Ofri sous elektrisite dirab se youn nan defi ki pi enpòtan nan syèk sa a. Domèn rechèch nan materyèl pou rekòlte enèji soti nan motivasyon sa a, tankou tèmoelektrik1, fotovoltaik2 ak tèmofotovoltaik3. Malgre ke nou manke materyèl ak aparèy ki kapab rekòlte enèji nan seri Joule a, materyèl piroelektrik ki ka konvèti enèji elektrik an chanjman tanperati peryodik yo konsidere kòm detèktè4 ak rekòltè enèji5,6,7. La a, nou te devlope yon rekòltè enèji tèmik makroskopik sou fòm yon kondansateur miltikouch ki fèt ak 42 gram tantalat plon eskandyòm, ki pwodui 11.2 J enèji elektrik pou chak sik tèmodinamik. Chak modil piroelektrik ka jenere dansite enèji elektrik jiska 4.43 J cm-3 pou chak sik. Nou montre tou ke de modil sa yo ki peze 0.3 g sifi pou bay rekòltè enèji otonòm ak mikrokontwolè entegre ak detèktè tanperati enèji kontinyèlman. Finalman, nou montre ke pou yon seri tanperati 10 K, kondansateur miltikouch sa yo ka rive nan 40% efikasite Carnot. Pwopriyete sa yo akòz (1) chanjman faz ferwoelektrik pou gwo efikasite, (2) kouran flit ki ba pou anpeche pèt, ak (3) vòltaj pann ki wo. Aparèy makroskopik, évolutif ak efikas sa yo ap reimajine jenerasyon enèji tèmoelektrik.
Konpare ak gradyan tanperati espasyal ki nesesè pou materyèl termoelektrik yo, rekòlte enèji materyèl termoelektrik yo mande pou siklaj tanperati sou tan. Sa vle di yon sik termodinamik, ki pi byen dekri pa dyagram entropi (S)-tanperati (T). Figi 1a montre yon graf ST tipik nan yon materyèl piroelektrik non lineyè (NLP) ki demontre yon tranzisyon faz feroelektrik-paraelektrik ki kondwi pa chan mayetik nan tantalat plon eskandyòm (PST). Seksyon ble ak vèt sik la sou dyagram ST a koresponn ak enèji elektrik konvèti nan sik Olson an (de seksyon izotèmik ak de seksyon izopòl). Isit la nou konsidere de sik ak menm chanjman chan mayetik (chan mayetik limen ak etenn) ak chanjman tanperati ΔT, byenke ak tanperati inisyal diferan. Sik vèt la pa sitiye nan rejyon tranzisyon faz la e konsa li gen yon sifas pi piti pase sik ble a ki sitiye nan rejyon tranzisyon faz la. Nan dyagram ST a, pi gwo sifas la, se pi gwo enèji kolekte a. Se poutèt sa, tranzisyon faz la dwe kolekte plis enèji. Bezwen pou siklaj gwo sifas nan NLP a sanble anpil ak bezwen pou aplikasyon elektwotèmik9, 10, 11, 12 kote kondansateur miltikouch PST (MLC) ak terpolimè ki baze sou PVDF yo te montre dènyèman yon pèfòmans ekselan nan refwadisman ranvèse. estati pèfòmans refwadisman nan sik 13,14,15,16. Se poutèt sa, nou te idantifye MLC PST ki enteresan pou rekòlte enèji tèmik. Echantiyon sa yo te dekri an detay nan metòd yo epi karakterize nan nòt siplemantè 1 (mikwoskopi elektwonik optik), 2 (difraksyon reyon X) ak 3 (kalorimetri).
a, Eskis yon graf entropi (S)-tanperati (T) ak chan elektrik aktif ak enaktif aplike sou materyèl NLP ki montre tranzisyon faz yo. De sik koleksyon enèji yo montre nan de zòn tanperati diferan. Sik ble ak vèt yo fèt andedan ak deyò tranzisyon faz la, respektivman, epi yo fini nan rejyon sifas ki trè diferan. b, de bag unipolè DE PST MLC, 1 mm epesè, mezire ant 0 ak 155 kV cm-1 a 20 °C ak 90 °C, respektivman, ak sik Olsen korespondan yo. Lèt ABCD yo refere a diferan eta nan sik Olson an. AB: MLC yo te chaje a 155 kV cm-1 a 20 °C. BC: MLC te kenbe a 155 kV cm-1 epi tanperati a te ogmante a 90 °C. CD: MLC dechaje a 90 °C. DA: MLC refwadi a 20 °C nan chan zewo. Zòn ble a koresponn ak puisans opinyon ki nesesè pou kòmanse sik la. Zòn zoranj lan se enèji kolekte nan yon sèl sik. c, panèl anwo a, vòltaj (nwa) ak kouran (wouj) an fonksyon de tan, swiv pandan menm sik Olson ak b. De foure yo reprezante anplifikasyon vòltaj ak kouran nan pwen kle nan sik la. Nan panèl ki anba a, koub jòn ak vèt yo reprezante koub tanperati ak enèji korespondan yo, respektivman, pou yon MLC 1 mm epesè. Enèji a kalkile apati koub kouran ak vòltaj yo sou panèl anwo a. Enèji negatif la koresponn ak enèji kolekte a. Etap ki koresponn ak lèt ​​majiskil yo nan kat figi yo se menm jan ak nan sik Olson an. Sik AB'CD a koresponn ak sik Stirling lan (nòt adisyonèl 7).
Kote E ak D se chan elektrik la ak chan deplasman elektrik la, respektivman. Yo ka jwenn Nd endirèkteman nan sikwi DE a (Fig. 1b) oubyen dirèkteman lè yo kòmanse yon sik termodinamik. Olsen te dekri metòd ki pi itil yo nan travay pyonye li sou koleksyon enèji piroelektrik nan ane 1980 yo17.
