖11說明一可撓性細微陣列多孔膜，其可使用做為可撓性電子之一電源。
圖1說明用於一電能量儲存設備之該等電極中的一高表面積對體積比的細微陣列多孔材料，該電能量儲存設備諸如一超級電容器或一鋰電池。該細微陣列多孔材料之形狀可為一膜101。該細微陣列多孔材料之表面積可大於100平方公分，諸如20公分×20公分，且例如從其剖面視圖102來看的厚度可為25微米。該細微陣列多孔材料包括數個高度堆積的細微陣列孔洞，如2D視圖103及3D視圖104中所示。該等孔洞之尺寸可例如為小於約1000微米，且較佳是小於約0.1微米。該等孔洞之孔隙率可為40%-85%， 較佳是約74%。該細微陣列多孔材料中之該等孔洞之尺寸實質上均一且變化量小於約20%，較佳是小於約10%。
由於該等孔洞之尺寸及孔隙率非常小，故揭示於圖1中的該電能儲存設備之該等電極可具有一相當大的表面積，且因而也具有一用以儲存電能量之相當大的容量，而明顯大於現有超級電容器及鋰電池之傳統電極材料之容量。此外，如2D視圖103及3D視圖104中所示的該細微陣列多孔電極材料之週期性結構使得電解質被均勻地吸收，並順利地輸送至該等電極。並且由於此特性，電解質溶液之濃度以及內電阻較穩定，且壽命及充電/放電週期可以延長。
圖2說明根據一些實施例，數個細微陣列多孔電極材料包括在該等孔洞中的額外更小的電極材料。在一實施例中，一細微陣列多孔材料210具有數個孔洞211，且該等孔洞211包括數個更小的中間相碳微球(mesocarbon microspheres)212。在另一實施例中，一細微陣列多孔材料220具有數個孔洞221，且該等孔洞221包括數個更小的石墨烯222。
圖3說明根據一些實施例，一超級電容器300包括在兩電極301及302中的細微陣列多孔材料。該正電極301包括一細微陣列多孔材料303及一導電電流收集器305。該負電極302包括一細微陣列多孔材料304及一導電電流收集器306。該超級電容器300還可 包括一隔板307。如上所述，根據一些實施例，可以不需要該專用的隔板，而可以是一做為該等細微陣列多孔材料之整體部分之氧化物。一電解質308可設置於該超級電容器中以使該等電流收集器305、306與該隔板307接觸。該超級電容器300可與一負載電阻310及一電源312一同運作。
由於雙層電容器中的電極之比表面積非常大，使得數個包括細微陣列多孔材料之超級電容器可具有遠高於傳統電容器之雙層電容。在一超級電容器包括在該細微陣列多孔材料中的一金屬氧化物(諸如二氧化錳、氧化鎳、二氧化釕)之一些實施例中，在該等電極中使用該金屬氧化物還可大幅提升該超級電容器之法拉第偽電容(pseudocapacitance)。這些特性都可導致儲存在該等超級電容器中的電能量容量的大幅提升。
電子儲存能力的改善可基於比表面積公式從工作表面積來估算：
其中s v 為比表面積，d為平均孔洞直徑，單位為毫米，θ為孔洞比(porous ratio)或孔隙率(porosity)。例如，對於d=0.01毫米，90%之孔洞比而言，比表面積為2425/毫米。例如，對於數個鋰電池碳電極或數個超級電容器碳電極而言，工作孔隙率可以在 0.9-0.95之範圍內。對於此處所揭示的多孔材料(例如，一反蛋白石結構)，孔隙率約為0.74。對應地，所計算出的參數可比較如下：
如以上方程式及表1所示，由於小的孔洞尺寸及較小的孔隙率，根據此處所揭示的實施例，該等多孔材料當使用做為電極時，其工作表面積實質上大於碳電極之工作表面積。在一些實施例中，該細微多孔材料使該比面積提升約為碳超級電容器電極之比面積的2.8倍，或可使其比表面積大於一碳超級電容器電極之比面積。在一些其他實施例中，該比面積可大於100倍。當應用至超級電容器電池時，優異的工作電極表面積也顯著地改善超級電容器之性能。
