Name: asymmetric thermoelectrochemical cell for harvesting low-grade heat under isothermal operation
Uploaded: 2020-02-05T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation at JoVE.com

ويعترف المؤلفون بالمناقشة البناءة مع البروفيسور د. ي. ك. ليونغ والدكتور ي. تشن (جامعة هونغ كونغ)، والبروفيسور م. ه. ك. ليونغ (جامعة مدينة هونغ كونغ)، والدكتور و. يقر المؤلفون بالدعم المالي لصندوق البحوث العامة التابع لمجلس المنح البحثية لمنطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة، الصين، تحت رقم الجائزة 17204516 و17206518، وصندوق الابتكار والتكنولوجيا (المرجع: ITS/171/16FX).

1. إعداد القطب أكسيد الجرافين
<ol><li>تركيب أكسيد الجرافين عبر طريقة هامر المعدلة<ol>
<li>الخطوات 1.1.2 و 1.1.3 تحدث في درجة حرارة منخفضة (<0 درجة مئوية). تعميم المياه الجليدية المتدفقة من خلال الطبقة الخارجية من كوب زجاج الجدار المزدوج وضعت على التحريك المغناطيسي لخلق ظروف درجة حرارة منخفضة للالمواد ...

<ol>
	<li>Chu, S., Majumdar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opportunities+and+Challenges+for+A+Sustainable+Energy+Future.">Opportunities and Challenges for A Sustainable Energy Future.</a> Nature. 488, 294 (2012).</li><li>Forman, C., Muritala, I. K., Pardemann, R., Meyer, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimating+the+Global+Waste+Heat+Potential.">Estimating the Global Waste Heat Potential.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 57, 1568-1579 (2016).</li><li>Gur, I., Sawyer, K., Prasher, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Searching+for+A+Better+Thermal+Battery.">Searching for A Better Thermal Battery.</a> Science. 335 (6075), 1454-1455 (2012).</li><li>He, R., Schierning, G., Nielsch, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoelectric+Devices:+A+Review+of+Devices,+Architectures,+and+Contact+Optimization.">Thermoelectric Devices: A Review of Devices, Architectures, and Contact Optimization.</a> Advanced Materials Technologies. 3 (4), 1700256 (2018).</li><li>Abraham, T. J., MacFarlane, D. R., Pringle, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Seebeck+Coefficient+Redox+Ionic+Liquid+Electrolytes+for+Thermal+Energy+Harvesting.">High Seebeck Coefficient Redox Ionic Liquid Electrolytes for Thermal Energy Harvesting.</a> Energy &amp; Environmental Science. 6 (9), 2639-2645 (2013).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Power+Density+Electrochemical+Thermocells+for+Inexpensively+Harvesting+Low-Grade+Thermal+Energy.">High Power Density Electrochemical Thermocells for Inexpensively Harvesting Low-Grade Thermal Energy.</a> Advanced Materials. 29 (12), 1605652 (2017).</li><li>Duan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous+Thermogalvanic+Cells+with+A+High+Seebeck+Coefficient+for+Low-Grade+Heat+Harvest.">Aqueous Thermogalvanic Cells with A High Seebeck Coefficient for Low-Grade Heat Harvest.</a> Nature Communications. 9 (1), 5146 (2018).</li><li>Im, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Efficiency+Electrochemical+Thermal+Energy+Harvester+Using+Carbon+Nanotube+Aerogel+Sheet+Electrodes.">High-Efficiency Electrochemical Thermal Energy Harvester Using Carbon Nanotube Aerogel Sheet Electrodes.</a> Nature Communications. 7, 10600 (2016).</li><li>Hu, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Harvesting+Waste+Thermal+Energy+Using+A+Carbon-Nanotube-Based+Thermo-Electrochemical+Cell.">Harvesting Waste Thermal Energy Using A Carbon-Nanotube-Based Thermo-Electrochemical Cell.</a> Nano Letters. 10 (3), 838-846 (2010).</li><li>Poletayev, A. D., McKay, I. S., Chueh, W. C., Majumdar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+Electrochemical+Heat+Engines.">Continuous Electrochemical Heat Engines.