Elektrizitate iturri iraunkorrak eskaintzea mende honetako erronka garrantzitsuenetako bat da. Energia biltzeko materialen ikerketa-arloak motibazio horretatik dator, besteak beste, termoelektrikoa1, fotovoltaic2 eta termophotovoltaics3. Energia biltzeko gai diren materialak eta gailuak falta zaizkigun arren, energia elektrikoa tenperatura aldakorreko aldaketetara bihur dezaketen material piroelektrikoak sentsore4 eta energia uzta5,6,7 dira. Hemen energia termiko makroskopiko bat garatu dugu 42 gramo berun eskanderia tantalato batez osatutako multiLayer kondentsadorearen moduan, ziklo termodinamiko bakoitzeko energia elektrikoko 11,2 j ekoizten duena. Modulu piroelektriko bakoitzak energia elektrikoko dentsitatea sor dezake 4,43 j cm-3 ziklo bakoitzeko. Gainera, erakusten dugu 0,3 g pisatzen duten bi modulu nahikoa direla energia-bilketa autonomoek mikrokontrolagailu eta tenperatura sentsoreekin. Azkenik, 10 k-ko tenperatura tartean erakusten dugu, anitzeko kondentsadore horiek% 40ko Carnot eraginkortasuna lor dezakete. Ezaugarri horiek (1) fase ferroelektrikoaren aldaketaren ondorioz (2) ihes-korronte baxua da, galerak saihesteko eta (3) matxura handiko tentsioa saihesteko. Potentzia-uzta piratzailetiko makroskopiko, eskalagarriak eta eraginkor horiek energia termoelektrikoaren sorrera berregiten ari dira.
Material termoelektrikoetarako behar den tenperatura espazialaren gradientearen aldean, material termoelektrikoen energia uztartzeak tenperaturaren ibilbidea behar du denboran zehar. Horrek ziklo termodinamikoa esan nahi du, entropiak (k) (t) diagrama deskribatzen duena. 1A irudian Scandium Lead Tantalate-n (PST) fase ferelektriko-paraelektriko ferelektriko-paraelektrikoko fasealeko fasealektrikoko trantsizioa erakusten duen fase ferroelektriko-paraelektriko ferelektrikoa erakusten da (PST). ST diagramako zikloaren atal urdinak eta berdeak Olson zikloan bihurtutako energia elektrikoari dagozkio (isother eta bi isopole atal). Hemen, eremu elektriko berdinak dituzten bi ziklo (eremua aktibatuta eta desaktibatuta) eta tenperatura aldatu dira, baina, beraz, hasierako tenperatura desberdinekin. Ziklo berdea ez dago fase trantsizio eskualdean kokatuta dago eta, beraz, fase trantsizioko eskualdean kokatutako ziklo urdina baino askoz ere eremu txikiagoa du. St diagraman, zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa da bildutako energia. Beraz, fasearen trantsizioak energia gehiago bildu behar du. NLPn bizikletan ibiltzeko gune handiaren beharra oso antzekoa da aplikazio elektrotermikoen beharra9, 10, 11, 12, non PST multilayer kondentsadoreak (MLCS) eta PVDF-n oinarritutako terpolimeroek alderantzizko errendimendu bikaina erakutsi dute. Hozteko errendimenduaren egoera zikloan 13.14,15,16. Hori dela eta, PST MLCS interesekoak identifikatu ditugu energia-bilketa termikorako. Lagin hauek metodoetan deskribatu dira eta 1. ohar osagarrietan (eskaneatze elektroien mikroskopia), 2 (X izpien difrakzioa) eta 3 (kalimetria).
A, entropia (k) (t) zirriborroa (t) lursailak eremu elektrikoarekin eta desaktibatuta NLP materialetan aplikatutako fase trantsizioak erakusten ditu. Energia biltzeko bi ziklo bi tenperatura desberdinetan agertzen dira. Ziklo urdinak eta berdeak fasearen trantsizioaren barruan eta kanpoan gertatzen dira, hurrenez hurren eta gainazaleko eskualde oso desberdinetan amaitzen dira. b, bi de pst mlc eraztun unipolarrak, 1 mm-ko lodiera, 0 eta 155 kV cm-1 artean neurtzen dira, hurrenez hurren, hurrenez hurren, eta dagozkion Olsen zikloak. ABCD hizkiak Olson zikloan estatu ezberdinak aipatzen ditu. AB: MLCak 155 kv-ko CM-1 kobratu ziren 20 ºC-tan. BC: MLC 155 kv cm-1 mantendu zen eta tenperatura 90 ºC-ra igo zen. CD: MLC isurketak 90 ºC-tan. DA: MLC 20 ºC-ra hoztu zen zero eremuan. Zikloa hasteko behar den sarrerako potentziari dagokio. Laranja-eremua ziklo bakarrean bildutako energia da. c, goiko panela, tentsio (beltza) eta korrontea (gorria) versus denbora, b-aren arabera, b. Bi txertatzeak zikloaren funtsezko puntuetan tentsioaren eta korrontearen anplifikazioa irudikatzen dute. Beheko panelean, kurba horia eta berdeek dagozkien tenperatura eta energia kurbak adierazten dituzte, hurrenez hurren, 1 mm-ko lodierako mlc. Energia goiko paneleko korronte eta tentsio kurbak kalkulatzen da. Energia negatiboa bildutako energiari dagokio. Lau zifren letra larriei dagozkien urratsak Olson zikloan bezalaxe dira. AB'CD zikloa Stirling Zikloari dagokio (7. ohar osagarria).
E eta D eremua elektrikoa eta desplazamendu elektrikoaren eremua dira, hurrenez hurren. ND zeharkako zirkuituan (1b irudia) edo zuzenean ziklo termodinamikoa hasita lor daiteke. Metodo erabilgarrienak Olsenek 1980ko hamarkadan energia piroelektrikoa biltzeko lan aitzindarian deskribatu zituen.
