Oanbod oanbod fan elektrises fan elektrisiteit is ien fan 'e wichtichste útdagings fan dizze ieu. Undersyk Gebieten yn enerzjy-rispingsmateriaal stamme út dizze motivaasje, ynklusyf thermoeleektric1, Photovoltaic2 en Thermophotovoltaics3. Hoewol't wy materialen en apparaten hawwe om enerzjy te rispjen yn 'e Joule Range, pyroeleektryske materialen dy't jo elektryske enerzjy kinne konvertearje yn' e periodike temperatuer wurde beskôge as sensors4 en enerzjy rispers5,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6 Hjir hawwe wy in makroskopyske bemale enerzjy harvester ûntwikkele yn 'e foarm fan in Multilayer-kondensearre fan 42 gram lead-skonk, produsearje 11.2 j fan elektryske enerzjy per thermodynamyske syklus. Elke pyroeleektryske module kin elektryske enerzjy-dichtheid generearje oant 4,43 j cm-3 per syklus. Wy litte ek sjen dat twa sokke modules weagje 0,3 g genôch binne genôch om autonome enerzjy-harvesten te meitsjen mei ynbêde Microcontrollers en temperatuer sensoren. Uteinlik litte wy sjen dat foar in temperatuerberik fan 10 K, dizze Multilayer Capacitors kinne berikke fan 40% carnot-effisjinsje. Dizze eigenskippen binne te tankjen oan (1) Ferroelectric Fase-feroaring foar hege effisjinsje, (2) Lege lekkage aktueel om ferliezen te foarkommen, en (3) hege ynbraakspanningspanning. Dizze makroskopyske, skeleber en effisjint en effisjint pyroeleektryske krêft dy't har herstellen fan thermo-elektryske krêft-generaasje.
Yn ferliking mei de romtlike temperatuergregist nedich foar thermoerektryske materialen fereasket enerzjy-risping fan thermo-elektryske materialen temperatuerlik fytse. Dit betsjut in thermodynamyske syklus, dy't it bêste beskreaun wurdt troch de entropy (s) -Temperatuer (t) diagram. Figuer 1A toant in typyske ST-plot fan in net-linear Pyroelectric (NLP) materiaal bewize in fjild-oandreaun Ferroelectric-Paraelectric-paraelectric-faze-oergong yn Scandium Lead Tantalate (PST). De blauwe en griene seksjes fan 'e syklus op it st-diagram komme oerien mei de konvertearre elektryske enerzjy yn' e Olson-syklus (twa isosmale en twa isopole seksjes). Hjir beskôgje wy twa syklusen mei deselde elektryske fjildferoaring (fjild oan en út) en temperatuerferoaring δt, hoewol mei ferskate initial temperatueren. De griene syklus leit net yn 'e regio faze-oergong en hat dus in folle lytser gebiet dan de blauwe syklus leit yn' e regio faze-trochgong. Yn it ST-diagram, it grutter it gebiet, hoe grutter de sammele enerzjy. Dêrom moat de faze-oergong mear enerzjy moatte sammelje. De needsaak foar it grutste gebiet yn NLP is heul gelyk oan de needsaak foar elektrothermyske applikaasjes9, 10, 11, wêr't PST Multilayer Capacitoren (MLC-basearre Terpolymers hawwe beskeadige foarkarreech. Koale prestaasjesstatus yn fyts 13,14,15,16. Dêrom hawwe wy PST MT-MLC's fan belang identifisearre foar thermyske enerzjy-risping. Dizze samples binne folslein beskreaun yn 'e metoaden en karakterisearre yn oanfoljende notysjes 1 (Scannen fan Electron Microskopy), 2 (röntgenfak) en 3 (Calorimetry).
A, skets fan in entropy (s) -Temperatuer (t) plot mei elektryske fjild oan en út tapast op NLP-materialen dy't faze-transysjes toant. Twa-enerzjysteemsyklussen wurde toand yn twa ferskillende temperatuerzones. De blauwe en griene syklusen komme respektivelik binnen en bûten de faze-oergong, en einigje yn heul ferskillende regio's fan it oerflak. B, twa de PST MLC UniPolar Ringen, 1 mm Dikke, mjitten tusken 0 en 155 KV CM-1 om 20 ° C en 90 ° C respektivelik, en de oerienkommende Olsen Cycles. De letters ABCD ferwize nei ferskate steaten yn 'e Olson-syklus. AB: MLCS waarden beskuldige oant 155 KV CM-1 om 20 ° C. BC: MLC waard behâlden om 155 KV CM-1 en de temperatuer waard ferhege nei 90 ° C. CD: MLC-ôfwaggen op 90 ° C. DA: MLC koele oant 20 ° C yn nul fjild. It blauwe gebiet komt oerien mei de ynfierkrêft nedich om de syklus te begjinnen. It oranje gebiet is de enerzjy sammele yn ien syklus. C, toppaniel, spanning (swart) en hjoeddeistich (read) versus tiid, folge yn deselde olson-cycle as b. De twa ynfoers fertsjinwurdigje de ôfdrukking fan spanning en hjoeddeistich op wichtige punten yn 'e syklus. Yn it legere paniel fertsjinwurdigje de giele en griene krommen de korrespondearjende temperatuer en enerzjykrommen, respektivelik, foar in 1 mm dikke mlc. Enerzjy wurdt berekkene fan 'e hjoeddeistige en spanningskurven op it boppeste paniel. Negative enerzjy komt oerien mei de sammele enerzjy. De stappen dy't oerienkomt mei de haadletters yn 'e fjouwer sifers binne itselde as yn' e Olson-syklus. De Cycle AB'CD komt oerien mei de stirling-syklus (ekstra noat 7).
wêr't e en D it elektryske fjild binne en it fjild fan it elektryske ferdriuwing binne. ND kin yndirekt wurde krigen fan it de Circuit (Fig. 1B) of direkt troch te begjinnen mei in thermodynamyske syklus. De nutlike metoaden waarden beskreaun troch olsen yn syn pioniersjend wurk oan it sammeljen fan pirroeleektryske enerzjy yn 'e 1980S17.