Figi 1b la montre de bouk DE monopolè ki fèt ak echantiyon PST-MLC 1 mm epesè, ki reyini respektivman a 20 °C ak 90 °C, sou yon seri ant 0 ak 155 kV cm-1 (600 V). De sik sa yo ka itilize pou kalkile endirèkteman enèji kolekte pa sik Olson ki montre nan Figi 1a a. Anfèt, sik Olsen an konsiste de de branch izochan (isit la, chan zewo nan branch DA a ak 155 kV cm-1 nan branch BC a) ak de branch izotèmik (isit la, 20°С ak 20°С nan branch AB a). (C nan branch CD a) Enèji kolekte pandan sik la koresponn ak rejyon zoranj ak ble yo (entegral EdD). Enèji kolekte Nd la se diferans ki genyen ant enèji antre ak sòti a, sa vle di sèlman zòn zoranj nan figi 1b. Sik Olson patikilye sa a bay yon dansite enèji Nd 1.78 J cm-3. Sik Stirling lan se yon altènativ a sik Olson an (Nòt Siplemantè 7). Paske etap chaj konstan an (sikwi ouvè) pi fasil pou atenn, dansite enèji ki soti nan Fig. 1b (sik AB'CD) rive nan 1.25 J cm-3. Sa a se sèlman 70% nan sa sik Olson an ka kolekte, men ekipman rekòt senp fè li.
Anplis de sa, nou te mezire dirèkteman enèji ki te kolekte pandan sik Olson an lè nou te bay PST MLC a enèji lè l sèvi avèk yon etap kontwòl tanperati Linkam ak yon sous mèt (metòd). Figi 1c anlè a ak nan kare respektif yo montre kouran an (wouj) ak vòltaj la (nwa) kolekte sou menm PST MLC 1 mm epesè a tankou pou bouk DE a k ap pase nan menm sik Olson an. Kouran an ak vòltaj la pèmèt nou kalkile enèji ki te kolekte a, epi koub yo montre nan fig. 1c, anba (vèt) ak tanperati a (jòn) pandan tout sik la. Lèt ABCD yo reprezante menm sik Olson an nan Fig. 1. Chaje MLC a fèt pandan etap AB a epi li fèt nan yon kouran ki ba (200 µA), kidonk SourceMeter ka byen kontwole chaj la. Konsekans kouran inisyal konstan sa a se ke koub vòltaj la (koub nwa) pa lineyè akòz chan deplasman potansyèl ki pa lineyè D PST a (Fig. 1c, kare anwo). Nan fen chaj la, 30 mJ enèji elektrik estoke nan MLC a (pwen B). MLC a chofe apre sa epi yon kouran negatif (e pakonsekan yon kouran negatif) pwodui pandan vòltaj la rete nan 600 V. Apre 40 s, lè tanperati a te rive nan yon plato 90 °C, kouran sa a te konpanse, byenke echantiyon etap pa etap la te pwodui nan sikwi a yon puisans elektrik 35 mJ pandan izochamp sa a (dezyèm insert nan Fig. 1c, anlè). Vòltaj sou MLC a (branch CD) Lè sa a, redwi, sa ki lakòz yon 60 mJ anplis nan travay elektrik. Enèji total pwodiksyon an se 95 mJ. Enèji kolekte a se diferans ki genyen ant enèji antre ak pwodiksyon an, ki bay 95 – 30 = 65 mJ. Sa koresponn ak yon dansite enèji 1.84 J cm-3, ki trè pre Nd ki ekstrè nan bag DE a. Reproduktibilite sik Olson sa a te teste anpil (Nòt Siplemantè 4). Lè nou ogmante vòltaj ak tanperati a plis toujou, nou rive jwenn 4.43 J cm-3 lè nou itilize sik Olsen nan yon PST MLC 0.5 mm epesè sou yon seri tanperati 750 V (195 kV cm-1) ak 175 °C (Nòt Siplemantè 5). Sa a kat fwa pi wo pase pi bon pèfòmans ki rapòte nan literati a pou sik Olson dirèk yo epi ki te jwenn sou fim mens Pb(Mg,Nb)O3-PbTiO3 (PMN-PT) (1.06 J cm-3)18 (cm . Tablo Siplemantè 1 pou plis valè nan literati a). Yo rive nan pèfòmans sa a grasa kouran flit ki ba anpil nan MLC sa yo (<10−7 A a 750 V ak 180 °C, gade detay yo nan Nòt Siplemantè 6)—yon pwen enpòtan ke Smith et al.19 mansyone—kontrèman ak materyèl yo te itilize nan etid anvan yo17,20. Yo rive nan pèfòmans sa a grasa kouran flit ki ba anpil nan MLC sa yo (<10−7 A a 750 V ak 180 °C, gade detay yo nan Nòt Siplemantè 6)—yon pwen enpòtan ke Smith et al.19 mansyone—kontrèman ak materyèl yo te itilize nan etid anvan yo17,20. Эти характеристики были достигнуты благодаря очень низкому току утечки этих MLC (<10–7 В и 70 и А75 см. подробности в дополнительном примечании 6) — критический момент, упомянутый Смитом и дритом. 19 — в отличие от к материалам, использованным в более ранних исследованиях17,20. Yo te reyalize karakteristik sa yo grasa kouran flit ki ba anpil nan MLC sa yo (<10–7 A a 750 V ak 180 °C, gade Nòt Siplemantè 6 pou plis detay) – yon pwen kritik Smith et al. mansyone 19 – kontrèman ak materyèl yo te itilize nan etid anvan yo 17,20.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 说渭 说渭 说信息）））））） — 等 人 19 提到 关键 关键 点 相比之下 相比之下 相比之下下比之下比之相比之下 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 相比下 相攋下 相比相比之下 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 В и 180 °C, см. подробностепи лобности в примечании 6) — ключевой момент, упомянутый Смитом и др. 19 — для сравнения, были достигнуты эти характеристики. Piske kouran flit MLC sa yo trè ba (<10–7 A a 750 V ak 180 °C, gade Nòt Siplemantè 6 pou plis detay) – yon pwen enpòtan Smith et al. 19 mansyone – pou konparezon, pèfòmans sa yo te reyalize.ak materyèl yo te itilize nan etid anvan yo 17,20.