Fig. 1b-ek 1 mm-ko lodierako pst-mlc-ko bi begizta erakusten ditu, hurrenez hurren, 20 ºC eta 90 ºC-tan, hurrenez hurren, 0 eta 155 kV cm-1 (600 V) bitartekoak. Bi ziklo hauek 1A irudian erakusten den Olson zikloak bildutako energia kalkulatzeko erabil daiteke. Izan ere, Olsen zikloa bi isofield adar (hemen, zero eremuan zero eremuan dago, BC sukurtsalean eta 155 kV-ko) eta bi adar isotermiko (hemen, 20 ° с eta 20 ° AB sukurtsalean). C CD sukurtsalean. Zikloan zehar bildutako energia eskualde laranj eta urdinei dagokie (EDD integrala). Bildutako energia nd sarrera eta irteerako energiaren arteko aldea da, hau da, Laranja eremuan bakarrik. 1b. Olson ziklo jakin honek 1,78 j cm-3-ko ND energia dentsitatea ematen du. Stirling Zikloa Olson zikloaren alternatiba da (7. ohar osagarria). Kargaren etengabeko agertokia (Zirkuitu irekia) errazago lortzen delako, 1b-tik (AB'CD zikloa) ateratako energia dentsitatea 1,25 j cm-3ra iristen da. Hau Olson Zikloak bildu dezakeenaren% 70 baino ez da, baina uzta ekipamendu sinpleak egiten du.
Horrez gain, zuzenean Olson zikloan zehar bildutako energia neurtu genuen PST MLC linkin tenperatura kontrolatzeko fasea eta iturri neurgailua erabiliz. 1C irudian goialdean eta dagozkien inseinetan, 1 mm-ko lodierako pst mlc-ri buruzko egungo (gorria) eta tentsioa (beltza) erakusten da Olson ziklo beretik igarotzeko. Korronteak eta tentsioak bildutako energia kalkulatzea ahalbidetzen du, eta kurbak irudian agertzen dira. 1c, behealdea (berdea) eta tenperatura (horia) zikloan zehar. ABCD letrak 1. irudiko Olson ziklo bera adierazten du. MLC kargatzea Ab hanketan gertatzen da eta korronte baxuan (200 μA) egiten da, beraz, sourceMeter-ek karga behar bezala kontrolatu dezake. Hasierako korronte konstante honen ondorioa da tentsio kurba (kurba beltza) ez dela lineala desplazamendu potentzial ez-lineala D PST (irudia, goiko intset). Kargaren amaieran, 30 MJ energia elektrikoa gordetzen da MLCn (B Point B). Ondoren, MLCk korronte negatiboa (eta, beraz, korronte negatiboa) 40 s ondoren sortzen da, tenperatura 90 ºC-ko lautada batera iritsi zenean, korronte hau Isofield honetan 35 mj-ko potentzia elektrikoa izan zen (bigarren sarrera 1c irudian). Ondoren, MLC (sukurtsala) tentsioa murriztu egiten da, eta ondorioz, 60 MJ gehiago lan elektrikoa da. Irteerako energia osoa 95 mj da. Bildutako energia sarrera eta irteerako energiaren arteko aldea da, eta horrek 95 - 30 = 65 mj ematen ditu. Hau 1,84 J CM-3-ko energia dentsitate bati dagokio, de eraztunetik ateratako ND oso gertu. Olson ziklo honen erreprodukzioa oso probatu da (4. ohar osagarria). Tentsio eta tenperatura areagotuz gero, 4,43 j cm-3 lortu genituen Olsen zikloak 0,5 mm-ko pst lodiko PST MLC erabiliz, 750 V (195 kV CM-1) eta 175 ºC-ko tenperatura (5 ºC (5. ohar osagarria). Literaturan Olson Cycles zuzenekoarentzat egindako errendimendu onena baino lau aldiz handiagoa da eta PB (MG, NB) O3-PBTio3 (PMN-PT) (1,06 j cm-3) 18 (Cm. Literaturan balio gehiago lortzeko) lortu zen. Errendimendu hau MLC (<10-7 a 750 eta 180 ºC-ko isurketa oso baxua dela eta, xehetasunak 6. nota osagarrian ikusi 6) -Erritiarrek aipatutako puntu garrantzitsuena da. Errendimendu hau MLC (<10-7 a 750 eta 180 ºC-ko isurketa oso baxua dela eta, xehetasunak 6. nota osagarrian ikusi 6) -Erritiarrek aipatutako puntu garrantzitsuena da. Эти характеристики были благодаря благодаря благодаря благодаря очень низкому току утечки этих MLC (<10-7 а при 750 и 180 ° C, см. Подробности В дополнительном примечании 6) - Критический момент, упомянутый смитом и др. 19 - В отличие от к материалам, использованным в более ранних исследованиях17,20. Ezaugarri horiek lortu ziren MLC horien (<10-7 a 750 v eta 180 ºC-ko isurketa oso baxua dela eta, ikus 6. ohar osagarria xehetasunetarako) - Smith et al-ek aipatutako puntu kritikoa. 19 - Aurreko ikasketak17,20 erabilitako materialen kontrastean.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 非常 (在 在 在 750 v 和 180 ° C 时 <10-7 A, 参见 补充 说明 6 中 中 详细))))))) - 等 人 19 提到 关键 关键 点 相比之下 相比之下 相比之下 关键 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. Поскольку ток утечки этих MLC очень низкий (<10-7 а при 750 и 180 ° C, см. Подробности в дополнительном примечании 6) - Ключевой момент, упомянутый смитом и др. 19 - для сравнения, были достигнуты эти характеристики. MLCS horien ihesaren korrontea oso baxua denez (<10-7 a 750 v eta 180 ºC-ra, ikus 6. ohar osagarria xehetasunetarako) - Smith et al-ek aipatutako gako-puntua. 19 - Konparaziorako, emanaldi horiek lortu ziren.lehenagoko ikerketetan erabilitako materialei 17,20.
