能量收集和存储反馈单元制造技术

本发明专利技术是一种动能收集和电能存储反馈单元(100)，其将由铁电体

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量收集和存储反馈单元


[0001]本专利技术是一种动能收集和电能存储反馈单元(电池，cell)，它结合了由铁电体
‑
金属(铁电体金属，ferroelectric
‑
metal)诱导的二维(2D)超导体行为与在这两个电极的表面和界面周围自发诱导的量子霍尔效应。独立地，为了对准铁电体和电极之间的化学势，在界面处形成电双层电容器(EDLC)。没有通过2D快速电子电流屏蔽EDLC处的铁电体
‑
金属极化和电荷的对准，并且铁电体
‑
金属保持极化。当该单元被设置为在负载下放电并且正极的化学电位变得等于铁电体的化学电位时，在铁电体界面处累积的电子通过表面传导至在与负极的界面处的负电容双层电容器(EDL
‑
C
’
)。电子从与负极的界面处的EDL
‑
C
’
隧穿至负极，导致在负载下放电时其化学电位的增加，并且因此导致横过该单元的电位差的增加。这个过程在能量存储单元(如传统电池)的其他放电中没有观察到，并且配置在恒定温度下在存储单元中的收集过程。当电子通过外部电路放电并且在正电极上恢复，隧穿至铁电体的表面时，该过程重复。如在两个庞加莱(Poincare)图中，涉及电子传导穿过该单元的内部和外部的这个反馈电路形成由铁电体中的离子和偶极子的动能、以及其表面快速传导电子支持的收集和存储单元。它不依赖于梯度或温度波动。它在恒温下工作，但它可以通过温度梯度或波动来增强。

