Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso.

1. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso,

que puede utilizarse como fuente de alimentación eléctrica, formado por al menos, dos electrodos (1) y un separador (2) caracterizado porque está integrado en el interior del propio circuito impreso y forma parte de su estructura.

2. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 en el que el elemento se imprime directamente sobre la superficie del circuito impreso.

3. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos se han depositado mediante técnicas de impresión electrónica.

4. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 caracterizado porque la tinta utilizada en la fabricación de los electrodos, está formada por nanoestructuras de carbono y tiene en su composición como mínimo un óxido metálico.

5. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 caracterizado porque el elemento separador situado entre los dos electrodos es la misma lámina de fibra de vidrio u otro material aislante que se usa para mantener unido el propio circuito impreso multicapa.

6. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 caracterizado porque la lámina de polímero actúa también como conductor iónico además de mantener unido el propio circuito impreso.

Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso. Sector de la técnica

La práctica totalidad de circuitos electrónicos se implementan sobre un sustrato que además de servir como soporte de los componentes electrónicos; permite mediante pistas impresas, interconectar eléctricamente los componentes. A este sustrato se le denomina circuito impreso o PCB, por otra parte todos los circuitos electrónicos necesitan de una fuente de alimentación eléctrica para poder funcionar, para los dispositivos portátiles esta fuente son las pilas o baterías, el uso de pilas o baterías supone un coste medioambiental y económico que puede evitarse mediante el nuevo sistema de almacenamiento de energía eléctrica que se presenta en este documento. La presente invención se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica, en especial un elemento que se integra en el propio circuito impreso (PCB) en el momento de la fabricación de este, o con posterioridad, utilizando tecnologías de impresión electrónica. Este elemento sería, según el tipo de aplicación a la que se destine, recargable desde un elemento exterior o recargable internamente a partir de la incorporación en el circuito de elementos de captura de energía residual ambiental (luz, vibraciones o gradientes térmicos). Esto representa una mejora notable dado que optimiza el espacio y reduce el mantenimiento y el coste de los dispositivos fabricados con esta nueva tecnología, eliminando el uso de conectores y gracias a la nueva tecnología presentada, eliminar la necesidad del uso de baterías y/o pilas.

Estado de la técnica

En la actualidad la gran proliferación de dispositivos tecnológicos que necesitan de una fuente de alimentación eléctrica para poder operar obliga a incrementar los esfuerzos de innovación tecnológica dado que se tiene que cubrir una demanda creciente de dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica.

En general, el almacenamiento de energía eléctrica se realiza mediante un dispositivo llamado batería que comprende como medio de almacenaje energético, reacciones electroquímicas de oxidación y reducción, que se producen en su interior, estas reacciones son en general reversibles y permiten un número limitado de ciclos de carga/descarga.

No obstante, también están presentes en el mercado nuevos dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica, que no se basan en las reacciones de oxidación- reducción y que permiten un número muy elevado de ciclos de carga/descarga, es la tecnología de condensadores electroquímicos de doble capa (ECDL), existen soluciones claramente descritas en el estado de la técnica para la fabricación de estos condensadores, no obstante, esta tecnología es objeto de una intensa labor de investigación científica y se pueden encontrar nuevas aproximaciones que mejoran a las existentes.

Por lo tanto, la presente invención tiene el cometido de presentar un nuevo dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica basado en un nuevo proceso para la fabricación de condensadores electroquímicos que mejora notablemente los parámetros eléctricos del mismo además, permite su integración en el interior del propio circuito impreso, esta

nueva tecnología permite un número de ciclos de carga/descarga que garantizan un tiempo de vida medio superior a 15 años.

El cometido se soluciona con un condensador electroquímico de doble capa, en especial un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1. Otras configuraciones ventajosas de! dispositivo son objeto de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con ello se presenta un dispositivo, en especial un sistema de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el interior de al menos un circuito impreso que comprende unos electrodos y unos elementos de soporte que forman parte del propio circuito impreso, de tal forma que el elemento de almacenamiento de energía eléctrica es una parte de la estructura física del mismo.

Los condensadores electroquímicos son dispositivos muy atractivos para los sistemas portátiles a causa de su elevada potencia específica y larga durabilidad. En la mayoría de casos se utilizan asociados a una batería para liberar una gran potencia en un corto espacio de tiempo. De esta manera se elimina la necesidad de pilas o baterías externos, cableados, protecciones eléctricas y, por supuesto se reduce el coste final de producto y se reducen los costes de reciclado y mantenimiento de los aparatos que incorporen esta nueva tecnología de almacenamiento energético.

