低品位の熱は豊富ですが、効率的な低品位熱回収は依然として大きな課題です。そこで、3%以上の高エネルギー効率を持つ非対称熱セルを提案する非対称熱セルは、等温操作下で熱的に充電され、電気的に放電されるため、柔軟性、低コスト、軽量化により様々な用途に対応できる可能性があります。非対称熱セルの性能は、酸素官能基の含有量と電極の品質に大きく依存します。
研究者は、プロトコルに厳密に従うことを示唆しています。視覚的なデモンストレーションは、非対称熱電池の構造を新しい技術として理解するのに役立ち、生産品質を保証します。この手順のデモンストレーションは、大学院生のムー・カイユとワン・クオンと、研究室の博士課程博士の黄玉ティン博士です。
冷たい水浴を設置するには、二重壁のガラスビーカーを磁気スターラーの上に置き、外層を通して氷水を循環させます。ビーカーに100ミリリットルの硫酸を注ぎ、磁気スターラーをオンにします。ビーカーに硝酸ナトリウム1グラムを加えます。
硫酸を含むビーカーにフレークグラファイト1グラムを加え、冷浴中で1時間かき混ぜます。1時間後、徐々に過マンガン酸カリウムを6グラム加えます。さらに2時間かき混ぜます。
2時間後、外層の氷水を摂氏35度の温度で交換します。さらに手順を行うために、反応環境を摂氏35度に変更します。グラファイトの酸化を1時間半撹拌して継続します。
ビーカーに46ミリリットルの脱イオン水を一滴ずつ加え、ビーカーの温度を摂氏80~90度の範囲に引き上げます。酸化グラフェンの合成は激しい反応です。厳密にプロトコルに従って、適切な実験室の安全装置で、フィルムフードで実験を行ってください。
140ミリリットルの脱イオン水を加え、次に20ミリリットルの過酸化水素を加えます。結果として現れる酸化グラフェンの黄金の粒子を探します。酸化グラフェン懸濁液が7pHに達するまで、希釈塩酸と脱イオン水で製品を数回十分に洗浄します。
洗浄した酸化グラフェン懸濁液を一晩凍結する。水が完全に蒸発するまで凍結乾燥機で乾燥させます。酸化グラフェン、カーボンブラック、PVDFを75~15~10の質量比で混ぜ、ガラス瓶に入れます。
グラフェン酸化物-カーボンブラック-PVDF混合物の4倍の質量であるN-メチル-2-ピロリドンの溶媒の量を測定します。溶媒を固形混合物に滴下する。ミキサーを使用してペーストを作成します。
溶媒と固体を2,000 RPMで30分間混ぜます。その後、1、200RPMで2分間脱泡する。コートが平方センチメートルあたり8〜15ミリグラムの質量負荷になるまでカーボンペーパーにペーストをブラシコートします。
40°Cで4時間乾燥させます。カルボキシメチルセルロース溶液を調製するには、CMC粉末を1重量%の脱イオン水に溶解します。10時間かき混ぜます。
次に、50ミリグラムのグルコエメラルドジンベースポリアニリンと10ミリグラムのカーボンブラックをビーカーに加えます。次いで、150マイクロリットルのカルボキシメチルセルロース溶液をビーカーに加える。磁気スターラーと12時間混ぜます。
ポリアニリンスラリーの調製を完了するには、ビーカーに40%スチレンブタジエン溶液の6マイクロリットルを加え、さらに15分間かき混ぜます。ドクターブレードコーターにカーボンペーパーを置きます。カーボンペーパーの先端に混合ポリアニリンスラリーを落とします。
スラリーをブレードコートし、厚さ400マイクロメートルのフィルムをカーボンペーパーに作製します。コーティングを摂氏50度で4時間乾燥させます。チタン箔を適切なサイズにカットして集電体を作ります。
20キロヘルツの超音波スポット溶接機を使用して、各ホイルをニッケルタブに接続します。酸化グラフェン電極とポリアニリン電極との間に多孔質、親水性、ポリプロピレン系セパレータを配置する。各電極を1つの集電体で積み重ねる。
アルミニウム積層フィルムに電極を充填することにより、非対称熱電気化学セルパウチ、または非対称熱熱セルを組み立てます。コンパクトな真空シーラーを使用し、アルミニウム積層フィルムの3つの側面を4秒間シールします。500マイクロリットルの塩化カリウム電解質をパウチに注入し、10分間平衡化します。
次いで、余分な電解質を押し出す。バキュームシーラーにポーチの最後の側面をシールします。良好な熱接触を確実にするために、パウチセルのインターフェースに熱ペーストを適用します。
温度制御システムをセットアップするには、2つの熱電気モジュール間に非対称熱電池を積み重ねる。セルの上側と下側に熱カップルを配置します。ポテンショスタットを使用して、非対称熱セルの電気化学的試験を行います。
放熱モードでサーマル充電を行います。一定電流で、閉じたモードで電気放電処理を行います。デルタvを内蔵した電圧は、室温での開放状態で観測された。
非対称熱電池を室温から高温に加熱すると、電子が酸化グラフェンの表面に移動するにつれて細胞電圧が上昇した。外部負荷が接続されると、非対称熱電池が放電された。非対称熱電池を室温から70°Cの高温に加熱すると、開回路電位は0.185ボルトに達しました。
非対称熱電池の放電は0.1ミリアンペアの一定電流で行った。出力電気工事は、充電容量を超えて放電電圧を積算して算出した。非対称熱電池は、カルト効率の25.3%に相当する3.32%のエネルギー変換効率を達成しました。
他の熱電気化学システムと比較して、非対称熱電池のエネルギー変換効率は、摂氏70度で達成された最高です。非対称熱電池は、さまざまなシナリオで廃熱を電気に変換するために使用される可能性を秘めています。酸素官能基は、酸化グラフェンの熱擬似共力効果に不可欠です。
酸化グラフェンの合成の品質、およびステップ3.4における材料の負荷は重要である。非対称熱電池の効率と固定性は、電極材料を変更することで改善することができます。例えば、プロイセンブルーアナログをアノードとして使用する。
この技術は、まず、等熱操作の下で熱から電気への変換を探求し、熱電気化学システムに革命を起こしました。
