Нудењето одржливи извори на електрична енергија е еден од најважните предизвици на овој век. Области за истражување во материјалите за собирање енергија произлегуваат од оваа мотивација, вклучувајќи термоелектрик1, фотоволтаичен2 и термофотоволтаици3. Иако ни недостасуваат материјали и уреди способни за собирање енергија во опсегот ouул, пироелектричните материјали што можат да ја претворат електричната енергија во периодични температурни промени се сметаат за сензори4 и бербарите на енергија5,6,7. Овде развиевме макроскопска жетва за термичка енергија во форма на повеќеслоен кондензатор направен од 42 грама оловен скандиум танталат, произведувајќи 11,2 j електрична енергија по термодинамичен циклус. Секој пироелектричен модул може да генерира густина на електрична енергија до 4,43 J CM-3 по циклус. Исто така, покажуваме дека два вакви модули со тежина од 0,3 g се доволни за континуирано напојување на автономни бербари на енергија со вградени микроконтролери и сензори за температура. Конечно, покажуваме дека за температурен опсег од 10 K, овие повеќеслојни кондензатори можат да достигнат 40% ефикасност на картонот. Овие својства се должат на (1) промена на фероелектричната фаза за висока ефикасност, (2) ниска струја на истекување за да се спречат загуби и (3) висок напон на дефект. Овие макроскопски, скалабилни и ефикасни жетви на пироелектрична енергија го преиспитуваат термоелектричното производство на енергија.
Во споредба со градиентот на просторна температура, потребен за термоелектрични материјали, бербата на енергија на термоелектричните материјали бара температурен велосипедизам со текот на времето. Ова значи термодинамичен циклус, кој најдобро е опишан со дијаграмот на ентропија (S) -температура (T). На Слика 1а е прикажан типичен заговор на нелинеарно пироелектричен (NLP) материјал што покажува транзиција на фароелектрична фазална фаза на фароелектрична фаза во танталат на скандиум (PST). Сините и зелените делови на циклусот на дијаграмот СТ одговараат на конвертираната електрична енергија во циклусот Олсон (два изотермални и два изополни делови). Овде разгледуваме два циклуси со иста промена на електричното поле (вклучено и исклучено поле) и промена на температурата ΔT, иако со различни почетни температури. Зелениот циклус не е лоциран во фазата на транзиција и на тој начин има многу помала област од синиот циклус лоциран во фазата на транзиција. Во дијаграмот СТ, колку е поголема областа, толку е поголема собраната енергија. Затоа, фазата на транзиција мора да собере повеќе енергија. Потребата за велосипедизам со голема површина во НЛП е многу слична на потребата за електротермални апликации9, 10, 11, 12 каде што PST повеќеслојните кондензатори (MLCs) и Terpolymers базирани на PVDF неодамна покажаа одлични обратни перформанси. Статус на изведба на ладење во циклус 13,14,15,16. Затоа, идентификувавме PST MLC на интерес за берба на термичка енергија. Овие примероци се целосно опишани во методите и се карактеризираат во дополнителни белешки 1 (електронска микроскопија за скенирање), 2 (дифракција на Х-зраци) и 3 (калориметрија).
А, скица на заговор за ентропија (S) -температура (T) со електрично поле Вклучено и исклучено применето на NLP материјали што покажуваат фази на транзиции. Два циклуси на собирање на енергија се прикажани во две различни температурни зони. Сините и зелените циклуси се случуваат во и надвор од фазата на транзиција, соодветно и завршуваат во многу различни региони на површината. Б, два де PST MLC униполарни прстени, дебели 1 mm, измерени помеѓу 0 и 155 kV cm-1 на 20 ° C и 90 ° C, соодветно, и соодветните циклуси на Олсен. Писмата ABCD се однесуваат на различни состојби во циклусот Олсон. AB: MLCs беа обвинети на 155 kV cm-1 на 20 ° C. БЦ: MLC се одржуваше на 155 kV cm-1 и температурата се зголеми на 90 ° C. ЦД: MLC празнења на 90 ° C. DA: MLC разладен на 20 ° C во нула поле. Сината област одговара на влезната моќност потребна за започнување на циклусот. Портокаловата област е енергија собрана во еден циклус. в, горниот панел, напон (црна) и струја (црвена) наспроти време, проследено за време на истиот циклус Олсон како б. Двете инсерти претставуваат засилување на напон и струја во клучните точки во циклусот. Во долниот панел, жолтите и зелените кривини ги претставуваат соодветните кривини на температурата и енергијата, соодветно, за MLC дебелина од 1 мм. Енергијата се пресметува од тековните и напонските криви на горниот панел. Негативната енергија одговара на собраната енергија. Чекорите што одговараат на главните букви во четирите бројки се исти како во циклусот Олсон. Циклусот AB'CD одговара на циклусот Стирлинг (Дополнителна белешка 7).
каде Е и Д се електричното поле и полето за електрично поместување, соодветно. ND може да се добие индиректно од DE коло (Сл. 1Б) или директно со започнување на термодинамички циклус. Најкорисните методи беа опишани од Олсен во неговата пионерска работа за собирање на пироелектрична енергија во 1980 -тите.
