TWI383413B - 電能儲存裝置 - Google Patents

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Description

電能儲存裝置
本發明是有關於一種電能儲存裝置，特別是有關於一種用以儲存電能的磁性設備。
能源的儲存部件在我們的生活之中佔了重要的一部分，例如用於電路中的電容以及用於可攜式裝置的電池之類的元件，電能儲存部件影響了電子裝置的執行效能以及作業時間。
然而，習知的能源儲存部件具有一些問題。舉例而言，電容具有因為漏電流而降低整體效能的問題，而電池則具有因為部分充/放電的記憶效應而降低整體效能的問題。
巨磁阻效應(Giant Magnetoresistance Effect,GMR)是一種能夠自具有薄磁性或薄非磁性區的結構中，所觀測到的量子物理效應。巨磁阻效應顯現出了電阻對外加電場產生反應時，從零場(zero－field)高阻抗狀態至高場(high－field)低阻抗狀態時的顯著變化。
因此，可以利用巨磁阻效應來作成高效能絕緣體，如此具有巨磁阻效應的裝置能夠被用來儲存電能。從上述理由看來，對於此種具有巨磁阻效應的電能儲存裝置是有著實際的需求。
因此本發明之一目的在於提供一種電能儲存裝置。
依據本發明之一種實施例，本裝置具有一第一磁性單元，一第二磁性單元以及一介電區，其中的第一磁性單元具有一第一磁性區以及一第二磁性區，第二磁性單元具有一第三磁性區以及一第四磁性區。介電區被配置於第一磁性單元及第二磁性單元之間，並且被利用來儲存電能，而第一磁性區、第二磁性區、第三磁性區以及第四磁性區之雙極則是被利用來防止電能洩漏。
在符合本發明之另一實施例中，本電能儲存裝置具有多個磁性單元及多個介電區，其中每個磁性單元都含有兩個磁性區，而介電區則是分別被配置於兩相鄰之磁性單元之間。這些介電區係被用來儲存電能，而具有雙極的磁性區則是被用來防止電能洩漏。
和一般所理解的相同，前述之概略性說明以及下述之細節性說明皆是以範例說明的方式進行，並且是用以對本發明中宣告申請專利範圍的部分提供更進一步的解釋。
接下來會參照到本發明之較佳實施例的詳細說明，其中所提到的範例會連同圖式一同進行說明。在任何可能的情況之下，圖式及說明中所使用之相同的參考數標都代表了相同的或類似的部件。
在本說明中，是以能夠簡明地解釋本發明之基本原理作為出發點來繪示當中所有的圖式，而自本說明中的圖式，從用以組成本發明實施例之各個部件的數量、位置、關聯性及尺寸等觀點來看，所引伸而出的各種概念將會於本說明當中解釋，或亦能在了解了本發明說明的內容之後，為本發明相關技術領域之技藝者所理解。
第1圖繪示了符合本發明之一實施例之電能儲存裝置，此種電能儲存裝置具有一第一磁性單元110、一第二磁性單元120以及一介電區130。第一磁性單元110具有一第一磁性區114以及一第二磁性區118，而第二磁性單元120則具有一第三磁性區124以及一第四磁性區128。介電區130被配置於第一磁性單元110及第二磁性單元120之間，並且介電區130是被用來儲存電能，而第一磁性區114、第二磁性區118、第三磁性區124及第四磁性區128所具備的雙極(如雙極113、117、123及127)則是被用來防止電能洩漏。
介電區130為一層薄膜，並且其係由介電材料所構成，如鈦酸鋇(BaTiO3)或二氧化鈦(TiO3)。然而，介電材料並非完美的絕緣體，所以此時仍會有少量的電流流經介電區130。
因此，本電能儲存裝置更具有配置在第一磁性區114及一第二磁性區118之間之一第一傳導區115，配置在第三磁性區124及一第四磁性區128之間之一第二傳導區125。藉由控制磁性區114、118、124及128的雙極113、117、123及127，可以決定第一傳導區115及第二傳導區125是被用來做為導體或絕緣體。
也就是說，當第一傳導區115及第二傳導區125被視為兩個絕緣體時，第一磁性單元110及第二磁性單元120必須阻止電流的流通(即電能洩漏)。第一磁性區114、第二磁性區118、第三磁性區124及第四磁性區128皆為薄膜，各具有雙極的這四個磁性區皆被用以防止電能洩漏。
本裝置更具有分別配置於第一磁性區114、第二磁性區118、第三磁性區124及第四磁性區128周圍的多個金屬元件(未繪示於圖式中)，用以分別控制第一磁性區114、第二磁性區118、第三磁性區124及第四磁性區128之雙極113、117、123及127。設計者或使用者可以利用這些金屬元件來施加外加電場以控制這些磁性區的雙極。
