Ofri sous elektrisite dirab se youn nan defi ki pi enpòtan nan syèk sa a. Zòn rechèch nan materyèl rekòlte enèji soti nan motivasyon sa a, ki gen ladan thermoelectric1, photovoltaic2 ak thermophotovoltaics3. Malgre ke nou manke materyèl ak aparèy ki kapab rekòlte enèji nan seri Joule, materyèl piroelektrik ki ka konvèti enèji elektrik nan chanjman tanperati peryodik yo konsidere kòm detèktè4 ak rekòlte enèji5,6,7. Isit la nou te devlope yon makroskopik enèji tèmik harvester nan fòm lan nan yon kondansateur multikouch ki fèt ak 42 gram nan plon scandium tantalate, pwodwi 11.2 J nan 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 yo ase pou kontinyèlman pouvwa rekòlte enèji otonòm ak mikrokontroleur entegre ak detèktè tanperati. Finalman, nou montre ke pou yon seri tanperati 10 K, kondansateur sa yo multikouch ka rive nan 40% efikasite Carnot. Pwopriyete sa yo se akòz (1) chanjman faz ferroelektrik pou efikasite segondè, (2) aktyèl flit ki ba pou anpeche pèt, ak (3) vòltaj segondè pann. Sa yo makroskopik, évolutive ak efikas piroelektrik pouvwa harvesters yo reimagining tèrmoelektrik jenerasyon pouvwa.
Konpare ak gradyan tanperati espasyal ki nesesè pou materyèl tèrmoelektrik, rekòlte enèji nan materyèl tèrmoelektrik mande pou monte bisiklèt tanperati sou tan. Sa vle di yon sik tèmodinamik, ki pi byen dekri pa dyagram entropi (S)-tanperati (T). Figi 1a montre yon konplo ST tipik nan yon materyèl piroelektrik ki pa lineyè (NLP) ki demontre yon tranzisyon faz fero-elektrik-paraelektrik kondwi nan jaden scandium plon tantalate (PST). Seksyon ble ak vèt nan sik la sou dyagram ST a koresponn ak enèji elektrik konvèti nan sik Olson (de izotèmik ak de seksyon izopol). Isit la nou konsidere de sik ak menm chanjman jaden elektrik (jaden sou ak koupe) ak chanjman tanperati ΔT, byenke ak diferan tanperati inisyal. Sik vèt la pa sitiye nan rejyon tranzisyon faz la e konsa gen yon zòn ki pi piti pase sik ble ki sitiye nan rejyon tranzisyon faz la. Nan dyagram ST a, pi gwo zòn nan, se pi gwo enèji kolekte. Se poutèt sa, tranzisyon faz la dwe kolekte plis enèji. Bezwen pou monte bisiklèt gwo zòn nan NLP se trè menm jan ak bezwen an pou aplikasyon elektwotèmik9, 10, 11, 12 kote PST kondansateur multikouch (MLCs) ak terpolymers ki baze sou PVDF te dènyèman montre ekselan pèfòmans ranvèse. estati pèfòmans refwadisman nan sik 13,14,15,16. Se poutèt sa, nou te idantifye PST MLC ki enterese pou rekòlte enèji tèmik. Echantiyon sa yo te konplètman dekri nan metòd yo ak karakterize nan nòt siplemantè 1 (mikwoskospi elektwonik analiz), 2 (difraksyon radyografi) ak 3 (kalorimetri).
a, trase yon entropi (S)-tanperati (T) trase ak jaden elektrik sou ak koupe aplike nan materyèl NLP ki montre tranzisyon faz. Yo montre de sik koleksyon enèji nan de zòn tanperati diferan. Sik ble ak vèt yo rive andedan ak deyò tranzisyon faz la, respektivman, epi yo fini nan rejyon trè diferan nan sifas la. b, de bag inipolè DE PST MLC, 1 mm epè, mezire ant 0 ak 155 kV cm-1 nan 20 °C ak 90 °C, respektivman, ak sik Olsen korespondan yo. Lèt ABCD yo fè referans ak diferan eta nan sik Olson. AB: MLC yo te chaje a 155 kV cm-1 nan 20 ° C. BC: MLC te kenbe nan 155 kV cm-1 ak tanperati a te ogmante a 90 °C. CD: MLC dechaje nan 90 ° C. DA: MLC refwadi a 20 ° C nan zewo jaden. Zòn ble a koresponn ak pouvwa opinyon ki nesesè pou kòmanse sik la. Zòn zoranj la se enèji ki kolekte nan yon sik. c, panèl anlè, vòltaj (nwa) ak aktyèl (wouj) kont tan, swiv pandan menm sik Olson ak b. De foure yo reprezante anplifikasyon vòltaj ak aktyèl nan pwen kle nan sik la. Nan panèl ki pi ba a, koub jòn ak vèt yo reprezante tanperati ki koresponn ak koub enèji, respektivman, pou yon MLC 1 mm epè. Enèji kalkile apati koub aktyèl ak vòltaj ki sou panèl anwo a. Enèji negatif koresponn ak enèji kolekte. Etap ki koresponn ak lèt ​​majiskil nan kat figi yo se menm jan ak nan sik Olson. Sik AB'CD koresponn ak sik Stirling (nòt adisyonèl 7).
kote E ak D se jaden elektrik la ak jaden deplasman elektrik la, respektivman. Nd ka jwenn endirèkteman nan kous la DE (Fig. 1b) oswa dirèkteman pa kòmanse yon sik tèmodinamik. Metòd ki pi itil yo te dekri pa Olsen nan travay pyonye li sou kolekte enèji piroelektrik nan ane 1980 yo17.
