Name: asymmetric thermoelectrochemical cell for harvesting low-grade heat under isothermal operation
Uploaded: 2020-02-05T14:00:00
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Gli autori riconoscono una discussione costruttiva con il professor D.Y.C. Leung e il Dr. Y. Chen (Università di Hong Kong), il prof. Gli autori riconoscono il sostegno finanziario del Fondo generale di ricerca del Research Grants Council della regione amministrativa speciale di Hong Kong, Cina, nell'ambito del premio numero 17204516 e 17206518, e del Fondo per l'innovazione e la tecnologia (R: ITS/171/16FX).

1. Preparazione dell'elettrodo di ossido di grafene
<ol><li>Sintesi dell'ossido di grafene attraverso il metodo dell'Hummer modificato<ol>
<li>I passaggi 1.1.2 e 1.1.3 si verificano a bassa temperatura (<0 )C). Circolare l'acqua di ghiaccio che scorre attraverso lo strato esterno di un becher di vetro a doppia parete posto su un mescolatore magnetico per creare condizioni di bassa temperatura per i reagenti all'interno.</li>
		<li>Mescolare 1 g di nitrato di sodio (NaNO3)con 100 mL di acido solforico (H...

<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>

L'aTEC converte l'energia termica in elettricità attraverso un processo di ricarica termica durante il riscaldamento da RT a TH e un successivo processo di scarico elettrico a TH. Eliminando la dipendenza da un gradiente di temperatura o un ciclo di temperatura come il TGC e TREC, aTEC consente il funzionamento del riscaldamento isotermico durante l'intero processo di ricarica e scarico. La tensione indotta termica si basa sull'effetto pseudo-condensante di GO perché il riscaldamento facilita la c...

L'energia termica di bassa qualità (<100 gradi) potrebbe essere riciclata e convertita in elettricità1,2 ma viene invece sprecata. Purtroppo, il recupero di calore è ancora una grande sfida, perché la conversione di calore di bassa qualità in elettricità è di solito inefficiente a causa del differenziale a bassa temperatura e la natura distribuita delle fonti di calore3. Negli ultimi decenni è stata condotta un'intensa ricerca su materiali e dispositivi termoelettrici (TE) a stato solido, ma l'applicazione scalabile dei dispositivi TE in un regime di calore di bassa qualità è limitata dalla bassa efficienza di conversione dell'energia ()del <2%4.
Approcci alternativi basati sull'effetto della temperatura sulle cellule elettrochimiche sono stati suggeriti come soluzione a questo problema, perché il coefficiente ionico Seebeck (z) delle cellule termoelettrochimiche (TEC) è molto superiore a quello dei semiconduttori TE5,6. Le celle termogalvaniche (TGC) utilizzano elettroliti attivi redox inseriti tra due elettrodi identici per generare una tensione attraverso la cella quando viene applicato un gradiente termico. L'elettrolita di uso comune Fe(CN)63-/Fe(CN)64- nei TPC è stato segnalato per avere un numero di -1,4 mV/K e produrre un segno di spuntadi <1%7,8,9,10,11. Tuttavia, i TNC subiscono lo svantaggio della scarsa conduttività ionica dell'elettrolita liquido, che è di circa tre ordini di grandezza più piccola della conduttività elettronica nei materiali TE. La conduttività elettrica potrebbe essere migliorata, ma questo miglioramento è sempre accompagnato da una maggiore conduttività termica, che porta ad un gradiente di temperatura più basso. Pertanto, l'E del TCS è intrinsecamente limitato a causa del compromesso tra la conduttanza degli elettroliti liquidi e il fabbisogno di temperatura per le reazioni di ridox desiderate in ogni lato dell'elettrodo.
Un ciclo elettrochimico termicamente rigenerativo (TREC)12,13,14 basato su un sistema di batterie che utilizza un catopo di rame solido (CuHCF) e un anodo Cu/Cu è stato recentemente segnalato. IL TREC è configurato come una cella di sacca per migliorare la conduttanza dell'elettrolita, mostrando un valore di 1,2 mV/K e raggiungendo un'alta E del 3,7% (21% delcarnot )quando viene azionata a 60 e 10 gradi centigradi. Tuttavia, un limite di TREC è che l'elettricità esterna è necessaria all'inizio del processo per caricare gli elettrodi in ogni ciclo termico, portando a complicati progetti di sistema14. Un TREC senza questa limitazione può essere raggiunto, ma soffre di una scarsa efficienza di conversione di <1%13. Il sistema TREC dimostra che una termocella di tipo batteria secondaria agli ioni di sodio (SIB) costituita da due tipi di analoghi blu prussiani (PBA) con diversi valori di z può raccogliere calore di scarto. L'efficienza termica (z) aumenta proporzionalmente con il valore di T. Inoltre, il numero raggiunge l'1,08%, il 3,19% a 30 K, 56 K separatamente. La ciclicità termica è migliorata utilizzando PBA15,16,17,18sostituiti da Ni.
In alternativa, una batteria di ammoniaca termicamente rigenerativa (TRAB) impiega coppie di redox a base di rame [Cu(NH3)42 eCu(II)/Cu] che operano con il gradiente di temperatura inversa cambiando la temperatura degli elettroliti in coluso con elettrodi positivi e negativi, che produce una E s- dello 0,53% (13% dicarnot). Tuttavia, questo sistema è configurato con due serbatoi pieni di elettroliti liquido, causando riscaldamento e raffreddamento lenti. Inoltre, il flusso di ammoniaca nel sistema crea preoccupazioni per quanto riguarda la sicurezza, le perdite e la stabilità19,20,21.
Qui presentiamo una cella termoelettronica asimmetrica (aTEC) per la conversione termica-elettrica che può essere caricata termicamente ed elettricamente scaricata dal riscaldamento isotermico continuo senza mantenere un gradiente di temperatura in una configurazione geometrica o cambiare le temperature in un ciclo termico. L'aTEC utilizza elettrodi asimmetrici, tra cui un catodio di ossido di grafene (GO) e un anodo polianilino (PANI), e KCl come elettrolita. Viene caricata termicamente tramite l'effetto termo-pseudo-pseudo-pseudodenziale di GO e poi scaricata con la reazione di ossidazione di PANI. In particolare, l'aTEC presenta un'alta cifra di 4,1 mV/K e raggiunge un'e-E del 3,32%, la più alta mai raggiunta a 70 gradi centigradi (25,3% diCarnot) .