</a> Energy and Environmental Science. 11 (10), 2964-2971 (2018).</li><li>Qian, W., Li, M., Chen, L., Zhang, J., Dong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+Thermo-Electrochemical+Cell+Performance+by+Constructing+Ag-MgO-CNTs+Nanocomposite+Electrodes.">Improving Thermo-Electrochemical Cell Performance by Constructing Ag-MgO-CNTs Nanocomposite Electrodes.</a> RSC Advances. 5 (119), 97982-97987 (2015).</li><li>Lee, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Electrochemical+System+for+Efficiently+Harvesting+Low-Grade+Heat+Energy.">An Electrochemical System for Efficiently Harvesting Low-Grade Heat Energy.</a> Nature Communications. 5, 3942 (2014).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charging-Free+Electrochemical+System+for+Harvesting+Low-Grade+Thermal+Energy.">Charging-Free Electrochemical System for Harvesting Low-Grade Thermal Energy.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (48), 17011-17016 (2014).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane-Free+Battery+for+Harvesting+Low-Grade+Thermal+Energy.">Membrane-Free Battery for Harvesting Low-Grade Thermal Energy.</a> Nano Letters. 14 (11), 6578-6583 (2014).</li><li>Fukuzumi, Y., Amaha, K., Kobayashi, W., Niwa, H., Mortitomo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prussian+Blue+Analogues+as+Promising+Thermal+Power+Generation+Materials.">Prussian Blue Analogues as Promising Thermal Power Generation Materials.</a> Energy Technology. 6 (10), 1865-1870 (2018).</li><li>Shibata, T., Fukuzumi, Y., Kobayashi, W., Moritomo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+Power+Generation+During+Heat+Cycle+Near+Room+Temperature.">Thermal Power Generation During Heat Cycle Near Room Temperature.</a> Applied Physics Express. 11 (1), 017101 (2018).</li><li>Shibata, T., Fukuzumi, Y., Moritomo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+Efficiency+of+A+Thermocell+Made+of+Prussian+Blue+Analogues.">Thermal Efficiency of A Thermocell Made of Prussian Blue Analogues.</a> Scientific Reports. 8 (1), 14784 (2018).</li><li>Takahara, I., Shibata, T., Fukuzumi, Y., Moritomo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+Thermal+Cyclability+of+Tertiary+Battery+Made+of+Prussian+Blue+Analogues.">Improved Thermal Cyclability of Tertiary Battery Made of Prussian Blue Analogues.</a> ChemistrySelect. 4 (29), 8558-8563 (2019).</li><li>Zhang, F., Liu, J., Yang, W., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Thermally+Regenerative+Ammonia-Based+Battery+for+Efficient+Harvesting+of+Low-Grade+Thermal+Energy+as+Electrical+Power.">A Thermally Regenerative Ammonia-Based Battery for Efficient Harvesting of Low-Grade Thermal Energy as Electrical Power.</a> Energy and Environmental Science. 8 (1), 343-349 (2015).</li><li>Zhu, X., Rahimi, M., Gorski, C. A., Logan, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Thermally-Regenerative+Ammonia-Based+Flow+Battery+for+Electrical+Energy+Recovery+from+Waste+Heat.">A Thermally-Regenerative Ammonia-Based Flow Battery for Electrical Energy Recovery from Waste Heat.</a> ChemSusChem. 9 (8), 873-879 (2016).</li><li>Zhang, F., LaBarge, N., Yang, W., Liu, J., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+Low-Grade+Thermal+Energy+Recovery+in+a+Thermally+Regenerative+Ammonia+Battery+Using+Elevated+Temperatures.">Enhancing Low-Grade Thermal Energy Recovery in a Thermally Regenerative Ammonia Battery Using Elevated Temperatures.</a> ChemSusChem. 8 (6), 1043-1048 (2015).</li></ol>