該細微陣列多孔結構可由金屬導體製成，且材料表面可氧化而形成金屬氧化物，諸如鎳/氧化鎳、鋁/氧化鋁、鈦/二氧化鈦、錫/二氧化錫、錳/二氧化錳。或者，該等金屬導體可塗覆一或 多層貴金屬氧化物，諸如鋁/二氧化釕、鈦/氧化鉭等。在一些實施態樣中，該細微陣列多孔結構可以二氧化釕、二氧化鈦、二氧化錳等來整合製造。
藉由使用此處所揭示的細微陣列多孔結構來形成一超級電容器之陽極或陰極，除了可增加比面積而大幅增加雙層電容器面積之外，由於材料的選擇，諸如氧化物(二氧化釕、氧化鎳、二氧化錳等)，加上法拉第電容特性，該超級電容器之電力儲存容量可大幅提升。
使用於該等超級電容器之材料可選自於，例如，鎳/氧化鎳、鋁/三氧化二鋁、銅/氧化銅、鈦/二氧化鈦、二氧化釕、三氧化二錳、氧化錳、二氧化鉭等。一製造系統可用以製造該等合適的細微陣列多孔材料。該系統可包括：一膠體顆粒模板形成部分，被設計來製造一膠體顆粒模板；一滲透部分，被設計來將一滲透物質滲入該膠體顆粒模板；及一模板移除部分，被設計來移除該膠體晶體模板並保持該滲透物質實質上完整。製造過程可包括以下步驟。
圖4說明根據一些實施例，一鋰離子電池400，包括在其數個電極中之一細微陣列多孔材料。該鋰離子電池400包括一陰極410及一陽極420。該陰極410及該陽極420被一可供鋰離子通過的隔板430隔開。該陰極410包括一正電流收集器411及一細微陣列多孔陰極材料412。該陽極420包括一負電流收集器421及一細微陣 列多孔陽極材料422。一包括鋰離子的電解質440被設置於該鋰離子電池400中。
在一些實施例中，該鋰離子電池之陽極包括一金屬細微陣列多孔材料，其中該金屬細微陣列多孔材料之表面具有鋰三元過渡金屬氧化物之成分，諸如鋰-二氧化錳及磷酸鐵鋰。在一些實施例中，該鋰離子電池之陰極也可包括一細微陣列多孔材料，且其成分的例子包括銅、鎳，或錳。
圖5是根據一些實施例，一超級電容器或一電池500之一剖面視圖。該結構可包括兩個電流收集器502、504、一隔板506，及一被夾在其中的高表面積多孔材料508。該材料508可包括數個顆粒及/或數個纖維510。一電解質512可設置於該等顆粒或該等纖維510之間。該等顆粒或該等纖維510中可具有數個孔洞514。電雙層結構516可形成於該等顆粒或該等纖維510周圍。藉由該雙層結構516中的電荷分離，可實現能量儲存。
圖6是根據一些實施例，一鋰電池600之一示意圖。該鋰電池600可包括一電極，諸如一陰極602，其可包括一細微陣列多孔材料，以及一用以在特定能量下產生及打破鋰-氧以及氧-氧鍵結的催化劑。該鋰電池600還可包括一電解質604。根據一些實施例，該電解質604可以是一固態電解質，被設計來穩定該電解質604及該陰極602間的界面。該穩定的電解質604也提供了良好的離子 導電性。可包括相容的界面薄膜以做為分離之用。離子物質606可穿過一奈米多孔碳材料608而被供給至該鋰電池600以做為輸送及導電之用。
圖7是根據一些其他實施例，一超級電容器或一電池700之一剖面視圖。該結構700可包括兩個電流收集器702、704、一多孔負電極706、一多孔正電極708、一隔板710及其相關的界面陶瓷層712。該多孔負電極706可包括一設置於一電解質716中的石墨材料714。該多孔正電極708可包括使用一聚合物黏結劑720黏結的一金屬材料718。
在一些實施例中，上述用於該等電極之該等多孔材料可使用3D列印技術來製造。在3D列印中，諸如晶界之參數可被設計至控制程式中。在一些實施例中，藉由3D列印製造的該等多孔材料包括少的晶界或沒有晶界。使用一台3D列印機，可列印出週期性結構，例如FCC、HCP、BCC、SC、DC或其他週期性結構。