Menm kondisyon yo (600 V, 20–90 °C) te aplike nan sik Stirling lan (Nòt siplemantè 7). Jan yo te espere apati rezilta sik DE a, sede a te 41.0 mJ. Youn nan karakteristik ki pi frapan nan sik Stirling yo se kapasite yo pou anplifye vòltaj inisyal la atravè efè tèmoelektrik la. Nou te obsève yon pwofi vòltaj jiska 39 (soti nan yon vòltaj inisyal 15 V rive nan yon vòltaj final jiska 590 V, gade Figi Siplemantè 7.2).
Yon lòt karakteristik distenktif MLC sa yo se yo se objè makroskopik ki gwo ase pou kolekte enèji nan seri joule a. Se poutèt sa, nou te konstwi yon pwototip rekòltè (HARV1) lè l sèvi avèk 28 MLC PST 1 mm epesè, swivan menm konsepsyon plak paralèl ki dekri pa Torello et al.14, nan yon matris 7×4 jan yo montre nan Fig. Likid dyelèktrik ki pote chalè a nan manifoul la deplase pa yon ponp peristaltik ant de rezèvwa kote tanperati likid la kenbe konstan (metòd). Kolekte jiska 3.1 J lè l sèvi avèk sik Olson ki dekri nan fig. 2a, rejyon izotèmik a 10°C ak 125°C ak rejyon izochan nan 0 ak 750 V (195 kV cm-1). Sa koresponn ak yon dansite enèji 3.14 J cm-3. Lè l sèvi avèk konbine sa a, mezi yo te pran nan divès kondisyon (Fig. 2b). Remake byen ke yo te jwenn 1.8 J sou yon seri tanperati 80 °C ak yon vòltaj 600 V (155 kV cm-1). Sa a an bon akò ak 65 mJ ki te mansyone deja pou PST MLC 1 mm epesè anba menm kondisyon yo (28 × 65 = 1820 mJ).
a, Konfigirasyon eksperimantal yon pwototip HARV1 ki reyini, ki baze sou 28 MLC PST 1 mm epesè (4 ranje × 7 kolòn) k ap fonksyone sou sik Olson. Pou chak nan kat etap sik la, tanperati ak vòltaj yo bay nan pwototip la. Odinatè a kondwi yon ponp peristaltik ki sikile yon likid dyelèktrik ant rezèvwa frèt ak cho yo, de tiyo, ak yon sous pouvwa. Odinatè a itilize tou tèmokoupl pou kolekte done sou vòltaj ak kouran ki apwovizyone nan pwototip la ak tanperati konbine a soti nan ekipman pou pouvwa a. b, Enèji (koulè) kolekte pa pwototip 4×7 MLC nou an kont entèval tanperati (aks X) ak vòltaj (aks Y) nan diferan eksperyans.
Yon vèsyon ki pi gwo nan machin rekòlte a (HARV2) ak 60 PST MLC 1 mm epesè ak 160 PST MLC 0.5 mm epesè (41.7 g materyèl piroelektrik aktif) te bay 11.2 J (Nòt Siplemantè 8). An 1984, Olsen te fè yon machin rekòlte enèji ki baze sou 317 g yon konpoze Pb(Zr,Ti)O3 dopé ak eten ki kapab jenere 6.23 J elektrisite nan yon tanperati anviwon 150 °C (ref. 21). Pou konbine sa a, sa a se sèl lòt valè ki disponib nan seri joule a. Li te jwenn yon ti kras plis pase mwatye valè nou te reyalize a ak prèske sèt fwa kalite a. Sa vle di ke dansite enèji HARV2 a 13 fwa pi wo.
Peryòd sik HARV1 la se 57 segonn. Sa a te pwodui 54 mW puisans ak 4 ranje 7 kolòn ansanm MLC 1 mm epesè. Pou ale pi lwen, nou te konstwi yon twazyèm konbine (HARV3) ak yon PST MLC 0.5mm epesè ak yon konfigirasyon menm jan ak HARV1 ak HARV2 (Nòt Siplemantè 9). Nou te mezire yon tan tèmalizasyon 12.5 segonn. Sa koresponn ak yon tan sik 25 s (Figi Siplemantè 9). Enèji kolekte a (47 mJ) bay yon puisans elektrik 1.95 mW pou chak MLC, ki pèmèt nou imajine ke HARV2 pwodui 0.55 W (apeprè 1.95 mW × 280 PST MLC 0.5 mm epesè). Anplis de sa, nou te simile transfè chalè lè l sèvi avèk Similasyon Eleman Fini (COMSOL, Nòt Siplemantè 10 ak Tablo Siplemantè 2-4) ki koresponn ak eksperyans HARV1 yo. Modèl eleman fini an te pèmèt predi valè puisans prèske yon lòd mayitid pi wo (430 mW) pou menm kantite kolòn PST yo lè yo te diminye epesè MLC a a 0.2 mm, lè yo te itilize dlo kòm yon likid refwadisman, epi retabli matris la a 7 ranje × 4 kolòn (anplis , te gen 960 mW lè tank la te akote konbine a, Figi Siplemantè 10b).