Op Fig. 1B toant twa monopolar de loops fan 1 mm dikke pst-mlc-eksimplaren gearstald om 20 ° C en 90 ° C respektivelik, oer in berik fan 0 oant 155 kv cm-1 (600 v). Dizze twa fytsen kinne brûkt wurde om de enerzjy yndirekt te berekkenjen troch de SEPPEN COLLECTE TOE DE ELSON-CASCLE achten yn figuer 1a. Eins bestiet de Olsen-syklus út twa ISOField-tûken yn 'e da-filiaal yn' e da-ôfdieling en 155 KV-CM-yn 'e BC-branch) en twa Isothermale tûken (hjir, 20 ° 20 ° en 20 ° 00. C yn 'e CD-branch) De enerzjy sammele yn' e syklus komt oerien mei de oranje en blauwe regio's (EDD-yntegraal). De sammele enerzjy ND is it ferskil tusken ynfier- en útfier enerzjy, dat is allinich it oranje gebiet yn Fig. 1b. Dizze bepaalde Olson-syklus jout in ND Enerzjy-dichtheid fan 1,78 J Cm-3. De stirlingsyklus is in alternatyf foar de Olson-syklus (oanfoljende noat 7). Om't it konstante lading-poadium (iepen circuiter makliker wurdt berikt, de enerzjystichtigens ekstrakt út fig. 1b (Cycle Ab'cd) berikt 1,25 j cm-3. Dit is mar 70% fan wat de Olson-syklus kin sammelje, mar ienfâldige rispingeapparatuer docht it.
Derneist mjitten wy direkt de enerzjy sammele yn 'e Olson-syklus troch de PST MLC te lêzen mei in Linkam Temperatur Control Stage en in boarne meter (metoade). Figuer 1C oan 'e boppekant en yn' e respektivelike ynsets toant it hjoeddeistige (read) en spanning (swart) sammele op deselde 1 mm Dikke PST MLC as foar de De Loop troch deselde Olson-syklus trochgean. De hjoeddeistige en spanning meitsje it mooglik om de sammele enerzjy te berekkenjen, en de kurven wurde toand yn Fig. 1C, boaiem (grien) en temperatuer (giel) yn 'e heule syklus. De letters fan ABCD fertsjinwurdigje deselde Olson-syklus yn figuer 1. MLC-opladen foarkomt tidens de ab skonk en wurdt útfierd by in lege hjoeddeistige (200 μA), sadat Sourcemeter goed kin kontrolearje. De konsekwinsje fan dizze konstante initial hjoeddeistich is dat de spanningskurve (swarte kromme) net lineêr is fanwege it net-lineêre potensjele ferdringing fjild D PST (Fig. 1c, Top Inset). Oan 'e ein fan opladen wurdt 30 MJ fan elektryske enerzjy opslein yn' e MLC (Point B). De MLC wurdt dan op en in negatyf hjoeddeistich (en dêrom wurdt in negative hjoeddeistich) reproduseare, wêrtroch't de spanning in plato is dy't in elektryske krêft is dy't in elektryske krêft is yn dizze isofiel (twadde ynset yn Fig. 1C, Top). De spanning op 'e MLC (Branch CD) wurdt dan fermindere, resultearre yn in ekstra 60 MJ fan elektryske wurk. De totale útfier enerzjy is 95 mj. De sammele enerzjy is it ferskil tusken de ynfier- en útfier enerzjy, dy't 95 - 30 = 65 mj jout. Dit komt oerien mei in enerzjydichtheid fan 1,84 J Cm-3, dy't heul ticht by de ND-ekstrakt is fan 'e ring. De reprodusearberens fan dizze Olson-syklus is wiidweidich testen (oanfoljende noat 4). Troch fierdere spanning en temperatuer en temperatuer te fergrutsjen mei OLS-CYCLES mei OLSE-CYCLES yn in 155 mm Dikke PST MLC oer in temperatuerberik fan 750 V (195 KV CM-1) en 175 ° C (oanfoljende noat 5). Dit is fjouwer kear grutter dan de bêste prestaasje rapporteare yn 'e literatuer foar Direkte Olson-cycles en waard krigen op tinne films fan PB-) O3-PBTIO3 (1.06 J Cm-Tabel 1 foar mear wearden yn' e literatuer). Dizze prestaasje is berikt fanwegen it heul leech lekkage fan dizze MLC's (<10-7 A. en 180 ° Sjochtspunten yn oanfolling fan SMITHE ET AL.19-yn tsjinstelling ta de materiaal brûkt yn eardere stúdzjes17,20. Dizze prestaasje is berikt fanwegen it heul leech lekkage fan dizze MLC's (<10-7 A. en 180 ° Sjochtspunten yn oanfolling fan SMITHE ET AL.19-yn tsjinstelling ta de materiaal brûkt yn eardere stúdzjes17,20. Tillefoankaarten хтагодатерили достикну Feriene Steaten Дополнительном примечании 6) - Критический момент, упомянутый смитом и др. 19 - В отличие от к Материалам, использованным в Более ранних инследованиях17,20,20. Dizze skaaimerken waarden berikt fanwege it heul lege lekkage fan dizze MLC's (<10-7 A by 750 v en 180 ° Besjoch oanfolling 6 foar details) - in krityske punt neamd troch Smith et al. 19 - Yn tsjinstelling ta materialen brûkt yn eardere stúdzjes17,20.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) - Smith 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 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 详细详细))))))) 提到关键 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 Поскольку ток утечки этих mlc очений низкий низкий (<10-7 а 750 в и 180 ° в см. Пеполнии 6) - ключевой момент, упомянутый Смитом и др. 19 - Для Сравнения, были достигнуты эти хаарактеристики. Sûnt it lekkage fan dizze MLC's is heul leech (<10-7 A by 750 V en 180 ° Snee oansjen fan oanfoljende noat 6 foar details) - in wichtige punt neamd troch Smith et al. 19 - Foar fergeliking waarden dizze optredens berikt.nei materialen brûkt yn eardere stúdzjes 17,20.