يقوم aTEC بتحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء عبر عملية شحن حراري عند التسخين من RT إلى TH وعملية تفريغ كهربائية متتالية في TH. التخلص من الاعتماد على تدرج درجة الحرارة أو دورة درجة الحرارة مثل TGC و TREC، aTEC يسمح عملية التدفئة isothermal خلال عمليات الشحن والتفريغ بأكملها. ويستند الجهد المست?...

يمكن إعادة تدوير الطاقة الحرارية منخفضة الدرجة في كل مكان (<100 درجة مئوية) وتحويلها إلى كهرباء1،2 ولكنها تهدر بدلاً من ذلك. لسوء الحظ ، لا يزال استرداد الحرارة تحديًا كبيرًا ، لأن تحويل الحرارة منخفضة الدرجة إلى كهرباء عادة ما يكون غير فعال بسبب الفرق المنخفض في درجة الحرارة والطبيعة الموزعة لمصادر الحرارة3. وقد أجريت بحوث مكثفة في المواد والأجهزة الحرارية الصلبة (TE) على مدى العقود الماضية، ولكن تطبيق قابلة للتطوير من الأجهزة TE في نظام الحرارة منخفضة الدرجة محدودة من كفاءة تحويل الطاقة منخفضة(ه)من <2%4.
وقد اقترح النهج البديلة على أساس تأثير درجة الحرارة على الخلايا الكهروكيميائية كحل لهذه المشكلة، وذلك لأن معامل سيبيك الأيونية (α) من الخلايا الحرارية الكهروكيميائية (TECs) هو أعلى بكثير من ذلك من أشباه الموصلات TE5،6. تستخدم الخلايا الحرارية (TGC) الشوارد النشطة الحمراء الموجودة بين أقطاب كهربائية متطابقة لتوليد جهد كهربائي عبر الخلية عند تطبيق تدرج حراري. ومائي شائع الاستخدام Fe (CN)63-/ Fe (CN)64- تم الإبلاغ عن وجود إلكهار في TGCs يحتوي على α من -1.4 mV/K وينتج هـ <1%7،8،9،10،11. ومع ذلك ، تعاني TGCs من عيب الموصلية الأيونية الفقيرة للكهارل السائل ، والذي يبلغ حوالي ثلاثة أوامر من الحجم أصغر من الموصلية الإلكترونية في مواد TE. يمكن تحسين الموصلية الكهربائية ، ولكن هذا التحسن مصحوب دائمًا بالموصلية الحرارية الأعلى ، مما يؤدي إلى تدرج في درجة الحرارة أقل. ولذلك، فإن E من TGCs محدودة بطبيعتها بسبب المفاضلة بين التوصيل المنحل بالكهرباء السائل ومتطلبات درجة الحرارة لردود فعل الأكسدة المطلوبة في كل جانب من القطب.
دورة الكهربية الكهربية التجديدية حراريا (TREC)12،13،14 على أساس نظام البطارية باستخدام النحاس الصلب hexacyanoferrate (CuHCF) الكاثود وCu / Cu+ أنود أفيد مؤخرا. تم تكوين TREC كخلية جراب لتحسين التوصيل الكهربائي ، مما يظهر α من −1.2 mV / K ويصل إلى درجةعالية منE بنسبة 3.7٪ (21٪ منكارنوت)عند تشغيلها عند 60 درجة مئوية و 10 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإن أحد حدود TREC هو أن الكهرباء الخارجية مطلوبة في بداية العملية لشحن الأقطاب الكهربائية في كل دورة حرارية ، مما يؤدي إلى تصميمات نظام معقدة14. يمكن تحقيق TREC دون هذا القيد ، لكنه يعاني من ضعف كفاءة التحويل من <1٪13. يوضح نظام TREC أن البطارية الثانوية من نوع الصوديوم أيون (SIB) المكونة من نوعين من نظائرها الزرقاء البروسية (PBA) ذات قيم α المختلفة يمكن أن تحصد حرارة النفايات. تزداد الكفاءة الحرارية بشكل متناسب مع درجة الحرارة. وعلاوة على ذلك، يصل إلى 1.08٪، 3.19٪ في 30 K = 56 K بشكل منفصل. يتم تحسين cyclability الحرارية باستخدام ني استبدال PBA15،16،17،18.
بدلا من ذلك، بطارية الأمونيا المتجددة حراريا (TRAB) توظف الأزواج الأكسدة النحاس القائم [Cu(NH3)42 +/ Cu (II)/Cu] التي تعمل مع تدرج درجة الحرارة العكسي عن طريق تبديل درجة حرارة المنحل بالكهرباء تعاونت مع أقطاب كهربائية إيجابية وسلبية، والتي تنتج E من 0.53٪ (13٪ من الكارنيو). ومع ذلك ، يتم تكوين هذا النظام مع خزانين كاملين من المنحل بالكهرباء السائل ، مما تسبب في التدفئة والتبريد. أيضا ، تيار الأمونيا في النظام يخلق مخاوف بشأن السلامة والتسرب والاستقرار19،20،21.
