חום בדרגה נמוכה הוא בשפע, אבל התאוששות חום יעילה בדרגה נמוכה היא עדיין אתגר גדול. אז כאן, אנו מציעים תא תרמי אסימטרי עם יעילות אנרגטית גבוהה מעל 3%התא התרמי האסימטרי טעון תרמית ומשוחרר חשמלית תחת פעולה איזותרמית, כך שיש לו פוטנציאל ליישומים שונים, בשל גמישותו, עלות נמוכה ומשקל קל. הביצועים של תא תרמי אסימטרי תלויים במידה רבה בתוכן של קבוצות פונקציונליות חמצן ואיכות האלקטרודות.
החוקרים מוצעים לעקוב בקפדנות אחר הפרוטוקול. הדגמה חזותית מסייעת להבין טוב יותר את המבנה של התרמוקל האסימטרי כטכניקה חדשה, ומבטיחה את איכות הייצור. הדגמת ההליך תהיה מו קאיו וואנג שון, סטודנט לתואר שני, וד"ר הואנג יו-לינג, פוסט דוקטורט מהמעבדה שלנו.
כדי להקים אמבט מים קרים, מניחים זכוכית עם קירות כפולים על בוחש מגנטי, ומזרים מי קרח דרך השכבה החיצונית. יוצקים 100 מיליליטר של חומצה גופרתית לתוך המזווה, ולהדליק את המערבב המגנטי. מוסיפים גרם אחד של נתרן חנקתי לסק.
מוסיפים גרם אחד של גרפיט פתיתים למזווה המכיל את החומצה הגופרתית, ומערבבים במשך שעה באמבטיה הקרה. לאחר שעה, מוסיפים בהדרגה שישה גרם של אשלגן פרמנganate לפתרון. מערבבים את התערובת עוד שעתיים.
לאחר שעתיים, מחליפים את מי הקרח בשכבה החיצונית במים בטמפרטורה של 35 מעלות צלזיוס. שנה את סביבת התגובה ל-35 מעלות צלזיוס לצורך הליך נוסף. ממשיכים את החמצון של גרפיט על ידי ערבוב במשך חצי שעה.
הוסף 46 מיליליטר של מים deionized לתוך טיפה אחת בכל פעם, אשר יעלה את הטמפרטורה של לטווח של 80 עד 90 מעלות צלזיוס. הסינתזה של תחמוצת גרפן היא תגובה אינטנסיבית. אנא עקבו בקפדנות אחר הפרוטוקול, ובצעו את הניסויים במכסה המנוע של הסרט, עם ציוד בטיחות מעבדתי מתאים.
הוסף 140 מיליליטר של מים deionized, ולאחר מכן 20 מיליליטר של מי חמצן. חפש חלקיקי זהב של תחמוצת גרפן להופיע כתוצאה מכך. לשטוף את המוצר ביסודיות מספר פעמים עם חומצה הידרוכלורית מדוללת ומים deionized עד ההשעיה תחמוצת גרפן מגיע pH של שבעה.
להקפיא את ההשעיה תחמוצת גרפן שטף לילה. מייבשים אותו במייבש הקפאה עד שהמים מתאדים לחלוטין. מערבבים תחמוצת גרפן, פחמן שחור, ו PVDF ביחס מסה של 75 עד 15 עד 10, ולשים אותם בבקבוק זכוכית.
למדוד כמות של ממס N-מתיל-2-pyrrolidone כי הוא ארבע פעמים את המסה של תחמוצת גרפן פחמן שחור-PVDF תערובת. מטפטף את הממס לתוך התערובת המוצקה. השתמש מערבל כדי ליצור הדבקה.
מערבבים את הממס ומוצק ב 2, 000 סל"ד במשך 30 דקות. לאחר מכן, דה קצף ב 1, 200 סל"ד במשך שתי דקות. מברשת-לציפוי הדבק על נייר פחמן עד המעיל יש טעינה המונית של שמונה עד 15 מיליגרם לס"מ מרובע.
יבש אותו במשך ארבע שעות ב 40 מעלות צלזיוס. כדי להכין פתרון carboxymethylcellulose, להמיס אבקת CMC 1% לפי משקל במים deionized. מערבבים במשך 10 שעות.
לאחר מכן, מוסיפים 50 מיליגרם של פוליאנילין בסיס גלוקו-אמרלדין ו-10 מיליגרם של פחמן שחור לתוך מקור. לאחר מכן, להוסיף 150 microliters של פתרון carboxymethylcellulose למיקרו. מערבבים עם מערבל מגנטי במשך 12 שעות.
