电能储存装置及系统的制作方法

本实用新型涉及电能储存技术领域，尤其涉及电能储存装置及系统。

背景技术：

电能储存装置尤其是电容的容量，影响电子装备的执行效能和作业时间，尤其是发展电能存储量大的电容取代电池，有重量轻、体积小、无污染等优势，能改善现今人们的生活。

巨磁阻效应是一种量子力学和凝聚态物理学现象，磁阻效应的一种，可在磁性材料和非磁性材料相间的薄膜层(几个纳米厚)结构中观察到。这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。

利用巨磁阻效应做高效绝缘体，利用磁性电容做电容器，磁性电容的结构中包含的磁性层具有磁南极和磁北极，磁场强度是磁体中磁畴综合反映的结果，请参照图1，图1中绘制的是因磁性电容中磁性物质不均匀等原因导致磁畴的极化方向不同，由于永磁铁和磁性物质内部磁畴分布不均匀，磁畴磁化方向不一致，最终表现为在磁极法向方向磁力线不均匀，这种不均匀性整体表现为法向的磁极化方向。磁极化方向是众多磁畴综合反映的结果，值得注意的是磁铁边缘存在磁力线，而这种磁力线因为磁铁内部磁畴的分布而闭合。

由于该型磁性电容器利用了巨磁阻效应，且电容的极板颗粒特征及介电层为薄层，因此，这种电容的容量大，体积小，重量轻，某种程度上可以取代电池使用，有实际需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供电能储存装置及系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，提供一种电能储存装置，包括依次层叠的第一导电磁性层、第二导电磁性层、第一导电顺磁颗粒层、介电层、第二导电顺磁颗粒层、第三导电磁性层及第四导电磁性层；

所述第一导电磁性层及所述第四导电磁性层用于约束电子逃逸；所述第二导电磁性层及所述第三导电磁性层的磁极化方向垂直于所述第一导电磁性层及所述第四导电磁性层的磁极化方向，所述第二导电磁性层及所述第三导电磁性层用于增加该电能储存装置的电容量；所述第一导电顺磁颗粒层及所述第二导电顺磁颗粒层用于增加极板面积以增加该电能储存装置的电容量；所述介电层用于存储电能；

所述电能储存装置还包括：第一导电层、第二导电层、第三导电层及第四导电层；

所述第一导电层及所述第三导电层分别设置于所述第一导电磁性层、第二导电磁性层及第一导电顺磁颗粒层的两侧；所述第二导电层及所述第四导电层分别设置于所述第二导电顺磁颗粒层、第三导电磁性层及第四导电磁性层的两侧。

在本实用新型所述的电能储存装置中，还包括绝缘层，所述绝缘层设置于所述第一导电磁性层的上表面。

在本实用新型所述的电能储存装置中，所述第一导电磁性层、所述第二导电磁性层、所述第三导电磁性层及所述第四导电磁性层均为单层磁性薄膜或多层磁性薄膜，所述介电层为单层薄层或多层薄层。

在本实用新型所述的电能储存装置中，所述第一导电层、所述第二导电层、所述第三导电层及所述第四导电层均为薄层。

在本实用新型所述的电能储存装置中，所述第一导电顺磁颗粒层及所述第二导电顺磁颗粒层均具有顺磁金属颗粒堆积结构。

在本实用新型所述的电能储存装置中，当该电能储存装置被充电时，所述第一导电层及所述第三导电层作为第一电极，所述第二导电层及所述第四导电层作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一电源耦接。

在本实用新型所述的电能储存装置中，当该电能储存装置被放电时，所述第一导电层及所述第三导电层作为第一电极，所述第二导电层及所述第四导电层作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一负载装置耦接。

