Kestävien sähkönlähteiden tarjoaminen on yksi tämän vuosisadan tärkeimmistä haasteista.Tästä motivaatiosta johtuvat energiankeruumateriaalien tutkimusalueet, mukaan lukien lämpösähkö1, aurinkosähkö2 ja lämpösähkö3.
Tässä tarkastellaan kahta sykliä, joilla on sama sähkökentän muutos (kenttä päälle ja pois) ja lämpötilan muutos ΔT, vaikkakin eri alkulämpötiloilla.Vihreä sykli ei sijaitse faasimuutosalueella ja sen pinta-ala on siten paljon pienempi kuin faasimuutosalueella sijaitseva sininen sykli.Nämä näytteet on kuvattu täydellisesti menetelmissä ja karakterisoitu lisähuomautuksissa 1 (pyyhkäisyelektronimikroskooppi), 2 (röntgendiffraktio) ja 3 (kalorimetria).
Siniset ja vihreät syklit tapahtuvat vastaavasti vaihesiirtymän sisällä ja sen ulkopuolella ja päättyvät hyvin erilaisille pinnan alueille.

KuvassaIn fact, the Olsen cycle consists of two isofield branches (here, zero field in the DA branch and 155 kV cm-1 in the BC branch) and two isothermal branches (here, 20°С and 20°С in the AB branch) .1B.Tämä erityinen Olson-sykli antaa ND-energiatiheyden 1,78 J CM-3.Stirling -sykli on vaihtoehto Olson -syklille (täydentävä huomautus 7).Koska vakiovarausaste (avoin piiri) saavutetaan helpommin, kuvasta 1b erotettu energiatiheys (sykli AB'CD) saavuttaa arvon 1,25 J cm-3.Tämä on vain 70% siitä, mitä Olson -sykli voi kerätä, mutta yksinkertaiset sadonkorjuulaitteet tekevät sen.
Virta ja jännite mahdollistaa kerätyn energian laskemisen, ja käyrät on esitetty kuviossa 1.1C, pohja (vihreä) ja lämpötila (keltainen) koko syklin ajan.Sitten MLC lämpenee ja negatiivinen virta (ja siten negatiivinen virta) muodostuu jännitteen pysyessä 600 V:ssa. 40 sekunnin kuluttua, kun lämpötila saavutti 90 °C:n tasanne, tämä virta kompensoitiin, vaikka askelnäyte produced in the circuit an electrical power of 35 mJ during this isofield (second inset in Fig. 1c, top).Lisäämällä jännitettä ja lämpötilaa edelleen saavutimme 4,43 J cm-3 Olsen-sykleillä 0,5 mm paksussa PST MLC:ssä lämpötila-alueella 750 V (195 kV cm-1) ja 175 °C (lisähuomautus 5). Tämä suorituskyky on saavutettu näiden MLC: ien erittäin alhaisen vuotovirran vuoksi (<10–7 A 750 V: n ja 180 ° C: ssa, katso yksityiskohdat lisäohjauksessa 6) - Smithin et al.19: n mainitsema tärkeä kohta aikaisemmissa tutkimuksissa käytettyihin materiaaleihin17,20. Tämä suorituskyky on saavutettu näiden MLC: ien erittäin alhaisen vuotovirran vuoksi (<10–7 A 750 V: n ja 180 ° C: ssa, katso yksityiskohdat lisäohjauksessa 6) - Smithin et al.19: n mainitsema tärkeä kohta aikaisemmissa tutkimuksissa käytettyihin materiaaleihin17,20. 19 – toisin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa käytetyt materiaalit17,20.由于这些MLC 的泄漏电流非常低（在750 V 和180 °C 时<10-7 A，请参见补充说明6 中的详细信息）——Smith 等人19 提到的关键点——相比之下，已经达到了这种性能到早期研究中使用的材料17,20.由于 这些 mlc 的 泄漏 非常 （在 在 在 750 V 和 180 ° C 时 < 10-7 A ， 参见 补兎 说 渁 䅎 Ｏ ）)）) — 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 相比之下 相比之下 相比之下相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下 相比之下，已经达到了这种性能到早期研究中使用的材料17.20。

Therefore, we constructed a prototype harvester (HARV1) using 28 MLC PST 1 mm thick, following the same parallel plate design described by Torello et al.14, in a 7×4 matrix as shown in Fig. The heat-carrying dielectric fluid in Jakoputki syrjäytyy peristalttisella pumpulla kahden säiliön välillä, joissa nesteen lämpötila pidetään vakiona (menetelmä).Kerää jopa 3,1 J käyttämällä kuviossa 1 kuvattua Olson -sykliä.Tämä vastaa energiatiheyttä 3,14 J CM-3.