Deselde betingsten (600 V, 20-90 ° C) tapast op 'e stirlende syklus (oanfoljende noat 7). Lykas ferwachte út 'e resultaten fan' e Deny, wie de opbringst 41,0 MJ. Ien fan 'e meast opfallende funksjes fan stirlingsykles is har fermogen om de earste spanning te fergrutsjen fia it thermoelektrysk effekt. Wy observearre in spanningwinst fan maksimaal 39 (fan in inisjele spanning fan 15 v oan in einspanning fan maksimaal 590 v, sjoch oanfolling. 7,2).
In oare ûnderskieden fan dizze MLC's is dat se makroskopyske objekten grut genôch binne om enerzjy te sammeljen yn it Joule-berik. Dêrom bouden wy in prototype Harvester (Harv1) mei 28 MLC PST 1 MM DIVE, folgje yn FIKE-4 Matrix yn in peristaltyske pomp tusken twa reservoirs wêr't de floeistof konstant wurdt hâlden wurdt konstante (metoade). Sammelje oant 3,1 J mei de beskreaun fan Olson Cycle yn Fig. 2a, Isotermal regio's by 10 ° C en 125 ° C en Isofield Regio's op 0 en 750 V (195 KV CM-1). Dit komt oerien mei in enerzjydichtheid fan 3.14 J Cm-3. Mei help fan dizze kombinaasje waarden mjittingen nommen ûnder ferskate betingsten (Fig. 2b). Tink derom dat 1.8 J waard krigen oer in temperatuerberik fan 80 ° C en in spanning fan 600 V (155 kv cm-1). Dit is yn goede oerienkomst mei it earder neamde 65 MJ foar 1 mm Dikke PST MLC ûnder deselde omstannichheden (28 × 65 = 1820 mj).
In, eksperimintele opset fan in gearstalde Harv1-prototype basearre op 28 MLC PSTS 1 MM DIK (4 RIE's × 7-kolommen) rinne op Olson Cycles op Olson Cycles op Olson Cycles. Foar elk fan 'e fjouwer syklusstappen wurde temperatuer en spanning levere yn it prototype. De kompjûter driuwt in peristaltyske pomp dat in dielektryske floeistof sirkuleart tusken de kâlde en hjitte reservoirs, twa kleppen, en in machtboarne. De kompjûter brûkt ek thermokoppels om gegevens te sammeljen op 'e spanning en hjoeddeistige levere oan it prototype en de temperatuer fan' e kombinaasje fan 'e macht oanbod. B, enerzjy (kleur) sammele troch ús 4 × 7 mlc-prototype tsjin temperatuerberik (X-as) en spanning (y-as) yn ferskate eksperiminten.
In gruttere ferzje fan 'e Harvester (Harv2) mei 60 PST MLC 1 mm-mlc 1 mm dik en 160 pst mlc 0,5 mm dik (41.7 g aktyf pirroelectric materiaal) joech 11.2 j (oanfoljende noat 8) joech. Yn 1984 makke Olsen in enerzjy Harvester basearre op 317 G fan in tin-doped PB (ZR, TI) O3-ferbining yn steat om 6023 j fan elektrisiteit te generearjen by in temperatuer fan sawat 150 ° C (Ref. 21). Foar dizze kombinearje is dit de ienige oare wearde te krijen yn it Joule-berik. It krige krekt oer de helte fan 'e wearde dy't wy hawwe berikt en hast sân kear de kwaliteit. Dit betsjut dat de enerzjydichtheid fan Harv2 13 kear heger is.
De Perioade fan Harv1-syklus is 57 sekonden. Dit produsearre 54 mw fan macht mei 4 rigen fan 7 kolommen fan 1 mm dikke mlc-sets. Om it ien stap fierder te nimmen, hawwe wy in tredde kombineare (Harv3) bouden mei in 0,5 mm dikke PST MLC en ferlykbere opset nei Harv1 en Harv2 (oanfoljende noat 9). Wy mjitten in thermalisaasje tiid fan 12,5 sekonden. Dit komt oerien mei in syklus tiid fan 25 s (oanfoljende fig. 9). De sammele enerzjy (47 mj) jout in elektryske krêft fan 1,95 MW per MLC, dat yn 'e beurt ús yntinke dat Harv2 0,55 W (sawat 10 PST MW × 280 PST MLC 0.5 mm dik). Derneist simuleare wy hjitte-oerdracht mei finalige elemint Simulaasje (Comsol, oanfoljende noat 10 en oanfoljende tabellen 2-4) oerienkomt mei de Harv1-eksperiminten. Eindige elemint modellering makke it mooglik om krêftwearden te foarsizzen dy't hast in folchoarder hie foar itselde oantal PS-kolommen troch de MLC oant 0,2 mm brûkt, en it werstellen fan 'e matrix nei 7 rigen. × 4 kolommen (neist, wiene d'r 960 MW doe't de tank neist de kombinaasje wie, oanfoljende fig. 10b).