На сл. 1Б покажува две монополарни де јамки со дебелина од 1 мм PST-MLC примероци собрани на 20 ° C и 90 ° C, соодветно, над опсег од 0 до 155 kV cm-1 (600 V). Овие два циклуси можат да се користат за индиректно пресметување на енергијата собрана од циклусот Олсон прикажан на Слика 1А. Всушност, циклусот Олсен се состои од две гранки на изофилд (овде, нула поле во гранката ДА и 155 kV cm-1 во гранката БЦ) и две изотермални гранки (овде, 20 ° С и 20 ° С во гранката АБ). В во гранката на ЦД) Енергијата собрана за време на циклусот одговара на портокаловите и сините региони (ЕДД Интеграл). Собраната енергија е разликата помеѓу влезната и излезната енергија, т.е. само портокаловата област на Сл. 1б. Овој конкретен циклус Олсон дава густина на енергија од 1,78 J CM-3. Циклусот Стирлинг е алтернатива на циклусот Олсон (Дополнителна белешка 7). Бидејќи фазата на постојана полнење (отворено коло) полесно се достигнува, густината на енергијата извлечена од Сл. 1Б (циклус AB'CD) достигнува 1,25 J CM-3. Ова е само 70% од она што може да го собере циклусот Олсон, но тоа го прави едноставната опрема за берба.
Покрај тоа, ние директно ја меривме собраната енергија за време на циклусот Олсон со енергизирање на PST MLC користејќи фаза на контрола на температурата на LinkAM и мерач на извор (метод). Слика 1C на врвот и во соодветните вметнувања ги прикажува струјата (црвена) и напон (црна) собрана на истиот PST MLC дебел 1 mm, како и за De Loop што минува низ истиот циклус на Олсон. Тековната и напонот овозможуваат да се пресмета собраната енергија, а кривините се прикажани на Сл. 1C, дното (зелената) и температурата (жолта) во текот на целиот циклус. Буквите ABCD претставуваат ист циклус Олсон на Слика 1. Пополнувањето на MLC се јавува за време на ногата АБ и се врши на мала струја (200 μA), така што Sourcemeter може правилно да го контролира полнењето. Последица од оваа постојана почетна струја е дека кривата на напон (црна крива) не е линеарна заради нелинеарното поле за поместување на полето D PST (Сл. 1С, горниот инсерт). На крајот на полнењето, 30 MJ електрична енергија се чува во MLC (точка Б). MLC потоа се загрева и се произведува негативна струја (и затоа негативна струја) додека напонот останува на 600 V. по 40 секунди, кога температурата достигна плато од 90 ° C, оваа струја беше компензирана, иако примерокот на чекор произведен во колото електрична енергија од 35 MJ за време на овој изофилд (втор инсет на Сл. 1С, врвот). Напонот на MLC (гранка ЦД) потоа се намалува, што резултира во дополнителни 60 MJ електрична работа. Вкупната излезна енергија е 95 MJ. Собраната енергија е разликата помеѓу влезната и излезната енергија, што дава 95 - 30 = 65 MJ. Ова одговара на енергетската густина од 1,84 J CM-3, што е многу блиску до ND извлечена од DE Ring. Репродуктивноста на овој циклус Олсон е опширно тестирана (Дополнителна белешка 4). Со понатамошно зголемување на напонот и температурата, постигнавме 4,43 J CM-3 користејќи циклуси на Олсен во PST MLC дебелина од 0,5 mm преку температурен опсег од 750 V (195 kV CM-1) и 175 ° C (Дополнителна белешка 5). Ова е четири пати поголемо од најдобрите перформанси пријавени во литературата за директни циклуси на Олсон и е добиена на тенки филмови на Pb (Mg, NB) O3-PBTIO3 (PMN-PT) (1.06 J CM-3) 18 (CM .Supplement Table 1 за повеќе вредности во литературата). Оваа изведба е постигната заради многу ниската струја на истекување на овие MLC (<10−7 A на 750 V и 180 ° C, видете детали во Дополнителната белешка 6) - Клучна точка споменати од Смит и сор.19 - во спротивност со материјалите што се користат во претходните студии17,20. Оваа изведба е постигната заради многу ниската струја на истекување на овие MLC (<10−7 A на 750 V и 180 ° C, видете детали во Дополнителната белешка 6) - Клучна точка споменати од Смит и сор.19 - во спротивност со материјалите што се користат во претходните студии17,20. Эti хароктрикикики kыli goStyignutы blagogodaRя onчеnь niзkomу ttounu utечki эtiх mlc (<10–7 apri 750 v 180 ° C, ° C, °. В ДОПОЛНИТЕЛьНОМ ПРИМЕчАНИ 6) - Критический Моментт, опомхеннутый Смитоум и др. 19 - В ОТЛИЈИЕ ОТ КМЕРИЛАМ, ИСПОЛззОВАННыМ В БОЛЕНЕ РАННИх ИСССЛЕДОВНИЦИ Овие карактеристики беа постигнати како резултат на многу ниската струја на истекување на овие MLC (<10–7 A на 750 V и 180 ° C, видете Дополнителна белешка 6 за детали) - критична точка споменат од Смит и сор. 19 - За разлика од материјалите што се користат во претходните студии17,20.由于这些 MLC 的泄漏电流非常低（在 750 V 和 180 ° C 时 <10-7 A ， 请参见补充说明 6 中的详细信息） —— Смит 等人 19 提到的关键点 —— 相比之下 ， 已经达到了这种性能到早期研究中使用的材料 已经达到了这种性能到早期研究中使用的材料 17,20。由于 这些 mlc 的 泄漏 非常 （在 在 在 750 V 和 180 ° C 时 <10-7 A ， 参见 补充 说明 6 中 详细 信息））））） — 等 人 19 提到 关键 关键 点 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下，已经达到了这种性能到早期研究中使用的材料17.20。 Посколькк Ток Утекики эtyх mlc osчnь niзkiй (<10–7 апри 750 В 180 ° C, См. Ключевоох моментт, упомхенхатый смитоум и др. 19 - Для Сровниея, были достигнуты эти харокцестики. Бидејќи струјата на истекување на овие MLC е многу мала (<10–7 A на 750 V и 180 ° C, видете Дополнителна белешка 6 за детали) - Клучна точка споменат од Смит и сор. 19 - За споредба, овие претстави беа постигнати.до материјали што се користат во претходните студии 17,20.