Vuonna 1984 Olsen valmisti energiankerääjän, joka perustui 317 grammaan tinalla seostettua Pb(Zr,Ti)O3-yhdistettä, joka pystyi tuottamaan 6,23 J sähköä noin 150 °C:n lämpötilassa (viite 21).
Mittasimme 12,5 sekunnin lämpöä.Finite element modeling made it possible to predict power values ​​almost an order of magnitude higher (430 mW) for the same number of PST columns by thinning the MLC to 0.2 mm, using water as a coolant, and restoring the matrix to 7 rows .
The circuit requires the storage capacitor to be initially charged at 9V and then runs autonomously while the temperature of the two MLCs ranges from -5°C to 85°C, here in cycles of 160 s (several cycles are shown in Supplementary Note 11) .

Kuviot 3a,b esittävät Olsen-syklin tehokkuutta η ja suhteellista tehokkuutta ηr, vastaavasti, 0,5 mm paksun PST MLC:n lämpötila-alueen funktiona.Itse asiassa η: n ja ηR: n optimaaliset arvot saadaan melkein kaikki alkuperäisessä lämpötilassa TI = 25 ° C kuvioissa 1.3a, s.Tämä johtuu läheisestä vaihemuutoksesta, kun kenttää ei käytetä ja Curie-lämpötila TC on noin 20 °C näissä MLC:issä (lisähuomautus 13).
A, B, OLSON -syklin (a) \ ({\ eta} _ {{\ rm {r}}} = \ eta /{\ eta} _ {\ rm {carnot} } maksimisähköiselle kentällä 195 kV cm-1 ja eri alkulämpötiloilla Ti, }}\,\)(b) MPC PST:lle 0,5 mm paksu, riippuen lämpötilavälistä ΔTspan.
Siksi oletamme, että seuraavan sukupolven pyrosähköiset regeneraattorit, jotka perustuvat seostettuihin PST MLC:ihin tai muihin materiaaleihin, joissa on vahva ensimmäisen asteen vaihesiirtymä, voivat kilpailla parhaiden tehoharvestereiden kanssa.
Tässä tutkimuksessa käytimme 10,4 × 7,2 × 1 mm³ ja 10,4 × 7,2 × 0,5 mm³ MLC: t.MLC: t, joiden paksuus oli 1 mm ja 0,5 mm, tehtiin 19 ja 9 PST -kerroksesta, joiden paksuus oli vastaavasti 38,6 um.Molemmissa tapauksissa sisäinen PST -kerros asetettiin 2,05 um paksujen platinaelektrodien välillä.Näiden MLC: ien suunnittelu olettaa, että 55% PST: stä on aktiivisia, mikä vastaa elektrodien välistä osaa (lisä huomautus 1).Aktiivinen elektrodialue oli 48,7 mm2 (lisätaulukko 5).MLC PST valmistettiin kiinteän faasireaktion ja valuhumenetelmällä.Valmistusprosessin yksityiskohdat on kuvattu edellisessä artikkelissa14.Yksi PST MLC: n ja edellisen artikkelin välisistä eroista on B-sivustojen järjestys, joka vaikuttaa suuresti EC: n suorituskykyyn PST: ssä.Lisätietoja PST MLC: stä on lisäohjeet 1-3 ja lisätaulukko 5.
Tällaista sykliä varten tarvitsemme kuuman ja kylmän säiliön ja virtalähteen, joka pystyy valvomaan ja ohjaamaan jännitettä ja virtaa eri MLC-moduuleissa.Lämpösäiliö koostuu lasisäiliöstä, joka on täytetty dielektrisellä nesteellä ja asetetaan lämpölevyn päälle.
These indirect methods are based on electric displacement (D) – electric field (E) field loops collected at different temperatures, and by calculating the area between two DE loops, one can accurately estimate how much energy can be collected, as shown in the figure .Kuvassa 2. .1b.
Sen jälkeen johdot liimattiin hopea -epoksihartsilla elektroditliittimien molemmille puolille liitettäessä virtalähteeseen.
Käytettyjen PST -MLC: ien kokonaismäärä oli 220 (160 0,5 mm paksu ja 60 PST MLC 1 mm paksu).Kutsumme näitä kahta alayksikköä HARD2_160 ja HAR2_60.Prototyyppin nestekuilu HARD2_160 koostuu kahdesta kaksipuolisesta nauhasta, joiden paksu on 0,25 mm, joiden välissä on 0,25 mm.HARD2_60 -prototyypille toistimme saman toimenpiteen, mutta käyttämällä 0,38 mm paksua lankaa.Symmetriaa varten HARD2_160 ja HARD2_60 on omat nestepiirit, pumput, venttiilit ja kylmäpuolet (lisä huomautus 8).
Aseta 0,5 mm paksu PST MLC polyolefiiniletkuun kaksipuolisella teipillä ja lanka molemmin puolin, jotta neste virtaaa.