Sou fig. 1b montre de bouk monopolar DE nan espesimèn 1 mm epè PST-MLC reyini nan 20 °C ak 90 °C, respektivman, sou yon seri de 0 a 155 kV cm-1 (600 V). Ou ka itilize de sik sa yo pou kalkile endirèkteman enèji sik Olson yo montre nan Figi 1a. An reyalite, sik Olsen konsiste de de branch izofield (isit la, zewo jaden nan branch DA ak 155 kV cm-1 nan branch BC) ak de branch izotèmik (isit la, 20 ° С ak 20 ° С nan branch AB) . C nan branch CD a) Enèji yo kolekte pandan sik la koresponn ak rejyon zoranj ak ble (EdD entegral). Enèji kolekte Nd se diferans ki genyen ant enèji antre ak pwodiksyon, sa vle di sèlman zòn zoranj nan fig. 1b. Sik Olson patikilye sa a bay yon dansite enèji Nd 1.78 J cm-3. Sik Stirling la se yon altènativ a sik Olson (Remak siplemantè 7). Paske etap chaj konstan (kous louvri) pi fasil rive, dansite enèji ki sòti nan Fig. 1b (sik AB'CD) rive nan 1.25 J cm-3. Sa a se sèlman 70% nan sa ki sik Olson ka kolekte, men ekipman rekòlte senp fè li.
Anplis de sa, nou dirèkteman mezire enèji yo kolekte pandan sik Olson la pa enèji PST MLC a lè l sèvi avèk yon etap kontwòl tanperati Linkam ak yon mèt sous (metòd). Figi 1c nan tèt la ak nan ensèk yo respektif yo montre aktyèl la (wouj) ak vòltaj (nwa) kolekte sou menm 1 mm epè PST MLC la kòm pou bouk la DE ap pase nan menm sik Olson la. Aktyèl la ak vòltaj fè li posib pou kalkile enèji kolekte, ak koub yo montre nan fig. 1c, anba (vèt) ak tanperati (jòn) pandan tout sik la. Lèt ABCD yo reprezante menm sik Olson nan Fig. 1. Chaj MLC fèt pandan janm AB a epi li fèt nan yon kouran ki ba (200 µA), kidonk SourceMeter ka byen kontwole chaj. Konsekans aktyèl inisyal konstan sa a se ke koub vòltaj la (nwa koub) pa lineyè akòz deplasman potansyèl ki pa lineyè jaden D PST (figi 1c, anlè anlè). Nan fen chaje, 30 mJ enèji elektrik ki estoke nan MLC a (pwen B). Lè sa a, MLC a chofe ak yon aktyèl negatif (ak Se poutèt sa yon aktyèl negatif) pwodwi pandan y ap vòltaj la rete nan 600 V. Apre 40 s, lè tanperati a rive nan yon plato nan 90 °C, aktyèl sa a te konpanse, byenke echantiyon etap la. pwodui nan kous la yon pouvwa elektrik 35 mJ pandan izofield sa a (dezyèm enkadreman nan Fig. 1c, anlè). Lè sa a, vòltaj la sou MLC (CD branch) redwi, sa ki lakòz yon lòt 60 mJ nan travay elektrik. Enèji pwodiksyon total la se 95 mJ. Enèji kolekte se diferans ki genyen ant enèji antre ak pwodiksyon, ki bay 95 – 30 = 65 mJ. Sa a koresponn ak yon dansite enèji nan 1.84 J cm-3, ki se trè pre Nd la ekstrè soti nan bag la DE. Yo te teste anpil repwodiksyon sik Olson sa a (Remak siplemantè 4). Lè nou ogmante plis vòltaj ak tanperati, nou reyalize 4.43 J cm-3 lè l sèvi avèk sik Olsen nan yon 0.5 mm epè PST MLC sou yon seri tanperati 750 V (195 kV cm-1) ak 175 °C (Remak siplemantè 5). Sa a se kat fwa pi gran pase pi bon pèfòmans rapòte nan literati a pou sik dirèk Olson epi li te jwenn sou fim mens nan Pb (Mg, Nb) O3-PbTiO3 (PMN-PT) (1.06 J cm-3) 18 (cm .Siplemantè). Tablo 1 pou plis valè nan literati a). Pèfòmans sa a te rive jwenn akòz aktyèl flit ki ba anpil nan MLC sa yo (<10-7 A nan 750 V ak 180 ° C, gade detay nan Nòt siplemantè 6) - yon pwen enpòtan mansyone pa Smith et al.19 - nan kontras ak materyèl yo te itilize nan etid anvan yo17,20. Pèfòmans sa a te rive jwenn akòz aktyèl flit ki ba anpil nan MLC sa yo (<10-7 A nan 750 V ak 180 ° C, gade detay nan Nòt siplemantè 6) - yon pwen enpòtan mansyone pa Smith et al.19 - nan kontras 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 0 В 10 В одробности в дополнительном примечании 6) — критический момент, упомянутый Смитом и др. 19 — в отличие от к материалам, использованным в более ранних исследованиях17,20. Karakteristik sa yo te reyalize akòz aktyèl flit ki ba anpil nan MLC sa yo (<10-7 A nan 750 V ak 180 ° C, gade Remak siplemantè 6 pou plis detay) - yon pwen kritik mansyone pa Smith et al. 19 - Kontrèman ak materyèl yo itilize nan etid anvan yo17,20.由于这些MLC 的泄漏电流非常低（在750 V 和180 °C 时<10-7 A，请参见补充说昸低（在玆中昻6 中玆时<10-7A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 补充 说翸歅 说渻）））） — 等 人 19 提到 关键 关键 点 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下比之比之下下 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 相比之下下 相比之下之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下下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. подробнтости подробности подробности подробности подробностель ии 6) — ключевой момент, упомянутый Смитом и др. 19 — для сравнения, были достигнуты эти характеристики. Depi aktyèl la flit nan MLCs sa yo trè ba (<10-7 A nan 750 V ak 180 ° C, gade Nòt siplemantè 6 pou plis detay) - yon pwen kle mansyone pa Smith et al. 19 - pou konparezon, pèfòmans sa yo te reyalize.nan materyèl yo itilize nan etid anvan yo 17,20.
