CN111357069B - 用于增强电存储的***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种电能存储设备，包括：壳体，其具有第一端、第二端、第一侧和第二侧；第一电极，其被部署在壳体中、邻近第一侧；第二电极，其被部署在壳体中、邻近第二侧；以及电解质混合物，其被部署在第一电极和第二电极之间，所述电解质混合物包含多个离子。在一个实施方式中，被部署在壳体中的通道允许离子邻近第一端流动，并且壳体中的阻挡物防止离子邻近第二端流动。在另一实施方式中，离子中的一些是磁性的。在又一实施方式中，离子中的一些具有比其他离子更大的密度。通过向电能存储设备施加磁场或使该设备旋转来增强对电能存储设备的充电。

Description

用于增强电存储的***和方法
对相关申请的交叉引用
本申请主张对提交于2017年9月8日的美国临时专利申请号62/556,001的优先权和权益，藉此通过引用将其整体地并入本文。
技术领域
本公开涉及电能存储，更具体地，本公开涉及与旋转或线性机器以及与电磁电动机和发电机结合的电能存储设备的使用。
背景技术
当前的电能存储设备和方法具有操作约束，这限制了它们在各种应用中的实用性。这些限制可以追溯到设计、制造过程和其他物理约束。需要新的设备和使用这些设备的方法，这些新的设备和方法可以改善电能存储的功能实用性，以用于需求不断增长的应用，如电池交通工具和混合电动交通工具、纳米电网和微电网、以及大容量电力***。
本公开旨在使这些约束最小化并引入扩展的功能性、以及解决其他问题。
发明内容
根据本公开的一些方面，一种电能存储设备包括：壳体，其具有第一端部、相对的第二端部、第一侧部和相对的第二侧部；第一电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第一侧部；第二电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述相对的第二侧部；电解质混合物，其被部署在所述壳体中并且通常在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电解质混合物包含多个离子；通道，其通常限定在所述第一电极和所述第二电极之间，所述通道被配置成允许所述多个离子中的至少一部分从通常邻近所述第一电极的所述通道的第一部分通过通常邻近所述壳体的第一端部的所述通道的第二部分而流到通常邻近所述第二电极的所述通道的第三部分；以及阻挡物，其通常被部署在所述第一电极和所述第二电极之间，所述阻挡物被配置成帮助防止所述多个离子邻近于所述壳体的第二端部流动。
根据本公开的一些方面，一种电磁机器包括：轴杆；线圈组件，其联接至所述轴杆，所述线圈组件包括芯和缠绕在所述芯上的线圈；第一组磁体，其联接至所述轴杆，使得所述第一组磁体被定位为邻近所述线圈组件；以及至少一个电能存储设备，其被部署于邻近所述线圈，所述至少一个电能存储设备包括：壳体，其具有第一端部、相对的第二端部、第一侧部和相对的第二侧部；第一电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第一侧部；第二电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述相对的第二侧部；电解质混合物，其被部署在所述壳体中并且通常在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电解质混合物包含多个离子；通道，其通常限定在所述第一电极和所述第二电极之间，所述通道被配置成允许所述多个离子中的至少一部分从通常邻近所述第一电极的所述通道的第一部分通过通常邻近所述壳体的第一端部的所述通道的第二部分而流到通常邻近所述第二电极的所述通道的第三部分；以及阻挡物，其通常被部署在所述第一电极和所述第二电极之间，所述阻挡物被配置成帮助防止所述多个离子邻近于所述壳体的第二端部流动。
根据本公开的一些方面，一种电能存储设备包括：壳体，其具有第一端部、相对的第二端部、第一侧部和相对的第二侧部；第一电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第一侧部；第二电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述相对的第二侧部；以及电解质混合物，其被部署在所述壳体中并且通常在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电解质混合物包含多个磁性离子和多个非磁性离子。所有的磁性离子通常具有相同的电荷，并且所有的非磁性离子通常具有相同的电荷。所述磁性离子的电荷通常与所述非磁性离子的电荷相反。
根据本公开的一些方面，一种电磁机器包括：轴杆；线圈组件，其安装在所述轴杆上，所述线圈组件包括芯和缠绕在所述芯上的线圈；一组磁体，其邻近于所述至少一个线圈组件；以及电能存储设备，其被部署于邻近该组磁体，所述电能存储设备包括：壳体，其具有第一端部、相对的第二端部、第一侧部和相对的第二侧部；第一电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第一侧部；第二电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述相对的第二侧部；以及电解质混合物，其被部署在所述壳体中并且通常在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电解质混合物包含多个磁性离子和多个非磁性离子。所有的磁性离子通常具有相同的电荷，并且所有的非磁性离子通常具有相同的电荷。所述磁性离子的电荷通常与所述非磁性离子的电荷相反。
根据本公开的一些方面，一种电能存储设备包括：壳体，其具有第一端部、相对的第二端部、第一侧部和相对的第二侧部；第一电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第一侧部；第二电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述相对的第二侧部；电解质混合物，其被部署在所述壳体中、在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电解质混合物包含多个离子，所述多个离子包括具有第一密度的第一类型的离子和具有第二密度的第二类型的离子，所述第二密度不同于所述第一密度。具有所述第一密度的所有第一类型的离子通常具有相同的电荷，并且具有所述第二密度的所有第二类型的离子通常具有相同的电荷。所述第一类型的离子的电荷通常与所述第二类型的离子的电荷相反。
