Η προσφορά βιώσιμων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας είναι μια από τις σημαντικότερες προκλήσεις αυτού του αιώνα. Οι ερευνητικοί τομείς στα υλικά συλλογής ενέργειας πηγάζουν από αυτό το κίνητρο, συμπεριλαμβανομένων των θερμοηλεκτρικών1, φωτοβολταϊκών2 και θερμοφωτοβολταϊκών3. Αν και δεν έχουμε υλικά και συσκευές ικανές να συλλέγουν ενέργεια στο εύρος Joule, τα πυροηλεκτρικά υλικά που μπορούν να μετατρέψουν την ηλεκτρική ενέργεια σε περιοδικές αλλαγές θερμοκρασίας θεωρούνται αισθητήρες4 και θεριστές ενέργειας5,6,7. Εδώ έχουμε αναπτύξει έναν μακροσκοπικό συλλέκτη θερμικής ενέργειας με τη μορφή ενός πολυστρωματικού πυκνωτή κατασκευασμένο από 42 γραμμάρια τανταλικού σκανδίου μολύβδου, που παράγει 11,2 J ηλεκτρικής ενέργειας ανά θερμοδυναμικό κύκλο. Κάθε πυροηλεκτρική μονάδα μπορεί να παράγει πυκνότητα ηλεκτρικής ενέργειας έως και 4,43 J cm-3 ανά κύκλο. Δείχνουμε επίσης ότι δύο τέτοιες μονάδες βάρους 0,3 g είναι αρκετές για να τροφοδοτούν συνεχώς αυτόνομους θεριστές ενέργειας με ενσωματωμένους μικροελεγκτές και αισθητήρες θερμοκρασίας. Τέλος, δείχνουμε ότι για ένα εύρος θερμοκρασίας 10 K, αυτοί οι πολυστρωματικοί πυκνωτές μπορούν να φτάσουν το 40% απόδοση Carnot. Αυτές οι ιδιότητες οφείλονται σε (1) αλλαγή σιδηροηλεκτρικής φάσης για υψηλή απόδοση, (2) χαμηλό ρεύμα διαρροής για την αποφυγή απωλειών και (3) υψηλή τάση διάσπασης. Αυτοί οι μακροσκοπικοί, επεκτάσιμοι και αποδοτικοί μηχανές συγκομιδής πυροηλεκτρικής ενέργειας επαναλαμβάνουν την παραγωγή θερμοηλεκτρικής ενέργειας.
Σε σύγκριση με την κλίση της χωρικής θερμοκρασίας που απαιτείται για τα θερμοηλεκτρικά υλικά, η συλλογή ενέργειας των θερμοηλεκτρικών υλικών απαιτεί κύκλους θερμοκρασίας με την πάροδο του χρόνου. Αυτό σημαίνει έναν θερμοδυναμικό κύκλο, ο οποίος περιγράφεται καλύτερα από το διάγραμμα εντροπίας (S)-θερμοκρασίας (T). Το Σχήμα 1α δείχνει μια τυπική γραφική παράσταση ST ενός μη γραμμικού πυροηλεκτρικού υλικού (NLP) που επιδεικνύει μια μετάβαση φάσης σιδηροηλεκτρικού-παραηλεκτρικού πεδίου σε τανταλικό μόλυβδο σκανδίου (PST). Τα μπλε και τα πράσινα τμήματα του κύκλου στο διάγραμμα ST αντιστοιχούν στη μετατρεπόμενη ηλεκτρική ενέργεια στον κύκλο Olson (δύο ισοθερμικές και δύο ισοπολικές τομές). Εδώ θεωρούμε δύο κύκλους με την ίδια αλλαγή ηλεκτρικού πεδίου (πεδίο ενεργοποίηση και απενεργοποίηση) και αλλαγή θερμοκρασίας ΔT, αν και με διαφορετικές αρχικές θερμοκρασίες. Ο πράσινος κύκλος δεν βρίσκεται στην περιοχή μετάβασης φάσης και επομένως έχει πολύ μικρότερη περιοχή από τον μπλε κύκλο που βρίσκεται στην περιοχή μετάβασης φάσης. Στο διάγραμμα ST, όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή, τόσο μεγαλύτερη είναι η συλλεγόμενη ενέργεια. Επομένως, η μετάβαση φάσης πρέπει να συγκεντρώσει περισσότερη ενέργεια. Η ανάγκη για κυκλοποίηση μεγάλης περιοχής στο NLP είναι πολύ παρόμοια με την ανάγκη για ηλεκτροθερμικές εφαρμογές9, 10, 11, 12 όπου οι πυκνωτές πολλαπλών στρωμάτων PST (MLCs) και τα τριπολυμερή που βασίζονται σε PVDF έχουν πρόσφατα δείξει εξαιρετική αντίστροφη απόδοση. κατάσταση απόδοσης ψύξης στον κύκλο 13,14,15,16. Ως εκ τούτου, έχουμε εντοπίσει PST MLCs ενδιαφέροντος για τη συλλογή θερμικής ενέργειας. Αυτά τα δείγματα έχουν περιγραφεί πλήρως στις μεθόδους και χαρακτηρίζονται στις συμπληρωματικές σημειώσεις 1 (ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης), 2 (διάθλαση ακτίνων Χ) και 3 (θερμιδομετρία).
α, Σκίτσο μιας γραφικής παράστασης εντροπίας (S)-θερμοκρασίας (T) με ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ηλεκτρικού πεδίου που εφαρμόζεται σε υλικά NLP που δείχνουν μεταβάσεις φάσης. Δύο κύκλοι συλλογής ενέργειας εμφανίζονται σε δύο διαφορετικές ζώνες θερμοκρασίας. Ο μπλε και ο πράσινος κύκλος εμφανίζονται εντός και εκτός της μετάβασης φάσης, αντίστοιχα, και τελειώνουν σε πολύ διαφορετικές περιοχές της επιφάνειας. β, δύο μονοπολικοί δακτύλιοι DE PST MLC, πάχους 1 mm, μετρημένοι μεταξύ 0 και 155 kV cm-1 στους 20 °C και 90 °C, αντίστοιχα, και τους αντίστοιχους κύκλους Olsen. Τα γράμματα ABCD αναφέρονται σε διαφορετικές καταστάσεις στον κύκλο Olson. ΑΒ: Τα MLC φορτώθηκαν σε 155 kV cm-1 στους 20°C. BC: Το MLC διατηρήθηκε στα 155 kV cm-1 και η θερμοκρασία αυξήθηκε στους 90 °C. CD: Το MLC εκκενώνεται στους 90°C. DA: MLC ψύχθηκε στους 20°C σε μηδενικό πεδίο. Η μπλε περιοχή αντιστοιχεί στην ισχύ εισόδου που απαιτείται για την έναρξη του κύκλου. Η πορτοκαλί περιοχή είναι η ενέργεια που συλλέγεται σε έναν κύκλο. c, επάνω πίνακας, τάση (μαύρο) και ρεύμα (κόκκινο) σε σχέση με το χρόνο, παρακολουθούνται κατά τη διάρκεια του ίδιου κύκλου Olson με το b. Τα δύο ένθετα αντιπροσωπεύουν την ενίσχυση της τάσης και του ρεύματος σε βασικά σημεία του κύκλου. Στο κάτω πλαίσιο, οι κίτρινες και πράσινες καμπύλες αντιπροσωπεύουν τις αντίστοιχες καμπύλες θερμοκρασίας και ενέργειας, αντίστοιχα, για MLC πάχους 1 mm. Η ενέργεια υπολογίζεται από τις καμπύλες ρεύματος και τάσης στον επάνω πίνακα. Η αρνητική ενέργεια αντιστοιχεί στη συλλεγόμενη ενέργεια. Τα βήματα που αντιστοιχούν στα κεφαλαία γράμματα στα τέσσερα σχήματα είναι τα ίδια με αυτά του κύκλου Olson. Ο κύκλος AB'CD αντιστοιχεί στον κύκλο Stirling (πρόσθετη σημείωση 7).