Baldintza berdinak (600 v, 20-90 ºC) Stirling Zikloari aplikatuta (7. ohar osagarria). Zikloaren emaitzetatik espero den moduan, errendimendua 41,0 mj izan zen. Ziklo zikloen ezaugarri deigarrienetako bat hasierako tentsioa efektu termoelektrikoaren bidez anplifikatzeko duten gaitasuna da. Tentsio irabazia 39 arte (hasierako tentsio batetik 590 V-ko amaierako tentsio batetik, ikus 5.2 irudia osagarria ikusi dugu).
MLC horien beste ezaugarri bereizgarri bat da Joule barrutian energia biltzeko nahikoa handia direla objektu makroskopikoak direla. Hori dela eta, 28 MLC-ko PST lodiera (Harv1) erantsi genuen. Torello et al.14-k deskribatutako plaka paraleloko diseinu berari jarraituz, irudian erakusten den moduan. Kolektiboaren fluxu dielektrikoaren beroa desplazatzen da fluidoaren tenperatura etengabe mantentzen den bi urtegien artean. Bildu 3,1 j irudian deskribatutako Olson zikloa erabiliz. 2A, eskualde isotermikoak 10 ° C eta 125 ºC-tan eta Isofield eskualdeetan 0 eta 750 V-tan (195 KV CM-1). Hau 3,14 J CM-3-ko energia dentsitate bati dagokio. Konbinazio hau erabiliz, neurketak hainbat baldintzetan hartu ziren (2b. Irudia). Kontuan izan 1,8 j tenperatura 80 ºC-ko tenperatura eta 600 V-ko tentsioa lortu zirela (155 kV cm-1). Hitzarmen onean dago aurrez aipatutako 65 mj-rekin 1 mm-ko lodierako pst mlc baldintza berberetan (28 × 65 = 1820 mj).
A, Harv1 prototipo baten konfigurazio esperimentala 28 mlc pst-en oinarritutako 1 mm-ko lodieran (4 errenkada × 7 zutabe) Olson zikloetan exekutatzen da. Lau ziklo pauso, tenperatura eta tentsioa prototipoan ematen dira. Ordenagailuak urtegi hotz eta beroen arteko fluido dielektrikoa zirkulatzen duen ponpa peristaltikoa gidatzen du, bi balbula eta energia iturri baten artean. Ordenagailuak termokoploak ere erabiltzen ditu prototipoari eta konbinazioaren tenperaturari hornitutako tentsio eta korronteari buruzko datuak biltzeko. B, gure 4 × 7 MLC prototipoak (X ardatza) eta tentsio (y ardatza) (Y ardatza) bildutako energia (x ardatza) (y ardatza) (Y ardatza).
Harvesterreko bertsio handiagoa (Harv2) 60 pst MLC 1 mm lodiera eta 160 pst MLC 0,5 mm-ko lodiera (41,7 g material piroelektriko aktiboa) 11,2 j eman zuen (8. ohar osagarria). 1984an, Olsen-ek energia-biltzaile bat egin zuen 317 g pb-ko pb (ZR, TI) O3 konposatuan oinarritutako 6,23 j elektrizitatea sortzeko, 150 ºC inguruko tenperaturan (21). Konbinatu honetarako, hau da Joule barrutian eskuragarri dagoen beste balio bakarra. Lortu genuen balioaren erdia baino gehiago eta ia zazpi aldiz kalitatea. Horrek esan nahi du Harv2-ren energia dentsitatea 13 aldiz handiagoa dela.
Harv1 zikloaren epea 57 segundokoa da. Honek 54 MW potentzia ekoiztu zituen 1 mm-ko lodierako MLC multzoko 7 zutabe ditu. Urrats bat harago hartzeko, hirugarren konbinazio bat (Harv3) eraiki genuen 0,5mm lodiko PST MLC eta Harv1 eta Harv2-ren antzeko konfigurazioa (9. ohar osagarria). 12,5 segundoko termalizazio denbora neurtu genuen. Hau 25 s-ko ziklo-denborari dagokio (9. irudia osagarria). Bildutako energiak (47 MJ) MLC bakoitzeko 1,95 MW-ko potentzia elektrikoa ematen du eta horrek, berriz, Harv2-k 0,55 w (gutxi gorabehera 1,95 mw × 280 pst MLC 0,5 mm inguru) dituela irudikatzen digu imajinatzeko. Gainera, bero transferentzia simulatu genuen elementu finituaren simulazioa erabiliz (Comsol, 10. nota osagarria eta Harv1 esperimentuei dagozkienak. Elementu finituen modelatzeak posible egin zuen potentzia balioak iragartzea ia magnitude handiagoa (430 MW), MLC zutabe kopuru berberetarako, MLC 0,2 mm-ra arte, ura hozgarri gisa erabiliz eta matrizea 7 errenkadara berreskuratuz. × 4 zutabeak (gainera, 960 MW zeuden depositua konbinatu ondoan zegoenean, 10b irudiko osagarria).
