La chaleur de faible teneur est abondante, mais une récupération efficace de la chaleur de faible teneur reste un grand défi. Donc, ici, nous proposons une cellule thermique asymétrique avec un rendement énergétique élevé de plus de 3%La cellule thermique asymétrique est chargée thermiquement et déchargée électriquement sous opération isothermale, de sorte qu’elle a un potentiel pour diverses applications, en raison de sa flexibilité, faible coût, et le poids léger. La performance des cellules thermiques asymétriques dépend fortement du contenu des groupes oxygénés et de la qualité des électrodes.
Les chercheurs sont suggérés de suivre strictement le protocole. La démonstration visuelle aide à mieux comprendre la structure de la thermocellule asymétrique comme nouvelle technique et assure la qualité de production. Mu Kaiyu et Wang Xun, étudiants diplômés, et le Dr Huang Yu-Ting, post-doctorat de notre laboratoire, démontreront la procédure.
Pour mettre en place un bain d’eau froide, placez un bécher en verre à double paroi sur un agitateur magnétique et faites circuler l’eau glacée à travers la couche externe. Verser 100 millilitres d’acide sulfurique dans le bécher et allumer l’agitateur magnétique. Ajouter un gramme de nitrate de sodium au bécher.
Ajouter un gramme de graphite flocon au bécher contenant l’acide sulfurique, et remuer pendant une heure dans le bain froid. Après une heure, ajouter progressivement six grammes de permanganate de potassium à la solution. Remuer le mélange encore deux heures.
Après deux heures, remplacer l’eau glacée dans la couche externe par l’eau à une température de 35 degrés Celsius. Changer l’environnement de réaction à 35 degrés Celsius pour une procédure supplémentaire. Poursuivre l’oxydation du graphite en remuant pendant une demi-heure.
Ajouter 46 millilitres d’eau déionisée dans le bécher une goutte à la fois, ce qui fera augmenter la température du bécher à la portée de 80 à 90 degrés Celsius. La synthèse de l’oxyde de graphène est une réaction intense. S’il vous plaît suivre strictement le protocole, et de mener les expériences dans le capot du film, avec l’équipement de sécurité de laboratoire approprié.
Ajouter 140 millilitres d’eau déionisée, puis 20 millilitres de peroxyde d’hydrogène. Recherchez des particules d’or d’oxyde de graphène à apparaître en conséquence. Lavez le produit à fond plusieurs fois avec de l’acide chlorhydrique dilué et de l’eau déionisée jusqu’à ce que la suspension d’oxyde de graphène atteigne un pH de sept.
Congeler la suspension d’oxyde de graphène lavée pendant la nuit. Séchez-le dans un séchoir à gel jusqu’à ce que l’eau s’évapore complètement. Mélanger l’oxyde de graphène, le noir de carbone et le PVDF dans un rapport de masse de 75 à 15 à 10, et les mettre dans une bouteille en verre.
Mesurer une quantité de solvant N-Méthyl-2-pyrrolidone qui est quatre fois la masse du mélange oxyde de graphène-carbone noir-PVDF. Égouttez le solvant dans le mélange solide. Utilisez un mélangeur pour créer une pâte.
Mélanger le solvant et solide à 2000 RPM pendant 30 minutes. Puis, de-mousse à 1200 RPM pendant deux minutes. Badigeonner la pâte de papier carbone jusqu’à ce que le pelage ait une charge massive de huit à 15 milligrammes par centimètre carré.
Séchez-le pendant quatre heures à 40 degrés Celsius. Pour préparer une solution carboxymethylcellulose, dissoudre la poudre CMC 1% par poids dans l’eau déionisée. Remuer pendant 10 heures.
Ensuite, ajoutez 50 milligrammes de polyaniline à base de gluco-émeraude et 10 milligrammes de noir de carbone à un bécher. Ajouter ensuite 150 microlitres de la solution carboxymethylcellulose au bécher. Mélanger à l’aide d’un agitateur magnétique pendant 12 heures.