Om de nut fan dizze samler te demonstrearjen waard in stirljende syklus oanbrocht op in stand-allinich demonstraasje, in lege spanningskontrôle, in dw-pow-samler, twa thermco-koppelen en ympuls-konvertearen (Oanfoljende notysje (Oanfoljende opmerking 11). It Circuit fereasket de opslachkondig om yn 't 18V te rekkenjen op 9V en rint doe de temperatuer út wylst de temperatuer fan' e twa MLC's rint fan -5 ° C oant 80 ° binne yn 'e fytsen (ferskate syklussen wurde toand yn oanfolling fan 11). Opmerklik weegt twa MLC's allinich 0.3g kin dit grut systeem autonoom kontrolearje. In oare nijsgjirrige funksje is dat de lege spanningferwidering kin yn steat wêze om 400v nei 10-15v te konvertearjen mei 79% effisjinsje (oanfoljende noat 11 en oanfoljende figuer 11.3).
Uteinlik evalueare wy de effisjinsje fan dizze MLC-modules by it konvertearjen fan thermyske enerzjy yn elektryske enerzjy. De kwaliteitsfaktor is op 'e effisjinsje wurdt definieare as de ferhâlding fan' e tichtheid fan 'e sammele fan' e sammele elektryske enerzjy nd nei de tichtheid fan 'e levere Heat Qin (Oanfoljende opmerking 12):
Figueren 3A, B lit it effisjinsje-η en proporsjonele effisjinsje sjen, respektivelik, as in funksje fan it temperatuer fan it temperatuer fan it temperatuer fan in temperatuer fan in 0,5 mm dikke MLC. Beide datapelingen wurde jûn foar in elektrysk fjild fan 195 KV CM-1. De effisjinsje \ (\ DIT \) berikt 1,43%, dat lykweardich is oan 18% fan ηr. Foar in temperatuerberik fan 10 K fan 25 ° C oant 35 ° C oant 35 ° C, berikt ηr wearden oant 40% (blauwe kromme yn Fig. 3B). Dit is twa kear de bekende wearde foar NLP-materialen opnommen yn PMN-PT-films (ηr = 19%) yn it temperatuerberik fan 10 K en 300 KV CM-1 (Ref. 18). Temperatur Ranges Under 10 K waarden net beskôge, om't de thermyske hysterese fan 'e PST MLC tusken 5 en 8 K. erkenning is fan it positive effekt fan faze-transysjes op effisjinsje. Eins binne de optimale wearden fan η en η, binne hast allegear krigen by de inisjele temperatuer TI = C yn Fig. 3a, b. Dit is te tankjen oan in nauwe faze-oergong as gjin fjild wurdt tapast en de Curie Temperatuer TC is sawat 20 ° C yn dizze MLC's (oanfoljende noat 13).
a,b, the efficiency η and the proportional efficiency of the Olson cycle (a)\({\eta }_{{\rm{r}}}=\eta /{\eta}_{{\rm{Carnot}} for the maximum electric by a field of 195 kV cm-1 and different initial temperatures Ti, }}\,\)(b) for De MPC PST 0,5 mm dik, ôfhinklik fan it temperatuer ynterval δtspan.
De lêste observaasje hat twa wichtige ymplikaasjes: (1) Elke effektive fytsen moat begjinne by temperatueren boppe TC foar in fjild-induzeare faze-oergong (fan paraelectric (fan paraelectric) om te foarkommen) om te foarkommen; (2) Dizze materialen binne effisjinter binne by run tiden tichtby TC. Hoewol grutskalige effisjinsjes wurde toand yn ús eksperiminten, lit ús net tastean dat ús grutte absolute gefolgen berikke fanwege de auto-limyt (\ (\ delta t / t \)). De poerbêste effisjinsje wurdt lykwols oan dizze PST MLC's, rjochtfeardiget OLSE lykwols dat hy neamt dat "in ideale klasse 20 Regenerative Motor tusken 50 ° C in effisjinsje fan 30%" 17. Om dizze wearden te berikken en it konsept te testen, soe it nuttich wêze om doped PST's te brûken mei ferskate TC's, lykas studearre troch SheBanov en Borman. Se lieten sjen dat TC yn PST kin ferskille fan 3 ° C (SB-doping) nei 33 ° C (TI-doping) 22. Dêrom hypoteert dat wy folgjende generaasje pyroeleektryske regenerators binne op basis fan doped PST MLC's as oare materialen mei in sterke earste bestelling fan 'e earste bestelling kin konkurrearje mei de bêste macht harvesters.
Yn dizze stúdzje ûndersocht wy MLC's makke fan PST. Dizze apparaten besteane út in searje fan PT- en PST Electroden, wêrtroch ferskate kapasiteiten yn parallel binne ferbûn. PST waard keazen, om't it in poerbêste EK materiaal is en dêrom in potinsjeel poerbêst NLP materiaal. It eksposearret in skerpe earste-oarder Ferroelectric-paraelectric-paraelectric-faze-oergong om 'e nocht fan 20 ° C, oanjûn dat har entroch feroare yn Fig. 1. 1. Similar MLCS is folslein beskreaun foar EC13,14 apparaten. Yn dizze stúdzje brûkten wy 10,4 × 7,2 × 1 mm³ en 10,4 × 7,2 × 0,5 mm³ mlcs. MLCS mei in dikte fan 1 mm en 0,5 mm waarden makke fan 19 en 9 lagen fan PST mei in dikte fan 38,6 μm, respektivelik. Yn beide gefallen waard de binnenste PST-laach pleatst tusken 2.05 μm dikke platinum elektrodes. It ûntwerp fan dizze MLC giet derfan út dat 55% fan 'e PST's aktyf is, oerienkomt mei it diel tusken de elektroden (oanfoljende noat 1). It aktive elektrode-gebiet wie 48,7 mm2 (oanfoljende tabel 5). MLC PST waard taret troch solide fazereaksje en casting metoade. De details fan it tariedingsproses binne beskreaun yn in foarige artikel14. Ien fan 'e ferskillen tusken PST MLC en it foarige artikel is de folchoarder fan B-siden, dy't sterk beynfloedet op' e prestaasjes fan EC yn PST. De folchoarder fan B-siden fan PST MLC is 0,75 (oanfoljende notysje 2) krigen troch Sintering om 1400 ° C folge troch hûnderten oeren lang annealing by 1000 ° C. Foar mear ynformaasje oer PST MLC, sjoch oanfoljende notysjes 1-3 en oanfoljende tabel 5.