<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

Il calore di bassa qualità è abbondantemente disponibile nell'ambiente come calore di scarto. L'efficiente conversione del calore di basso grado in elettricità è molto difficile. Abbiamo sviluppato una cella termoelettronica asimmetrica (aTEC) per la conversione da calore a elettricità nell'ambito del funzionamento isotermico nei processi di ricarica e scarico senza sfruttare il gradiente termico o il ciclo termico. L'aTEC è composto da un catodo di ossido di grafene (GO), un anodo polianilino (PANI) e 1M KCl come elettrolita. La cella genera una tensione a causa della reazione pseudo-conduttiva di GO quando si riscalda dalla temperatura ambiente (RT) ad una temperatura elevata (TH, 40-90 gradi centigradi), e quindi la corrente viene prodotta successivamente ossidando PANI quando è collegato un carico elettrico esterno. L'aTEC dimostra un notevole coefficiente di temperatura di 4,1 mV/K e un'elevata efficienza di conversione da calore a elettricità del 3,32%, lavorando a un TH , 70 gradi centigradi con un'efficienza Carnot del 25,3%, svelando una nuova promettente tecnologia termoelettrochimica per il recupero di calore di bassa qualità.

La cella atecera aTEC era configurata con elettrodi asimmetrici costituiti da un catodo GO, un anodo PANI, e riempita con l'elettrolita KCl. Lo spessore della cella della sacca mostrata nella Figura 1A è 1 mm, che facilita le condizioni isotermiche tra i due elettrodi e la conduzione di calore efficiente. Le immagini a microscopia elettronica a scansione (SEM) del catodo GO e dell'anodo PANI rivestito su carta carbone sono mostrate nella <st...

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

Il calore di bassa qualità è abbondante, ma il suo recupero efficiente è ancora una grande sfida. Riportiamo una cellula termoelettrochimica asimmetrica usando l'ossido di grafene come catodo e polianilino come anodo con KCl come elettrolita. Questa cella lavora sotto il riscaldamento isotermico, mostrando un'elevata efficienza di conversione da calore a elettricità nelle regioni a bassa temperatura.

Cella termochimica asimmetrica per la raccolta di calore di bassa qualità nell'ambito dell'operazione isotermica

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 ...