Pour terminer la préparation du lisier polyaniline, ajouter six microlitres de solution 40% styrène-butadiène au bécher, et remuer pendant encore 15 minutes. Placez un morceau de papier carbone sur le revêtement de lame du médecin. Déposez le lisier polyaniline mélangé à l’avant-garde du papier carbone.
Enduit de lame du lisier pour produire un film de 400 micromètres d’épaisseur sur le papier carbone. Sécher le revêtement pendant quatre heures à 50 degrés Celsius. Faites des collecteurs actuels en coupant du papier d’aluminium en titane dans la taille appropriée.
Utilisez une machine à souder à ultrasons de 20 kilohertz pour connecter chaque morceau de papier d’aluminium à un onglet nickel. Placez un séparateur poreux, hydrophile et à base de polypropylène entre l’électrode d’oxyde de graphène et une électrode polyaniline. Empilez chaque électrode avec un collecteur actuel.
Assembler la poche cellulaire électrochimique thermique asymétrique, ou thermocellule asymétrique, en emballant les électrodes dans un film laminé en aluminium. À l’aide d’un scellant à vide compact, sceller trois côtés du film laminé en aluminium pendant quatre secondes. Injecter 500 microlitres d’électrolyte de chlorure de potassium une molaire dans la poche et lui permettre d’équilibrer pendant 10 minutes.
Puis, extruder l’excès d’électrolyte. Sceller le dernier côté de la poche dans le scellant sous vide. Appliquer la pâte thermique sur les interfaces de la cellule de poche, pour assurer un bon contact thermique.
Pour configurer le système de contrôle de la température, empilez la thermocellule asymétrique entre deux modules thermo-électriques. Placer les couples thermiques sur les côtés supérieur et inférieur de la cellule. Utilisez un potentiostat pour effectuer des tests électrochimiques de la thermocellule asymétrique.
Effectuez la charge thermique en circuit ouvert. Effectuer le processus de déchargement électrique en mode fermé, à un courant constant. Une tension intégrée, delta-v non, a été observée en circuit ouvert à température ambiante.
Lorsque la thermocellule asymétrique a été chauffée de la température ambiante à la température élevée, la tension cellulaire a augmenté à mesure que les électrons se déplaçaient à la surface de l’oxyde de graphène. Lorsqu’une charge externe a été raccordée, la thermocellule asymétrique a été déchargée. Lorsque la thermocellule asymétrique a été chauffée de la température ambiante à une température élevée de 70 degrés Celsius, le potentiel du circuit ouvert a atteint 0,185 volts.
La décharge de la thermocellule asymétrique a été conduite sous un courant constant de 0,1 milliamps. Le travail électrique de sortie a été calculé en intégrant la tension de déchargement sur la capacité de charge. La thermocellule asymétrique a atteint une efficacité de conversion énergétique de 3,32 %, soit l’équivalent de 25,3 % de l’efficacité de Carnot.
Par rapport à d’autres systèmes thermoélectrochimiques, l’efficacité de conversion énergétique de la thermocellule asymétrique est la plus élevée jamais atteinte à 70 degrés Celsius. La thermocellule asymétrique a le potentiel d’être utilisée pour convertir la chaleur résiduelle en électricité dans une grande variété de scénarios. Les groupes fonctionnels d’oxygène sont essentiels à l’effet pseudo-compactif thermique de l’oxyde de graphène.
La qualité de la synthèse de l’oxyde de graphène et le chargement des matériaux à l’étape 3.4 sont importants. L’efficacité et la titrisation des thermocellules asymétriques peuvent être améliorées en changeant les matériaux d’électrode. Par exemple, en utilisant l’analogique bleu prussien comme anode.
Cette technologie a d’abord exploré la conversion de la chaleur à l’électricité dans le cadre d’opérations isothermales, et a révolutionné les systèmes électrochimiques thermiques.