όπου E και D είναι το ηλεκτρικό πεδίο και το ηλεκτρικό πεδίο μετατόπισης, αντίστοιχα. Το Nd μπορεί να ληφθεί έμμεσα από το κύκλωμα DE (Εικ. 1β) ή απευθείας ξεκινώντας έναν θερμοδυναμικό κύκλο. Οι πιο χρήσιμες μέθοδοι περιγράφηκαν από τον Olsen στην πρωτοποριακή εργασία του για τη συλλογή πυροηλεκτρικής ενέργειας τη δεκαετία του 198017.
Στο σχ. Το 1b δείχνει δύο μονοπολικούς βρόχους DE δειγμάτων PST-MLC πάχους 1 mm που συναρμολογούνται στους 20 °C και 90 °C, αντίστοιχα, σε μια περιοχή από 0 έως 155 kV cm-1 (600 V). Αυτοί οι δύο κύκλοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έμμεσο υπολογισμό της ενέργειας που συλλέγεται από τον κύκλο Olson που φαίνεται στο Σχήμα 1α. Στην πραγματικότητα, ο κύκλος Olsen αποτελείται από δύο κλάδους ισοπεδίου (εδώ, μηδενικό πεδίο στον κλάδο DA και 155 kV cm-1 στον κλάδο BC) και δύο ισοθερμικούς κλάδους (εδώ, 20°С και 20°С στον κλάδο AB) . C στον κλάδο του CD) Η ενέργεια που συλλέγεται κατά τη διάρκεια του κύκλου αντιστοιχεί στις πορτοκαλί και μπλε περιοχές (ολοκλήρωμα EdD). Η συλλεγόμενη ενέργεια Nd είναι η διαφορά μεταξύ της ενέργειας εισόδου και εξόδου, δηλαδή μόνο η πορτοκαλί περιοχή στο σχ. 1β. Αυτός ο συγκεκριμένος κύκλος Olson δίνει μια πυκνότητα ενέργειας Nd 1,78 J cm-3. Ο κύκλος Stirling είναι εναλλακτικός του κύκλου Olson (Συμπληρωματική Σημείωση 7). Επειδή το στάδιο σταθερής φόρτισης (ανοικτό κύκλωμα) επιτυγχάνεται πιο εύκολα, η ενεργειακή πυκνότητα που εξάγεται από το Σχ. 1β (κύκλος AB'CD) φτάνει τα 1,25 J cm-3. Αυτό είναι μόνο το 70% του τι μπορεί να συλλέξει ο κύκλος Olson, αλλά ο απλός εξοπλισμός συγκομιδής το κάνει.
Επιπλέον, μετρήσαμε απευθείας την ενέργεια που συλλέχθηκε κατά τη διάρκεια του κύκλου Olson ενεργοποιώντας το PST MLC χρησιμοποιώντας ένα στάδιο ελέγχου θερμοκρασίας Linkam και έναν μετρητή πηγής (μέθοδος). Το Σχήμα 1c στο επάνω μέρος και στα αντίστοιχα ένθετα δείχνει το ρεύμα (κόκκινο) και την τάση (μαύρο) που συλλέγονται στο ίδιο PST MLC πάχους 1 mm όπως για τον βρόχο DE που διέρχεται από τον ίδιο κύκλο Olson. Το ρεύμα και η τάση καθιστούν δυνατό τον υπολογισμό της συλλεγόμενης ενέργειας και οι καμπύλες φαίνονται στο σχ. 1c, κάτω (πράσινο) και θερμοκρασία (κίτρινο) σε όλο τον κύκλο. Τα γράμματα ABCD αντιπροσωπεύουν τον ίδιο κύκλο Olson στην Εικ. 1. Η φόρτιση MLC λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια του σκέλους AB και πραγματοποιείται σε χαμηλό ρεύμα (200 µA), έτσι ώστε το SourceMeter να μπορεί να ελέγχει σωστά τη φόρτιση. Συνέπεια αυτού του σταθερού αρχικού ρεύματος είναι ότι η καμπύλη τάσης (μαύρη καμπύλη) δεν είναι γραμμική λόγω του μη γραμμικού πεδίου μετατόπισης δυναμικού D PST (Εικ. 1γ, άνω εισαγωγή). Στο τέλος της φόρτισης, 30 mJ ηλεκτρικής ενέργειας αποθηκεύονται στο MLC (σημείο Β). Στη συνέχεια, το MLC θερμαίνεται και παράγεται ένα αρνητικό ρεύμα (και επομένως ένα αρνητικό ρεύμα) ενώ η τάση παραμένει στα 600 V. Μετά από 40 δευτερόλεπτα, όταν η θερμοκρασία έφτασε σε οροπέδιο 90 °C, αυτό το ρεύμα αντισταθμίστηκε, αν και το δείγμα του βήματος παρήγαγε στο κύκλωμα ηλεκτρική ισχύ 35 mJ κατά τη διάρκεια αυτού του ισοπεδίου (δεύτερη εισαγωγή στο Σχ. 1γ, πάνω). Στη συνέχεια, η τάση στο MLC (διακλάδωση CD) μειώνεται, με αποτέλεσμα επιπλέον 60 mJ ηλεκτρικής εργασίας. Η συνολική ενέργεια εξόδου είναι 95 mJ. Η συλλεγόμενη ενέργεια είναι η διαφορά μεταξύ της ενέργειας εισόδου και εξόδου, η οποία δίνει 95 – 30 = 65 mJ. Αυτό αντιστοιχεί σε ενεργειακή πυκνότητα 1,84 J cm-3, η οποία είναι πολύ κοντά στο Nd που εξάγεται από τον δακτύλιο DE. Η αναπαραγωγιμότητα αυτού του κύκλου Olson έχει δοκιμαστεί εκτενώς (Συμπληρωματική Σημείωση 4). Αυξάνοντας περαιτέρω την τάση και τη θερμοκρασία, πετύχαμε 4,43 J cm-3 χρησιμοποιώντας κύκλους Olsen σε PST MLC πάχους 0,5 mm σε ένα εύρος θερμοκρασιών 750 V (195 kV cm-1) και 175 °C (Συμπληρωματική Σημείωση 5). Αυτή είναι τέσσερις φορές μεγαλύτερη από την καλύτερη απόδοση που αναφέρεται στη βιβλιογραφία για άμεσους κύκλους Olson και ελήφθη σε λεπτές μεμβράνες Pb(Mg,Nb)O3-PbTiO3 (PMN-PT) (1,06 J cm-3)18 (cm. Συμπληρωματικό Πίνακας 1 για περισσότερες τιμές στη βιβλιογραφία). Αυτή η απόδοση έχει επιτευχθεί λόγω του πολύ χαμηλού ρεύματος διαρροής αυτών των MLC (<10−7 A στα 750 V και 180 °C, βλέπε λεπτομέρειες στη Συμπληρωματική Σημείωση 6)—ένα κρίσιμο σημείο που αναφέρεται από τους Smith et al.19—αντίθετα στα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν σε προηγούμενες μελέτες17,20. Αυτή η απόδοση έχει επιτευχθεί λόγω του πολύ χαμηλού ρεύματος διαρροής αυτών των MLC (<10−7 A στα 750 V και 180 °C, βλέπε λεπτομέρειες στη Συμπληρωματική Σημείωση 6)—ένα κρίσιμο σημείο που αναφέρεται από τους Smith et al.19—αντίθετα στα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν σε προηγούμενες μελέτες17,20. Эти характеристики были достигнуты благодаря очень низкому току утечки этих MLC (<10–7 Α σε 750 Β και 180 °C, σ. υποστήριξή σε πλήρη συμπλήρωση 6) — κρίτιμη στιγμή, ύποπμянуты. 19 — в отличие от к материјалалам, использованным в более ранних исследованиях17,20. Αυτά τα χαρακτηριστικά επιτεύχθηκαν λόγω του πολύ χαμηλού ρεύματος διαρροής αυτών των MLC (<10–7 A στα 750 V και 180 °C, βλέπε Συμπληρωματική Σημείωση 6 για λεπτομέρειες) – ένα κρίσιμο σημείο που αναφέρεται από τους Smith et al. 19 – σε αντίθεση με τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν σε παλαιότερες μελέτες17,20.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 俆有补充说明6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 补兎 诡 兎 诡）））） — 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 相比乸乸下 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，德相比之下之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. 19 — для сравнения, были достигнуты эти характеристики. Δεδομένου ότι το ρεύμα διαρροής αυτών των MLC είναι πολύ χαμηλό (<10–7 A στα 750 V και 180 °C, βλέπε Συμπληρωματική Σημείωση 6 για λεπτομέρειες) – ένα βασικό σημείο που αναφέρθηκε από τους Smith et al. 19 – για σύγκριση, αυτές οι επιδόσεις επιτεύχθηκαν.σε υλικά που χρησιμοποιήθηκαν σε προηγούμενες μελέτες 17,20.