根据本公开的一些方面，一种电磁机器包括：轴杆；线圈组件，其安装在所述轴杆上，所述线圈组件包括芯和缠绕在所述芯上的线圈；一组磁体，其邻近于所述至少一个线圈组件；以及电能存储设备，其被部署于邻近于该组磁体，所述电能存储设备包括：壳体，其具有第一端部、相对的第二端部、第一侧部和相对的第二侧部；第一电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第一侧部；第二电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述相对的第二侧部；以及电解质混合物，其被部署在所述壳体中、在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电解质混合物包含多个离子，所述多个离子包括具有第一密度的第一类型的离子和具有第二密度的第二类型的离子，所述第二密度不同于所述第一密度。具有所述第一密度的所有第一类型的离子通常具有相同的电荷，并且具有所述第二密度的所有第二类型的离子通常具有相同的电荷。所述第一类型的离子的电荷通常与所述第二类型的离子的电荷相反。
根据本公开的一些方面，一种对电能存储设备充电的方法包括：将所述电能存储设备定位于邻近电磁机器或电磁机器内，所述电磁机器包括至少一组磁体和至少一个线圈组件；使所述电磁机器旋转，使得(i)所述至少一组磁体相对于所述至少一个线圈组件旋转、(ii)所述至少一个线圈组件相对于所述至少一组磁体旋转、或者(iii)(i)与(ii)二者；以及响应于所述至少一组磁体或所述至少一个线圈组件的旋转，在所述电能存储设备内产生电能。在一些方面中，所述至少一组磁体或所述至少一个线圈组件的旋转产生磁场，所述磁场可以使得在所述电能存储设备内产生电能。在一些方面中，所述至少一组磁体或所述至少一个线圈组件的旋转使得所述电能存储设备旋转，并且所述电能存储设备的旋转使得在所述电能存储设备内产生电能。
根据本公开的一些方面，一种对电能存储设备充电的方法包括：向所述电能存储设备施加磁场；以及响应于向所述电能存储设备施加磁场，将一定量的电能存储在所述电能存储设备中。在一些方面中，所述电能存储设备可以被定位于电磁机器内或邻近所述电磁机器。在一些方面中，所述电磁机器的旋转可以使得向所述电能存储设备施加磁场。
鉴于参考附图进行的对各种实施例和/或实施方式的详细描述，本公开的前述和另外的方面以及实施方式对于本领域普通技术人员将是显而易见的，接下来提供对附图的简要描述。
附图说明
通过阅读以下详细描述并参考附图，本公开的前述和其他优点将变得显而易见。
图1A是根据本公开的方面的示例性电磁机器的分解图；
图1B是根据本公开的方面的图1A的示例性电磁机器的折叠(collapsed)视图的横截面；
图2是根据本公开的方面的另一示例性电磁机器的横截面；
图3是根据本公开的方面的电能存储设备的横截面；
图4A是根据本公开的方面的具有限定于其中的通道的电能存储设备的实施方式的横截面；
图4B是根据本公开的方面的具有限定于其中的通道的电能存储设备的另一实施方式的横截面；
图5A是根据本公开的方面的与电磁机器集成的图4A或图4B的电能存储设备的实施方式的横截面；
图5B是根据本公开的方面的图5A的电磁机器的横截面；
图6是根据本公开的方面的与电磁机器集成的图4A或图4B的电能存储设备的另一实施方式的横截面；
图7是根据本公开的方面的其中部署有磁性离子的电能存储设备的实施方式的横截面；
图8是根据本公开的方面的与电磁机器集成的图7的电能存储设备的实施方式的横截面；
图9是根据本公开的方面的具有一种离子的电能存储设备的实施方式的横截面，该一种离子的密度大于另一种离子；
图10A是根据本公开的方面的与电磁机器集成的图9的电能存储设备的实施方式的横截面；并且
图10B是根据本公开的方面的与电磁机器集成的图9的电能存储设备的另一实施方式的横截面。
虽然本公开容许各种修改和替换形式，但是特定的实施方式和实施例作为示例示出在了附图中，并且将在本文中被详细描述。然而，应当理解，本公开并不旨在限于所公开的具体形式。相反，本公开要覆盖落入如由所附权利要求书限定的本公开的精神和范围内的全部修改、等同和替换方案。
具体实施方式
现在参考图1A，示出了根据本公开的方面的旋转电磁机器2的实施方式的分解图。旋转电磁机器2通常包括外磁体组件4A、内磁体组件4B和定子组件6。外磁体组件4A和内磁体组件4B可以各自包括一个或多个磁体，该一个或多个磁体被配置成围绕轴线8旋转。定子组件6可以具有一个或多个线圈组件，该一个或多个线圈组件包括缠绕在芯上的线圈。缠绕在芯上的线圈可以由单个绕组组成，或者可以由电连接在一起的多个绕组组成。磁体和线圈组件之间的相对旋转引起通过线圈的磁通量，其被用作旋转电磁机器2的功能性的一部分。
图1B示出了图1A的旋转电磁机器的折叠视图的横截面。示出了外磁体组件4A的两个区段，每个区段包含磁体10A和10B，而内磁体组件4B的每个区段包含磁体12。在组装时，每组磁体10A、10B和12通常围绕或包围线圈组件13。在一些实施方式中，外和内磁体组件4A、4B是机器的转子，因此磁体10A、10B和12被配置成相对于通常保持静止的线圈组件13绕轴线8旋转。在该实施方式中，线圈组件13视为机器的定子。在其他实施方式中，线圈组件13是转子，并且因此被配置成相对于保持静止的磁体10A、10B和12绕轴线8旋转。在该实施方式中，外和内磁体组件4A、4B被视为机器的定子。旋转电磁机器可以具有绕着旋转轴线8部署的任何合适数量的线圈组件以及因此任何合适数量的伴随的磁体组。尽管示出了三个磁体10A、10B和12，但是图1A和图1B的电磁机器可以具有任何合适数量的磁体。
现在参考图2，示出了旋转电磁机器16的另一实施方式的横截面。旋转电磁机器16包括安装在磁体壳体20中的磁体18A、18B和18C，以及安装在线圈壳体22中的线圈组件(未示出)。在操作时，磁体壳体20以及磁体18A、18B和18C可以被配置成相对于线圈壳体22绕轴线21旋转，而线圈壳体22固定地联接至主轴杆24。替换地，线圈壳体22和线圈组件可以相对于磁体18A、18B和18C绕轴线21旋转，而磁体壳体20固定地联接至主轴杆24。图2中的旋转电磁机器16的横截面示出了绕着旋转轴线21部署的两个线圈壳体22以及因此两组磁体18A、18B和18C。然而，可以绕着旋转轴线21部署任何合适数量的线圈壳体和伴随的磁体。
通常，如本文讨论的旋转电磁机器可以是旋转电磁发电机，其将旋转动能转换成电能、磁能或二者。替换地，旋转电磁机器可以是旋转电磁电动机，其将电能、磁能或二者转换成旋转动能。
根据本文中的本公开的方面，也可以使用其他电磁机器。例如，图1A和图1B的旋转电磁机器可以包括单个磁体组件，该单个磁体组件包括用作机器的一部分的磁体，而不是外磁体组件4A和内磁体组件4B。所述磁体可以被配置为旋转电磁机器的转子，而线圈组件被配置为旋转电磁机器的定子。替换地，所述磁体可以被配置为旋转电磁机器的定子，而线圈组件被配置为旋转电磁机器的转子。此外，旋转电磁机器的转子或定子中的一个或二者可以包括磁体和线圈组件的组合。如本文所讨论的，所利用的任何旋转电磁机器可以在磁体组中具有任何合适数量的磁体，如一个、两个、三个、四个、五个或更多个磁体，并且可以具有任何合适数量的磁体组。