自前述內容可知，設計者能夠利用控制磁性區114、118、124及128之雙極113、117、123及127，並且配合利用介電區130以儲存電能並且防止電能洩漏。當本裝置儲存著電能時，在第一磁性單元110中，第一磁性區114的雙極113(←)及第二磁性區118的雙極117(→)是不同的，而在第二磁性單元120中，第三磁性區124的雙極123(←)及第四磁性區128的雙極127(→)也是不同的。因此，第一磁性單元110及第二磁性單元120防止了電能洩漏，並且介電區130亦得以儲存著電能。
也就是說，當第一磁性單元110的雙極113及117為不同的時候，且第二磁性單元120的雙極123及127亦為不同的時候，第一磁性單元110及第二磁性單元120成為了絕緣體，電流洩漏的現象得以藉此解決。在解決了電流洩漏的現象之後，電能的儲存時間能夠更長，電能的損失也能夠更少。
值得注意的是，符號‘→’僅是用來表示磁性區的雙極，並非用來限制雙極的方向。
第2圖繪示了本裝置在依據本發明之一實施例進行充電時的示意圖。當對本裝置充電時，第一磁性單元110及第二磁性單元120會與一電源260耦接，此時電能會自電源260輸入介電區130。
第3圖繪示了本裝置在依據本發明之一實施例進行放電時的示意圖。當本裝置在放電時，第一磁性單元110和第二磁性單元120會耦接至一負載元件370，此時電能會自介電區130往負載元件370輸出。
電源或負載元件能夠容易地對磁性區114、118、124及128的雙極造成影響，使得磁性單元110及120因此無法具有很好的絕緣效應，讓電流能夠穿透這些磁性區。
本電能儲存裝置可被視為具有大容量之電容，甚至可將本裝置當作一個電池來使用，而且本裝置雖具有電池的功能但卻沒有電池之記憶效應的問題。也就是說，在對本裝置進行完整性或部分性充電/放電時，不會有效能上的損失。
除此之外，亦可以利用本裝置來建立一個大型的平行元件陣列以得到一個更加龐大的能量儲存體。進一步來說，可將多個本發明之裝置如第4圖所示一般堆疊起來以得到一個更加龐大的能量儲存體。
第4圖所示的實施例中使用了三個磁性單元110a、110b、110c以及兩個介電區130a和130b。本電能儲存裝置具有數個磁性單元110a、110b、110c以及數個介電區130a和130b。每個磁性單元具有兩個磁性區，例如磁性單元110a具有兩個磁性區114a及118a。介電區則是分別被配置於兩鄰近之磁性單元之間，例如介電區130a被配置在相鄰近的磁性單元110a及110b之間；例如介電區130b被配置在相鄰近的磁性單元110b及110c之間。這些介電區130a及130b是被設計用來儲存電能，而具有雙極113a、117a、113b、117b、113c及117c的磁性區114a、118a、114b、118b、114c及118c則是被設計用來防止電能洩漏。
本裝置更具有多個傳導區，其中這些傳導區分別被配置在每個磁性單元之兩磁性區之間，例如傳導區115a被配置於磁性單元110a之中的磁性區114a及118a之間，以及傳導區115b被配置於磁性單元110b之中的磁性區114b及118b之間。
除此之外，本裝置亦具有分別配置於這些磁性區周圍，用以控制這些磁性區之雙極的多個金屬元件(未繪示於圖式中)。
當本裝置中儲存著電能的時候，每個磁性單元中之兩個磁性區的雙極會不同。舉例而言，當本裝置中儲存著電能的時候，磁性單元110a中之磁性區114a及118a的雙極113a及117a是不同的，以及磁性單元110b中之磁性區114b及118b的雙極113b及117b也是不同的。
當對本裝置進行充電的時候，會有部分的磁性區與一電源耦接，而當對本裝置進行放電的時候，則會有部分的磁性區與一負載元件耦接。也就是說，當對本裝置進行充電或放電的時候，磁性區114a及118c會與電源或負載元件耦接，或是所有的磁性區皆與電源或負載元件耦接。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110、110a－110c、120．．．磁性單元
113、113a－113c、117、117a－117c、123、127．．．雙極
115、115a－115c、125．．．傳導區
114、114a－114c、118、260．．．電源
118a－118c、124、128．．．磁性區
130、130a、130b．．．介電區
370．．．負載元件
