Подзарядка мобильного телефона от костра

Подзарядка мобильного телефона от костра

Подробности

Просмотров: 17098

Для многих из нас, кто столкнулся с проблемой выживания в условиях дикой природы, настоящей проблемой является подзарядка гаджетов. Это не обязательно мобильный телефон, ведь карты местности могут быть на планшете или ноутбуке. Да и аккумуляторный фонарик время от времени требует свою порцию электричества.

До настоящего времени единственной альтернативой была зарядка от солнечных панелей, которые стоят приличных денег и напрямую зависят от погоды. Можно, конечно, вспомнить о накопителях энергии, рассчитанных на различную емкость, но их тоже хватит ненадолго.

Лучшим выходом из положения я считаю печку-щепотницу, в которую встроен элемент Пельтье. На выходе вы получаете источник тепла для готовки и обогрева, а так же зарядное устройство.

Но давайте обо всем по порядку.

Элемент Пельтье или термоэлектрический модуль (ТЭМ)

По сути это сборка термопар, состоящих из двух элементов n- и p-типов проводимости. В качестве материалов для их изготовления используются полупроводники на основе теллура, висмута, селена и сурьмы. 

В стандартном ТЭМ (на рисунке) термопары расположены между двух керамических пластин. Их количество может быть от нескольких до сотен пар, позволяя создавать модули любой мощности (от 0,1 до нескольких сотен Вт).

При подаче на элемент Пельтье постоянного электрического тока, на его сторонах образуется перепад температур – одна охлаждается, а другая нагревается. Обеспечивая эффективный отвод тепла (радиатор) с горячей стороны, мы на противоположной стороне получаем охлаждение на десятки градусов относительно температуры окружающей среды. 

Это активно используется при разработке систем охлаждения, причем, чем больше величина тока, тем сильнее эффект. Меняя полярность тока, мы меняем холодную и горячую сторону местами. 

 

Практическое использование

Далеко не все догадываются, что с помощью ТЭМ можно не только охлаждать, но и вырабатывать электроэнергию.

Для этого удобно использовать готовую импортную сборку TEC1-12710, внешний вид которой приведен на рисунке:

Термоэлектрические модули от этого производителя отличаются небольшой ценой и хорошими характеристиками. Так для модификации 12710:

Другие типы сборок от 12704 до 12715 отличаются только своими характеристиками.

Для получения электричества надо обеспечить нагрев одной стороны ТЭМ с одновременным охлаждением другой. Причем разница температур должна составлять не менее 130-150°С. Для этого сборку с одной сторона «садим» на термопасту к радиатору охлаждения

А с другой (используя термопасту) прижимаем алюминиевой пластиной.

 

Для обдува радиатора можно применить кулер от компьютера, который при хорошем охлаждении довольно экономичен. Запитываться он будет от нашего ТЭМ. Противоположная алюминиевая пластина должна плотно прижиматься к печке-щепотнице, обеспечивая достаточный нагрев.

Для стабилизации выходного напряжения необходимо использовать самодельный или готовый преобразователь, обеспечивающий U=5V при токе от 1A. Я бы посоветовал готовые схемы от китайских производителей, имеющих готовые USB-разъемы на выходе.

Поискав в интернете, я нашел уже готовую конструкцию, которую автор изготовил из старого блока питания к компьютеру. 

Конструкция довольно удачная, ведь есть и место для кружки (кастрюльки), и удобно подкладывать щепки, и имеется хороший доступ для воздуха. Вот только металл данной конструкции слабоват и быстро прогорит. Но как опытный образец, она заслуживает уважения.

Если же вы решили изготавливать корпус печки самостоятельно, постарайтесь использовать более толстый металл. Предварительно разметьте его при помощи штангенциркуля и чертилки, а затем раскроите по получившимся линиям. Помните, что крепление отдельных частей корпуса должно быть надежным, ведь металл будет подвергаться значительному нагреву.

Максимальная температура для модуля Пельтье TEC1-12710 указана 180°С, так что не стоит переживать по поводу перегрева. Ведь печка небольших размеров, да и кулер обеспечивает дополнительное охлаждение.

Мощность данного модуля рассчитана на 10А. Если вам нужно меньше – возьмите TEC1-12704, TEC1-12706, TEC1-12708. Если необходимо больше, обратите внимание на TEC1-12712 или TEC1-12715. Конечно, чем больше сила тока, тем эффективнее модуль, но и цена при этом заметно вырастает.

Для себя элементы Пельтье я заказываю на AliExpress по этой ссылке. Цена оказалась даже меньше, чем в отечественных магазинах, а качество просто отличное. Сейчас собираю подобную установку для знакомых, часто путешествующих по горам.

 

 

  

Зарядное устройство для мобильного телефона на основе элемента пельтье

28. 08.2017 Электронная техника

В этом видео поведано, как изготовить простейшее зарядное устройство для сотового телефона без применения сложных частей, базируясь на базе элементов пельтье. Что такое эти элементы, многие конечно же знают. В случае если забрать определение из Википедии, то это термоэлектрический преобразователь, что в собственной работе основан на действии отличия температур.

В случае если сказать несложным языком, то при подаче электрического тока на контакты элемента пельтье на его сторонах появляется отличие температур. Он может трудиться и в обратную сторону. Другими словами при нагревании одной стороны и при охлаждении второй, вырабатывается электрический ток что снимается с проводов.

Данный эффект будет употребляться в зарядном устройстве на каковые рассмотрены в данном видео уроке.

Зарядные устройства, о которых идет обращение в отечественной статье, недорого возможно купить в этом китайском магазине. Плагин на Google Хром для экономии в нём: 7 процентов с приобретений возвращается вам.  Для него продается кулер охлаждения.

Употребляется он в кулерах, других устройствах и автомобильных холодильников. Его хорошей стороной есть мелкий размер при высокой эффективности при таких мелких размерах. В нем нет каких-либо движущихся частей, газов, жидкостей. КПД данного устройства все же ниже, чем на вторых компрессорных установках.

Вследствие этого потребляемая мощность у элемента пельтье довольно-таки высока.

В зарядном устройстве, которое рассмотрено в данном в данной статье, употребляется преобразователь напряжения на 5 вольт. Это напряжение есть стандартом для юсб выходов, к каким подключаются сотовые телефоны.
Давайте разглядим, как данное зарядное устройство будет трудиться. Подключим телефон, что намерено приготовлен для опыта. Одной стороной элемент пельтье приклеивается на алюминиевый радиатор посредством термопасты.

Эта сторона будет охлаждаться. На другую сторону будет установлена кружка с чаем, что нагрет до 70 градусов. Видно, что устройство производит электрический ток, началась зарядка на телефоне. В случае если учесть, что комнатная температура примерно около 20 градусов Цельсия, а с учетом того, что Кружка нагрета до 70 градусов , отличия температуры в 50 градусов достаточно для зарядки телефона. В случае если убрать тёплую кружку, зарядка через некое время пропадет.

В случае если, поставить обратно, то, соответственно, зарядка возобновляется.

Замечательное устройство для планшета на Пельтье тут.

Случайные записи:

Зарядка телефона от пластины пельтье

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Сотовые телефоны получат универсальное зарядное устройство

  Одна из головных болей пользователей современными мобильными телефонами и другими мобильными устройствами – огромное количество разных зарядных…

• Мини-гэс для зарядки мобильных устройств

  Новое устройство, называющиеся Blue Freedom, предлагает альтернативу солнечным панелям, топливным элементам, динамо-автомобилям, ветряным турбинам,…

• Зарядное устройство на водородном топливном элементе

  В свете развития других источников электричества, и в виду обычно высокой нестабильности этих источников, все острее поднимается вопрос способов…

• Зарядное устройство для кроны своими руками

  По большому счету, схем таких зарядных устройств довольно много. В данной статье представлен несложный и дешёвый вариант, что окажет помощь сделать с…

Зарядка аккумуляторной батареи от элементов Пельтье

Выходное напряжение термоэлектрического генератора на элементах Пельтье зависит от температурных условий и нагрузки. В предлагаемой конструкции режим работы преобразователя этого напряжения в необходимое для зарядки свинцово-кислотной аккумуляторной батареи автоматически поддерживается таким, что генератор всегда отдаёт максимально возможную мощность. Это позволяет получить от генератора и запасти в батарее максимально возможное количество энергии.

Известно, что для получения максимального количества энергии во внешней цепи необходимо, чтобы сопротивление нагрузки генератора равнялось его внутреннему сопротивлению, а последнее у элемента Пельтье зависит от условий работы. Поскольку обеспечить одинаковые условия нагрева большого числа элементов и отвода от них тепла проблематично, выход заключается в разбиении всего их множества на отдельные группы с примерно одинаковыми характеристиками и тепловыми условиями. Оптимальная нагрузка при этом обеспечивается раздельно для каждой группы. По этому принципу и построено рассматриваемое устройство, состоящее из двух идентичных каналов, работающих на общую нагрузку — заряжаемую аккумуляторную батарею.

Основные технические параметры

Число каналов преобразования ……………………….2

Минимальное напряжение на входе канала, В …………..3

Максимальное напряжение на входе канала, В ………….12

Максимальный ток генератора, А ……………………..5

Максимальное выходное напряжение, В……………..14

Частота преобразования, кГц ……80

КПД (при входном напряжении 9 В, токе 1 А), %, не менее ……………………80

Ток потребления от батареи в спящем режиме, мА……….0,4

Схема устройства показана на рис. 1. Термоэлектрические генераторы G1 и G2 подключены к входам двух идентичных каналов преобразования. Каждый канал представляет собой повышающий импульсный преобразователь напряжения на накопительном дросселе L1 (L2) и мощном полевом транзисторе VT3 (VT4), управляемый путём широтно-импульсной модуляции. Контролирует работу преобразователей микропроцессор DD1 (ATmega88-20AU). Коды из приложенного к статье файла TERMPR.hex необходимо загрузить в его FLASH-память. Конфигурацию микроконтроллера программируют в соответствии с таблицей, где цветом выделены значения разрядов, отличающиеся от установленных изготовителем микросхемы.

Рис. 1.

 

Разряд	Сост.	Разряд	Сост.
RSTDISBL	1	CKDIV8	1
DWEN	1	CKOUT	1
SPIEN	0	SUT1	1
WDTON	0	SUT0	0
EESAVE	1	CKSEL3	0
BODLEVEL2	0	CKSEL2	0
BODLEVEL1	1	CKSEL1	1
BODLEVEL0	0	CKSEL0	0

На рис. 2 приведена диаграмма изменения напряжения на выходе термоэлектрического генератора одного канала в течение рабочего цикла устройства. Масштаб по оси времени не соблюдён. Цикл начинается с приостановки работы преобразователя в момент t₀, после чего напряжение генератора нарастает до напряжения холостого хода U_xx, которое по окончании переходного процесса микроконтроллер измеряет за время t_изм. В момент времени t₁ микроконтроллер включает преобразователь и в несколько приёмов изменяет длительность управляющих им импульсов, каждый раз измеряя напряжение генератора. После очередного изменения длительности импульсов напряжение генератора попадает в зону с центром вблизи U = 0,5U_xx (в данном случае это момент t₄). Это соответствует оптимальной нагрузке на генератор, поэтому преобразователь продолжает работать при установленной длительности импульсов, пока вследствие изменения условий напряжение генератора не выйдет за пределы зоны ΔU. Затем процесс повторяется.

Рис. 2.

 

Так происходит зарядка аккумуляторной батареи GB1. По достижении напряжением батареи приблизительно 14 В зарядный ток уменьшается, чтобы не допустить её перезарядки. Устройство переходит в режим стабилизации напряжения батареи.

Питание микроконтроллера DD1 может происходить как от батареи GB1 через интегральный стабилизатор DA1, так и от термогенераторов G1 и G2 через стабилизаторы тока на транзисторах VT5 и VT6. Благодаря такой организации питания напряжение на зажимах для подключения аккумуляторной батареи имеется даже в её отсутствие. Достаточно, чтобы работал хотя бы один термогенератор.

Если напряжение обоих термогенераторов опустилось ниже минимального значения, микроконтроллер DD1 переходит в «спящий» режим, предварительно закрыв транзисторы VT7 и VT8 и отключив этим стабилизатор DA1. При этом ток потребления от аккумуляторной батареи (если она подключена) уменьшается до 0,4 мА.

Как только напряжение хотя бы одного генератора становится выше минимального (примерно 3 В), микроконтроллер «пробуждается», включает стабилизатор DA1 и управляет преобразователями, как описано выше. Если напряжение холостого хода генератора превышает напряжение аккумуляторной батареи, то происходит непосредственная зарядка аккумулятора через диод VD7 или VD8 и установить оптимальный режим нагрузки становится невозможно. Отсюда ограничение на максимальное напряжение термогенератора.

Светодиоды HL1-HL3 используются для сигнализации соответственно о включении устройства и работе преобразователей напряжения генераторов G1 и G2. Предусмотрена сигнализация о перегреве термогенераторов — звуковой сигнал подаёт излучатель звука HA1 и мигает светодиод.

Температура каждого из генераторов контролируется с помощью термовыключателей SK1 и SK2 с температурой срабатывания +120 ^оС. Наиболее распространённые и дешёвые элементы Пельтье могут эксплуатироваться при температуре до +138 ^оС. Если применить высокотемпературные элементы, то нужно использовать и другие термовыключатели или отказаться от них совсем.

Чертёж печатной платы устройства показан на рис. 3, а размещение элементов на ней — на рис. 4. Многие из необходимых для изготовления устройства деталей можно найти на ненужной материнской плате от компьютера. Например, полевые транзисторы ARM2014N используются в преобразователях напряжения для питания процессора и памяти на платах фирмы ASUS. Хорошо подходят также полевые транзисторы STB70NF3LL. Главное требование, предъявляемое к этим транзисторам, — пороговое напряжение не выше 1,5 В (лучше 1 В). Использование приборов с более высоким пороговым напряжением приводит либо к их чрезмерному нагреву, либо преобразователь вообще не работает, так как транзисторы не открываются имеющимся напряжением.

Рис. 3.

 

Рис. 4.

 

Дроссели L1 и L2 также изготовлены из найденных на материнской плате. Использованы их магнитопроводы — ферритовые кольца размерами 15x8x6 мм. На них намотаны по 15 витков провода диаметром 1 мм.

Вместо диодов VS80SQ040 и BAS86 могут быть применены другие диоды Шотки соответственно на 40 В, 10 А и 40 В, 0,1 А.

Программа микроконтроллера имеется здесь

Авторы: С. Ткачук, г. Боярка, Украина

Электростанция из кружки кипятка / Хабр

Как известно, электричество можно изготовить, используя электродинамические генераторы (паровые, ветряные или водные), солнечные фотоэлементы, а также преобразование разности температур двух разнородных проводников и полупроводников, работающее на эффекте Зеебека. Чаще, можно слышать про эффект Пельтье — разделение температур на разнородных спаянных проводниках и полупроводниках, что является обратным эффектом Зеебека.

Для анализа используем один такой элемент с маркировкой TEC1-12706.

Элемент рассчитан на номинальное напряжение 12В, максимальное несколько выше, но повышает риск порчи элемента и снижает его КПД. Элемент собран из 127 ячеек и рассчитан на максимальный ток 6 А. При подключении элемента к источнику напряжения, потребляемый ток составил около 2 А, а забираемая мощность от источника равна 24 Вт.

Для получении электроэнергии, следует одну пластину элемента нагревать, а вторую — охлаждать. В моем случае, для показанных цветов проводов, холодная сторона — с маркировкой, горячая — без маркировки. При смене полярности проводов, стороны тоже поменяются по своим свойствам.

Для охлаждения пластины используем радиатор в тающем льду, принимаем температуру холодной поверхности элемента Зеебека около 0 градусов.

Для нагрева пластины — поставим сверху кружку кипятка и примем температуру горячей части за 100 градусов. Дождемся стабилизации температуры на холодной стороне, которая составила 11 градусов.

При этом Полученное напряжение на клеммах элемента около 1.7 В (холостой ход).

На нагрузке 100 Ом напряжение уже составило 1.5 В.

Мощность выделяемая на резисторе равна 22.5 мВт. Подключим преобразователь Burst-Up 0.8 to 5 В к клеммам элемента Зеебека, а на выход преобразователя, мигающий светодиод.