هنا نقدم خلية حرارية كيميائية غير متناظرة (aTEC) لتحويل الحرارة إلى الكهرباء التي يمكن شحنها حراريًا وتفريغها كهربائيًا عن طريق التسخين المستمر دون الحفاظ على تدرج درجة الحرارة في تكوين هندسي أو تبديل درجات الحرارة في دورة حرارية. يستخدم aTEC أقطاب كهربائية غير متماثلة، بما في ذلك كاثود أكسيد الجرافين (GO) وأنود البولي انيلين (PANI)، وKCl كالمنحل بالكهرباء. يتم شحنها حراريًا عبر التأثير الحراري الزائف للجو ثم يتم تفريغها مع تفاعل الأكسدة من PANI. وتجدر الإشارة إلى أن aTEC يعرض α عالية من 4.1 mV/K ويحققE من 3.32٪، وهو أعلى مستوى يتحقق على الإطلاق عند 70 درجة مئوية (25.3٪ منكارنوت).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alumina laminated film</td>
			<td>Showa Denko</td>
			<td>SPALF C4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon black</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>H30253.22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon paper</td>
			<td>CeTech Co. Ltd</td>
			<td>W0S1009</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carboxymethyl cellulose (CMC)</td>
			<td>Guidechem company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC Power supply</td>
			<td>B&#38;K Precision</td>
			<td>Model 913-B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Doctor blade coater</td>
			<td>Shining Energy Co. Ltd</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gamry</td>
			<td>Gamry Instruments</td>
			<td>Reference 3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphite</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>332461-2.5KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mixer</td>
			<td>Thinky</td>
			<td>ARE-250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel tab</td>
			<td>Tianjin Iversonchem company</td>
			<td></td>
			<td>4 mm width</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>443778-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyaniline (leucoemeraldine base)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>530670-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>potassium permanganate (KMnO4)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>223468-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Separator</td>
			<td>CLDP</td>
			<td></td>
			<td>25 um thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium nitrate (NaNO3)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S5506-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Styrene butadiene</td>
			<td>Tianjin Iversonchem company</td>
			<td>BM400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>320501-2.5L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoelectric modules</td>
			<td>CUI Inc.</td>
			<td>CP455535H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanum foil</td>
			<td>Qingyuan metal</td>
			<td></td>
			<td>0.03 mm thickness</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

asymmetric thermoelectrochemical cell for harvesting low-grade heat under isothermal operation