Menm kondisyon yo (600 V, 20-90 ° C) aplike nan sik Stirling la (Nòt siplemantè 7). Kòm espere nan rezilta yo nan sik la DE, sede a te 41.0 mJ. Youn nan karakteristik ki pi frape nan sik Stirling se kapasite yo nan anplifye vòltaj inisyal la atravè efè tèrmoelektrik la. Nou te obsève yon ogmantasyon vòltaj ki rive jiska 39 (soti nan yon vòltaj inisyal 15 V nan yon vòltaj final ki rive jiska 590 V, gade Figi Siplemantè 7.2).
Yon lòt karakteristik distenktif nan MLCs sa yo se yo ke yo se objè makroskopik gwo ase yo kolekte enèji nan seri a joule. Se poutèt sa, nou konstwi yon pwototip harvester (HARV1) lè l sèvi avèk 28 MLC PST 1 mm epè, swiv menm konsepsyon plak paralèl ki dekri pa Torello et al.14, nan yon matris 7 × 4 jan yo montre nan Fig. 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 nan 10 ° C ak 125 ° C ak rejyon izofield nan 0 ak 750 V (195 kV cm-1). Sa a koresponn ak yon dansite enèji nan 3.14 J cm-3. Sèvi ak konbine sa a, mezi yo te pran nan divès kondisyon (figi 2b). Remake byen ke 1.8 J te jwenn sou yon seri tanperati 80 °C ak yon vòltaj 600 V (155 kV cm-1). Sa a se nan bon akò ak deja mansyone 65 mJ pou 1 mm epè PST MLC nan menm kondisyon yo (28 × 65 = 1820 mJ).
a, Konfigirasyon eksperimantal nan yon pwototip HARV1 reyini ki baze sou 28 MLC PST 1 mm epesè (4 ranje × 7 kolòn) kouri sou sik Olson. Pou chak nan kat etap sik yo, tanperati ak vòltaj yo bay nan pwototip la. Òdinatè a kondwi yon ponp peristaltik ki sikile yon likid dyelèktrik ant rezèvwa frèt ak cho, de tiyo, ak yon sous kouran. Òdinatè a tou itilize thermocouples pou kolekte done sou vòltaj la ak kouran apwovizyone pwototip a ak tanperati konbine a soti nan ekipman pou pouvwa a. b, Enèji (koulè) kolekte pa pwototip 4 × 7 MLC nou an kont ranje tanperati (aks X) ak vòltaj (aks Y) nan eksperyans diferan.
Yon vèsyon pi gwo nan harvester a (HARV2) ak 60 PST MLC 1 mm epè ak 160 PST MLC 0.5 mm epè (41.7 g materyèl piroelektrik aktif) te bay 11.2 J (Remak siplemantè 8). An 1984, Olsen te fè yon rekòlte enèji ki baze sou 317 g yon konpoze Pb(Zr,Ti)O3 ki dope fèblan ki kapab jenere 6.23 J elektrisite nan yon tanperati anviwon 150 °C (ref. 21). Pou konbine sa a, sa a se sèlman lòt valè ki disponib nan seri a joule. Li te resevwa jis plis pase mwatye valè nou te reyalize ak prèske sèt fwa bon jan kalite a. Sa vle di ke dansite enèji nan HARV2 se 13 fwa pi wo.
