Η προσφορά βιώσιμων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας είναι μία 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. Παρόλο που δεν έχουμε υλικά και συσκευές ικανές να συλλέγουν ενέργεια στην περιοχή Joule, οι πυροηλεκτρικοί αισθητήρες4 και οι συλλέκτες ενέργειας5,6,7 θεωρούνται πυροηλεκτρικά υλικά που μπορούν να μετατρέψουν την ηλεκτρική ενέργεια σε περιοδικές αλλαγές θερμοκρασίας. Εδώ έχουμε αναπτύξει έναν μακροσκοπικό συλλέκτη θερμικής ενέργειας με τη μορφή πολυστρωματικού πυκνωτή κατασκευασμένου από 42 γραμμάρια τανταλικού μολύβδου-σκανδίου, που παράγει 11,2 J ηλεκτρικής ενέργειας ανά θερμοδυναμικό κύκλο. Κάθε πυροηλεκτρική μονάδα μπορεί να παράγει πυκνότητα ηλεκτρικής ενέργειας έως 4,43 J cm-3 ανά κύκλο. Δείχνουμε επίσης ότι δύο τέτοιες μονάδες βάρους 0,3 g είναι αρκετές για να τροφοδοτούν συνεχώς αυτόνομους συλλέκτες ενέργειας με ενσωματωμένους μικροελεγκτές και αισθητήρες θερμοκρασίας. Τέλος, δείχνουμε ότι για ένα εύρος θερμοκρασίας 10 K, αυτοί οι πολυστρωματικοί πυκνωτές μπορούν να φτάσουν σε απόδοση Carnot 40%. Αυτές οι ιδιότητες οφείλονται (1) στην αλλαγή φάσης του σιδηροηλεκτρικού συστήματος για υψηλή απόδοση, (2) στο χαμηλό ρεύμα διαρροής για την αποφυγή απωλειών και (3) στην υψηλή τάση διάσπασης. Αυτοί οι μακροσκοπικοί, κλιμακωτοί και αποδοτικοί πυροηλεκτρικοί συλλέκτες ενέργειας επαναπροσδιορίζουν την παραγωγή θερμοηλεκτρικής ενέργειας.
Σε σύγκριση με την χωρική θερμοκρασιακή κλίση που απαιτείται για τα θερμοηλεκτρικά υλικά, η συλλογή ενέργειας των θερμοηλεκτρικών υλικών απαιτεί θερμοκρασιακή εναλλαγή 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 ένα τυπικό διάγραμμα ST ενός μη γραμμικού πυροηλεκτρικού (NLP) υλικού που καταδεικνύει μια σιδηροηλεκτρική-παραηλεκτρική μετάβαση φάσης που προκαλείται από πεδίο σε τανταλικό σκάνδιο-μόλυβδο (PST). Τα μπλε και πράσινα τμήματα του κύκλου στο διάγραμμα ST αντιστοιχούν στην μετατρεπόμενη ηλεκτρική ενέργεια στον κύκλο Olson (δύο ισόθερμα και δύο ισόπολα τμήματα). Εδώ εξετάζουμε δύο κύκλους με την ίδια αλλαγή ηλεκτρικού πεδίου (πεδίο ενεργοποιημένο και απενεργοποιημένο) 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 συλλέγει περισσότερη ενέργεια. Η ανάγκη για κυκλική επεξεργασία μεγάλης επιφάνειας στην NLP είναι πολύ παρόμοια με την ανάγκη για ηλεκτροθερμικές εφαρμογές9, 10, 11, 12 όπου οι πολυστρωματικοί πυκνωτές PST (MLC) και τα τριπολυμερή με βάση το PVDF έχουν πρόσφατα δείξει εξαιρετική απόδοση αντίστροφης 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 έχουν χαρακτηριστεί στις συμπληρωματικές σημειώσεις 1 (ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης), 2 (περίθλαση ακτίνων Χ) και 3 (θερμιδομετρία).
α, Σχεδιάγραμμα εντροπίας (S)-θερμοκρασίας (T) με ηλεκτρικό πεδίο ενεργοποιημένο και απενεργοποιημένο σε υλικά NLP που δείχνουν μεταβάσεις φάσης. Δύο κύκλοι συλλογής ενέργειας εμφανίζονται σε δύο διαφορετικές ζώνες θερμοκρασίας. Οι μπλε και πράσινοι κύκλοι εμφανίζονται εντός και εκτός της μετάβασης φάσης, αντίστοιχα, και καταλήγουν 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 οι αντίστοιχοι κύκλοι Olsen. Τα γράμματα ABCD αναφέρονται σε διαφορετικές καταστάσεις στον κύκλο Olson. AB: Τα MLC φορτίστηκαν στα 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 εκφορτίζεται στους 90 °C. DA: Το 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 συλλέχθηκε σε έναν κύκλο. c, επάνω πλαίσιο, τάση (μαύρο) και ρεύμα (κόκκινο) ως προς τον χρόνο, που 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 μια MLC πάχους 1 mm. Η ενέργεια υπολογίζεται από τις καμπύλες ρεύματος και τάσης στο επάνω πλαίσιο. Η αρνητική ενέργεια αντιστοιχεί στην συλλεγόμενη ενέργεια. Τα βήματα που αντιστοιχούν στα κεφαλαία γράμματα στα τέσσερα σχήματα είναι τα ίδια όπως στον κύκλο 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 του εργασία για τη συλλογή πυροηλεκτρικής ενέργειας τη δεκαετία του 198017.