الحرارة منخفضة الدرجة متوفرة بوفرة في البيئة كحرارة النفايات. التحويل الفعال للحرارة منخفضة الدرجة إلى كهرباء أمر صعب للغاية. لقد طورنا خلية كيميائية حرارية غير متناظرة (aTEC) لتحويل الحرارة إلى الكهرباء في إطار عملية isothermal في عمليات الشحن والتفريغ دون استغلال التدرج الحراري أو الدورة الحرارية. يتكون aTEC من كاثود أكسيد الجرافين (GO) ، وأنود البوليانيلين (PANI) ، و 1M KCl كالمنحل بالكهرباء. تولد الخلية جهدًا بسبب التفاعل الزائف للجو عندما يتم توصيل التدفئة من درجة حرارة الغرفة (RT) إلى درجة حرارة عالية (TH، ~ 40-90 درجة مئوية) ، ثم يتم إنتاج التيار على التوالي عن طريق الأكسدة PANI عند توصيل حمولة كهربائية خارجية. وaTEC يوضح معامل درجة حرارة ملحوظ من 4.1 mV/K وارتفاع كفاءة تحويل الحرارة إلى الكهرباء من 3.32٪، والعمل في TH = 70 درجة مئوية مع كفاءة كارنوت من 25.3٪، وكشف النقاب عن تكنولوجيا جديدة واعدة thermoelectrochemical لانتعاش الحرارة منخفضة الدرجة.

تم تكوين خلية الحقيبة aTEC مع أقطاب كهربائية غير متماثلة تتكون من كاثود GO ، وأنود PANI ، ومليئة بالكهرباء KCl. سمك خلية الحقيبة هو مبين في الشكل 1A هو 1 ملم، مما يسهل الظروف isothermal بين القطبين وكذلك التوصيل الحراري الفعال. تظهر صور المجهر الإلكتروني المسح...

Watch this Scientific Journal Video about Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation at JoVE.com

Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation

الحرارة منخفضة الدرجة وفيرة، ولكن انتعاشها الفعال لا يزال تحديا كبيرا. نبلغ عن خلية حرارية كيميائية غير متناظرة باستخدام أكسيد الجرافين ككاثود وبوليانيلين كأنود مع KCl كالمنحل بالكهرباء. تعمل هذه الخلية تحت التدفئة الأيروثرمال، وتظهر كفاءة تحويل عالية من الحرارة إلى الكهرباء في المناطق ذات درجات الحرارة المنخفضة.

خلية كيميائية حرارية غير متناظرة لحصاد الحرارة منخفضة الدرجة تحت عملية Isothermal

Low-grade heat is abundantly available in the environment as waste heat. The efficient conversion of low-grade heat into electricity is very difficult. We ...