It wichtichste konsept fan dizze stúdzje is basearre op 'e Olson Cycle (Fig. 1). Foar sa'n syklus hawwe wy in hyt en kâld reservoir nedich en in stroomferhâlding yn steat om tafersjoch te kontrolearjen en te kontrolearjen fan de spanning en hjoeddeistige yn 'e ferskate MLC-modules. Dizze direkte syklusen brûkten twa ferskillende konfiguraasjes, nammentlik (1) Linkam-modules en koeling ien MLC ferbûn oan in Keithley 2410 Power Boarne (Harv1, Harv3 en Harv3) yn parallel mei deselde boarne enerzjy. Yn it lêste gefal, in dielenfolle floeistof (silikonolie mei in viskosheid fan 5 cp, waard oankocht fan Sigma Aldrich) waard brûkt foar waarm útwikseling tusken de twa reservoirs (hyt en kâld) en de MLC. De thermyske reservoir bestiet út in glêzen kontener fol mei dielektryske floeistof en pleatst boppe op 'e termyske plaat. Kâlde opslach bestiet út in wetterbad mei floeibere buizen mei dielektryske floeistof befetsje yn in grutte plestik kontener fol mei wetter en iis. Twa trije-wei-púnkleppen (oankocht fan Bio-Chem-floeistoffen) waarden pleatst oan elk ein fan 'e kombinaasje om floeistof te wikseljen fan it iene reservoir nei in oar (Figuer 2a). Om te soargjen foar thermyske lykwicht tusken it PST-MLC-pakket en de koelmiddel waard de fykrategearre ferlingd oant it ynlaat- en outlet thermokoppels nei it PST-MLC-pakket) toande deselde temperatuer. It Python-skript beheart en syngroniseart alle ynstruminten (pompen, kleppen, en thermokouples) om te rinnen troch de PST-stapel te rinnen, sadat se opladen binne op 'e winske tapaste spanning foarôfgeand oan' e winske tapaste spanning.
As alternatyf hawwe wy dizze direkte mjittingen befêstige fan sammele enerzjy mei yndirekte metoaden. Dizze yndirekte metoaden binne basearre op elektryske ferdringing (D) - Electric Field Loops (E) Fjilden sammele by ferskate temperatueren, en kin men presys skatte hoefolle enerzjy kin wurde sammele, lykas yn 'e figuer. yn figuer 2. .1b. Dizze de loops wurde ek sammele mei Keithley-boarnemeters.
Tweintich-achtige 1 mm Dikke PST MLCS waarden gearstald yn in 4-kolom, 7-kolom Parallelplaatstruktuer neffens it ûntwerp beskreaun yn 'e referinsje. 14. De floeistof-gap tusken PST-MLC-rigen is 0,75mm. Dit wurdt berikt troch it tafoegjen fan strips fan dûbele tape as floeibere spacers om 'e rânen fan' e PST MLC. De PST MLC wurdt elektrysk ferbûn yn parallel mei in sulveren epoxy-brêge yn kontakt mei de elektrode-liedingen. Hjirnei waarden draden lijmd mei sulveren epoxy-herinnerje nei elke kant fan 'e elektrode-terminals foar ferbining mei de stroomfoarsjenning. Uteinlik ynfoegje de heule struktuer yn 'e polyolefinslang. Dat lêste is lijm oan 'e floeistofube om juste dichting te garandearjen. Uteinlik waarden 0,25 MM-dikke K-type thermokoppels ynboud yn elk ein fan 'e PST-MLC-struktuer om de ynlaat te kontrolearjen en bûtenlânske flüssige temperatueren te kontrolearjen. Om dit te dwaan, moat de slang earst perforeare wurde. Nei it ynstallearjen fan 'e thermokoupel, tapasse itselde lijm as earder tusken de thermokoppelstang en draad om it segel te herstellen.
Acht aparte prototypen waarden boud, fjouwer dêrfan hie 40 0,5 mm Dikke PST MLC Pst-ferdield as parallelplaten mei 5 kolommen en 8 rigen, en de oerbleaune fjouwer hie 15 1 mm dikke pst. yn 3-kolom × 5-rige parallelplaatstruktuer. It totale oantal brûkte PST MLC's wie 220 (160 0,5 mm dik en 60 PST MLC 1 MM Dicke). Wy neame dizze twa subunits Harv2_160 en Harv2_60. De floeibere gat yn 'e prototype Harv2_16 bestiet út twa dûbele-sided bappen 0,25 mm dik mei in draad 0,25 mm dik tusken har. Foar it Harv2_60-prototype, wy hawwe deselde proseduere werhelle, mar mei help fan 0.38 mm dikke draad. Foar symmetry, harv2_160 en harv2_60 har eigen floeistof sirkels, pompen, kleppen en kâlde kant (oanfoljende noat 8). Twa Harv2-ienheden diele in waarmte reservoir, in 3 litercontainer (30 sm X 20 cm x 5 sm) op twa hjitte platen mei rotearjende magneten. Alle acht yndividuele prototypes wurde elektrysk ferbûn yn parallel. De Harv2_160 en Harv2_60-subunits wurkje tagelyk yn 'e Olson-syklus resultearre yn in enerzjy rispinge fan 11,2 J.
Plak 0,5 mm dikke pst mlc yn polyolefin slang mei dûbele sidige tape en draad oan beide kanten om romte te meitsjen foar floeistof om te streamen. Fanwegen syn lytse grutte waard it prototype pleatst njonken in hjitte as kâld reservoirventil, minimalisearende syklus tiden.