Οι ίδιες συνθήκες (600 V, 20–90 °C) ισχύουν για τον κύκλο Stirling (Συμπληρωματική σημείωση 7). Όπως αναμενόταν από τα αποτελέσματα του κύκλου DE, η απόδοση ήταν 41,0 mJ. Ένα από τα πιο εντυπωσιακά χαρακτηριστικά των κύκλων Stirling είναι η ικανότητά τους να ενισχύουν την αρχική τάση μέσω του θερμοηλεκτρικού φαινομένου. Παρατηρήσαμε κέρδος τάσης έως και 39 (από αρχική τάση 15 V σε τελική τάση έως 590 V, βλέπε Συμπληρωματικό Σχ. 7.2).
Ένα άλλο χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτών των MLC είναι ότι είναι μακροσκοπικά αντικείμενα αρκετά μεγάλα ώστε να συλλέγουν ενέργεια στην περιοχή joule. Επομένως, κατασκευάσαμε έναν πρωτότυπο μηχανισμό συγκομιδής (HARV1) χρησιμοποιώντας 28 MLC PST πάχους 1 mm, ακολουθώντας τον ίδιο σχεδιασμό παράλληλης πλάκας που περιγράφεται από τους Torello et al.14, σε μια μήτρα 7×4 όπως φαίνεται στο Σχ. Το διηλεκτρικό ρευστό που μεταφέρει θερμότητα στο η πολλαπλή μετατοπίζεται από μια περισταλτική αντλία μεταξύ δύο δεξαμενών όπου η θερμοκρασία του υγρού διατηρείται σταθερή (μέθοδος). Συλλέξτε έως και 3,1 J χρησιμοποιώντας τον κύκλο Olson που περιγράφεται στην εικ. 2a, ισοθερμικές περιοχές στους 10°C και 125°C και περιοχές ισοπεδίου στα 0 και 750 V (195 kV cm-1). Αυτό αντιστοιχεί σε ενεργειακή πυκνότητα 3,14 J cm-3. Χρησιμοποιώντας αυτόν τον συνδυασμό, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις υπό διάφορες συνθήκες (Εικ. 2β). Σημειώστε ότι λήφθηκε 1,8 J σε μια περιοχή θερμοκρασίας 80 °C και μια τάση 600 V (155 kV cm-1). Αυτό είναι σε καλή συμφωνία με τα προαναφερθέντα 65 mJ για PST MLC πάχους 1 mm υπό τις ίδιες συνθήκες (28 × 65 = 1820 mJ).
α, Πειραματική ρύθμιση ενός συναρμολογημένου πρωτοτύπου HARV1 που βασίζεται σε 28 MLC PST πάχους 1 mm (4 σειρές × 7 στήλες) που εκτελούνται σε κύκλους Olson. Για καθένα από τα τέσσερα βήματα του κύκλου, η θερμοκρασία και η τάση παρέχονται στο πρωτότυπο. Ο υπολογιστής κινεί μια περισταλτική αντλία που κυκλοφορεί ένα διηλεκτρικό υγρό μεταξύ της ψυχρής και της θερμής δεξαμενής, δύο βαλβίδων και μιας πηγής ισχύος. Ο υπολογιστής χρησιμοποιεί επίσης θερμοστοιχεία για τη συλλογή δεδομένων σχετικά με την τάση και το ρεύμα που παρέχεται στο πρωτότυπο και τη θερμοκρασία του συνδυασμού από το τροφοδοτικό. β, Ενέργεια (χρώμα) που συλλέγεται από το πρωτότυπο 4×7 MLC μας σε σχέση με το εύρος θερμοκρασίας (άξονας Χ) και την τάση (άξονας Υ) σε διαφορετικά πειράματα.
Μια μεγαλύτερη έκδοση του θεριστικού μηχανήματος (HARV2) με 60 PST MLC πάχους 1 mm και 160 PST MLC πάχους 0,5 mm (41,7 g ενεργού πυροηλεκτρικού υλικού) έδωσε 11,2 J (Συμπληρωματική Σημείωση 8). Το 1984, ο Olsen κατασκεύασε έναν συλλέκτη ενέργειας με βάση 317 g μιας ένωσης Pb(Zr,Ti)O3 με πρόσμειξη κασσίτερου ικανή να παράγει 6,23 J ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμοκρασία περίπου 150 °C (αναφ. 21). Για αυτόν τον συνδυασμό, αυτή είναι η μόνη άλλη διαθέσιμη τιμή στην περιοχή joule. Πήρε λίγο περισσότερο από το μισό της αξίας που πετύχαμε και σχεδόν επταπλάσια ποιότητα. Αυτό σημαίνει ότι η ενεργειακή πυκνότητα του HARV2 είναι 13 φορές μεγαλύτερη.