Peryòd sik HARV1 se 57 segonn. Sa a te pwodwi 54 mW nan pouvwa ak 4 ranje nan 7 kolòn nan 1 mm epè MLC ansanm. Pou fè l 'yon etap pi lwen, nou bati yon twazyèm konbine (HARV3) ak yon PST MLC 0.5mm epè ak konfigirasyon menm jan ak HARV1 ak HARV2 (Remak siplemantè 9). Nou mezire yon tan tèmikizasyon nan 12.5 segonn. Sa a koresponn ak yon tan sik nan 25 s (Siplemantè Figi 9). Enèji kolekte (47 mJ) bay yon pouvwa elektrik 1.95 mW pou chak MLC, ki an vire pèmèt nou imajine ke HARV2 pwodui 0.55 W (apeprè 1.95 mW × 280 PST MLC 0.5 mm epè). Anplis de sa, nou simulation transfè chalè lè l sèvi avèk Simulation Eleman fini (COMSOL, Nòt siplemantè 10 ak Tablo siplemantè 2-4) ki koresponn ak eksperyans HARV1 yo. Modèl eleman fini te fè li posib pou predi valè pouvwa prèske yon lòd nan grandè pi wo (430 mW) pou menm kantite kolòn PST pa eklèsi MLC a 0.2 mm, lè l sèvi avèk dlo kòm yon awozaj, ak restore matris la nan 7 ranje. . × 4 kolòn (anplis de , te gen 960 mW lè tank la te akote konbine a, Figi siplemantè 10b).
Pou demontre itilite pèseptè sa a, yo te aplike yon sik Stirling nan yon demonstrasyon otonòm ki fòme ak sèlman de 0.5 mm epè PST MLC kòm pèseptè chalè, yon switch vòltaj segondè, yon switch vòltaj ki ba ak kondansateur depo, yon konvètisè DC/DC. , yon mikwokontwolè ki ba pouvwa, de tèrmokapteur ak konvètisè ranfòse (Remak siplemantè 11). Sikwi a mande pou kondansateur depo a okòmansman chaje nan 9V epi li kouri otonòm pandan y ap 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) . Remakab, de MLC ki peze sèlman 0.3g ka kontwole otonòm gwo sistèm sa a. Yon lòt karakteristik enteresan an se ke konvètisè vòltaj ki ba a kapab konvèti 400V a 10-15V ak efikasite 79% (Remak Siplemantè 11 ak Figi Siplemantè 11.3).
Finalman, nou evalye efikasite modil MLC sa yo nan konvèti enèji tèmik nan enèji elektrik. Faktè bon jan kalite η nan efikasite defini kòm rapò nan dansite nan enèji elektrik kolekte Nd a ak dansite nan chalè apwovizyone Qin (Nòt siplemantè 12):
Figi 3a,b montre efikasite η ak efikasite pwopòsyonèl ηr nan sik Olsen an, respektivman, kòm yon fonksyon nan seri tanperati a nan yon PST MLC 0.5 mm epè. Yo bay tou de seri done pou yon jaden elektrik 195 kV cm-1. Efikasite \(\sa\) rive nan 1.43%, ki ekivalan a 18% nan 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 a li te ye pou materyèl NLP anrejistre nan fim PMN-PT (ηr = 19%) nan seri a tanperati nan 10 K ak 300 kV cm-1 (Ref. 18). Ranje tanperati ki pi ba pase 10 K pa te konsidere paske hysterèz tèmik PST MLC a se ant 5 ak 8 K. Rekonesans efè pozitif tranzisyon faz sou efikasite se kritik. An reyalite, 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 fèmen lè pa gen okenn jaden aplike ak tanperati Curie TC a se alantou 20 ° C nan MLCs sa yo (Nòt siplemantè 13).
a,b, efikasite η ak efikasite pwopòsyonèl sik Olson (a)\({\eta }_{{\rm{r}}}=\eta /{\eta}_{{\rm{Carnot} } pou maksimòm elektrik la pa yon jaden 195 kV cm-1 ak diferan tanperati inisyal Ti, }}\,\)(b) pou MPC PST 0.5 mm epè, tou depann de entèval tanperati ΔTspan.
Dènye obsèvasyon an gen de enplikasyon enpòtan: (1) nenpòt sikilasyon efikas dwe kòmanse nan tanperati ki pi wo a TC pou yon tranzisyon faz jaden-induit (soti nan para-elektrik nan fero-elektrik) rive; (2) materyèl sa yo pi efikas nan tan kouri tou pre TC. Malgre ke gwo echèl efikasite yo montre nan eksperyans nou yo, ranje tanperati limite a pa pèmèt nou reyalize gwo efikasite absoli akòz limit Carnot (\(\Delta T/T\)). Sepandan, efikasite ekselan nan PST MLCs sa yo demontre jistifye Olsen lè li mansyone ke "yon motè ideyal tèrmoelektrik rejeneratif klas 20 ki opere nan tanperati ant 50 °C ak 250 °C ka gen yon efikasite nan 30%"17. Pou rive nan valè sa yo epi teste konsèp la, li ta itil pou itilize PST dope ak diferan TC, jan Shebanov ak Borman te etidye. Yo te montre ke TC nan PST ka varye soti nan 3 ° C (Sb dopaj) a 33 ° C (Ti dopaj) 22 . Se poutèt sa, nou ipotèz ke pwochen jenerasyon rejenerateur piroelektrik ki baze sou dope PST MLCs oswa lòt materyèl ki gen yon tranzisyon fò faz premye lòd ka fè konpetisyon ak pi bon rekòt pouvwa yo.