الحرارة منخفضة الدرجة وفيرة، ولكن كفاءة منخفضة درجة الانتعاش الحرارة لا يزال تحديا كبيرا. حتى هنا، ونحن نقترح خلية حرارية غير متناظرة مع كفاءة عالية الطاقة أكثر من 3٪يتم شحنها حراريا الخلية الحرارية غير المتماثلة وتفريغها كهربائيا تحت عملية ايزوثيراتال، لذلك لديها القدرة على تطبيقات مختلفة، نظرا لمرونتها، وانخفاض التكلفة، وخفيفة الوزن. يعتمد أداء الخلايا الحرارية غير المتماثلة بشكل كبير على محتوى المجموعات العاملة بالأكسجين وجودة الأقطاب الكهربائية.ويقترح على الباحثين اتباع البروتوكول بدقة. يساعد العرض التوضيحي المرئي على فهم بنية الخلايا الحرارية غير المتماثلة بشكل أفضل كتقنية جديدة، ويضمن جودة الإنتاج. وسوف يكون إثبات الإجراء مو كاييو ووانغ شون، طالب الدراسات العليا، والدكتور هوانغ يو تينغ، بعد الدكتوراه من مختبرنا.لإعداد حمام الماء البارد، ضع كوب زجاجي مزدوج الجدران على مُحرك مغناطيسي، وعمم الماء المثلج عبر الطبقة الخارجية. صب 100 ملليلتر من حمض الكبريتيك في القارص، وبدوره على المحرك المغناطيسي. أضف غرام واحد من نترات الصوديوم إلى القارق.يُضاف غرام واحد من الجرافيت التقشري إلى القارض الذي يحتوي على حمض الكبريتيك، ويُحرّك لمدة ساعة واحدة في الحمام البارد. بعد ساعة واحدة، تضاف تدريجيا ستة غرامات من برمنغنات البوتاسيوم إلى المحلل. يُحرّك المزيج لمدّة ساعتين خرّج.بعد ساعتين، استبدال الماء المثلج في الطبقة الخارجية بالماء عند درجة حرارة 35 درجة مئوية. تغيير بيئة التفاعل إلى 35 درجة مئوية لإجراء مزيد من الإجراءات. مواصلة أكسدة الجرافيت عن طريق اثارة لمدة نصف ساعة.إضافة 46 ملليلتر من الماء الأيون في قطرة واحدة في كل مرة، والتي سوف ترفع درجة حرارة منقار إلى مدى 80 إلى 90 درجة مئوية. إن تركيب أكسيد الجرافين هو تفاعل مكثف. يرجى التقيد الصارم بالبروتوكول، وإجراء التجارب في غطاء محرك الفيلم، مع معدات سلامة المختبر المناسبة.إضافة 140 ملليلتر من المياه الأيونية، ومن ثم 20 ملليلتر من بيروكسيد الهيدروجين. ابحث عن جزيئات ذهبية من أكسيد الجرافين لتظهر نتيجة لذلك. اغسل المنتج جيدًا عدة مرات بحمض الهيدروكلوريك المخفف والماء الأيوني حتى يصل تعليق أكسيد الجرافين إلى درجة الحموضة من سبعة.تجميد تعليق أكسيد الجرافين غسلها بين عشية وضحاها. جففه في مجفف التجميد حتى يتبخر الماء تمامًا. اخلط أكسيد الجرافين، أسود الكربون، وPVDF بنسبة كتلة من 75 إلى 15 إلى 10، ووضعها في زجاجة.قياس كمية من المذيبات N-ميثيل-2-pyrrolidone التي هي أربعة أضعاف كتلة أكسيد الكربون الجرافين خليط أسود PVDF. بالتنقيط المذيبات في الخليط الصلب. استخدام خلاط لإنشاء عجينة.اخلطي المذيبات والصلبة عند 2000 دورة في الدقيقة لمدة 30 دقيقة. ثم، دي رغوة في 1، 200 دورة في الدقيقة لمدة دقيقتين. فرشاة معطف عجينة على ورق الكربون حتى معطف لديه تحميل كتلة من ثمانية إلى 15 ملليغرام لكل سنتيمتر مربع.جففه لمدة أربع ساعات عند 40 درجة مئوية. لإعداد حل carboxymethylcellulose، حل CMC مسحوق 1٪ من الوزن في المياه ديونيد. يُحرّك المزيج لمدة 10 ساعات.بعد ذلك، إضافة 50 ملليغرام من البوليانين غلوكو الزمردين قاعدة و 10 ملليغرام من أسود الكربون إلى الكأس. ثم، إضافة 150 ميكرولتررس من حل carboxymethylcellلوز إلى منقار. تخلط مع مُحرك مغناطيسي لمدة 12 ساعة.