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖繪示符合本發明之一實施例之一電能儲存裝置。
第2圖繪示本發明之裝置在依據本發明之一實施例充電時之示意圖。
第3圖繪示本發明之裝置在依據本發明之一實施例放電時之示意圖。
第4圖繪示符合本發明之另一實施例之一電能儲存裝置。
110、120．．．磁性單元
113、117、123、127．．．雙極
114、118、124、128．．．磁性區
115、125．．．傳導區
130．．．介電區

Claims (14)

  1. 一種電能儲存裝置，包含：一第一磁性單元，具有一第一磁性區及一第二磁性區；一第一傳導區配置於該第一磁性區及該第二磁性區之間一第二磁性單元，具有一第三磁性區及一第四磁性區；一第二傳導區配置於該第三磁性區及該第四磁性區之間；以及一介電區配置於該第一磁性單元及該第二磁性單元之間，該介電區係由鈦酸鋇(BaTiO3)或二氧化鈦(TiO3)所構成，其中該介電區係被用以儲存電能，其中當該電能儲存裝置儲存著電能時，該第一磁性區及該第二磁性區之該些雙極係不相同，其中當該電能儲存裝置儲存著電能時，該第三磁性區及該第四磁性區之該些雙極係不相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電能儲存裝置，其中該介電區為一薄膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電能儲存裝置，其中該介電區係為介電材料所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電能儲存裝置，其中 該第一磁性區、該第二磁性區、該第三磁性區及該第四磁性區每一個為一薄膜。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電能儲存裝置，更包含複數個金屬元件分別配置於該第一磁性區、該第二磁性區、該第三磁性區及該第四磁性區周圍，用以分別控制該第一磁性區、該第二磁性區、該第三磁性區及該第四磁性區之該些雙極。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電能儲存裝置，其中當於充電該電能儲存裝置時，該第一磁性單元及第四磁性單元與一電源耦接。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電能儲存裝置，其中當於放電該電能儲存裝置時，該第一磁性單元及第四磁性區與一負載元件耦接。
  8. 一種電能儲存裝置，包含：複數個磁性單元，其中每一該些磁性單元具有兩磁性區；複數個導體區分別配置於每一該些磁性單元之該兩磁性區之間；以及複數個介電區分別配置於兩相鄰之該些磁性單元之間，每一該些介電區係由鈦酸鋇(BaTiO3)或二氧化鈦(TiO3) 所構成，其中該些介電區係被用以儲存電能，當該電能儲存裝置儲存著電能時，每一該些磁性單元之該兩磁性區之雙極係不相同。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電能儲存裝置，其中該些介電區為複數個薄膜。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之電能儲存裝置，其中該些介電區係為介電材料所構成。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之電能儲存裝置，其中該些磁性區為複數個薄膜。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之電能儲存裝置，更包含複數個金屬元件分別配置於該些磁性單元之該些磁性區周圍，用以分別控制該些磁性區之該些雙極。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之電能儲存裝置，其中當於充電該電能儲存裝置時，該些磁性單元之該些磁性區中，係有部分與一電源耦接。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之電能儲存裝置，其中當於放電該電能儲存裝置時，該些磁性單元之該些磁性 區中，係有部分與一負載元件耦接。
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