Истите услови (600 V, 20–90 ° C) се применуваат на циклусот Стирлинг (Дополнителна белешка 7). Како што се очекуваше од резултатите од циклусот DE, приносот беше 41,0 MJ. Една од највпечатливите карактеристики на циклусите на Стирлинг е нивната способност да го засилат почетниот напон преку термоелектричниот ефект. Забележавме добивка на напон до 39 (од почетен напон од 15 V до крајниот напон до 590 V, видете Дополнителна слика 7.2).
Друга карактеристична карактеристика на овие MLC е дека тие се макроскопски предмети доволно големи за да соберат енергија во опсегот ouул. Затоа, конструиравме прототип vesетвар (HARV1) со употреба на дебелина од 28 mlc PST 1 mm, следејќи го истиот дизајн на паралелни плочи опишани од Торело и др.14, во матрица од 7 × 4, како што е прикажано на сл. Течноста за топлинска течност е станбена диелектрична диелектрична течност во манифлатот во манифлатот во манифлатот во манифлатот во манифлатот во манифлатот е дистрибуирана со перисталтична пумпа помеѓу две резервоари, каде што течноста е стабилна (метод). Соберете до 3,1 J со помош на циклусот Олсон опишан на Сл. 2а, изотермални региони на 10 ° C и 125 ° C и Isofield региони на 0 и 750 V (195 kV cm-1). Ова одговара на енергетската густина од 3,14 J CM-3. Користејќи ја оваа комбинација, мерењата беа преземени под различни услови (Сл. 2Б). Забележете дека 1,8 j е добиен во текот на температурен опсег од 80 ° C и напон од 600 V (155 kV cm-1). Ова е во добра согласност со претходно споменатите 65 MJ за PST MLC со дебелина од 1 mm под истите услови (28 × 65 = 1820 MJ).
А, експериментално поставување на собраниот прототип HARV1, врз основа на 28 MLC PSTS дебелина од 1 мм (4 реда × 7 колони) што работи на циклусите на Олсон. За секој од четирите чекори на циклусот, температурата и напонот се предвидени во прототипот. Компјутерот вози перисталтичка пумпа што циркулира диелектрична течност помеѓу ладните и топлите резервоари, два вентили и извор на енергија. Компјутерот исто така користи термопарки за да собере податоци за напон и струја што се испорачува на прототипот и температурата на комбинатот од напојувањето. Б, енергија (боја) собрана од нашиот прототип од 4 × 7 MLC наспроти температурниот опсег (x-оска) и напон (Y-оска) во различни експерименти.
Поголема верзија на vesетварот (HARV2) со 60 PST MLC 1 mm дебела и 160 PST MLC 0,5 mm дебела (41,7 g активен пироелектричен материјал) даде 11,2 J (Дополнителна белешка 8). Во 1984 г. За оваа комбинација, ова е единствената друга вредност достапна во опсегот ouул. Доби нешто повеќе од половина од вредноста што ја постигнавме и скоро седум пати повеќе од квалитетот. Ова значи дека енергетската густина на HARV2 е за 13 пати поголема.
Периодот на циклусот HARV1 е 57 секунди. Ова произведе 54 MW моќност со 4 реда од 7 колони од 1 mm дебели MLC комплети. За да го направиме еден чекор подалеку, изградивме трета комбинација (HARV3) со PST MLC со дебелина од 0,5 мм и слично поставување на HARV1 и HARV2 (Дополнителна белешка 9). Измеривме време на термизација од 12,5 секунди. Ова одговара на време на циклус од 25 секунди (Дополнителна слика 9). Собраната енергија (47 MJ) дава електрична енергија од 1,95 MW на MLC, што пак ни овозможува да замислиме дека HARV2 произведува 0,55 W (приближно 1,95 MW × 280 PST MLC 0,5 mm дебели). Покрај тоа, симулиравме пренос на топлина со помош на симулација на конечни елементи (COMSOL, Дополнителна белешка 10 и Дополнителни табели 2–4) што одговараат на експериментите HARV1. Моделирањето на конечни елементи овозможи да се предвидат вредностите на моќност скоро редослед на големина повисока (430 MW) за ист број PST колони со опаѓање на MLC на 0,2 mm, користејќи вода како течноста за ладење и враќање на матрицата на 7 реда. × 4 колони (покрај тоа, имало 960 MW кога резервоарот бил веднаш до комбинатот, дополнителен Сл. 10б).