Yn PST MLC wurdt in konstant elektryske fjild tapast troch in konstante spanning oan te bringen oan 'e ferwaarmingskoudering. As resultaat wurdt in negative thermyske stroom generearre en enerzjy wurdt opslein. Nei it ferwaarmjen fan 'e PST MLC wurdt it fjild fuorthelle (v = 0), en de enerzjy opslein wurdt weromjûn nei de boarne-teller, dy't oerienkomt mei ien bydrage fan' e sammele enerzjy. Uteinlik, mei in spanning v = 0 tapast, wurde de MLC PST's ôfkuolle nei har earste temperatuer, sadat de syklus opnij kin begjinne. Op dit stadium wurdt enerzjy net sammele. Wy rûnen de Olsen Cycle mei in Keithley 2410 SourceMeter, de PST MLC opladen fan in spanningboarne en it ynstellen fan 'e hjoeddeistige wedstryd, sadat hy waard sammele yn' e oplaadfase foar betroubere enerzjyberekkening.
By stirlingssyken waarden PST MLC yn rekken brocht yn Voltage-boarne-modus (initial spanning VI> 0), in winske neilibjen fan 1 S (en genôch punten binne sammele foar in betroubere berekkening fan 'e enerzjy) en kâlde temperatuer. By stirlingssyken waarden PST MLC yn rekken brocht yn Voltage-boarne-modus (initial spanning VI> 0), in winske neilibjen fan 1 S (en genôch punten binne sammele foar in betroubere berekkening fan 'e enerzjy) en kâlde temperatuer. В циклах Стирлинга PST MLC заряжлись в Напрярния напряжения электрическом зна аларическом эля (начальое напряжо напряжо напряеное напряжое напряжое напряжое напряжое напряженое напряжоее желаемом податливом токе, так что этап зарядки занимает около 1 с (и набирается достаточное количество точек для надежного расчета энергия) и холодная темппература. Yn 'e stirkende PST MLC-syklussen waarden se beskuldige yn' e oerspulde spanningmodus op 'e earste wearde fan it elektryske fjild (en in foldwaande oantal punten wurde sammele foar in betroubere enerzjyberekkene) en kâlde temperatuer.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. Yn 'e Master-syklus wurdt de PST MLC yn rekken brocht by de initial elektryske fjildwearde (initial Voltage VI> 0) Yn' e fereaske folsleine modus duorret sawat 1 sekonden (en wy sammele genôch punten om betrouber te berekkenjen (enerzjy) en lege temperatuer te berekkenjen. В цикле стирлинга PST MLC заряется в рапряжния стрятрния с начальным электрического сначектрическо поля (начальое напряжое напряженое напряженое напряженое напряжое напряженое напряженое напряже напряженое Требуемый ток податливости Таков, что это это этап заряды занибки занибаре достаточное достаточное количество Толичеся количество Толичество Толичеся количество Толичество Толичеся количество Рассчитать энергию) и низкие Температуры. Yn 'e stirkende syklus wurdt de PST MLC yn rekken brocht yn' e spanningskoarmodus mei in elektryske fjild (initial spanning VI> 0), de fereaske neitocht oer 1 S (en in genôch oantal punten om de enerzjy te berekkenjen) en lege temperatueren te berekkenjen.Foardat de PST MLC opwarmt, iepenje it circuit troch in passende stroom fan i = 0 MA (de minimale wedstridende hjoeddeistich te tapassen dat ús maatbêne kin omgean 10 NA). As resultaat bliuwt in lading yn 'e PST yn' e PST fan 'e MJK, en de spanning nimt ta as de stekproef waarwitten. Gjin enerzjy wurdt sammele yn earm BC, om't ik = 0 ma. Nei it berikken fan in hege temperatuer, nimt de spanning yn 'e MLT FT mear (yn guon gefallen, sjoch ekstra fig. 7.2), de MLK ft is ûntslein (v = 0), en elektryske enerzjy wurdt yn har opslein as se de earste lading wurde opslein. Deselde hjoeddeistige korrespondinsje wurdt weromjûn oan 'e meter-boarne. Fanwegen spanningwinning is de bewarre enerzjy op hege temperatuer heger dan wat waard levere oan it begjin fan 'e syklus. Sadwaande wurdt enerzjy krigen troch it konvertearjen fan waarmte yn elektrisiteit.
Wy hawwe in Keithley brûkt 2410 Sourcemeter om de spanning te kontrolearjen en hjoeddeistige tapast op 'e PST MLC. De oerienkommende enerzjy wurdt berekkene troch it produkt fan Voltage en hjoeddeistige lêzen fan Keithley te yntegrearjen, {\}} {}} (} {}) {v} _ {} {\)}} {)}} (t) \), WÊR τ is de perioade de perioade. Op ús enerzjykromme betsjutte positive enerzjywearden de enerzjy dy't wy moatte jaan oan 'e MLC PST, en negative wearden betsjutte de enerzjy dy't wy fan har ekstrakt hawwe en dêrom krige de enerzjy. De relative macht foar in opjûne kolleksje-syklus wurdt bepaald troch de sammele enerzjy te dielen troch de perioade fan 'e heule syklus.
Alle gegevens wurde presinteare yn 'e haadtekst as yn oanfoljende ynformaasje. Brieven en oanfragen foar materialen moatte wurde rjochte op 'e boarne fan' e by of ED-gegevens levere mei dit artikel.
Ando Junior, OH, Maran, Alo & Henao, NC in resinsje fan 'e ûntwikkeling en applikaasjes fan Thermo-elektryske mikrogenerators foar enerzjy-risping. Ando Junior, OH, Maran, Alo & Henao, NC in resinsje fan 'e ûntwikkeling en applikaasjes fan Thermo-elektryske mikrogenerators foar enerzjy-risping.Ando Junior, Ohio, Maran, Alo en Henao, NC Oarsaak fan 'e ûntwikkeling fan' e ûntwikkeling en tapassing fan thermo-elektryske mikrogenerators foar enerzjy-risping. Ando Junior, OH, Maran, Alo & Henaa, NC 回顾用于能量收集的热电微型发电机的开发和应用. Ando Junior, OH, Maran, Alo & Henaa, NCAndo Junior, Ohio, Maran, Alo, en Henao, NC beskôgje de ûntwikkeling en tapassing fan thermo-elektryske mikrogenerators foar enerzjy-risping.ferfetsje. stypje. Energy Rev. 91, 376-393 (2018).