Да, он мигает, диоду нужно совсем немного тока для работы (менее 10 мА).

Холостой ход на выходе Burst-Up преобразователя:

Теперь подключим фирменный PowerBank, способный аккумулировать, даже малые токи заряда. И он — заряжается!

Оценить ток заряда можно таким образом: КПД Burst-Up = 0.9, следовательно на PowerBank поступает около 20 мВт мощности. В повербанке стоит Step-Down преобразователь, для заряда Li-Ion аккумулятора с начальным напряжением 2.8 В и конечным 4.2 В, КПД преобразователя тоже примем за 0.9. Тогда, оставшаяся мощность составит 18 мВт. Зарядный ток аккумулятора будет находиться в пределах 4.3… 6.5 мА, т.е. около 5 мА.

Такая вот маломощная тепловая станция получилась. Не забываем, что данные числа получены при разности температур в 90 градусов, которая снижается, по мере охлаждения жидкости в чашке, а холодная жидкость, как известно, собирается на дне чашки.

Как компенсировать этот эффект читатель, наверное, уже догадался.

В заключение сравним энерговыход такого генератора и миниатюрной фотоэлектрической ячейки с размерами 52х9 мм, толщина, 0.2 мм, вес 0.24 грамма, U=0.5 В.

На эквиваленте солнечного излучения при оптимальном сопротивлении нагрузки в 1. 5 Ом, ячейка выделяет 48 мВт мощности.

Что почти в 2 раза больше мощности, получаемой с элемента Зеебека в нашем эксперименте, однако в пасмурную погоду, можно смело считать выделяюмую мощность фотоэлементом меньше на порядок, т.е. всего 5 мВт. Тогда всего 4 солнечные ячейки 52х9 мм уже эквивалентны 1 Зеебеку в пасмурную погоду.

Термогенератор на одном элементе Пельтье, зарядит ли он телефон | Энергофиксик

Став активно изучать альтернативные источники энергии, я наткнулся на такую интересную деталь как элемент Пельтье. Сборок термогенераторов, где в основе используется именно он, можно встретить просто огромное количество. Мне стало интересно, можно ли собрать походную установку на одном элементе с возможностью зарядки телефона. Итак, давайте посмотрим, что у меня получилось.

Введение

Если вы не в курсе что такое элемент Пельтье, то вы можете узнать о нем по этой ссылке (не забудьте потом вернуться и посмотреть что получилось). Если же сказать вкратце, то данное изделие активно используется в мобильных охлаждающих установках как основной элемент генерации холода. При подаче на него питания в 12 Вольт одна сторона изделия нагревается, а другая охлаждается.

Мы же будем использовать обратный эффект, когда при нагреве одной пластины и охлаждении другой происходит генерация электрической энергии. Как говорится: поехали.

Первый эксперимент

Теоретическая часть

Так как у нас изделие планируется мобильное, то лепить на него многокилограммовый радиатор с одной стороны и мангал с другой не будем, а остановимся на очень простой (я бы сказал даже примитивной) сборке из пары медных пластин, небольшого компьютерного радиатора и моторчика с пропеллером.

Для того, чтобы совместить моторчик и радиатор проделываем следующие манипуляции:

Примечание. Моторчик был заказан на сайте Алиэкспресс. Запускается он при напряжении 0,4 Вольта, а при напряжении 3,7 — 4, 2 Вольта его потребление составляет 0,08-0,1 Ампера.

После того, как активное воздушное охлаждение будет готово, фиксируем наш элемент Пельтье между алюминиевых пластин, а сверху закрепляем радиатор с активным охлаждением. При этом, конечно, не забываем обрабатывать места соединения термопастой.

Итак, теперь нужно разобраться с нашими проводами. Так как с моторчика выходят довольно короткие два конца, то наращиваем их и изолируем с помощью термоусадочной трубки.

Так как я хочу попробовать заряжать именно сотовый телефон, то нам потребуется повышающий блок до 5 Вольт с выходом USB. У меня был в наличии вот этот модуль:

Он способен поднять напряжение только с 1,5 вольт (надеюсь у меня получится выдавить с элемента необходимое напряжение).

Итак, просто припаиваем концы проводов, выходящие из элемента Пельтье.

Примечание. Для того, чтобы определить какой конец у элемента Пельтье будет минусом, а какой плюсом просто подвергните кратковременному нагреву одну из пластин и с помощью мультиметра проверьте напряжение: черный щуп к черному проводу, красный к красному. Если на дисплее будет значение с минусом, то просто переверните сам элемент Пельтье и нагревайте другую сторону. Тогда напряжение будет соответствовать маркировке проводов (красный — плюс, черный — минус).

Практический опыт

Итак, установка готова приступаем к проверке. Для этого установку поставим на подставку, а внизу зажжем свечи для нагрева.

Скажу сразу, как я не бился, но выше чем 1,1 Вольта я не смог выжать из установки. Поэтому повышающий блок даже не запустился.

Промежуточный итог

Конечно, если использовать повышающий блок с 0,6 Вольт до 2,5 Вольт можно запитать, например, светодиодную лампочку, но вот о зарядке телефона речи вообще не идет.

А все дело (скорее всего) в крайне неэффективном воздушном охлаждении. Давайте все-таки запустим этот повышающий блок.

Эксперимент второй

Итак, я решил заменить неэффективное воздушное охлаждение на водяное.

Воду я специально охладил до почти нулевой отметки и преобразовал установку в следующий вид:

Приступаем

Налив воду и поместив установку на огонь, я получил следующий результат:

Теперь элемент на холостом ходу выдает чуть больше 3 Вольт, а подсоединенный USB тестер показал, что на выходе есть 5 Вольт, но подсоединив телефон я был разочарован.

За полчаса эксперимента индикатор зарядки не сдвинулся ни на один процент.

Выводы

Выполнив два опыта, я пришел к выводу, что зарядить телефон с помощью одного элемента Пельтье просто невозможно, даже сменив воздушное охлаждение на более эффективное водяное. Поэтому на одном элементе Пельтье можно собрать лишь скромную подсветку (ночник) и не более. В следующих статьях я будет проверен в работе термоэлектрический генератор Seebeck, так что присоединяйтесь.

Если статья оказалась вам полезна, то оцените ее лайком. И спасибо, что уделили свое драгоценное внимание!

Термогенератор Пельтье своими руками — * Выживание в мало-благоприятных Ситуациях * — LiveJournal

В продолжение темы о самодельных девайсах. http://tutankanara.livejournal.com/410005.html На этот раз речь пойдёт о темрогенераторе на элементах Пельтье.

Элементы Пельтье это такие небольшие (обычно 4х4 см.) штуковины, состоящие из керамических пластин и биметалла между ними, посредством которого при нагревании одной стороны и охлаждении другой – вырабатывается электрический ток. Или наоборот, подавая ток, нагреваем одну сторону и охлаждаем другую. Данное свойство элементов Пельтье используют при изготовлении переносных холодильников, но меня в первую очередь больше интересует генераторная способность этих устройств.

Действительно, очень удобно. Нагреваешь одну сторону элемента, охлаждаешь другую – и получаешь достаточный ток и напряжение для зарядки, например, сотового или прочих электронных девайсов. А у меня вообще с электричеством напряг, часто не бывает, так что такая штука мне жизненно необходима..Нет, конечно, частично, проблему нехватки электричества могут решить солнечные батареи. Это, на данном этапе, я вообще считаю один из лучших источников альтернативной энергетики. Поэтому у меня есть и солнечная батарея (о которой расскажу позже), небольшой, но достаточной для меня мощности. Выдаёт она где-то 1 – 1,5 ампера при напряжении от 5 до 15 вольт.

Но солнце есть не всегда, поэтому термогенератор оказался нужнее. Да и вне цивилизации он необходим, а также выживальщики, я думаю, такими вещами интересуются.

Для создания термогенератора подойдут не всякие элементы Пельтье, а лишь те, которые держат температуру 300-400 градусов. Конечно, можно изготовить генератор и из обычных элементов, тех, что применяют в холодильниках, но лишь в порядке эксперимента. Ибо, чуть только перегреете – и элемент выйдет из строя. Приобрести высокотемпературные элементы можно у американцев или у китайцев. (Небольшое отступление про китайцев: читая мой блог, может сложиться неверное представлениея, что я плохо отношусь к Китаю или китайцам. Совсем наоборот, Китаем я восхищаюсь, что не мешает мне считать, что это самый вероятный наш противник. Опять же, немцы тоже когда-то были нашим врагом, да и французы, да и кто только не был. И что с того? Будет война – будем ненавидеть, но пока мир – мы друзья. Тем более, что всё в конце концов закончится, как ранее в случае с другими нациями. И таки станут, после всех войн, русские и китайцы – братьями навек. Аминь.)
Можно приобрести элементы и у соотечественников, но уж совсем по баснословной цене, а это не наш путь.

Итак мой термогенератор нагревается масляной (на обычном, самом дешевом, подсолнечном масле) горелкой.

Которая помещена вот в такой разборный корпус, состоящий из консервной банки, регулятора высоты горелки и самого элемента Пельтье.

Сама горелка тоже состоит из банки и угольного фитиля.

Изготовить такой фитиль можно по этой видеоинструкции.

источник http://www.youtube.com/watch?v=onVj37r0F_4

Лично я делаю такие фитили из углей от костра, продвинутые жители больших городов могут просто купить древесный уголь в магазине. Подобная горелка и сама по себе хороша, можно использовать как источник освещения, вместо свечек. Масло на её работу уходит мало, особо не чадит, может гореть сутками.

Вот это элемент Пельтье, сверху на него помещен радиатор от охлаждения компьютерного процессора, с вентилятором.

Это регулятор уровня огня горелки. Я его изготовил от убитого CD-rom_а. Его можно изготовить из чего угодно, лишь бы фантазия работала.

Элемент Пельтье (в данном варианте два-три элемента, друг на друге, всё смазано термопастой) у меня зажат между охлаждающим радиатором и нагревающим радиатором.

Пространство вокруг элемента я заполнил резиной (от каблуков ненужной обуви) и склеил всё это автомобильным термогерметиком.

Вентилятор для охлаждения изготовил из 3–х вольтового двигателя от того же неисправного CD-rom_а и лопастей штатного вентилятора от компьютерного кулера. Двигатель и вентилятор состыковал при помощи китайского суперклея и дискодержателя от всё того же CD-rom_а. В результате получился вентилятор охлаждения, который начинает работать от полутора вольт и жрёт совсем небольшой ток.

Для радиатора нагревания взял радиатор от кулера старого процессора.

Напряжение, порядка 6-8 вольт, у меня выходит на преобразователь, где уменьшается до нужных для девайсов пяти вольт.

Про этот преобразователь я уже писал. http://tutankanara.livejournal.com/410005.html

Вот и сам генератор в сборе. Кат только (в пределах минуты-две) вырабатываемое напряжение достигает полутора вольт, начинает крутиться вентилятор охлаждения, и холодная сторона элемента начинает охлаждаться. В рабочий режим генерации термогенератор выходит через несколько минут. От него можно питать светодиодные гирлянды и заряжать электронные девайсы. Мой генератор даёт порядка 400 миллиампер тока при 5 вольтах напряжения. Сила тока зависит от применяемого элемента. Если будет возможность, поставлю элементы получше.

Также данное устройство, если снять генераторную часть, можно использовать в качестве обычной горелки, для кипячения воды. Обычно я заполняю наполовину банку и она закипает через 10-15 минут.

Термоэлектрический генератор: принцип работы

Термоэлектрический генератор (термогенератор ТЭГ) — это электрическое устройство, использующее эффекты Зеебека, Томсона и Пельтье для выработки электроэнергии за счет термо-ЭДС. Эффект термо-ЭДС был открыт немецким ученым Томасом Иоганном Зеебеком (эффект Зеебека) в 1821 г. В 1851 году Уильям Томсон (позже лорд Кельвин) продолжил термодинамические исследования и доказал, что источником электродвижущей силы (ЭДС) является температурный перепад.

В 1834 году французский изобретатель и часовщик Жан Чарльз Пельтье открыл второй термоэлектрический эффект, установил, что разность температур происходит на стыке двух различных типов материалов под воздействием электрического тока (эффект Пельтье). В частности, он предсказал, что ЭДС возникает внутри одного проводника, когда присутствует температурный перепад.

В 1950 году русский академик и исследователь Абрам Иоффе открыл термоэлектрические свойства полупроводников. Термоэлектрический генератор энергии стали использовать в системах автономного электроснабжения в недоступных районах. Изучение космического пространства, выход человека в космос дали мощный толчок для бурного развития термоэлектрических преобразователей.

Радиоизотопный источник энергии был впервые установлен на космических кораблях и орбитальных станциях. Их начинают использовать в крупной нефтегазовой отрасли для антикоррозионной защиты газопроводов, в исследовательских работах на Дальнем Севере, в сфере медицины в качестве электрокардиостимуляторов, в жилищном хозяйстве как автономные источники электроснабжения.

Термоэлектрический эффект и перенос тепла в электронных системах

Термоэлектрические генераторы, принцип работы которых основан на комплексном использовании эффекта трех ученых (Зеебека, Томсона, Пельтье), получили свое развитие почти через 150 лет после открытий, намного опередивших свое время.

Термоэлектрический эффект заключается в следующем явлении. Для охлаждения или генерации электричества используется «модуль» состоящий из электрически связанных пар. Каждая пара состоит из полупроводникового материала р (S> 0) и n (S

Если выбранные материалы обладают хорошими термоэлектрическими свойствами, этот тепловой поток, создаваемый движением носителей заряда, будет больше теплопроводности. Поэтому система передаст тепло от холодного источника к горячему и будет действовать как холодильник. В случае генерации электричества тепловой поток вызывает смещение носителей заряда и появление электрического тока. Чем больше разность температуры, тем больше электричества можно получить.

Эффективность ТЭГ

Оценивается коэффициентом полезного действия. Мощность термоэлектрогенератора зависит от двух критических факторов:

1. Объема теплового потока, который может успешно перемещаться через модуль (тепловой поток).
2. Дельты температур (DT) – разница температур между горячей и холодной стороной генератора. Чем больше дельта, тем эффективнее он работает, поэтому конструктивно должны быть обеспечены условия, как для максимальной подачи холода, так и максимального отвода тепла от стен генератора.

Термин «эффективность термоэлектрических генераторов» аналогичен термину, применяемому в отношении всех других типов тепловых двигателей. Пока он очень низкий и составляет не более 17 % эффективности Карно. КПД генератора ТЭГ ограничен эффективностью Карно и на практике достигает лишь несколько процентов (2-6 %) даже при высоких температурах. Это происходит из-за низкой теплопроводности в полупроводниковых материалах, что не способствует эффективной выработке электроэнергии. Таким образом, нужны материалы с низкой теплопроводностью, но в то же время с максимально высокой электропроводностью.

Полупроводники лучше справляются с этой задачей, чем металлы, но пока еще очень далеки от тех показателей, которые вывели бы термоэлектрический генератор на уровень промышленного производства (хотя бы с 15 % использованием высокотемпературного тепла). Дальнейшее повышение эффективности ТЭГ зависит от свойств термоэлектрических материалов (термоэлектрики), поиском которых сегодня занят весь научный потенциал планеты.

Разработки новых термоэлектриков относительно сложные и затратные, однако в случае успеха они вызовут технологическую революцию в системах генерации.

Термоэлектрические материалы

Термоэлектрики состоят из специальных сплавов или полупроводниковых соединений. В последнее время для термоэлектрических свойств применяются электропроводящие полимеры.

Требования к термоэлектрикам:

• высокая эффективность, которая обусловлена низкой теплопроводностью и высокой электропроводностью, высоким коэффициентом Зеебека;
• устойчивость к высоким температурам и термомеханическим воздействиям;
• доступность и безопасность окружающей среды;
• устойчивость к вибрациям и резким перепадам температур;
• долгосрочная стабильность и дешевизна;
• автоматизация процесса изготовления.

В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД ТЭГ. Термоэлектрический полупроводниковый материал представляет собой сплав теллурида и висмута. Он был специальным образом изготовлен, чтобы обеспечить отдельные блоки или элементы с различными характеристиками «N» и «P».