Pou demontre itilite kolektè sa a, yo te aplike yon sik Stirling sou yon demonstrasyon endepandan ki gen sèlman de MLC PST 0.5 mm epesè kòm kolektè chalè, yon switch vòltaj wo, yon switch vòltaj ba ak kondansateur depo, yon konvètisè DC/DC, yon mikrokontwolè pouvwa ba, de tèmokoupl ak yon konvètisè ogmantasyon (Nòt Siplemantè 11). Sikwi a mande pou kondansateur depo a chaje okòmansman a 9V epi answit li fonksyone otonòm pandan tanperati de MLC yo varye ant -5°C ak 85°C, isit la nan sik 160 s (plizyè sik yo montre nan Nòt Siplemantè 11). Remarkableman, de MLC ki peze sèlman 0.3g ka kontwole otonòm gwo sistèm sa a. Yon lòt karakteristik enteresan se ke konvètisè vòltaj ba a kapab konvèti 400V an 10-15V ak yon efikasite 79% (Nòt Siplemantè 11 ak Figi Siplemantè 11.3).
Finalman, nou te evalye efikasite modil MLC sa yo nan konvèti enèji tèmik an enèji elektrik. Faktè kalite η efikasite a defini kòm rapò dansite enèji elektrik kolekte a Nd ak dansite chalè ki founi an Qin (Nòt siplemantè 12):
Figi 3a,b yo montre efikasite η ak efikasite pwopòsyonèl ηr sik Olsen an, respektivman, kòm yon fonksyon seri tanperati yon PST MLC 0.5 mm epesè. Tou de ansanm done yo bay pou yon chan elektrik 195 kV cm-1. Efikasite a rive nan 1.43%, ki ekivalan a 18% de ηr. Sepandan, pou yon seri tanperati 10 K soti nan 25 °C a 35 °C, ηr rive nan valè jiska 40% (koub ble nan Fig. 3b). Sa a se de fwa valè li te ye pou materyèl NLP anrejistre nan fim PMN-PT (ηr = 19%) nan seri tanperati 10 K ak 300 kV cm-1 (Ref. 18). Seri tanperati ki anba 10 K yo pa te konsidere paske isterèz tèmik PST MLC a se ant 5 ak 8 K. Rekonesans efè pozitif tranzisyon faz yo sou efikasite a enpòtan anpil. Anfèt, valè optimal η ak ηr yo prèske tout jwenn nan tanperati inisyal Ti = 25°C nan Figi 3a,b. Sa a se akòz yon tranzisyon faz sere lè pa gen okenn chan mayetik aplike epi tanperati Curie TC a se alantou 20°C nan MLC sa yo (Nòt siplemantè 13).
a,b, efikasite η ak efikasite pwopòsyonèl sik Olson an (a)\({\eta }_{{\rm{r}}}=\eta /{\eta}_{{\rm{Carnot}} pou maksimòm elektrik pa yon chan mayetik 195 kV cm-1 ak diferan tanperati inisyal Ti, }}\,\)(b) pou MPC PST 0.5 mm epesè, tou depann de entèval tanperati ΔTspan an.
Dènye obsèvasyon sa a gen de enplikasyon enpòtan: (1) nenpòt siklaj efikas dwe kòmanse nan tanperati ki pi wo pase TC pou yon tranzisyon faz pwovoke pa chan mayetik la (soti nan paraelektrik rive nan feroelektrik) rive; (2) materyèl sa yo pi efikas nan tan fonksyònman ki pre TC. Malgre ke efikasite sou gwo echèl yo montre nan eksperyans nou yo, seri tanperati limite a pa pèmèt nou reyalize gwo efikasite absoli akòz limit Carnot la (\(\Delta T/T\)). Sepandan, ekselan efikasite ke PST MLC sa yo demontre a jistifye Olsen lè li mansyone ke "yon motè tèmoelektrik rejeneratif klas 20 ideyal k ap opere nan tanperati ant 50 °C ak 250 °C ka gen yon efikasite 30%"17. Pou rive nan valè sa yo epi teste konsèp la, li ta itil pou itilize PST dopé ak diferan TC, jan Shebanov ak Borman te etidye sa. Yo te montre ke TC nan PST ka varye soti nan 3°C (dopaj Sb) a 33°C (dopaj Ti) 22. Se poutèt sa, nou fè ipotèz ke rejeneratè piroelektrik pwochen jenerasyon an ki baze sou MLC PST dope oswa lòt materyèl ki gen yon tranzisyon faz premye lòd ki fò ka fè konpetisyon ak pi bon rekòlteur pouvwa yo.
Nan etid sa a, nou te envestige MLC ki fèt ak PST. Aparèy sa yo konsiste de yon seri elektwòd Pt ak PST, kote plizyè kondansateur konekte an paralèl. Nou te chwazi PST paske li se yon ekselan materyèl EC e pakonsekan yon potansyèlman ekselan materyèl NLP. Li montre yon tranzisyon faz ferwoelektrik-paraelektrik premye lòd byen file alantou 20 °C, sa ki endike ke chanjman entropi li yo sanble ak sa yo montre nan Fig. 1. MLC menm jan an te dekri an detay pou aparèy EC13,14. Nan etid sa a, nou te itilize MLC 10.4 × 7.2 × 1 mm³ ak 10.4 × 7.2 × 0.5 mm³. MLC ki gen yon epesè 1 mm ak 0.5 mm te fèt ak 19 ak 9 kouch PST ki gen yon epesè 38.6 µm, respektivman. Nan tou de ka yo, kouch PST enteryè a te mete ant elektwòd platinum ki gen yon epesè 2.05 µm. Desen MLC sa yo sipoze ke 55% nan PST yo aktif, ki koresponn ak pati ki ant elektwòd yo (Nòt Siplemantè 1). Zòn elektwòd aktif la te 48.7 mm2 (Tablo Siplemantè 5). MLC PST te prepare pa reyaksyon faz solid ak metòd koule. Detay pwosesis preparasyon an te dekri nan yon atik anvan14. Youn nan diferans ki genyen ant PST MLC ak atik anvan an se lòd sit B yo, ki afekte anpil pèfòmans EC nan PST. Lòd sit B PST MLC a se 0.75 (Nòt Siplemantè 2) ki jwenn pa sinterizasyon a 1400°C ki te swiv pa plizyè santèn èdtan rekui nan 1000°C. Pou plis enfòmasyon sou PST MLC, gade Nòt Siplemantè 1-3 ak Tablo Siplemantè 5.