此外，如本文讨论的电磁机器可以是线性电磁机器而不是旋转电磁机器。线性电磁发电机可以利用一个或多个磁体将线性动能转换成电能、磁能或二者。线性电磁电动机将电能、磁能或二者转换成线性动能。磁体可以被配置为线性电磁机器的转子，而线圈组件被配置为线性电磁机器的定子。替换地，磁体可以被配置为线性电磁机器的定子，而线圈组件被配置为线性电磁机器的转子。此外，线性电磁机器的转子或定子中的一个或二者可以包括磁体和线圈组件的组合。如本文所讨论的，所利用的任何线性电磁机器可以在磁体组中具有任何合适数量的磁体，如一个、两个、三个、四个、五个或更多个磁体，并且可以具有任何合适数量的磁体组。根据本公开的方面，也可以使用其他类型的电磁机器。通常，本文描述的任何机器的任何部件可以经由一个或多个轴承联接至另一部件，以允许部件之间的相对旋转。例如，任何电磁机器的定子(其可以包括包含磁体的磁体壳体或包含线圈和对应的芯的线圈壳体)可以经由一个或多个轴承联接至轴杆，而转子(其可以包括包含磁体的磁体壳体或包含线圈和对应的芯的线圈壳体)固定地联接至轴杆。这允许轴杆和转子相对于定子旋转。在一些实施方式中，定子可以固定地联接至轴杆，而转子经由一个或多个轴承联接至轴杆。
现在参考图3，示出了电能存储设备30。所示的电能存储设备30的类型通常称为双电层电容器。电能存储设备30包括壳体32、第一电极34A和第二电极34B。第一电极34A和第二电极34B通常彼此平行并且被部署在壳体32的相对侧。电极中的任一个都可以用作阴极或阳极。壳体32中部署着电解质混合物，其包含在溶剂中的阳离子36A和阴离子36B。电能存储设备30还可以包括离子可渗透的分隔物38，其被部署在第一电极34A与第二电极34B之间。离子可渗透的分隔物38可以用于机械地分离第一电极34A和第二电极34B，同时允许阳离子36A和阴离子36B在整个壳体32的内部流动。可以经由电源40将电能施加到电能存储设备30。电源40可以是电压源、电流源或任何其他适当的源。来自电源40的电能施加使得将电能存储在电能存储设备30中。根据本公开内容的方面，对在电存储设备中存储电能的引用通常是指电荷在电能存储设备的电极上的积聚和存储。此外，对电能存储设备充电的动作的引用通常是指使电能存储设备存储以累积电荷的形式的能量，无论是通过施加外部电源还是通过另一种方法。
在标准电容器中，电能作为电荷累积存储在电容器的电极上。电极被不允许电流流动的电介质分隔。当将来自电源的电能施加到标准电容器时，正电荷累积在一个电极上，而负电荷累积在另一电极上，这产生了跨电介质的电场。电容器的电容是累积在电极上的电荷与施加在电极两端的电压之比。平行板电容器中的电容通常还与电极之间的距离成比例。
在诸如电能存储设备30之类的双电层电容器中，来自电源40的电功率的施加使得正电荷42A累积在第一电极34A上，并且负电荷42B累积在第二电极34B上。因为电解质混合物中的阳离子36A和阴离子36B自由地流动穿过壳体32(并且不像普通电容器的电介质那样是静止的)，因此第一电极34A上的正电荷42A将吸引带负电荷的阴离子36B。类似地，第二电极34B上的负电荷42B吸引带正电荷的阳离子36A。因此，该吸引产生了电荷的两个双电层44A和44B。双层44A、44B中的每一电荷层通常被少量的溶剂分子分隔。因此，双层44A、44B中的电荷层分隔很小的距离。每个双层44A、44B用作标准电容器，其具有分隔非常小的距离的平行电极，这针对电极上的给定电压增大了电容。除了减小的距离的影响之外，电能存储设备30的电极34A、34B可以涂覆有多孔物质，如活性炭粉末。这有效地增大了电极的可用表面积，从而允许在其上存储更多的正电荷42A和负电荷42B，这也增大了电能存储设备30的电容，其高于标准电容器的电容。
现在参考图4A，示出了电能存储设备50。电能存储设备50通常被配置为双电层电容器，并且因此具有壳体52，壳体52包括第一端部58A、相对的第二端部58B、第一侧部55A和相对的第二侧部55B。电能存储设备50包括：第一电极54A，其被部署在壳体中，邻近第一侧部55A；第二电极54B，其被部署在壳体中，邻近相对的第二侧部55B；以及包含多个离子的电解质混合物，其被部署在壳体52中并且通常在第一电极54A和第二电极54B之间。电解质混合物通常包含阳离子56A和阴离子56B。类似于电能存储设备30，第一电极54A和第二电极54B通常彼此平行。然而，电能存储设备50包括离子不可渗透的阻挡物53，其减小了壳体52中的阳离子56A和阴离子56B可以行进穿过的可用体积。阻挡物53可以是壳体52的组成部分，或者可以是单独的部件。如图所示，阻挡物53通常被部署在第一电极54A和第二电极54B之间，并且邻近壳体52的第一端部58A。阻挡物53被配置成帮助防止阳离子56A和阴离子56B邻近于第一端部58A在第一电极54A和第二电极54B之间流动。
壳体52还包括通道60，其通常限定在第一电极54A和第二电极54B之间、邻近第二端部58B。如图所示，通道60通常限定于邻近壳体52的相对的第二端部58B，并且在第一电极54A和第二电极54B之间跨越壳体52的长度。通道60被配置成允许阳离子56A和阴离子56B从通常邻近第一电极54A的通道60的第一部分61A通过通常邻近壳体52的第二端部58B的通道60的第二部分61B而流动到通常邻近第二电极54B的通道60的第三部分61C。该通道60还被配置成允许阳离子56A和阴离子56B也以相反的顺序流动。通道60可以至少部分地由阻挡物53来限定。如图4A中所示，离子可渗透的分隔物60可以被部署在通道60内。
如图4A中所示，可以将磁场62施加到电能存储设备50，该电能存储设备50将力施于阳离子56A和阴离子56B上。磁场62的方向可以是进入或离开图平面。以这种方式，磁场62垂直于连接第一电极54A和第二电极54B的轴线。磁场62还垂直于连接壳体52的第一端部58A和壳体52的第二端部58B的轴线。当施加磁场62时，磁场62在阳离子56A和阴离子56B在通道60内漂移时以与其速度垂直的方向将力施于它们。如图4A中所示，当磁场62的方向是进入页面时，作为正电荷的阳离子56A将经受顺时针方向的力。当磁场62的方向是进入页面时，作为负电荷的阴离子56B将经受逆时针的力。因此，将磁场62施加到页面中会使得通道60内的阳离子56A流向第一电极54A。类似地，使通道60中的阴离子56B流向第二电极54B。
当阳离子56A从第二部分61B的第三部分61C朝向第一电极54A行进时，由于磁场62而产生的力使阳离子56A沿着通道60的第一部分61A向上(参考二维图)流向壳体52的第一端部58A。类似地，当阴离子56B从第一部分61A和第二部分61B向第二电极54B行进时，由于磁场62而产生的力使阴离子56B沿着通道60的第三部分61C向上流向壳体52的第一端部58A。
当阳离子56A沿着通道60的第一部分61A流向第一端部58A时，由于磁场62而作用在阳离子56A上的力使阳离子56A从第一电极54A离开移向第二电极54B。类似地，当阴离子56B沿着通道60的第三部分61C流向第一端部58A时，由于磁场62而作用在阴离子56B上的力使阴离子56B从第二电极54B离开移向第一电极54A。在该移动发生时，离子不可渗透的阻挡物53防止阳离子56A向邻近壳体52的第一端部58A的第二电极54B行进，并且防止阴离子56B向邻近壳体52的第一端部58A的第一电极54A行进。因此，阻挡物53防止了阳离子56A和阴离子56B以完整的圆环回绕，它们原本会在所施加的磁场62的影响下回绕。相反，阻挡物53的存在使得阳离子56A在电极56A附近累积，并使阴离子56B在电极56B附近累积。