在一些其他實施例中，該等多孔材料可使用以下所述方法來製造。
(1)一包括一實質上尺寸均一之膠體奈米球懸浮液之電泳溶液可被設置於一電泳槽中。一工作電極可包括一可移動連續導電捲帶。該可移動連續導電捲帶被設計來供給至該電泳槽中、提供一表面用以在該電泳槽中形成一膠體顆粒模板，並在該膠體顆粒 模板之電泳自組裝完成時移出該電泳槽外。該工作電極可以一速率變化量被供給，諸如0.1微米/秒-5毫米/秒，或以一固定速率或無速率變化量(0微米/秒)。在一些實施例中，該工作電極可以是一固體，諸如一金屬板、一矽晶圓、銦錫氧化物(ITO)玻璃等。一自組裝膠體顆粒模板如圖8所示。
(2)該膠體顆粒模板可被輸送，例如藉由使用該導電捲帶或其他基板，而經過該烘箱以進行乾燥。該乾燥過程可在該模板移動時進行或靜止於該烘箱內時進行。
(3)來自攜帶乾燥膠體顆粒模板的該電泳部分之該工作電極(例如，捲帶)可被供給至一沉積槽以進行鍍覆(諸如電鍍、溶膠凝膠法、化學氣相沉積、物理氣相沉積等)。使用均勻堆疊顆粒之細微陣列做為一模板，金屬、聚合物、陶磁或其他材料可鍍覆在該模板上以填充該等顆粒間的空間，以在該膠體顆粒模板上形成一細微陣列多孔膜。
(4)可使用一蝕刻溶液來移除該膠體顆粒模板，因而可獲得該細微陣列多孔膜。具有一高比表面積之一細微陣列多孔膜之一例子如圖9所示。
(5)該基板可從包括緊密堆疊孔洞之該細微陣列多孔膜被移除，且該產生的膜可具有一大的面積，如圖10所示。該產生的膜也可以是具可撓性的，如圖11所示。
(6)該細微陣列多孔膜可被切割以獲得數片膜或特定形狀與尺寸以用於各種應用。
該可撓性細微陣列多孔材料可使用做為具有非傳統形狀之電極。例如，根據一些實施例，可提供一圓柱形電極。例如，根據一些實施例，可提供可撓性電極，及因而可提供可撓性超級電容器及電池，例如做為可穿戴式電子之部分。
此處所揭示的一或多個實施例之一或多個優點可包括，例如，降低電極電阻、改良電解質濃度，及較高的比面積利用率。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
101‧‧‧薄膜
102‧‧‧剖面視圖
103‧‧‧2D視圖
104‧‧‧3D視圖

Claims (22)

  1. 一種電極材料，用於一電能量儲存設備，該電極材料包含一細微陣列多孔材料，其中：該細微陣列多孔材料包括數個孔洞及數個填充一固態材料之晶界區域，其中該等孔洞具有一小於約1000微米之尺寸；該等孔洞之該尺寸實質上均一且變化量小於約20%；及該細微陣列多孔材料具有一約為40%-85%之孔隙率。
  2. 如請求項1所述的電極材料，其中，該電能量儲存設備是一超級電容器，且該細微陣列多孔材料包括鎳、鋁、鈦、錫、錳、鋯、釩、鈮、鉭、鎢、鉻、鐵、鈷、銠、銥、鉑、鈀、銅、銀、金或釕中的至少一者。
  3. 如請求項2所述的電極材料，其中，該細微陣列多孔材料還包括一在該細微陣列多孔材料之表面上的金屬氧化物，且該金屬氧化物是來自於用於該細微陣列多孔材料中的該金屬。
  4. 如請求項2所述的電極材料，其中，該細微陣列多孔材料還包括一在該細微陣列多孔材料之表面上的金屬氧化物，且該金屬氧化物包括二氧化釕、氧化鉭、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鋯鈦酸鉛、氧化亞銅、氧化鋅、三氧化二鐵、四氧化三鈷、二氧化錫、五氧化二釩、氫氧化鎳、氫氧化鈷或鋯鈦酸鉛鑭中的至少一者。
  5. 如請求項1所述的電極材料，其中，該電能量儲存設備是一超級電容器，且該細微陣列多孔材料包括二氧化釕、二氧化鈦、四氧化三鈷、二氧化錫、五氧化二釩或二氧化錳中的至少一者。