Polman, A., Ridder, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Fotovoltaïsche materialen: hjoeddeistige affrikjingen en takomstige útdagings. Polman, A., Ridder, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Fotovoltaïsche materialen: hjoeddeistige affrikjingen en takomstige útdagings.Polman, A., Ridder, M., Garnett, EK, Ehrler, B. B. VK PhotoVoltaïsche materialen: Aktuele prestaasjes en takomstige útdagings. Polman, A., Ridder, M., Garnett, EC, Ehler, B. & Sinke, WC 光伏材料: 目前的效率和未来的挑战. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Solar Materialen: hjoeddeistige effisjinsje en takomstige útdagings.Polman, A., Ridder, M., Garnett, EK, Ehrler, B. B. VK PhotoVoltaïsche materialen: Aktuele prestaasjes en takomstige útdagings.Wittenskip 352, Aad4424 (2016).
Lied, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. CONJUN-PIEZOELECTE EFF FOAR SELF POWERED TOMULTANE TEMPTERE EN PRUID SENING. Lied, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Conjunct Pyro-piezoelectric Effekt foar selsstutsen tagelyk temperatuer en drukpersoanen.Lied K., Zhao R., Wang Zl en Yan Yu. Kombineare piropiezoelektriseffekt foar autonome tagelyk mating fan temperatuer en druk. Lied, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. 用于自供电同时温度和压力传感的联合热压电效应. Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Foar selsboarns tagelyk as temperatuer en druk.Lied K., Zhao R., Wang Zl en Yan Yu. Kombineare thermopiezoelektriseffekt foar autonome tagelyk mating fan temperatuer en druk.Foarút. Alma Mater 31, 1902831 (2019).
Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Enerzjy-risping basearre op Ericsson Pyroelectric Cycles yn in ûntspanne Ferroelectryske keramyk. Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Enerzjy-risping basearre op Ericsson Pyroelectric Cycles yn in ûntspanne Ferroelectryske keramyk.Sebald G., Prouvost S. En Guyomar D. Enerzjy-ryden basearre op Pyroelectric Ericssons Cycles yn ûntspanne Ferroelectryske keramyk.Sebald G., PROVOST S. En Guyomar D. Enerzjy-rydt yn relaxor Ferroelectryske keramyk op basis fan Ericsson Pyroelectric Cycling. Smart Alma mater. struktuer. 17, 15012 (2007).
Allay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Watmore, RW-generaasje elektroco-materialen foar solid-state elektrothermyske ynterviews. Allay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Watmore, RW-generaasje elektroco-materialen foar solid-state elektrothermyske ynterviews. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Электрокалорические и пироэлектрические материалы следующего поколения для взаимного Преобразования Твердотель электротермической энергии. Allay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Watmore, RW Folgjende generaasje elektromyske materialen foar solide steat elektrothermyske enerzjy-ynterconversing. Allay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Watmore, RW 用于固态电热能相互转换的下一代电热和热释电材料. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Watmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Электрокалорические и пироэлектрические материалы следующего поколения для взаимного Преобразования Твердотель электротермической энергии. Allay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Watmore, RW Folgjende generaasje elektromyske materialen foar solide steat elektrothermyske enerzjy-ynterconversing.Lady Bull. 39, 1099-1109 (2014).
Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Standert en figuer en figuer-fan-fertsjinsten foar kwantifisearje de prestaasjes fan pyroeleektryske nanogenerators. Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Standert en figuer en figuer-fan-fertsjinsten foar kwantifisearje de prestaasjes fan pyroeleektryske nanogenerators.Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL en Yang, Yu. In standert en kwaliteitsscore foar kwantifikaasje fan de prestaasjes fan pyroeleektryske nanogenerators. Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. 用于量化热释电纳米发电机性能的标准和品质因数. Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y.Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL en Yang, Yu. Kritearia en prestaasjesmaatregels foar it kwantifisearjen fan de prestaasjes fan in pyroeleektryske nanogenerator.Nan Energy 55, 534-540 (2019).
Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Electrocaloric Cooling Coolate Tantalate mei wirklike regeneraasje fia fjildfariaasje. Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Electrocaloric Cooling Coolate Tantalate mei wirklike regeneraasje fia fjildfariaasje.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. En Mathur, ND Electrocaloric koelen yn lead-scandium Tantalate mei wirklike regeneraasje mei wiere regeneraasje troch middel fan fjildmodifikaasje. Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND 钽酸钪铅的电热冷却循环. Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, MOYA, X. & Mathur, ND. Tantalum 酸钪钪钪钪钪钪钪钪电求的电池水水水水水气水在电影在在线电影.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. En Mathur, ND In elektrothermyske kiel fan SCANDIUME-lieding foar Tantalate foar TRUE REGENERATION FOAR FIELDREKSAL.Natuerkunde Rev. X 9, 41002 (2019).
Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Calistic Materialen by Ferroic Phase-transysjes. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Calistic Materialen by Ferroic Phase-transysjes.Moya, X., KAR-Narayan, S. en Mathur, ND Calistyske materialen by Ferroise-faze-oergongen. Moya, X., KAR-Narayan, S. & Mathur, ND 铁质相变附近的热量材料. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Thermyske materialen by ferro Metallurgy.Moya, X., KAR-Narayan, S. en Mathur, ND Thermyske materialen by izeren faze-transysjes.Nat. Alma Mater 13, 439-450 (2014).