另一方面，提供一种电能储存系统，包括m个如上所述的电能储存装置，m为大于或等于2的正整数；

当m等于2时，第1个电能储存装置的第三导电层与第2个电能储存装置的第一导电层连接，第1个电能储存装置的第四导电层与第2个电能储存装置的第二导电层连接；

当m大于2时，第1个电能储存装置的第三导电层与第2个电能储存装置的第一导电层连接，第1个电能储存装置的第四导电层与第2个电能储存装置的第二导电层连接；第i个电能储存装置的第三导电层与第i+1个电能储存装置的第一导电层连接，第i个电能储存装置的第四导电层与第i+1个电能储存装置的第二导电层连接，第i个电能储存装置的第一导电层与第i-1个电能储存装置的第三导电层连接，第i个电能储存装置的第二导电层与第i-1个电能储存装置的第四导电层连接；第m个电能储存装置的第一导电层与第m-1个电能储存装置的第三导电层连接，第m个电能储存装置的第二导电层与第m-1个电能储存装置的第四导电层连接；其中，i为大于1且小于m的正整数。

另一方面，提供一种电能储存装置，包括依次层叠的第一导电磁性层、第二导电磁性层、第一导电顺磁颗粒层、介电层、第二导电顺磁颗粒层及第三导电磁性层；

所述第一导电磁性层用于约束电子逃逸；所述第二导电磁性层及所述第三导电磁性层的磁极化方向垂直于所述第一导电磁性层的磁极化方向，所述第二导电磁性层及所述第三导电磁性层用于增加该电能储存装置的电容量；所述第一导电顺磁颗粒层及所述第二导电顺磁颗粒层用于增加极板面积以增加该电能储存装置的电容量；所述介电层用于存储电能；

所述电能储存装置还包括：第一导电层、第二导电层、第三导电层及第四导电层；

所述第一导电层及所述第三导电层分别设置于所述第一导电磁性层、第二导电磁性层及第一导电顺磁颗粒层的两侧；所述第二导电层及所述第四导电层分别设置于所述第二导电顺磁颗粒层及第三导电磁性层的两侧。

另一方面，提供一种电能储存系统，包括n个如上所述的电能储存装置及第四导电磁性层，所述第四导电磁性层的磁极化方向与所述第一导电磁性层的磁极化方向平行，n为大于或等于2的正整数；

当n等于2时，第1个电能储存装置的第二导电层与第2个电能储存装置的第一导电层连接，第1个电能储存装置的第四导电层与第2个电能储存装置的第三导电层连接，第2个电能储存装置的第三导电磁性层与所述第四导电磁性层连接；

当n大于2时，第1个电能储存装置的第二导电层与第2个电能储存装置的第一导电层连接，第1个电能储存装置的第四导电层与第2个电能储存装置的第三导电层连接；第j个电能储存装置的第二导电层与第j+1个电能储存装置的第一导电层连接，第j个电能储存装置的第四导电层与第j+1个电能储存装置的第三导电层连接，第j个电能储存装置的第一导电层与第j-1个电能储存装置的第二导电层连接，第j个电能储存装置的第三导电层与第j-1个电能储存装置的第四导电层连接；第n个电能储存装置的第一导电层与第n-1个电能储存装置的第二导电层连接，第n个电能储存装置的第三导电层与第n-1个电能储存装置的第四导电层连接，第n个电能储存装置的第三导电磁性层与所述第四导电磁性层连接；其中，j为大于1且小于n的正整数。

上述公开的电能储存装置及系统具有以下有益效果：第一导电顺磁颗粒层和第二导电顺磁颗粒层利用金属颗粒制成，增大极板面积，其磁化后增加介电质介电常数，极大增加该型磁性电容的电容量；电能储存装置容量大，体积小，重量轻，某种程度上可以取代电池使用。

附图说明

图1为永磁铁和磁性物质磁极表面磁畴的磁极方向示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的电能储存装置的结构剖面图；

图3为本实用新型一实施例提供的电能储存装置及系统进行充电的连接示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的电能储存装置及系统进行充电的连接示意图；

图5为本实用新型第一实施例提供的电能储存系统的结构剖面图；

图6为本实用新型第二实施例提供的电能储存装置的结构剖面图；

图7为本实用新型第二实施例提供的电能储存系统的结构剖面图；

图8为本实用新型第三实施例提供的电能储存系统的结构剖面图；

图9为本实用新型第三实施例提供的电能储存系统的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了电能储存装置100及系统10，其目的在于，通过介电层104配置于第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105之间，第二导电磁性层102和第三导电磁性层106的磁极化方向垂直于介电层104，第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105用于增加电容的电容量，第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105利用金属颗粒制成，增大极板面积，其磁化后增加介电质介电常数，极大增加该型磁性电容的电容量；该电能储存装置100及系统10容量大，体积小，重量轻，某种程度上可以取代电池使用。