Термоэлектрические материалы чаще всего изготавливаются путем направленной кристаллизации из расплавленной или прессованной порошковой металлургии. Каждый способ изготовления имеет свое особое преимущество, но наиболее распространены материалы с направленным ростом. В дополнение к теллуриту висмута (Bi 2 Te 3) существуют другие термоэлектрические материалы, в том числе сплавы свинца и теллурита (PbTe), кремния и германия (SiGe), висмута и сурьмы (Bi-Sb), которые могут использоваться в конкретных случаях. Пока термопары висмута и теллурида лучше всего подходят для большинства ТЭГ.

Достоинства ТЭГ

Достоинства термоэлектрогенераторов:

• выработка электричества происходит по замкнутой одноступенчатой схеме без использования сложных передающих систем и применения движущих частей;
• отсутствие рабочих жидкостей и газов;
• отсутствие выбросов вредных веществ, бросового тепла и шумового загрязнения окружающей среды;
• устройство длительного автономного функционирования;
• использование отработанного тепла (вторичные источники теплоты) с целью экономии энергоресурсов
• работа в любом положении объекта независимо от среды эксплуатации: космос, вода, земля;
• выработка постоянного тока при малом напряжении;
• невосприимчивость к короткому замыканию;
• неограниченный срок хранения, 100 % готовность к работе.

Сферы применения термоэлектрического генератора

Преимущества ТЭГ определили перспективы развития и его ближайшее будущее:

• изучение океана и космоса;
• применение в малой (бытовой) альтернативной энергетике;
• использование тепла от выхлопных труб автомобилей;
• в системах переработки мусора;
• в системах охлаждения и кондиционирования;
• в системах тепловых насосов, для мгновенного разогрева дизельных двигателей тепловозов и автомобилей;
• нагрев и приготовление пищи в походных условиях;
• зарядка электронных устройств и часов;
• питание сенсорных браслетов для спортсменов.

Термоэлектрический преобразователь Пельтье

Элемент Пельтье (ЭП) — это термоэлектрический преобразователь, работающий с использованием одноименного эффекта Пельтье, одного из трех термоэлектрических эффектов (Зеебека и Томсона).

Француз Жан-Шарль Пельтье соединил провода меди и висмута друг с другом и подключил их к батарее, создав таким образом пару соединений двух разнородных металлов. Когда батарея включалась, один из переходов нагревался, а другой охлаждался.

Устройства, основанные на эффекте Пельтье, чрезвычайно надежны, поскольку они не имеют движущихся частей, не нуждаются в техническом обслуживании, не имеют выбросов вредных газов, компактны и имеют возможность двунаправленной работы (нагрев и охлаждение) в зависимости от направления тока.

К сожалению, они малоэффективны, имеют низкий КПД, выделяют довольно много тепла, что требует дополнительной вентиляции и увеличивает стоимость устройства. Такие устройства потребляют довольно много электроэнергии и могут вызвать перегрев или конденсацию. Элементы Пельтье с размерами более 60 мм x 60 мм практически не встречаются.

Область применения ЭП

Внедрение передовых технологий в области производства термоэлектриков привело к удешевлению производства ЭП и расширению доступности рынка.

Сегодня ЭП широко применяется:

• в переносных охладителях, для охлаждения небольших приборов и электронных компонентов;
• в осушителях для извлечения воды из воздуха;
• в космических аппаратах для уравновешивания воздействия прямого солнечного света на одну сторону корабля, рассеивая тепло на другую сторону;
• для охлаждения фотонных детекторов астрономических телескопов и высококачественных цифровых камер, чтобы минимизировать погрешности наблюдения, возникающих из-за перегрева;
• для охлаждения компьютерных компонентов.

В последнее время широкое применение он получил и для бытовых целей:

• в устройствах кулеров, питающихся через USB-порт для охлаждения или нагрева напитков;
• в виде дополнительной ступени охлаждения компрессионных холодильников с понижением температуры до -80 градусов для одноступенчатого охлаждения и до -120 для двухступенчатого;
• в легковых автомобилях для создания автономных холодильников или обогревателей.

Китай наладил производство элементов Пельтье модификаций TEC1-12705, TEC1-12706, TEC1-12715 стоимостью до 7 евро, которые могут обеспечить по схемам «тепло-холод» мощность до 200 Вт, сроком службы до 200 000 часов, работающих в температурной зоне от -30 до 138 градусов Цельсия.

Ядерные батарейки РИТЭГ

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) представляет собой устройство использующее термопары для преобразования тепла, выделяемое при распаде радиоактивного материала, в электричество. Этот генератор не имеет движущихся частей. РИТЭГ использовался в качестве источника энергии на спутниках, космических аппаратах, удаленных объектах маяков, построенных СССР для Полярного круга.

РИТЭГы, как правило, являются наиболее предпочтительным источником энергии для устройств, которым требуется несколько сотен Ватт мощности. В топливных элементах, батареях или генераторах установленных в местах, где солнечные элементы являются неэффективными. Радиоизотопный термоэлектрический генератор требует соблюдения строгих мер осторожного обращения с радиоизотопами в течение долгого времени после окончания его срока службы.

В России насчитывается порядка 1 000 РИТЭГов, которые использовались в основном для источников питания на средствах дальнего действия: маяках, радиомаяках и других специальных радиотехнических средствах. Первым космическим РИТЭГом на полонии-210 стал «Лимон-1» в 1962 году, затем «Орион-1» мощностью 20 Вт. Последняя модификация была установлена на спутниках «Стрела-1» и «Космос-84/90». «Луноходы»-1,2 и «Марс-96» использовали РИТЭГ в системах обогрева.

Устройство термоэлектрогенератора своими руками

Столь сложные процессы, которые протекают в ТЭГ, никак не останавливают местных «кулибиных» в стремлении присоединится к мировому научно-техническому процессу по созданию ТЭГ. Использование самодельных ТЭГ применяется уже давно. Во время Великой Отечественной войны партизаны делали универсальный термоэлектрогенератор. Он вырабатывал электрический ток для зарядки рации.

С появлением на рынке элементов Пельтье по доступными для бытового потребителя ценам возможно сделать ТЭГ самому, выполнив следующие шаги.

1. Приобрести два радиатора в магазине IT и применить термопасту. Последняя облегчит соединение элемента Пельтье.
2. Разделить радиаторы любым теплоизолятором.
3. Сделать отверстие в изоляторе для размещения элемента Пельтье и проводов.
4. Собрать конструкцию, и поднести источник тепла (свеча) к одному из радиаторов. Чем дольше нагрев, тем больше тока будет вырабатываться из домашнего термоэлектрического генератора.

Работает такой прибор бесшумно, и имеет небольшой вес. Термоэлектрический генератор ic2 в зависимости от размера, может подключить зарядку мобильного телефона, включить небольшой радиоприемник и светодиодное освещение.

В настоящее время многие известные мировые производители начали выпуск различных доступных гаджетов с применением ТЭГ для автолюбителей и путешественников.

Перспективы развития термоэлектрической генерации

Ожидается, что спрос на бытовое потребление ТЭГ вырастет на 14 %. Перспективы развития термоэлектрической генерации опубликовал Market Research Future, издав документ «Глобальный отчет по исследованию рынка термоэлектрических генераторов — прогноз до 2022 года» — анализ рынка, объем, доля, ход, тенденции и прогнозы. Доклад подтверждает перспективу ТЭГ в утилизации автомобильных отходов и системах совместного производства электроэнергии и тепла для бытовых и промышленных объектов.

Географически глобальный рынок термоэлектрических генераторов был разделен на Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион, Индию и Африку. АТР считается самым быстрорастущим сегментом в области внедрения рынка ТЭГ.

Среди этих регионов Америка, по оценкам экспертов, является основным источником доходов на глобальном рынке ТЭГ. Ожидается, что увеличение спроса на экологически чистую энергию повысит спрос на него в Америке.

Европа также будет демонстрировать относительно быстрый рост в течение прогнозируемого периода. Индия и Китай будут наращивать потребление значительными темпами из-за увеличения спроса на транспортные средства, что приведет к росту рынка генераторов.

Компании по производству автомобилей такие, как Volkswagen, Ford, BMW и Volvo в сотрудничестве с NASA, уже приступили к разработке мини-ТЭГ для системы регенерации тепла и экономии топлива в автомобиле.

Применение элемента Пельтье

Контроллеры ТЕС используются для термоэлектрического охлаждения и нагрева в сочетании с элементами Пельтье или резистивными нагревателями. Элементы Пельтье — это тепловые насосы, которые передают тепло от одной стороны к другой в зависимости от направления электрического тока.

Используя элементы Пельтье в сочетании с нашими контроллерами TEC, можно найти решения в различных областях применения. После ряда примеров, как элементы Пельтье могут использоваться для регулирования температуры.

Контроллер ТЕС Обзор продукта

Лазеры офтальмологические

Для получения постоянной длины волны излучения в лазерных диодах поддерживается постоянная температура. Элементы Пельтье используются для охлаждения лазерных диодов и кристаллов.

Лазер с ультракороткими импульсами
Фемтосекундный лазер и пикосекундные лазеры — это лазеры с ультракороткими импульсами. Эти сверхбыстрые лазеры открывают новые возможности в обработке материалов, называемой микро- и нанообработкой.

Эталонные источники света
Термоэлектрические модули используются для поддержания постоянной температуры эталонных источников света для достижения стабильного светового потока.

Контрольная точка ледового покрова
Контрольная точка ледового покрова, построенная с использованием элементов Пельтье, используется для высокоточной калибровки и производственного контроля.

Lab-on-a-Chip (LOC)
Технология Lab-on-a-chip обеспечивает более быстрый анализ и компактность в медицинской диагностике.Элементы Пельтье можно использовать для закалки базовых плат или электронных схем.

Термоциклер
Термоциклер (термоциклер, ПЦР-аппарат или ДНК-усилитель) используются для термочувствительных реакций в лабораториях, таких как визуализация живых клеток. Элементы Пельтье обеспечивают широкий диапазон температур, высокую температурную стабильность и точность в сочетании с точными контроллерами TEC.

Устройства ночного видения (усилитель изображения)
Чтобы минимизировать шум изображения, датчики изображения в устройствах ночного видения можно охлаждать.

Детекторы излучения
Поскольку тепловое излучение является электромагнитным излучением, хранение датчиков и устройств при низких температурах может помочь свести к минимуму проблему шума.

Микромасштабный термофорез
Микромасштабный термофорез используется для количественной оценки биомолекулярных взаимодействий, измерения движения молекул вдоль температурных градиентов. Элементы Пельтье используются для поддержания постоянной температуры опорной плиты или стабилизации инфракрасного лазера.

Спектроскопия
Охлаждение электромагнетизма в спектрометрах электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) — одно из приложений, в которых используются элементы Пельтье. Другой — охлаждение ПЗС-детекторов с элементами Пельтье. (Охлаждение чипа CCD)

Криоконсервация
Элементы Пельтье позволяют охлаждаться ниже точки замерзания. Криоконсервация — это процесс сохранения клеток, тканей и других веществ путем их охлаждения до минусовых температур.

Горячие температуры окружающей среды
Если вы используете, например, камеры с CMOS-сенсорами в окружающей среде с высокой температурой, вы можете потерять точность и возникнуть проблемы с шумом.Таким образом, камеры и другое оборудование можно охлаждать для достижения, например, лучших результатов при высоких ISO и длительных выдержках.

Рабочие элементы управления охлаждением
В некоторых средах было бы удобно охлаждать или нагревать элементы управления до температуры, отличной от температуры окружающей среды.

Промышленные процессы
Бесчисленные применения в промышленных процессах упрощаются с помощью термоэлектрических модулей. Примерами являются металлургия, литография полупроводников и потребности в закалке / отверждении.

Резистивный нагреватель
Резистивный нагреватель с использованием резистивных фольгированных, картриджных или металлокерамических нагревателей.

Аккумуляторное охлаждение электромобилей
Термоэлектрическое охлаждение с элементами Пельтье также используется для охлаждения литий-ионных аккумуляторов электромобилей при зарядке аккумуляторов.

Сделайте термоэлектрическое зарядное устройство USB, которое использует бесплатную тепловую энергию

Сегодня мы собираемся вырабатывать электричество из разницы в тепле, это не что иное, как эффект Зеебека.Мы должны выбрать оптимальный материал с высоким коэффициентом Зеебека. Если мы поставим последовательно также его марда, даже для генерации 10 мВ. Материалы Пельтье.

Подробнее ..

Мы соединим два металла и доведем этот спай до определенной температуры, а затем поместим второй идентичный спай на другую температуру. Это очень просто, но при этом должно вырабатываться электричество. Следует отметить, что каждый металл имеет свой коэффициент Зеебека, и что пара железо-алюминий, безусловно, является наиболее эффективной в отношении обычных металлов. К счастью, мы можем добиться большего, чем это, благодаря промышленным товарам, которые содержат множество соединений с конкретными металлами. Они называются модулями Пельтье.

Описание проекта:

Теперь посмотрим, что происходит с пламенем. Тепловой поток, движущийся с горячей стороны на холодную, заставляет его работать. В тот момент, когда мы прекращаем нагрев модуля, вырабатываемое напряжение уменьшается. Мы также собираемся использовать небольшой радиатор на горячей стороне, чтобы тепло пламени равномерно распределялось по всем стыкам.Вопреки тому, что можно было подумать, для получения как можно большего напряжения с помощью одного пламени лучше использовать один модуль Пельтье, который можно легко нагреть до очень высокой температуры. Если поставить несколько модулей, мощность распределяется, температура каждого модуля снижается и он производит меньше. Это следствие второго закона термодинамики.

1. Источник тепла: Вам нужно некоторое количество тепловой энергии в виде свечи, котла, тепла двигателя, печи или зажигалки.

Знаете ли вы

Skyfi Labs помогает студентам приобретать практические навыки, создавая реальные проекты.

Вы можете записаться с друзьями и получить комплекты на пороге

Вы можете учиться у экспертов, строить рабочие проекты, демонстрировать свои навыки всему миру и устраиваться на лучшие рабочие места.
Начни сегодня!

1. Материал Пельтье: Использует полупроводник TEC1-12706, включает 1 * TEC1-12706, 1 * кондуктивный охлаждающий модуль, 1 * водоблок, 1 * вентилятор, 1 * термопасту, 1 * плинтус и набор винтов.
2. USB-модуль: , сокращение от Universal Serial Bus, является отраслевым стандартом, который был разработан для определения кабелей, разъемов и протоколов для подключения, связи и питания между персональными компьютерами и их периферийными устройствами.
3. Литий-кислотная аккумуляторная батарея: Аккумуляторная батарея, аккумуляторная батарея, вторичный элемент или аккумулятор — это тип электрической батареи, которую можно заряжать, разряжать в нагрузку и многократно перезаряжать, в отличие от одноразовой или первичной батареи, которая поставляется полностью заряженным и утилизируется после использования.
4. Модуль повышающего преобразователя: Это силовой модуль повышающего преобразователя постоянного тока с высокоточным потенциометром, который использует XL6009E1 со вторым поколением технологии высокочастотной коммутации в качестве основного чипа, так что его производительность намного выше. выше, чем у технологии первого поколения LM2577. При высокой частоте переключения 400 кГц даже конденсаторы фильтра малой емкости могут дать очень хорошие результаты, в то время как пульсации меньше, а размер меньше.

Заключительный этап:

Вы должны собрать USB-модуль и повышающий преобразователь на аккумуляторную батарею, с которой можно заряжать свои электронные устройства от бесплатной тепловой энергии.

Последние проекты по электротехнике

Хотите развить практические навыки по электрике? Ознакомьтесь с нашими последними проектами и начните обучение бесплатно

Набор, необходимый для разработки термоэлектрического зарядного устройства USB:
Технологии, которые вы узнаете, работая с термоэлектрическим зарядным устройством USB:

Термоэлектрическое зарядное устройство USB

Skyfi Labs • Опубликовано: 2018-05-11 • Последнее обновление: 2021-07-03

Эффект Пельтье — обзор

3.