Moya, X. & Mathur, ND Calistyske materialen foar koeling en ferwaarming. Moya, X. & Mathur, ND Calistyske materialen foar koeling en ferwaarming.Moya, X. En Mathur, ND Thermyske materialen foar koeling en ferwaarming. Moya, X. & Mathur, ND 用于冷却和加热的热量材料. Moya, X. & Mathur, ND Thermyske materialen foar koeling en ferwaarming.Moya X. En Mathur ND Thermyske materialen foar koeling en ferwaarming.Wittenskip 370, 797-803 (2020).
Torelló, A. & Defay, E. Electrocaloric Coolers: In resinsje. Torelló, A. & Defay, E. Electrocaloric Coolers: In resinsje.Torello, A. En Defay, E. Electrocaloric Chillers: In resinsje. Torelló, A. & Defay, E. 电热冷却器: 评论. Torelló, A. & Defay, E. 电热冷却器: 评论.Torello, A. En Defay, E. Electrothermyske koelers: In resinsje.Avansearre. Elektroanysk. Alma mater. 8. 2101031 (2022).
Nuchokgwe, Y. et al. Enorme enerzjyeffenseidens fan elektrocaloryske materiaal yn heech bestelde skand-skand-lead. Nasjonaal kommunisearje. 12, 3298 (2021).
Nair, B. E et al. It elektroSmale-effekt fan OXIDE Multilayer Capacitors is grut oer in breed temperatuerberik. Natuer 575, 468-472 (2019).
Torello, A. et al. Grutte temperatuer berik yn elektrothermyske regenerators. Wittenskip 370, 125-129 (2020).
Wang, Y. et al. Hege prestaasjes bêst steat elektrothermaal koelensysteem. Wittenskip 370, 129-133 (2020).
Meng, Y. et al. Cascade elektrothermal koelapparaat foar grutte temperatuer opkomst. Nasjonale Energy 5, 996-1002 (2020).
Olsen, RB & Brown, DD High EfficieNCY Direkt konverzje fan hjittens nei elektryske enerzjy-relatearre pyroeleektrike mjittingen. Olsen, RB & Brown, DD Hege effisjinsje direkte konverzje fan hjittens nei elektryske enerzjy-relatearre pyroeleektryske mjittingen.Olsen, RB en brún, DD heul effisjint direkte konverzje fan hjittens yn elektryske enerzjy ferbûn mei pyroeleektryske mjittingen. Olsen, RB & Brown, DD 高效直接将热量转换为电能相关的热释电测量. Olsen, RB & Brown, DDOlsen, RB en brún, DD effisjint direkte konverzje fan hjittens nei elektrisiteit assosjeare mei pyroeleektryske mjittingen.Ferroelectrics 40, 17-27 (1982).
Pandya, S. et Al. Enerzjy en macht tichtheid yn tinne ûntspanne Ferroelectric Films. Nasjonale Alma Mater. https://doei.org/10.1038/s41563-018-0059-8 (2018).
Smith, An & Hanrahan, BM Cascoeded Pyroelectric Conversion: Optimalisearjen fan 'e Ferroelectric Phase-oergong en elektryske ferliezen. Smith, An & Hanrahan, BM Cascoeded Pyroelectric Conversion: Optimalisearjen fan 'e Ferroelectric Phase-oergong en elektryske ferliezen.Smith, AN en Hanrahan, BM Casroelectric Conversion: Ferroelectric Phase-oergong en elektryske ferliesoptimalisaasje. Smith, An & Hanrahan, BM 级联热释电转换: 优化铁电相变和电损耗. Smith, An & Hanrahan, bmSmith, AN en Hanrahan, BM Cascoele-konverzje: Optimalisaasje fan Ferroelectric Phase-transysjes en elektryske ferliezen.J.-applikaasje. Natuerkunde. 128, 24103 (2020).
Hoch, sr it gebrûk fan ferro -ektrike materialen om thermyske enerzjy te konvertearjen yn elektrisiteit. proses. IEEE 51, 838-845 (1963).
Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & DULLEA, J. Cascaded Pyroelectric Energy-omrekkener. Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & DULLEA, J. Cascaded Pyroelectric Energy-omrekkener.Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM en DULLEA, J. Cascade Pyroelectric Power Converter. Olsen, RB, Bruno, Da, Briscoe, JM & DULLEA, J. 级联热释电能量转换器. Olsen, RB, Bruno, Da, Briscoe, JM & DULLEA, J. 级联热释电能量转换器.Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM en Dullea, J. Cascaded Pyroelectric Power Converters.Ferroelectrics 59, 205-219 (1984).
Shebanov, L. en Borman, K. OP Lead-Scandium Tantalate solide oplossingen mei hege elektrocaloryske effekt. Shebanov, L. en Borman, K. OP Lead-Scandium Tantalate solide oplossingen mei hege elektrocaloryske effekt.Shebanov L. en Borman K. op solide oplossingen fan lead-skandium tantalate mei in hege elektrocaloryske effekt. Shebanov, L. & Borman, K. 关于具有高电热效应的钪铅钪固溶体. Shebanov, L. & Borman, K.Shebanov L. en Borman K. op Scandium-lead-lood-Scandium solide oplossingen mei in hege elektrocalorysk effekt.Ferroelectrics 127, 143-148 (1992).
Wy tankje N. Furusawa, Y. Inoue, en K. Honda foar har help by it meitsjen fan de MLC. Pl, om yn, yn, aa, jl, omheech, OB, ob en ed oan 'e Lúksemboarchske National Research / Defay, Massena Pride / Defay- Siebentritt, Thermodimat C20 / MS / 14718071 / Defay en Bridges2021 / MS / 16282302 / Cecoha / DEFAY.
Department of Materiaal Undersyk en Technology, Lúksemboarch Ynstitút foar Technology (list), Belvoir, Lúksemboarch