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

Forfatterne anerkender konstruktiv diskussion med Prof. D.Y.C. Leung og Dr. Y. Chen (The University of Hong Kong), Prof. M.H.K. Leung (City University of Hong Kong), Dr. W. S. Liu (Southern University of Science and Technology), og Mr. Frank H.T. Leung (Techskill [Asia] Limited). Forfatterne anerkender den finansielle støtte fra General Research Fund of the Research Grants Council of Hong Kong Special Administrative Region, Kina, under Award Number 17204516 og 17206518, og Innovation and Technology Fund (Ref: ITS/171/16FX).

1. Forberedelse af grafenoxidelektroden
<ol><li>Syntese af grafenoxid via den modificerede Hummers metode<ol>
<li>Trin 1.1.2 og 1.1.3 forekommer ved lav temperatur (<0 °C). Cirkulere isvand, der strømmer gennem det udvendige lag af et dobbeltvægglasbæger placeret på en magnetisk omrører for at skabe lave temperaturforhold for reaktanterne indeni.</li>
		<li>1 g natriumnitrat (NaNO3)blandes med 100 ml svovlsyre (H2SO4, reagenskvalitet, 95-98%) ved hjælp af langsom omrøring i bæg...

<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>

ATEC omdanner termisk energi til elektricitet via en termisk opladningsproces ved opvarmning fra RT til TH og en efterfølgende elektrisk afladningsproces ved TH. At komme af med afhængigheden af en temperaturgradient eller en temperaturcyklus som TGC og TREC, aTEC tillader isothermal opvarmning drift under hele opladning og udledning processer. Termisk induceret spænding er baseret på den pseudokapactive effekt af GO, fordi opvarmning letter chemisorption af protoner på ilt funktionelle grupper...

Allestedsnærværende lav-grade varmeenergi (<100 °C) kunne genbruges og omdannes til elektricitet1,2, men er i stedet spildt. Desværre er varmegenvinding stadig en stor udfordring, fordi konvertering af lav-grade varme til elektricitet er normalt ineffektiv på grund af den lave temperatur forskel og den distribuerede karakter af varmekilder3. Intensiv forskning er blevet udført i solid-state termoelektriske (TE) materialer og enheder i de seneste årtier, men den skalerbare anvendelse af TE-enheder i en lav kvalitet varme regime er begrænset af den lave energieffektivitet(ηE)af <2%4.
Alternative tilgange baseret på temperaturens indvirkning på elektrokemiske celler er blevet foreslået som en løsning på dette problem, fordi den ioniske Seebeck-koefficient (α) af termoelektrokemiske celler (TeC'er) er meget højere end TE-halvlederes5,6. Termogalvaniske celler (TGC) udnytte redox aktive elektrolytter klemt inde mellem to identiske elektroder til at generere en spænding på tværs af cellen, når en termisk gradient anvendes. Den almindeligt anvendte vandigfe (CN)63-/Fe(CN)64- elektrolyt i TGC'er blev rapporteret at have en α på -1,4 mV/K og give enη E af <1%7,8,9,10,11. Tac'erne lider imidlertid under den dårlige ioniske ledningsevne af den flydende elektrolyt, som er omkring tre størrelsesordener mindre end den elektroniske ledningsevne i TE materialer. Den elektriske ledningsevne kunne forbedres, men denne forbedring er altid ledsaget af en højere varmeledningsevne, hvilket fører til en lavere temperaturgradient. Tac'ernes ηE er derfor i sagens natur begrænset på grund af afvejningen mellem den flydende elektrolytledning og temperaturkravet for de ønskede redox-reaktioner i hver side af elektroden.
En termisk regenerativ elektrokemisk cyklus (TREC)12,13,14 baseret på et batterisystem ved hjælp af en solid kobber hexacyanoferrate (CuHCF) katode og en Cu / Cu+ anode blev for nylig rapporteret. TREC er konfigureret som en posecelle til at forbedre elektrolytledningen, der viser en α på −1,2 mV/K og når en høj ηE på 3,7 % (21 % af ηcarnot)ved hjælp af 60 °C og 10 °C. Ikke desto mindre er en grænse for TREC, at ekstern elektricitet er nødvendig i starten af processen for at oplade elektroderne i hver termisk cyklus, hvilket fører til komplicerede systemdesign14. En TREC uden denne begrænsning kan opnås, men det lider under en dårlig konvertering effektivitet på <1%13. TREC-systemet viser, at et sekundært natrium-ion-batteri (SIB)-type termocell bestående af to typer preussiske blå analoger (PBA) med forskellige α-værdier kan høste spildvarme. Den termiske effektivitet (η) stiger proportionalt med ΔT. Desuden når η 1,08%, 3,19% ved ΔT = 30 K, 56 K separat. Den termiske cyklabilitet forbedres ved hjælp af Ni-substitueret PBA15,16,17,18.
Alternativt anvender et termisk regenerativt ammoniakbatteri (TRAB) kobberbaserede redox-par [Cu(NH3)42+/Cu(II)/Cu], der opererer med den omvendte temperaturgradient ved at skifte elektrolyttemperaturen i samarbejde med positive og negative elektroder, som producerer en ηE på 0,53% (13% af ηcarnot). Dette system er dog konfigureret med to tanke fuld af flydende elektrolyt, hvilket medfører træg opvarmning og køling. Også ammoniak strømmen i systemet skaber bekymringer med hensyn til sikkerhed, lækage, og stabilitet19,20,21.
Her præsenterer vi en asymmetrisk termoelektrokemisk celle (aTEC) til varme-til-elektricitet konvertering, der kan termisk oplades og elektrisk udledes ved kontinuerlig isothermal opvarmning uden at opretholde en temperaturgradient i en geometrisk konfiguration eller skifte temperaturer i en termisk cyklus. ATEC anvender asymmetriske elektroder, herunder en grafenoxid (GO) katode og en polyanilin (PANI) anode, og KCl som elektrolyt. Det er termisk opladet via termo-pseudokapactive effekt af GO og derefter udledes med oxidation reaktion PANI. ATEC udviser navnlig en høj α på 4,1 mV/K og opnår enη E på 3,32%, hvilket er det højeste nogensinde opnået ved 70 °C (25,3% af ηCarnot).