Η περίοδος κύκλου HARV1 είναι 57 δευτερόλεπτα. Αυτό παρήγαγε ισχύ 54 mW με 4 σειρές 7 στηλών των σετ MLC πάχους 1 mm. Για να το πάμε ένα βήμα παραπέρα, κατασκευάσαμε έναν τρίτο συνδυασμό (HARV3) με PST MLC πάχους 0,5 mm και παρόμοια ρύθμιση με το HARV1 και το HARV2 (Συμπληρωματική Σημείωση 9). Μετρήσαμε χρόνο θερμοποίησης 12,5 δευτερολέπτων. Αυτό αντιστοιχεί σε χρόνο κύκλου 25 s (Συμπληρωματικό Σχ. 9). Η συλλεγόμενη ενέργεια (47 mJ) δίνει ηλεκτρική ισχύ 1,95 mW ανά MLC, η οποία με τη σειρά της μας επιτρέπει να φανταστούμε ότι το HARV2 παράγει 0,55 W (περίπου 1,95 mW × 280 PST MLC πάχους 0,5 mm). Επιπλέον, προσομοιώσαμε τη μεταφορά θερμότητας χρησιμοποιώντας την Προσομοίωση Πεπερασμένων Στοιχείων (COMSOL, Συμπληρωματική Σημείωση 10 και Συμπληρωματικοί Πίνακες 2–4) που αντιστοιχεί στα πειράματα HARV1. Η μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων κατέστησε δυνατή την πρόβλεψη τιμών ισχύος σχεδόν μια τάξη μεγέθους υψηλότερη (430 mW) για τον ίδιο αριθμό στηλών PST αραιώνοντας το MLC στα 0,2 mm, χρησιμοποιώντας νερό ως ψυκτικό και επαναφέροντας τη μήτρα σε 7 σειρές . × 4 στήλες (επιπλέον των , υπήρχαν 960 mW όταν η δεξαμενή ήταν δίπλα στον κομπίνα, Συμπληρωματικό Σχ. 10β).
Για να αποδειχθεί η χρησιμότητα αυτού του συλλέκτη, εφαρμόστηκε ένας κύκλος Stirling σε μια αυτόνομη συσκευή επίδειξης που αποτελείται από μόνο δύο PST MLC πάχους 0,5 mm ως συλλέκτες θερμότητας, έναν διακόπτη υψηλής τάσης, έναν διακόπτη χαμηλής τάσης με πυκνωτή αποθήκευσης, έναν μετατροπέα DC/DC , μικροελεγκτής χαμηλής ισχύος, δύο θερμοστοιχεία και μετατροπέας ενίσχυσης (Συμπληρωματική Σημείωση 11). Το κύκλωμα απαιτεί ο πυκνωτής αποθήκευσης να φορτίζεται αρχικά στα 9V και στη συνέχεια να λειτουργεί αυτόνομα ενώ η θερμοκρασία των δύο MLC κυμαίνεται από -5°C έως 85°C, εδώ σε κύκλους των 160 s (πολλοί κύκλοι φαίνονται στη Συμπληρωματική Σημείωση 11) . Αξιοσημείωτο είναι ότι δύο MLC με βάρος μόνο 0,3 g μπορούν να ελέγχουν αυτόνομα αυτό το μεγάλο σύστημα. Ένα άλλο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό είναι ότι ο μετατροπέας χαμηλής τάσης είναι ικανός να μετατρέψει 400V σε 10-15V με απόδοση 79% (Συμπληρωματική Σημείωση 11 και Συμπληρωματικό Σχήμα 11.3).
Τέλος, αξιολογήσαμε την αποτελεσματικότητα αυτών των μονάδων MLC στη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο συντελεστής ποιότητας η της απόδοσης ορίζεται ως ο λόγος της πυκνότητας της συλλεγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας Nd προς την πυκνότητα της παρεχόμενης θερμότητας Qin (Συμπληρωματική σημείωση 12):
Τα σχήματα 3a,b δείχνουν την απόδοση η και την αναλογική απόδοση ηr του κύκλου Olsen, αντίστοιχα, ως συνάρτηση του εύρους θερμοκρασίας ενός PST MLC πάχους 0,5 mm. Και τα δύο σύνολα δεδομένων δίνονται για ηλεκτρικό πεδίο 195 kV cm-1. Η απόδοση \(\this\) φτάνει το 1,43%, που ισοδυναμεί με 18% του ηr. Ωστόσο, για ένα εύρος θερμοκρασίας 10 K από 25 °C έως 35 °C, το ηr φτάνει σε τιμές έως και 40% (μπλε καμπύλη στο Σχ. 3β). Αυτή είναι διπλάσια από τη γνωστή τιμή για τα υλικά NLP που καταγράφονται σε φιλμ PMN-PT (ηr = 19%) στο εύρος θερμοκρασίας 10 K και 300 kV cm-1 (Αναφ. 18). Εύρος θερμοκρασίας κάτω από 10 Κ δεν λήφθηκαν υπόψη επειδή η θερμική υστέρηση του PST MLC είναι μεταξύ 5 και 8 Κ. Η αναγνώριση της θετικής επίδρασης των μεταπτώσεων φάσης στην απόδοση είναι κρίσιμη. Στην πραγματικότητα, οι βέλτιστες τιμές των η και ηr λαμβάνονται σχεδόν όλες στην αρχική θερμοκρασία Ti = 25°C στα Σχ. 3α,β. Αυτό οφείλεται σε μια στενή μετάβαση φάσης όταν δεν εφαρμόζεται πεδίο και η θερμοκρασία Curie TC είναι περίπου 20 °C σε αυτά τα MLC (Συμπληρωματική σημείωση 13).
a,b, η απόδοση η και η αναλογική απόδοση του κύκλου Olson (a)\({\eta }_{{\rm{r}}}=\eta /{\eta}_{{\rm{Carnot} } για το μέγιστο ηλεκτρικό κατά πεδίο 195 kV cm-1 και διαφορετικές αρχικές θερμοκρασίες Ti, }}\,\)(b) για το MPC PST πάχους 0,5 mm, ανάλογα με το διάστημα θερμοκρασίας ΔTspan.
Η τελευταία παρατήρηση έχει δύο σημαντικές συνέπειες: (1) κάθε αποτελεσματικός κύκλος πρέπει να ξεκινά σε θερμοκρασίες πάνω από το TC για να συμβεί μια μετάβαση φάσης που προκαλείται από το πεδίο (από παραηλεκτρικό σε σιδηροηλεκτρικό). (2) αυτά τα υλικά είναι πιο αποτελεσματικά σε χρόνους λειτουργίας κοντά στο TC. Αν και στα πειράματά μας παρουσιάζονται αποδόσεις μεγάλης κλίμακας, το περιορισμένο εύρος θερμοκρασίας δεν μας επιτρέπει να επιτύχουμε μεγάλες απόλυτες αποδόσεις λόγω του ορίου Carnot (\(\Delta T/T\)). Ωστόσο, η εξαιρετική απόδοση που επιδεικνύεται από αυτά τα PST MLC δικαιολογεί τον Olsen όταν αναφέρει ότι «ένας ιδανικός αναγεννητικός θερμοηλεκτρικός κινητήρας κατηγορίας 20 που λειτουργεί σε θερμοκρασίες μεταξύ 50 °C και 250 °C μπορεί να έχει απόδοση 30%»17. Για να επιτευχθούν αυτές οι τιμές και να δοκιμαστεί η ιδέα, θα ήταν χρήσιμο να χρησιμοποιηθούν ντοπαρισμένα PST με διαφορετικά TC, όπως μελετήθηκαν από τους Shebanov και Borman. Έδειξαν ότι η TC στο PST μπορεί να ποικίλλει από 3°C (ντόπινγκ Sb) έως 33°C (ντόπινγκ Ti) 22 . Επομένως, υποθέτουμε ότι οι πυροηλεκτρικοί αναγεννητές επόμενης γενιάς που βασίζονται σε ντοπαρισμένα PST MLC ή άλλα υλικά με ισχυρή μετάβαση φάσης πρώτης τάξης μπορούν να ανταγωνιστούν τους καλύτερους μηχανισμούς συγκομιδής ισχύος.