Nan etid sa a, nou te envestige MLCs te fè nan PST. Aparèy sa yo konpoze de yon seri elektwòd Pt ak PST, kidonk plizyè kondansateur yo konekte nan paralèl. PST te chwazi paske li se yon ekselan materyèl EC ak Se poutèt sa yon potansyèlman ekselan materyèl NLP. Li montre yon tranzisyon byen file premye lòd feroelectric-paraelectric faz alantou 20 °C, ki endike ke chanjman entropi li yo sanble ak sa yo montre nan Fig. 1. MLCs menm jan yo te konplètman dekri pou aparèy EC13,14. Nan etid sa a, nou te itilize 10.4 × 7.2 × 1 mm³ ak 10.4 × 7.2 × 0.5 mm³ MLCs. MLCs ak yon epesè 1 mm ak 0.5 mm te fè soti nan 19 ak 9 kouch PST ak yon epesè 38.6 µm, respektivman. Nan de ka yo, yo te mete kouch anndan PST la ant elektwòd platinum epè 2.05 µm. Konsepsyon MLC sa yo sipoze ke 55% nan PST yo aktif, ki koresponn ak pati ki genyen ant elektwòd yo (Remak siplemantè 1). Zòn elektwòd aktif la te 48.7 mm2 (Tablo siplemantè 5). MLC PST te prepare pa reyaksyon faz solid ak metòd Distribisyon. Detay yo nan pwosesis preparasyon an yo te dekri nan yon atik anvan14. Youn nan diferans ki genyen ant PST MLC ak atik anvan an se lòd B-sit, ki afekte anpil pèfòmans nan EC nan PST. Lòd la nan sit B nan PST MLC se 0.75 (Remak siplemantè 2) jwenn pa SINTERING nan 1400 ° C ki te swiv pa dè santèn de èdtan tan recuit 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 (figi 1). Pou yon sik konsa, nou bezwen yon rezèvwa cho ak frèt ak yon ekipman pou pouvwa ki kapab kontwole ak kontwole vòltaj la ak aktyèl nan divès modil MLC yo. Sik dirèk sa yo te itilize de konfigirasyon diferan, sètadi (1) modil Linkam chofaj ak refwadisman yon sèl MLC ki konekte ak yon sous kouran Keithley 2410, ak (2) twa pwototip (HARV1, HARV2 ak HARV3) an paralèl ak menm sous enèji. Nan dènye ka a, yo te itilize yon likid dielectric (lwil oliv silikone ak yon viskozite 5 cP nan 25 ° C, achte nan men Sigma Aldrich) pou echanj chalè ant de rezèvwa yo (cho ak frèt) ak MLC la. Rezèv tèmik la konsiste de yon veso an vè ki ranpli ak likid dyelèktrik epi li mete sou tèt plak tèmik la. Depo frèt konsiste de yon beny dlo ak tib likid ki gen likid dyelèktrik nan yon gwo veso plastik ki ranpli ak dlo ak glas. De tiyo twa-fason zongle (achte nan Bio-Chem Fluidics) yo te mete nan chak bout nan konbine an byen chanje likid soti nan yon rezèvwa nan yon lòt (Figi 2a). Pou asire ekilib tèmik ant pake PST-MLC a ak awozaj la, peryòd sik la te pwolonje jiskaske tèrmokapteur inlet ak priz (tanpre ke posib pake PST-MLC) te montre menm tanperati a. Script Python jere ak senkronize tout enstriman (mèt sous, ponp, tiyo, ak tèrmokapteur) pou kouri sik Olson ki kòrèk la, sa vle di bouk refwadisman an kòmanse monte bisiklèt nan pil PST apre yo fin chaje kontè sous la pou yo chofe a vle a. vòltaj aplike pou sik Olson yo bay.
Altènativman, nou konfime mezi dirèk sa yo nan enèji kolekte ak metòd endirèk. Metòd endirèk sa yo baze sou deplasman elektrik (D) - bouk jaden elektrik (E) yo kolekte nan diferan tanperati, epi lè yo kalkile zòn ki genyen ant de bouk DE, yon moun ka byen estime konbyen enèji yo ka kolekte, jan yo montre nan figi a. . nan figi 2. .1b. Bouk DE sa yo tou kolekte lè l sèvi avèk mèt sous Keithley.
Ven-uit 1 mm epè PST MLC yo te rasanble nan yon estrikti plak paralèl 4-ranje, 7-kolòn dapre konsepsyon ki dekri nan referans la. 14. Diferan likid ant ranje PST-MLC se 0.75mm. Sa a se reyalize lè w ajoute bann kasèt doub-sided kòm espas likid alantou bor yo nan PST MLC la. PST MLC a elektrik konekte an paralèl ak yon pon an ajan epoksidik ki an kontak ak fil elektwòd yo. Apre sa, fil yo te kole ak résine epoksidik ajan sou chak bò nan tèminal yo elektwòd pou koneksyon ak ekipman pou pouvwa a. Finalman, mete tout estrikti a nan kawotchou polyolefin la. Lèt la kole nan tib likid la pou asire bon sele. Finalman, 0.25 mm epè tèrmokapteur K-kalite yo te bati nan chak fen nan estrikti a PST-MLC pou kontwole tanperati likid inlet ak priz. Pou fè sa, kawotchou a dwe premye detache. Apre enstale tèrmokapteur a, aplike adezif la menm jan ak anvan ant kawotchou tèrmokòl la ak fil pou retabli sele a.