因此，通道60通常允许阳离子56A和阴离子56B邻近壳体52的第二端部58B在第一电极54A和第二电极54B之间流动。类似地，阻挡物53通常有助于防止阳离子56A和阴离子56B邻近于壳体52的第一端部58A在第一电极54A和第二电极54B之间流动。通道60因此可以具有大致U形的横截面、大致V形的横截面或任何其他合适的横截面，所述横截面允许离子邻近壳体52的第二端部58B在第一电极54A和第二电极54B之间流动，并且邻近第一电极54A和第二电极54B在第一端部58A和第二端部58B之间流动。类似地，阻挡物53可以具有任何合适的形状，所述形状防止离子邻近壳体52的第一端部58A在第一电极54A和第二电极54B之间流动，并形成允许离子邻近壳体52的第二端部58B在第一电极43A和第二电极54B之间流动的通道60。
类似于图3中的电能存储设备30，来自电源64的电功率的施加使得正电荷66A积聚在第二电极54B上，并且负电荷66B积聚在第一电极54A上。正电荷66A吸引电解质混合物中的阴离子56B，而负电荷66B吸引电解质混合物中的阳离子56A。因此，如图4A中所示，从电源64施加的电功率和磁场62的施加共同使得阴离子56B向第二电极54B移动，并且阳离子56A向第一电极54A移动。因此，在从电源64施加电功率的同时施加磁场62使得更多的离子被引导到电极，并且使离子更直接地向电极移动。因此，与仅施加来自电源64的电功率的电能存储设备30相比，通过施加来自电源64的电功率而在电能存储设备50中产生的双电层更大并且形成得更快。
可以以至少三种不同的方式观察到电容的对应增大和电能存储设备50的相关联的时间常数的减小。通常，当仅通过施加电功率来对电能存储设备50充电时，电源64在一定时间段内向电能存储设备50施加一定量的输入电功率，这使得对应量的电能存储在电能存储设备50中。通过如上文讨论的那样同时施加磁场62，可以观察到增强的特性。第一种方法是在相同的时间段内施加来自电源64的输入电功率，使得从电源64汲取更多电能并将其存储在电能存储设备50中。第二种方法是在较短的时间段内施加来自电源64的输入电功率，使得从电源64汲取等量的能量并将其存储在电能存储设备50中。第三种方法是在一定时间段内施加来自电源64的输入电功率，使得存储在电能存储设备50中的总能量大于当不同时施加磁场62时能够存储在电能存储设备50中的最大总能量。因此，磁场的存在增大了电能存储设备50的电容并且减小了电能存储设备50的时间常数，从而增强了对电能存储设备50的充电。
现在参考图4B，示出了联接至电源51的电能存储设备50的替换实施方式。在该替换实施方式中，阻挡物53可以包括闸门59A和59B，其被配置成选择性地打开和关闭。因此，闸门59A和59B的打开允许阳离子56A和阴离子56B的至少一部分通常邻近第一端部58A流过阻挡物。这允许阳离子56A和阴离子56B能够流动离开第一电极54A和第二电极54B，并且可以用于避免电能存储设备50的过度充电。可设想阻挡物53的其他配置，诸如能够相对于壳体52移动以允许阳离子56A和阴离子56B在壳体52和阻挡物53之间流动的阻挡物53。在另一配置中，阻挡物53由离子可选择性地渗透的材料组成，使得在一种状态下阻挡物53阻挡离子的流动，并且在另一种状态下阻挡物53允许离子流过阻挡物53。
现在参考图5A，示出了具有集成电能存储设备的旋转电磁机器的横截面。图5A中的电磁机器可以是图1A、1B或图2的旋转电磁机器或任何其他合适的旋转电磁机器。在另一实施方式中，旋转电磁机器具有一个、两个、四个、五个或任何合适数量的磁体。在又一实施方式中，电能存储设备与具有任何合适数量的磁体的线性电磁机器集成在一起。图5A中的旋转电磁机器可以包括具有磁体72A、72B和72C的磁体壳体70。磁体壳体70可以是图1A的旋转电磁机器2的外磁体组件4A和内磁体组件4B的组合。磁体壳体70也可以是图2的旋转电磁机器16的壳体20。包括线圈74和芯76的线圈组件可以被部署成使得磁体72A、72B和72C大致上围绕线圈74和芯76。芯76可以由层压板的堆叠组成。在一些实施方式中，磁体72A、72B、72C可以被配置成旋转(并且因此是转子的一部分)，而线圈74和芯76保持静止(并且因此是定子的一部分)。在其他实施方式中，线圈74和芯76旋转(并且因此是转子的一部分)，而磁体72A、72B、72C保持静止(并且因此是定子的一部分)。
电能存储设备78通常被部署在电磁机器内。在图5A的实施方式中，电能存储设备通常被定位为邻近芯76或作为芯76的一部分，使得其被定位在线圈74内。在这种配置中，电能存储设备78被线圈74以及磁体72A、72B和72C围绕。电能存储设备78可以是图4A和4B中所示的电能存储设备中的一个，并且因此将具有第一电极、第二电极、第一端和第二端。在图5A的实施方式中，电能存储设备78连接至电源67。电源67可以是电磁机器本身，或者可以是与电磁机器分开的独立电源。在另一实施方式中，电能存储设备78不与电源连接。如果线圈74和芯76是转子的一部分，则电能存储设备可以被配置成在图5A的机器的操作期间旋转或线性地移动。如果线圈74和芯76是定子的一部分，则电能存储设备也可以被配置成在图5A的机器的操作期间保持静止。
如图所示，磁体72A、72B和72C中的每一个都是偶极磁体，其在磁体的相对侧上具有北极77A和南极77B。每个磁体72A、72B和72C都具有相同的面向线圈74的磁体极。如图5A中的实施方式所示，每个磁体72A、72B和72C的北极77A面向线圈74。在其他实施方式中，每个磁体72A、72B和72C的南极77B可以面向线圈74。
在图5A的旋转电磁机器的操作期间，(i)磁体72A、72B和72C将相对于线圈组件和电能存储设备78旋转，或者(ii)线圈组件和电能存储设备78将相对于磁体72A、72B、72C旋转。当磁体旋转时，由磁体产生的磁场将穿过线圈74的中心。如图5A中所示，电能存储设备78被定位成使得由磁体72A、72B和72C产生的该磁场既垂直于连接第一电极54A和第二电极54B的轴线、又垂直于连接电能存储设备78的第一端部58A和第二端58B的轴线。因此，磁体72A、72B和72C的旋转将引起是进入或离开页面的要被施加穿过电能存储设备78的磁场。图5A的旋转电磁机器也可以用一个、两个、四个或五个磁体来操作，只要由磁体施加的磁场以与关于图5A描述的相同的方式指向电能存储设备78即可。如上文讨论的，该磁场的施加增强了对电能存储设备78的充电。通常，当将电源67施加到电能存储设备78时，电源67的极性被选择成使得到电能存储设备78的电源和所施加的磁场两者都使阳离子向电极之一移动，并且两者都使阴离子向另一电极移动。