技术介绍

[0002]超导体是一种能够显示零电阻的材料；因此，电超导性，它是与电子相关的特性。块状(bulk)超导体还能够在不施加电压的情况下维持电流，这是在超导电磁体(如在MRI机器中发现的那些)中利用的特性。实验已经证明，超导线圈中的电流可以持续多年而没有任何衰减。已经报道了数种材料在低温下显示出本体超导性(bulk superconductivity)，如Be、Ti、Zr、Zn、Sn，以及高温铜酸盐超导体，如HgBa2Ca2Cu3O
x
或铁基FeSe。最高温度的超导体是H2S，但它也需要高压。
[0003]因此，超导体能够在没有任何损耗的情况下传输电力，并且不表现出散热(没有焦耳效应)。用于采集和随后储存能量的新架构的发展为人类带来了重要的益处。
[0004]铁电体材料是自发极化并且其极化可以通过施加外部电场而被反转的材料。所有的铁电体都是热致生电体(Pyroelectrics)，它们的自然电极化是可逆的。
[0005]具有极高介电常数的铁电体，如Li3‑
2y
M
y
ClO、(M＝Be、Ca、Mg、Sr、和Ba)、Li3‑
3y
A
y
ClO(M＝B、Al)、Na3‑
2y
M
y
ClO(M＝Be、Ca、Mg、Sr、和Ba)，Na3‑
3y
A
y
ClO(M＝B，Al)、K3‑
2y
M
y
ClO(M＝Be，Ca，Mg，Sr，和Ba)、K3‑
3y
A
y
ClO(M＝B，Al)或反钙钛矿(antiperovskite)(结晶材料)，如Li3‑
2y
‑
z
M
y
H
z
ClO(M＝Be，Ca，Mg、Sr、和Ba)、Li3‑
3y
‑
z
A
y
H
z
ClO(M＝B、Al)、Na3‑
2y
‑
z
M
y
H
z
ClO(M＝Be、Ca、Mg、Sr、和Ba)、Na3‑
3y
‑
z
A
y
H
z
ClO(M＝B、Al)、K3‑
2y
‑
z
M
y
H
z
ClO(M＝Be，Ca、Mg、Sr和Ba)、K3‑
3y
‑
z
A
y
H
z
ClO(M＝B、Al)、其混合物或其与Li2S、Na2S、K2S、Li2O、Na2O、K2O、SiO2、Al2O3或H2S的混合物或其与形成复合物的聚合物的混合物，可以变成表面(2D)超导体。该条件不需要是如以上在
技术介绍
的第一段中定义的本体超导体。
[0006]热电池(thermoelectric cell)或者发电机(TEG)由热源和通过热电材料(TE)隔
开的散热器以及收集器构成。通常，该电池由两个不同的TE(n
‑
半导体和p
‑
半导体)构成，以允许电子(在n
‑
半导体中)和空穴(在P
‑
半导体中)从热源传导至散热器。TEG的工作原理取决于温差和梯度，其中J是电流密度，σ是电导率，S＝ΔV/ΔT是塞贝克(Seebeck)系数，ΔV是当施加温差ΔT时跨材料的电势差，并且是温度梯度。热电材料已经证明它们通过塞贝克效应将热能直接转化成电能的能力。
[0007]热电性能(用于发电或者作为热泵，其中电力可以驱动珀尔帖(Peltier)冷却器)取决于热电材料将热量转换成电力的效率。热电材料的效率主要取决于热电材料品质因数(figure
‑
of
‑
merit)，称为zT，zT＝S2σT/K，其中k是热导率。并未直接找到可以在接近室温下使用的n
‑
和p
‑
半导体对。后者的困难被确定为经典TE中的一个问题，并且其他问题与获得高电导率(σ)或低电阻率(ρ)同时获得高热导率(k)有关。最后，这些要求部分地转化成找到具有大约10
20
cm
‑3的电荷载流子浓度的半导体TE。发现这种电荷载流子的“理想”浓度与TE拓扑现象(topological phenomena)相关，并且独立地与极性金属(如某些铁电体)中的2D超导性相关。
[0008]在20世纪50年代，窄带隙半导体和固体溶液的里程碑式的概念导致发现(Bi,Sb)2(Te,Se)3和Bi1‑
x
Sb
x TE系统，这些已成为接近和低于室温用于发电和制冷的最成功的TE材料。最近的主要进步始于20世纪90年代，其发展延续至今，是基于低维数(2D)、“声子
‑
玻璃电子
‑
晶体”范例电子结构工程、分级声子散射和点缺陷工程的新理念。
[0009]热致生电性(pyroelectricity)是施加于热致生电材料的温度波动引起极化变化的现象，其进一步引起束缚电荷的分离。术语“温度波动”是指温度随时间变化的动态条件(例如，振荡)。因此，热致生电性可产生交流电(AC)。因此，热致生电现象取决于由I＝A(dPs/dT)(d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种反馈单元，包括：放置在两个相似或不相似的材料之间的高介电常数铁电体2D超导体或铁电体
‑
金属，其中，在从低于室温到高于室温下在负载下放电的过程中所述单元的电势差增加。2.根据权利要求1所述的铁电体，所述铁电体包含以下材料：R3‑
2y
M
y
Cl1‑
x
Hal
x
O1‑
z
A
z
其中(R＝Li、Na、K；M＝Be、Ca、Mg、Sr、和Ba；Hal＝F、Br、I；A＝S，Se)以及0≤y≤0.5，0≤x≤1，和0≤z≤1，R3‑
3y
M
y
Cl1‑
x
Hal
x
O1‑
z
A
z
其中(R＝Li、Na、K；M＝B、Al；Hal＝F、Br、I；A＝S、Se)以及0≤y≤0.5、0≤x≤1和0≤z≤1，R3‑
2y
‑
z
M
’
y
H
z
Cl1‑
x
Hal
x
O1‑
d
A
d
其中(R＝Li、Na、K；M
’
＝Be、Ca、Mg、Sr和Ba；Hal＝F、Br、I；A＝S、Se)以及0≤y≤0.5、0≤z≤2、0≤x≤1和0≤d≤1，R3‑
3y
‑
z
M
’
y
H
z
Cl1‑
x
Hal
x
O1‑
d
A
d
其中0≤y≤0.5、0≤z≤2、0≤x≤l和0≤d≤1，它们的混合物或它们与Li2S、Na2S、SiO2、Li2O、Na2O或H2S的混合物或它们与聚合物、增塑剂或胶的混合物。3.根据权利要求1或权利要求2所述的反馈单元的铁电体
‑
金属，其中，与诸如空气或真空的一个或两个绝缘层接触。4.根据前述权利要求中任一项所述的反馈单元，包含铁电体
‑
金属，所述反馈单元包括与两个相似或不相似的导体的两个界面。5.根据前述权利要求中任一项所述的反馈单元，包含铁电体
‑
金属，所述反馈单元包括与两个相似或不相似的绝缘体的两个界面。6.根据前述权利要求中任一项所述的反馈单元，其中，所述铁电体是基于Na的Na
2.99
Ba
0.005
ClO并且导体是Cu。7.根据前述权利要求中任一项所述的反馈单元，其中，所述铁电体是基于Na的Na
2.99
Ba
0.005
ClO并且导体是Zn和Cu。8.根据前述权利要求中任一项所述的反馈单元，其中，所述铁电体是基于Na的Na
2.99
Ba
0.005
ClO，并且所述导体是Zn和C泡沫、海绵、线、纳米管、石墨烯、石墨、炭黑或任何其他同素异形体或碳结构，具有或不具有杂质。9.根据前述权利要求中任一项所述的反馈单元，其中，所述铁电体是基于Li的(l
‑
x)Li
2.99
Ba
0.005
ClO+xLi3‑
2y
‑
z
M
y
H
z
ClO，其中0≤x≤1，一个导体是Li，而另一个导体是MnO2与炭黑和粘合剂的混合物。10.根据前述权利要求中任一项所述的反馈单元，其中，所述铁电体是基于Na的(l
‑
x)Na
2.99
Ba
0.005
ClO+xNa3‑
2y
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里亚，
申请(专利权)人：波尔图大学，
类型：发明
国别省市：