За да се демонстрира корисноста на овој колекционер, циклусот Стирлинг беше применет на самостоен демонстратор кој се состои од само два PST MLC со дебелина од 0,5 mm како колектори на топлина, прекинувач со висок напон, прекинувач со низок напон со кондензатор за складирање, DC/DC конвертор, микроконтролер со мала моќност, два термопули и засилувач на конверторот (Дополнителна белешка 11). Колото бара кондензаторот за складирање првично да се наполни на 9V и потоа да работи автономно додека температурата на двата MLC се движи од -5 ° C до 85 ° C, овде во циклуси од 160 секунди (неколку циклуси се прикажани во Дополнителна белешка 11). Неверојатно, две MLC со тежина само 0,3g можат автономно да го контролираат овој голем систем. Друга интересна карактеристика е дека конверторот со низок напон е способен да конвертира 400V на 10-15V со 79% ефикасност (Дополнителна белешка 11 и Дополнителна слика 11.3).
Конечно, ја оценивме ефикасноста на овие MLC модули во претворање на топлинска енергија во електрична енергија. Факторот на квалитет η на ефикасност е дефиниран како однос на густината на собраната електрична енергија и на густината на испорачаната топлина (Дополнителна белешка 12):
На сликите 3а, б е прикажана ефикасноста η и пропорционалната ефикасност ηr на циклусот Олсен, соодветно, како функција на температурниот опсег на PST MLC дебелина од 0,5 mm. Двата сета на податоци се дадени за електрично поле од 195 kV CM-1. Ефикасноста \ (\ ова \) достигнува 1,43%, што е еквивалентно на 18% од ηr. Како и да е, за температурен опсег од 10 K од 25 ° C до 35 ° C, ηr достигнува вредности до 40% (сина крива на Сл. 3Б). Ова е двојно познатата вредност за NLP материјалите снимени во PMN-PT филмови (ηr = 19%) во температурниот опсег од 10 K и 300 kV cm-1 (Ref. 18). Температурните опсези под 10 K не беа разгледани затоа што термичката хистереза ​​на PST MLC е помеѓу 5 и 8 K. Признавањето на позитивниот ефект на фазата на транзиции врз ефикасноста е клучно. Всушност, оптималните вредности на η и ηr се скоро сите добиени на почетната температура Ti = 25 ° C на Сл. 3а, б. Ова се должи на транзиција во тесна фаза кога не се применува поле и TC на температурата на curie е околу 20 ° C во овие MLC (Дополнителна белешка 13).
a,b, the efficiency η and the proportional efficiency of the Olson cycle (a)\({\eta }_{{\rm{r}}}=\eta /{\eta}_{{\rm{Carnot}} for the maximum electric by a field of 195 kV cm-1 and different initial temperatures Ti, }} \, \) (б) за MPC PST 0,5 mm дебели, во зависност од интервалот на температурата ΔTSpan.
Последното набудување има две важни импликации: (1) Секое ефикасно возење велосипед мора да започне на температури над ТЦ за фаза на транзиција предизвикана од поле (од паралектрик до фероелектрик) што треба да се случи; (2) Овие материјали се поефикасни во време на трчање близу до ТЦ. Иако ефикасноста на големи размери се прикажани во нашите експерименти, ограничениот опсег на температура не ни дозволува да постигнеме големи апсолутни ефикасности заради границата на карнот (\ (\ Делта Т/Т \)). Како и да е, одличната ефикасност што ја покажаа овие PST MLC го оправдуваат Олсен кога спомнува дека „идеален регенеративен термоелектричен мотор кој работи на температури помеѓу 50 ° C и 250 ° C може да има ефикасност од 30%“ 17. За да се достигнат овие вредности и да се тестираат концептот, би било корисно да се користат допирани PST со различни ТЦ, како што ги проучуваат Шебанов и Борман. Тие покажаа дека TC во PST може да варира од 3 ° C (SB допинг) до 33 ° C (Ti Doping) 22. Затоа, претпоставуваме дека пироелектричните регенератори од следната генерација засновани на допирани PST MLC или други материјали со силна транзиција од фаза од прв ред можат да се натпреваруваат со најдобрите жетви за напојување.
Во оваа студија, ги испитавме МЛЦ направени од PST. Овие уреди се состојат од серија на PT и PST електроди, при што паралелно се поврзани неколку кондензатори. PST беше избран затоа што е одличен материјал за ЕК и затоа е потенцијално одличен материјал за НЛП. Изложува остар фероелектричен паралелектричен фаза од прв ред транзиција околу 20 ° C, што укажува дека неговите промени во ентропија се слични на оние прикажани на Сл. 1. Слични MLC се целосно опишани за уредите EC13,14. Во оваа студија, користевме 10,4 × 7,2 × 1 mm³ и 10,4 × 7,2 × 0,5 mm³ MLC. MLC со дебелина од 1 mm и 0,5 mm беа направени од 19 и 9 слоја на PST со дебелина од 38,6 μm, соодветно. И во двата случаи, внатрешниот PST слој беше поставен помеѓу 2,05 мм дебели платина електроди. Дизајнот на овие MLC претпоставува дека 55% од PST се активни, што одговара на делот помеѓу електродите (Дополнителна белешка 1). Активната област на електрода беше 48,7 mm2 (Дополнителна табела 5). MLC PST беше подготвен со реакција на цврста фаза и метод на леење. Деталите за процесот на подготовка се опишани во претходниот напис14. Една од разликите помеѓу PST MLC и претходниот напис е редоследот на Б-страниците, што во голема мерка влијае на перформансите на EC во PST. Редоследот на Б-страниците на PST MLC е 0,75 (Дополнителна белешка 2) добиена со топење на 1400 ° C проследено со стотици часови долги анализирање на 1000 ° C. За повеќе информации за PST MLC, видете Дополнителни белешки 1-3 и Дополнителна Табела 5.