Στο σχήμα 1b φαίνονται δύο μονοπολικοί βρόχοι DE δειγμάτων PST-MLC πάχους 1 mm, συναρμολογημένα στους 20 °C και 90 °C, αντίστοιχα, σε ένα εύρος 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 1a. Στην πραγματικότητα, ο κύκλος Olsen αποτελείται από δύο ισοπεδιακούς κλάδους (εδώ, μηδενικό πεδίο στον κλάδο DA και 155 kV cm-1 στον κλάδο BC) και δύο ισόθερμους κλάδους (εδώ, 20°C και 20°C στον κλάδο AB). C στον κλάδο 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 σχήμα 1b. Αυτός ο συγκεκριμένος κύκλος Olson δίνει πυκνότητα ενέργειας Nd 1,78 J cm-3. Ο κύκλος Stirling είναι μια εναλλακτική λύση στον κύκλο Olson (Συμπληρωματική Σημείωση 7). Επειδή το στάδιο σταθερού φορτίου (ανοιχτό κύκλωμα) προσεγγίζεται πιο εύκολα, η πυκνότητα ενέργειας που εξάγεται από το Σχήμα 1b (κύκλος AB'CD) φτάνει τα 1,25 J cm-3. Αυτό είναι μόνο το 70% αυτού που μπορεί να συλλέξει ο κύκλος Olson, αλλά το κάνει απλός εξοπλισμός συλλογής.
Επιπλέον, μετρήσαμε απευθείας την ενέργεια που συλλέχθηκε κατά τη διάρκεια του κύκλου Olson ενεργοποιώντας το PST MLC χρησιμοποιώντας ένα στάδιο ελέγχου θερμοκρασίας Linkam και ένα μετρητή πηγής (μέθοδος). Το Σχήμα 1c στο επάνω μέρος και στα αντίστοιχα ένθετα δείχνει το ρεύμα (κόκκινο) και την τάση (μαύρο) που συλλέχθηκαν 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 σχήμα 1c, κάτω (πράσινο) και η θερμοκρασία (κίτρινο) καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου. Τα γράμματα ABCD αντιπροσωπεύουν τον ίδιο κύκλο Olson στο Σχήμα 1. Η φόρτιση MLC λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια του σκέλους AB και πραγματοποιείται με χαμηλό ρεύμα (200 µA), επομένως το SourceMeter μπορεί να ελέγχει σωστά τη φόρτιση. Η 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 (Σχήμα 1c, επάνω ένθετο). Στο τέλος της φόρτισης, 30 mJ ηλεκτρικής ενέργειας αποθηκεύονται στο MLC (σημείο Β). Στη συνέχεια, ο MLC θερμαίνεται και παράγεται αρνητικό ρεύμα (και επομένως αρνητικό ρεύμα) ενώ η τάση παραμένει στα 600 V. Μετά από 40 δευτερόλεπτα, όταν η θερμοκρασία έφτασε σε ένα οροπέδιο των 90 °C, αυτό το ρεύμα αντισταθμίστηκε, αν και το δείγμα βήματος παρήγαγε στο κύκλωμα ηλεκτρική ισχύ 35 mJ κατά τη διάρκεια αυτού του ισοπεδίου (δεύτερο ένθετο στο Σχήμα 1c, επάνω). Η τάση στον MLC (κλάδος CD) μειώνεται στη συνέχεια, με αποτέλεσμα επιπλέον 60 mJ ηλεκτρικού έργου. 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 πυκνότητα ενέργειας 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, επιτύχαμε 4,43 J cm-3 χρησιμοποιώντας κύκλους Olsen σε ένα PST MLC πάχους 0,5 mm σε εύρος θερμοκρασίας 750 V (195 kV cm-1) και 175 °C (Συμπληρωματική Σημείωση 5). Αυτή η απόδοση 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-1. Συμπληρωματικός 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 αναφέρθηκε από τους Smith et al.19 - σε αντίθεση με τα 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 αναφέρθηκε από τους Smith et al.19 - σε αντίθεση με τα 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, βλ. Συμπληρωματική Σημείωση 6 για λεπτομέρειες) – ένα κρίσιμο σημείο που αναφέρθηκε από τους Smith et al. 19 – σε αντίθεση με τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν σε προηγούμενες 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0料1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 说信息））））） — 等 人 19 提到 关键 关键 点 相比之下 相比之下 相比乸乸相比之下 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 繋之下相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下，已经达到了这种性能到早期研究中使用的材料17.20。 Поскольку ток утечки этих MLC очень низкий (<10–7 А при 750 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, βλ. Συμπληρωματική Σημείωση 6 για λεπτομέρειες) – ένα βασικό σημείο που αναφέρθηκε από τους Smith et al. 19 – για σύγκριση, επιτεύχθηκαν αυτές οι επιδόσεις.σε υλικά που χρησιμοποιήθηκαν σε προηγούμενες μελέτες 17,20.
Οι ίδιες συνθήκες (600 V, 20–90 °C) εφαρμόστηκαν στον 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, βλ. Συμπληρωματικό Σχήμα 7.2).