El uso práctico de los supercondensadores se inicio en 1957, cuando a partir de la patente de General Electric, la Standard Oil Company de Cleveland, presentó una patente con el concepto de doble capa. El concepto de supercondensador de doble capa es de uso público pero la técnica de fabricación, los materiales usados y la estructura física de! mismo, son objeto de una gran intensidad investigadora, fruto de cinco años de trabajo se presenta la presente invención.

Explicación de la invención

En una realización, el material activo (nanoestructuras de carbono con oxido de manganeso y níquel) es aplicable a modo de tinta sobre las superficies interiores del circuito impreso de forma rápida y sencilla.

Se presenta una o varias zonas de electrodo pintados con material activo. Dándole una configuración similar a la que tienen los circuitos impresos tradicionales pero incorporando en su interior el elemento de almacenamiento de energía eléctrica.

En otra realización, las paredes del dispositivo a alimentar están realizadas en una pieza de material plástico moldeado que ha sido previamente tratado para que contenga en su interior la estructura del elemento de almacenamiento de energía eléctrica.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista de las capas internas del circuito impreso que contiene el sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una primera realización de la presente invención en la cual los electrodos (3 y 4) son depositados mediante impresión electrónica y ocupan las caras internas del circuito impreso (1 y 2), las dos capas se unen siguiendo el proceso usual de fabricación, mediante una lamina dieléctrica, denominada prepreg, compuesta por fibra de vidrio y un polímero termoplástico, que realiza la función

de aislante eléctrico y mantener unidas las diferentes capas del circuito impreso, con la novedad de que en la presente invención esta capa aislante cumple también la función de separador y de conductor iónico, al sustituir el termoplástico por un polímero conductor iónico.

La Figura 2 muestra un posible montaje del conjunto, en el que se aprecian las capas internas del circuito (1 y 2), la membrana separadora 3.

Exposición detallada de un modo de realización de la invención

Según posible forma de realización, en un condensador electroquímico las cargas se acumulan en la doble capa eléctrica existente en la interfase electrodo-electrolito.

Un factor crucial para capturar el mayor número de cargas en la interfase consiste en crear una elevada área superficial en el electrodo, a mayor área superficial, mayor es la capacidad del condensador y mayor será la energía almacenada. Para que sea útil, esta área debe ser accesible a los iones del electrolito, por tanto además de una elevada área superficial es importante la presencia de microporos entre las fibras para garantizar un rápido transporte de cargas. En la presente invención se garantizan ambos requisitos gracias al novedoso proceso de fabricación de las nanofibras mediante deposito por carga electrostática (electrospinning) y posterior carbonización controlada del tejido obtenido. El tamaño, longitud y orientación de las nanofibras así como la incorporación de oxido de manganeso y níquel es clave para conseguir un dispositivo con elevada energía especifica.

El tejido carbonoso obtenido mediante este proceso o depositado mediante impresión electrónica, se sitúa directamente sobre, al menos, una de las capas de cobre u otro metal conductor, que constituyen el circuito impreso multicapa. La propia lámina de metal conductor realiza la función de colector de corriente.

Las diferentes capas que constituyen el circuito impreso multicapa se unen posteriormente mediante una lámina de un material, que contiene al menos un polímero termoplástico en su composición, que hace la función de separador y mediante un proceso de presión y temperatura controlada se forma un conjunto sólido y resistente.

La aplicación industrial de la presente invención viene dada por la escalabilidad del proceso de fabricación descrito, el uso de materiales abundantes y no contaminantes y la creciente necesidad de fuentes de energía eléctrica para los dispositivos móviles.

1. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso, que puede utilizarse como fuente de alimentación eléctrica, formado por al menos, dos electrodos (1) y un separador (2) caracterizado porque está integrado en el interior del propio circuito impreso y forma parte de su estructura.

2. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 en el que el elemento se imprime directamente sobre la superficie del circuito impreso.

3. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos se han depositado mediante técnicas de impresión electrónica.

4. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 caracterizado porque la tinta utilizada en la fabricación de los electrodos, está formada por nanoestructuras de carbono y tiene en su composición como mínimo un óxido metálico.

5. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 caracterizado porque el elemento separador situado entre los dos electrodos es la misma lámina de fibra de vidrio u otro material aislante que se usa para mantener unido el propio circuito impreso multicapa.

6. Elemento de almacenamiento de energía eléctrica integrado en el propio circuito impreso según reivindicación 1 caracterizado porque la lámina de polímero actúa también como conductor iónico además de mantener unido el propio circuito impreso.