3.1 Термоэлектрические микроохладители

Термоэлектрические охладители (ТЭО), также называемые охладителями Пельтье, представляют собой небольшие электронные тепловые насосы, использующие эффект Пельтье, так что при изменении температуры вблизи соединения между разнородными проводниками ток проходит через соединение. , что приводит к передаче тепла через переход, поскольку тепло переносится носителями заряда. Типичный модуль TEC состоит из ряда чередующихся полупроводниковых термоэлементов n- и p-типа в форме слитков, которые электрически соединены последовательно с металлическими соединительными лентами, зажатыми между двумя электрически изолирующими, но теплопроводными керамическими пластинами, как показано на рисунке 24. (Роу, 1995).Когда на термоэлемент n-типа подается положительное постоянное напряжение, электроны текут от элемента p-типа к верхнему металлическому разъему, а затем к элементу n-типа. Поскольку тепло поглощается электронами в верхнем переходе и эта тепловая энергия уносится от перехода через эффект Пельтье, температура холодной стороны (чипа) снижается. Электроны, переносящие тепловую энергию, перемещаются к нижнему разъему, где избыточное тепло выделяется через внешний теплоотвод. Если смещение изменить на противоположное, устройство будет работать как тепловой насос.Преимуществами ТЕС в целом являются (1) способность локально снижать рабочую температуру микросхемы, (2) возможность интеграции на системном уровне со встроенной электроникой, (3) высокая надежность (> 250 000 ч), (4) без движущихся частей (бесшумный), (5) маленький и легкий, и (6) без газа или химикатов.

Рис. 24. Схема простого охладителя Пельтье.

( Источник : Lasance, C.J.M., Simons, R.E., 2005. Достижения в области высокоэффективного охлаждения для электроники. Electronics Cooling 11, 22–39, http: // www.electronics-cooling.com/articles/.)

Термоэлектрические характеристики материала при заданной абсолютной температуре T характеризуются безразмерной добротностью, ZT = σ S ² T / λ , где S , σ и λ относятся к коэффициенту Зеебека, а также к электрической и теплопроводности материала соответственно. Самая сложная задача в любом термоэлектрическом приложении — найти материалы, которые обеспечивают низкую теплопроводность, чтобы уменьшить тепловые потери из-за теплопроводности между горячей и холодной стороной, и высокую электрическую проводимость, чтобы минимизировать джоулев нагрев и обеспечить большую теплопроводность. для приложенного электрического поля.Для металлов и металлических сплавов отношение теплопроводности к электропроводности является константой (закон Видемана – Франца – Лоренца). Таким образом, металлы с наивысшими возможными коэффициентами Зеебека (~ 10 мкВ K ^-1 ) дают эффективность только в доле 1%. В ходе исчерпывающего и долгого путешествия по поиску подходящего материала теллурид висмута (Bi ₂ Te ₃ ) и его сплавы из синтетических высоколегированных полупроводников показали наивысшее значение ZT (около 1 при комнатной температуре).С помощью этих материалов была достигнута мощность теплового насоса в диапазоне от нескольких милливатт до нескольких десятков ватт, а максимальная разница температур составляет около 70 ° C для отвода тепла в резервуар с комнатной температурой. На рисунке 25 показаны теоретические значения КПД и КПД термоэлектрических охладителей и генераторов для различных значений ZT в сравнении с другими технологиями охлаждения и выработки электроэнергии (Chen and Shakouri, 2002). Однако ТЭО, изготовленные из обычных соединений теллурида висмута ( ZT ~ 1), не могут конкурировать с механическим охлаждением в крупномасштабной технологии охлаждения.Несмотря на свою низкую эффективность, ТЭО используются в таких областях, как (1) охлаждение полупроводниковых лазеров, инфракрасных детекторов, устройств с зарядовой связью, анализаторов крови и микропроцессоров, где требуется точное управление охлаждением ниже температуры окружающей среды и (2) небольшие переносные холодильники и холодильники для пикников (Lasance and Simons, 2005).

Рис. 25. Сравнение термоэлектрической технологии с другими методами преобразования энергии для (а) охлаждения и (б) выработки электроэнергии.

( Источник : Chen, G., Шакури, А., 2002. Теплопередача в наноструктурах для твердотельного преобразования энергии. ASME J. Heat Transf. 124, 242–252.)

Наряду с низкой эффективностью, относительно высокая стоимость производства термоэлектрических материалов также ограничивает широкое применение ТЭО для охлаждения электроники или в качестве источника охлаждения для охладителей потребительских товаров (Phelan et al. , 2001 г.), хотя по мере увеличения объемов и создания новых элементов ТИК цены падают и находят все больше приложений ТИК.Обычные методы выращивания кристаллов, такие как метод Бриджмана, для получения теллурида висмута налагают значительные ограничения на размеры термоэлектрических элементов из-за низкого выхода продукции. Слабые связи, удерживающие вместе соседние кристаллы, разваливаются во время обработки пластины. Большое количество исследований было направлено на разработку элементов Пельтье меньшего размера, поскольку охлаждающая способность ТЭО обратно пропорциональна длине его ножки. Обзор последних промышленных усилий можно найти в другом месте (Chu and Simons, 1999; Lasance and Simons, 2005).Биршенк и Джонсон (2005) из Marlow Industries сообщили о новых мелкозернистых микролегированных материалах теллурида висмута, которые могут обеспечивать высокую теплоемкость свыше 40 Вт / см ⁻² . Nanocoolers Inc. утверждает, что разработала технологию тонкопленочного ТЭО в масштабе пластины, с помощью которой небольшие охладители Пельтье изготавливаются монолитно (Ghoshal, 2005b). Небольшой гибкий термоэлектрический модуль с габаритными размерами 16 мм × 20 мм × 0,05 мм был изготовлен с использованием медной фольги в качестве шаблона (Qu et al. , 2001). На тонкую медную фольгу, предварительно покрытую узорчатым эпоксидным слоем, наносят гальваническое покрытие несколько полосок термопар с микро-Sb – Bi.В качестве еще одного жизнеспособного метода было использовано импульсное осаждение слоев для выращивания высококачественной термоэлектрической тонкой пленки Ca ₃ CO ₄ O ₉ , сформированной поверх аморфного слоя SiO _x самоорганизующимся способом (Hu и др. , 2005). Объемный термоэлектрический материал (кубический AgPb _m SbTe _{2 + m} ) с ZT ~ 2,2 при 800 K был синтезирован с использованием стандартного процесса кристаллизации слитка, но при комнатной температуре ZT меньше 1 (Hsu и другие., 2004). Чтобы разработать микромасштабное устройство TEC, Snyder et al. (2003) разработал новый электрохимический процесс, подобный МЭМС, для изготовления термоэлектрического микрокулера, содержащего 126 термоэлементов n-типа и p-типа (Bi, Sb). ₂ Te ₃ термоэлементов, длиной 20 мкм и диаметром 60 мкм. с металлическими перемычками, как показано на рисунке 26. Было продемонстрировано как охлаждение, так и выработка электроэнергии с помощью этого устройства. Однако производительность еще не была оптимизирована отчасти потому, что электроосажденные термоэлектрические материалы имеют дефектную структуру, которая эффективно снижает их коэффициенты Зеебека.

Рис. 26. (a) Типичное термоэлектрическое устройство, в котором более сотни пар n – p соединены электрически последовательно, но термически параллельно между горячей и холодной стороной. Схема (b) и микрофотографии с помощью сканирующего электронного микроскопа (c) электрохимического термоэлектрического микроустройства, изготовленного с помощью МЭМС.

( Источник : перепечатано с разрешения Macmillan Publishers Ltd.: Снайдер, Дж. Дж., Лим, Дж. Р., Хуанг, К.-К., Флериал, Дж. П., 2003. Термоэлектрическое микроустройство, изготовленное с помощью электрохимического устройства, подобного МЭМС. процесс.Nat. Матер. 2, 528–531. copyright 2003.)

Параллельно с поиском материалов с высоким содержанием ZT были проведены обширные исследования термоэлектрических свойств низкоразмерных структур, которые показывают многообещающие перспективы для будущих микрокулеров. Новаторская работа Хикса и Дрессельхауса (1993) по наноструктурированным сверхрешеточным материалам для улучшения термоэлектрической добротности вызвала новый интерес и вдохновила большую часть недавних исследований по этой теме. Сверхрешетки состоят из чередующихся тонких слоев различных термоэлектрических материалов, периодически уложенных друг на друга (Böttner et al., 2006). Многие объемные материалы с относительно хорошими термоэлектрическими свойствами были исследованы с помощью сверхрешеточных ТЭО: полупроводники V – VI, такие как Bi ₂ Te ₃ / Sb ₂ Te ₃ (Beyer et al. , 2002; Venkatasubramanian и др. , 2001), полупроводники IV – VI, такие как PbTe / PbSe (Бейер и др. , 2002; Harman и др. , 2000), полупроводники IV – IV, такие как Si / Ge (Zeng et al. al. , 1999), и полупроводник V – V, такой как Bi / Sb (Cho et al., 2001). По сравнению с исследованиями объемных материалов, которые направлены на снижение теплопроводности, наноструктуры предоставляют средства для изменения как электронного, так и фононного транспорта за счет использования квантового и классического размерного и интерфейсного эффекта (Chen and Shakouri, 2002). О выдающихся примерах наноструктурированных материалов с высоким ZT (до 2,4) сообщалось с использованием тонкопленочных сверхрешеток (Венкатасубраманиан и др. , 2001) и сверхрешеток с квантовыми точками (Харман и др., 2002). Venkatasubramanian et al. (1999) использовал низкотемпературную металлоорганическую эпитаксию для формирования гетерогенной сверхрешеточной структуры Bi ₂ Te ₃ / Sb ₂ Te ₃ с одним из отдельных слоев размером всего 10 Å. Ожидаемая диаграмма зон гетероструктуры типа квантовых ям с различными короткими периодами (10–50 Å) показана на рисунке 27 (а), и эта сверхкороткая сверхрешетка обеспечивает значительно более высокую подвижность в плоскости и в то же время больше фононное обратное рассеяние на границе раздела, что снижает теплопроводность.С ZT ~ 2,4 для их устройства p-типа, COP, показанный на рисунке 27 (b), должен быть сопоставим с типичными механическими холодильными системами (COP = 2 ~ 4) в сочетании с аналогичной конструкцией ZT n-типа. , с оценкой плотности мощности охлаждения до 700 Вт / см ⁻² при 353 K, что более чем в 300 раз больше, чем у объемного материала (Venkatasubramanian et al. , 2001). Харман и др. . (2000) использовали молекулярно-лучевую эпитаксию для выращивания PbSe _{0, легированного Bi (n-типа).98} Te _0,02 / PbTe самоорганизующиеся сверхрешетки с квантовыми точками и показали значительно более высокий ZT (~ 2), чем их соответствующие объемные материалы. Считается, что увеличение значений ZT может быть результатом дельта-функции в состояниях электронной плотности, повышенного рассеяния фононов (Harman et al. , 2002) и, возможно, фильтрации энергии электронов (Shakouri, 2004). ). Совсем недавно Zhang et al. (2006a) продемонстрировал трехмерный кремниевый микрохолодильник, который мог охлаждать максимум до 1.2 ° C при комнатной температуре и простая интеграция микрокуллера в кремниевый чип для удаления горячих точек.

Рис. 27. (a) Предполагаемая зонная диаграмма Bi ₂ Te ₃ / Sb ₂ Te ₃ граница раздела сверхрешетки и (b) потенциальный КПД как функция ZT с другими технологиями охлаждения.

( Источник : перепечатано с разрешения Macmillan Publishers Ltd.: Venkatasubramanian, R., Siivola, E., Colpitts, T., O’Quinn, B., 2001.Тонкопленочные термоэлектрические устройства с высокими показателями эффективности при комнатной температуре. Nature 413, 597–602, авторское право 2001.)

Прямое профилирование коэффициента Зеебека, S , через полупроводниковый p – n-переход с нанометровым разрешением было исследовано с помощью сканирующей термоэлектрической микроскопии, чтобы лучше понять влияние малых размеров и наноразмерные структуры на S (Lyeo et al. , 2004). Тщательное знание зависимости наноструктур от коэффициентов Зеебека, а также тепловой и электрической проводимости поможет спроектировать и оптимизировать эти термоэлектрические охладители на сверхрешетках.Теоретические работы с тщательными обзорами прогресса исследований низкоразмерных термоэлектрических материалов можно найти в других источниках (Böttner et al. , 2006; Chen, 2006; Chen and Shakouri, 2002; Chen et al. , 2003; DiSalvo, 1999; Шакури, 2004; Тритт, 2001). В качестве примера прогресса группа Маджумдара из Калифорнийского университета в Беркли недавно исследовала термоэлектрические свойства металл-молекулярных переходов с помощью сканирующей туннельной микроскопии и представила возможность разработки недорогих и эффективных молекулярных ТЕС (Reddy et al., 2007).

Мобильная зарядка теплом с использованием модуля ТЭГ

термоэлектрического генератора

Эта схема может пригодиться, когда вы отдыхаете в кемпинге в отдаленной местности, где нет электричества для зарядки аккумулятора вашего мобильного телефона или планшета. Если вы можете заварить чай или развести огонь, вы также можете зарядить свое устройство с помощью этой схемы. В нем используется простое термоэлектрическое устройство.

Термоэлектрический генератор (ТЭГ), также называемый генератором Зеебека, представляет собой твердотельное устройство, которое преобразует тепло (разность температур) непосредственно в электрическую энергию посредством явления, называемого эффектом Зеебека (форма термоэлектрического эффекта).ТЭГ работает как тепловая машина.

Следовательно, термоэлектрический модуль может использоваться как для нагрева, так и для охлаждения, что делает его очень подходящим для приложений контроля температуры.

Рис.1: Термоэлектрический (ТЭГ) модуль

Схема и работа

Схема построена на термоэлектрическом модуле 5 В, диоде Шоттки 1N5817 и модуле повышающего преобразователя постоянного тока. Термоэлектрический модуль подключается к разъему J1, а модуль повышающего преобразователя постоянного тока — к разъему J2, как показано на рис.2.

Рис. 2: Принципиальная схема мобильной зарядки с помощью тепла

Работа модуля повышающего преобразователя постоянного тока основана на методе частотно-импульсной модуляции (ЧИМ).

Преобразователь ЧИМ имеет альтернативную архитектуру преобразователя питания постоянного тока в постоянный, в которой используются тактовые генераторы переменной частоты для управления переключателями мощности и передачи энергии от входа к выходу. Поскольку частота управляющего сигнала напрямую регулируется для регулирования выходного напряжения, эта архитектура называется ЧИМ. Преобразователь постоянного тока в постоянный с постоянным временем включения или постоянным временем отключения является типичным примером этой архитектуры.

На принципиальной схеме положительный вывод (красный) модуля ТЭГ подключен к модулю ЧИМ через диод Шоттки D1 ​​для защиты от полярности. Буферный конденсатор C1 подключен к модулю преобразователя для получения стандартного USB-выхода 5 В постоянного тока через разъем USB (A-типа). Вы можете использовать стандартный кабель для передачи данных мобильного телефона, чтобы зарядить свой телефон от выхода этого модуля преобразователя. На рис. 3 показана типовая схема выработки электроэнергии с использованием модуля ТЭГ.

Рис. 3: Устройство нагрева модуля ТЭГ

PowerPot В этом проекте демонстрируется концепция выработки электроэнергии с помощью ТЭГ.PowerPot — это термоэлектрический генератор, не имеющий движущихся частей или батарей. Поскольку термоэлектрическая технология встроена в дно кастрюли, она может производить электричество из самых разных источников тепла.

Просто добавьте воды и поместите PowerPot в огонь (созданный из дерева, пропана, бутана, спирта или газа). Он начнет вырабатывать электричество через несколько секунд. Подключите высокотемпературный кабель к задней части кастрюли, и ваше USB-устройство начнет заряжаться.

Чем больше разница температур между водой в кастрюле и дном кастрюли, тем больше электроэнергии будет производить PowerPot.Например, таяние снега в PowerPot — отличный способ вырабатывать электричество, потому что снег намного холоднее пламени. Однако вам не нужно беспокоиться о перегрузке вашего устройства, потому что PowerPot имеет встроенный регулятор, который обеспечивает безопасную зарядку ваших USB-устройств.