Главниот концепт на оваа студија се заснова на циклусот Олсон (Сл. 1). За таков циклус, потребен ни е топол и ладен резервоар и напојување способен за набудување и контрола на напонот и струјата во различните модули на MLC. Овие директни циклуси користеле две различни конфигурации, имено (1) модули на LinkAM загревање и ладење на еден MLC поврзан со извор на енергија Keithley 2410, и (2) три прототипови (HARV1, HARV2 и HARV3) паралелно со истата изворна енергија. Во вториот случај, диелектрична течност (силиконо масло со вискозност од 5 ЦП на 25 ° C, купена од Сигма Олдрих) се користеше за размена на топлина помеѓу двата резервоари (топло и ладно) и MLC. Термичкиот резервоар се состои од стаклен сад исполнет со диелектрична течност и поставен на врвот на термичката плоча. Студеното складирање се состои од водена бања со течни цевки кои содржат диелектрична течност во голем пластичен сад исполнет со вода и мраз. Две тринасочни вентили за ноткање (купени од био-chem флуидици) беа поставени на секој крај на комбинатот за правилно префрлување на течноста од еден резервоар во друг (Слика 2а). За да се обезбеди термичка рамнотежа помеѓу пакетот PST-MLC и течноста за ладење, периодот на циклус беше продолжен сè додека влезните и излезните термопули (што е можно поблиску до пакетот PST-MLC) не покажаа иста температура. Скриптата Python управува и синхронизира сите инструменти (изворни мерачи, пумпи, вентили и термопарки) за да го изврши точниот циклус Олсон, т.е. јамката за ладење започнува да велосипедизам низ оџакот PST, откако ќе се наполни изворниот метар, така што тие ќе се загреат на посакуваниот применет напон за даден циклус на ОЛСОН.
Алтернативно, ги потврдивме овие директни мерења на собраната енергија со индиректни методи. Овие индиректни методи се засноваат на електрично поместување (D) - електрично поле (E) поле на поле собрани на различни температури и со пресметување на областа помеѓу две DE јамки, точно може да се процени колку енергија може да се собере, како што е прикажано на сликата. на Слика 2. .1б. Овие De јамки се собрани и со употреба на мерачи на извори на Китли.
Дваесет и осум PST MLC со дебелина од 1 mm беа собрани во структура на паралелна плоча со 4 реда, 7-колона според дизајнот опишан во референцата. 14. Течноста помеѓу редовите PST-MLC е 0,75мм. Ова се постигнува со додавање ленти од двострана лента како течни растојанија околу рабовите на PST MLC. PST MLC е електрично поврзан паралелно со сребрен епоксиден мост во контакт со оловото на електродата. После тоа, жиците беа залепени со сребрена епоксидна смола на секоја страна од терминалите на електродата за поврзување со напојувањето. Конечно, вметнете ја целата структура во цревото за полиолефин. Вториот е залепен на течноста за да се обезбеди соодветно запечатување. Конечно, термопарките од типот К-тип со дебелина од 0,25 мм беа вградени во секој крај на структурата PST-MLC за да се следат влезните и излезните течни температури. За да го направите ова, цревото прво мора да се перфорира. По инсталирањето на термопар, нанесете го истото лепило како порано помеѓу цревото на термопар и жицата за да го вратите печатот.
Изградени се осум одделни прототипови, од кои четири имаа 40 0,5 мм дебели MLC PST дистрибуирани како паралелни плочи со 5 колони и 8 реда, а останатите четири имаа по 15 1 мм дебели MLC PST. Во структурата на паралелна плоча со 3 колони × 5-ред. Вкупниот број на користени PST MLC беше 220 (дебелина од 160 0,5 mm и дебелина од 60 PST MLC 1 mm). Ние ги нарекуваме овие две субјекти HARV2_160 и HARV2_60. Течниот јаз во прототипот HARV2_160 се состои од две двострани ленти дебели 0,25 мм со жица помеѓу нив дебелина од 0,25 мм. За прототипот HARV2_60, ја повторивме истата постапка, но користејќи жица со дебелина од 0,38 мм. За симетрија, HARV2_160 и HARV2_60 имаат свои течности, пумпи, вентили и ладна страна (Дополнителна белешка 8). Две единици на HARV2 делат резервоар за топлина, контејнер од 3 литри (30 см x 20 см x 5 см) на две топли плочи со ротирачки магнети. Сите осум индивидуални прототипи се електрично поврзани паралелно. Под -единиците HARV2_160 и HARV2_60 работат истовремено во циклусот Олсон, што резултира во енергетска жетва од 11,2 Ј.