In the Stirling PST MLC cycles, they were charged in the voltage source mode at the initial value of the electric field (initial voltage Vi > 0), the desired yield current, so that the charging stage takes about 1 s (and a sufficient number pisteitä kerätään luotettavan energian laskenta) ja kylmälämpötilaan.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。 Master-jaksossa PST MLC:tä ladataan sähkökentän alkuarvolla (alkujännite Vi > 0) jännitelähdetilassa, joten vaadittu yhteensopivuusvirta kestää latausvaiheeseen noin 1 sekunnin (ja keräsimme tarpeeksi pisteitä reliably calculate (energy) and low temperature. 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 . Stirling-syklissä PST MLC:tä ladataan jännitelähdetilassa sähkökentän alkuarvolla (alkujännite Vi > 0), vaadittava yhteensopivuusvirta on sellainen, että latausvaihe kestää noin 1 s (ja riittävä määrä of points are collected to reliably calculate the energy) and low temperatures .


jatkaa.tuki.
Polman, A., Knight, M., Garnett, Ek, Ehrler, B. ja Sinke, VK -aurinkosähkömateriaalit: nykyinen suorituskyky ja tulevaisuuden haasteet. Polman, A., Knight, M., Garnett, Ek, Ehrler, B. ja Sinke, VK -aurinkosähkömateriaalit: nykyinen suorituskyky ja tulevaisuuden haasteet.
Eteenpäin.
Älykäs alma mater.rakenne.17, 15012 (2007).
Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-McKinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW seuraavan sukupolven elektrokaloriset ja pyroelektriset materiaalit solid-state-elektrotermisen energian välikohdassa. Alpay, SP, Mantese, J., Trolier-McKinstry, S., Zhang, Q. & Whatmore, RW seuraavan sukupolven elektrokaloriset ja pyroelektriset materiaalit solid-state-elektrotermisen energian välikohdassa.Lady Bull.39, 1099–1109 (2014).

Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Electrocaloric -jäähdytyssyklit lyijykandium -torjunta -aineella todellisen regeneraation kanssa kentän vaihtelun kautta. Crossley, S., Nair, B., Whatmore, RW, Moya, X. & Mathur, ND Electrocaloric -jäähdytyssyklit lyijykandium -torjunta -aineella todellisen regeneraation kanssa kentän vaihtelun kautta.Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. ja Mathur, ND Electrocaloric -jäähdytyssyklit lyijy-skandium-tantaliaatissa, jolla on todellinen regeneraatio kentän modifioinnin avulla. Crossley, S., Nair, B., Watmore, RW, Moya, X. ja Mathur, ja skandiumin lyijy-tantalaatin elektroterminen jäähdytysjakso todellisen uudistumisen vuoksi kentän kääntymisen kautta.
Nat.
Moya, X. & Mathur, ja kalorimateriaalit jäähdytykseen ja lämmitykseen. Moya, X. & Mathur, ja kalorimateriaalit jäähdytykseen ja lämmitykseen. Moya X. ja Mathur ja Lämpömateriaalit jäähdytystä ja lämmitystä varten.
Pitkälle kehittynyt.alma mater.





Olsen, RB & Brown, DD Tehokas lämmön suora muuntaminen sähköenergiaan liittyviksi pyrosähköisiksi mittauksiksi.

J. Sovellus.fysiikka.
Hoch, SR Ferrosähköisten materiaalien käyttö lämpöenergian muuntamiseksi sähköksi.käsitellä asiaa.

Shebanov, L. & Borman, K. Kiinteistä lyijy-skandiumtantalaattiliuoksista, joilla on korkea sähkölämpövaikutus. Shebanov, L. & Borman, K. Kiinteistä lyijy-skandiumtantalaattiliuoksista, joilla on korkea sähkölämpövaikutus.Shebanov L. ja Borman K. Kiinteillä lyijy-skandiumtantalaatin liuoksilla, joilla on korkea sähköenergiateho. Shebanov, L. & Borman, K. 关于具有高电热效应的钪铅钪固溶体. Shebanov L. ja Borman K. Kiinteitä skandium-lyijy-skandium-liuoksia, joilla on korkea sähköenergiateho.
Kiitämme N. Furusawaa, Y. Inouea ja K. Hondaa heidän avustaan ​​MLC:n luomisessa.PL, AT, YN, AA, JL, UP, VK, OB and ED Thanks to the Luxembourg National Research Foundation (FNR) for supporting this work through CAMELHEAT C17/MS/11703691/Defay, MASSENA PRIDE/15/10935404/Defay- Siebentritt, THERMODIMAT C20/MS/14718071/Defay ja BRIDGES2021/MS/16282302/CECOHA/Defay.
Materiaalitutkimuksen ja -teknologian laitos, Luxembourg Institute of Technology (LIST), Belvoir, Luxembourg