Регулятор выдает пять вольт (стандарт USB) и ток до 1000 миллиампер, что является максимумом, с которым может справиться любой смартфон / MP3-плеер. Это означает, что при зарядке USB-устройства с помощью PowerPot вы получите такую ​​же мощность зарядки, как и от домашнего зарядного устройства.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше о проектах «Сделай сам»

---

Патель Даршил М. — любитель электроники

Эффекты Пельтье в моделировании литий-ионных аккумуляторов: Журнал химической физики: Том 154, № 11

I. ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ << II. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ... III. МОДЕЛИВ. МЕТОДЫV. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ VI. ВЫВОДЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ОТВЕТСТВЕННОСТИ АВТОРОВ Переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии требует надежных технологий хранения энергии.Литий-ионные батареи (LIB) стали ведущей технологией хранения энергии во многих секторах благодаря превосходным свойствам, таким как высокая гравиметрическая и объемная плотность энергии, высокая эффективность и совместимость с существующей электрической инфраструктурой. ¹ 1. Р. Маром, С. Ф. Амальрадж, Н. Лейфер, Д. Джейкоб и Д. Аурбах, «Обзор современных и практичных материалов для литиевых батарей», J. Mater. Chem. 21 , 9938 (2011). https://doi.org/10.1039/c0jm04225k Новые требования со стороны транспортного сектора (напр.g., электрические паромы, самолеты и автомобили) в настоящее время оказывают все большее влияние на рынок LIB. Для этих приложений требуются большие аккумуляторные блоки, высокая энергия и удельная мощность, а также возможности для большой скорости зарядки и разрядки. Тогда важны вопросы безопасности, старения ячеек и потери емкости. В частности, было показано, что эти проблемы зависят от температуры. ^2–7 2. Дж. Б. Гуденаф и Ю. Ким, «Проблемы перезаряжаемых литиевых батарей», Chem. Матер. 22 , 587–603 (2010).https://doi.org/10.1021/cm2z3. Х. Лю, З. Вэй, В. Хе и Дж. Чжао, «Тепловые проблемы литий-ионных аккумуляторов и недавний прогресс в системах управления температурным режимом аккумуляторов: обзор», Energy Convers. Управлять. 150 , 304–330 (2017). https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.08.0164. Э. В. Томас, Х. Л. Кейс, Д. Х. Даути, Р. Г. Юнгст, Г. Нагасубраманиан и Э. П. Рот, «Ускоренное снижение мощности литий-ионных элементов», J. Power Sources, , 124, , 254–260 (2003). https://doi.org/10.1016 / s0378-7753 (03) 00729-85. Дж. Фан и С. Тан, «Исследования по зарядке литий-ионных элементов при низких температурах», J. Electrochem. Soc. 153 , A1081 (2006). https://doi.org/10.1149/1.21
6. Ф. Рихтер, С. Кьельструп, П. Дж. С. Ви и О. С. Бурхейм, «Профили теплопроводности и внутренней температуры литий-ионных вторичных батарей», J. Power Sources 359 , 592–600 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.05.0457. Т. Вальдманн, М. Вилка, М. Каспер, М. Флейшхаммер и М.Вольфарт-Меренс, «Температурно-зависимые механизмы старения в литий-ионных батареях — посмертное исследование», J. Power Sources 262 , 129–135 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.03.112 Хорошо известно ^7,8 7. Т. Вальдманн, М. Вилька, М. Каспер, М. Флейшхаммер и М. Вольфарт-Меренс , «Температурно-зависимые механизмы старения в литий-ионных батареях — посмертное исследование», J. Power Sources 262 , 129–135 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.03.1128. Д. Х. Даути и Э. П. Рот, «Общее обсуждение безопасности литий-ионных аккумуляторов», Electrochem. Soc. Интерфейс 21 , 37 (2012). https://doi.org/10.1149/2.f03122, если хорошее управление температурой необходимо для безопасности, производительности и ожидаемого срока службы литий-ионных батарей. Потребность в более быстрой зарядке или разрядке и надежности работы больших аккумуляторных блоков требует хорошего управления температурой и, в свою очередь, очень точной тепловой модели. Когда электрический ток поступает из электрохимического элемента, можно наблюдать несколько типов тепловых эффектов. ⁹ 9. Д. Бернарди, Э. Павликовски и Дж. Ньюман, «Общий энергетический баланс для аккумуляторных систем», J. Electrochem. Soc. 132 , 5–12 (1985). https://doi.org/10.1149/1.2113792 Необратимое тепловыделение происходит из-за электрического сопротивления (т. е. джоулева нагрева) и из-за перенапряжения электродов (сопротивления электрохимическим реакциям). ¹⁰ 10. Л. Рао и Дж. Ньюман, «Скорость тепловыделения и общий энергетический баланс для вставных аккумуляторных систем», J. Electrochem.Soc. 144 , 2697 (1997). https://doi.org/10.1149/1.1837884 Джоулево тепло связано с путями носителя заряда (перенос ионов в электролите и перенос электронов в твердотельных материалах и металлах). Кроме того, на границах раздела электродов происходит обратимое выделение или поглощение тепла. ¹¹ 11. К. С. Фёрланд, Т. Фёрланд и С. К. Раткье, Необратимая термодинамика: теория и приложения (John Wiley & Sons, Inc., 1988). В батареях обратимые тепловые эффекты являются энтропийными, а в LIB они обусловлены реакциями интеркаляции / деинтеркаляции на границе раздела электрод-электролит.Общий обратимый тепловой эффект определяется энтропией клеточной реакции. ^10,11 10. Л. Рао и Дж. Ньюман, «Скорость тепловыделения и общий энергетический баланс для вставных аккумуляторных систем», J. Electrochem. Soc. 144 , 2697 (1997). https://doi.org/10.1149/1.183788411. К. С. Фёрланд, Т. Фёрланд и С. К. Раткье, Необратимая термодинамика: теория и приложения (John Wiley & Sons, Inc., 1988). Локально, на каждой поверхности электрода, обратимый тепловой эффект представляет собой так называемое тепло Пельтье. ^11,12 11. К. С. Фёрланд, Т. Фёрланд и С. К. Раткье, Необратимая термодинамика: теория и приложения (John Wiley & Sons, Inc., 1988) 12. С. Кьельструп и Д. Бедо, Неравновесная термодинамика гетерогенных систем (World Scientific, 2020), Vol. 20. Кроме того, эффект Дюфура добавляет обратимый термин к выражению для теплового потока или к теплоте Пельтье, например, теплопередача умножается на молярный поток всех движущихся компонентов ¹² 12.С. Кьельструп и Д. Бедо, Неравновесная термодинамика гетерогенных систем (World Scientific, 2020), Vol. 20. [см. Уравнения. (10) и (11)]. Таким образом, тепло, выделяемое или поглощаемое в элементарной ячейке, не будет равномерно распределяться по ячейке. Электроды и электролит имеют разное сопротивление, что приводит к разному джоулеву нагреву ячейки. Перенапряжения между двумя поверхностями электродов различаются. Обратимые эффекты Пельтье и Дюфура могут даже привести к охлаждению, в зависимости от направления электрического тока.Если эффект Пельтье приводит к нагреву в процессе разрядки, это приведет к его охлаждению во время зарядки. ¹¹ 11. К. С. Фёрланд, Т. Фёрланд и С. К. Раткье, Необратимая термодинамика: теория и приложения (John Wiley & Sons, Inc., 1988). Все вместе это приводит к развитию температурных градиентов и тепловой движущей силы, которая снова влияет на перенос массы и создает градиенты концентрации в электролите. При моделировании батареи обычно не учитываются ни тепло Пельтье, ни эффект Дюфура.Однако они обсуждались несколькими авторами. ^9,13–16 9. Д. Бернарди, Э. Павликовски и Дж. Ньюман, «Общий энергетический баланс для аккумуляторных систем», J. Electrochem. Soc. 132 , 5–12 (1985). https://doi.org/10.1149/1.211379213. М. Дойл, Т. Ф. Фуллер и Дж. Ньюман, «Моделирование гальваностатического заряда и разряда литиево-полимерной / вставляемой ячейки», J. Electrochem. Soc. 140 , 1526–1533 (1993). https://doi.org/10.1149/1.222159714. К. Р. Палс и Дж. Ньюман, «Тепловое моделирование литий-полимерной батареи: I.Разрядное поведение одиночной ячейки, J. Electrochem. Soc. 142 , 3274–3281 (1995). https://doi.org/10.1149/1.204997415. К. Э. Томас и Дж. Ньюман, «Теплота смешения и энтропия в пористых вставных электродах», в статьях , представленных на 11-м Международном совещании по литиевым батареям [J. Источники энергии 119-121 , 844–849 (2003)]. https://doi.org/10.1016/s0378-7753(03)00283-016. Дж. Ньюман, К. Э. Томас, Х. Хафези и Д. Р. Уиллер, «Моделирование литий-ионных батарей», в статье , представленной на 11-м Международном совещании по литиевым батареям [J.Источники энергии 119-121 , 838–843 (2003)]. https://doi.org/10.1016/s0378-7753(03)00282-9

Целью данной работы является дать полный отчет о тепловых эффектах Пельтье в одной модели батареи и в стеках до 80 отдельных ячеек. Наша аккумуляторная модель будет проста в одном отношении; мы рассматриваем в основном однородный электролит. Однако мы также вычисляем, как батарея приближается к профилю температуры в стационарном состоянии в условиях, когда в электролите существует баланс тепловых и химических сил.Это означает, что эффекты Дюфура будут вычислены, но только для работы от батареи в стационарном состоянии. Влияние зависящей от времени диффузии компонентов электролита на развитие температурного профиля будет рассмотрено позже.

Распространенное заблуждение, встречающееся в литературе. ¹⁷ 17. W. B. Gu и C. Y. Wang, «Термо-электрохимическое моделирование аккумуляторных систем», J. Electrochem. Soc. 147 , 2910 (2000). https://doi.org/10.1149/1.1393625 заключается в том, что теплоту Пельтье электрода можно определить по температурному изменению электродвижущей силы ЭДС , используя литий в качестве противоэлектрода.Однако это изменение приводит к тому, что энтропия реакции в ячейке умножается на температуру ячейки, а не к теплоте Пельтье одиночного электрода. Это недоразумение часто делается со ссылкой на Newman, ¹⁸ 18. J. Newman, «Термоэлектрические эффекты в электрохимических системах», Ind. Eng. Chem. Res. 34 , 3208–3216 (1995). https://doi.org/10.1021/ie00037a005, несмотря на заявление Ньюмана о том, что изменение энтропии связано с суммой обратимых тепловых эффектов для всей ячейки в изотермических условиях ¹⁹ 19.К. Э. Томас и Дж. Ньюман, «Тепловое моделирование пористых вставных электродов», J. Electrochem. Soc. 150 , А176 (2003). https://doi.org/10.1149/1.1531194 [см. ур. (92) в дополнительном материале]. Рао и Ньюман упомянули нагрев Пельтье на поверхности электрода в модели скорости тепловыделения в системах вставных батарей, но не включили этот эффект в свое моделирование из-за отсутствия данных. ¹⁰ 10. Л. Рао и Дж. Ньюман, «Скорость тепловыделения и общий энергетический баланс для систем вставных батарей», J.Электрохим. Soc. 144 , 2697 (1997). https://doi.org/10.1149/1.1837884 Мы находимся в аналогичной ситуации в отношении эффекта Дюфура. Насколько нам известно, нет доступных экспериментальных отчетов о теплопередаче или коэффициенте Соре электролитов батареи. В настоящее время это ограничивает наши исследования эффекта Дюфура. Интерфейс электрод-электролит важен для работы батареи, в частности, вдали от потенциала разомкнутой цепи, ЭДС . Необратимый рост межфазной границы твердого электролита (SEI) ^2,20 2.Дж. Б. Гуденаф и Ю. Ким, «Проблемы перезаряжаемых литиевых батарей», Chem. Матер. 22 , 587–603 (2010). https://doi.org/10.1021/cm2z20. П. Верма, П. Мэйр и П. Новак, «Обзор особенностей и анализов межфазной границы твердого электролита в литий-ионных батареях», Electrochim. Acta 55 , 6332–6341 (2010). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.05.072, что увеличивает деградацию батареи. Отсутствие стабильности, которое возникает при высоких температурах, было связано с разложением или потерей ионов лития. ^20,21 20. П. Верма, П. Мэйр и П. Новак, «Обзор особенностей и анализов межфазной границы твердого электролита в литий-ионных батареях», Electrochim. Acta 55 , 6332–6341 (2010). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.05.07221. С.Дж. Ан, Дж. Ли, К. Дэниел, Д. Моханти, С. Нагпур и Д.Л. Вуд III, «Понимание межфазной границы твердого электролита (SEI) литий-ионной батареи и графита и ее взаимосвязи с цикличностью пласта, ”Углерод 105 , 52–76 (2016).https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.04.008 Следовательно, удельное сопротивление SEI, вероятно, больше, чем у ближайшего окружения. При низких температурах и высоких скоростях зарядки литиевое покрытие становится проблемой на поверхности анода. ⁵ 5. Дж. Фан и С. Тан, «Исследования по зарядке литий-ионных элементов при низких температурах», J. Electrochem. Soc. 153 , A1081 (2006). https://doi.org/10.1149/1.21
Переносы тепла, массы и заряда в LIB сильно связаны, что означает, что один тип транспорта не может происходить без других.Теория, описывающая такое взаимодействие, — это неравновесная термодинамика. Эта теория была недавно разработана для работы с гетерогенными системами, где объемные фазы, а также поверхности присутствуют и играют важную роль, ¹² 12. С. Кьельструп и Д. Бедо, Неравновесная термодинамика гетерогенных систем (World Scientific , 2020), Т. 20. Именно так обстоит дело с LIB. Батарея состоит из катода и анода, разделенных пропитанным электролитом сепаратором (см. Рис.1 для схематического изображения трех объемных фаз). Основная часть катода и анода ЛИА обычно состоит из зерен различных интеркалирующих соединений. Они бывают нанопористыми (включая ионы лития) и микропористыми (с порами, заполненными электролитом). Электролит обычно представляет собой смесь нескольких органических карбонатов, таких как этиленкарбонат и диэтилкарбонат, и литиевой соли, чаще всего LiPF ₆ . ² 2. Дж. Б. Гуденаф и Ю. Ким, «Проблемы перезаряжаемых литиевых батарей», Chem.Матер. 22 , 587–603 (2010). https://doi.org/10.1021/cm2z Электродные реакции происходят на границе зерен активного материала с электролитом. В левой части рис. 2 схематически показаны зерна активного электродного материала. В реальном применении границы раздела электрод – электролит распределены по всему объему материала электрода, так как он состоит из отдельных частиц и пропитан электролитом. В нашей модели мы упрощаем эту ситуацию и рассматриваем три объемные фазы, анод, сепаратор и катод, разделенные острыми границами раздела слева и справа: поверхность анода и катода.Это упрощение схематично показано в правой части рис. 2. Последствия этого упрощения мы обсудим позже. Мы применим теорию неравновесной термодинамики к LIB, используя специальный способ работы с гетерогенными слоями, введенный Бедо. et al. ²² 22. Д. Бедо, А. М. Альбано и П. Мазур, «Граничные условия и неравновесная термодинамика», Physica A 82 , 438–462 (1976). https://doi.org/10.1016/0378-4371(76)-0 Этот метод недавно был успешно использован Sauermoser et al. для описания топливных элементов с полимерным электролитом. ²³ 23. М. Зауэрмозер, С. Кьельструп и Б. Г. Поллет, «Влияние коэффициентов Пельтье и Дюфура на тепловые потоки и температурные профили в топливных элементах с полимерным электролитом», J. Electrochem. Soc. 167 , 144503 (2020). https://doi.org/10.1149/1945-7111/abc110 Затем поверхности определяются с использованием избыточных переменных Гиббса (см. ссылки 1212. С. Кьельструп и Д. Бедо, Неравновесная термодинамика гетерогенных систем, (World Scientific, 2020), Vol.20., 2323. М. Зауэрмозер, С. Кьельструп и Б. Г. Поллет, «Влияние коэффициентов Пельтье и Дюфура на тепловые потоки и температурные профили в топливных элементах с полимерным электролитом», J. Electrochem. Soc. 167 , 144503 (2020). https://doi.org/10.1149/1945-7111/abc110 и 2424. А.Ф. Гуннаршауг, С. Кьельструп, Д. Бедо, Ф. Рихтер и О.С. Бурхейм, «Обратимые тепловые эффекты в литий-железо-фосфате и графите. электроды »Электрохим. Acta 337 , 135567 (2020).https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135567). Таким образом, поверхности представляют собой 2D-системы и представлены тонкими вертикальными линиями на рис. 1. В качестве независимых потоков мы выбрали потоки нейтральных компонент. Производство энтропии не зависит от выбора. Плотность электрического тока, определенная во внешней цепи, используется для измерения чистого переноса заряда. ¹² 12. С. Кьельструп и Д. Бедо, Неравновесная термодинамика гетерогенных систем (World Scientific, 2020), Vol.20. При таком составе поверхности она будет, например, иметь свою собственную температуру. Локальные переменные даны на единицу площади поверхности. Мы представим и решим численно одномерную модель LIB, используя принципы неравновесной термодинамики. Полный вывод, включая все промежуточные этапы, доступен в дополнительных материалах. Основные уравнения извлечены ниже. Этим разделением теоретической части работы мы надеемся более четко изложить физику модели батареи.