现在参考图5B，示出了图5A的旋转电磁机器的实施方式的横截面。该旋转电磁机器具有：第一磁体组，其包括磁体72A和磁体72B；第二磁体组，其包括磁体73A和磁体73B；以及第三磁体组，其包括磁体75A和磁体75B。如该横截面中所示，面向线圈74的磁极针对每个磁体组是交替的。磁体71A和71B具有每个磁体的面向线圈74的南极。磁体73A和73B具有每个磁体的面向线圈74的北极。磁体75A和75B具有每个磁体的面向线圈74的南极。如在图5B中可以看到的，额外的磁体组有助于将由磁体产生的磁场沿正确的方向垂直地引导穿过线圈74和芯76的中心，从而增强对部署在线圈74中的电能存储设备的充电。通常，根据本公开的方面所利用的旋转电磁机器将包括绕着图5B中所示的内圆的外圆周均匀间隔的多个线圈。类似地，旋转电磁机器将包括绕着图5B中所示的外圆的内圆周均匀间隔的多个磁体组，使得其中部署有电能存储设备的任何一个线圈74始终受到穿过线圈74的中心垂直施加的磁场的作用。
结合电能存储设备78的图5A和5B的旋转电磁机器可以用于增强对电能存储设备的充电。为此，将物理上邻近磁体72A、72B和72C部署的电能存储设备78电联接至独立的电源。该独立电源然后将电功率施加到电能存储设备78。由磁体72A、72B、72C产生的磁场穿过电能存储设备78，这增强了对电能存储设备78的充电。无论电磁机器是否正在旋转，都可以发生这种增强。如上文关于图4A讨论的，这种增强可以以如下形式发生：通过在相同时间段内施加输入功率而存储更多能量、通过在较短时间段内施加输入功率而存储等量的能量、或者通过在一定时间段内施加输入功率使得所存储的能量的量大于当电能存储设备78未被物理地部署于邻近磁体72A、72B和72C时能够存储在电能存储设备78中的最大总能量。
在另一实施方式中，电联接至电能存储设备78的电源是旋转电磁机器本身。由旋转电磁机器产生的电能可以存储在电能存储设备78中。即使旋转电磁机器用作电源，旋转电磁机器的旋转和/或布置也再次增强了对电能存储设备78的充电。通过捕获该能量，有效地增大了旋转电磁机器的动态范围。
在又一实施方式中，电能存储设备不电联接至任何电源。随着旋转电磁机器旋转并且磁场被施加到电能存储设备78，电解质混合物中的阳离子和阴离子被磁场迫使着在对应的电极上形成层。邻近电极表面的这层离子引起对应的一层电荷以形成在电极本身中，从而在每个电极上形成双电层。以这种方式，通过电磁机器的旋转和/或布置来有效地对电能存储设备“预充电”。此外，如果磁体72A、72B、72C被适当地定位，则不需要电磁机器的旋转。如果在机器运动时电荷先前已累积在电极上，则在机器停止运行后，电荷将由于磁场而保持就位。
仍在另一实施方式中，电能存储设备78可以被部署在线圈74、线圈76和磁体72A、72B、72C的外部。在该实施方式中，电能存储设备78可以被部署在机器的外部壳体(可以是磁体壳体70)内，并且因此将被定位在机器内。电能存储设备78也可以被部署在机器的外部壳体的外部，并且因此将被定位为邻近机器。如果电能存储设备78被定位在机器的外部壳体的外部并因此被定位为邻近机器，则机器的外部壳体必须不阻挡磁场到达电能存储设备78。不管电能存储设备78是被定位在电磁机器内还是邻近电磁机器，电能存储设备78都被定向成使得与电能存储设备78相互作用的任何磁场都将垂直于连接第一电极54A和第二电极54B的轴线以及连接电能存储设备78的第一端部58A和第二端58B的轴线二者，如图4A和图5A中所示的那样。
现在参考图6，示出了结合图4A和4B的电能存储设备进行操作的旋转或线性电磁机器的替换实施方式的横截面。图6中的电磁机器可以是图1A、1B或图2的旋转电磁机器或任何其他合适的旋转电磁机器。在另一实施方式中，旋转电磁机器具有一个、两个、四个、五个或任何合适数量的磁体。在又一实施方式中，电能存储设备与具有任何合适数量的磁体的线性电磁机器集成在一起。图6的电磁机器的磁体或线圈组件可以是转子或定子。
在该实施方式中，电能存储设备79A、79B和79C被定位在电磁机器内。然而，并非是被定位在线圈74内，相反，电能存储设备79A、79B和79C各自被定位在线圈、芯76和磁体72A、72B和72C的外部。在该配置中，电能存储设备79A、79B和79C邻近对应的磁体72A、72B和72C，使得磁体72A、72B和72C被部署在(i)电能存储设备79A、79B、79C以及(ii)线圈74和芯76之间。电能存储设备79A、79B和79C通常可以被部署在线圈74、芯76和磁体72A、72B和72C的外部、但是在图6的电磁机器的外部壳体内，使得电能存储设备79A、79B和79C被部署在电磁机器内。
在另一实施方式中，电能存储设备79A、79B和79C以基本上相同的配置被定位，除了电能存储设备79A、79B和79C被定位在电磁机器外部且邻近电磁机器，而不是被定位在电磁机器内部。当电能存储设备79A、79B和79C被部署在电磁机器的外部壳体外部并且因此邻近电磁机器时，该外部壳体通常必须不阻挡来自磁体72A、72B和72C的磁场到达电能存储设备79A、79B和79C。
在任一实施方式中，由磁体72A、72B和72C产生的磁场都指向正交于磁体的表面，并且因此指向电能存储设备79A、79B和79C。电能存储设备79A、79B和79C中的每一个被定向成使得来自对应磁体的磁场垂直于电极之间的轴线并且垂直于电能存储设备79A、79B和79C的第一端和第二端之间的轴线。因此，如上文讨论的，磁场在电能存储设备79A、79B和79C的每一个中在垂直于阳离子和阴离子的速度的方向上向其施加力。在图6的实施方式中，不需要机器的旋转或平移来增大电能存储设备79A、79B和79C的电容或充电速率。如果机器在运动中并然后停止运转，则这些益处将具有“残留”效果。图6的旋转电磁机器也可以用一个、两个、四个或五个磁体来操作，只要由磁体施加的场以与关于图6描述的相同的方式指向电能存储设备即可。
在图6的实施方式中，电能存储设备79A、79B和79C连接至电源81A、81B和81C。电源81A、81B和81C可以是电磁机器本身，或者可以是与电磁机器分开的独立电源。在另一实施方式中，电能存储设备79A、79B和79C不与电源连接。通常，当将电源81A、81B和81C施加到电能存储设备79A、79B和79C时，电源81A、81B和81C的极性被选择成使得施加于电能存储设备79A、79B和79C的功率和所施加的磁场两者都使阳离子向电极之一移动，并且两者都使阴离子向另一电极移动。
如果磁体72A、72B、72C是转子的一部分，则电能存储设备79A、79B、79C可以被配置成在图6的机器的操作期间旋转或线性地移动。如果磁体72A、72B、72C是定子的一部分，则电能存储设备79A、79B、79C也可以被配置成在图5A的机器的操作期间保持静止。