Yo te bati uit pwototip separe, kat nan yo te gen 40 0.5 mm epè MLC PST distribye kòm plak paralèl ak 5 kolòn ak 8 ranje, ak kat ki rete yo te gen 15 1 mm epè MLC PST yo chak. nan estrikti plak 3-kolòn × 5-ranje paralèl. Kantite total PST MLC yo te itilize te 220 (160 0.5 mm epè ak 60 PST MLC 1 mm epè). Nou rele de souinite sa yo HARV2_160 ak HARV2_60. Gap likid la nan pwototip HARV2_160 la konsiste de de kasèt doub-sided 0.25 mm epè ak yon fil 0.25 mm epè ant yo. Pou pwototip HARV2_60, nou repete menm pwosedi a, men nou itilize fil 0.38 mm epè. Pou simetri, HARV2_160 ak HARV2_60 gen pwòp sikui likid yo, ponp, tiyo ak bò frèt (Remak 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 wotasyon. Tout uit pwototip endividyèl yo konekte elektrik nan paralèl. Sou-inite HARV2_160 ak HARV2_60 yo travay ansanm nan sik Olson, sa ki lakòz yon rekòlte enèji 11.2 J.
Mete 0.5mm epè PST MLC nan kawotchou polyolefin ak kasèt doub bò ak fil sou tou de bò yo kreye espas pou likid koule. Akòz ti gwosè li yo, pwototip la te mete akote yon tiyo rezèvwa cho oswa frèt, minimize tan sik.
Nan PST MLC, yon jaden elektrik konstan aplike lè w aplike yon vòltaj konstan nan branch chofaj la. Kòm yon rezilta, se yon aktyèl tèmik negatif pwodwi ak enèji ki estoke. Apre chofe PST MLC a, yo retire jaden an (V = 0), epi enèji ki estoke nan li tounen tounen nan kontwa sous la, ki koresponn ak yon lòt kontribisyon nan enèji kolekte. Finalman, ak yon vòltaj V = 0 aplike, MLC PST yo refwadi nan tanperati inisyal yo pou sik la ka kòmanse ankò. Nan etap sa a, enèji pa kolekte. Nou te kouri sik Olsen lè l sèvi avèk yon Keithley 2410 SourceMeter, chaje PST MLC a soti nan yon sous vòltaj ak mete matche ak aktyèl la nan valè ki apwopriye a pou ke pwen ase yo te kolekte pandan faz nan chaje pou kalkil enèji serye.
Nan sik Stirling, PST MLC yo te chaje nan mòd sous vòltaj nan yon valè inisyal jaden elektrik (inisyal vòltaj Vi > 0), yon aktyèl konfòmite vle pou etap la chaje pran alantou 1 s (ak pwen ase yo rasanble pou yon kalkil serye nan). enèji a) ak tanperati frèt. Nan sik Stirling, PST MLC yo te chaje nan mòd sous vòltaj nan yon valè inisyal jaden elektrik (inisyal vòltaj Vi > 0), yon aktyèl konfòmite vle pou etap la chaje pran alantou 1 s (ak pwen ase yo rasanble pou yon kalkil serye nan). enèji a) ak tanperati frèt. В циклах Стирлинга PST MLC заряжались в режиме источника напряжения при начальном заряжались источника напряжения при начальном зальном знались (начальное напряжение Vi > 0), желаемом податливом токе, так что этап зарядки занимает окол зарядки занимает окол податливом токе ное количество точек для надежного расчета энергия) и холодная температура. Nan sik Stirling PST MLC yo, yo te chaje nan mòd sous vòltaj la nan valè inisyal jaden elektrik la (vòltaj inisyal Vi > 0), aktyèl la sede vle, se konsa ke etap nan chaje pran apeprè 1 s (ak yon kantite ase. nan pwen yo kolekte 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）压源模式下以初始电场值（初始电压Vi > 0）压源模式下以初始电场值（初始电压Vi > 0）压源模式林循环中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, PST MLC a chaje nan valè inisyal jaden elektrik (inisyal vòltaj Vi > 0) nan mòd sous vòltaj la, se konsa ke aktyèl la konfòmite obligatwa pran apeprè 1 segonn pou etap la chaje (epi nou kolekte ase pwen yo) fyab kalkile (enèji) ak tanperati ki ba. В цикле Стирлинга PST MLC заряжается в режиме источника напряжения с начальным 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) и низкие температуры . Nan sik la Stirling, PST MLC a chaje nan mòd sous vòltaj la ak yon valè inisyal nan jaden elektrik la (vòltaj inisyal Vi > 0), aktyèl la konfòmite obligatwa se konsa ke etap la chaje pran apeprè 1 s (ak yon nimewo ase. nan pwen yo kolekte pou kalkile fyab enèji a) ak tanperati ki ba.Anvan PST MLC a chofe, louvri kous la lè w aplike yon aktyèl matche I = 0 mA (kouran an matche minimòm ki sous mezi nou an ka okipe se 10 nA). Kòm yon rezilta, yon chaj rete nan PST nan MJK a, ak vòltaj la ogmante kòm echantiyon an chofe. Pa gen enèji kolekte nan bra BC paske I = 0 mA. Apre yo rive nan yon tanperati ki wo, vòltaj la nan MLT FT a ogmante (nan kèk ka plis pase 30 fwa, gade adisyonèl fig. 7.2), MLK FT a egzeyate (V = 0), ak enèji elektrik ki estoke nan yo pou menm bagay la. jan yo dwe premye chaj la. Se menm korespondans aktyèl la retounen nan sous mèt la. Akòz genyen vòltaj, enèji ki estoke nan tanperati ki wo pi wo pase sa ki te bay nan kòmansman sik la. Kontinwe, enèji yo jwenn pa konvèti chalè nan elektrisite.