Konsèp prensipal etid sa a baze sou sik Olson an (Fig. 1). Pou yon sik konsa, nou bezwen yon rezèvwa cho ak frèt epi yon ekipman pou pouvwa ki kapab siveye ak kontwole vòltaj ak kouran nan divès modil MLC yo. Sik dirèk sa yo te itilize de konfigirasyon diferan, sètadi (1) modil Linkam k ap chofe ak refwadi yon MLC ki konekte ak yon sous pouvwa Keithley 2410, ak (2) twa prototip (HARV1, HARV2 ak HARV3) an paralèl ak menm sous enèji a. Nan dènye ka sa a, yo te itilize yon likid dyelèktrik (lwil silikon ak yon viskozite 5 cP a 25°C, achte nan men Sigma Aldrich) pou echanj chalè ant de rezèvwa yo (cho ak frèt) ak MLC a. Rezèvwa tèmik la konsiste de yon veso an vè ki plen ak likid dyelèktrik epi ki mete sou tèt plak tèmik la. Depo frèt la konsiste de yon beny dlo ak tib likid ki gen likid dyelèktrik nan yon gwo veso plastik ki plen ak dlo ak glas. Yo te mete de tiyo zongle twa-fason (achte nan Bio-Chem Fluidics) nan chak bout konbinè a pou chanje likid la byen soti nan yon rezèvwa pou ale nan yon lòt (Figi 2a). Pou asire ekilib tèmik ant pake PST-MLC a ak likid refwadisman an, yo te pwolonje peryòd sik la jiskaske tèmokoupl antre ak sòti yo (osi pre ke posib pake PST-MLC a) te montre menm tanperati a. Script Python an jere epi senkronize tout enstriman yo (kontè sous, ponp, tiyo, ak tèmokoupl) pou fè sik Olson ki kòrèk la fonksyone, sa vle di bouk likid refwadisman an kòmanse sikile nan pil PST a apre yo fin chaje kontè sous la pou yo chofe nan vòltaj aplike ki nesesè a pou sik Olson yo bay la.
Yon lòt opsyon se konfime mezi dirèk enèji kolekte sa yo ak metòd endirèk. Metòd endirèk sa yo baze sou deplasman elektrik (D) – bouk chan elektrik (E) ki kolekte nan diferan tanperati, epi lè yo kalkile sifas ki genyen ant de bouk DE, yo ka estime avèk presizyon konbyen enèji ki ka kolekte, jan yo montre nan figi 2. .1b la. Bouk DE sa yo kolekte tou lè l sèvi avèk mèt sous Keithley.
Yo te rasanble ventwit PST MLC 1 mm epesè nan yon estrikti plak paralèl 4 ranje, 7 kolòn dapre konsepsyon ki dekri nan referans lan. 14. Espas likid ki genyen ant ranje PST-MLC yo se 0.75 mm. Sa a reyalize lè yo ajoute bann tep doub fas kòm espas likid sou kwen PST MLC a. PST MLC a konekte elektrikman an paralèl ak yon pon epoksidik ajan an kontak ak fil elektwòd yo. Apre sa, yo te kole fil yo ak résine epoksidik ajan sou chak bò tèminal elektwòd yo pou koneksyon ak ekipman pou pouvwa a. Finalman, mete tout estrikti a nan tiyo polyolefin lan. Yo kole lèt la sou tib likid la pou asire yon sele ki kòrèk. Finalman, yo te konstwi tèmokoupl tip K 0.25 mm epesè nan chak bout estrikti PST-MLC a pou kontwole tanperati likid antre ak sòti yo. Pou fè sa, yo dwe premye pèfore tiyo a. Apre yo fin enstale tèmokoupl la, aplike menm adezif la tankou anvan ant tiyo tèmokoupl la ak fil la pou retabli sele a.
Yo te konstwi uit prototip separe, kat ladan yo te gen 40 PST MLC 0.5 mm epesè distribye kòm plak paralèl ak 5 kolòn ak 8 ranje, epi kat ki rete yo te gen 15 PST MLC 1 mm epesè chak. nan yon estrikti plak paralèl 3 kolòn × 5 ranje. Kantite total PST MLC yo te itilize a te 220 (160 0.5 mm epesè ak 60 PST MLC 1 mm epesè). Nou rele de sou-inite sa yo HARV2_160 ak HARV2_60. Espas likid ki nan prototip HARV2_160 la konsiste de de tep doub-fas 0.25 mm epesè ak yon fil 0.25 mm epesè ant yo. Pou prototip HARV2_60 la, nou te repete menm pwosedi a, men lè l sèvi avèk fil 0.38 mm epesè. Pou simetri, HARV2_160 ak HARV2_60 yo gen pwòp sikwi likid yo, ponp, tiyo ak bò frèt (Nòt Siplemantè 8). De inite HARV2 pataje yon rezèvwa chalè, yon veso 3 lit (30 cm x 20 cm x 5 cm) sou de plak cho ak leman k ap vire. Tout uit pwototip endividyèl yo konekte elektrikman an paralèl. Sou-inite HARV2_160 ak HARV2_60 yo travay an menm tan nan sik Olson an, sa ki lakòz yon rekòt enèji 11.2 J.