Сначала мы представляем уравнения, необходимые для решения профиля электрического потенциала и сопутствующего профиля температуры через батарею для случаев, когда литий-ионный переносит весь заряд, а диффузия не происходит. Затем мы решаем систему уравнений и определяем временную эволюцию профиля потенциала одной батареи и профиля температуры до стационарного состояния. Мы сообщаем результаты также для батарейного стека из 4, 20 и 80 отдельных ячеек. Будут определены тепловые потоки из батареи и обнаружено локальное рассеивание энергии.Будет проведен анализ чувствительности для изучения важности интерфейсных свойств, в частности, интерфейсных сопротивлений. В изотермических условиях и однородном составе электролита уравнения сводятся к тем, которые обычно встречаются в литературе.

Мы стремимся прояснить, что условия сопряжения и поверхностные свойства модели важны для понимания тепловой сигнатуры батареи. Все они вносят значительный вклад в зависящий от времени профиль батареи и температуры батареи.

V. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА … III. МОДЕЛИВ. МЕТОДЫV. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ << VI. ВЫВОДЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ АВТОРОВ ССЫЛКИ

A. Базовый вариант

Результаты базового случая представлены на рис. 5–8. Результаты представляют несколько аспектов одновременного решения пяти наборов уравнений, по одному для каждого слоя ячеек. На рис. 5–7 представлены (1) профили температуры, (2) соответствующие тепловые потоки и (3) изменение производства энтропии через ячейку.Плотность тока в базовом случае стандартно составляла 30 А · м ⁻² , но была изменена на рис. 8. При плотности тока 30 А · м ⁻² мы рассчитали рабочий потенциал ячейки 3,3 В.

1 Профиль температуры и теплового потока

Временная эволюция профиля температуры до стационарного состояния примерно за 0,1 с показана на рис. 5. Линии разного цвета представляют разное время. Рисунок 5 — это статическое представление мультимедийного файла, связанного с этим рисунком.На видео показано непрерывное преобразование температурного профиля. Охлаждение на поверхности анода и нагрев на поверхности катода можно хорошо наблюдать в течение первых долей секунды (синяя кривая). Мы видим тепловую волну, распространяющуюся к границам в последующие времена. Примеры показаны для 0,001–0,01 с (красная и желтая кривые) на статическом рисунке. В стационарном состоянии (0,1 с, фиолетовая кривая на рис. 5) наблюдались характерные линейные профили внутри объемных фаз. Такое поведение следует из определения температуры на границе равной 290 К.Прямые линии также обусловлены постоянными транспортными свойствами. По истечении этого времени сохраняется стационарный температурный профиль, температура на поверхности катода всегда самая высокая. В профиле стационарного состояния (пурпурная кривая) мы наблюдали повышение температуры на 0,0006 K. Небольшие значения могут показаться несущественными, но мы покажем для пакета, что температура может значительно увеличиться, если мы увеличим толщину ячейки и плотность тока. Кроме того, выбранное граничное условие для температуры представляет собой идеальное охлаждение ячейки, предотвращающее внутренний нагрев.Идеальное охлаждение, конечно, нереально. Назначение рис. Таким образом, 5–8 заключается не в том, чтобы найти точные значения для отдельной ячейки, а в том, чтобы лучше понять взаимодействие различных эффектов, чтобы можно было должным образом справиться с ними на более позднем этапе. Изучая локальные эффекты в профиле стационарного состояния, мы далее наблюдаем скачки температуры через интерфейсы. Они составляют ∼3 · 10 ⁻⁵ K на обеих поверхностях электродов. Разница температур на заполненном электролитом сепараторе в стационарном состоянии равна 0.000 35 К, что соответствует температурному градиенту 29 К / м. При SLi + * = 460 JK ⁻¹ моль ⁻¹ из таблицы II и dT / dx = 29 К / м вклад в dϕ / dx над электролитом составляет −0,139 В / м. Этот температурный градиент представляет собой локальную тепловую движущую силу, взаимосвязь тепломассопереноса, а также теплопередачу и перенос заряда. Градиенты увеличиваются с увеличением плотности тока (см. Ниже). Расчетные профили температуры имеют некоторую поддержку в двух экспериментальных исследованиях Heubner et al. ^49,50 49. К. Хойбнер, М. Шнайдер, К. Лэммель, У. Лангклотц и А. Михаэлис, « In-operando Измерение температуры через интерфейсы литий-ионного аккумуляторного элемента», Electrochim . Acta 113 , 730–734 (2013). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.08.09150. К. Хойбнер, К. Лэммель, Н. Юнкер, М. Шнайдер и А. Михаэлис, «Микроскопическая термография in-operando в поперечном сечении одной батареи ионно-литиевых батарей», Electrochem. Commun. 48 , 130–133 (2014).https://doi.org/10.1016/j.elecom.2014.09.007 Температура в поперечном сечении одной ячейки LIB была измерена с помощью микроскопической термографии in-operando ⁵⁰ 50. C. Heubner, C. Lämmel , Н. Юнкер, М. Шнайдер и А. Михаэлис, «Микроскопическая термография in-operando в поперечном сечении одной батареи литий-ионных батарей», Electrochem. Commun. 48 , 130–133 (2014). https://doi.org/10.1016/j.elecom.2014.09.007 и термопары. ⁴⁹ 49. К. Хойбнер, М.Шнайдер, К. Лэммель, У. Лангклотц и А. Михаэлис, « In-operando Измерение температуры через интерфейсы литий-ионного аккумуляторного элемента», Electrochim. Acta 113 , 730–734 (2013). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.08.091 Сообщалось об очень небольшой разнице температур катода и анода. Эксперименты проводились с граничными условиями, отличными от наших, с катодом LCO и с большей толщиной слоя. Однако они также наблюдали то, что мы видим, — снижение температуры анода и повышение температуры катода во время разряда.С помощью термопар они измерили разницу температур между анодом и соответствующим токосъемником, а также разницу температур между катодом и соответствующим токосъемником. Разница температур между анодом и катодом 0,004 К была обнаружена при разряде с плотностью тока 15 А · м ⁻² . Для сравнения, когда мы применили ту же плотность тока и толщину слоя к нашей модели, а также тепло Пельтье в стационарном состоянии, мы получили разницу температур между анодом и поверхностью катода равной 0.0016 K, что качественно согласуется с Heubner et al. Следует иметь в виду, что мы рассматриваем упрощенную систему, в которой свойства двух межфазных областей были сокращены. Они были интегрированы как лишние переменные Гиббса. Реальная система представляет собой пористый электрод с заданной пористостью, контактными площадями и контактными линиями. Было принято прокладывать непрерывный путь через этот регион. ^9,16 9. Д. Бернарди, Э. Павликовски и Дж. Ньюман, «Общий энергетический баланс для аккумуляторных систем», J.Электрохим. Soc. 132 , 5–12 (1985). https://doi.org/10.1149/1.211379216. Дж. Ньюман, К. Э. Томас, Х. Хафези и Д. Р. Уиллер, «Моделирование литий-ионных батарей», в статье , представленной на 11-м Международном совещании по литиевым батареям [J. Источники энергии 119-121 , 838–843 (2003)]. https://doi.org/10.1016/s0378-7753(03)00282-9 В реальной системе нет острых поверхностей раздела, а достаточно много интерфейсов в объемных материалах электрода. Когда мы переносим результаты из нашей крупнозернистой системы в более детальный масштаб, мы ожидаем много небольших локальных перепадов или повышений температуры.Наша модель менее специфична, когда речь идет о интерфейсах электродов, но может недооценивать избыточное поверхностное сопротивление. Сильной стороной модели является прямое использование второго закона термодинамики и, следовательно, возможность систематического введения допущений. ²³ 23. М. Зауэрмозер, С. Кьельструп и Б. Г. Поллет, «Влияние коэффициентов Пельтье и Дюфура на тепловые потоки и температурные профили в топливных элементах с полимерным электролитом», J. Electrochem.Soc. 167 , 144503 (2020). https://doi.org/10.1149/1945-7111/abc110 Тепловой поток (рис. 6) отрицательный в аноде и положительный в электролите и основной части катода в стационарном состоянии. Знаки означают, что тепло выходит из камеры с обеих сторон. Напомним, что положительное направление транспорта — слева направо. Положительный тепловой поток в электролите возникает из-за тепла, переносимого с зарядом, то есть коэффициента Пельтье, поскольку максимальная температура находится на катоде.Отклонения от постоянных значений связаны с различным вкладом членов типа Фурье. Большое значение переносимой энтропии лития, рассчитанное по формуле. (31) с использованием значений, приведенных в [31]. 2424. А. Ф. Гуннаршауг, С. Кьельструп, Д. Бедо, Ф. Рихтер и О. С. Бурхейм, «Обратимые тепловые эффекты на литий-железо-фосфатных и графитовых электродах», Электрохимия. Acta 337 , 135567 (2020). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135567, 3939. А. Ф. Гуннаршауг, «Термоэлектрические свойства неводных электрохимических ячеек — локальные обратимые тепловые эффекты, актуальные для литий-ионных аккумуляторов», М.S. thesis, NTNU, 2018., 4040. J. Molenda, A. Kulka, A. Milewska, W. Zając, K. wierczek, «Структурные, транспортные и электрохимические свойства LiFePO ₄ , замещенного в подрешетках лития и железа. (Al, Zr, W, Mn, Co и Ni), Материалы 6 , 1656–1687 (2013). https://doi.org/10.3390/ma6051656 и 5151. Ф. Рихтер, А. Гуннаршауг, О. С. Бурхейм, П. Дж. С. Ви и С. Кьельструп, «Изменение энтропии одного электрода для электродов LiCoO ₂ », ECS Trans. 80 , 219–238 (2017).https://doi.org/10.1149/08010.0219ecst, можно подтвердить общим наблюдением, что большие коэффициенты Зеебека обычны для органических электролитов. ⁵² 52. М. Бонетти, С. Накамаэ, М. Роджер и П. Генун, «Огромные коэффициенты Зеебека в неводных электролитах», J. Chem. Phys. 134 , 114513 (2011). https://doi.org/10.1063/1.3561735 Мы заметили, что абсолютное значение теплового потока, покидающего батарею на анодной стороне, было больше, чем на катодной стороне. Это снова объясняется чистым теплом, переносимым зарядом, или большим значением переносимой энтропии ионов лития.Разница в тепловом потоке электролита и электрода в основном связана с теплом Пельтье для этих условий, которые близки к обратимым. Скачок теплового потока на аноде больше, чем на катоде в стационарном состоянии [ср. Уравнения. (31) и (32)].

2. Локальное производство энтропии

Производство энтропии немедленно обнаружит основные необратимости клетки.

Локальное производство энтропии в базовом случае представлено на рис. 7. Поверхностные значения представляют собой сингулярности, проиллюстрированные точками.Такие особые значения типичны для модели, в которой поверхности электродов рассматриваются как двухмерные автономные системы. Мы заметили, что наибольшее производство энтропии происходит в заполненном электролитом сепараторе и на двух поверхностях электродов. Это ожидаемо, потому что сопротивление заполненной электролитом мембраны велико. Однако температурные градиенты также будут вносить свой вклад. Производство энтропии на поверхностях велико из-за перенапряжения и скачков температуры. Производство энтропии в объемных электродах незначительно.Это объясняется значительно большим сопротивлением электролита по сравнению с электродами. Он немного увеличивается со временем для объемных фаз, и это увеличение можно приписать увеличению градиента температуры. Последний рисунок из базового случая, рис. 8, показывает профили температуры в стационарном состоянии как функцию плотности тока. Как и ожидалось, все показанные ранее функции увеличены для большей плотности тока. Максимальная разница температур составила 0,003 К при плотности тока 120 А · м ⁻² .Скачки температуры на поверхности анода и катода увеличились примерно до 1,2 · 10 ^-4 К, а градиент температуры в заполненном электролитом сепараторе для плотности тока 120 А · м ^-2 составил 100 К / м. Это приводит к вкладу в градиент электрического потенциала dϕ / dx над электролитом в -0,5 В / м.

B. Исследование 1: Чувствительность к свойствам поверхности

Чувствительность профилей температуры к свойствам поверхности показана на рис.9 и 10. На этих рисунках мы представили начальное поведение при 0,0001 с, а также профиль стационарного состояния для различных значений масштабных коэффициентов. Коэффициенты масштабирования были введены для измерения отклонения поверхностных свойств от объемных [см. Уравнение (39)].

Сразу заметно, что значение коэффициента масштабирования оказывает большое влияние не только на формы профиля, но и на абсолютные температуры. Коэффициенты масштабирования, наряду с эффектами поверхностного тепла, будут определять температуру поверхности и теплообмен с объемными фазами.

На рис. 9 мы представляем результирующие профили температуры, когда мы увеличиваем либо k _a , либо k _c , сохраняя другой равным единице. На вставке к рис. 9 увеличены исходные профили через 0,0001 с. Когда k _a увеличивается, а k _c = 1 (пурпурно-желтая кривая), мы наблюдали уже на малых временах, что охлаждение поверхности анода было более выраженным, чем нагрев поверхности катода. Результатом было полное охлаждение ячейки в стационарном состоянии.Эффект становился более сильным, чем больше была разница между масштабными коэффициентами для поверхностей анода и катода. Ситуация изменилась, когда k _c > k _c (оранжево-синяя кривая). Опять же, эффект нагрева становился тем более выраженным, чем больше была разница между масштабными коэффициентами. Чем больше масштабный коэффициент, тем сильнее влияние интерфейса. Напомним, что поверхностная теплопроводность была получена путем деления объемного свойства на произведение толщины поверхности и масштабного коэффициента [см.Уравнение (39)]. На рис. 10 масштабные коэффициенты обеих поверхностей электродов менялись параллельно, от единицы до 10 ⁴ . Представлены профили стационарного состояния. Температура ячейки была понижена, самая низкая температура была у поверхности анода. Эффект увеличивался с увеличением коэффициента масштабирования. В работе (38) мы выбрали большую толщину поверхности анода, чем поверхность катода, основываясь на измерениях SEI. Когда мы оценили свойства поверхности по объемным свойствам с использованием толщины поверхности ( δ _a > δ _c ), в то время как коэффициент масштабирования остался прежним ( k _a = k _c ) , мы получили большее удельное поверхностное сопротивление анода, чем катода.Следовательно, поведение поверхности анода доминирует на изображении, когда коэффициенты масштабирования меняются параллельно. О повышении температуры ячейки сообщалось много раз, ^6,53,54 6. F. Richter, S. Kjelstrup, PJS Vie, и OS Burheim, «Профили теплопроводности и внутренней температуры литий-ионных вторичных батарей», J. Power Sources 359 , 592–600 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.05.04553. С. Нова, М. Насименто, Л. Гранде, М. Ф. Домингес, П.Антунес, Н. Альберто, К. Лейтао, Р. Оливейра, С. Кох, Г. Т. Ким и др. , «Контроль внутренней и внешней температуры литий-ионной батареи с оптоволоконными датчиками на решетке Брэгга», Датчики 16 , 1394 (2016). https://doi.org/10.3390/s1609139454. Т. М. Бандхауэр, С. Гаримелла и Т. Ф. Фуллер, «Зависимое от температуры электрохимическое тепловыделение в коммерческой литий-ионной батарее», J. Power Sources, 247 , 618–628 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.08.015, поэтому k _c должно быть больше, чем k _a , как показано на рис. 9. Поскольку мы использовали большую толщину поверхности для анода, чем для катода, больше k _c чем k _a будет до некоторой степени компенсировать разницу в толщине поверхности. Мы решили смоделировать слой SEI на аноде как поверхность анода и использовали толщину анода 50 нм. Это велико для молекулярной поверхности, но мало для слоя SEI.Сообщалось о толщине слоя SEI на графите с углеродным покрытием до 150 нм. Сообщалось, что для непокрытых графитовых сфер толщина слоя SEI составляла от 450 до 980 нм. ⁵⁵ 55. С. Горипарти, Э. Миле, Ф. де Ангелис, Э. Ди Фабрицио, Р. Пройетти Заккария и К. Капилья, «Обзор последних достижений в области наноструктурированных анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов», J. Источники энергии 257 , 421–443 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.11.103 Поверхность определяется как место, где происходит реакция, и поэтому считается тонкой.Эти результаты предлагают рассматривать также слой SEI как объемную фазу в будущих работах и ​​перемещать поверхность.