Ένα άλλο διακριτικό χαρακτηριστικό αυτών των MLC είναι ότι είναι μακροσκοπικά αντικείμενα αρκετά μεγάλα ώστε να συλλέγουν ενέργεια στην περιοχή των joule. Ως εκ τούτου, κατασκευάσαμε έναν πρωτότυπο συλλέκτη (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 Σχήμα 2. Το διηλεκτρικό ρευστό που μεταφέρει θερμότητα στην πολλαπλή μετατοπίζεται από μια περισταλτική αντλία μεταξύ δύο δεξαμενών όπου η θερμοκρασία του ρευστού διατηρείται σταθερή (μέθοδος). Συλλέξτε έως 3,1 J χρησιμοποιώντας τον κύκλο Olson που περιγράφεται στο σχήμα 2α, ισόθερμες 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, ελήφθησαν μετρήσεις υπό διάφορες συνθήκες (Σχήμα 2b). Σημειώστε ότι ελήφθησαν 1,8 J σε εύρος θερμοκρασίας 80 °C και τάση 600 V (155 kV cm-1). Αυτό συμφωνεί σε μεγάλο βαθμό με τα προαναφερθέντα 65 mJ για PST MLC πάχους 1 mm υπό τις ίδιες συνθήκες (28 × 65 = 1820 mJ).
α, Πειραματική διάταξη ενός συναρμολογημένου πρωτοτύπου HARV1 βασισμένου σε 28 MLC PSTs πάχους 1 mm (4 σειρές × 7 στήλες) που λειτουργούν με κύκλους Olson. Για κάθε ένα 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 των ψυχρών και θερμών δεξαμενών, δύο βαλβίδων και μιας πηγής ισχύος. Ο υπολογιστής χρησιμοποιεί επίσης θερμοστοιχεία για τη συλλογή δεδομένων σχετικά με την τάση και το ρεύμα που παρέχονται στο πρωτότυπο και τη θερμοκρασία του θεριζοαλωνιστικού από την παροχή ρεύματος. 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 συλλέκτη (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 βασισμένο σε 317 g μιας ένωσης Pb(Zr,Ti)O3 με πρόσμιξη κασσιτέρου, ικανής να παράγει 6,23 J ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμοκρασία περίπου 150 °C (αναφ. 21). Για αυτόν τον θεριζοαλωνιστικό, αυτή είναι η μόνη άλλη τιμή που είναι διαθέσιμη στην περιοχή των joule. Πήρε λίγο πάνω από τη μισή τιμή που επιτύχαμε και σχεδόν επτά φορές την ποιότητα. Αυτό σημαίνει ότι η ενεργειακή πυκνότητα του HARV2 είναι 13 φορές υψηλότερη.
Η περίοδος κύκλου HARV1 είναι 57 δευτερόλεπτα. Αυτό παρήγαγε 54 mW ισχύος με 4 σειρές 7 στηλών σετ MLC πάχους 1 mm. Για να προχωρήσουμε ένα βήμα παραπέρα, κατασκευάσαμε έναν τρίτο συνδυασμό (HARV3) με MLC PST πάχους 0,5 mm και παρόμοια διάταξη με τα HARV1 και HARV2 (Συμπληρωματική Σημείωση 9). Μετρήσαμε χρόνο θερμικής επεξεργασίας 12,5 δευτερολέπτων. Αυτό αντιστοιχεί σε χρόνο κύκλου 25 s (Συμπληρωματικό Σχήμα 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 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 μιας τάξης μεγέθους υψηλότερων (430 mW) για τον ίδιο αριθμό στηλών PST, αραιώνοντας το MLC στα 0,2 mm, χρησιμοποιώντας νερό ως ψυκτικό και αποκαθιστώντας τη μήτρα σε 7 σειρές × 4 στήλες (εκτός από , υπήρχαν 960 mW όταν η δεξαμενή ήταν δίπλα στον θεριζοαλωνιστικό, Συμπληρωματικό Σχήμα 10b).
Για να αποδειχθεί η χρησιμότητα αυτού του συλλέκτη, εφαρμόστηκε ένας κύκλος Stirling σε μια αυτόνομη συσκευή επίδειξης που αποτελείται από μόνο δύο MLC PST πάχους 0,5 mm ως συλλέκτες θερμότητας, έναν διακόπτη υψηλής τάσης, έναν διακόπτη χαμηλής τάσης με πυκνωτή αποθήκευσης, έναν μετατροπέα DC/DC, έναν μικροελεγκτή χαμηλής ισχύος, δύο θερμοστοιχεία και έναν μετατροπέα 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 (αρκετοί κύκλοι φαίνονται στη Συμπληρωματική Σημείωση 11). Αξιοσημείωτα, δύο MLC που ζυγίζουν μόνο 0,3g μπορούν να ελέγχουν αυτόνομα αυτό το μεγάλο σύστημα. Ένα άλλο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό είναι ότι ο μετατροπέας χαμηλής τάσης είναι ικανός να μετατρέπει 400V σε 10-15V με απόδοση 79% (Συμπληρωματική Σημείωση 11 και Συμπληρωματικό Σχήμα 11.3).
