Advanced Cementitious Composites For Thermoelectric Energy Harvesting
Loading...
Date
Authors
Vareli, Ioanna
Βαρέλη, Ιωάννα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Abstract
Type
Type of the conference item
Journal type
Educational material type
Conference Name
Journal name
Book name
Book series
Book edition
Alternative title / Subtitle
Description
Thermoelectricity has been studied for more than two centuries and offers a sustainable way to recover and convert waste heat into easily available electric energy. The first thermoelectric generators use materials that are still of valuable research interest, while new ideas and concepts, regarding our understanding of materials development, processing and characterization have advanced over the past 30 years. Thus, new classes of thermoelectric materials are developing, providing new opportunities for improving the efficiency of thermoelectric conversion. Due to the increasing demand for sustainable energy conversion technologies, it is crucial to develop thermoelectrics based on available, non-toxic materials that can be manufactured at economically viable sizes and are suited for a variety of temperature ranges.
The current thesis explores the manufacturing of smart, multi-functional, thermoelectric cement-based composite materials with optimized performance. More specifically, the optimization of the thermoelectric cementitious materials was accomplished via the modification of the cement matrix with carbon fillers either at the nanoscale or at the microscale. The type, weight content and processing protocols were optimised to facilitate the development of cement-based composites presenting advanced thermoelectric energy harvesting characteristics. Cement-based thermoelectric energy generators that could enable the powering of low-consumption electronic devices were manufactured.
Το φαινόμενου του θερμοηλεκτρισμού έχει μελετηθεί για περισσότερο από δύο αιώνες και προσφέρει έναν βιώσιμο τρόπο ανάκτησης και μετατροπής της απορριπτόμενης θερμότητας σε προσβάσιμη και διαθέσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Οι πρώτες θερμοηλεκτρικές γεννήτριες που κατασκευάστηκαν με σκοπό την ανάκτηση της απορριπτόμενης ενέργειας χρησιμοποιούν υλικά που εξακολουθούν να παρουσιάζουν πολύτιμο ερευνητικό ενδιαφέρον, ενώ νέες ιδέες και έννοιες σχετικά με την κατανόησή μας για την ανάπτυξη, την επεξεργασία και τον χαρακτηρισμό των θερμοηλεκτρικών υλικών έχουν προχωρήσει τα τελευταία 30 χρόνια. Ως επακόλουθο, αναπτύσσονται νέες κατηγορίες θερμοηλεκτρικών υλικών, παρέχοντας νέες ευκαιρίες για τη βελτίωση της απόδοσης της θερμοηλεκτρικής μετατροπής της θερμότητας σε χρήσιμες μορφές ενέργειας. Λόγω της αυξανόμενης ζήτησης για βιώσιμες τεχνολογίες μετατροπής ενέργειας, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν θερμοηλεκτρικές δομές με βάση διαθέσιμα, μη τοξικά υλικά που μπορούν να κατασκευαστούν σε οικονομικά βιώσιμα μεγέθη και να είναι κατάλληλα για να χρησιμοποιηθούν σε διαφορετικά θερμοκρασιακά εύρη. Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά την κατασκευή έξυπνων, πολυλειτουργικών, θερμοηλεκτρικών σύνθετων υλικών με βάση το τσιμέντο. Πιο συγκεκριμένα, η ανάπτυξη και βελτιστοποίηση των θερμοηλεκτρικών τσιμεντοειδών υλικών επιτεύχθηκε μέσω της τροποποίησης της τσιμεντοειδούς μήτρας με ενισχυτικά υλικά του άνθρακα που παρουσιάζουν διαστάσεις στην νάνο- και μίκρο-κλίμακα. Ο τύπος των υλικών του άνθρακα, το κατά βάρος ποσοστό ενίσχυσης της τσιμεντοειδούς μήτρας καθώς και τα πρωτόκολλα διασποράς αυτών βελτιστοποιήθηκαν για να διευκολύνουν την ανάπτυξη σύνθετων υλικών με βάση το τσιμέντο που παρουσιάζουν την ικανότητα συλλογής και μετατροπής της θερμοηλεκτρικής ενέργειας. Τέλος, κατασκευάστηκαν γεννήτριες θερμοηλεκτρικής ενέργειας με βάση το τσιμέντο που θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογή για μια πιο βιώσιμη δόμηση, επιτρέποντας την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών χαμηλής και μέσης κατανάλωσης.
