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

המחברים מכירים בדיון בונה עם פרופ ' D.Y.C. ליונג וד ר י. חן (אוניברסיטת הונג קונג), פרופ ' M.H.K. ליונג (אוניברסיטת העיר הונג קונג), ד ר ו. ס' ליו (האוניברסיטה הדרומית למדע וטכנולוגיה), ומר פרנק H.T. ליונג (Techskill [אסיה] מוגבל). המחברים מכירים בתמיכה הפיננסית של קרן מחקר כללית של המועצה מענקי המחקר של הונג קונג באזור מינהלי מיוחד, סין, תחת הפרס מספר 17204516 ו 17206518, והקרן חדשנות וטכנולוגיה (Ref: שלה/171/16FX).

1. הכנת האלקטרודות לתחמוצת הגראפן
<ol><li>סינתזה של תחמוצת הגראפן באמצעות שיטת ההאמר המתוקנת<ol>
<li>שלבים 1.1.2 ו-1.1.3 מתרחשים בטמפרטורה נמוכה (< 0 ° c). הפיצו את מי הקרח זורמים דרך השכבה החיצונית של גביע זכוכית כפולה הממוקמת על מערבב מגנטי כדי ליצור תנאי טמפרטורה נמוכה עבור המגיבים בתוך.</li>
		<li>מערבבי...

<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>

העתק ממיר את האנרגיה התרמית לחשמל באמצעות תהליך טעינה תרמי כאשר החימום מ-RT ל-H ותהליך השטית החשמלי הרצופים ב-th. להיפטר התלות על הדרגתי טמפרטורה או מחזור טמפרטורה כמו TGC ו TREC, בטק מאפשר איזותרמי חימום במהלך תהליך טעינה כולה ומשחרר. מתח תרמי המושרה מבוסס על ההשפעה הפסבדו קיבולי של G...

בכל מקום אנרגיה ברמה נמוכה (< 100 ° c) יכול להיות ממוחזרים והמרה לחשמל1,2 אבל הוא בזבז. למרבה הצער, שחזור החום הוא עדיין אתגר גדול, כי המרת חום בדרגה נמוכה לחשמל הוא בדרך כלל לא יעיל בשל ההפרש בטמפרטורה נמוכה ואת האופי המופץ של מקורות חום3. מחקר אינטנסיבי נערך במצב מוצק תרמואלקטריים (TE) חומרים ומכשירים בעשורים האחרונים, אבל היישום מדרגי של התקנים TE במשטר חום בדרגה נמוכה מוגבל על ידי יעילות המרה נמוכה אנרגיה (ηE) של < 2%4.
גישות חלופיות המבוססות על השפעת הטמפרטורה על תאים אלקטרוכימי הוצעו כפתרון לבעיה זו, מכיוון שמקדם מקדם בתאי התרמואלקטרוכימי (α) הוא הרבה יותר גבוה מזה של TE מוליכים למחצה5,6. תאים תרמוגלוון (TGC) מנצלים את האלקטרוליטים הפעילים מחדש בין שני אלקטרודות זהות כדי ליצור מתח על פני התא בעת החלת מעבר תרמי. הנפוץ מימית Fe (cn)63-/Fe (cn)64- אלקטרוליט ב tgcs דווח כי יש α של-1.4 mV/K ותשואה ηE של < 1%7,8,9,10,11. עם זאת, TGCs סובלים את החיסרון של המוליכות היונית המסכנה של האלקטרוליט הנוזלי, שהוא סביב שלוש הזמנות של סדר גודל קטן יותר מאשר מוליכות אלקטרונית בחומרים TE. ניתן לשפר את המוליכות החשמלית, אך שיפור זה מלווה תמיד במוליכות תרמית גבוהה יותר, המובילה לטמפרטורת הצבע הנמוכה יותר. לפיכך, ηE של tgcs מוגבל באופן מיסודו בשל הסחר בין מוליכות האלקטרוליט הנוזלי לבין דרישת הטמפרטורה לתגובות התגובה הרצויה בכל צד של האלקטרודה.
המחזור האלקטרו-מרגאלי (trec)12,13,14 מבוסס על מערכת הסוללה באמצעות שימוש מוצק נחושת המגלית (cuhcf) קתודה ו cu/cu+ אנודת נמסר לאחרונה. Trec מוגדר כתא כיס כדי לשפר את מוליכות האלקטרוליט, מראה α של-1.2 mV/K ולהגיע גבוה ηE של 3.7% (21% של ηקרנו) כאשר מופעל ב 60 ° c ו 10 ° c. עם זאת, מגבלה אחת של TREC היא כי החשמל החיצוני נדרש בתחילת התהליך כדי לחייב את האלקטרודות בכל מחזור תרמי, המוביל עיצובים מערכת מסובכים14. מגבלה זו אינה ניתנת להשגה, אך היא סובלת מיעילות המרה ירודה של < 1%13. מערכת ה-TREC ממחישה כי סוללה משנית של הנתרן (SIB)-סוג תא תרמותאי המורכב משני סוגים של אנגוס כחול פרוסי (PBA) עם ערכי α שונים יכולים הקציר חום פסולת. היעילות התרמית (η) מגדילה באופן פרופורציונלי עם ΔT. יתר על כן, η מגיע 1.08%, 3.19% ב ΔT = 30 K, 56 K בנפרד. הציקלוני תרמי משופר באמצעות Ni-תחליפי pba15,16,17,18.
לחילופין, סוללת אמוניה מחודשת תרמית (trab) מעסיקה זוגות מבוססי נחושת החמצון [cu (NH3)42 +/cu ו Cu (II)/cu] כי לפעול עם הטמפרטורה הפוכה הדרגתי על ידי מיתוג את הטמפרטורה של אלקטרוליט שיתוף עם אלקטרודות חיוביות ושליליות, אשר מייצרת ηE של 0.53% (13% של ηקרנו עם זאת, מערכת זו מוגדרת עם שני טנקים מלא אלקטרוליט נוזלי, גרימת חימום וקירור באיטיות. כמו כן, זרם האמוניה במערכת יוצר חששות לגבי בטיחות, דליפה, ויציבות19,20,21.
כאן אנו מציגים תא תרמוכימי (בטק) אסיאני (בעתק) להמרת חום-לחשמל, שניתן לטעון בחום וחשמלית על-ידי חימום איזותרמי רציף מבלי לשמור על הדרגתי טמפרטורה בתצורה גיאומטרית או להחליף טמפרטורות במחזור תרמי. הבטק משתמש באלקטרודות אסימטריים, כולל הקתודה (GO) והוא האלקטרוליט (PANI) אנאודה, ו-KCl כמו האלקטרוליטים. זה טעון בחום באמצעות השפעה תרמו מדומה קיבולי של GO ולאחר מכן שוחרר עם תגובת חמצון של PANI. בעיקר, בטק מציג הα גבוהה של 4.1 mV/K ומשיגה ηE של 3.32%, הגבוה ביותר אי פעם השיגה ב 70 ° צ' (25.3% 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