Τέλος, αξιολογήσαμε την απόδοση 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 3α,β 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 ένα ηλεκτρικό πεδίο 195 kV cm-1. Η απόδοση \(\αυτό\) φτάνει το 1,43%, που ισοδυναμεί με το 18% του ηr. Ωστόσο, για ένα εύρος θερμοκρασίας 10 K από 25 °C έως 35 °C, το ηr φτάνει τιμές έως και 40% (μπλε καμπύλη στο Σχήμα 3β). Αυτή είναι η διπλάσια γνωστή τιμή για υλικά NLP που καταγράφηκαν σε φιλμ PMN-PT (ηr = 19%) στο εύρος θερμοκρασίας 10 K και 300 kV cm-1 (Αναφ. 18). Τα εύρη θερμοκρασίας κάτω των 10 K δεν ελήφθησαν υπόψη επειδή η θερμική υστέρηση του PST MLC είναι μεταξύ 5 και 8 K. Η αναγνώριση της θετικής επίδρασης των μεταβάσεων φάσης στην απόδοση είναι κρίσιμη. Στην πραγματικότητα, οι βέλτιστες τιμές των η και ηr λαμβάνονται σχεδόν όλες στην αρχική θερμοκρασία Ti = 25°C στα Σχήματα 3α,β. Αυτό οφείλεται σε μια στενή μετάβαση φάσης όταν δεν εφαρμόζεται πεδίο και η θερμοκρασία Curie TC είναι περίπου 20 °C σε αυτές τις MLC (Συμπληρωματική σημείωση 13).
a,b, η απόδοση η και η αναλογική απόδοση του κύκλου Olson (a)\({\eta }_{{\rm{r}}}=\eta /{\eta}_{{\rm{Carnot}} για το μέγιστο ηλεκτρικό ρεύμα από πεδίο 195 kV cm-1 και διαφορετικές αρχικές θερμοκρασίες Ti, }}\,\)(b) για το MPC PST πάχους 0,5 mm, ανάλογα με το διάστημα θερμοκρασίας ΔTspan.
Η τελευταία παρατήρηση έχει δύο σημαντικές επιπτώσεις: (1) κάθε αποτελεσματικός κύκλος πρέπει να ξεκινά σε θερμοκρασίες πάνω από την TC για να συμβεί μια μετάβαση φάσης που προκαλείται από πεδίο (από παραηλεκτρική σε σιδηροηλεκτρική)· (2) αυτά τα υλικά είναι πιο αποτελεσματικά σε χρόνους λειτουργίας κοντά στην TC. Αν και στα πειράματά μας παρουσιάζονται μεγάλης κλίμακας αποδόσεις, το περιορισμένο εύρος θερμοκρασίας δεν μας επιτρέπει να επιτύχουμε μεγάλες απόλυτες αποδόσεις λόγω του ορίου Carnot (\(\ΔΤ/Τ\)). Ωστόσο, η εξαιρετική απόδοση που επιδεικνύουν αυτές οι PST MLCs 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 προσμιγμένα PSTs με διαφορετικά TCs, όπως μελετήθηκε από τους Shebanov και Borman. Έδειξαν ότι η TC στην PST μπορεί να κυμαίνεται από 3°C (πρόσμιξη Sb) έως 33°C (πρόσμιξη Ti)22. Επομένως, υποθέτουμε ότι οι πυροηλεκτρικοί αναγεννητές επόμενης γενιάς που βασίζονται σε προσμιγμένες PST MLC ή άλλα υλικά με ισχυρή μετάβαση φάσης πρώτης τάξης μπορούν να ανταγωνιστούν τους καλύτερους συλλέκτες ενέργειας.
Σε αυτήν τη μελέτη, διερευνήσαμε MLC κατασκευασμένα από PST. Αυτές οι συσκευές αποτελούνται από μια σειρά ηλεκτροδίων Pt και PST, όπου αρκετοί πυκνωτές είναι συνδεδεμένοι παράλληλα. Το PST επιλέχθηκε επειδή είναι ένα εξαιρετικό υλικό EC και επομένως ένα δυνητικά εξαιρετικό υλικό NLP. Παρουσιάζει μια απότομη σιδηροηλεκτρική-παραηλεκτρική μετάβαση φάσης πρώτης τάξης γύρω στους 20 °C, υποδεικνύοντας ότι οι αλλαγές εντροπίας του είναι παρόμοιες με αυτές που φαίνονται στο Σχήμα 1. Παρόμοιες MLC έχουν περιγραφεί πλήρως για συσκευές EC13,14. Σε αυτήν τη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε MLC 10,4 × 7,2 × 1 mm³ και 10,4 × 7,2 × 0,5 mm³. 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 ανάμεσα σε ηλεκτροδία πλατίνας πάχους 2,05 µm. Ο σχεδιασμός αυτών των MLC υποθέτει ότι το 55% των PST είναι ενεργά, που αντιστοιχεί στο τμήμα μεταξύ των ηλεκτροδίων (Συμπληρωματική Σημείωση 1). Η περιοχή ενεργού ηλεκτροδίου ήταν 48,7 mm2 (Συμπληρωματικός Πίνακας 5). Το MLC PST παρασκευάστηκε με αντίδραση στερεάς φάσης και μέθοδο χύτευσης. Οι λεπτομέρειες της διαδικασίας παρασκευής 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 εκατοντάδων ωρών στους 1000°C. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το PST MLC, βλ. Συμπληρωματικές Σημειώσεις 1-3 και Συμπληρωματικό Πίνακα 5.