  6. 如請求項2所述的電極材料，其中，該細微陣列多孔材料還包括在該等孔洞之空隙中之一第二材料。
  7. 如請求項6所述的電極材料，其中，該第二材料包括石墨烯、石墨烷、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解碳樹脂，或鋰鈷氧化物中的至少一者。
  8. 如請求項2所述的電極材料，還包含一層粒狀介電材料，位於該細微陣列多孔材料之一表面。
  9. 如請求項8所述的電極材料，其中，該介電材料包括三氧化二鋁、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇、鋯鈦酸鉛、氧化鉭、氧化亞銅、氧化鋅、三氧化二鐵、二氧化錫、四氧化三鈷、五氧化二釩、鋯鈦酸鉛鑭，或二氧化鈦中的至少一者。
  10. 如請求項1所述的電極材料，其中，該電能量儲存設備是一鋰電池，且其中，該細微陣列多孔材料具有選自於鋰-二氧化錳、磷酸鐵鋰之一鋰三元過渡金屬氧化物之一成分。
  11. 一種能量儲存設備，包含一包括一細微陣列多孔材料之電極，其中：該細微陣列多孔材料包括數個孔洞及數個填充一固態材料之晶界區域，其中，該等孔洞具有一小於約1000微米之尺寸； 該等孔洞之該尺寸實質上均一且變化量小於約20%；及該細微陣列多孔材料具有一約為40%-85%之孔隙率。
  12. 如請求項11所述的能量儲存設備，其中，該細微陣列多孔材料包括一金屬，該金屬是選自於鎳、鋁、鈦、錫、鋯、釩、鈮、鉭、鎢、鉻、鐵、鈷、銠、銥、鉑、鈀、銅、銀、金，或錳中的至少一者。
  13. 如請求項12所述的能量儲存設備，其中，該細微陣列多孔材料還包括一在該細微陣列多孔材料之表面上的金屬氧化物。
  14. 如請求項11所述的能量儲存設備，其中，該細微陣列多孔材料包括二氧化釕、二氧化鈦、二氧化錳、三氧化二鋁、鈦酸鋇、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇、氧化鉭、氧化亞銅、氧化鋅、三氧化二鐵、二氧化錫、四氧化三鈷、五氧化二釩、鋯鈦酸鉛或鋯鈦酸鉛鑭中的至少一者。
  15. 如請求項11所述的能量儲存設備，其中，該細微陣列多孔材料還包括在該等孔洞之空隙中之石墨烯。
  16. 如請求項11所述的能量儲存設備，其中，該細微陣列多孔材料還包括一層粒狀介電材料，位於該細微陣列多孔材料之表面。
  17. 如請求項11所述的能量儲存設備，其中，該設備包括一具有一陽極之鋰電池，且其中，該陽極之該細微陣列多孔材料具有選自於鋰-二氧化錳，或磷酸鐵鋰之一鋰三元過渡 金屬氧化物之一成分。
  18. 如請求項17所述的能量儲存設備，其中，一陰極之該細微陣列多孔材料具有選自於鎳、鋁、鈦、錫、鋯、釩、鈮、鉭、鎢、鉻、鐵、鈷、銠、銥、鉑、鈀、銅、銀、金，或錳中的至少一者之一成分。
  19. 如請求項11所述的能量儲存設備，其中，該設備包括一超級電容器，該超級電容器包括一第一金屬氧化物細微陣列多孔層及一第二金屬氧化物細微陣列多孔層，其中，該第一金屬氧化物細微陣列多孔層之導電率大於該第二金屬氧化物細微陣列多孔層之導電率。
  20. 如請求項19所述的能量儲存設備，其中，該第一金屬氧化物細微陣列多孔層包括銦錫氧化物或銦鋅氧化物、導電聚合物中的至少一者，且其中該第二金屬氧化物細微陣列多孔層包括一金屬氧化物或一聚合物。
  21. 如請求項11所述的能量儲存設備，還包含一用作一相反電極之電極。
  22. 如請求項11所述的能量儲存設備，還包含一電解質，其中，該電解質用作另一電極。
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