Bildumagile honen erabilgarritasuna erakusteko, bi 0,5 mm-ko lodierako pst MLC-ri esker, bi 0,5 mm-ko lodiera, tentsio-etengailua, tentsio altuko etengailua da, biltegiratze-kondentsadorearekin, DC / DC bihurgailua, bi termokoprimak eta bultzada bihurgailua (11. ohar osagarria). Zirkuituak hasieran 9V-tan kargatuta egon behar du eta, ondoren, autonomoan exekutatzen da, bi MLC-ren tenperatura -5 ºC-tik 85 ºC-tik gorakoak diren bitartean, hemen 160 s-ko zikloetan (hainbat ziklo agertzen dira 110. ohar osagarrian agertzen dira). Nabarmentzekoa, 0,3G baino ez duten bi MLCek modu autonomoan kontrolatu dezakete sistema handi hau. Beste ezaugarri interesgarri bat da, baxuko tentsio bihurgailua 400V eta 10-15V bihurtzeko gai dela% 79ko eraginkortasunarekin (11. ohar osagarria eta 11.3 zifra osagarria).
Azkenik, MLC modulu horien eraginkortasuna ebaluatu genuen energia termikoa energia elektriko bihurtzeko. Eraginkortasunaren kalitate faktorea bildutako energia elektrikoaren dentsitatearen erlazio gisa definitzen da hornitutako beroaren balioaren dentsitatera (12. ohar osagarria):
3a zifrak, b Erakutsi eraginkortasuna η eta eraginkortasun proportzionala Olsen zikloaren ηr, hurrenez hurren, 0,5 mm-ko lodierako PST MLC baten tenperaturaren funtzio gisa. Bi datu multzoak 195 KV-ko CM-1 eremu elektriko baterako ematen dira. Eraginkortasuna \ (\ \)% 1,43ra iristen da, hau da, ηr-en% 18ren baliokidea da. Hala ere, 10 ° C eta 35 ºC bitarteko 10 K-ko tenperatura-tartea% 40 arte (3b irudiko kurba urdina) balio du. PMN-PT filmetan (ηr = 19%) grabatutako NLP materialen bikoitza da. 10 K eta 300 kV CM-1 tenperatura (18). 10 K azpiko tenperatura ez da kontuan hartu PST MLCren histeresi termikoa 5 eta 8 K. artean dagoelako eraginkortasunari buruzko transizioen eragin positiboa dela eta kritikoa da. Izan ere, η eta ηr balio optimoak hasierako tenperaturan lortutako ia guztiak dira = 25 ° C irudietan. 3a, b. Fase estuko trantsizioa da, eremua aplikatzen ez denean eta Curie tenperatura TC 20 ºC ingurukoa da MLCS horietan (13. ohar osagarria).
A, B, η eraginkortasuna eta Olson Zikloko (a) \ ({}} {{{{}} {{{{}} {{{{{}} {{{{{}} {{{{{{{}}} gehienezko elektrikoaren gehienezko elektrikoa eta hasierako tenperaturak eta hasierako tenperatura desberdinak dira,}} \, \, \) MPC pst 0,5 mm lodiera, tenperatura tartearen arabera, δtspan.
Azken behatokiak bi inplikazio garrantzitsu ditu: (1) Txirrindularitza eraginkorra TC gaineko tenperaturak hasi behar dira eremuan eragindako fase trantsiziorako (ferloelektrikora ferroelektrikoa) gertatzeko; (2) Material horiek eraginkorragoak dira Exekutatzeko TC-tik gertu. Eskala handiko eraginkortasuna gure esperimentuetan erakusten den arren, tenperatura mugatuko tarteak ez digu eraginkortasun absolutu handiak lortzen Carnot Muga dela eta (\ (\ Delta T / T \)). Hala ere, PST MLCS hauek erakusten duen eraginkortasun bikainak Olsen justifikatzen du "20 ºC eta 250 ºC arteko tenperaturak% 30eko tenperaturetan funtzionatzen duen 20 ºC-ko funtzionamendu termoelektrikoaren funtzionamendu termoelektrikoa% 30eko eraginkortasuna izan daitekeela" 17. Balio horietara iristeko eta kontzeptua probatzeko, erabilgarria izango litzateke Doped PST erabiltzea TC desberdinekin, SHBANOVek eta Bormanek ikasi zuten bezala. Erakutsi zuten TC PST 3 ºC-tik (SB doping) 33 ºC-ra (TI doping) 22ra aldatu daitekeela. Hori dela eta, piper piperraren birsortzaile piroelektrikoen hurrengo belaunaldiko birsortzaile piroelektrikoak hipotesi bat egiten dugu, lehen ordena faseko trantsizio sendoa duten beste materialekin.
Ikerketa honetan, PST-tik egindako MLCak ikertu ditugu. Gailu hauek PT eta PST elektrodo multzo bat osatzen dute, eta, beraz, hainbat kondentsadore paraleloan konektatuta daude. PST aukeratu zen EBko material bikaina delako eta, beraz, Potentzialki NLP material bikaina delako. Fase ferroelektriko-paraelektriko paraelektriko zorrotz zorrotz bat erakusten du 20 ºC inguruan. Ikerketa honetan, 10,4 × 7,2 × 1 mm³ eta 10,4 × 7,2 × 0,5 mm³ MLC erabili ditugu. 1 mm-ko lodiera duten MLCak eta 0,5 mm-koak 19 eta 9 geruza egin zituzten 38,6 μm-ko lodiera, hurrenez hurren. Bi kasuetan, barruko PST geruza 2,05 μm-ko lodierako elektrodoen artean jarri zen. MLCS horien diseinuak bere gain hartzen du PSTren% 55 aktibo dagoela, elektrodoen arteko zatiari dagokiona (1. ohar osagarria). Elektrodo aktiboaren eremua 48,7 mm2 zen (5. taula osagarria). MLC PST fase solidoen erreakzioak eta galdaketa metodoa prestatu zuten. Prestaketa prozesuaren xehetasunak aurreko artikuluan deskribatu dira14. PST MLCren eta aurreko artikuluaren arteko desberdintasunetako bat B-guneen ordena da, eta horrek asko eragiten du ECren errendimendua PSTn. PST MLC-ko B-guneen ordena 0,75 da (2. ohar osagarria) 1400 ºC-tan sintetizatuz. PST MLC-ri buruzko informazio gehiago lortzeko, ikus Ohar osagarriak 1-3 eta 5. taula osagarria.