لإكمال إعداد الطين البولينيلين، إضافة ستة ميكرولترات من 40٪ محلول الستايرين-بوتاديين إلى الكواب، ويحرك لمدة 15 دقيقة أخرى. ضع قطعة من ورق الكربون على مغطي شفرة الطبيب. إسقاط الطين polyaniline مختلطة في الحافة الرائدة من ورقة الكربون.شفرة معطف الطين لإنتاج فيلم 400 ميكرومتر سميكة على ورق الكربون. جفف الطلاء لمدة أربع ساعات عند 50 درجة مئوية. جعل جامعي الحالية عن طريق قطع رقائق التيتانيوم في الحجم المناسب.استخدام 20 كيلو هرتز فوق الصوتية بقعة لحام آلة لربط كل قطعة من احباط لعلامة تبويب النيكل. ضع فاصلًا مساميًا ومهدروًا قائمًا على البولي بروبلين بين قطب أكسيد الجرافين وأقطاب متعددة الأقطاب. كومة كل قطب كهربائي مع جامع واحد الحالي.تجميع الحقيبة الحرارية غير المتماثلة خلية الكهربائية والكيميائية، أو الحرارية غير المتماثلة، عن طريق التعبئة الأقطاب الكهربائية في الألومنيوم مغلفة الفيلم. باستخدام مسيل فراغ مدمج، ختم ثلاثة جوانب من الألومنيوم مغلفة الفيلم لمدة أربع ثوان. حقن 500 ميكرولترات من كلوريد البوتاسيوم المولر واحد المنحل بالكهرباء في الحقيبة، والسماح لها لتكسير لمدة 10 دقائق.ثم، بثق المنحل بالكهرباء الزائدة. ختم الجانب الأخير من الحقيبة في ختم فراغ. تطبيق لصق الحرارية على واجهات الخلية الحقيبة، لضمان اتصال حراري جيد.لإعداد نظام التحكم في درجة الحرارة، قم بتكديس الخلايا الحرارية غير المتماثلة بين وحدتين حراريتين كهربائيتين. وضع الأزواج الحرارية على الجانبين العلوي والسفلي من الخلية. استخدام قويوستات لإجراء الاختبارات الكهروكيميائية من ثيرمسيل غير متماثل.إجراء الشحن الحراري في وضع الدائرة المفتوحة. تنفيذ عملية التفريغ الكهربائية في وضع مغلق، في تيار ثابت. وقد لوحظ الجهد المدمج في، دلتا الخامس لا، في ظروف الدائرة المفتوحة في درجة حرارة الغرفة.عندما تم تسخين السائل الحراري غير المتماثل من درجة حرارة الغرفة إلى درجة الحرارة العالية ، زاد جهد الخلية مع انتقال الإلكترونات إلى سطح أكسيد الجرافين. عندما تم توصيل حمولة خارجية، تم تفريغ ثيرمسيل غير المتماثلة. عندما تم تسخين السائل الحراري غير المتماثل من درجة حرارة الغرفة إلى درجة حرارة عالية من 70 درجة مئوية، وصلت إمكانية الدائرة المفتوحة إلى 0.185 فولت.تم تصريف الحرارة غير المتماثلة في ظل تيار ثابت من 0.1 مللي امبير. تم حساب الناتج العمل الكهربائي من خلال دمج الجهد التفريغ على قدرة الشحن. حققت ثيرمسيل غير متناظرة كفاءة تحويل الطاقة من 3.32٪ ما يعادل 25.3٪ من كفاءة كارنو.بالمقارنة مع أنظمة الحرارية الحرارية الأخرى، كفاءة تحويل الطاقة من ثيرمسيل غير المتماثلة هي أعلى من أي وقت مضى يتحقق في 70 درجة مئوية. والخلايا الحرارية غير المتماثلة لديها القدرة على أن تستخدم لتحويل الحرارة النفايات إلى الكهرباء في مجموعة واسعة من السيناريوهات. المجموعات الوظيفية الأكسجين ضرورية للتأثير الحراري الزائف المضغوط لأكسيد الجرافين.نوعية تركيب أكسيد الجرافين، والمواد تحميل في الخطوة 3.4، هي مهمة. يمكن تحسين كفاءة و قابلية تأمين الخلايا الحرارية غير المتماثلة عن طريق تغيير مواد القطب الكهربائي. على سبيل المثال، باستخدام التناظرية الأزرق البروسي كما anode.استكشفت هذه التقنية أولاً تحويل الحرارة إلى الكهرباء في إطار عمليات الإيزوثيرات الحرارية، وأدى إلى إحداث ثورة في الأنظمة الكهروكيميائية الحرارية.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Chemistry