Mete PST MLC 0.5mm epesè nan yon tiyo polyolefin avèk tep doub fas ak fil sou tou de bò pou kreye espas pou likid la koule. Akòz ti gwosè li, yo te mete pwototip la akote yon valv rezèvwa cho oswa frèt, pou minimize tan sik yo.
Nan PST MLC, yo aplike yon chan elektrik konstan lè yo aplike yon vòltaj konstan nan branch chofaj la. Kòm rezilta, yo pwodui yon kouran tèmik negatif epi yo estoke enèji. Apre yo fin chofe PST MLC a, yo retire chan elektrik la (V = 0), epi yo retounen enèji ki estoke ladan l nan kontè sous la, ki koresponn ak yon lòt kontribisyon nan enèji kolekte a. Finalman, lè yo aplike yon vòltaj V = 0, yo refwadi PST MLC yo nan tanperati inisyal yo pou sik la ka rekòmanse. Nan etap sa a, yo pa kolekte enèji. Nou te fè sik Olsen an lè l sèvi avèk yon Keithley 2410 SourceMeter, nou chaje PST MLC a soti nan yon sous vòltaj epi nou mete kouran an nan valè ki apwopriye a pou yo te kolekte ase pwen pandan faz chaj la pou kalkil enèji serye.
Nan sik Stirling yo, yo te chaje PST MLC yo nan mòd sous vòltaj nan yon valè chan elektrik inisyal (vòltaj inisyal Vi > 0), yon kouran konfòmite vle pou etap chaj la pran anviwon 1 s (epi ase pwen yo rasanble pou yon kalkil enèji serye) ak tanperati frèt. Nan sik Stirling yo, yo te chaje PST MLC yo nan mòd sous vòltaj nan yon valè chan elektrik inisyal (vòltaj inisyal Vi > 0), yon kouran konfòmite vle pou etap chaj la pran anviwon 1 s (epi ase pwen yo rasanble pou yon kalkil enèji serye) ak tanperati frèt. В циклах Стирлинга PST MLC заряжались в режиме источника напряжения при начальном знач электрического поля (начальное напряжение Vi > 0), желаемом податливом токе, так что этатанд зальние заливом токе 1 с (и набирается достаточное количество точек для надежного расчета энергия) ak холодная tanperati. Nan sik Stirling PST MLC yo, yo te chaje yo nan mòd sous vòltaj la nan valè inisyal chan elektrik la (vòltaj inisyal Vi > 0), kouran rannman vle a, pou etap chaje a pran anviwon 1 s (epi yo kolekte yon kantite pwen sifizan pou yon kalkil enèji serye) ak tanperati frèt.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。 Nan sik mèt la, yo chaje PST MLC a nan valè chan elektrik inisyal la (vòltaj inisyal Vi > 0) nan mòd sous vòltaj la, konsa kouran konfòmite ki nesesè a pran anviwon 1 segonn pou etap chaj la (epi nou te kolekte ase pwen pou kalkile (enèji) ak tanperati ki ba a yon fason fyab. В цикле Стирлинга PST MLC заряжается в режиме источника напряжения с начальным значальным значальным значается источника поля (начальное напряжение Vi > 0), требуемый ток податливости таков, что этап зарядки зарядки зано кола набирается достаточное количество точек, чтобы надежно рассчитать энергию) и низкие tanperati yo. Nan sik Stirling lan, yo chaje PST MLC a nan mòd sous vòltaj la avèk yon valè inisyal chan elektrik la (vòltaj inisyal Vi > 0), kouran konfòmite ki nesesè a fèt pou etap chaj la pran anviwon 1 s (epi yo kolekte yon kantite pwen sifizan pou kalkile enèji a yon fason fyab) ak tanperati ki ba.Anvan PST MLC a chofe, ouvri sikwi a lè w aplike yon kouran adaptasyon I = 0 mA (kouran adaptasyon minimòm sous mezi nou an ka sipòte a se 10 nA). Kòm rezilta, yon chaj rete nan PST MJK a, epi vòltaj la ogmante pandan echantiyon an ap chofe. Pa gen okenn enèji ki kolekte nan bra BC paske I = 0 mA. Apre li rive nan yon tanperati ki wo, vòltaj nan MLT FT a ogmante (nan kèk ka plis pase 30 fwa, gade fig. 7.2 adisyonèl la), MLK FT a dechaje (V = 0), epi enèji elektrik estoke ladan yo pou menm kantite lajan ak chaj inisyal la. Menm korespondans kouran an retounen nan sous mèt la. Akòz pwofi vòltaj la, enèji ki estoke nan tanperati ki wo a pi wo pase sa ki te bay nan kòmansman sik la. Kidonk, enèji jwenn lè w konvèti chalè an elektrisite.
Nou te itilize yon Keithley 2410 SourceMeter pou kontwole vòltaj ak kouran ki aplike nan PST MLC a. Enèji korespondan an kalkile lè nou entegre pwodwi vòltaj ak kouran ki li pa sous mèt Keithley a, \ (E = {\int }_{0}^{\tau }{I}_({\rm {meas))}\left(t\ right){V}_{{\rm{meas}}}(t)\), kote τ se peryòd peryòd la. Sou koub enèji nou an, valè enèji pozitif yo vle di enèji nou dwe bay MLC PST a, epi valè negatif yo vle di enèji nou ekstrè nan yo e pakonsekan enèji nou resevwa a. Puisans relatif pou yon sik koleksyon bay detèmine lè nou divize enèji kolekte a pa peryòd τ sik la an antye.