参见图2，图2为本实用新型第一实施例提供的电能储存装置100的结构剖面图，该电能储存装置100包括依次层叠的第一导电磁性层101、第二导电磁性层102、第一导电顺磁颗粒层103、介电层104、第二导电顺磁颗粒层105、第三导电磁性层106及第四导电磁性层107。即内部总共有7层，而第一导电磁性层101和第四导电磁性层107的磁极化方向平行，而第二导电磁性层102和第三导电磁性层106的磁极化方向平行，且和第一导电磁性层101及第四导电磁性层107的磁极化方向垂直，第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105中采用顺磁性金属颗粒，利于提高磁性电容的表面积，同时，由于第二导电磁性层102和第三导电磁性层106的磁场对第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105有磁化作用，在介电层104与第一导电顺磁颗粒层103及第二导电顺磁颗粒层105接触的表面也会相应有磁化现象，增加了介电层104的介电常数，从而增加了该磁性电容器的容量。

所述第一导电磁性层101及所述第四导电磁性层107用于约束电子逃逸；所述第二导电磁性层102及所述第三导电磁性层106的磁极化方向垂直于所述第一导电磁性层101及所述第四导电磁性层107的磁极化方向，所述第二导电磁性层102及所述第三导电磁性层106用于增加该电能储存装置100的电容量；所述第一导电顺磁颗粒层103及所述第二导电顺磁颗粒层105用于增加极板面积以增加该电能储存装置100的电容量；所述介电层104用于存储电能；其中，导电磁性层的磁极化方向在图中采用箭头表示，即第一导电磁性层101和第四导电磁性层107磁场强度平行，第二导电磁性层102和第三导电磁性层106磁极化方向垂直于第一导电磁性层101和第四导电磁性层107磁极化方向，也就是说第一导电磁性层101和第四导电磁性层107磁极化方向平行，平行于介电层104。

第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105可由多层顺磁性材料的金属颗粒堆积而成，因颗粒细微，可以极大增加这种结构的表面积，因而增加磁性电容的电容量。由于第一导电磁性层101和第四导电磁性层107磁极化方向平行，第二导电磁性层102和第三导电磁性层106磁极化方向同第一导电磁性层101和第四导电磁性层107磁极化方向垂直，且第二导电磁性层102和第三导电磁性层106将分别对第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105进行磁化，保持第二导电磁性层102和第三导电磁性层106磁极化方向同第一导电磁性层101和第四导电磁性层107磁极化方向垂直，同时保持第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105不会被第一导电磁性层101和第四导电磁性层107强烈磁化。

所述第一导电磁性层101、所述第二导电磁性层102、所述第三导电磁性层106及所述第四导电磁性层107均为磁性薄膜(铁基、镍基或钴基合金等材料，厚度为纳米级)。所述第一导电顺磁颗粒层103及所述第二导电顺磁颗粒层105均具有顺磁金属颗粒堆积结构，即第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105可用(铁基、镍基或钴基合金等材料)纳米级粉末制备；介电层104可由相对介电常数大的材料如钛酸钡或钛的氧化物制成。优选的，所述第一导电磁性层101、所述第二导电磁性层102、所述第三导电磁性层110及所述第四导电磁性层111均为单层磁性薄膜或多层磁性薄膜，所述介电层104为单层薄层或多层薄层。

所述电能储存装置100还包括：第一导电层108、第二导电层109、第三导电层110及第四导电层111；所述第一导电层108及所述第三导电层110分别设置于所述第一导电磁性层101、第二导电磁性层102及第一导电顺磁颗粒层103的两侧；所述第二导电层109及所述第四导电层111分别设置于所述第二导电顺磁颗粒层105、第三导电磁性层106及第四导电磁性层107的两侧。所述第一导电层108、所述第二导电层109、所述第三导电层110及所述第四导电层111均为薄层，或者所述第一导电层108、所述第二导电层109、所述第三导电层110及所述第四导电层111可由银或铜薄膜制成。

优选的，该电能储存装置100还包括绝缘层112，所述绝缘层112设置于所述第一导电磁性层101的上表面。绝缘层112的目的是防止电能储存装置100及系统10叠加时正极板与负极板接触，便于电路集成。