Σε αυτή τη μελέτη, διερευνήσαμε MLCs που παράγονται από PST. Αυτές οι συσκευές αποτελούνται από μια σειρά ηλεκτροδίων Pt και PST, όπου πολλοί πυκνωτές συνδέονται παράλληλα. Το PST επιλέχθηκε επειδή είναι ένα εξαιρετικό υλικό EC και επομένως ένα δυνητικά εξαιρετικό υλικό NLP. Παρουσιάζει μια απότομη πρώτης τάξης μετάβαση φάσης σιδηροηλεκτρικού-παραηλεκτρικού περίπου στους 20 °C, υποδεικνύοντας ότι οι αλλαγές εντροπίας του είναι παρόμοιες με αυτές που φαίνονται στο Σχ. 1. Παρόμοια MLC έχουν περιγραφεί πλήρως για συσκευές EC13,14. Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε MLC 10,4 × 7,2 × 1 mm³ και 10,4 × 7,2 × 0,5 mm³. Τα MLC με πάχος 1 mm και 0,5 mm κατασκευάστηκαν από 19 και 9 στρώματα PST με πάχος 38,6 μm, αντίστοιχα. Και στις δύο περιπτώσεις, το εσωτερικό στρώμα PST τοποθετήθηκε μεταξύ ηλεκτροδίων πλατίνας πάχους 2,05 μm. Ο σχεδιασμός αυτών των MLC προϋποθέτει ότι το 55% των PST είναι ενεργά, που αντιστοιχεί στο τμήμα μεταξύ των ηλεκτροδίων (Συμπληρωματική Σημείωση 1). Η περιοχή του ενεργού ηλεκτροδίου ήταν 48,7 mm2 (Συμπληρωματικός Πίνακας 5). Το MLC PST παρασκευάστηκε με αντίδραση στερεάς φάσης και μέθοδο χύτευσης. Οι λεπτομέρειες της διαδικασίας προετοιμασίας έχουν περιγραφεί σε προηγούμενο άρθρο14. Μία από τις διαφορές μεταξύ του PST MLC και του προηγούμενου άρθρου είναι η σειρά των θέσεων Β, η οποία επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την απόδοση του EC στο PST. Η σειρά των θέσεων Β του PST MLC είναι 0,75 (Συμπληρωματική Σημείωση 2) ​​που λαμβάνεται με πυροσυσσωμάτωση στους 1400°C ακολουθούμενη από ανόπτηση διάρκειας εκατοντάδων ωρών στους 1000°C. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το PST MLC, δείτε τις Συμπληρωματικές Σημειώσεις 1-3 και τον Συμπληρωματικό Πίνακα 5.
Η κύρια ιδέα αυτής της μελέτης βασίζεται στον κύκλο Olson (Εικ. 1). Για έναν τέτοιο κύκλο, χρειαζόμαστε μια ζεστή και κρύα δεξαμενή και ένα τροφοδοτικό ικανό να παρακολουθεί και να ελέγχει την τάση και το ρεύμα στις διάφορες μονάδες MLC. Αυτοί οι άμεσοι κύκλοι χρησιμοποιούσαν δύο διαφορετικές διαμορφώσεις, συγκεκριμένα (1) μονάδες Linkam για θέρμανση και ψύξη, ένα MLC συνδεδεμένο σε μια πηγή ισχύος Keithley 2410 και (2) τρία πρωτότυπα (HARV1, HARV2 και HARV3) παράλληλα με την ίδια πηγή ενέργειας. Στην τελευταία περίπτωση, ένα διηλεκτρικό ρευστό (έλαιο σιλικόνης με ιξώδες 5 cP στους 25°C, που αγοράστηκε από τη Sigma Aldrich) χρησιμοποιήθηκε για ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ των δύο δεξαμενών (ζεστό και κρύο) και του MLC. Η θερμική δεξαμενή αποτελείται από ένα γυάλινο δοχείο γεμάτο με διηλεκτρικό υγρό και τοποθετημένο στην κορυφή της θερμικής πλάκας. Η ψυκτική αποθήκευση αποτελείται από ένα λουτρό νερού με σωλήνες υγρού που περιέχουν διηλεκτρικό υγρό σε ένα μεγάλο πλαστικό δοχείο γεμάτο με νερό και πάγο. Δύο βαλβίδες τσιμπήματος τριών κατευθύνσεων (αγορασμένες από την Bio-Chem Fluidics) τοποθετήθηκαν σε κάθε άκρο του συνδυασμού για τη σωστή εναλλαγή του υγρού από τη μια δεξαμενή στην άλλη (Εικόνα 2α). Για να εξασφαλιστεί η θερμική ισορροπία μεταξύ της συσκευασίας PST-MLC και του ψυκτικού υγρού, η περίοδος κύκλου παρατάθηκε έως ότου τα θερμοστοιχεία εισόδου και εξόδου (όσο το δυνατόν πιο κοντά στη συσκευασία PST-MLC) έδειξαν την ίδια θερμοκρασία. Το σενάριο Python διαχειρίζεται και συγχρονίζει όλα τα όργανα (μετρητές πηγής, αντλίες, βαλβίδες και θερμοστοιχεία) για να εκτελέσει τον σωστό κύκλο Olson, δηλαδή ο βρόχος ψυκτικού υγρού αρχίζει να περιστρέφεται στη στοίβα PST μετά τη φόρτιση του μετρητή πηγής, ώστε να θερμαίνονται στην επιθυμητή εφαρμοζόμενη τάση για δεδομένο κύκλο Olson.
Εναλλακτικά, έχουμε επιβεβαιώσει αυτές τις άμεσες μετρήσεις της συλλεγόμενης ενέργειας με έμμεσες μεθόδους. Αυτές οι έμμεσες μέθοδοι βασίζονται στην ηλεκτρική μετατόπιση (D) - βρόχους πεδίου ηλεκτρικού πεδίου (E) που συλλέγονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες και υπολογίζοντας την περιοχή μεταξύ δύο βρόχων DE, μπορεί κανείς να εκτιμήσει με ακρίβεια πόση ενέργεια μπορεί να συλλεχθεί, όπως φαίνεται στο σχήμα . στο σχήμα 2. .1β. Αυτοί οι βρόχοι DE συλλέγονται επίσης χρησιμοποιώντας μετρητές πηγής Keithley.
Είκοσι οκτώ PST MLC πάχους 1 mm συναρμολογήθηκαν σε μια δομή παράλληλης πλάκας 4 σειρών 7 στηλών σύμφωνα με το σχέδιο που περιγράφεται στην αναφορά. 14. Το διάκενο υγρού μεταξύ των σειρών PST-MLC είναι 0,75 mm. Αυτό επιτυγχάνεται με την προσθήκη λωρίδων ταινίας διπλής όψεως ως υγρών αποστατών γύρω από τις άκρες του PST MLC. Το PST MLC συνδέεται ηλεκτρικά παράλληλα με μια ασημί εποξειδική γέφυρα σε επαφή με τα καλώδια του ηλεκτροδίου. Μετά από αυτό, τα καλώδια κολλήθηκαν με εποξική ρητίνη αργύρου σε κάθε πλευρά των ακροδεκτών του ηλεκτροδίου για σύνδεση με το τροφοδοτικό. Τέλος, εισάγετε ολόκληρη τη δομή στον εύκαμπτο σωλήνα πολυολεφίνης. Το τελευταίο είναι κολλημένο στο σωλήνα υγρού για να εξασφαλιστεί η σωστή στεγανοποίηση. Τέλος, ενσωματώθηκαν θερμοστοιχεία τύπου Κ πάχους 0,25 mm σε κάθε άκρο της δομής PST-MLC για την παρακολούθηση των θερμοκρασιών εισόδου και εξόδου του υγρού. Για να γίνει αυτό, ο εύκαμπτος σωλήνας πρέπει πρώτα να είναι διάτρητος. Μετά την εγκατάσταση του θερμοστοιχείου, εφαρμόστε την ίδια κόλλα όπως πριν μεταξύ του εύκαμπτου σωλήνα του θερμοστοιχείου και του σύρματος για να αποκαταστήσετε τη στεγανοποίηση.