Tout done yo prezante nan tèks prensipal la oswa nan enfòmasyon adisyonèl. Lèt ak demann pou materyèl yo ta dwe adrese bay sous done AT oswa ED yo ki vini ak atik sa a.
Ando Junior, OH, Maran, ALO ak Henao, NC Yon revizyon sou devlopman ak aplikasyon mikwo-jeneratè termoelektrik pou rekòlte enèji. Ando Junior, OH, Maran, ALO ak Henao, NC Yon revizyon sou devlopman ak aplikasyon mikwo-jeneratè termoelektrik pou rekòlte enèji.Ando Junior, Ohio, Maran, ALO ak Henao, NC Apèsi sou devlopman ak aplikasyon mikwo-jeneratè termoelektrik pou rekòlte enèji. 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, ak Henao, NC ap konsidere devlopman ak aplikasyon mikwojèl termoelektrik pou rekòlte enèji.rezime. sipò. Energy Rev. 91, 376–393 (2018).
Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Materyèl fotovoltaik: efikasite aktyèl ak defi nan lavni. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Materyèl fotovoltaik: efikasite aktyèl ak defi nan lavni.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. ak Sinke, VK Materyèl fotovoltaik: pèfòmans aktyèl ak defi nan lavni. 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 Materyèl solè: efikasite aktyèl ak defi nan lavni.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. ak Sinke, VK Materyèl fotovoltaik: pèfòmans aktyèl ak defi nan lavni.Syans 352, aad4424 (2016).
Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Efè piro-piezoelektrik konbine pou deteksyon tanperati ak presyon similtane ki mache ak pwòp tèt ou. Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Konjwen efè piro-piezoelektrik pou deteksyon tanperati ak presyon similtane ki mache ak pwòp tèt ou.Song K., Zhao R., Wang ZL ak Yan Yu. Efè piropiezoelektrik konbine pou mezi similtane otonòm tanperati ak presyon. Song, 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. Pou oto-alimante an menm tan ak tanperati ak presyon.Song K., Zhao R., Wang ZL ak Yan Yu. Efè termopiezoelektrik konbine pou mezi similtane otonòm tanperati ak presyon.Pi devan. alma mater 31, 1902831 (2019).
Sebald, G., Pruvost, S. ak Guyomar, D. Rekòlte enèji ki baze sou sik piroelektrik Ericsson nan yon seramik feroelektrik detant. Sebald, G., Pruvost, S. ak Guyomar, D. Rekòlte enèji ki baze sou sik piroelektrik Ericsson nan yon seramik feroelektrik detant.Sebald G., Prouvost S. ak Guyomar D. Rekòlte enèji ki baze sou sik piroelektrik Ericsson nan seramik feroelektrik detant.Sebald G., Prouvost S. ak Guyomar D. Rekòlte enèji nan seramik ferwoelektrik relaksè ki baze sou siklaj piroelektrik Ericsson. Smart alma mater. structure. 17, 15012 (2007).
Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Materyèl elektwokalorik ak piroelektrik pwochen jenerasyon pou entèkonvèsyon enèji elektwotèmik solid. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Materyèl elektwokalorik ak piroelektrik pwochen jenerasyon pou entèkonvèsyon enèji elektwotèmik solid. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW взаимного преобразования твердотельной электротермической энергии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Materyèl elektwokalorik ak piroelektrik pwochen jenerasyon pou entèkonvèsyon enèji elektwotèmik eta solid. 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攵挭释攙 Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. ak Whatmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW взаимного преобразования твердотельной электротермической энергии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Materyèl elektwokalorik ak piroelektrik pwochen jenerasyon pou entèkonvèsyon enèji elektwotèmik eta solid.Madanm Bull. 39, 1099–1109 (2014).
Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Estanda ak figi-de-merit pou quantifye pèfòmans nanojeneratè piroelektrik yo. Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Estanda ak figi-de-merit pou quantifye pèfòmans nanojeneratè piroelektrik yo.Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL ak Yang, Yu. Yon estanda ak yon nòt kalite pou quantifye pèfòmans nano-jeneratè piroelektrik yo. 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 ak Yang, Yu. Kritè ak mezi pèfòmans pou quantifye pèfòmans yon nano-jeneratè piroelektrik.Nano Enèji 55, 534–540 (2019).
Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Sik refwadisman elektwokalorik nan tantalat eskandyòm plon ak rejenerasyon reyèl atravè varyasyon chan. Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Sik refwadisman elektwokalorik nan tantalat eskandyòm plon ak rejenerasyon reyèl atravè varyasyon chan.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. ak Mathur, ND Sik refwadisman elektwokalorik nan tantalat plon-skandyòm ak rejenerasyon reyèl pa mwayen modifikasyon chan. 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倍的。 Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND. Tantal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. ak Mathur, ND Yon sik refwadisman elektwotèmik tantalat eskandyòm-plon pou yon vrè rejenerasyon atravè ranvèsman chan.fizik Rev. X 9, 41002 (2019).
Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Materyèl kalorik toupre tranzisyon faz feroik. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Materyèl kalorik toupre tranzisyon faz feroik.Moya, X., Kar-Narayan, S. ak Mathur, ND Materyèl kalorik toupre tranzisyon faz ferroyid. 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 Materyèl tèmik toupre metaliji fereuz.Moya, X., Kar-Narayan, S. ak Mathur, ND Materyèl tèmik toupre tranzisyon faz fè.Nat. alma mater 13, 439–450 (2014).