Azterketa honen kontzeptu nagusia Olson zikloan oinarritzen da (1. irudia). Ziklo horretarako, urtegi beroa eta hotza behar dugu eta Tentsioa eta korrontea kontrolatzeko eta kontrolatzeko gai den hornidura behar dugu MLC moduluetan. Ziklo zuzen hauek bi konfigurazio desberdin erabiltzen zituzten, hots, (1) Linkam moduluak Keithley 2410 energia-iturri batera eta (2) hiru prototipo (Harv1, Harv2 eta Harv3) konektatutako hiru prototipoekin lotzen dira (Harv1, Harv2 eta Harv3). Azken kasuan, fluido dielektriko bat (Sigma Aldrich-etik 25 ºC-tik 25 ºC-ko biskositatea duen silikonazko olioa) bi urtegien (beroa eta hotza) eta MLC artean bero trukatzeko erabili zen. Urtegi termikoa fluido dielektrikoaz betetako edalontzi batez osatuta dago eta plaka termikoaren gainean kokatuta dago. Hotza biltegiratzea ur-bainu batek osatzen du likido dielektrikoa duten hodi likidoekin, urez eta izotzez betetako plastikozko edukiontzi handi batean. Hiru noranzkoko bi balbula (bio-kimik gabeko fluidaletik erositakoak) konbinazioaren mutur bakoitzean kokatu ziren urtegi batetik bestera fluidoa behar bezala aldatzeko (2A figura). PST-MLC paketearen eta hoztearen arteko oreka termikoa ziurtatzeko, zikloaren aldia sarrerako eta irteerako termokopiek (PST-MLC paketearen ahalik eta gertukoak) tenperatura berdina erakutsi zuten arte luzatu zen. Python script-ek tresna guztiak (iturri-neurgailuak, balbulak, balbulak eta termokopiak sinkronizatzen ditu), hau da, hozte-begizta PST pila zeharkatzen hasten da, iturri neurgailua kobratu ondoren, Olson zikloa eman ondoren.
Bestela, bildutako energiaren neurketa zuzen hauek zeharkako metodoekin berretsi ditugu. Zeharkako metodo hauek desplazamendu elektrikoan (d) - eremu elektrikoan (e) eremuko tenperatura desberdinetan bilduta daude. Bi tenperatura arteko eremua kalkulatuz, eta bi begizta kalkulatuz, zehaztasunez kalkulatu daiteke zenbat energia bil daitekeen, irudian ikusten den bezala. 2. irudian .1b. Begizta hauek Keithley iturriaren neurgailuak ere biltzen dira.
Hogeita zortzi 1 mm-ko lodierako PST MLCak 4 errenkadan bildu ziren, 7 zutabeko plaka paraleloko egitura erreferentziako deskribatutako diseinuaren arabera. 14. PST-MLC errenkaden arteko fluidoen hutsunea 0,75 mm da. Hau alde biko zinta tirak gehituz lortzen da PST MLCren ertzetan tarte likido gisa. PST MLC elektrikoki lotuta dago, elektrodoekin kontaktuan dagoen zilarrezko epoxi zubi batekin. Horren ondoren, hariak zilarrezko epoxi erretxinarekin itsatsi ziren elektrodoen terminalen alde bakoitzera, hornidurarekin lotzeko. Azkenean, sartu egitura osoa poliolefinaren mahuka. Azken hau fluidoaren hodira itsatsita dago, zigilatze egokia ziurtatzeko. Azkenean, 0,25 mm-ko lodierako termocouples pst-mlc egituraren mutur bakoitzean eraiki ziren sarrerako eta irteerako tenperatura likidoak kontrolatzeko. Horretarako, mahuka zulatu behar da lehenengo. Termokopia instalatu ondoren, aplikatu itsasgarri bera lehen bezala, termokopia mahuka eta alanbrearen artean zigilua leheneratzeko.
Zortzi prototipo bereizi eraiki ziren, eta horietatik lau 0,5 mm-ko lodierako pst plake paralelo gisa banatu dira 5 zutabe eta 8 errenkadarekin, eta gainerako lauak 15 1 mm lodiko MLC PSTak izan zituzten. 3 zutabean × 5 errenkadako plaka paraleloko egitura. Erabilitako PST MLCak 220 (160,5 mm lodiera eta 60 pst MLC 1 mm lodiera) izan ziren. HARV2_160 eta harv2_60 azpiatal horiei deitzen diegu. Prototipoaren HARV2_160 prototipoen hutsune likidoa bi aldeetako bi zintek osatzen dute 0,25 mm-ko lodiera 0,25 mm-ko lodiera. Harv2_60 prototipoarentzat, prozedura bera errepikatu genuen, baina 0,38 mm-ko lodiko alanbre erabilita. Simetrorako, Harv2_160 eta Harv2_60-ek beren zirkuitu fluidoak, ponpak, balbulak eta alde hotza dituzte (8. ohar osagarria). HARV2 unitate bi bero urtegia, 3 litroko edukiontzia (30 cm x 20 cm x 5 cm) bi plaka beroetan iman birak jotzen dituzte. Zortzi prototipo indibidual guztiak elektrikoki lotuta daude paraleloan. Harv2_160 eta harv2_60 azpitituluak aldi berean funtzionatzen dute Olson Zikloan, 11,2 J.-ko energia uzta lortuz.