Κατασκευάστηκαν οκτώ ξεχωριστά πρωτότυπα, τέσσερα από τα οποία είχαν 40 MLC PST πάχους 0,5 mm κατανεμημένα ως παράλληλες πλάκες με 5 στήλες και 8 σειρές, και τα υπόλοιπα τέσσερα είχαν 15 MLC PST πάχους 1 mm το καθένα. σε δομή παράλληλης πλάκας 3 στηλών × 5 σειρών. Ο συνολικός αριθμός PST MLC που χρησιμοποιήθηκε ήταν 220 (160 πάχους 0,5 mm και 60 PST MLC πάχους 1 mm). Ονομάζουμε αυτές τις δύο υπομονάδες HARV2_160 και HARV2_60. Το κενό υγρού στο πρωτότυπο HARV2_160 αποτελείται από δύο ταινίες διπλής όψης πάχους 0,25 mm με ένα σύρμα πάχους 0,25 mm μεταξύ τους. Για το πρωτότυπο HARV2_60, επαναλάβαμε την ίδια διαδικασία, αλλά χρησιμοποιώντας σύρμα πάχους 0,38 mm. Για συμμετρία, τα HARV2_160 και HARV2_60 έχουν τα δικά τους κυκλώματα υγρού, αντλίες, βαλβίδες και ψυχρή πλευρά (Συμπληρωματική Σημείωση 8). Δύο μονάδες HARV2 μοιράζονται μια δεξαμενή θερμότητας, ένα δοχείο 3 λίτρων (30 cm x 20 cm x 5 cm) σε δύο θερμές πλάκες με περιστρεφόμενους μαγνήτες. Και τα οκτώ μεμονωμένα πρωτότυπα συνδέονται ηλεκτρικά παράλληλα. Οι υπομονάδες HARV2_160 και HARV2_60 λειτουργούν ταυτόχρονα στον κύκλο Olson με αποτέλεσμα τη συγκομιδή ενέργειας 11,2 J.
Τοποθετήστε το PST MLC πάχους 0,5 mm σε σωλήνα πολυολεφίνης με ταινία διπλής όψης και σύρμα και στις δύο πλευρές για να δημιουργήσετε χώρο για τη ροή του υγρού. Λόγω του μικρού του μεγέθους, το πρωτότυπο τοποθετήθηκε δίπλα σε μια ζεστή ή κρύα βαλβίδα δεξαμενής, ελαχιστοποιώντας τους χρόνους κύκλου.
Στο PST MLC, εφαρμόζεται σταθερό ηλεκτρικό πεδίο με την εφαρμογή σταθερής τάσης στον κλάδο θέρμανσης. Ως αποτέλεσμα, παράγεται αρνητικό θερμικό ρεύμα και αποθηκεύεται ενέργεια. Μετά τη θέρμανση του PST MLC, το πεδίο αφαιρείται (V = 0) και η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε αυτό επιστρέφει πίσω στον μετρητή πηγής, που αντιστοιχεί σε μία ακόμη συνεισφορά της συλλεγόμενης ενέργειας. Τέλος, με εφαρμογή τάσης V = 0, τα MLC PST ψύχονται στην αρχική τους θερμοκρασία, ώστε ο κύκλος να μπορεί να ξεκινήσει ξανά. Σε αυτό το στάδιο, η ενέργεια δεν συλλέγεται. Εκτελέσαμε τον κύκλο Olsen χρησιμοποιώντας ένα Keithley 2410 SourceMeter, φορτίζοντας το PST MLC από μια πηγή τάσης και ρυθμίζοντας την τρέχουσα αντιστοίχιση στην κατάλληλη τιμή, έτσι ώστε να συγκεντρωθούν αρκετοί πόντοι κατά τη φάση φόρτισης για αξιόπιστους υπολογισμούς ενέργειας.
Στους κύκλους Stirling, τα PST MLC φορτίζονταν σε λειτουργία πηγής τάσης σε μια αρχική τιμή ηλεκτρικού πεδίου (αρχική τάση Vi > 0), ένα επιθυμητό ρεύμα συμμόρφωσης έτσι ώστε το βήμα φόρτισης να διαρκεί περίπου 1 δευτερόλεπτο (και να συγκεντρώνονται αρκετοί πόντοι για έναν αξιόπιστο υπολογισμό του την ενέργεια) και την ψυχρή θερμοκρασία. Στους κύκλους Stirling, τα PST MLC φορτίζονταν σε λειτουργία πηγής τάσης σε μια αρχική τιμή ηλεκτρικού πεδίου (αρχική τάση Vi > 0), ένα επιθυμητό ρεύμα συμμόρφωσης έτσι ώστε το βήμα φόρτισης να διαρκεί περίπου 1 δευτερόλεπτο (και να συγκεντρώνονται αρκετοί πόντοι για έναν αξιόπιστο υπολογισμό του την ενέργεια) και την ψυχρή θερμοκρασία. В циклах Стирлинга PST MLC заряжались в режиме источника напряжения при начальном значении электрического поля (начальное напряжение Vi > 0), желаемом податливом токе, так что этапично зарядки (начальное напряжение). чек для надежного расчета энергия) и холодная температура. Στους κύκλους Stirling PST MLC, φορτίστηκαν στη λειτουργία πηγής τάσης στην αρχική τιμή του ηλεκτρικού πεδίου (αρχική τάση Vi > 0), το επιθυμητό ρεύμα απόδοσης, έτσι ώστε το στάδιο φόρτισης να διαρκεί περίπου 1 δευτερόλεπτο (και επαρκής αριθμός των πόντων συλλέγονται για έναν αξιόπιστο υπολογισμό ενέργειας) και ψυχρή θερμοκρασία.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）充模式下以初始电场值（初始电恡遺始电恡通弉充遺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. Στον κύριο κύκλο, το PST MLC φορτίζεται στην αρχική τιμή ηλεκτρικού πεδίου (αρχική τάση Vi > 0) στη λειτουργία πηγής τάσης, έτσι ώστε το απαιτούμενο ρεύμα συμμόρφωσης να διαρκεί περίπου 1 δευτερόλεπτο για το βήμα φόρτισης (και συγκεντρώσαμε αρκετούς πόντους για να αξιόπιστα υπολογισμό (ενέργεια) και χαμηλή θερμοκρασία. В цикле Стирлинга PST MLC заряжается в режиме источника напряжения со начальным значением электрического поля (начальное напряжение Vi > 0), требуемый ток податливости таков, что этапие со т.е , чтобы надежно рассчитать энергию) και χαμηλή θερμοκρασία . Στον κύκλο Stirling, το PST MLC φορτίζεται στη λειτουργία πηγής τάσης με μια αρχική τιμή του ηλεκτρικού πεδίου (αρχική τάση Vi > 0), το απαιτούμενο ρεύμα συμμόρφωσης είναι τέτοιο ώστε το στάδιο φόρτισης να διαρκεί περίπου 1 δευτερόλεπτο (και επαρκής αριθμός των πόντων συλλέγονται για τον αξιόπιστο υπολογισμό της ενέργειας) και χαμηλές θερμοκρασίες .Πριν θερμανθεί το PST MLC, ανοίξτε το κύκλωμα εφαρμόζοντας αντίστοιχο ρεύμα I = 0 mA (το ελάχιστο ρεύμα προσαρμογής που μπορεί να χειριστεί η πηγή μέτρησής μας είναι 10 nA). Ως αποτέλεσμα, ένα φορτίο παραμένει στο PST του MJK και η τάση αυξάνεται καθώς το δείγμα θερμαίνεται. Δεν συλλέγεται ενέργεια στον βραχίονα BC επειδή I = 0 mA. Αφού φτάσει σε υψηλή θερμοκρασία, η τάση στο MLT FT αυξάνεται (σε ​​ορισμένες περιπτώσεις περισσότερες από 30 φορές, βλέπε πρόσθετο σχ. 7.2), το MLK FT αποφορτίζεται (V = 0) και αποθηκεύεται σε αυτά ηλεκτρική ενέργεια για το ίδιο καθώς είναι η αρχική χρέωση. Η ίδια τρέχουσα αντιστοιχία επιστρέφεται στην πηγή του μετρητή. Λόγω του κέρδους τάσης, η αποθηκευμένη ενέργεια σε υψηλή θερμοκρασία είναι υψηλότερη από αυτή που παρέχεται στην αρχή του κύκλου. Κατά συνέπεια, η ενέργεια λαμβάνεται μετατρέποντας τη θερμότητα σε ηλεκτρική.