Η κύρια ιδέα αυτής της μελέτης βασίζεται στον κύκλο Olson (Εικ. 1). Για έναν τέτοιο κύκλο, χρειαζόμαστε μια δεξαμενή ζεστού και κρύου και μια τροφοδοσία ρεύματος ικανή να παρακολουθεί και να ελέγχει την τάση και το ρεύμα στις διάφορες μονάδες MLC. Αυτοί οι άμεσοι κύκλοι χρησιμοποίησαν δύο διαφορετικές διαμορφώσεις, δηλαδή (1) μονάδες Linkam που θερμαίνουν και ψύχουν 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 υγρό (σιλικονούχο λάδι με ιξώδες 5 cP στους 25°C, που αγοράστηκε από την Sigma Aldrich) χρησιμοποιήθηκε για την ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ των δύο δεξαμενών (ζεστού και κρύου) και του MLC. Η θερμική δεξαμενή αποτελείται από ένα γυάλινο δοχείο γεμάτο με διηλεκτρικό υγρό και τοποθετημένο πάνω από την θερμική πλάκα. Η ψυχρή αποθήκευση αποτελείται από ένα υδατόλουτρο με υγρούς σωλήνες που περιέχουν διηλεκτρικό υγρό σε ένα μεγάλο πλαστικό δοχείο γεμάτο με νερό και πάγο. Δύο τριοδικές βαλβίδες pinch (αγορασμένες από την Bio-Chem Fluidics) τοποθετήθηκαν σε κάθε άκρο του θερµαντήρα για την σωστή εναλλαγή του υγρού από τη µία δεξαµενή στην άλλη (Σχήμα 2α). Για να διασφαλιστεί η θερµική ισορροπία µεταξύ του πακέτου PST-MLC και του ψυκτικού, η περίοδος του κύκλου παρατάθηκε µέχρι τα θερµοστοιχεία εισόδου και εξόδου (όσο το δυνατόν πιο κοντά στο πακέτο PST-MLC) να εµφανίσουν την ίδια θερµοκρασία. Το σενάριο Python διαχειρίζεται και συγχρονίζει όλα τα όργανα (µετρητές πηγής, αντλίες, βαλβίδες και θερµοστοιχεία) για να εκτελέσουν τον σωστό κύκλο Olson, δηλαδή ο βρόχος ψυκτικού ξεκινάει τον κύκλο µέσω της στοίβας PST αφού φορτιστεί ο µετρητής πηγής, έτσι ώστε να θερµανθούν στην επιθυµητή εφαρµοζόµενη τάση για τον δεδοµένο κύκλο Olson.
Εναλλακτικά, έχουμε επιβεβαιώσει αυτές τις άμεσες μετρήσεις της συλλεγόμενης ενέργειας με έμμεσες μεθόδους. Αυτές οι έμμεσες μέθοδοι βασίζονται σε βρόχους πεδίου ηλεκτρικής μετατόπισης (D) - 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 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 και 7 στηλών σύμφωνα με το σχέδιο που περιγράφεται στην αναφορά. 14. Το κενό ρευστού μεταξύ των σειρών PST-MLC είναι 0,75 mm. Αυτό επιτυγχάνεται με την προσθήκη λωρίδων ταινίας διπλής όψης ως διαχωριστικά υγρού γύρω από τις άκρες του PST MLC. Το PST MLC είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένο παράλληλα με μια ασημένια εποξειδική γέφυρα σε επαφή με τους αγωγούς των ηλεκτροδίων. Στη συνέχεια, τα καλώδια κολλήθηκαν με ασημένια εποξειδική ρητίνη σε κάθε πλευρά των ακροδεκτών των ηλεκτροδίων για σύνδεση στην παροχή ρεύματος. Τέλος, τοποθετήστε ολόκληρη τη δομή στον εύκαμπτο σωλήνα πολυολεφίνης. Ο τελευταίος είναι κολλημένος στον σωλήνα ρευστού για να διασφαλιστεί 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 τρυπηθεί. Αφού εγκαταστήσετε το θερμοστοιχείο, εφαρμόστε την ίδια κόλλα όπως πριν μεταξύ του εύκαμπτου σωλήνα θερμοστοιχείου και του σύρματος για να αποκαταστήσετε τη στεγανοποίηση.
Κατασκευάστηκαν οκτώ ξεχωριστά πρωτότυπα, τέσσερα από τα οποία είχαν 40 MLC PSTs πάχους 0,5 mm κατανεμημένα ως παράλληλες πλάκες με 5 στήλες και 8 σειρές, και τα υπόλοιπα τέσσερα είχαν 15 MLC PSTs πάχους 1 mm το καθένα, σε δομή παράλληλης πλάκας 3 στηλών × 5 σειρών. Ο συνολικός αριθμός PST MLC που χρησιμοποιήθηκαν 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 ρευστού, 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 είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένα παράλληλα. Οι υπομονάδες HARV2_160 και HARV2_60 λειτουργούν ταυτόχρονα στον κύκλο Olson, με αποτέλεσμα μια συλλογή ενέργειας 11,2 J.
Τοποθετήστε PST MLC πάχους 0,5 mm στον εύκαμπτο 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 βαλβίδα δεξαμενής ζεστού ή κρύου, ελαχιστοποιώντας τους χρόνους κύκλου.