Nou te itilize yon Keithley 2410 SourceMeter pou kontwole vòltaj la ak aktyèl aplike nan PST MLC la. Enèji ki koresponn lan kalkile lè w entegre pwodwi vòltaj ak aktyèl li pa mèt sous Keithley a, \ (E = {\int }_{0}^{\tau }{I}_({\rm {meas))}\ agoch(t\adwat){V}_{{\rm{mezi}}}(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, ak valè negatif yo vle di enèji nou ekstrè nan men yo, kidonk enèji nou resevwa. Pouvwa relatif la pou yon sik koleksyon yo detèmine lè w divize enèji kolekte pa peryòd τ tout sik la.
Tout done yo prezante nan tèks prensipal la oswa nan enfòmasyon adisyonèl. Lèt ak demann pou materyèl yo ta dwe dirije nan sous done AT oswa ED yo bay ak atik sa a.
Ando Junior, OH, Maran, ALO & Henao, NC Yon revizyon sou devlopman ak aplikasyon mikwo jeneratè tèrmoelektrik pou rekòlte enèji. Ando Junior, OH, Maran, ALO & Henao, NC Yon revizyon sou devlopman ak aplikasyon mikwo jeneratè tèrmoelektrik pou rekòlte enèji.Ando Junior, Ohio, Maran, ALO ak Henao, NC Apèsi sou devlopman ak aplikasyon mikwo jeneratè tèrmoelektrik 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 mikwo jeneratè tèrmoelektrik pou rekòlte enèji.rezime. sipò. Enèji Rev 91, 376–393 (2018).
Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Materyèl fotovoltaik: efikasite prezan ak defi nan lavni. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Materyèl fotovoltaik: efikasite prezan 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. Konjonksyon efè piro-piezoelectric pou pwòp tèt ou-powered similtane tanperati ak presyon deteksyon. Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Konjonksyon efè piro-piezoelectric pou pwòp tèt ou-powered similtane tanperati ak presyon deteksyon.Song K., Zhao R., Wang ZL ak Yan Yu. Konbine efè pyropiezoelectric pou mezi otonòm similtane nan 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 pwòp tèt ou alimante an menm tan ak tanperati ak presyon.Song K., Zhao R., Wang ZL ak Yan Yu. Konbine efè thermopiezoelectric pou mezi otonòm similtane nan tanperati ak presyon.Pi devan. alma mater 31, 1902831 (2019).
Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Rekòlte enèji ki baze sou sik piroelektrik Ericsson nan yon seramik feroelektrik relaxer. Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Rekòlte enèji ki baze sou sik piroelektrik Ericsson nan yon seramik feroelektrik relaxer.Sebald G., Prouvost S. ak Guyomar D. Rekòlte enèji ki baze sou sik Ericsson piroelektrik nan seramik ferroelectric relaxor.Sebald G., Prouvost S. ak Guyomar D. Enèji rekòlte nan seramik ferroelectric relaxor ki baze sou Ericsson pyroelectric monte bisiklèt. Smart Alma Mater. estrikti. 17, 15012 (2007).
Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Pwochen jenerasyon materyèl elektwokalorik ak piroelektrik pou entèkonvèsyon enèji elektwotèmik solid-eta. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Pwochen jenerasyon materyèl elektwokalorik ak piroelektrik pou entèkonvèsyon enèji elektwotèmik solid-eta. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Электрокалорические и пироэлектрические материалы слелого слелого пироэлектрические го преобразования твердотельной электротермической энергии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Pwochen jenerasyon materyèl elektwokalorik ak piroelektrik 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. & Whatmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Электрокалорические и пироэлектрические материалы слелого слелого пироэлектрические го преобразования твердотельной электротермической энергии. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Pwochen jenerasyon materyèl elektwokalorik ak piroelektrik pou entèkonvèsyon enèji elektwotèmik eta solid.Jwèt Lady Bull. 39, 1099–1109 (2014).
Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Creole ak figi-of-merit pou quantifier pèfòmans nan nanogenerators piroelektrik. Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Creole ak figi-of-merit pou quantifier pèfòmans nan nanogenerators piroelektrik.Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL ak Yang, Yu. Yon nòt estanda ak bon jan kalite pou quantifier pèfòmans nan nanogenerators piroelektrik. 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 quantifier pèfòmans yon nanogenerator piroelektrik.Nano Energy 55, 534–540 (2019).
Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Sik refwadisman elektwokalorik nan plon scandium tantalate ak rejenerasyon vre atravè varyasyon jaden. Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Sik refwadisman elektwokalorik nan plon scandium tantalate ak rejenerasyon vre atravè varyasyon jaden.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. ak Mathur, ND Sik refwadisman elektwokalorik nan tantalat plon-skandyòm ak rejenerasyon vre pa mwayen modifikasyon jaden. 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 scandyòm-plon pou rejenerasyon vre atravè ranvèse jaden.fizik Rev. X 9, 41002 (2019).
Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Materyèl kalorik tou pre tranzisyon faz feroik. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Materyèl kalorik tou pre tranzisyon faz feroik.Moya, X., Kar-Narayan, S. ak Mathur, ND Materyèl kalorik tou pre tranzisyon faz ferroid. 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 tou pre metaliji fèr.Moya, X., Kar-Narayan, S. ak Mathur, ND Materyèl tèmik tou pre tranzisyon faz fè.Nat. alma mater 13, 439–450 (2014).
Moya, X. & Mathur, ND Materyèl kalorik pou refwadisman ak chofaj. Moya, X. & Mathur, ND Materyèl kalorik 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. & 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. Electrocaloric chillers: a review. 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. Electrothermal glasyè: yon revizyon.Avanse. elektwonik. alma matyè. 8. 2101031 (2022).
Nuchokgwe, Y. et al. Enorme efikasite enèji nan materyèl elektwokalorik nan trè òdone scandium-scandium-plon. Kominikasyon nasyonal la. 12, 3298 (2021).
Nair, B. et al. Efè elektwotèmik kondansateur multikouch oksid se gwo sou yon seri tanperati lajè. Nature 575, 468–472 (2019).
Torello, A. et al. Gwo ranje tanperati nan rejenerateur elektwotèmik. Syans 370, 125–129 (2020).
Wang, Y. et al. Segondè pèfòmans eta solid sistèm refwadisman elektwotèmik. Syans 370, 129–133 (2020).
Meng, Y. et al. Cascade aparèy refwadisman elektwotèmik pou gwo ogmantasyon tanperati. National Energy 5, 996–1002 (2020).
Olsen, RB & Brown, DD Segondè efikasite konvèsyon dirèk chalè nan mezi piroelektrik ki gen rapò ak enèji elektrik. Olsen, RB & Brown, DD Segondè efikasite konvèsyon dirèk chalè nan mezi piroelektrik ki gen rapò ak enèji elektrik.Olsen, RB ak Brown, DD Trè efikas konvèsyon dirèk chalè nan enèji elektrik ki asosye ak 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 & Brown, DDOlsen, RB ak Brown, DD Konvèsyon dirèk efikas chalè nan elektrisite ki asosye ak mezi piroelektrik.Ferroelectrics 40, 17-27 (1982).
Pandya, S. et al. Enèji ak dansite pouvwa nan fim feroelektrik relaxor mens. Alma Mater nasyonal. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0059-8 (2018).
Smith, AN & Hanrahan, BM Cascaded pyroelectric konvèsyon: optimize tranzisyon an faz ferroelectric ak pèt elektrik. Smith, AN & Hanrahan, BM Cascaded pyroelectric konvèsyon: optimize tranzisyon an faz ferroelectric ak pèt elektrik.Smith, AN ak Hanrahan, BM Cascaded pyroelectric konvèsyon: tranzisyon faz feroelektrik 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 & Hanrahan, BMSmith, AN ak Hanrahan, BM Cascaded pyroelectric konvèsyon: optimize tranzisyon faz ferroelectric ak pèt elektrik.J. Aplikasyon. fizik. 128, 24103 (2020).
Hoch, SR Itilizasyon materyèl feroelektrik pou konvèti enèji tèmik an elektrisite. pwosesis. IEEE 51, 838–845 (1963).
Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & Dullea, J. Cascaded pyroelectric energy converter. Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & Dullea, J. Cascaded pyroelectric energy converter.Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM ak 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 ak Dullea, J. Cascaded pyroelectric power converters.Ferroelectrics 59, 205-219 (1984).
Shebanov, L. & Borman, K. Sou plon-skandyòm tantalate solisyon solid ak efè elektwokalori segondè. Shebanov, L. & Borman, K. Sou plon-skandyòm tantalate solisyon solid ak efè elektwokalori segondè.Shebanov L. ak Borman K. Sou solisyon solid nan tantalat plon-skandyòm ak yon efè elektwokalori segondè. 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. ak Borman K. Sou scandium-plon-scandium solisyon solid ak yon efè elektwokalori segondè.Ferroelectrics 127, 143-148 (1992).
Nou remèsye N. Furusawa, Y. Inoue, ak K. Honda pou èd yo nan kreye MLC la. PL, AT, YN, AA, JL, UP, VK, OB ak ED Mèsi a Luxembourg National Research Foundation (FNR) pou sipòte 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 Materyèl ak Teknoloji, Luxembourg Institute of Technology (LIS), Belvoir, Luxembourg