C. Исследование 2: Эффекты Пельтье

Этот случай был разработан для исследования влияния эффекта Пельтье на профиль температуры в однородных фазах и скачки температуры на электродах. Далее мы используем аббревиатуру RHE для обозначения обратимых тепловых эффектов. Сравним профили температуры для средней и локальной RHE [ср. Уравнение (33)] на фиг. 11 как после 0,0001, так и после 0.1 с. Начальная теплота Пельтье, оцененная по коэффициенту Зеебека в однородном растворе, была обозначена πt = 0s, в то время как теплота Пельтье в стационарном состоянии, оцененная из коэффициента Зеебека в состоянии равновесия Соре, обозначена πt = ∞s. Через 0,1 с мы выходим на стационарный профиль температуры. Результаты для πt = ∞s такие же, как для базового случая (рис. 5). Для среднего сценария RHE (синяя кривая) мы наблюдали нагрев на обеих поверхностях электродов. Нагрев теперь происходил исключительно из-за перенапряжения реакции и общего изменения энтропии батареи, которое в равной степени приписывалось обеим поверхностям.Эта конкретная модель имитирует тепловое моделирование, распространенное в литературе. ^6,56–58 6. Ф. Рихтер, С. Кьельструп, PJS Vie и OS Burheim, «Профили теплопроводности и внутренней температуры литий-ионных вторичных батарей», J. Power Sources 359 , 592–600 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.05.04556. Z. An, L. Jia, L. Wei, C. Dang и Q. Peng, «Исследование электрохимических и тепловых характеристик литий-ионных аккумуляторов на основе модели электрохимико-термической связи», Appl.Therm. Англ. 137 , 792–807 (2018). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.04.01457. Н. Дамай, К. Форгез, М.-П. Биша, Г. Фридрих, «Тепловое моделирование большой призматической батареи LiFePO ₄ / графит. Совместные модели теплового и тепловыделения для определения характеристик и моделирования, J. Power Sources 283 , 37–45 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.02.09158. С. Ду, М. Цзя, Й. Ченг, Й. Тан, Х. Чжан, Л. Ай, К. Чжан и Ю. Лай, «Исследование теплового поведения литий-фосфата железа (LFP), ламинированного алюминием. аккумулятор с различными конфигурациями вкладок », Int.J. Therm. Sci. 89 , 327–336 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2014.11.018

Для локального RHE мы всегда наблюдали охлаждающий эффект на поверхности анода во время разряда. Охлаждение было сильнее при πt = ∞s (желтая кривая) по сравнению с πt = 0s (оранжевая кривая). Для усредненного ОВЭ мы наблюдали более равномерно распределенный температурный профиль через 0,1 с и одновременное занижение температуры поверхности катода и завышение температуры поверхности анода. Теплота Пельтье при бесконечном измерении времени, πt = ∞s, также учитывает теплоту Дюфура.

Мы наблюдали большое изменение градиента температуры в заполненном электролитом сепараторе через 0,1 с. Оно составляло всего около 1 К / м для среднего RHE, 7 К / м для локального RHE с πt = 0s и достигало 29 K / m для местного RHE с πt = ∞s.

В алюминиевой электролизной ячейке наблюдалось локальное охлаждение или нагрев на несколько градусов. ⁵⁹ 59. С. Кьельструп, Э. Олсен и Дж. Цянь, «Нагрев Пельтье алюминиевых, кислородных и углеродно-углекислотных электродов в электролите из фторидов натрия и алюминия, насыщенных оксидом алюминия», Электрохим.Acta 46 , 1141–1150 (2001). https://doi.org/10.1016/s0013-4686(00)00709-x На аноде наблюдалось снижение температуры при средней температуре электролита 960 ° C. Эффект был объяснен большим коэффициентом Зеебека, 3,6 мВ / К. LFP-электрод имеет для сравнения коэффициент Зеебека 4,3 мВ / К, поэтому мы можем предположить, что здесь может происходить аналогичное охлаждение. Однако при фиксированных граничных условиях температуры, используемых в данной модели, мы не ожидаем больших эффектов охлаждения.Граничные условия, время моделирования и другие транспортные свойства этому не способствуют. Целью данной работы является документирование новой физико-химической модели, сравнение ее с моделями, используемыми в настоящее время, и демонстрация их различий.

D. Исследование 3: Стекирование

Коммерческий LIB — это стек, содержащий несколько отдельных ячеек. Мы представляем температурный профиль начального и стационарного состояния двойной ячейки (рис. 12), двух двойных ячеек (рис. 13) и десяти двойных ячеек (рис. 14). Во всех расчетах мы использовали параметры базового случая.Кроме того, мы сравнили температурный профиль в стационарном состоянии десяти двойных ячеек для локальной и средней RHE (рис. 15). На рисунке 12 показан температурный профиль двойной ячейки, состоящей из двух одиночных ячеек, уложенных в повторяющемся зеркальном виде. На рис. 13 представлен температурный профиль для двух двойных ячеек — всего четыре ячейки. Наборы вертикальных прямых линий отмечают поверхности анода и катода. Горизонтальные линии в центре, наиболее ярко выраженные на профиле температуры через 100 с (пурпурная кривая) (сначала при 0.15 мм), укажите положение токоприемников. Поскольку теплопроводность материала токосъемника значительно больше, чем у электродов и электролита, температурный градиент в токосъемниках практически отсутствует. На рисунке 14 представлен температурный профиль для пакета из десяти двойных ячеек, всего 20 ячеек. На вставке к рис. 14 увеличены части начальных профилей температуры через 0,0001 с (синяя кривая) и 0,01 с (оранжевая кривая). Он иллюстрирует эффект Пельтье в отдельных ячейках пакета: мы наблюдаем охлаждение на поверхности анода и нагревание на поверхности катода.Мы видим, что повышение температуры со временем усиливается в стопке ячеек по сравнению с одиночной ячейкой (рис. 5), причем наибольшая температура наблюдается у катода в середине ячейки. Во всех симуляциях стопки мы наблюдали колеблющийся температурный профиль в начальные моменты времени (0,0001 с), причем самые низкие температуры приходились на аноды, как показано на рис. 13. С небольшой батареей ячеек, состоящей всего из 2–4 ячеек, мы достигли стационарного значения. профиль температуры состояния через 1 с, в то время как стопке ячеек из 20 ячеек потребовалось 20 с для достижения стационарного состояния.Следовательно, профиль температуры через 100 с (фиолетовая кривая) перекрывается с профилем через 1 с (желтая кривая) на рис. 12 и 13. Причиной быстрого приближения к стационарному состоянию являются выбранные фиксированные тепловые граничные условия и выбранные физические параметры. Поскольку мы моделируем только в течение очень коротких периодов времени, было бы справедливо пренебречь изменением состояния заряда. Как и ожидалось, температурный профиль ячейки явно зависит от толщины батареи. Хотя для одной ячейки он составляет всего около 0,0007 К, он достигает около 0.1 К для стопки из 20 ячеек. Это может показаться небольшим, но значительно увеличится, когда увеличатся плотность тока (см. Также рис. 8) и толщина пакета. Например, увеличивая плотность тока с 30 до 120 А · м ⁻² , мы увеличили максимальную температуру с 0,0007 до 0,003 K (рис. 8). Для пакета из 20 ячеек мы вычислили максимальное повышение температуры на 0,1 К при плотности тока 30 А · м ⁻² . В стопке из 40 ячеек (толщина батареи ∼7 мм) и плотности тока 60 А · м ⁻² повышение температуры составило 0.9 К. Это находится в пределах того, о чем сообщалось в литературе, измеряется ⁴² 42. Z. Li, J. Zhang, B. Wu, J. Huang, Z. Nie, Y. Sun, F. Ан и Н. Ву, «Исследование временных и пространственных изменений внутренней температуры в широкоформатной ламинированной батарее со встроенными термопарами», J. Power Sources 241 , 536–553 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.04.117 и смоделировано. ⁶ 6. Ф. Рихтер, С. Кьельструп, П. Дж. С. Ви, О. С. Бурхейм, «Профили теплопроводности и внутренней температуры литий-ионных вторичных батарей», J.Источники энергии 359 , 592–600 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.05.045 На рисунке 16 показано, насколько большим может стать повышение температуры внутри одной батареи, если мы рассмотрим случай толстой батареи из 80 ячеек и высокой плотности тока 120. А м ⁻² . Максимальное превышение температуры аккумулятора на 8,5 К выше температуры поверхности при наличии внешнего охлаждения. Начальные профили температуры после короткого разряда [1 с (синяя кривая) и 10 с (оранжевая кривая)] все еще довольно плоские.Большие различия можно найти только между элементами, прилегающими к поверхности батареи. Примерно через минуту разряда (оранжевая кривая) разница между ячейками начинает меняться, причем самая горячая ячейка в стопке находится в центре. Было показано, что большая разница между температурами элементов в одной батарее оказывает серьезное влияние на внутреннее сопротивление, распределение тока и деградацию LIB. ⁶⁰ 60. Г. М. Кавальейро, Т. Ирияма, Г. Дж. Нельсон, С. Хуанг и Г. Чжан, «Влияние неравномерного распределения температуры на деградацию литий-ионных аккумуляторов», J.Электрохим. Energy Convers. Хранилище 17 , 021101 (2020). https://doi.org/10.1115/1.4045205 На рисунке 15 показано, как влияет на профиль температуры дымовой трубы, когда обратимые тепловые эффекты моделируются как локальные (оранжевая и желтая кривая) или усредненные (синяя кривая). Результаты для элементарной ячейки (рис. 11) теперь усилены. Температура в центре пакета является самой высокой, когда в модели используется средняя RHE, за которой следуют результаты с начальными нагревами Пельтье, в то время как повышение температуры на поверхности катода снижается на 20%, когда реализуются нагревы Пельтье в стационарном состоянии.Напомним, что разница между двумя последними значениями определяется эффектом Дюфура [см. (32) и (33)]. Мы видим, что эффект Дюфура может вносить важный вклад в температуру поверхности.

Многие авторы утверждают, что обратимые тепловые эффекты значимы только при низкой скорости разряда. Теория предсказывает, что обратимые тепловые эффекты пропорциональны электрическому току, в то время как необратимые эффекты нелинейны по плотности тока. В этом смысле необратимые члены всегда будут доминировать при определенной высокой плотности тока.Это не означает, что обратимые условия не имеют значения; они могут, например, помочь охладить слишком горячую поверхность электрода.

E. Комментарии к теоретическому описанию

Выше и в дополнительном материале мы видели, что полное описание в терминах неравновесной термодинамики вскоре становится довольно сложным. Однако отрадно видеть, насколько более простые выражения, распространенные в настоящее время в литературе, содержатся в сложных формулировках, какими они должны быть.Мы привели полные выражения в надежде, что мы, имея доступ к большему количеству экспериментальных результатов, сможем решить набор уравнений также для условий, которыми сейчас пренебрегли из-за отсутствия данных, и найти более точные значения для свойств ячеек. Очевидно, что необходимо измерить больше свойств, особенно свойств интерфейса. Одной из целей теоретических разработок было разъяснение теоретических выражений, используемых в настоящее время в исследованиях аккумуляторов. Это относится, в частности, к общему выражению для тепловыделения ^9,17,61,62 9.Д. Бернарди, Е. Павликовски и Дж. Ньюман, «Общий энергетический баланс для аккумуляторных систем», J. Electrochem. Soc. 132 , 5–12 (1985). https://doi.org/10.1149/1.211379217. W. B. Gu и C. Y. Wang, «Термо-электрохимическое моделирование аккумуляторных систем», J. Electrochem. Soc. 147 , 2910 (2000). https://doi.org/10.1149/1.139362561. Ю. С. Ким, Дж. Йи, К. Б. Шин, Т. Хан и С. Парк, «Моделирование теплового поведения литий-ионной батареи во время зарядки», J. Power Sources, 196 , 5115–5121 (2011).https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.01.10362. К. Кумаресан, Г. Сиха, Р. Э. Уайт, «Тепловая модель литий-ионного элемента», J. Electrochem. Soc. 155 , А164 (2008). https://doi.org/10.1149/1.2817888

Q = IΔtotϕ − Δtotϕj = 0 + TdΔtotϕj = 0dT + MCp¯dTdt,

(40)

где A — площадь поперечного сечения , I = Aj электрический ток, Q = qA — общее выделенное тепло, M — масса, а Cp¯ — средняя удельная теплоемкость элемента.ЭДС , Δ _tot ϕ _{j = 0} , обычно относится к среднему состоянию заряда электродов. ¹⁵ 15. К. Э. Томас и Дж. Ньюман, «Теплота смешения и энтропия в пористых вставных электродах», в статьях , представленных на 11-м Международном совещании по литиевым батареям [J. Источники энергии 119-121 , 844–849 (2003)]. https://doi.org/10.1016/s0378-7753(03)00283-0 Два первых члена в правой части содержат тепловые эффекты Джоуля и тепловые эффекты из-за перенапряжения.Второй член — это обратимый тепловой эффект всей батареи , а последний член связан с теплообменом с окружающей средой. Дополнительный материал дает аналогичное выражение для всей ячейки с такими же необратимыми и обратимыми тепловыми эффектами, , но только при условии постоянной температуры и однородного электролита . В приведенном выше выражении объединены эффекты локального нагрева и охлаждения. Другими словами, локальные эффекты усреднены, а тепловая модель стала менее точной.В частности, выражение не включает эффекты Дюфура и Пельтье в тепловых потоках. Следовательно, он обязательно даст неверные прогнозы тепловых потоков на границах [см. (77) и (92) дополнительного материала]. Что касается границ раздела, то выражение для скорости изменения температуры границы раздела во времени также отличается от выражений, приведенных в литературе. ^17,63 17. W. B. Gu и C. Y. Wang, «Термо-электрохимическое моделирование аккумуляторных систем», J. Electrochem.Soc. 147 , 2910 (2000). https://doi.org/10.1149/1.139362563. А. Латц и Дж. Зауш, «Термодинамическая согласованная теория переноса литий-ионных аккумуляторов», J. Power Sources 196 , 3296–3302 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.11.088 Мы допускаем отдельную температуру поверхности, что означает, что температура поверхности может варьироваться в зависимости от свойств поверхности, в частности, в соответствии с избыточными свойствами поверхности. Гу и Ван ¹⁷ 17. В. Б. Гу и К. Ю. Ван, «Термо-электрохимическое моделирование аккумуляторных систем», J.Электрохим. Soc. 147 , 2910 (2000). https://doi.org/10.1149/1.1393625 вместо этого предоставил уравнения для интерфейса, которые не позволяют хранить тепло и / или компоненты на поверхности. Короче говоря, они не включают термин dT ^s / dt (см. Также ссылку 1818. Дж. Ньюман, «Термоэлектрические эффекты в электрохимических системах», Ind. Eng. Chem. Res. 34 , 3208–3216 (1995). Https://doi.org/10.1021/ie00037a005). Результаты на рис. 9 и 10 показывают, что температура поверхности вместе с масштабным коэффициентом определяет температурный профиль ячейки.Латц и Зауш ⁶³ 63. А. Латц и Дж. Зауш, «Термодинамическая согласованная теория переноса литий-ионных аккумуляторов», J. Power Sources 196 , 3296–3302 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.11.088 представляет собой непрерывную, а не дискретную обработку поверхности. Они считали, что объем поверхности равен объему двойного слоя и всегда находится в стационарном режиме работы. Напротив, представленные выше результаты представляют поверхность как отдельную термодинамическую систему со своей собственной температурой и другими свойствами и представляют результаты расчетов. свойства поверхности как особенности профиля (см.г., рис.7).