Στην PST MLC, εφαρμόζεται ένα σταθερό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζοντας μια σταθερή τάση στον κλάδο θέρμανσης. Ως αποτέλεσμα, παράγεται ένα αρνητικό θερμικό ρεύμα και αποθηκεύεται ενέργεια. Μετά τη θέρμανση της PST MLC, το πεδίο αφαιρείται (V = 0) και η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε αυτήν επιστρέφει στον μετρητή πηγής, η οποία αντιστοιχεί σε μία ακόμη συνεισφορά της συλλεγμένης ενέργειας. Τέλος, με την εφαρμογή τάσης V = 0, οι MLC PST ψύχονται στην αρχική τους θερμοκρασία, ώστε ο κύκλος να μπορεί να ξεκινήσει ξανά. Σε αυτό το στάδιο, δεν συλλέγεται ενέργεια. Εκτελέσαμε τον κύκλο Olsen χρησιμοποιώντας ένα Keithley 2410 SourceMeter, φορτίζοντας την PST MLC από μια πηγή τάσης και ρυθμίζοντας την αντιστοίχιση ρεύματος στην κατάλληλη τιμή, έτσι ώστε να συλλεχθούν αρκετά σημεία κατά τη φάση φόρτισης για αξιόπιστους υπολογισμούς ενέργειας.
Στους κύκλους Stirling, τα PST MLC φορτίστηκαν 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 συλλέγονται αρκετά σημεία για έναν αξιόπιστο υπολογισμό της ενέργειας) και χαμηλή θερμοκρασία. Στους κύκλους Stirling, τα PST MLC φορτίστηκαν 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 συλλέγονται αρκετά σημεία για έναν αξιόπιστο υπολογισμό της ενέργειας) και χαμηλή θερμοκρασία. Во циклах Stirlinga PST MLC заряжались в режиме источника напряжения при начальном значении электрического поля (начальное напряжение Vi > 0), желаемом податливом токе, так что то этапично зарядки количество точек для надежного расчета энергия) и холодная температура. Στους κύκλους Stirling PST MLC, φορτίστηκαν σε λειτουργία πηγής τάσης στην αρχική τιμή του ηλεκτρικού πεδίου (αρχική τάση Vi > 0), το επιθυμητό ρεύμα διαρροής, έτσι ώστε το στάδιο φόρτισης να διαρκεί περίπου 1 δευτερόλεπτο (και να συλλέγεται επαρκής αριθμός σημείων για έναν αξιόπιστο υπολογισμό ενέργειας) και χαμηλή 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。 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 συλλέξαμε αρκετά σημεία για να υπολογίσουμε αξιόπιστα την (ενέργεια) και τη χαμηλή θερμοκρασία. Σε κύκλο Stirlinga PST MLC заряжается в режиме источника напряжения со начальным значением электрического поля (начальное напряжение Vi > 0), требуемый ток податливости исти, количество точек, чтобы надежно рассчитать энергию) и ниски температуры. Στον κύκλο Stirling, το PST MLC φορτίζεται σε λειτουργία πηγής τάσης με 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 να συλλέγεται επαρκής αριθμός σημείων για τον αξιόπιστο υπολογισμό της ενέργειας) και σε χαμηλές θερμοκρασίες.Πριν θερμανθεί το PST MLC, ανοίξτε το κύκλωμα εφαρμόζοντας ένα αντίστοιχο ρεύμα I = 0 mA (το ελάχιστο αντίστοιχο ρεύμα που μπορεί να χειριστεί η πηγή μέτρησης 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. Μετά την επίτευξη υψηλής θερμοκρασίας, η τάση στο MLT FT αυξάνεται (σε ​​ορισμένες περιπτώσεις περισσότερο από 30 φορές, βλέπε πρόσθετο σχήμα 7.2), το MLK FT εκφορτίζεται (V = 0) και η ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται σε αυτά για το ίδιο ποσό με το αρχικό φορτίο. Η ίδια αντιστοιχία ρεύματος επιστρέφεται στην πηγή-μετρητή. Λόγω του κέρδους τάσης, η αποθηκευμένη ενέργεια σε υψηλή θερμοκρασία είναι υψηλότερη από αυτήν που παρεχόταν στην αρχή του κύκλου. Κατά συνέπεια, η ενέργεια λαμβάνεται μετατρέποντας τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια.
Χρησιμοποιήσαμε ένα Keithley 2410 SourceMeter για να παρακολουθήσουμε την τάση και το ρεύμα που εφαρμόζονται στο PST MLC. Η αντίστοιχη ενέργεια υπολογίζεται ολοκληρώνοντας το γινόμενο τάσης και ρεύματος που διαβάζεται από το μετρητή πηγής του Keithley, \ (E = {\int }_{0}^{\tau }{I}_({\rm {meas))}\left(t\ right){V}_{{\rm{meas}}}(t)\), όπου τ είναι η περίοδος της περιόδου. Στην ενεργειακή μας καμπύλη, οι θετικές τιμές 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 λαμβάνουμε. Η σχετική ισχύς για έναν δεδομένο κύκλο συλλογής καθορίζεται 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 υλικά 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 θερμοηλεκτρικών μικρογεννητριών για τη συλλογή ενέργειας. Ando Junior, OH, Maran, ALO & Henao, NC Μια ανασκόπηση της ανάπτυξης και των εφαρμογών θερμοηλεκτρικών μικρογεννητριών για τη συλλογή ενέργειας.Ando Junior, Οχάιο, Maran, ALO και Henao, NC Επισκόπηση της ανάπτυξης και 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 εταιρείες Ando Junior στο Οχάιο, Maran, ALO και Henao στη Βόρεια Καρολίνα εξετάζουν την ανάπτυξη και εφαρμογή θερμοηλεκτρικών μικρογεννητριών για τη συλλογή ενέργειας.βιογραφικό. υποστήριξη. Energy Rev. 91, 376–393 (2018).
Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Φωτοβολταϊκά υλικά: τρέχουσες αποδόσεις και μελλοντικές προκλήσεις. Polman, A., Knight, M., Garnett, EC, Ehrler, B. & Sinke, WC Φωτοβολταϊκά υλικά: τρέχουσες αποδόσεις και μελλοντικές προκλήσεις.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. και Sinke, VK Φωτοβολταϊκά υλικά: τρέχουσα απόδοση 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 Ηλιακά υλικά: τρέχουσα απόδοση και μελλοντικές προκλήσεις.Polman, A., Knight, M., Garnett, EK, Ehrler, B. και Sinke, VK Φωτοβολταϊκά υλικά: τρέχουσα απόδοση και μελλοντικές προκλήσεις.Επιστήμη 352, aad4424 (2016).
Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Συνδυασμένο πυρο-πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο για αυτοτροφοδοτούμενη ταυτόχρονη ανίχνευση θερμοκρασίας και πίεσης. Song, K., Zhao, R., Wang, ZL & Yang, Y. Συνδυαστικό πυρο-πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο για αυτοτροφοδοτούμενη ταυτόχρονη ανίχνευση θερμοκρασίας και πίεσης.Song K., Zhao R., Wang ZL και Yan Yu. Συνδυασμένο πυροπιεζοηλεκτρικό φαινόμενο 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 τη θερμοκρασία και την πίεση.Song K., Zhao R., Wang ZL και Yan Yu. Συνδυασμένο θερμοπιεζοηλεκτρικό φαινόμενο για αυτόνομη ταυτόχρονη μέτρηση θερμοκρασίας και πίεσης.Εμπρός. alma mater 31, 1902831 (2019).
Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Συλλογή ενέργειας με βάση πυροηλεκτρικούς κύκλους Ericsson σε χαλαρωτικό σιδηροηλεκτρικό κεραμικό. Sebald, G., Pruvost, S. & Guyomar, D. Συλλογή ενέργειας με βάση πυροηλεκτρικούς κύκλους Ericsson σε χαλαρωτικό σιδηροηλεκτρικό κεραμικό.Sebald G., Prouvost S. και Guyomar D. Συλλογή ενέργειας με βάση πυροηλεκτρικούς κύκλους Ericsson σε χαλαρωτικά σιδηροηλεκτρικά κεραμικά.Sebald G., Prouvost S. και Guyomar D. Συλλογή ενέργειας σε χαλαρωτικά σιδηροηλεκτρικά κεραμικά με βάση τον πυροηλεκτρικό κύκλο της Ericsson. Smart alma mater. structure. 17, 15012 (2007).
Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Ηλεκτροθερμικά και πυροηλεκτρικά υλικά επόμενης γενιάς για ηλεκτροθερμική μετατροπή ενέργειας στερεάς κατάστασης. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-Mckinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW Ηλεκτροθερμικά και πυροηλεκτρικά υλικά επόμενης γενιάς για ηλεκτροθερμική μετατροπή 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 Ηλεκτροθερμικά και πυροηλεκτρικά υλικά επόμενης γενιάς για ηλεκτροθερμική μετατροπή 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 Ηλεκτροθερμικά και πυροηλεκτρικά υλικά επόμενης γενιάς για ηλεκτροθερμική μετατροπή ενέργειας στερεάς κατάστασης.Λαίδη Μπουλ. 39, 1099–1109 (2014).
Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Πρότυπο και συντελεστής αξίας για την ποσοτικοποίηση της απόδοσης των πυροηλεκτρικών νανογεννητριών. Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL & Yang, Y. Πρότυπο και συντελεστής αξίας για την ποσοτικοποίηση της απόδοσης των πυροηλεκτρικών νανογεννητριών.Zhang, K., Wang, Y., Wang, ZL και Yang, Yu. Ένα πρότυπο και μια βαθμολογία ποιότητας 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 και Yang, Yu. Κριτήρια και μέτρα απόδοσης για την ποσοτικοποίηση της απόδοσης μιας πυροηλεκτρικής νανογεννήτριας.Νανοενέργεια 55, 534–540 (2019).
Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Ηλεκτροθερμικοί κύκλοι ψύξης σε τανταλικό μόλυβδο-σκάνδιο με πραγματική αναγέννηση μέσω μεταβολής πεδίου. Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Ηλεκτροθερμικοί κύκλοι ψύξης σε τανταλικό μόλυβδο-σκάνδιο με πραγματική αναγέννηση μέσω μεταβολής πεδίου.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. και Mathur, ND Ηλεκτροθερμικοί 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. και Mathur, ND. Ένας ηλεκτροθερμικός κύκλος ψύξης τανταλικού σκανδίου-μολύβδου για πραγματική αναγέννηση μέσω αντιστροφής πεδίου.Φυσική Αναθ. X 9, 41002 (2019).
Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Θερμιδικά υλικά σε μεταβάσεις φάσης κοντά σε σιδηροϊκό οξύ. Moya, X., Kar-Narayan, S. & Mathur, ND Θερμιδικά υλικά σε μεταβάσεις φάσης κοντά σε σιδηροϊκό οξύ.Moya, X., Kar-Narayan, S. και Mathur, ND Θερμιδικά υλικά κοντά σε μεταβάσεις φάσης φεροειδών. 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. και 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. και 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.Επιστήμη 370, 797–803 (2020).
Torelló, A. & Defay, E. Electrocaloric coolers: a review. Torelló, A. & Defay, E. Electrocaloric coolers: a review.Torello, A. και Defay, E. Ηλεκτροθερμιδικοί ψύκτες: μια ανασκόπηση. Torelló, A. & Defay, E. 电热冷却器：评论。 Torelló, A. & Defay, E. 电热冷却器：评论。Torello, A. και Defay, E. Ηλεκτροθερμικοί ψύκτες: μια ανασκόπηση.Προηγμένη. ηλεκτρονική. alma mater. 8. 2101031 (2022).
Nuchokgwe, Y. et al. Τεράστια ενεργειακή απόδοση ηλεκτροθερμιδικού υλικού σε σκάνδιο-σκάνδιο-μόλυβδο υψηλής τάξης. National communication. 12, 3298 (2021).
Nair, B. et al. Η ηλεκτροθερμική επίδραση των πολυστρωματικών πυκνωτών οξειδίου είναι μεγάλη σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Nature 575, 468–472 (2019).
Torello, A. et al. Τεράστιο εύρος θερμοκρασίας σε ηλεκτροθερμικούς αναγεννητές. Science 370, 125–129 (2020).
Wang, Y. et al. Ηλεκτροθερμικό σύστημα ψύξης στερεάς κατάστασης υψηλής απόδοσης. Science 370, 129–133 (2020).
Meng, Y. et al. Ηλεκτροθερμική συσκευή ψύξης Cascade για μεγάλη αύξηση θερμοκρασίας. National Energy 5, 996–1002 (2020).
Olsen, RB & Brown, DD Πυροηλεκτρικές μετρήσεις υψηλής απόδοσης, άμεσης μετατροπής θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Olsen, RB & Brown, DD Πυροηλεκτρικές μετρήσεις υψηλής απόδοσης άμεσης μετατροπής θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια.Olsen, RB και Brown, DD Υψηλής απόδοσης άμεση μετατροπή 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。 Όλσεν, Ρ.Β. & Μπράουν, Ντ.Ν.Olsen, RB και Brown, DD Αποδοτική 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 λεπτές χαλαρωτικές σιδηροηλεκτρικές μεμβράνες. Εθνικό πανεπιστήμιο. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0059-8 (2018).
Smith, AN & Hanrahan, BM Πυροηλεκτρική μετατροπή σε σειρά: βελτιστοποίηση της σιδηροηλεκτρικής μετάβασης φάσης και των ηλεκτρικών απωλειών. Smith, AN & Hanrahan, BM Πυροηλεκτρική μετατροπή σε σειρά: βελτιστοποίηση της σιδηροηλεκτρικής μετάβασης φάσης και των ηλεκτρικών απωλειών.Smith, AN και Hanrahan, BM Πυροηλεκτρική μετατροπή σε διαδοχική φάση: 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。 Σμιθ, AN & Χάνραχαν, BMSmith, AN και Hanrahan, BM Πυροηλεκτρική μετατροπή σε σειρά: βελτιστοποίηση των σιδηροηλεκτρικών μεταβάσεων φάσης και των ηλεκτρικών απωλειών.J. Εφαρμογή. Φυσική. 128, 24103 (2020).
Hoch, SR Η χρήση σιδηροηλεκτρικών υλικών για τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. διεργασία. IEEE 51, 838–845 (1963).
Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & Dullea, J. Μετατροπέας πυροηλεκτρικής ενέργειας σε καταρράκτη. Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM & Dullea, J. Μετατροπέας πυροηλεκτρικής ενέργειας σε καταρράκτη.Olsen, RB, Bruno, DA, Briscoe, JM και Dullea, J. Μετατροπέας Πυροηλεκτρικής Ισχύος Cascade. 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 και Dullea, J. Πυροηλεκτρικοί μετατροπείς ισχύος σε καταρράκτη.Φερροηλεκτρικά 59, 205–219 (1984).
Shebanov, L. & Borman, K. Σε στερεά διαλύματα τανταλικού μολύβδου-σκανδίου με υψηλή ηλεκτροθερμιδική επίδραση. Shebanov, L. & Borman, K. Σε στερεά διαλύματα τανταλικού μολύβδου-σκανδίου με υψηλή ηλεκτροθερμιδική επίδραση.Shebanov L. και Borman K. Σε στερεά διαλύματα τανταλικού μολύβδου-σκανδίου με υψηλή ηλεκτροθερμιδική επίδραση. Shebanov, L. & Borman, K. 关于具有高电热效应的钪铅钪固溶体。 Σεμπάνοφ, Λ. & Μπόρμαν, Κ.Shebanov L. και Borman K. Σε στερεά διαλύματα σκανδίου-μολύβδου-σκανδίου με υψηλή ηλεκτροθερμιδική επίδραση.Φερροηλεκτρικά 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 Έρευνας του Λουξεμβούργου (FNR) για την υποστήριξη αυτού του έργου μέσω των 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, Τεχνολογικό Ινστιτούτο Λουξεμβούργου (LIST), Μπελβουάρ, Λουξεμβούργο