参见图3，图3为本实用新型一实施例提供的电能储存装置100及系统10进行充电的连接示意图，当该电能储存装置100被充电时，所述第一导电层108及所述第三导电层110作为第一电极，所述第二导电层109及所述第四导电层111作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一电源301耦接。若第一电极为正电极201，那么第二电极则为负电极202，反之亦然。此时电能会由电源301输入到介电层104中。

充电后，第一导电磁性层101和第四导电磁性层107将会磁性变强，此时它们的磁极化方向将仍然保持相互平行的方向，介电层104中电子旋转方向将会一致，且第二导电磁性层102和第三导电磁性层106远离介电层104的一侧磁极化方向会接近与第一导电磁性层101和第四导电磁性层107平行的状态，根据巨磁阻效应原理，电流将难以通过第一导电磁性层101和第四导电磁性层107，此时，电子将被约束在第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105之中，阻止其逃逸。

第一导电磁性层101和第四导电磁性层107在制作前期需要在外部磁场中顺切向方向磁化，以保证其最大限度保留磁性，磁化的方向应沿着易磁化方向。在进行这些薄膜层叠合时，并不要求第一导电磁性层101和第四导电磁性层107的磁化方向一致，只要磁化方向平行即可，即第一导电磁性层101和第四导电磁性层107的磁化方向可以一致或反向。

当该电能储存装置100充电完成后，第二导电磁性层102靠近第一导电磁性层101一侧的磁极化方向将受到第一导电磁性层101影响并非完全垂直于第一导电磁性层101磁极化方向；第二导电磁性层102靠近介电层104一侧，其磁极化方向才垂直于第一导电磁性层101或第四导电磁性层107的磁极化方向。同样，第三导电磁性层106靠近第四导电磁性层107的一侧，其磁化方向并非完全垂直于第四导电磁性层107的磁极化方向，第三导电磁性层106靠近介电层104一侧，其磁化方向垂直于第四导电磁性层107或第一导电磁性层101的磁极化方向。

第一导电顺磁颗粒层103和第二导电顺磁颗粒层105分别被第二导电磁性层102和第三导电磁性层106磁化后，磁场强度的方向将垂直于介电层104与之接触的界面。

参见图4，图4为本实用新型一实施例提供的电能储存装置100及系统10进行充电的连接示意图，当该电能储存装置100被放电时，所述第一导电层108及所述第三导电层110作为第一电极，所述第二导电层109及所述第四导电层111作为第二电极，通过所述第一电极及第二电极与一负载装置401耦接。此时电能将从介电层104向负载装置401输出。

其中，所述第一导电层108及所述第三导电层110可以作为该型磁性电容(即本实施例的电能储存装置100)的第一电极，所述第二导电层109及所述第四导电层111可以作为该型磁性电容的第二电极。充电完成后，第一导电磁性层101和第四导电磁性层107为导电层，第二导电磁性层102和第三导电磁性层106可以作为电极层。

以上，该电能储存装置100由于巨磁效应的作用，加之可以不考虑磁致伸缩效应，同时利用颗粒层表面大，介电层104厚度薄等特点，该型磁性电容具有很大的电量。

参见图5，图5为本实用新型第一实施例提供的电能储存系统10的结构剖面图，该电能储存系统10为第一实施例的电能储存装置100对应的系统产品，该电能储存系统10包括m个如上所述的电能储存装置100，m为大于或等于2的正整数。

当m等于2时，第1个电能储存装置100的第三导电层110与第2个电能储存装置100的第一导电层108连接，第1个电能储存装置100的第四导电层111与第2个电能储存装置100的第二导电层109连接；

当m大于2时，第1个电能储存装置100的第三导电层110与第2个电能储存装置100的第一导电层108连接，第1个电能储存装置100的第四导电层111与第2个电能储存装置100的第二导电层109连接；第i个电能储存装置100的第三导电层110与第i+1个电能储存装置100的第一导电层108连接，第i个电能储存装置100的第四导电层111与第i+1个电能储存装置100的第二导电层109连接，第i个电能储存装置100的第一导电层108与第i-1个电能储存装置100的第三导电层110连接，第i个电能储存装置100的第二导电层109与第i-1个电能储存装置100的第四导电层111连接；第m个电能储存装置100的第一导电层108与第m-1个电能储存装置100的第三导电层110连接，第m个电能储存装置100的第二导电层109与第m-1个电能储存装置100的第四导电层111连接；其中，i为大于1且小于m的正整数。