现在参考图7，示出了连接至利用磁性离子的电源83的电能存储设备80。电能存储设备80包括壳体82、第一电极84A和第二电极84B。第一电极84A和第二电极84B通常彼此平行并且被部署在壳体82的相对侧。壳体82中部署着电解质混合物，其在溶剂中包含阳离子86A和阴离子86B。如上文讨论的，经由电源向电能存储设备80施加电功率使得阳离子86A被吸引到第二电极84B上的负电荷88B，并且阴离子86B被吸引到第一电极84A上的正电荷88A。在图7的实施方式中，阳离子86A或阴离子86B都包括磁性材料。磁性阳离子86A或磁性阴离子86B可以包括反磁性离子、顺磁性离子、铁磁性离子、反铁磁性离子、亚铁磁性离子或其任何组合。通过施加平行于连接第一电极84A和第二电极84B的轴线的磁场90，仅在磁性离子上施加力。电源的极性、磁场90的方向以及磁性离子的种类都被选择成确保磁场90在使离子将由于电荷在对应电极上的积聚而已经被吸引到的方向上施加力。在图7图示的实施方式中，阳离子86A被选择为是磁性的。阳离子86A已经受到朝向第二电极84B的电吸引，并且因此磁场90被选择成使得磁场90在阳离子86A上施加也指向第二电极84B的力。因此，磁场90的施加使得更多的磁性离子在双层处形成，从而增大了电能存储设备80的电容。因此，类似于图4A和4B中的电能存储设备的实施方式，增强了对电能存储设备的充电。
现在参考图8，示出了利用图7的电能存储设备80的旋转或线性电磁机器的横截面。图8中的电磁机器可以是图1A、1B或图2的旋转电磁机器或任何其他合适的旋转电磁机器。在另一实施方式中，旋转电磁机器具有一个、两个、四个、五个或任何合适数量的磁体。在又一实施方式中，电能存储设备与具有任何合适数量的磁体的线性电磁机器集成在一起。图8的电磁机器的磁体或线圈组件可以是转子或定子。因此，电磁机器通常包括磁体壳体70，其包含磁体72A、72B和72C。图8的电磁机器具有三个电能存储设备80A、80B和80C，其各自被部署为邻近相应的磁体72A、72B、72C。电能存储设备被定向成使得每个电能存储设备的一个电极比每个电能存储设备的另一个电极更靠近相应的磁体。因此，由磁体72A、72B和72C产生的磁场平行于电能存储设备80A、80B和80C中的每一个的第一电极和第二电极之间的轴线。如上文讨论的，该磁场的施加将力施于电能存储设备中的每一个的电解质混合物中的磁性离子上，从而增大了电容并减小了电能存储设备中的每一个的时间常数。
图7的电能存储设备和图8的电磁机器可以以类似于上文关于图5A和5B的电磁机器描述的方式来使用。电能存储设备可以电联接至独立的电源。当磁场被施加到电能存储设备时，增强了由独立电源对其的充电。在另一实施方式中，电能存储设备可以电联接至电磁机器，使得电磁机器用作电能存储设备的电源。电磁机器的相对运动使得电能存储设备开始充电，该充电被通过磁体施加的磁场所增强。在又一实施方式中，电能存储设备不电联接至电源。随着磁场被施加到电能存储设备，电解质混合物中的阳离子和阴离子被磁场迫使着在对应的电极上形成层。邻近电极表面的这层离子引起对应的一层电荷以形成在电极本身中，从而在每个电极上形成双电层。以这种方式，电能存储设备通过磁场的施加而被有效地“预充电”，并且如果在机器运动时电荷先前已在电极上积累，则电荷将在机器停止运转后由于磁场而仍然保持就位。图8的旋转电磁机器也可以用一个、两个、四个或五个磁体来操作，只要由磁体施加的磁场以与关于图8描述的相同的方式指向电能存储设备即可。
在图8的实施方式中，电能存储设备80A、80B和80C连接至电源85A、85B和85C。电源85A、85B和85C可以是电磁机器本身，或者可以是与电磁机器分开的独立电源。在另一实施方式中，电能存储设备80A、80B和80C不与电源连接。通常，当将电源85A、85B和85C施加到电能存储设备80A、80B和80C时，电源85A、85B和85C的极性被选择成使得施加于电能存储设备80A、80B和80C的功率和所施加的磁场两者都使阳离子向电极之一移动，并且两者都使阴离子向另一电极移动。
如果磁体72A、72B、72C是转子的一部分，则电能存储设备80A、80B、80C可以被配置成在图8的机器的操作期间旋转或线性地移动。如果磁体72A、72B、72C是定子的一部分，则电能存储设备79A、79B、79C也可以被配置成在图5A的机器的操作期间保持静止。
现在参考图9，示出了连接至利用电解质混合物中的离子的密度差异的电源101的电能存储设备100。电能存储设备100包括壳体102、第一电极104A和第二电极104B。第一电极104A和第二电极104B通常彼此平行并且被部署在壳体102的相对侧。壳体102中部署着电解质混合物，其包含在溶剂中的阳离子106A和阴离子106B。如上文讨论的，向电能存储设备100施加电功率使得阳离子106A被吸引到第一电极104A上的负电荷108B，并且使得阴离子106B被吸引到第二电极104B上的正电荷108A。
在图9的实施方式中，离子种类之一具有比其他种类更高的密度。阳离子106A可以比阴离子106B更密集，或者反之亦然。为了增大电能存储设备100的电容，电能存储设备100沿旋转轴线110旋转。旋转轴线110通常垂直于第一电极104A和第二电极104B之间的轴线，并且偏离电能存储设备100，使得旋转轴线不在电极之间通过。由于旋转轴线110偏离电能存储设备100的中心，因此阳离子106A和阴离子106B经由称为密度梯度离心的过程而分离。随着电能存储设备100旋转，与较低密度离子相比，较高密度离子被迫更远离旋转轴线110。电能存储设备的旋转因此使得更高密度离子累积在距旋转轴线110最远的电能存储设备的电极上。电源的极性、旋转轴线的位置以及要作为更密集的离子的离子种类被选择成使得电能存储设备100的正常操作和电能存储设备100的旋转二者都沿相同的方向在更密集的离子上施加力。类似地，选择密度较小的离子，使得密度较小的离子与在最靠近旋转轴线110的电极上累积的电荷之间的吸引力克服了来自旋转本身的力。
因此，在图9图示的实施方式中，电源112的极性被选择成使得正电荷108A积聚在第二电极104B上。这些正电荷108A吸引电解质混合物中的带负电荷的阴离子106B。阴离子106B还被选择成使得其具有比带正电荷的阳离子106A更高的密度，并且旋转轴线110被放置在电能存储设备100的与第二电极104B相对的一端。因此，电能存储设备100绕着旋转轴线110的旋转使得密度较高的阴离子106B比密度较低的阳离子106A经受更大的远离旋转轴线110的力。电能存储设备100的旋转因此与来自电源112的电功率的施加协作，以迫使阴离子106B朝向第二电极104B。阳离子106A被选择成使得它们由于负电荷108B的积聚而经受的朝向第一电极104A的力大于由于电能存储设备100绕着旋转轴线110的旋转而引起的相反的力。在示例实施方式中，密度较高的离子的密度可以是密度较低的离子的密度的两倍、四倍、六倍或八倍。可设想其中密度较高的离子与密度较低的离子的密度之比不同的其他实施方式。
现在参考图10A，示出了利用图9的电能存储设备100的旋转电磁机器的横截面。图10A中的电磁机器可以是图1A、1B或图2的旋转电磁机器或任何其他合适的旋转电磁机器。在另一实施方式中，旋转电磁机器具有一个、两个、四个、五个或任何合适数量的磁体。图10A的电磁机器也可以是线性电磁机器。
