O calor de baixo grau é abundante, mas a recuperação eficiente de calor de baixo grau ainda é um grande desafio. Então, aqui, propomos uma célula térmica assimétrica com alta eficiência energética acima de 3%A célula térmica assimétrica é carregada termicamente e eletricamente descarregada sob operação isotérmica, por isso tem potencial para várias aplicações, devido à sua flexibilidade, baixo custo e peso leve. O desempenho das células térmicas assimétricas depende fortemente do conteúdo de grupos oxigênio-funcionais e da qualidade dos eletrodos.
Os pesquisadores são sugeridos a seguir rigorosamente o protocolo. A demonstração visual ajuda a entender melhor a estrutura da termocélula assimétrica como uma nova técnica, e garante a qualidade da produção. Demonstrando o procedimento estarão Mu Kaiyu e Wang Xun, estudante de pós-graduação, e Dr. Huang Yu-Ting, pós-doutorado do nosso laboratório.
Para montar um banho de água fria, coloque um copo de vidro de parede dupla em um agitador magnético e circule água gelada através da camada externa. Despeje 100 mililitros de ácido sulfúrico no béquer, e ligue o agitador magnético. Adicione um grama de nitrato de sódio ao béquer.
Adicione um grama de grafite de floco ao béquer contendo o ácido sulfúrico e mexa por uma hora no banho frio. Após uma hora, adicione gradualmente seis gramas de permangã de potássio à solução. Mexa a mistura por mais duas horas.
Após duas horas, substitua a água gelada na camada externa pela água a uma temperatura de 35 graus Celsius. Mude o ambiente de reação para 35 graus Celsius para procedimento posterior. Continue a oxidação do grafite mexendo por meia hora.
Adicione 46 mililitros de água deionizada no béquer uma gota de cada vez, o que elevará a temperatura do béquer para a faixa de 80 a 90 graus Celsius. A síntese do óxido de grafeno é uma reação intensa. Por favor, siga rigorosamente o protocolo, e realize os experimentos no capô do filme, com equipamentos de segurança de laboratório adequados.
Adicione 140 mililitros de água deionizada, e depois 20 mililitros de peróxido de hidrogênio. Procure partículas douradas de óxido de grafeno para aparecer como resultado. Lave o produto completamente várias vezes com ácido clorídrico diluído e água desionizada até que a suspensão do óxido de grafeno atinja um pH de sete.
Congele a suspensão do óxido de grafeno lavado durante a noite. Seque-o em um secador congelado até que a água evapora completamente. Misture óxido de grafeno, preto carbono e PVDF em uma proporção de massa de 75 a 15 a 10, e coloque-os em uma garrafa de vidro.
Meça uma quantidade de solvente N-Metil-2-pyrrolidone que é quatro vezes a massa da mistura óxido de óxido de carbono-carbono preto-PVDF. Escorra o solvente na mistura sólida. Use uma batedeira para criar uma pasta.
Misture o solvente e o sólido a 2.000 RPM por 30 minutos. Em seguida, des espuma a 1.200 RPM por dois minutos. Escove a pasta em papel carbono até que o casaco tenha uma carga em massa de oito a 15 miligramas por centímetro quadrado.
Seque por quatro horas a 40 graus Celsius. Para preparar uma solução de carboximetilcelulose, dissolva o pó CMC 1% em peso em água deionizada. Mexa por 10 horas.
Em seguida, adicione 50 miligramas de polianilina de base de gluco-esmeraldaine e 10 miligramas de carbono preto a um béquer. Em seguida, adicione 150 microliters da solução carboximetilcelulose ao béquer. Misture com um agitador magnético por 12 horas.
Para completar a preparação do chorume polianilino, adicione seis microliters de solução de 40% de estireno-butadieno ao béquer e mexa por mais 15 minutos. Coloque um pedaço de papel carbono no revestimento da lâmina médica. Solte o chorume de polianilina mista na borda principal do papel carbono.
Reveste a pasta para produzir uma filme de 400 micrômetros de espessura no papel carbono. Seque o revestimento por quatro horas a 50 graus Celsius. Faça coletores atuais cortando folha de titânio no tamanho apropriado.
Use uma máquina de soldagem ultrassônica de 20 kilohertz para conectar cada pedaço de papel alumínio a uma guia de níquel. Coloque um separador poroso, hidrofílico, à base de polipropileno entre o eletrodo de óxido de grafeno e um eletrodo polianilino. Empilhe cada eletrodo com um coletor de corrente.
Monte a bolsa térmica assimétrica de células eletroquímculas, ou termocélula assimétrica, embalando os eletrodos em filme laminado em alumínio. Usando um selador de vácuo compacto, sele três lados do filme laminado de alumínio por quatro segundos. Injete 500 microliters de um molar de cloreto de potássio na bolsa e deixe equilibrar por 10 minutos.
Então, extrude o excesso de eletrólitos. Sele o último lado da bolsa no selador a vácuo. Aplique pasta térmica em interfaces de célula de bolsa, para garantir um bom contato térmico.
Para configurar o sistema de controle de temperatura, empilhe a termocélula assimétrica entre dois módulos termoelétricos. Coloque casais térmicos nos lados superior e inferior da célula. Use um potencialiostat para realizar testes eletroquímicos da termocélula assimétrica.
Conduza o carregamento térmico no modo de circuito aberto. Realizar o processo de descarga elétrica em modo fechado, em constante corrente. Uma tensão incorporada, delta-v não, foi observada em condições de circuito aberto à temperatura ambiente.
Quando a termocélula assimétrica foi aquecida da temperatura ambiente para a alta temperatura, a tensão celular aumentou à medida que os elétrons se moviam para a superfície do óxido de grafeno. Quando uma carga externa foi conectada, a termocélula assimétrica foi descarregada. Quando a termocélula assimétrica foi aquecida da temperatura ambiente a uma alta temperatura de 70 graus Celsius, o potencial do circuito aberto atingiu 0,185 volts.
A descarga da termocélula assimétrica foi realizada sob uma corrente constante de 0,1 miliamperes. O trabalho elétrico de saída foi calculado integrando a tensão de descarregamento sobre a capacidade de carga. A termocélula assimétrica alcançou uma eficiência de conversão de energia de 3,32% equivalente a 25,3% da eficiência carnot.
Em comparação com outros sistemas termoelémicos, a eficiência de conversão de energia da termocélula assimétrica é a mais alta já alcançada a 70 graus Celsius. A termocélula assimétrica tem o potencial de ser usada para converter o calor dos resíduos em eletricidade em uma ampla variedade de cenários. Os grupos funcionais de oxigênio são essenciais para o efeito pseudo-compactivo térmico do óxido de grafeno.
A qualidade da síntese do óxido de grafeno, e os materiais que carregam na etapa 3.4, são importantes. A eficiência e a securabilidade das termocélulas assimétricas podem ser melhoradas alterando os materiais de eletrodos. Por exemplo, usando o análogo azul prussiano como o ânodo.
Esta tecnologia explorou pela primeira vez a conversão calor-eletricidade sob operações isotemais, e revolucionou os sistemas eletroquímicos térmicos.