参见图6，图6为本实用新型第二实施例提供的电能储存装置100的结构剖面图，该电能储存装置100不同于第一实施例之处在于，该电能储存装置100内部有6层，包括依次层叠的第一导电磁性层101、第二导电磁性层102、第一导电顺磁颗粒层103、介电层104、第二导电顺磁颗粒层105及第三导电磁性层106；

所述第一导电磁性层101用于约束电子逃逸；所述第二导电磁性层102及所述第三导电磁性层106的磁极化方向垂直于所述第一导电磁性层101的磁极化方向，所述第二导电磁性层102及所述第三导电磁性层106用于增加该电能储存装置100的电容量；所述第一导电顺磁颗粒层103及所述第二导电顺磁颗粒层105用于增加极板面积以增加该电能储存装置100的电容量；所述介电层104用于存储电能；

所述电能储存装置100还包括：第一导电层108、第二导电层109、第三导电层110及第四导电层111；

所述第一导电层108及所述第三导电层110分别设置于所述第一导电磁性层101、第二导电磁性层102及第一导电顺磁颗粒层103的两侧；所述第二导电层109及所述第四导电层111分别设置于所述第二导电顺磁颗粒层105及第三导电磁性层106的两侧。

参见图7，图7为本实用新型第二实施例提供的电能储存系统10的结构剖面图，该电能储存系统10为第二实施例的电能储存装置100对应的系统产品，其包括n个如上所述的电能储存装置100及第四导电磁性层107，所述第四导电磁性层107的磁极化方向与所述第一导电磁性层101的磁极化方向平行，n为大于或等于2的正整数；

当n等于2时，第1个电能储存装置100的第二导电层109与第2个电能储存装置100的第一导电层108连接，第1个电能储存装置100的第四导电层111与第2个电能储存装置100的第三导电层110连接，第2个电能储存装置100的第三导电磁性层106与所述第四导电磁性层107连接；

当n大于2时，第1个电能储存装置100的第二导电层109与第2个电能储存装置100的第一导电层108连接，第1个电能储存装置100的第四导电层111与第2个电能储存装置100的第三导电层110连接；第j个电能储存装置100的第二导电层109与第j+1个电能储存装置100的第一导电层108连接，第j个电能储存装置100的第四导电层111与第j+1个电能储存装置100的第三导电层110连接，第j个电能储存装置100的第一导电层108与第j-1个电能储存装置100的第二导电层109连接，第j个电能储存装置100的第三导电层110与第j-1个电能储存装置100的第四导电层111连接；第n个电能储存装置100的第一导电层108与第n-1个电能储存装置100的第二导电层109连接，第n个电能储存装置100的第三导电层110与第n-1个电能储存装置100的第四导电层111连接，第n个电能储存装置100的第三导电磁性层106与所述第四导电磁性层107连接；其中，j为大于1且小于n的正整数。

参见图8，图8为本实用新型第三实施例提供的电能储存系统10的结构剖面图，该实施例为第一实施例及第二实施例提供的电能储存系统10的组合及叠加。

参见图9，图9为本实用新型第三实施例提供的电能储存系统10的电路200结构示意图。由于每个电能储存装置100均为一该型磁性电容，在横向n个电容构成n个并联支路，纵向m个电容构成m个并联支路，并连接至正电极201及负电极202。

本文提供了实施例的各种操作。在一个实施例中，所述的一个或操作可以构成一个或计算机可读介质上存储的计算机可读指令，其在被电子设备执行时将使得计算设备执行所述操作。描述一些或所有操作的顺序不应当被解释为暗示这些操作必需是顺序相关的。本领域技术人员将理解具有本说明书的益处的可替代的排序。而且，应当理解，不是所有操作必需在本文所提供的每个实施例中存在。

而且，本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。奉文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。

而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

本实用新型实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。

综上所述，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围以权利要求界定的范围为准。