磁增强的能量存储系统及方法技术方案

在一个实施例中，系统包括：第一非磁性传导电极；第二非磁性传导电极；布置在第一电极和第二电极之间的电介质层，电介质层在第一电极和第二电极之间延伸；以及第一层和第二层，其包括多对离散磁铁的磁性耦合的配对，第一层和第二层由非磁性材料分离，其中至少第一层的磁铁能传导地连接到第一非磁性传导电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求在2013年10月01日提交的编号为61/885,242的美国临时申请的权益，通过引用将其整个地被并入本文。
本公开内容大体上涉及存储设备，以及更特别地涉及磁增强的存储设备。背景对使用磁性材料作为它们构造部分的现有技术的电容器设备的回顾揭示了它们通常可以关于结构和功能分组为三种构造。该三种构造都共同地要求和定义至少一种磁性结构，该至少一种磁性结构接触地横跨整个设备，固有地产生磁通路以存在于每个现有技术设备的电容部分的外部，以及因此杂散于每个现有技术设备的电容部分。该杂散磁通对在设备内部的能量密度有不利的影响，以及该磁性结构的接触地横跨限制了磁场强度和/或现有技术的磁路被促使穿过相对长的通过高磁阻材料的路径，该高磁阻材料导致在设备的电容部分内存在大量磁场削弱的磁通量。该限制的场强和削弱的磁场随着由于相反极性耦合的距离增加而尺寸大小的增加呈指数地增长了。现有技术的三种通常的构造被描述和说明如下。参考图1A-1C，示出了包括电极12和14(例如，14A-14C)的磁性电容器结构10(例如，分别是10A、10B和10C)，其具有布置在电极12和14之间的电介质16。磁铁是正极和负极的电极板12和14，其中磁性电极中的至少一个12桥接电容器结构10的整个广阔区域以及将电介质层16夹在磁性电极12和14之间，以及另外的磁性电极14还可以横跨电容器结构10的整个广阔区域(例如，在图1C的结构10C中的电极14C)或者可选择地被分成连接的磁铁或者离散的磁性组件的部分，如在图1A-1B所示。参考图2A-2B，示出了包括磁性电极22和非磁性电极24的磁性电容器结构20(例如，20A和20B)。在该示例的结构20中，仅电极板中的一个22是磁性的以及该磁性电极也桥接电容器结构20的表面的整个广阔区域，并且电介质层26被夹在磁性电极22和非磁性电极24之间。图3示出了另一示例的磁性电容器结构30，该磁性电容器结构30包括磁性层32、非磁性电极34和36以及电介质38(夹在磁性层32和电极34之间)和电介质40(夹在磁性层32和电极36之间)。换言之，桥接电容器结构30的整个广阔区域的(非电极的)磁铁32并非正电极或负电极，并且夹在电介质层38和40之间，电介质层38和40反过来夹在非磁性电极板34和36之间。根据所有这些类型的结构的分析，明显的是，所有这些现有技术(尤其关于整个广阔区域的磁性构造)存在共同具有的且固有限制性的属性，其在于是它们的磁路(路径)包括穿过电容器结构外部以及杂散于电容器结构的磁通，以及因此它们的杂散磁通对增强电介质或内部结构的电势电容是没有影响的。此外，如果磁性电极是关于磁极性平行的，或者磁性电极垂直于平面取向的磁极性，那么现有技术结构固有地不能放大地受益，因为随着它们的板面积大小的增加磁通量也因此返回到行进通过高磁阻材料的路径距离。在所有的现有技术结构中用于磁路行进的很长高磁阻距离导致在磁路内的磁场强度的显著降低。再次参考现有技术结构，在所有现有技术中发现的自定义的结构被限制为具有固有的而不是在强磁场的外部影响下的电介质材料。横跨这些结构宽度的它们的磁性电极的特征没有产生穿过在电极之间的电介质的这些结构的磁通或者仅产生了穿过在电极之间的电介质的这些结构的少量的磁通，和/或具有穿过在电极之间的电介质以具有相对弱的场强的这样的磁通。现有技术的电容器结构中的一些，设计为专门将磁性材料组件用作电极以便获得巨磁阻效应(GMR)，从而有利地降低隧穿电介质的来自带电电极的电流。GMR效应的这些现有技术设备的混合中的一些现有技术设备考虑到相对较薄的电介质层的有益使用以及因此考虑到相对于非GMR结构的传统电容器的几何等价性能的更小体积的电容器，以便提供了可保留电荷，因为GMR效应抑制了隧穿电流的发生。然而，这些现有技术的GMR效应产生的电容器结构并没有显著地增加电容器的电容或电容器的能量密度，因为这些现有技术GMR结构不提供电介质材料的增强的极化电势，由于这样的现有技术的磁性结构横跨了整个设备，因此它们的磁通路沿着在它们的电容器内偏离电介质和在电介质外部的路径。换言之，现有技术结构并没有得到在电容器能量密度上的显著增加。下文是通过说明和与它们磁路的运行相匹配的叙述性解释以及与这些现有技术结构关联的固有缺陷对某些示例的现有技术结构的分析，这些缺陷成为抑制这些现有技术设备达到在能量密度上显著增益的原因。参考图4，示出了示例的现有技术磁性电容器结构40的三维透视图，该现有技术磁性电容器结构40由具有在一个方向上水平平面的偶极子取向的磁性材料制成的上板42、由具有在相同方向(即，平行磁性)上的平面的偶极子取向的磁性材料制成的底板44，与夹在上板42和底板44磁性层之间的电介质层46组成。上部42磁性层和底部44磁性层是相反电极性的电极(例如，正极/负极)。在该图示中，磁性电极板42、44之间的垂直距离比横跨磁性电极板的水平距离相对要短。结构的电容与电极间的距离成反比，然而电容随着电极增加的表面积而增加，以及因此相对板尺寸而言电极间的垂直距离通常保持很小。利用上部电极板相对于底部电极板的平行磁偶极子取向，如在图4中所示，许多尽管不是大多数的磁通将沿着首先在平面上从偶极子的尖端发出而后从一个磁性电极的相反极性的偶极子端部朝向在水平方向上的相同磁性电极的另一相反的偶极子端部弯曲的弧形磁路，其中大多数磁通横穿上部电极的上部或者横穿底部电极的底部，因为通过在磁性电极之间的电介质层的路径关于密度电势是冲突和受约束的，这是由于磁通线不能够穿过彼此以及最简单的非冲突路径在结构外部。