一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统与应用技术方案

本发明专利技术提供了一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统与应用，属于储能技术领域。该系统利用介电弹性体电容与铁电电容组成双电容结构，配合铁电电荷泵浦电路实现热释电热力学循环无源化高性能能量收集。铁电电容构建电荷泵浦电路的自泵电特性使系统无需外接高压电源，实现自发高压并有效构建热释电热力学循环；基于双电容电荷的交流模式以实现电荷的自发穿梭，进而保障高性能热力学循环的有效运行并减少对有源开关的依赖，实现高效持续的能量输出；基于上述系统利用换热结构同步控制介电弹性体电容和铁电电荷泵浦电路的温度，进而形成协同效应，提供更大电容变化，增强系统能量收集能力，该系统具有成本低、结构简单和适用性高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及储能，尤其涉及一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统与应用。

技术介绍

1、低品位热能（在100-230℃以下）广泛存在于工业生产与运输工具等废热排放场合，总量庞大（约1.1x105 tw）。目前，对其回收利用的研究，主要集中于三个方向，即有机朗肯循环、热电材料和热释电材料，基于卡诺效率的角度，后者最具有应用前景。具有热释电效应的铁电材料作为一种固态材料含有制备工艺成熟、成本较低的特点。其能在温度波动条件下在外界电路中产生电流，但直接通过热刺激放电的方式，铁电材料的能量转换效率通常低于1%卡诺效率。为此，有研究者构建了铁电材料的热释电热力学循环（即奥尔森循环），其理论转换效率可达50%的卡诺效率，因而热释电热力学循环在热能收集领域得到了广泛关注和研究。

2、2022年emmanuel defay在nature上发表论文，通过弛豫型铁电厚膜堆叠模组，以液流换热模式成功在室温范围内获得每循环11.2 j的能量转换，但是面对下一步的实用化开发，仍存在问题。传统的热释电热力学循环系统主要由四部分组成：（1）铁电电容器，其是由铁电材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统，其特征在于，包括介电弹性体电容-铁电电容双电容结构和冷热交换结构，所述冷热交换结构为铁电电容提供热源（1）或冷源（4），所述介电弹性体电容-铁电电容双电容结构包括介电弹性体电容（2）和自偏置电路（32），所述自偏置电路（32）上布置有若干个铁电电容（6），所述热源（1）和所述冷源（4）向若干个所述铁电电容（6）供热或供冷，所述自偏置电路（32）的自泵电特性实现铁电电容的动态高压变化；利用介电弹性体电容-铁电电容双电容结构可实现热释电热力学循环的电能输出无源化。

2.如权利要求1所述的一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统...

【技术特征摘要】

1.一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统，其特征在于，包括介电弹性体电容-铁电电容双电容结构和冷热交换结构，所述冷热交换结构为铁电电容提供热源（1）或冷源（4），所述介电弹性体电容-铁电电容双电容结构包括介电弹性体电容（2）和自偏置电路（32），所述自偏置电路（32）上布置有若干个铁电电容（6），所述热源（1）和所述冷源（4）向若干个所述铁电电容（6）供热或供冷，所述自偏置电路（32）的自泵电特性实现铁电电容的动态高压变化；利用介电弹性体电容-铁电电容双电容结构可实现热释电热力学循环的电能输出无源化。

2.如权利要求1所述的一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统，其特征在于，所述自偏置电路（32）上并联设置有稳压二极管（31），所述自偏置电路（32）和所述稳压二极管（31）构成自偏置稳压电路（3），所述自偏置电路（32）由若干个铁电电容（6）和内部二极管（7）构成，通过内部二极管（7）的导通与关断实现铁电电容（6）呈现出串并联模式。

3.如权利要求2所述的一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统，其特征在于，所述自偏置电路（32）包括四个所述铁电电容（6）和五个所述内部二极管（7）构成，通过内部二极管的导通与关断改变铁电电容的串并联状态，四个所述铁电电容分别为c1、c2、c3和c4，五个所述内部二极管分别为d1、d2、d3、d4和d5。

4.如权利要求3所述的一种无源化高性能热释电热力学循环能量收集系统，其特征在于，五个所述内部二极管（7）依次相连，与所述稳压二极管（31）串联，d1与d2之间的支路上连接有c1，d2与d3之...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐子盛，张阳，潘昊昱，鄂世举，郑少笛，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：