Jarri 0,5 mm-ko lodiera PST MLC poliolefineko mahuka alde biko zinta eta alanbrearekin bi aldeetatik alanbrearekin likidoa isurtzeko espazioa sortzeko. Bere tamaina txikia dela eta, prototipoa urtegiko balbula bero edo hotz baten ondoan jarri zen, zikloaren denbora minimizatuz.
PST MLC-n, eremu elektriko konstante bat aplikatzen da berogailuaren adarraren etengabeko tentsioa aplikatuz. Ondorioz, korronte termiko negatiboa sortzen da eta energia gordetzen da. PST MLC berotu ondoren, eremua kendu egiten da (v = 0) eta bertan gordetako energia iturri-kontagailura itzuliko da, bildutako energiaren ekarpen gehiagorekin bat datorrena. Azkenean, V = 0 tentsioarekin aplikatua, MLC PSTak hasierako tenperaturara hozten dira, zikloa berriro hasi ahal izateko. Etapa honetan ez da energia biltzen. Olsen zikloa Keithley 2410 sourcemeter bat erabiliz, PST MLC kargatu dugu tentsio iturri batetik eta uneko partidua balio egokiarekin ezarrita, karga fasean puntu nahikoa biltzeko energia-kalkulu fidagarriak lortzeko.
Stirling Cycles-en, PST MLCS-ek tentsio iturriko moduan kobratu zituen hasierako eremu elektrikoaren balioa (hasierako tentsioa VI> 0), nahi den betetze korrontea kargatzeko urratsa 1 s inguru behar dela (eta energia nahikoa da energia kalkulatzeko fidagarria) eta tenperatura hotza. Stirling Cycles-en, PST MLCS-ek tentsio iturriko moduan kobratu zituen hasierako eremu elektrikoaren balioa (hasierako tentsioa VI> 0), nahi den betetze korrontea kargatzeko urratsa 1 s inguru behar dela (eta energia nahikoa da energia kalkulatzeko fidagarria) eta tenperatura hotza. В циклах стирлинга PST MLC заряжались в режиме источника напряжения при начальном значении электрического поля (Начальное напряжение vi> 0), ждатливом податливом токе, так что этап зарядки занимает около 1 с (и набирается достаточное количество точек для надежного расчета энергия) и холодная температура. PST MLC zikloetan, tentsio iturriaren moduan, eremu elektrikoaren hasierako balioa kobratu zuten (hasierako tentsioaren VI> 0), nahi den etekina, kargatzeko faseak 1 s inguru behar duela (eta puntu kopuru nahikoa biltzen da energia-kalkulu fidagarria) eta tenperatura hotzak.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. Ziklo maisuan, PST MLC-k hasierako eremu elektrikoaren balioa (hasierako tentsioa) kobratzen du tentsio iturriaren moduan, beharrezkoa den betetze korrontea segundo bat behar da kargatzeko urratsean (eta puntu nahikoa bildu dugu (energia) eta tenperatura baxua. В цикле стирлинга PST MLC заряжается в режиме источника с начальным значением значением электрического поля (начальное Напряжение VI> 0), Требуемый ток податливости таков, что этап зарядки занимает около 1 с (и набирается достаточное Количество точек, чтобы надежно рассчитать энергию низкие температуры. Stirling Zikloan, PST MLC-k tentsio iturriaren moduan kobratzen du eremu elektrikoaren hasierako balioa (hasierako tentsioa VI> 0), beharrezkoa den betetze korrontea da kargatzeko faseak 1 s inguru hartzen ditu (eta tenperatura baxuak modu fidagarrian eta tenperatura modu fidagarrian biltzen dira).PST MLC-k berotu baino lehen, ireki zirkuitua I = 0 MA-ren bat datozen korronte bat aplikatuz (gure neurketa-iturriak kudeatu dezakeen gutxieneko korrontea 10 NA da). Ondorioz, karga bat da MJKren PSTn, eta tentsioa handitzen da lagina berotzen doan heinean. Ez da energia BC besoan biltzen, i = 0 ma. Tenperatura altua lortu ondoren, MLT FT-ren tentsioa handitzen da (kasu batzuetan 30 aldiz baino gehiagotan, ikus 5.2 irudia). Egungo korrespondentzia bera neurgailuaren iturrira itzultzen da. Tentsio-igoera dela eta, tenperatura altuan gordetako energia zikloaren hasieran ematen zena baino handiagoa da. Horrenbestez, energia beroa elektrizitate bihurtuz lortzen da.
Keithley 2410 sourceMeter erabili genuen PST MLC-ri aplikatutako tentsioa eta korrontea kontrolatzeko. Keithley-ren iturburu-neurgailuaren, \ (e =}} _} {\ 0} _} {\ 0}} {{{} _} {{{}}} {\}}} {\}}} {\}}} {{\}}} {{\}}} {\}}} {\}}} {{\}}} {{\}}} {\}}}} \ {\}}} \ {\}}} \}}} \ \ \}}} \ v}}} \}}} kalkulatuz kalkulatzen da. aldia. Gure energiaren kurbaren gainean, energia-balio positiboek MLC PSTri eman behar diegun energia esan nahi du eta balio negatiboek haietatik ateratzen ditugun energia esan nahi dute eta, beraz, jasotako energia. Bildumako ziklo jakin baterako botere erlatiboa bildutako energia ziklo osoaren τ aldian banatuz zehazten da.
Datu guztiak testu nagusian edo informazio osagarrian aurkezten dira. Materialen gutunak eta eskaerak artikulu honekin emandako at edo ed Ed-en iturrira zuzendu beharko lirateke.
