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Titelaufnahme

Titel
Natural rubber for energy harvesting / Author DI Rainer Kaltseis
VerfasserKaltseis, Rainer
Begutachter / BegutachterinBauer, Siegfried ; Major, Zoltan
ErschienenLinz, April 2016
Umfangxii, 81 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Univ., Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Energiegewinnung / Naturkautschuk / Gummi / Elastomer / Thermodynamik / Elektrizität / Techno-ökonomische Analyse / Elektroaktive Polymere / Polymerphysik
Schlagwörter (EN)energy harvesting / rubber / natural rubber / elastomer / thermodynamics / electricity / techno-economic analysis / electro-active polymers / polymer physics
Schlagwörter (GND)Naturkautschuk / Energieerzeugung / Elastomer / Thermodynamik / Elektroaktive Polymere
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-9699 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
Dateien
Natural rubber for energy harvesting [11.55 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Weiche Wandler aus dielektrischen Elastomeren erreichen außergewöhnlich hohe Energiedichten von über 500 mJ/g und verwenden meist Elastomere von niedriger Steifigkeit um hohe Dehnungen nutzbar zu machen. Zur Demonstration von möglichen Anwendungen solcher Dehnungen berichtet diese Arbeit über die Entwicklung eines farbändernden Materials welches auf elektrische Anregung reagiert. Diese Dissertation führt experimentelle und theoretische Methoden ein um die Eignung von verschiedenen Materialien zum Einsatz in dielektrischen Elastomerumwandlern wie weiche Aktuatoren und weiche Generatoren zu bestimmen. Eine Methode zur Analyse von Energieflüssen in weichen Generatoren wird entwickelt. Der Bedarf an vergleichbaren Messwerten für die Durchbruchsfeldstärke führte zu einer maßgeschneiderten Lösung um die intrinsische Durchbruchsfeldstärke von Elastomeren zu bestimmen. Naturkautschuk wird mittels der genannten Methoden als nachhaltiges und günstiges Material für große weiche Generatoren identifiziert. Einbeziehen von viskoser Deformation und Ladungsverlust in die Bewertung von Materialen für weiche Generatoren zeigt weitere Vorteile von Naturkautschuk gegenüber in der Literatur bekannten Materialien wegen seiner verschwindenden Viskoelastizität. Die Bedeutung von hoher Leistungsfähigkeit und niedrigem Preis bestimmt eine techno-ökonomische Analyse weicher Generatoren für die elektrische Energiegewinnung aus Ozeanwellen im großen Maßstab. Diese Analyse kommt zu dem Schluss, dass alternative Materialien für Wellenkraftwerke dieser Art nötig sind (zur Zeit ca. 14 - 30 ct/kWh) und dass Naturkautschuk ein erster vielversprechender Kandidat ist welcher Elektrizität mit in etwa 5-11 ct/kWh zur Verfügung stellen kann.

Zusammenfassung (Englisch)

Soft transducers made of dielectric elastomers achieve an exceptionally high energy density of above 500 mJ/g and mostly employ elastomers of low stiffness to allow for harnessing large deformation. An application of such deformation is demonstrated in this work by a color-changing material which responds to electrical stimulus. Within the framework of this thesis experimental and theoretical methods are introduced to assess the aptitude of elastomers for dielectric elastomer transducers such as soft actuators or soft generators. A method to analyze the energy flows within a soft generator is developed. The need for comparable evaluation of breakdown strength led to a tailor-made method to determine the intrinsic breakdown strength of elastomers. Using this tools for comparative measurements the sustainable and low cost material natural rubber is identified as a possible breakthrough component for large scale soft generators. Including the effect of viscous deformation and charge leakage into the assessment of materials for soft generators adds to the advantage of natural rubber over materials previously reported in literature due its faint viscoelastic nature. The significance of high performance, low-cost materials is estimated by a techno-economic analysis of large scale harvesting of the energy of oceans waves with soft generators. The analysis concludes that alternative materials are needed to make wave power plants of this kind feasible (currently at about 14 - 30 ct/kWh) and natural rubber is a first promising candidate estimated to provide electricity at 5-11 ct/kWh.