因此，众多的磁通路将完全地杂散于该结构以及磁通将被促使在夹在该两个电极之间的电介质层的外部行进，并且该磁通路还将杂散于穿过电介质层的电场行进，该电场是从一个电极到另外电极正交对齐的。此外，如在与图5有关的下文所述，因为磁通的磁路需要等于电极板宽度距离的返回路径，所以磁场强度相比于在反平行磁性电极配置的相反偶极子端部之间的更短垂直距离的场强是显著减弱的。因此，利用电极的平行磁偶极子取向，大多数的磁通完全地杂散于电容器以及还显示出相对弱的磁场影响，这两者都是关于在电容器内实现磁增强能量密度的不期望的特征。此外，如果磁性电极板的尺寸大小被增加以试图提供固有的更大的总能量存储容量，那么在磁铁的偶极子端部之间穿过高磁阻介质行进的磁路将在长度上增加且磁场强度将因此随着增加的距离以指数方式减少。虽然保持磁场强度的影响，但是这些现有技术磁性电极结构并不能够扩大到更大的尺寸。图5示出了示例的现有技术磁性电容器结构50的三维透视图，该现有技术磁性电容器结构50由具有在一个方向上水平平面的偶极子取向的磁性材料制成的上板52、具有与上板相反方向上(即，反平行磁性)的水平平面的偶极子取向的磁性材料制成的底板54以及夹在上部磁性层52和底部磁性层54之间的电介质层56构成。上部磁性层52和底部磁性层54是相反电极性的电极(例如，正极/负极)。在该图示中，磁性电极板52和54之间的垂直距离比横跨磁性电极板的水平距离相对要短。结构的电容与电极间的距离成反比，然而电容随着电极增加的表面积而增加，因此相对板尺寸而言电极间的该垂直距离通常保持很本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：第一非磁性传导电极；第二非磁性传导电极；电介质层，所述电介质层被布置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电介质层在所述第一电极和所述第二电极之间延伸；以及第一层和第二层，所述第一层和所述第二层包括多对离散磁铁的磁性耦合配对，所述第一层和所述第二层由非磁性材料分离，其中至少所述第一层的所述磁铁传导地连接到所述第一非磁性传导电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.01 US 61/885,2421.一种系统，包括：第一非磁性传导电极；第二非磁性传导电极；电介质层，所述电介质层被布置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电介质层在所述第一电极和所述第二电极之间延伸；以及第一层和第二层，所述第一层和所述第二层包括多对离散磁铁的磁性耦合配对，所述第一层和所述第二层由非磁性材料分离，其中至少所述第一层的所述磁铁传导地连接到所述第一非磁性传导电极。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一层和所述第二层完全地嵌入所述电介质层。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一层或者所述第二层分别完全地嵌入所述第一非磁性传导电极或所述第二非磁性传导电极，而另一个层完全地嵌入所述电介质层。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一层或所述第二层分别完全地嵌入所述第一非磁性传导电极或所述第二非磁性传导电极，而另一个层完全地嵌入另一个非磁性传导电极。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一层或所述第二层分别完全地嵌入所述第一非磁性传导电极或第二非磁性传导电极，而另一个层完全地嵌入所述电介质层和另一个非磁性传导电极两者。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一层完全地嵌入所述电介质层和所述第一非磁性传导电极两者而所述第二层完全地嵌入所述电介质层和所述第二非磁性传导电极两者。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二层的磁铁还传导地连接到所述第一非磁性传导电极，其中所述第一层和所述第二层的磁铁与所述第二非磁性传导电极电解耦。8.根据权利要求1所述的系统，其中针对多对中的每对，在所述第一层中的配对的一个磁铁提供了相对在所述第二层中的配对的另外的磁铁的反平行偶极子取向。9.根据权利要求1所述的系统，其中分离所述第一层和所述第二层的所述非磁性材料包括电介质材料或传导材料中的一个。10.根据权利要求1所述的系统，其中分离所述第一层和所述第二层的所述非磁性材料包括反铁磁性的材料。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁铁中的一个或多个包括具有较宽的中间部分和较窄的端部分的几何形状。12.根据权利要求1所述的系统，其中所有的磁铁全都包括相同的、一致的配置，其中所述配置包括几何结构、组分或尺寸中的一个或组合。13.根据权利要求1所述的系统，其中第一层的所述磁铁或所述离散磁铁的配对具有与第二层的所述磁铁或所述离散磁铁的配对的配置不同的配置，其中所述配置包括几何结构、组分或尺寸中的一个或组合。14.根据权利要求1所述的系统，其中所述离散磁铁的至少第一对中的所述磁铁包括铁磁材料、反铁磁材料或铁磁材料和反铁磁材料两者的组合。15.根据权利要求1所述的系统，其中磁通场完全地或主要地存在于由所述第一非磁性传导电极和所述第二非磁性传导...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·A·加比格，马修·B·捷雷，
申请(专利权)人：埃一零二三公司，
类型：发明
国别省市：美国;US