Ando Junior, Oh, Maran, Alo & Henao, NC-k energia uzta egiteko mikrogeneratzaile termoelektrikoen garapen eta aplikazioen berrikuspena. Ando Junior, Oh, Maran, Alo & Henao, NC-k energia uzta egiteko mikrogeneratzaile termoelektrikoen garapen eta aplikazioen berrikuspena.Ando Junior, Ohio, Maran, Alo eta Henao, NC-k energia uzta egiteko mikrogeneratzaile termoelektrikoen garapen eta aplikazioaren ikuspegi orokorra. Ando Junior, Oh, Maran, Alo & Henao, 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 & Henao, NCAndo Junior, Ohio, Maran, Alo eta Henao, NC-k energia uzta egiteko mikrogeneratzaile termoelektrikoak garatu eta aplikatzen ari dira.curriculuma. Laguntza. Energy Rev. 91, 376-393 (2018).
Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Material fotovoltaikoak: Eraginkorrak eta etorkizuneko erronkak. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Material fotovoltaikoak: Eraginkorrak eta etorkizuneko erronkak.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. eta Sinke, VK material fotovoltaikoak: egungo errendimendua eta etorkizuneko erronkak. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, 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 Eguzki materialak: Egungo Eraginkortasuna eta Etorkizuneko Erronkak.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. eta Sinke, VK material fotovoltaikoak: egungo errendimendua eta etorkizuneko erronkak.Zientzia 352, AAD4424 (2016).
K., Zhao, R., Wang, Zl & Yang, Y. Pyro-Piezoelektrikoko efektu konjuntratua aldi berean tenperatura eta presio sentikorrerako. K., Zhao, R., Wang, Zl & Yang, Y. Pyro-Piezoelektrikoko efektua aldi berean tenperatura eta presio sentituz.K., Zhao R., Wang Zl eta Yan Yu abestia. Eragin piropiezeleektriko konbinatua tenperatura eta presioa aldi berean neurtzeko. K., Zhao, R., Wang, Zl eta Yang, Y. 用于自供电同时温度和压力传感的联合热压电效应. K., Zhao, R., Wang, Zl & Yang, Y. tenperatura eta presioaren aldi berean auto-potentziarako.K., Zhao R., Wang Zl eta Yan Yu abestia. Eragina termopiezoelektriko konbinatua tenperatura eta presioa aldi berean neurtzeko.Aurrera. Alma Mater 31, 1902831 (2019).
Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Ericsson Piroielektrikoko zikloetan oinarritutako energia uzta. Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Ericsson Piroielektrikoko zikloetan oinarritutako energia uzta.Sebald G., Prouvost S. eta Guyomar D. Ericsson piroelektrikoen zikloetan oinarritutako energia uzta.Sebald G., Prouvost S. eta Guyomar D. Ericsson Pyroelektriko txirrindularitzan oinarritutako Erriketa Ferroelektrikoko Zeramikan. Alma Mater adimentsua. Egitura. 17, 15012 (2007).
Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Hurrengo belaunaldiko material elektrokalorikoak eta piroelektrikoak, estatu solidoko energia elektriko energia elkartzeko material elektrotrermikoetarako. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Hurrengo belaunaldiko material elektrokalorikoak eta piroelektrikoak, estatu solidoko energia elektriko energia elkartzeko material elektrotrermikoetarako. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & WhatMore, RW электрокалоричектрокалоричлектрические материалы следующего поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения Взаимного преобразования твердотельной электротермической энергии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-McKinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Hurrengo belaunaldiko material elektroalorikoak eta piroelektrikoak, egoera elektriko energia elektrikoaren interkonbertsiorako material elektrotrotzaile eta piroelektrikoak. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, 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. & WhatMore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & WhatMore, RW электрокалоричектрокалоричлектрические материалы следующего поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения поколения Взаимного преобразования твердотельной электротермической энергии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-McKinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Hurrengo belaunaldiko material elektroalorikoak eta piroelektrikoak, egoera elektriko energia elektrikoaren interkonbertsiorako material elektrotrotzaile eta piroelektrikoak.Lady Bull. 39, 1099-1109 (2014).
Zhang, K., Wang, Y., Yang, Zl & Yang, Y. nanogeneratzaile piroelektrikoen errendimendua kuantifikatzeko. Zhang, K., Wang, Y., Yang, Zl & Yang, Y. nanogeneratzaile piroelektrikoen errendimendua kuantifikatzeko.Zhang, K., Wang, Y., Wang, Zl eta Yang, Yu. Nanogeneratzaile piroelektrikoen errendimendua kuantifikatzeko puntuazio estandarra eta kalitatea. 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 eta Yang, Yu. Nanogeneradore piralektriaren errendimendua kuantifikatzeko irizpideak eta errendimendu neurriak.Nano Energy 55, 534-540 (2019).
Crossley, S., Nair, B., WhatMore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Electroaloric Cycling Zikloak Lider Scandium Tantalatean egiazko birsorkuntzarekin. Crossley, S., Nair, B., WhatMore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Electroaloric Cycling Zikloak Lider Scandium Tantalatean egiazko birsorkuntzarekin.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. eta Mathur, ND hozte elektrokalorikoko zikloetan, berunezko eskandioa da. 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. 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. eta Mathur, Scandium-Lead Tantalate-ren hozte ziklo elektriko bat da, benetako birsorkuntzarako egiazko birsorkuntzarako.Fisika X 9, 41002 (2019).
Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND kalorikoak fase ferroikoen trantsizioetatik gertu. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND kalorikoak fase ferroikoen trantsizioetatik gertu.Moya, X., Kar-Narayan, S. eta Mathur, Ferroid faseko trantsizioetatik gertu dauden material kalorikoak. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND 铁质相变附近的热量材料. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, Metalurgia burdinaren inguruko material termikoak.Moya, X., Kar-Narayan, S. eta Mathur, ND material termikoak burdin faseko trantsizioetatik gertu.Nat. Alma Mater 13, 439-450 (2014).