Unit 1

The First Law of Thermodynamics

SCIENTISTS IN ACTION

Particles without a Box: Brush-first Synthesis of Photodegradable PEG Star Polymers under Ambient Conditions

الجسيمات دون مربع: التجميعي فرشاة والعشرين من Photodegradable PEG البوليمرات ستار في ظل الظروف المحيطة

Convenient methods for the rapid, parallel synthesis of diversely functionalized nanoparticles will enable discovery of novel formulations for drug ...

Isolation and Preparation of Bacterial Cell Walls for Compositional Analysis by Ultra Performance Liquid Chromatography

عزل وإعداد جدران الخلايا البكتيرية للتحليل التركيبي بواسطة الترا الأداء الكروماتوغرافيا السائلة

The bacterial cell wall is critical for the determination of cell shape during growth and division, and maintains the mechanical integrity of cells in the ...

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-phosphinetriyltripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Mizoroki-هيك ردود الفعل عبر اقتران يحفزه ديكلورو {مكرر [1،1 &#39;،&#39;&#39; 1 - (phosphinetriyl) tripiperidine]} البلاديوم تحت ظروف التفاعل معتدل

Dichloro-bis(aminophosphine) complexes of palladium with the general formula of [(P{(NC5H10)3-n(C6H11)n})2Pd(Cl)2] (where n = 0-2), belong to a new family ...

Hot Biological Catalysis: Isothermal Titration Calorimetry to Characterize Enzymatic Reactions

الساخنة البيولوجية الحفز: متساوي الكالوري المعايرة لوصف التفاعلات الإنزيمية

Isothermal titration calorimetry (ITC) is a well-described technique that measures the heat released or absorbed during a chemical reaction, using it as ...

Synthetic Methodology for Asymmetric Ferrocene Derived Bio-conjugate Systems via Solid Phase Resin-based Methodology

منهجية الاصطناعية لغير المتماثلة الفيروسين المستمدة الأنظمة الحيوية المزدوجة عبر الصلبة منهجية تستند الراتنج المرحلة

Early detection is a key to successful treatment of most diseases, and is particularly imperative for the diagnosis and treatment of many types of cancer. ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

طريقة بسيطة لحجم تجميع الشواهد من الكتل بلازميدة قليلة القسيمات مستقرة من جزيئات الذهب في ظل الظروف المحيطة

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry

تحليل الصور-أكسدة 2-بروبانول بتركيزات مستوى الهواء في الأماكن المغلقة باستخدام حقل أيون غير المتناظر التنقل قياس الطيف الكتلي

We demonstrate a versatile protocol to be used for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) volatile ...

Phase Behavior of Charged Vesicles Under Symmetric and Asymmetric Solution Conditions Monitored with Fluorescence Microscopy

مرحلة السلوك من حويصلات مشحونة بظروف الحل المتماثلة وغير المتماثلة رصدها بالفحص المجهري الأسفار

Phase-separated giant unilamellar vesicles (GUVs) exhibiting coexisting liquid-ordered and liquid-disordered domains are a common biophysical tool to ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

خلايا السائل مجهر إلكتروني لتعقب التجميع الذاتي من جسيمات نانوية

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera

حل وقت الحصاد "التوصيف الثلاثي فوتوفيسيكال المركبات العضوية" في خالية من الأكسجين "البيئة باستخدام" الوثيقة iCCD الكاميرا

Here, we present a sensible method of the acquisition and analysis of time-resolved photoluminescence using an ultrafast iCCD camera. This system enables ...