Поставете PST MLC со дебелина од 0,5 мм во полиолефин црево со двострана лента и жица од двете страни за да создадете простор за течност да тече. Поради својата мала големина, прототипот беше поставен веднаш до врел или ладен резервоар за вентил, минимизирајќи ги времето на циклусот.
Во PST MLC, се применува постојано електрично поле со примена на постојан напон на гранката за греење. Како резултат, се создава негативна термичка струја и се чува енергија. По загревањето на PST MLC, полето се отстранува (v = 0), а енергијата што се чува во него се враќа назад во бројачот на изворот, што одговара на уште еден придонес на собраната енергија. Конечно, со напон V = 0 применет, MLC PST се ладат на нивната почетна температура, така што циклусот може повторно да започне. Во оваа фаза, енергијата не се собира. Ние го истрчавме циклусот Олсен со помош на китли 2410 извори, полнејќи го PST MLC од извор на напон и го поставиме тековниот натпревар со соодветната вредност, така што беа собрани доволно поени за време на фазата на полнење за сигурни пресметки на енергија.
Во циклусите на Стирлинг, PST MLC беа наполнети во режим на извор на напон со почетна вредност на електричното поле (почетен напон VI> 0), посакувана струја на усогласеност, така што чекорот за полнење трае околу 1 секунда (и се собрани доволно точки за сигурна пресметка на енергијата) и ладна температура. Во циклусите на Стирлинг, PST MLC беа наполнети во режим на извор на напон со почетна вредност на електричното поле (почетен напон VI> 0), посакувана струја на усогласеност, така што чекорот за полнење трае околу 1 секунда (и се собрани доволно точки за сигурна пресметка на енергијата) и ладна температура. В циклах Стирлинга PST MLC заряжались в режиме источника напряжения при начальном значении электрического поля (аначльное назад anprжжеnие Vi> 0), желамемом Подативом, атак, атак чto эtap эtap эtaphp зrяdki занимамама на 1 -си Количество ttoчеk Для -на -адеогогоро эnергия) и холодная ttеmpraSragra. Во циклусите STIRLING PST MLC, тие беа наполнети во режимот на извор на напон на почетната вредност на електричното поле (почетен напон VI> 0), посакуваната струја на принос, така што фазата на полнење трае околу 1 s (и доволен број на поени се собираат за сигурна пресметка на енергија) и ладна температура.在斯特林循环中 ， pst mlc 在电压源模式下以初始电场值（初始电压 vi> 0 ）充电 ， 所需的顺应电流使得充电步骤大约需要 1 秒（并且收集了足够的点以可靠地计算能量）和低温。 Во мастер циклусот, PST MLC се наплатува со почетната вредност на електричното поле (почетен напон VI> 0) во режимот на извор на напон, така што потребната струја на усогласеност трае околу 1 секунда за чекорот за полнење (и собравме доволно точки за сигурно да се пресметаат (енергија) и ниската температура. В цикле Стирлинга PST MLC заряжается в режиме источника напряжения с начальным значением электрического поля (начальное nanprжжеniе vi> 0), thebuеmый thok podattttivotstis takov, чto эtap зrяdki занимает около 1 а (и на -на -на -на -на -на -на -на -на -на -наколо 1 а Количество Тосек, чtobы anадењоно раскотить эnеrgiю) ицикие темпераТурты. Во циклусот Стирлинг, PST MLC се наплатува во режимот на извор на напон со почетна вредност на електричното поле (почетен напон VI> 0), потребната струја на усогласеност е таква што фазата на полнење трае околу 1 s (и доволен број на поени се собираат за сигурно да се пресмета енергијата) и ниските температури.Пред да се загрее PST MLC, отворете го колото со примена на струја за појавување на i = 0 mA (минималната струја за совпаѓање со која може да се справи со нашиот мерен извор е 10 NA). Како резултат, останува полнење во PST на MJK, а напонот се зголемува како што се загрева примерокот. Ниту една енергија не се собира во рака п.н.е. затоа што I = 0 mA. Откако ќе достигнете висока температура, напонот во MLT FT се зголемува (во некои случаи повеќе од 30 пати, видете Дополнителна слика 7.2), MLK FT е испразнет (v = 0), а електричната енергија се чува во нив за исто како и првичното полнење. Истата тековна кореспонденција се враќа на изворот на мерачот. Поради добивка на напон, зачуваната енергија на висока температура е повисока од она што беше предвидено на почетокот на циклусот. Како резултат на тоа, енергијата се добива со претворање на топлина во електрична енергија.
Користевме китли 2410 извори за да го следиме напонот и струјата применета на PST MLC. Соодветната енергија се пресметува со интегрирање на производот на напон и струја што се чита од изворниот метар на Китли, \ (e = {\ int} _ {0}^{\ tau} {i} _ ({\ rm {мерка))} \ лево (t \ десно) τ е периодот на периодот. На нашата енергетска крива, позитивните вредности на енергијата значат енергија што треба да ја дадеме на MLC PST, а негативните вредности значат енергија што ја извлекуваме од нив и затоа добиена енергија. Релативната моќност за даден циклус на собирање се одредува со делење на собраната енергија според периодот τ на целиот циклус.
Сите податоци се прикажани во главниот текст или во дополнителни информации. Писмата и барањата за материјали треба да бидат насочени кон изворот на податоците АТ или ЕД дадени со овој напис.