Moya, X. & Mathur, ND material kalorikoak hozteko eta berotzeko. Moya, X. & Mathur, ND material kalorikoak hozteko eta berotzeko.Moya, X. eta Mathur, ND material termikoak hozteko eta berotzeko. Moya, X. & Mathur, nd 用于冷却和加热的热量材料. Moya, X. & Mathur, nd material termikoak hozteko eta berotzeko.Moya X. eta Mathur ND material termikoak hozteko eta berotzeko.Zientzia 370, 797-803 (2020).
Torelló, A. & DEFAY, E. Hoztu elektrokalorikoak: berrikuspena. Torelló, A. & DEFAY, E. Hoztu elektrokalorikoak: berrikuspena.Torello, A. eta DEFAY, E. Hozkailu elektrokalorikoak: berrikuspena. Torelló, A. & DEFAY, E. 电热冷却器: 评论. Torelló, A. & DEFAY, E. 电热冷却器: 评论.Torello, A. eta Malay, E. Elektrizitate hozkailuak: berrikuspena.Aurreratua Elektronikoa. alma mater. 8. 2101031 (2022).
Nuchokgwe, Y. et al. Material elektrokalorikoaren energia eraginkortasun izugarria eskandioa eskandio-eskandioa. Komunikazio nazionala. 12, 3298 (2021).
Nair, B. et al. Oxido anitzeko kondentsadoreen efektu elektrotermikoa tenperatura zabaleko tarte zabala da. Natura 575, 468-472 (2019).
Torello, A. et al. Tenperatura erraldoia birsortzaile elektrotermikoetan. Zientzia 370, 125-129 (2020).
Wang, Y. et al. Errendimendu handiko estatu solidoa hozteko sistema. Zientzia 370, 129-133 (2020).
Meng, Y. et al. Tenperatura igoera handiarentzako hozte elektriko hozteko gailua. Energia Nazionala 5, 996-1002 (2020).
Olsen, RB eta Brown, DD Efficieincy Bero bihurketa zuzena energia elektrikoaren neurketa piroelektrikoetara. Olsen, Rb & Brown, DD eraginkortasun handiko bero bihurketa zuzena energia elektrikoaren inguruko neurketa piroelektrikoetara.Olsen, RB eta Brown, DD oso eraginkorra den bero bihurketa neurketa piroelektrikoekin lotutako energia elektrikoan. 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 eta Brown, DD beroaren bihurketa zuzena neurketa piroelektrikoekin lotutako elektrizitatearekin.Ferroelektrikoak 40, 17-27 (1982).
Pandya, S. et al. Energia eta potentzia dentsitatea erlaxatzaile ferroelektriko finetan. Alma Mater nazionala. https://doi.org/10.1038/41563-018-0059-8 (2018).
Smith, An & Hanrahan, BM Cascaded Bihurketa piroelektrikoa: fase ferroelektrikoaren trantsizioa eta galera elektrikoak optimizatzea. Smith, An & Hanrahan, BM Cascaded Bihurketa piroelektrikoa: fase ferroelektrikoaren trantsizioa eta galera elektrikoak optimizatzea.Smith, An eta Hanrahan, BM Cascaded PiroiLetriako bihurketa: fase ferroelektrikoaren trantsizioa eta galera elektrikoaren optimizazioa. 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 eta Hanrahan, BM Cascaded Bihurketa piroelektrikoa: fase ferroelektrikoen trantsizioak eta galera elektrikoak optimizatzea.J. Aplikazioa. Fisika. 128, 24103 (2020).
Hoch, SR material ferroelektrikoak erabiltzea energia termikoa elektrizitate bihurtzeko. Prozesua. IEEE 51, 838-845 (1963).
Olsen, Rb, Bruno, da, Briscoe, JM & Dullea, J. Cascaded Pyroelektriko energia bihurgailua. Olsen, Rb, Bruno, da, Briscoe, JM & Dullea, J. Cascaded Pyroelektriko energia bihurgailua.Olsen, Rb, Bruno, da, Briscoe, JM eta Dullea, J. Cascade Potentzia bihurgailu pilotrikoa. 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 eta Dullea, J. Cascaded Potentzia bihurgailu piroelektrikoak.Ferroelektrikoak 59, 205-219 (1984).
SHBANOV, L. & Borman, K. Lead-Scandium Tantalate Solid Solid Solid Solid efektu elektrokaloriko altuarekin. SHBANOV, L. & Borman, K. Lead-Scandium Tantalate Solid Solid Solid Solid efektu elektrokaloriko altuarekin.ShobBobov L. eta Borman K. Eragin elektalororiko handiko berun eskandioa duen soluzio sendoetan. ShobBanov, L. & Borman, K. 关于具有高电热效应的钪铅钪固溶体. ShobBanov, L. & Borman, K.ShobBanov L. eta Borman K. Scandium-Lead-Scandium soluzio solidoak efektu elektrokaloriko altuarekin.Ferroelektrikoak 127, 143-148 (1992).
N. Furusawa, Y. Inoue eta K. Honda eskerrak eman dizkiogu MLC sortzeko. Pl, Yn, Yn, Aa, Jl, Up, Vk, Ob eta Ed Luxenburgoko Ikerketa Nazionalaren Fundazioari esker (CAMELHEAT C17 / MS / 11703691 / 15/10935404 / 15/10935404 / defay- siebentritt, termodimat c20 / ms / 14718071 / defay eta Bridges2021 / andrea / 16282302 / Cecoha / Defanta.
Materialen Ikerketa eta Teknologia Saila, Luxenburgoko Teknologia Institutua (Zerrenda), Belvoir, Luxenburgo