Elektrokalorični (EC) efekt je sprememba entropije in posledično sprememba temperature dielektričnega materiala zaradi spremembe dipolnih stanj materiala, ki jih vzbudimo s spremembo električnega polja. Pričakovano je, da (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-100xPT) keramike izbranih kompozicij zaradi odličnih dielektričnih lastnosti, kot je npr. visoka dielektrična konstanta, visoka polarizacija in velika sprememba polarizacije v odvisnosti od temperaturo, izražajo velik EC efekt. S spreminjanjem pogojev sintranja smo pripravili PMN-10PT in PMN-30PT volumsko keramiko s podobnimi gostotami in različnimi velikosti zrn ter analizirali njihovo fazno sestavo, mikrostrukturo in dielektrične ter elektrokalorične lastnosti. Največji izmerjena EC sprememba temperature v PMN-10PT keramiki z velikostjo zrn 3.6 m je znašala 3.45 °C pri 127 °C in 160 kV/cm, kar je ena izmed največjih do sedaj izmerjenih vrednosti med svinčevimi perovskiti. V prispevku bomo razpravljali o vplivu velikosti zrn na dielektrične in EC lastnosti PMN-10PT keramike. Nadalje bomo preučili možnosti uporabe PMN-10PT keramike kot aktivnih elementov v EC hladilni napravi. Eksperimentalno testiranje hladilne naprave kaže na učinkovito regeneracijo toplote in vzpostavitev temperaturnega profila med toplo in hladno stranjo regeneratorja, ki za nekajkrat presega EC temperaturno spremembo posamezne PMN-10PT keramične ploščice.
B.04 Vabljeno predavanje
COBISS.SI-ID: 29445415V mednarodni patentni aplikaciji je zaščitena nova in učinkovita metoda uporabe elektrokaloričnega efekta za hlajenje, toplotne črpalke in proizvodnjo energije.
F.32 Mednarodni patent
COBISS.SI-ID: 29642791Elektrokalorični efekt (EC) je pretvorba električne energije v toploto. Definiramo ga lahko kot adiabatno spremembo temperature, ki se zgodi v polarnem material pod vplivom spremembe zunanjega električnega polja. Možnost uporabe EC materialov za aplikacije hlajenja je glavna motivacija za izvedbo mnogih študij. Študije so se začele izvajati predvsem po letu 2006, ko so Mischenko in ostali poročali o veliki EC temperaturni spremembi 12 K v PbZr0.95Ti0.05O3 tanki filmih, ki so bili pri temperaturi 220 °C izpostavljeni spremembi električnega polja 480 kV/cm. Presenetljivo malo pa je bilo izvedenih študij o energetski učinkovitosti EC materialov in prototipnih naprav, ki pa so za nadaljnji razvoj področja izjemno pomembne. V tem delu preučujemo energetsko učinkovitost EC hladilnega sistema z vidika vpliva polarizacijskih histereznih izgub EC materiala, pri čemer upoštevamo tudi regeneracijo električne energije in toplote. V analizi smo preučevali (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-100xPT) keramike z x = 0, x = 0.1 in x = 0.35. PMN se smatra za relaksorski material, po drugi strani pa se materiali z visoko vsebnostjo PT-ja, kot je npr. PMN-35PT obnašajo kot feroelektriki. V prispevki pokažemo, da brez regeneracije električne energije in brez regeneracije toplote, ne glede na sestavo PMN-100xPT keramike, energijska učinkovitost EC hladilnega sistema ne preseže 4 % učinkovitost Carnot-ove toplotne črpalke (ξ). Ko predpostavimo 80 % regeneracijo električne energije znaša ξ 2.4 % PMN-35PT, 9.4 % za PMN-10PT in 15.8 % za PMN. Nizka energijska učinkovitost za primer PMN-35PT je posledica izgube, ki nastanejo široke histerezne zanke feroelektričnega materiala. Po drugi strani lahko z uporabo PMN relaksorskega materiala, s tanko histerezno zanko, dosežemo visoko stopnjo regeneracije električne energije in posledično višjo energijsko učinkovitost. Poleg tega pokažemo, da s kombinacijo regeneracije električne energije in toplote, EC hladilni sistem v katerem uporabimo PMN EC elemente lahko doseže visok ξ, ki znaša tudi do 81 %. Zaključimo, da je visoka stopnja regeneracije električne energije, po možnosti v kombinaciji z regeneracijo toplote, predpogoj za energetsko učinkovite EC hladilne sisteme.
B.03 Referat na mednarodni znanstveni konferenci
COBISS.SI-ID: 29768743