חום בדרגה נמוכה זמין בשפע בסביבה כמו חום פסולת. ההמרה היעילה של חום בדרגה נמוכה לחשמל קשה מאוד. פיתחנו תא תרמוכימי (בטק) אסימטרית להמרת חום-לחשמל תחת הפעולה איזותרמי בתהליכי טעינה והעתקה מבלי לנצל את המעבר התרמי או את המחזור התרמי. הבטק מורכב מ תחמוצת גראפן (GO) קתודה, פוליאנילין (PANI) אנאודה, ו-1M KCl כמו אלקטרוליט. התא יוצר מתח עקב תגובה מדומה מדומה של GO כאשר החימום מטמפרטורת החדר (RT) לטמפרטורה גבוהה (TH, ~ 40-90 ° c), ולאחר מכן הנוכחי הוא המיוצר ברציפות על ידי אוקסיגון PANI כאשר עומס חשמלי חיצוני מחובר. בטק ממחיש מקדם טמפרטורה יוצאת דופן של 4.1 mV/K ו חום גבוה לחשמל המרה יעילות של 3.32%, עובד ב-TH = 70 ° צ' עם carnot יעילות של 25.3%, חשיפת טכנולוגיה חדשה מבטיחה התרמואלקטרוכימי להתאוששות חום בדרגה נמוכה.

תא הפאוץ ' של בטק הוגדר עם אלקטרודות אסימטריים המורכבת מקתודה גו, PANI anode, ומלאה באלקטרוליט של KCl. עובי תא הכיס המוצג באיור 1A הוא 1 מ"מ, אשר מקלה על תנאי איזותרמי בין שתי אלקטרודות כמו גם הולכה חום יעיל. מיקרוסקופ אלקטרוני סריקה (SEM) תמונות של קתודה גו ו ...

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

חום בדרגה נמוכה הוא שופע, אבל ההחלמה היעילה שלה הוא עדיין אתגר גדול. אנו מדווחים על תא תרמוכימי אסימטרי באמצעות תחמוצת גראפן כמו קתודה ו פוליאנילין כמו אנאודה עם kcl כמו אלקטרוליט. תא זה עובד תחת חימום איזותרמי, המציגות יעילות גבוהה המרה חום לחשמל באזורים בטמפרטורה נמוכה.

תא תרמוכימי אסימטרית לקצירת חום בדרגה נמוכה תחת פעולת איזותרמי

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 ...

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.

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

חלקיקים ללא תיבה: סינתזה המברשת הראשונה של Photodegradable פולימרים הכוכבים PEG בתנאי הסביבה

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

בידוד והכנת קירות תא חיידקי לניתוח קומפוזיציוני על ידי כרומטוגרפיה נוזלית אולטרה ביצועים

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

תגובות חוצה צימוד Mizoroki-לעזאזל האיצו ידי dichloro {bis [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - tripiperidine (phosphinetriyl)]} פלדיום בתנאי תגובה מתון

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

הביולוגי קטליזה חמה: Isothermal טיטרציה Calorimetry לאפיין תגובות אנזימטיות

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

מתודולוגיה סינתטית למערכות ביו-המצומד Asymmetric Ferrocene נגזרו באמצעות מתודולוגיה המבוססת על שרף שלב מוצקה

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

שיטה פשוטה עבור סינתזת מבוקרת הגודל של אשכולות Oligomeric היציבים של זהב חלקיקים בתנאי סביבה

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

ניתוח התמונה-החמצון של 2-פרופנול בריכוזים ברמה ירודה האוויר באמצעות שדה יון אסימטרי ניידות מסות

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

שלב התנהגות של שלפוחית טעונה בתנאים פתרון סימטרי אסימטרי במעקב עם מיקרוסקופ קרינה פלואורסצנטית

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

במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים נוזלי-תא לצורך מעקב הרכבה עצמית של חלקיקים

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

זמן לפתור Photophysical אפיון של שלישיה-קציר תרכובות אורגניות ללא חמצן-הסביבה שימוש iCCD המצלמה

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