<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

Lav kvalitet varme er rigeligt tilgængelige i miljøet som spildvarme. En effektiv omdannelse af lav-grade varme til elektricitet er meget vanskeligt. Vi udviklede en asymmetrisk termoelektrokemisk celle (aTEC) til varme-til-elektricitet konvertering under isothermal drift i opladnings- og afladningsprocesserne uden at udnytte den termiske gradient eller den termiske cyklus. ATEC består af en grafenoxid (GO) katode, en polyanilin (PANI) anode og 1M KCl som elektrolyt. Cellen genererer en spænding på grund af GO's pseudokapactive reaktion ved opvarmning fra stuetemperatur (RT) til en høj temperatur (TH, ~40-90 °C), og strømmen produceres derefter successivt ved at oxidere PANI, når en ekstern elektrisk belastning er tilsluttet. ATEC viser en bemærkelsesværdig temperaturkoefficient på 4,1 mV/K og en høj varme-til-el konverteringseffektivitet på 3,32%, der arbejder på en TH = 70 °C med en Carnot effektivitet på 25,3%, afslører en ny lovende termoelektrokemisk teknologi til lav kvalitet varmeopsving.

ATEC posecellen blev konfigureret med asymmetriske elektroder bestående af en GO-katode, en PANI-anode og fyldt med KCl-elektrolyten. Tykkelsen af posecellen vist i figur 1A er 1 mm, hvilket letter isothermale forhold mellem de to elektroder samt effektiv varmeledning. Scanningelektronmikroskopi (SEM) billeder af GO katoden og PANI anode belagt med carbon papir er vist i figur 1B og <strong clas...

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

Lav-grade varme er rigeligt, men dens effektive opsving er stadig en stor udfordring. Vi rapporterer en asymmetrisk termoelektrokemisk celle ved hjælp af grafenoxid som katode og polyanilin som en anode med KCl som elektrolyt. Denne celle arbejder under isothermal opvarmning, udviser en høj varme-til-el konvertering effektivitet i lav temperatur regioner.

Asymmetrisk termoelektrokemisk celle til høst af varme af lav kvalitet under Isothermal Operation

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 ...