Андо Јуниор, ОХ, Маран, Ало и Хенао, НК Преглед на развојот и апликациите на термоелектричните микрогенератори за берба на енергија. Андо Јуниор, ОХ, Маран, Ало и Хенао, НК Преглед на развојот и апликациите на термоелектричните микрогенератори за берба на енергија.Андо Јуниор, Охајо, Маран, Ало и Хенао, НК Преглед на развојот и примената на термоелектричните микрогенератори за берба на енергија. Андо Јуниор, О, Маран, Ало и Хенао, НЦ Андо Јуниор, О, Маран, Ало и Хенао, НЦАндо Јуниор, Охајо, Маран, Ало и Хенао, НК размислуваат за развој и примена на термоелектрични микрогенератори за берба на енергија.продолжи. поддршка. Energy Rev. 91, 376–393 (2018).
Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC фотоволтаични материјали: сегашни ефикасности и идни предизвици. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC фотоволтаични материјали: сегашни ефикасности и идни предизвици.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. and Sinke, VK фотоволтаични материјали: тековни перформанси и идни предизвици. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC ： ： 目前的效率和未来的挑战。 Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC соларни материјали: тековна ефикасност и идни предизвици.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. and Sinke, VK фотоволтаични материјали: тековни перформанси и идни предизвици.Science 352, AAD4424 (2016).
Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Conjuncted Pyro-piezoelectric ефект за само-напојувана истовремена температура и сензори на притисок. Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Conjunct Pyro-piezoelectric ефект за само-напојувана истовремена температура и сензори на притисок.Песна К., haао Р., Ванг Зл и Јан Ју. Комбиниран пиропиеелектричен ефект за автономно истовремено мерење на температурата и притисокот. Песна, К., haао, Р., Ванг, Зл и Јанг, Ј. Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. За само-моќност во исто време со температурата и притисокот.Песна К., haао Р., Ванг Зл и Јан Ју. Комбиниран термопиеелектричен ефект за автономно истовремено мерење на температурата и притисокот.Напред. Алма Матер 31, 1902831 (2019).
Себалд, Г., Прувост, С. Себалд, Г., Прувост, С.Себалд Г., Провост С. и Гаомар Д. берба на енергија заснована на циклуси на пироелектрични ериксон во фероелектрична керамика на релаксатор.Себалд Г., Провост С. и Гуомар Д. берба на енергија во фероелектрична керамика на релаксатор врз основа на пироелектричен велосипедизам Ериксон. Паметна алма Матер. Структура. 17, 15012 (2007).
Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW следната генерација електрокалорични и пироелектрични материјали за електротермална енергија на цврста состојба. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW следната генерација електрокалорични и пироелектрични материјали за електротермална енергија на цврста состојба. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Электрокалорические и пироэлектрические материалы следующего поколения для Ввоимного -Преразования Твердотьной электротирмичесской эnеоргии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW следна генерација електрокалорични и пироелектрични материјали за електротермална енергија на цврста состојба. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Электрокалорические и пироэлектрические материалы следующего поколения для Ввоимного -Преразования Твердотьной электротирмичесской эnеоргии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW следна генерација електрокалорични и пироелектрични материјали за електротермална енергија на цврста состојба.Лејди Бул. 39, 1099–1109 (2014).
Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Стандард и фигура-на-мерит за квантифицирање на перформансите на пироелектричните наногенератори. Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Стандард и фигура-на-мерит за квантифицирање на перформансите на пироелектричните наногенератори.Angанг, К., Ванг, Ј., Ванг, ЗЛ и Јанг, Ју. Стандарден и квалитетен резултат за квантифицирање на перформансите на пироелектричните наногенератори. Angанг, К., Ванг, Ј., Ванг, Зл и Јанг, Ј. Angанг, К., Ванг, Ј., Ванг, Зл и Јанг, Ј.Angанг, К., Ванг, Ј., Ванг, ЗЛ и Јанг, Ју. Критериуми и мерки за изведба за квантифицирање на перформансите на пироелектричен наногенератор.Nano Energy 55, 534-540 (2019).
Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND електрокалорични циклуси на ладење во олово скандиум танталат со вистинска регенерација преку варијација на полето. Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND електрокалорични циклуси на ладење во олово скандиум танталат со вистинска регенерација преку варијација на полето.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. and Mathur, ND електрокалорични циклуси на ладење во олово-скандиум танталат со вистинска регенерација со помош на модификација на полето. Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, Nd 钽酸钪铅的电热冷却循环 通过场变化实现真正的再生。 通过场变化实现真正的再生。 Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, Nd. ТанталумCrossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. and Mathur, nd Електротермален циклус на ладење на танталат на скандиум-олово за вистинска регенерација преку пресврт на полето.Физика Rev. X 9, 41002 (2019).
Моја, Х., Кар-Нарајан, С. Моја, Х., Кар-Нарајан, С.Моја, Х., Кар-Нарајан, С. и Матур, НД калориски материјали во близина на транзиции на фероидна фаза. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, Nd 铁质相变附近的热量材料。 Моја, Х., Кар-Нарајан, С.Моја, Х., Кар-Нарајан, С и Матур, НД термички материјали во близина на транзиции на железна фаза.Нат. Алма Матер 13, 439–450 (2014).