כדי להשלים את ההכנה של תרחיף פוליאנילין, להוסיף שישה microliters של 40% פתרון סטירן-butadiene לתוך הקוסם, ומערבבים עוד 15 דקות. שים פיסת נייר פחמן על מעיל להב הרופא. זרוק את תרחיף פוליאנילין מעורב בקצה המוביל של נייר הפחמן.
להב מצופה את תרחיף לייצר סרט 400 מיקרומטר עבה על נייר הפחמן. מייבשים את הציפוי במשך ארבע שעות ב-50 מעלות. הפוך אספנים הנוכחי על ידי חיתוך רדיד טיטניום לגודל המתאים.
השתמש במכונת ריתוך ספוט קולית 20 קילוהרץ כדי לחבר כל פיסת נייר כסף ללשונית ניקל. מניחים מפריד נקבובי, הידרופילי, מבוסס פוליפרופילן בין אלקטרודה תחמוצת גרפן ואלקטרודה פוליאנילין. מחסנית כל אלקטרודה עם אספן זרם אחד.
להרכיב את כיס התא האלקטרו-כימי התרמי אסימטרי, או תרמוקל אסימטרי, על ידי אריזת האלקטרודות בסרט למיין אלומיניום. בעזרת איטום ואקום קומפקטי, אטמו שלושה צדדים של הסרט למיין אלומיניום למשך ארבע שניות. להזריק 500 microliters של אלקטרוליט אשלגן כלורי טוחנת אחת לתוך הכיס, ולאפשר לו לצייד במשך 10 דקות.
לאחר מכן, הבלט את האלקטרוליט העודף. לאטום את הצד האחרון של הכיס באיטום ואקום. החל הדבק תרמי על ממשקים של תא כיס, כדי להבטיח מגע תרמי טוב.
כדי להגדיר את מערכת בקרת הטמפרטורה, ערמו את התרמוקל האסימטרי בין שני מודולים תרמו-חשמליים. מניחים זוגות תרמיים בצד העליון והתחתון של התא. השתמש potentiostat לבצע בדיקות אלקטרוכימיות של התרמוקל אסימטרי.
נהל את הטעינה התרמית במצב מעגל פתוח. לבצע את תהליך פירוק החשמל במצב סגור, בזרם קבוע. מתח מובנה, דלתא-v לא, נצפה בתנאי מעגל פתוח בטמפרטורת החדר.
כאשר התרמוקל האסימטרי התחמם מטמפרטורת החדר לטמפרטורה גבוהה, מתח התא עלה ככל שהאלקטרונים נעו אל פני השטח של תחמוצת הגרפין. כאשר היה מחובר עומס חיצוני, התרמוקל האסימטרי שוחרר. כאשר התרמוקל האסימטרי התחמם מטמפרטורת החדר לטמפרטורה גבוהה של 70 מעלות צלזיוס, פוטנציאל המעגל הפתוח הגיע ל-0.185 וולט.
פריקה של התרמוקל האסימטרי נערכה תחת זרם קבוע של 0.1 מיליאמפר. עבודת החשמל של התפוקה חושבה על ידי שילוב מתח פריקה מעל קיבולת המטען. התרמוקל הא-סימטרי השיג יעילות המרת אנרגיה של 3.32% שווה ערך ל-25.3% מיעילות קרנו.
בהשוואה למערכות תרמואלקטריות אחרות, יעילות המרת האנרגיה של התרמוקל האסימטרי היא הגבוהה ביותר שהושגה אי פעם ב-70 מעלות צלזיוס. לתרמוקל האסימטרי יש פוטנציאל לשמש להמרת חום פסולת לחשמל במגוון רחב של תרחישים. הקבוצות הפונקציונליות של החמצן חיוניות לאפקט הפסאודו-קומפקטי התרמי של תחמוצת גרפן.
איכות הסינתזה של תחמוצת גרפן, ואת החומרים טעינה בשלב 3.4, חשובים. ניתן לשפר את היעילות ואת יכולת האבטחה של תרמוקלים אסימטריים על ידי שינוי חומרי האלקטרודה. לדוגמה, באמצעות אנלוגי כחול פרוסי כמו אנודה.
טכנולוגיה זו חקרה לראשונה המרת חום לחשמל תחת פעולות איזותרמיות, וחוללה מהפכה במערכות האלקטרוכימיות התרמיות.