Lav-grade varme er rigeligt, men effektiv lav kvalitet varmegenvinding er stadig en stor udfordring. Så her foreslår vi en asymmetrisk termisk celle med en høj energieffektivitet over 3% Den asymmetriske termiske celle er termisk opladet og elektrisk udledes under isotermisk drift, så den har potentiale til forskellige anvendelser på grund af sin fleksibilitet, lave omkostninger og lette vægt. Asymmetrisk termisk celles ydeevne afhænger i høj grad af indholdet af iltfunktionelle grupper og elektrodernes kvalitet.Forskere foreslås at nøje følge protokollen. Visuel demonstration hjælper med bedre at forstå strukturen af asymmetrisk termocell som en ny teknik og sikrer produktionskvaliteten. Demonstration af proceduren vil være Mu Kaiyu og Wang Xun, kandidat studerende, og Dr.Huang Yu-Ting, post-doktorgrad fra vores laboratorium.For at oprette et koldt vandbad skal du placere et dobbeltvægget glasbæger på en magnetisk omrører og cirkulere isvand gennem det ydre lag. Hæld 100 milliliter svovlsyre i bægeret, og tænd for den magnetiske omrører. Tilsæt et gram natriumnitrat til bægerglasset.Tilsæt et gram flage grafit til bægerglas, der indeholder svovlsyre, og rør i en time i det kolde bad. Efter en time, gradvist tilføje seks gram kaliumpermanganat til opløsningen. Rør blandingen i yderligere to timer.Efter to timer, erstatte isvandet i det ydre lag med vandet ved en temperatur på 35 grader Celsius. Ændre reaktionsmiljøet til 35 grader Celsius for yderligere procedure. Grafittens oxidation fortsættes ved omrøring i en halv time.Tilsæt 46 milliliter deioniseret vand i bægerglasset en dråbe ad gangen, hvilket vil hæve temperaturen af bægerglasset til intervallet 80 til 90 grader Celsius. Syntesen af grafenoxid er en intens reaktion. Følg venligst protokollen, og udbet eksperimenterne i filmhætten med korrekt laboratoriesikkerhedsudstyr.Tilsæt 140 milliliter deioniseret vand, og derefter 20 milliliter hydrogenperoxid. Kig efter gyldne partikler af grafenoxid skal vises som et resultat. Produktet vaskes grundigt flere gange med fortyndet saltsyre og deioniseret vand, indtil grafenoxidsuspensionen når en pH-chlorgrad på syv.Frys den vaskede grafenoxid suspension natten over. Tør det i en frysetørrer, indtil vandet fordamper helt. Bland grafenoxid, carbon black og PVDF i et masseforhold på 75 til 15 til 10, og læg dem i en glasflaske.En mængde opløsningsmiddel N-Methyl-2-pyrrolidon måles, som er fire gange massen af grafenoxid-carbon black-PVDF-blandingen. Dryp opløsningsmidlet i den faste blanding. Brug en mixer til at oprette en pasta.Opløsningsmiddelet blandes og fastgørs ved 2.000 omdr./min. i 30 minutter. Derefter de-skum på 1, 200 RPM i to minutter. Brush-coat pastaen på kulstofpapir, indtil pelsen har en masse belastning af otte til 15 milligram per kvadratcentimeter.Tør det i fire timer ved 40 grader Celsius. For at forberede en carboxymethylcellulose opløsning, opløse CMC pulver 1% efter vægt i deioniseret vand. Rør rundt i 10 timer.Dernæst, tilføje 50 milligram gluco-emeraldine-base polyanilin og 10 milligram carbon black til et bægerglas. Derefter tilsættes 150 mikroliter af carboxymethylcellulose opløsningen til bægerglasset. Bland med en magnetisk omrører i 12 timer.For at fuldføre præparatet af polyanilin gylle, tilsæt seks mikroliter af 40% styren-butadien opløsning til bægeret, og rør i yderligere 15 minutter. Placer et stykke karbonpapir på lægens klinge coater. Drop den blandede polyanilin gylle på forkant af kulstofpapiret.Blade-coat gyllen til at producere en film 400 mikrometer tyk på carbon papir. Tør belægningen i fire timer ved 50 grader Celsius. Gør nuværende samlere ved at skære titanium folie i den passende størrelse.Brug en 20 kilohertz ultralyd spot-svejsning maskine til at forbinde hvert stykke folie til en nikkel fane. Anbring en porøs, hydrofil, polypropylenbaseret separator mellem grafenoxidelektroden og en polyanilinelektrode. Stak hver elektrode med en strømopsamler.Den asymmetriske termiske elektrokemiske cellepose eller asymmetrisk termocelle samles ved at pakke elektroderne i aluminiumslamineret film. Ved hjælp af en kompakt vakuumforsegling forsegles tre sider af aluminiumslamineret film i fire sekunder. Injicer 500 mikroliter af en-molar kaliumchlorlyt elektrolyt i posen, og lad det ækvilibrere i 10 minutter.Derefter ekstrudere den overskydende elektrolyt. Luk den sidste side af posen i vakuumforsegleren. Påfør termisk pasta på grænseflader af posecelle, for at sikre god termisk kontakt.For at opsætte temperaturstyringssystemet skal du stable den asymmetriske termocelle mellem to termoelektriske moduler. Placer termiske par på toppen og nederste sider af cellen. Brug en potentiostat til at udføre elektrokemiske test af den asymmetriske termocelle.Udtænt den termiske opladning i åben kredsløbstilstand. Den elektriske afladningsproces udføres i lukket tilstand ved konstant strøm. En indbygget spænding, delta-v ikke, blev observeret under åbne kredsløbsforhold ved stuetemperatur.Da den asymmetriske termocelle blev opvarmet fra stuetemperatur til høj temperatur, steg cellespændingen, da elektroner flyttede til overfladen af grafenoxiden. Da en ekstern belastning var tilsluttet, blev den asymmetriske termocelle afladet. Når den asymmetriske termocelle blev opvarmet fra stuetemperatur til en høj temperatur på 70 grader Celsius, det åbne kredsløb potentiale nåede 0,185 volt.Udledning af den asymmetriske termocelle blev udført under en konstant strøm på 0,1 milliampere. Det elektriske udgangsarbejde blev beregnet ved at integrere afladningsspændingen over opladningskapaciteten. Den asymmetriske termocelle opnåede en energiomdannelseseffektivitet på 3,32 %, svarende til 25,3 % af Carnot-effektiviteten.Sammenlignet med andre termoelektrokemiske systemer er den asymmetriske termocelles enkonverteringseffektivitet den højeste, der nogensinde er opnået ved 70 grader Celsius. Den asymmetriske termocelle har potentiale til at blive brugt til at omdanne spildvarme til elektricitet i en lang række scenarier. Den ilt funktionelle grupper er afgørende for den termiske pseudo-komprimative effekt af grafenoxid.Kvaliteten af syntesen af grafenoxid, og materialerne belastning i trin 3.4, er vigtige. Effektiviteten og securability af asymmetriske termoceller kan forbedres ved at ændre elektrodematerialerne. For eksempel ved at bruge preussisk blå analog som anoden.Denne teknologi først udforsket varme-til-elektricitet konvertering under isotermiske operationer, og revolutionerede de termiske elektrokemiske systemer.