Moya, X. ak Mathur, ND Materyèl kalori pou refwadisman ak chofaj. Moya, X. ak Mathur, ND Materyèl kalori pou refwadisman ak chofaj.Moya, X. ak Mathur, ND Materyèl tèmik pou refwadisman ak chofaj. Moya, X. & Mathur, ND 用于冷却和加热的热量材料。 Moya, X. ak Mathur, ND Materyèl tèmik pou refwadisman ak chofaj.Moya X. ak Mathur ND Materyèl tèmik pou refwadisman ak chofaj.Syans 370, 797–803 (2020).
Torelló, A. & Defay, E. Glasyè elektwokalorik: yon revizyon. Torelló, A. & Defay, E. Glasyè elektwokalorik: yon revizyon.Torello, A. ak Defay, E. Refwadisman elektwokalorik: yon revizyon. Torelló, A. & Defay, E. 电热冷却器：评论。 Torelló, A. & Defay, E. 电热冷却器：评论。Torello, A. ak Defay, E. Refwadisè elektwotèmik: yon revizyon.Avanse. Elektwonik. Alma Mater. 8. 2101031 (2022).
Nuchokgwe, Y. et al. Efikasite enèji enòm materyèl elektwokalorik nan eskandyòm-skandyòm-plon ki trè byen òdone. Kominikasyon nasyonal. 12, 3298 (2021).
Nair, B. et al. Efè elektwotèmik kondansateur miltikouch oksid yo gwo sou yon pakèt tanperati. Nature 575, 468–472 (2019).
Torello, A. et al. Gwo ranje tanperati nan rejeneratè elektwotèmik. Syans 370, 125–129 (2020).
Wang, Y. et al. Sistèm refwadisman elektwotèmik solid ki gen gwo pèfòmans. Syans 370, 129–133 (2020).
Meng, Y. et al. Aparèy refwadisman elektwotèmik kaskad pou gwo ogmantasyon tanperati. Enèji Nasyonal 5, 996–1002 (2020).
Olsen, RB & Brown, DD Konvèsyon dirèk chalè an enèji elektrik ki gen rapò ak mezi piroelektrik. Olsen, RB & Brown, DD Konvèsyon dirèk chalè an enèji elektrik ak gwo efikasite, mezi piroelektrik ki gen rapò ak enèji.Olsen, RB ak Brown, DD Konvèsyon dirèk chalè an enèji elektrik ki trè efikas ki asosye avèk mezi piroelektrik. 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 ak Brown, DDOlsen, RB ak Brown, DD Konvèsyon dirèk efikas chalè an elektrisite ki asosye avèk mezi piroelektrik.Feroelektrik 40, 17–27 (1982).
Pandya, S. et al. Dansite enèji ak puisans nan fim ferroelektrik relaksè mens. Alma mater nasyonal. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0059-8 (2018).
Smith, AN ak Hanrahan, BM Konvèsyon piroelektrik kaskad: optimize tranzisyon faz ferwoelektrik la ak pèt elektrik yo. Smith, AN ak Hanrahan, BM Konvèsyon piroelektrik kaskad: optimize tranzisyon faz ferwoelektrik la ak pèt elektrik yo.Smith, AN ak Hanrahan, BM Konvèsyon piroelektrik kaskad: tranzisyon faz ferwoelektrik ak optimize pèt elektrik. Smith, AN & Hanrahan, BM 级联热释电转换：优化铁电相变和电损耗。 Smith, AN ak Hanrahan, BMSmith, AN ak Hanrahan, BM Konvèsyon piroelektrik kaskad: optimize tranzisyon faz ferwoelektrik ak pèt elektrik.J. Aplikasyon. fizik. 128, 24103 (2020).
Hoch, SR Itilizasyon materyèl ferwoelektrik pou konvèti enèji tèmik an elektrisite. pwosesis. IEEE 51, 838–845 (1963).
Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & Dullea, J. Konvètisè enèji piroelektrik kaskad. Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & Dullea, J. Konvètisè enèji piroelektrik kaskad.Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM ak Dullea, J. Konvètisè pouvwa piroelektrik kaskad. 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 ak Dullea, J. Konvètisè pouvwa piroelektrik kaskad.Feroelektrik 59, 205–219 (1984).
Shebanov, L. ak Borman, K. Sou solisyon solid tantalat plon-skandyòm ki gen yon efè elektwokalorik segondè. Shebanov, L. ak Borman, K. Sou solisyon solid tantalat plon-skandyòm ki gen yon efè elektwokalorik segondè.Shebanov L. ak Borman K. Sou solisyon solid tantalat plon-skandyòm ak yon efè elektwokalorik segondè. Shebanov, L. & Borman, K. 关于具有高电热效应的钪铅钪固溶体。 Shebanov, L. ak Borman, K.Shebanov L. ak Borman K. Sou solisyon solid eskandyòm-plon-skandyòm ki gen yon efè elektwokalorik segondè.Feroelektrik 127, 143–148 (1992).
Nou remèsye N. Furusawa, Y. Inoue, ak K. Honda pou èd yo nan kreye MLC a. PL, AT, YN, AA, JL, UP, VK, OB ak ED. Mèsi a Fondasyon Nasyonal Rechèch Liksanbou (FNR) pou sipò li nan travay sa a atravè CAMELHEAT C17/MS/11703691/Defay, MASSENA PRIDE/15/10935404/Defay-Siebentritt, THERMODIMAT C20/MS/14718071/Defay ak BRIDGES2021/MS/16282302/CECOHA/Defay.
Depatman Rechèch ak Teknoloji Materyèl, Enstiti Teknoloji Liksanbou (LIST), Belvoir, Liksanbou