如图所示，旋转电磁机器通常具有磁体壳体70，其包含磁体72A、72B和72C。与图8的旋转电磁机器类似，图10A的旋转电磁机器具有邻近相应的磁体72A、72B和72C部署的电能存储设备103A、103B和103C-103I。在该实施方式中，电能存储设备103A-103I被部署在磁体壳体70的外部，以屏蔽电能存储设备免受不必要的磁场的影响。电能存储设备103A-103I被定向成使得每个电能存储设备的第一电极和第二电极之间的轴线通常垂直于旋转电磁机器的旋转轴线110。这样，电能存储设备103A和103B通常被定向为与图8的旋转电磁机器的电能存储设备80A和80B相同。
然而，与图8中的电能存储设备80C相比，图10A中的电能存储设备103C-103I旋转了90°。由于节省空间可能是有益的，因此图10A的旋转电磁机器可以利用多个较短的旋转的电能存储设备103C-103I，它们并联地电连接以形成可以等效于电能存储设备103A和103B的有效的电能存储设备。减小电能存储设备的尺寸提供了可以在其上收集电荷的更小的表面积，从而减小了电容。然而，通过提供多个较短的电能存储设备并使其并联地电联接，这种减小被最小化或消除。电能存储设备103A-103I随着旋转电磁机器绕旋转轴线110旋转而旋转。随着这种情况发生，电能存储设备中的每一个的电解质混合物中的具有较大密度的离子比具有较小密度的离子经受朝向离旋转轴线110最远的电极的更大的力，从而增大了电容并减小了电能存储设备中的每一个的时间常数。
图10A的旋转电磁机器也可以用一个、两个、四个、五个或任何合适数量的磁体来操作。此外，电能存储设备103A-103I适于在任何旋转机器中使用，即便是不具有磁体的旋转机器。
在图10A的实施方式中，电能存储设备103A连接至电源105A，电能存储设备103B连接至电源105B，并且电能存储设备103A-103I连接至电源105C。电源105A、105B和105C可以是电磁机器本身，或者可以是与电磁机器分开的独立电源。在另一实施方式中，电能存储设备103A-103I不与电源连接。通常，当将电源105A、105B和105C施加到电能存储设备103A-103I时，电源105A、105B和105C的极性被选择成使得施加于电能存储设备103A-103I的功率和电磁机器的旋转两者都使阳离子向电极之一移动，并且两者都使阴离子向另一电极移动。
图9的电能存储设备和图10A的旋转电磁机器可以以类似于上文关于图5A和5B的旋转电磁机器或图8的旋转电磁机器描述的方式来使用。电能存储设备可以电联接到独立的电源。当旋转电磁机器旋转电能存储设备时，增强了由独立电源对其的充电。在另一实施方式中，电能存储设备可以电联接至旋转电磁机器，使得旋转电磁机器用作电能存储设备的电源。旋转电磁机器的旋转直接产生电功率，该电功率的至少一部分可以用于直接对电能存储设备充电。通过电能存储设备的旋转增强了这种充电。
在又一实施方式中，电能存储设备不电联接至电源。随着通过旋转电磁机器使得电能存储设备旋转，通过旋转电磁机器的旋转(经由密度梯度离心)来迫使电解质混合物中的阳离子和阴离子在对应的电极上形成层。邻近电极表面的这层离子引起对应的一层电荷以形成在电极本身中，从而在每个电极上形成双电层。以这种方式，通过磁场的施加来有效地对电能存储设备“预充电”。
由于是旋转而不是磁场的施加增强了电能存储设备103A-103I的功能性，因此电能存储设备103A-103I通常必须联接至电磁机器的转子。在图10A中，磁体72A、72B、72C是转子的一部分，因此电能存储设备103A-103I联接至磁体或磁体壳体70。尽管图10A示出了电能存储设备103A-103I被联接或以其他方式部署在磁体壳体70的外部，但是电能存储设备103A-103I也可以联接或以其他方式部署在磁体壳体70内并且仍被配置成与磁体一起旋转。
图10B图示了与图10A类似的电磁机器，不同之处在于线圈74和芯76被设计成旋转并且因此是机器转子的一部分。磁体72A、72B、72C被配置成在操作期间是静止的，并且因此是定子的一部分。由于是线圈74和芯76在操作期间旋转，因此电能存储设备103A-103I通常被部署在包含线圈74和芯76的壳体内或联接至包含线圈74和芯76的壳体。除了电能存储设备103A-103I的定位之外，图10B的机器与图10A的机器类似地操作。电能存储设备103A-103I被定向成使得每个电能存储设备的第一电极和第二电极之间的轴线通常垂直于旋转电磁机器的旋转轴线110。
电能存储设备的不同实施方式可以进行组合，以增强对电能存储设备的充电。例如，具有阻挡物和通道的电能存储设备可以与其中一种离子种类为磁性的离子、其中一种离子种类具有更大的密度的离子或二者结合使用。类似地，不具有阻挡物和通道的电能存储设备可以利用其中一种离子种类是磁性的并且其中一种离子种类具有比其他离子更大的密度的离子。
如本文所讨论的，各种不同的电磁机器可以与各种类型的电能存储设备一起使用。电磁机器可以是旋转电磁机器、线性电磁机器或任何其他类型的电磁机器。在一些实施方式中，机器甚至可以是非电磁机器。在一些实施方式中，可以使用允许磁体中的一些或全部以及线圈组件中的一些或全部都移动(例如，旋转移动或线性平移移动)的电磁机器。机器可以具有任何合适数量的磁体组，并且每个磁体组都可以具有任何合适数量的磁体。机器也可以具有任何合适数量的线圈和芯。因此，虽然本文描述的横截面图像通常仅示出了单个磁体组和单个线圈/芯组合，但是电磁机器通常具有多个磁体组和多个线圈/芯组合，其绕着旋转轴线圆周地部署(针对旋转电磁机器)或绕着平移轴线线性地部署(针对线性电磁机器)。另外，每个线圈可以具有其自己的单独的芯，或者两个或更多个线圈可以共享共同的芯。电磁机器也可以仅具有带有单个线圈/芯组合的单个磁体组。
因此，为了便于说明书和权利要求书中的理解，电磁机器可能被描述为具有“一个磁体”、“一个磁体组”、“一个芯”、“一个线圈”、“一个电能存储设备”、“一个轴杆”、“一个线圈组件”，等等。然而，要理解的是，伴随着任何这些部件或其他部件中的冠词“一个”都不会将任何所描述或要求保护的实施方式约束为仅单个部件，而是涵盖了具有一个或多个的部件的实施方式。
尽管已经参考一个或多个特定实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到的是，可以对其做出许多改变而不背离本公开的精神和范围。这些实施方式及其明显变化中的每一个都被认为落入本公开的精神和范围内。还可设想，根据本公开的方面的另外的实施方式可以组合来自本文描述的任何实施方式的任何数量的特征。

Claims (32)

1.一种电能存储设备，包括：
壳体，其具有第一端部、与所述第一端部相对的第二端部、第一侧部和与所述第一侧部相对的第二侧部；
第一电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第一侧部；
第二电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第二侧部；
电解质混合物，其被部署在所述壳体中并且在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电解质混合物包含多个离子；