Χρησιμοποιήσαμε ένα Keithley 2410 SourceMeter για να παρακολουθήσουμε την τάση και το ρεύμα που εφαρμόζεται στο PST MLC. Η αντίστοιχη ενέργεια υπολογίζεται ενσωματώνοντας το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος που διαβάζεται από τον μετρητή πηγής του Keithley, \ (E = {\int }_{0}^{\tau }{I}_({\rm {meas))}\ αριστερά(t\ δεξιά){V}_{{\rm{meas}}}(t)\), όπου τ είναι η περίοδος της περιόδου. Στην ενεργειακή μας καμπύλη, οι τιμές θετικής ενέργειας σημαίνουν την ενέργεια που πρέπει να δώσουμε στο MLC PST και οι αρνητικές τιμές σημαίνουν την ενέργεια που εξάγουμε από αυτά και επομένως την ενέργεια που λαμβάνεται. Η σχετική ισχύς για έναν δεδομένο κύκλο συλλογής προσδιορίζεται διαιρώντας τη συλλεγόμενη ενέργεια με την περίοδο τ ολόκληρου του κύκλου.
Όλα τα δεδομένα παρουσιάζονται στο κύριο κείμενο ή σε πρόσθετες πληροφορίες. Οι επιστολές και τα αιτήματα για υλικό θα πρέπει να απευθύνονται στην πηγή των δεδομένων AT ή ED που παρέχονται με αυτό το άρθρο.
Ando Junior, OH, Maran, ALO & Henao, NC Μια ανασκόπηση της ανάπτυξης και των εφαρμογών των θερμοηλεκτρικών μικρογεννητριών για τη συλλογή ενέργειας. Ando Junior, OH, Maran, ALO & Henao, NC Μια ανασκόπηση της ανάπτυξης και των εφαρμογών των θερμοηλεκτρικών μικρογεννητριών για τη συλλογή ενέργειας.Ando Junior, Ohio, Maran, ALO και Henao, NC Επισκόπηση της ανάπτυξης και της εφαρμογής θερμοηλεκτρικών μικρογεννητριών για τη συλλογή ενέργειας. 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, NCΟι Ando Junior, Ohio, Maran, ALO και Henao, NC εξετάζουν την ανάπτυξη και την εφαρμογή θερμοηλεκτρικών μικρογεννητριών για τη συλλογή ενέργειας.περίληψη. υποστήριξη. Energy Rev. 91, 376–393 (2018).
Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Φωτοβολταϊκά υλικά: σημερινές αποδόσεις και μελλοντικές προκλήσεις. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Φωτοβολταϊκά υλικά: σημερινές αποδόσεις και μελλοντικές προκλήσεις.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. and Sinke, VK Photovoltaic υλικά: τρέχουσες επιδόσεις και μελλοντικές προκλήσεις. 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 Solar Materials: τρέχουσα απόδοση και μελλοντικές προκλήσεις.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. and Sinke, VK Photovoltaic υλικά: τρέχουσες επιδόσεις και μελλοντικές προκλήσεις.Science 352, aad4424 (2016).
Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Συνδυασμένο πυρο-πιεζοηλεκτρικό εφέ για αυτοτροφοδοτούμενη ταυτόχρονη ανίχνευση θερμοκρασίας και πίεσης. Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Συνδυαστικό πυροπιεζοηλεκτρικό εφέ για αυτοτροφοδοτούμενη ταυτόχρονη ανίχνευση θερμοκρασίας και πίεσης.Song K., Zhao R., Wang ZL και Yan Yu. Συνδυασμένο πυροπιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα για αυτόνομη ταυτόχρονη μέτρηση θερμοκρασίας και πίεσης. 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. Για αυτοτροφοδότηση ταυτόχρονα με θερμοκρασία και πίεση.Song K., Zhao R., Wang ZL και Yan Yu. Συνδυασμένο θερμοπιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα για αυτόνομη ταυτόχρονη μέτρηση θερμοκρασίας και πίεσης.Προς τα εμπρός. alma mater 31, 1902831 (2019).
Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Συγκομιδή ενέργειας με βάση πυροηλεκτρικούς κύκλους Ericsson σε ένα χαλαρωτικό σιδηροηλεκτρικό κεραμικό. Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Συγκομιδή ενέργειας με βάση πυροηλεκτρικούς κύκλους Ericsson σε ένα χαλαρωτικό σιδηροηλεκτρικό κεραμικό.Sebald G., Prouvost S. και Guyomar D. Συγκομιδή ενέργειας με βάση πυροηλεκτρικούς κύκλους Ericsson σε σιδηροηλεκτρικά κεραμικά χαλάρωσης.Sebald G., Prouvost S. και Guyomar D. Συγκομιδή ενέργειας σε σιδηροηλεκτρικά κεραμικά χαλάρωσης με βάση την πυροηλεκτρική ανακύκλωση Ericsson. Έξυπνο alma mater. δομή. 17, 15012 (2007).
Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Ηλεκτροθερμιδικά και πυροηλεκτρικά υλικά επόμενης γενιάς για αλληλομετατροπή ηλεκτροθερμικής ενέργειας στερεάς κατάστασης. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Ηλεκτροθερμιδικά και πυροηλεκτρικά υλικά επόμενης γενιάς για αλληλομετατροπή ηλεκτροθερμικής ενέργειας στερεάς κατάστασης. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Ηλεκτροθερμιδικά και πυροηλεκτρικά υλικά επόμενης γενιάς για αλληλομετατροπή ηλεκτροθερμικής ενέργειας στερεάς κατάστασης. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Ηλεκτροθερμιδικά και πυροηλεκτρικά υλικά επόμενης γενιάς για αλληλομετατροπή ηλεκτροθερμικής ενέργειας στερεάς κατάστασης.Lady Bull. 39, 1099–1109 (2014).
Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Πρότυπο και αξιοσημείωτο για την ποσοτικοποίηση της απόδοσης των πυροηλεκτρικών νανογεννητριών. Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Πρότυπο και αξιοσημείωτο για την ποσοτικοποίηση της απόδοσης των πυροηλεκτρικών νανογεννητριών.Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL and Yang, Yu. Μια τυπική και ποιοτική βαθμολογία για την ποσοτικοποίηση της απόδοσης των πυροηλεκτρικών νανογεννητριών. 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 and Yang, Yu. Κριτήρια και μέτρα απόδοσης για την ποσοτικοποίηση της απόδοσης μιας πυροηλεκτρικής νανογεννήτριας.Nano Energy 55, 534–540 (2019).
Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Ηλεκτροθερμιδικοί κύκλοι ψύξης σε τανταλικό σκάνδιο μολύβδου με πραγματική αναγέννηση μέσω μεταβολής πεδίου. Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Ηλεκτροθερμιδικοί κύκλοι ψύξης σε τανταλικό σκάνδιο μολύβδου με πραγματική αναγέννηση μέσω μεταβολής πεδίου.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. and Mathur, ND Ηλεκτροθερμιδικοί κύκλοι ψύξης σε τανταλικό μόλυβδο-σκάνδιο με πραγματική αναγέννηση μέσω τροποποίησης πεδίου. 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真正 Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND. Ταντάλιο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. and Mathur, ND Ένας ηλεκτροθερμικός κύκλος ψύξης από τανταλικό σκάνδιο-μόλυβδος για πραγματική αναγέννηση μέσω αντιστροφής πεδίου.physics Αναθ. Χ 9, 41002 (2019).
Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Θερμιδικά υλικά κοντά σε μεταβάσεις σιδηροϊκής φάσης. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Θερμιδικά υλικά κοντά σε μεταβάσεις σιδηροϊκής φάσης.Moya, X., Kar-Narayan, S. and Mathur, ND Θερμιδικά υλικά κοντά σε μεταβάσεις φάσης σιδηροειδούς. 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 Θερμικά υλικά κοντά στη σιδηρούχα μεταλλουργία.Moya, X., Kar-Narayan, S. and Mathur, ND Θερμικά υλικά κοντά σε μεταβάσεις φάσης σιδήρου.Nat. alma mater 13, 439–450 (2014).
Moya, X. & Mathur, ND Θερμιδικά υλικά για ψύξη και θέρμανση. Moya, X. & Mathur, ND Θερμιδικά υλικά για ψύξη και θέρμανση.Moya, X. and Mathur, ND Θερμικά υλικά για ψύξη και θέρμανση. Moya, X. & Mathur, ND 用于冷却和加热的热量材料。 Moya, X. & Mathur, ND Θερμικά υλικά για ψύξη και θέρμανση.Moya X. και Mathur ND Θερμικά υλικά για ψύξη και θέρμανση.Science 370, 797–803 (2020).
Torelló, A. & Defay, E. Electrocaloric coolers: a review. Torelló, A. & Defay, E. Electrocaloric coolers: a review.Torello, A. and 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. and Defay, E. Electrothermal coolers: a review.Προχωρημένος. ηλεκτρονικός. alma mater. 8. 2101031 (2022).
Nuchokgwe, Υ. et αϊ. Τεράστια ενεργειακή απόδοση ηλεκτροθερμιδικού υλικού σε υψηλής παραγγελίας σκάνδιο-σκάνδιο-μόλυβδος. Εθνικό επικοινωνούν. 12, 3298 (2021).
Nair, Β. et αϊ. Η ηλεκτροθερμική επίδραση των πολυστρωματικών πυκνωτών οξειδίου είναι μεγάλη σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Nature 575, 468–472 (2019).
Torello, Α. et al. Τεράστιο εύρος θερμοκρασίας σε ηλεκτροθερμικούς αναγεννητές. Science 370, 125–129 (2020).
Wang, Υ. et αϊ. Ηλεκτροθερμικό σύστημα ψύξης στερεάς κατάστασης υψηλής απόδοσης. Science 370, 129–133 (2020).
Meng, Υ. et αϊ. Συσκευή ηλεκτροθερμικής ψύξης Cascade για μεγάλη αύξηση θερμοκρασίας. National Energy 5, 996–1002 (2020).
Olsen, RB & Brown, DD Υψηλής απόδοσης Άμεση μετατροπή θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια που σχετίζονται με πυροηλεκτρικές μετρήσεις. Olsen, RB & Brown, DD Άμεση μετατροπή θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια πυροηλεκτρικές μετρήσεις υψηλής απόδοσης.Olsen, RB και Brown, DD Εξαιρετικά αποδοτική άμεση μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια που σχετίζεται με πυροηλεκτρικές μετρήσεις. 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 και Brown, DD Αποτελεσματική άμεση μετατροπή θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια που σχετίζεται με πυροηλεκτρικές μετρήσεις.Ferroelectrics 40, 17–27 (1982).
Pandya, S. et al. Ενέργεια και πυκνότητα ισχύος σε λεπτά χαλαρωτικά σιδηροηλεκτρικά φιλμ. Εθνικό Alma Mater. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0059-8 (2018).
Smith, AN & Hanrahan, BM Cascaded pyroelectric conversion: βελτιστοποίηση της μετάβασης σιδηροηλεκτρικής φάσης και ηλεκτρικών απωλειών. Smith, AN & Hanrahan, BM Cascaded pyroelectric conversion: βελτιστοποίηση της μετάβασης σιδηροηλεκτρικής φάσης και ηλεκτρικών απωλειών.Smith, AN and Hanrahan, BM Cascaded pyroelectric conversion: σιδηροηλεκτρική μετάβαση φάσης και βελτιστοποίηση ηλεκτρικών απωλειών. 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 and Hanrahan, BM Cascaded pyroelectric conversion: βελτιστοποίηση σιδηροηλεκτρικών μεταπτώσεων φάσης και ηλεκτρικών απωλειών.J. Εφαρμογή. φυσική. 128, 24103 (2020).
Hoch, SR Η χρήση σιδηροηλεκτρικών υλικών για τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική. διαδικασία. IEEE 51, 838-845 (1963).
Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & Dullea, J. Μετατροπέας πυροηλεκτρικής ενέργειας Cascaded. Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & Dullea, J. Μετατροπέας πυροηλεκτρικής ενέργειας Cascaded.Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM and 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。Μετατροπείς πυροηλεκτρικής ισχύος Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM and Dullea, J. Cascaded.Ferroelectrics 59, 205–219 (1984).
Shebanov, L. & Borman, K. Σε στερεά διαλύματα μολύβδου-τανταλικού σκανδίου με υψηλή ηλεκτροθερμιδική επίδραση. Shebanov, L. & Borman, K. Σε στερεά διαλύματα μολύβδου-τανταλικού σκανδίου με υψηλή ηλεκτροθερμιδική επίδραση.Shebanov L. and Borman K. Σε στερεά διαλύματα τανταλικού μολύβδου-σκανδίου με υψηλή ηλεκτροθερμιδική δράση. 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. and Borman K. Σε στερεά διαλύματα σκανδίου-μόλυβδου-σκανδίου με υψηλή ηλεκτροθερμιδική επίδραση.Ferroelectrics 127, 143–148 (1992).
Ευχαριστούμε τους N. Furusawa, Y. Inoue και K. Honda για τη βοήθειά τους στη δημιουργία του MLC. PL, AT, YN, AA, JL, UP, VK, OB και ED Ευχαριστούμε το Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών του Λουξεμβούργου (FNR) για την υποστήριξη αυτής της εργασίας μέσω του CAMELHEAT C17/MS/11703691/Defay, MASSENA PRIDE/15/10935404/Defay- Siebentritt, THERMODIMAT C20/MS/14718071/Defay και BRIDGES2021/MS/16282302/CECOHA/Defay.
Τμήμα Έρευνας και Τεχνολογίας Υλικών, Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Λουξεμβούργου (LIST), Belvoir, Λουξεμβούργο