Moya, X. & Mathur, ND калорични материјали за ладење и греење. Moya, X. & Mathur, ND калорични материјали за ладење и греење.Моја, Х. и Матур, термички материјали за ладење и греење. Moya, X. & Mathur, nd Moya, X. & Mathur, ND термички материјали за ладење и греење.Моја Х. и математички термички материјали за ладење и греење.Наука 370, 797–803 (2020).
Torelló, A. & Defay, E. електрокалорични ладилници: преглед. Torelló, A. & Defay, E. електрокалорични ладилници: преглед.Торело, А. и Дефеј, Е. Електрокалорични чилери: Преглед. Torelló, A. & Defay, E. 电热冷却器 ： Torelló, A. & Defay, E. 电热冷却器 ：Торело, А. и Дефеј, Е. Електротермални ладилници: Преглед.Напредно. електронски. Алма Матер. 8. 2101031 (2022).
Nuchokgwe, Y. et al. Огромна енергетска ефикасност на електрокалоричен материјал во високо нарачан скандиум-вајдиум-олово. Национална комуникација. 12, 3298 (2021).
Наир, Б. и др. Електротермалниот ефект на повеќеслојните кондензатори на оксид е голем во широк опсег на температура. Природа 575, 468–472 (2019).
Торело, А. и др. Огромен температурен опсег во електротермални регенератори. Наука 370, 125–129 (2020).
Wang, Y. et al. Систем за електротермално ладење со висока перформанси. Наука 370, 129–133 (2020).
Менг, Ј. Et al. Каскада за електротермален уред за ладење за голем пораст на температурата. Национална енергија 5, 996–1002 (2020).
Олсен, РБ и Браун, ДД висока ефикасност Директна конверзија на топлина во електрична енергија поврзани со пироелектрични мерења. Олсен, РБ и Браун, ДД висока ефикасност Директна конверзија на топлина во електрични мерења поврзани со енергијата.Олсен, РБ и Браун, ДД високо ефикасна директна конверзија на топлина во електрична енергија поврзана со мерења на пироелектрични. Олсен, РБ и Браун, ДД Олсен, РБ и Браун, ДДОлсен, РБ и Браун, ДД ефикасна директна конверзија на топлина во електрична енергија поврзана со пироелектрични мерења.Фероелектрици 40, 17–27 (1982).
Пандија, С. и др. Густина на енергија и моќност во тенки релаксаторски фероелектрични филмови. Национален алматер. https://doi.org/10.1038/S41563-018-0059-8 (2018).
Смит, АН и Ханрахан, БМ каскадна пироелектрична конверзија: Оптимизирање на транзицијата на фероелектрична фаза и електрични загуби. Смит, АН и Ханрахан, БМ каскадна пироелектрична конверзија: Оптимизирање на транзицијата на фероелектрична фаза и електрични загуби.Смит, АН и Ханрахан, БМ каскадна пироелектрична конверзија: Фероелектрична фаза на транзиција и оптимизација на електрична загуба. Смит, и Ханрахан, БМ 级联热释电转换 ： Смит, Ан & Ханрахан, БМСмит, АН и Ханрахан, БМ каскадна пироелектрична конверзија: Оптимизација на фероелектрични фази на транзиции и електрични загуби.J. апликација. физика. 128, 24103 (2020).
Hoch, SR Употреба на фероелектрични материјали за претворање на топлинска енергија во електрична енергија. процес. IEEE 51, 838–845 (1963).
Олсен, РБ, Бруно, ДА, Бриско, Ј.М. Олсен, РБ, Бруно, ДА, Бриско, Ј.М.Олсен, РБ, Бруно, ДА, Бриско, Ј.М и Дулеа, Ј. Каскада конвертор на пироелектрична моќност. Олсен, РБ, Бруно, да, Бриско, Ј.М. и Дулеа, Ј. Олсен, РБ, Бруно, да, Бриско, Ј.М. и Дулеа, Ј.Олсен, РБ, Бруно, ДА, Бриско, Ј.М и Дулеа, Ј. Каскад конвертори на моќност на пироелектрична моќ.Фероелектрици 59, 205–219 (1984).
Shebanov, L. & Borman, K. На цврсти раствори на олово-скандиум танталат со висок електрокалоричен ефект. Shebanov, L. & Borman, K. На цврсти раствори на олово-скандиум танталат со висок електрокалоричен ефект.Shebanov L. and Borman K. На цврсти раствори на олово-скандиум танталат со висок електрокалоричен ефект. Шебанов, Л. & Борман, К. Шебанов, Л. & Борман, К.Shebanov L. and Borman K. На цврсти раствори на скандиум-шендиум-скандиум со висок електрокалоричен ефект.Фероелектрици 127, 143–148 (1992).
Им се заблагодаруваме на Н. Фурусава, Ј. Инуе и К. Хонда за нивната помош во креирањето на MLC. PL, AT, YN, AA, JL, UP, VK, OB и ED Благодарение на Националната фондација за истражување на Луксембург (FNR) за поддршка на оваа работа преку Camelheat C17/MS/11703691/Defay, Massena Pride/15/10935404/Defay- Siebentritt, Thermodimat C20/MS/14718071/Defay и Defay и Defay и Defay и Defay и Bridges2021/MS/16282302/Cecoha/Defay.
Истражување и технологија на одделот за материјали, Институт за технологија во Луксембург (Список), Белвоар, Луксембург