Το φαινόμενου του θερμοηλεκτρισμού έχει μελετηθεί για περισσότερο από δύο αιώνες και προσφέρει έναν βιώσιμο τρόπο ανάκτησης και μετατροπής της απορριπτόμενης θερμότητας σε προσβάσιμη και διαθέσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Οι πρώτες θερμοηλεκτρικές γεννήτριες που κατασκευάστηκαν με σκοπό την ανάκτηση της απορριπτόμενης ενέργειας χρησιμοποιούν υλικά που εξακολουθούν να παρουσιάζουν πολύτιμο ερευνητικό ενδιαφέρον, ενώ νέες ιδέες και έννοιες σχετικά με την κατανόησή μας για την ανάπτυξη, την επεξεργασία και τον χαρακτηρισμό των θερμοηλεκτρικών υλικών έχουν προχωρήσει τα τελευταία 30 χρόνια. Ως επακόλουθο, αναπτύσσονται νέες κατηγορίες θερμοηλεκτρικών υλικών, παρέχοντας νέες ευκαιρίες για τη βελτίωση της απόδοσης της θερμοηλεκτρικής μετατροπής της θερμότητας σε χρήσιμες μορφές ενέργειας. Λόγω της αυξανόμενης ζήτησης για βιώσιμες τεχνολογίες μετατροπής ενέργειας, είναι σημαντικό να αναπτυχθούν θερμοηλεκτρικές δομές με βάση διαθέσιμα, μη τοξικά υλικά που μπορούν να κατασκευαστούν σε οικονομικά βιώσιμα μεγέθη και να είναι κατάλληλα για να χρησιμοποιηθούν σε διαφορετικά θερμοκρασιακά εύρη. Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά την κατασκευή έξυπνων, πολυλειτουργικών, θερμοηλεκτρικών σύνθετων υλικών με βάση το τσιμέντο. Πιο συγκεκριμένα, η ανάπτυξη και βελτιστοποίηση των θερμοηλεκτρικών τσιμεντοειδών υλικών επιτεύχθηκε μέσω της τροποποίησης της τσιμεντοειδούς μήτρας με ενισχυτικά υλικά του άνθρακα που παρουσιάζουν διαστάσεις στην νάνο- και μίκρο-κλίμακα. Ο τύπος των υλικών του άνθρακα, το κατά βάρος ποσοστό ενίσχυσης της τσιμεντοειδούς μήτρας καθώς και τα πρωτόκολλα διασποράς αυτών βελτιστοποιήθηκαν για να διευκολύνουν την ανάπτυξη σύνθετων υλικών με βάση το τσιμέντο που παρουσιάζουν την ικανότητα συλλογής και μετατροπής της θερμοηλεκτρικής ενέργειας. Τέλος, κατασκευάστηκαν γεννήτριες θερμοηλεκτρικής ενέργειας με βάση το τσιμέντο που θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογή για μια πιο βιώσιμη δόμηση, επιτρέποντας την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών χαμηλής και μέσης κατανάλωσης.
Description
Keywords
Advanced cementitious nanocomposites and microcomposites,, Thermal energy harvesting, Structural cement-based thermoelectric generator (TEG), Single-walled carbon nanotubes, Carbon Fibers
Subject classification
Materials Science and Engineering
Citation
Link
Language
en
Publishing department/division
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Advisor name
Barkoula, Nektaria-Marianthi
Examining committee
Paipetis, Alkiviadis
Karakassides, Michael
Matikas, Theodore
Gournis, Dimitrios
Gergidis, Leonidas
Koutselas, Ioannis
Karakassides, Michael
Matikas, Theodore
Gournis, Dimitrios
Gergidis, Leonidas
Koutselas, Ioannis
General Description / Additional Comments
Institution and School/Department of submitter
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή
Table of contents
Sponsor
Bibliographic citation
Name(s) of contributor(s)
Number of Pages
172
Course details
Collections
Endorsement
Review
Supplemented By
Referenced By
Creative Commons license
Except where otherwised noted, this item's license is described as Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States