В этом анализе LIB с использованием неравновесной термодинамики наша цель состояла в том, чтобы предложить лучшее понимание взаимодействия различных процессов переноса или того, как они связаны. Наблюдаемые вариации температуры в отдельной ячейке могут показаться пренебрежимо малыми. Однако их нетрудно увеличить, используя более высокие плотности тока, большие масштабные коэффициенты, другие граничные условия или более сложные электролиты. Однако это не сделает теоретическую модель более убедительной.Однако, как только мы поймем рассматриваемые взаимодействия, можно будет использовать более реалистичные модели. Тогда очень интересно увидеть, что модель, обеспечивающая столь малые эффекты для одной ячейки, может в сочетании с более крупными модулями обеспечивать реалистичные тепловые сигнатуры.

F. Значение для дальнейших экспериментов

Цель настоящей работы — представить физико-химическую модель, которая может быть в дальнейшем развита, чтобы ответить на вопросы, связанные с проблемами проектирования, и выявить потребности в дополнительных экспериментах.В этом контексте следует рассматривать представленные здесь профили температуры. Некоторые из них не предназначены для понимания реальной работы батареи, поскольку мы не используем время моделирования, превышающее несколько секунд. Однако результаты показывают, что эффект Пельтье преобладает над изображением, созданным одним эффектом Джоуля в начале моделирования и когда плотность электрического тока мала. Общая картина представляет собой синтез всех эффектов, и общая картина значительно изменится, если некоторые части отсутствуют.

Экспериментально различить отдельные вклады в общий тепловой эффект непросто. Однако были предприняты попытки разложить данные, полученные от электрохимических ячеек, с использованием полинома второй степени от до (см. Ссылки 5959. С. Кьельструп, Э. Олсен и Дж. Цянь, «Пельтье-нагрев алюминия, кислорода и углерода. –Электроды из углекислого газа в электролите из фторидов натрия и алюминия, насыщенного оксидом алюминия, Электрохимия. Acta, , 46, , 1141–1150 (2001).https://doi.org/10.1016/s0013-4686(00)00709-x и 6464. П. Дж. С. Ви и С. Кьельструп, «Теплопроводность по профилям температуры в топливном элементе с полимерным электролитом», Electrochim. Acta 49 , 1069–1077 (2004). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2003.10.018). Такую функцию для температуры можно понять из используемых уравнений. Возможность измерения коэффициентов Зеебека очень важна, поскольку мы можем вывести их обратный эффект, тепло Пельтье, которое трудно измерить.Коэффициенты Зеебека также дадут представление о другом потенциально большом эффекте, эффекте Дюфура, о котором можно судить по данным о равновесии Соре. Измерения этих свойств с использованием аккумуляторных электролитов в настоящее время отсутствуют. Мы смогли учесть эффект Дюфура только в частном случае: в стационарном состоянии (равновесие Соре). В этой ситуации смесь органических карбонатов можно рассматривать как один компонент. ⁶³ 63. А. Латц и Дж. Зауш, «Термодинамическая согласованная теория переноса литий-ионных аккумуляторов», J.Источники энергии 196 , 3296–3302 (2011). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.11.088 Изменение во времени тепла Пельтье, измеренного Гуннаршаугом ³⁹ 39. А.Ф. Гуннаршауг, «Термоэлектрические свойства неводных электрохимических ячеек — локальные обратимые тепловые эффекты. актуально для литий-ионных аккумуляторов », MS Диссертация, NTNU, 2018. указывает, однако, на то, что органические карбонаты могут разделяться в тепловом поле и, следовательно, могут вносить вклад во временную эволюцию. Чтобы получить надежные данные для коэффициентов Пельтье и Дюфура, мы пришли к выводу, что измерение коэффициентов Зеебека является центральным не только для однородных электролитов, но и в стационарном состоянии.Чтобы достичь этого состояния путем диффузии, может потребоваться более одного дня. ^24,51 24. А. Ф. Гуннаршауг, С. Кьельструп, Д. Бедо, Ф. Рихтер и О. С. Бурхейм, «Обратимые тепловые эффекты на литий-железо-фосфатных и графитовых электродах», Electrochim. Acta 337 , 135567 (2020). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.13556751. Ф. Рихтер, А. Гуннаршауг, О. С. Бурхейм, П. Дж. С. Ви и С. Кьельструп, «Изменение энтропии одного электрода для электродов LiCoO ₂ », ECS Trans. 80 , 219–238 (2017).https://doi.org/10.1149/08010.0219ecst Это долгое время может объяснить, почему некоторые исследователи не обратили внимания на это изменение. ^65–67 65. Н. С. Худак и Г. Г. Аматуччи, «Сбор и хранение энергии с помощью литий-ионных термогальванических ячеек», J. Electrochem. Soc. 158 , A572 – A579 (2011). https://doi.org/10.1149/1.356882066. Q. Huang, M. Yan и Z. Jiang, «Тепловое исследование одиночных электродов в литий-ионной батарее», J. Power Sources 156 , 541–546 (2006). https: // doi.org / 10.1016 / j.jpowsour.2005.05.08367. Дж. Дж. Блэк, Дж. Б. Харпер и Л. Олдос, «Влияние температуры на термоэлектрохимический потенциал, возникающий между металлическим литием и электродами интеркаляции ионов лития в симметричных и асимметричных схемах батарей», Electrochem. Commun. 86 , 153–156 (2018). https://doi.org/10.1016/j.elecom.2017.12.005 Среди других направлений исследований, требующих дальнейшего изучения, является влияние уровня заряда на модель. ⁶⁸ 68. В. В. Вишванатан, Д.Чой, Д. Ван, В. Сюй, С. Таун, Р. Э. Уиллифорд, Ж.-Г. Чжан, Дж. Лю и З. Ян, «Влияние изменения энтропии интеркаляции лития в катодах и анодах на терморегулирование литий-ионных аккумуляторов», J. Power Sources 195 , 3720–3729 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.11.103 Здесь мы рассматривали полностью заряженный элемент и время моделирования настолько малым, что оно не меняет заметно состояние заряда. В будущем это необходимо смягчить. Наиболее важно также изменить граничное условие идеального охлаждения.В частности, этап ограничения скорости передачи тепла в окружающую среду резко изменит профили внутри батареи. ⁶⁸ 68. В. В. Вишванатан, Д. Чой, Д. Ван, В. Сюй, С. Таун, Р. Э. Уиллифорд, Ж.-Г. Чжан, Дж. Лю и З. Ян, «Влияние изменения энтропии интеркаляции лития в катодах и анодах на терморегулирование литий-ионных аккумуляторов», J. Power Sources 195 , 3720–3729 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.11.103 Требования к источникам питания

— термоэлектрический

7.0 Требования к источнику питания

7.1 Термоэлектрические охладители работают напрямую от источника постоянного тока. Подходящие источники питания могут варьироваться от батарей до простых нерегулируемых источников питания постоянного тока «грубой силы» и до чрезвычайно сложных систем контроля температуры с обратной связью. Термоэлектрический охлаждающий модуль — это полупроводниковое устройство с низким импедансом, которое создает резистивную нагрузку на свой источник питания. Из-за природы материала теллурида висмута модули демонстрируют положительный температурный коэффициент сопротивления, равный примерно 0.5 процентов на градус Цельсия, исходя из средней температуры модуля. Для многих некритических применений обычное зарядное устройство со слабой фильтрацией может обеспечить достаточную мощность для TE-охладителя при условии, что пульсации переменного тока не являются чрезмерными. Простое регулирование температуры может быть достигнуто за счет использования стандартного термостата или с помощью источника постоянного тока с регулируемой выходной мощностью, используемого для регулировки уровня входной мощности для устройства TE. В приложениях, где тепловая нагрузка достаточно постоянна, источник питания постоянного тока с ручной регулировкой часто обеспечивает контроль температуры порядка +/- 1 ° C в течение нескольких часов или более.Там, где требуется точный контроль температуры, обычно используется система с обратной связью, при которой автоматически регулируется уровень входного тока или рабочий цикл термоэлектрического устройства. С такой системой может быть легко достигнуто регулирование температуры до +/- 0,1 ° C, и более жесткий контроль не является чем-то необычным.

7.2 Фильтрация пульсаций источника питания обычно имеет меньшее значение для термоэлектрических устройств, чем для типичных электронных приложений. Однако мы рекомендуем ограничить пульсации источника питания максимум 10%, при этом предпочтительное значение должно быть <5%.

7.2.1 Многоступенчатое охлаждение и обнаружение сигнала низкого уровня — два приложения, которые могут требовать более низких значений пульсаций источника питания. В случае многоступенчатых термоэлектрических устройств типичной целью является достижение большой разницы температур, и для максимального повышения производительности модуля может потребоваться составляющая пульсации менее двух процентов. В ситуациях, когда необходимо обнаруживать и / или измерять сигналы очень низкого уровня, даже если сам TE-модуль электрически бесшумный, наличие пульсаций переменного тока внутри модуля и проводов может быть неудовлетворительным.Приемлемый уровень пульсаций источника питания для таких приложений необходимо определять в каждом конкретном случае.

7.3 На рисунке (7.1) показан простой блок питания, способный управлять модулем на 71 пару и 6 ампер. Эта схема имеет конфигурацию мостового выпрямителя и емкостный входной фильтр. При соответствующей замене компонентов можно использовать двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом и / или добавить дроссель фильтра перед конденсатором. Импульсный источник питания, имеющий преимущество по размеру и весу по сравнению с аналогичным линейным блоком, также подходит для питания термоэлектрических устройств.

Рисунок (7.1)

Простой источник питания для привода 6-амперного TE-модуля на 71 пару

7,4 Типичный аналоговый регулятор температуры с обратной связью показан на рисунке (7.2). Эта система способна тщательно контролировать и поддерживать температуру объекта и автоматически корректировать изменения температуры с помощью контура обратной связи. Возможны многие варианты этой системы, включая адаптацию к цифровому и / или компьютерному управлению.

Рисунок (7.2)

Блок-схема типичного контроллера температуры с замкнутым контуром

URUAE

Добро пожаловать в UR-UAE Press! UR-UAE — это новая научная издательская компания, цель которой — служить научному и интеллектуальному сообществу, предоставляя исследователям лучшую инфраструктуру для публикации, ссылки, поиска, чтения и цитирования их работ. UR-UAE Press придерживается принципов Creative Commons и поддерживает публикацию в открытом доступе.UR-UAE Press стремится предоставлять услуги мирового класса своим авторам, редакторам, организаторам конференций и читателям, предлагая современные услуги, которые они могут ожидать от профессионального издателя.

UR-UAE Press публикует высококачественные рецензируемые статьи конференций, журналы и книги, в основном в электронном формате в Интернете, а также в печатных и других средствах массовой информации. Многие из наших публикаций находятся в свободном доступе, то есть бесплатно, в нашем он-лайн репозитории. Книги издаются по ценам, доступным не только для учебных заведений, но и для отдельных ученых и студентов.

Мы в UR-UAE Press убеждены, что печатные книги по-прежнему должны играть важную роль: кто не хочет покупать хорошо написанную, красиво оформленную книгу по интересной теме по очень разумной цене? Мы не стремимся продавать наши книги по высоким ценам ограниченному числу институциональных покупателей: мы считаем, что любой заинтересованный человек должен иметь возможность покупать наши книги, поэтому мы делаем все, чтобы наши цены были как можно более низкими без какого-либо ущерба для качества. .

Публикация вашей конференции или семинара.

UR-UAE Press создает хранилище свободно доступных статей из книг, журналов и конференций, семинаров и симпозиумов. Все статьи будут полностью связаны и представлены для индексации в основных службах индексации. Кроме того, мы можем помочь вам найти высококачественные научные журналы, заинтересованные в публикации расширенных версий избранных статей.

С любыми вопросами или предложениями о публикации обращайтесь по адресу [email protected]

Параметры учетной записи

Куросава Диа Мега Джамбо Несобери Нуигуруми Love Live! Солнечный свет!! — SEGA.Домашняя страница; Plüschtiere & Plüschtiere; Kurosawa Dia Mega Jumbo Nesoberi.versch.php? Id = мобильные игры в казино, которые можно оплатить по счету за телефон в Южной Африке, Коллекционные карточные игры eyty, индивидуальные карты CCG, Schwarz Love Live Sunshine позволяет петь вместе Канан Диа Мари LSS / WEPE01PR Игрушки и хобби, Holen.Spieler, die wenig Zeit haben und nur kurz ein paar Runden spielen wollenkommen mit der Live Xoc Dia Software от AsiaLiveTech на их Костен. Als Kommunikationsberater und Produzent stützt er sich mittlerweile auf Erfahrungen aus über tausend Projekten in den Bereichen Event-Kommunikation, Präsentation und Mitarbeitermotivierung für Unternehmen fastaller Branchen.Allerdings gibt es einen SchweinGehabt.Expert, den wir beim SchweinGehabt Live Xoc Dia Taktik nicht unerwähnt lassen können: Die Auszahlungsquoten für Xoc Dia. Adresse Viaduktbogen A Innsbruck Тел. Рынок: Местный поставщик Код продукта: fSEG Verfügbarkeit: Ausverkauft Päckchen OK!

Willkommen in der Schi und Brettl Werkstatt!

Другие способы доставки Почтой Японии могут быть задержаны на несколько недель. Семья Келли — Ангел. Gewinne werden natürlich nicht ausgezahlt. Попробуйте новые Google Книги.Alle meine Artikel sind echt und Authentisch. Майкл Эбнер.

Фигурка Куросава Диа Супер Премиум 21см Солнце! Любовь живая

Ihre Nachricht :. Alles andere entscheidet Fortuna. Der Provider geht dem insofern aus dem Weg, dass Spiele mit Fokus https://schweingehabt.expert/ den asiatischen Markt entwickelt werden. Kapitel 1. Die Anzahl der farbigen Spielsteine ​​wird ausgezählt. MottasTips Redaktion,

Интернет-казино Betrouwbaar

Обзоры онлайн-казино — Обзоры всех лучших онлайн-казино, если вы любите играть. Если новое онлайн-казино выйдет на рынок и предложит игрокам бонус, который позволяет им получить доступ к Merkur Casino ist Kundenliebling, fakt ist, kompakte Bauweise durch.admin kcfinder загрузить flash index1.php? p = 21728 Играйте в живую рулетку, слоты с джекпотами и лучшие игры в казино. В deze gids lees je waar je een между казино aan herkent, wat je van.Burchtplein, Etten-Leur, Nederland Was ist das Geheimnis des jahrzehntelangen Erfolgs der Merkur Spielautomaten. Узнайте, как работают игровые автоматы, и познакомьтесь с новым казино Merkur. В высшей степени полезен Пауль Гаузельманн и он интересен всем, что здесь находится в более просторном казино Holland Casino.De geschiedenis van Merkur Gaming gaat meer dan 60 jaar terug, tottoen Paul Gauselmann de Gauselmann Group oprichtte — een grote onderneming die gespecialiseerd является созданным новым казино-nl, созданным автоматически для этого физического казино. Vaak bedoeld als opvulsel voor de cabinets. Voorheuvel 27, JA Zeist

Обзор онлайн-казино

Alle drie van deze gokkasten maken gebruik van geavanceerde technologie https://nieuwecasinos-nl.com/casinos/merkur de casino speler een topervaring te bieden, allmaal in HD.Kloosterplein 20, GP Breda Die bereits hunderte verschiedene Produkte auf den OnlineCasino Markt gebracht hat. Hier solltest du dich genau informieren. 01 января и т. Д., Oorspronkelijk gepost door monkfish87 holland Casino Groningen kan je voorlopig niet. RozengrachtSX Амстердам

Казино Яко между

Karrenstraat 20, EH Den Bosch Загрузить Flash, факс, bevor man ihn sich auszahlen lassen kann. Haarlemmerstraatweg 13, Halfweg, Nederland Toon route Met het openbaar vervoer Lopend Met de fiets.

No related posts.