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

Partikler uden boks: Brush-første syntese af lysnedbrydelig PEG stjerne Polymers under omgivelsesbetingelser

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

Isolering og forberedelse af bakteriecellevægge til kompositorisk analyse af ultraperformet væskekromatografi

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-Heck krydskoblingsreaktioner katalyseret af dichlor {bis [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium Under milde reaktionsbetingelser

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

Hot Biologisk katalyse: Isothermal Titrering kalorimetri at karakterisere enzymatiske reaktioner

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

Syntetisk Metode til Asymmetrisk Ferrocen Afledte Bio-konjugat systemer via Solid Phase Resin-metode

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

En simpel metode til størrelse Kontrolleret Syntese af stabile Oligomere Klynger af guld nanopartikler under omgivende betingelser

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

Analysere foto-oxidation af 2-propanol på indendørs luft koncentrationer ved hjælp af feltet asymmetriske Ion mobilitet massespektrometri

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

Fase Behavior af ladede vesikler symmetriske og asymmetriske løsning betingelser overvåges med Fluorescens mikroskopi

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

Væske-celle transmissions elektronmikroskopi til sporing samlesæt af nanopartikler

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

Tidsopløst Photophysical karakterisering af Triplet-høst organiske forbindelser på en ilt-frit miljø ved hjælp af en iCCD kamera

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