通道，其限定在所述第一电极和所述第二电极之间，所述通道被配置成允许所述多个离子中的至少一部分从邻近所述第一电极的所述通道的第一部分通过邻近所述壳体的第一端部的所述通道的第二部分而流到邻近所述第二电极的所述通道的第三部分；以及
阻挡物，其被部署在所述壳体内，且其被部署在所述第一电极和所述第二电极之间，所述阻挡物包括一个或多个闸门，所述一个或多个闸门被配置成选择性地打开和关闭，其中：
当所述一个或多个闸门关闭时，所述阻挡物被配置成帮助防止所述多个离子在邻近于所述壳体的第二端部的所述第一电极和所述第二电极之间流动；以及
当所述一个或多个闸门打开时，所述阻挡物被配置成帮助允许所述多个离子中的至少一部分从邻近所述第二电极的所述通道的第三部分穿过邻近所述壳体的第二端部的所述一个或多个闸门而流到邻近所述第一电极的所述通道的第一部分。
2.根据权利要求1所述的电能存储设备，还包括部署在所述通道中的离子可渗透的分隔物，所述离子可渗透的分隔物被配置成允许所述电解质混合物的离子从其穿过。
3.根据权利要求1所述的电能存储设备，其中，所述通道至少部分地由所述阻挡物来限定。
4.根据权利要求1所述的电能存储设备，其中，所述通道具有大致U形的横截面。
5.根据权利要求1所述的电能存储设备，其中，所述通道具有大致V形的横截面。
6.根据权利要求1所述的电能存储设备，其中，所述一个或多个闸门还允许所述多个离子中的至少一部分从邻近所述第一电极的所述通道的第一部分穿过邻近所述壳体的第二端部的所述一个或多个闸门而流到邻近所述第二电极的所述通道的第三部分。
7.根据权利要求1所述的电能存储设备，其中，所述多个离子包括阳离子、阴离子或二者。
8.根据权利要求1所述的电能存储设备，其中，所述多个离子包括具有第一密度的第一类型的离子和具有第二密度的第二类型的离子，所述第二密度不同于所述第一密度。
9.根据权利要求8所述的电能存储设备，其中，所述第一密度为所述第二密度的至少两倍。
10.根据权利要求1所述的电能存储设备，其中，所述第一电极是阴极，并且所述第二电极是阳极。
11.根据权利要求1所述的电能存储设备，其中，所述多个离子包括磁性离子和非磁性离子。
12.根据权利要求11所述的电能存储设备，其中，所述磁性离子包括反磁性离子、顺磁性离子、铁磁性离子、反铁磁性离子、亚铁磁性离子或其任何组合。
13.一种电磁机器，包括：
轴杆；
线圈组件，其联接至所述轴杆，所述线圈组件包括芯和缠绕在所述芯上的线圈；
第一组磁体，其联接到所述轴杆，使得所述第一组磁体被定位为邻近所述线圈组件；以及
至少一个电能存储设备，其被部署为邻近所述线圈，所述至少一个电能存储设备包括：
壳体，其具有第一端部、与所述第一端部相对的第二端部、第一侧部和与所述第一侧部相对的第二侧部；
第一电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第一侧部；
第二电极，其被部署在所述壳体中，邻近所述第二侧部；
电解质混合物，其被部署在所述壳体中并且在所述第一电极和所述第二电极之间，所述电解质混合物包含多个离子；
通道，其限定在所述第一电极和所述第二电极之间，所述通道被配置成允许所述多个离子中的至少一部分从邻近所述第一电极的所述通道的第一部分通过邻近所述壳体的第一端部的所述通道的第二部分而流到邻近所述第二电极的所述通道的第三部分；以及
阻挡物，其被部署在所述壳体内，且其被部署在所述第一电极和所述第二电极之间，所述阻挡物包括一个或多个闸门，所述一个或多个闸门被配置成选择性地打开和关闭，其中：
当所述一个或多个闸门关闭时，所述阻挡物被配置成帮助防止所述多个离子在邻近于所述壳体的第二端部的所述第一电极和所述第二电极之间流动；以及
当所述一个或多个闸门打开时，所述阻挡物被配置成帮助允许所述多个离子中的至少一部分从邻近所述第二电极的所述通道的第三部分穿过邻近所述壳体的第二端部的所述一个或多个闸门而流到邻近所述第一电极的所述通道的第一部分。
14.根据权利要求13所述的电磁机器，其中，所述第一组磁体包括第一磁体、第二磁体和第三磁体。
15.根据权利要求14所述的电磁机器，其中，所述第一磁体和所述第二磁体彼此平行并且垂直于所述第三磁体。
16.根据权利要求14所述的电磁机器，其中，所述至少一个电能存储设备被至少部分地定位在所述线圈内。
17.根据权利要求16所述的电磁机器，其中，由所述第一磁体、所述第二磁体和所述第三磁体中的每一个磁体产生的磁场垂直于（i）所述至少一个电能存储设备的第一电极和第二电极之间的第一轴线，以及（ii）在所述至少一个电能存储设备的第一端和第二端之间的第二轴线。
18.根据权利要求14所述的电磁机器，其中，所述至少一个电能存储设备被定位在所述线圈外部。
19.根据权利要求18所述的电磁机器，其中，所述至少一个电能存储设备包括第一电能存储设备、第二电能存储设备和第三电能存储设备。
20.根据权利要求19所述的电磁机器，其中，由所述第一磁体产生的磁场垂直于（i）所述第一电能存储设备的第一电极和第二电极之间的第一轴线，以及（ii）在所述第一电能存储设备的第一端和第二端之间的第二轴线。
21.根据权利要求20所述的电磁机器，其中，由所述第二磁体产生的磁场垂直于（i）所述第二电能存储设备的第一电极和第二电极之间的第一轴线，以及（ii）在所述第二电能存储设备的第一端和第二端之间的第二轴线。
22.根据权利要求21所述的电磁机器，其中，由所述第三磁体产生的磁场垂直于（i）所述第三电能存储设备的第一电极和第二电极之间的第一轴线，以及（ii）在所述第三电能存储设备的第一端和第二端之间的第二轴线。
23.根据权利要求13所述的电磁机器，其中，所述第一组磁体中的每个磁体都包括北极和南极。
24.根据权利要求23所述的电磁机器，其中，所述第一组磁体中的每个磁体的北极比每个磁体的南极更靠近所述至少一个电能存储设备。
25.根据权利要求23所述的电磁机器，其中，所述第一组磁体中的每个磁体的南极比每个磁体的北极更靠近所述至少一个电能存储设备。
26.根据权利要求23所述的电磁机器，还包括第二组磁体，所述第二组磁体中的每个磁体具有北极和南极。
27.根据权利要求26所述的电磁机器，其中，所述第一组磁体中的每个磁体的北极比所述第一组磁体中的每个磁体的南极更靠近所述至少一个电能存储设备，并且其中，所述第二组磁体中的每个磁体的南极比所述第二组磁体中的每个磁体的北极更靠近所述至少一个电能存储设备。
28.根据权利要求13所述的电磁机器，其中，（i）所述第一组磁体相对于所述线圈组件的旋转、或者（ii）所述线圈组件相对于所述第一组磁体的旋转产生电功率，并且其中，所产生的电能的至少一部分存储在所述至少一个电能存储设备中。
29.根据权利要求13所述的电磁机器，其中，所述至少一个电能存储设备电联接至电源。
30.根据权利要求13所述的电磁机器，其中，所述至少一个电能存储设备不电联接至电源。
31.根据权利要求13所述的电磁机器，其中，所述电磁机器是旋转电磁机器。
32.根据权利要求13所述的电磁机器，其中，所述电磁机器是线性电磁机器。
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