Il calore di bassa qualità è abbondante, ma un efficiente recupero di calore di bassa qualità è ancora una grande sfida. Quindi qui, proponiamo una cella termica asimmetrica con un'alta efficienza energetica superiore al 3%La cella termica asimmetrica viene caricata termicamente e scaricata elettricamente in funzionamento isotermico, quindi ha un potenziale per varie applicazioni, grazie alla sua flessibilità, basso costo e peso leggero. Le prestazioni della cella termica asimmetrica dipendono fortemente dal contenuto di gruppi funzionali all'ossigeno e dalla qualità degli elettrodi.Si suggerisce ai ricercatori di seguire rigorosamente il protocollo. La dimostrazione visiva aiuta a comprendere meglio la struttura della termocellula asimmetrica come nuova tecnica e garantisce la qualità della produzione. A dimostrare la procedura saranno Mu Kaiyu e Wang Xun, studenti laureati, e il Dr.Huang Yu-Ting, post-dottorato del nostro laboratorio.Per impostare un bagno d'acqua fredda, posizionare un bicchiere a doppia parete su un agitatore magnetico e far circolare l'acqua ghiacciata attraverso lo strato esterno. Versare 100 millilitri di acido solforico nel becher e accendere l'agitatore magnetico. Aggiungere un grammo di nitrato di sodio al becher.Aggiungere un grammo di grafite a scaglie al becher contenente l'acido solforico e mescolare per un'ora nel bagno freddo. Dopo un'ora, aggiungere gradualmente sei grammi di permanganato di potassio alla soluzione. Mescolare il composto per altre due ore.Dopo due ore, sostituire l'acqua ghiacciata nello strato esterno con l'acqua a una temperatura di 35 gradi Celsius. Modificare l'ambiente di reazione a 35 gradi Celsius per ulteriori procedure. Continuare l'ossidazione della grafite mescolando per mezz'ora.Aggiungere 46 millilitri di acqua deionizzata nel becher una goccia alla volta, che alzerà la temperatura del becher all'intervallo da 80 a 90 gradi Celsius. La sintesi dell'ossido di grafene è una reazione intensa. Si prega di seguire rigorosamente il protocollo e condurre gli esperimenti nella cappa del film, con adeguate attrezzature di sicurezza di laboratorio.Aggiungere 140 millilitri di acqua deionizzata e quindi 20 millilitri di perossido di idrogeno. Cerca particelle dorate di ossido di grafene per apparire di conseguenza. Lavare accuratamente il prodotto più volte con acido cloridrico diluito e acqua deionizzata fino a quando la sospensione dell'ossido di grafene raggiunge un pH di sette.Congelare la sospensione di ossido di grafene lavata durante la notte. Asciugarlo in un essiccatore a congelamento fino a quando l'acqua evapora completamente. Mescolare ossido di grafene, nero fumo e PVDF in un rapporto di massa da 75 a 15 a 10 e metterli in una bottiglia di vetro.Misurare una quantità di solvente N-Metil-2-pirrolidone che è quattro volte la massa della miscela ossido di grafene-carbonio nero-PVDF. Gocciolare il solvente nella miscela solida. Utilizzare un mixer per creare una pasta.Mescolare il solvente e il solido a 2.000 giri/min per 30 minuti. Quindi, de-schiuma a 1.200 giri/min per due minuti. Spazzolare la pasta su carta carbone fino a quando il mantello ha un carico di massa da otto a 15 milligrammi per centimetro quadrato.Asciugarlo per quattro ore a 40 gradi Celsius. Per preparare una soluzione di carbossimetilcellulosa, sciogliere la polvere CMC dell'1% in peso in acqua deionizzata. Mescolare per 10 ore.Aggiungere quindi 50 milligrammi di polianilina a base di gluco smeraldina e 10 milligrammi di nero fumo a un becher. Quindi, aggiungere 150 microlitri della soluzione di carbossimetilcellulosa al becher. Mescolare con un agitatore magnetico per 12 ore.Per completare la preparazione del liquame polianilina, aggiungere al becher sei microlitri di soluzione di stirene-butadiene al 40% e mescolare per altri 15 minuti. Posizionare un pezzo di carta carbone sul coater della lama del medico. Far cadere il liquame misto di polianilina sul bordo anteriore della carta carbone.Lama-cappotto il liquame per produrre un film di 400 micrometri di spessore sulla carta carbone. Asciugare il rivestimento per quattro ore a 50 gradi Celsius. Crea collettori di corrente tagliando lamina di titanio nelle dimensioni appropriate.Utilizzare una saldatrice ad ultrasuoni da 20 kilohertz per collegare ogni pezzo di foglio a una linguetta di nichel. Posizionare un separatore poroso, idrofilo, a base di polipropilene tra l'elettrodo di ossido di grafene e un elettrodo di polianilina. Impilare ogni elettrodo con un collettore di corrente.Assemblare la busta a celle elettrochimica termica asimmetrica, o termocellula asimmetrica, impacchettando gli elettrodi in pellicola laminata in alluminio. Utilizzando una sigillante a vuoto compatta, sigillare tre lati della pellicola laminata in alluminio per quattro secondi. Iniettare 500 microlitri di elettrolita di cloruro di potassio un molare nella busta e lasciare che equilitri per 10 minuti.Quindi, estrudere l'elettrolita in eccesso. Sigillare l'ultimo lato della busta nel sigillare sottovuoto. Applicare la pasta termica sulle interfacce della cella della busta, per garantire un buon contatto termico.Per impostare il sistema di controllo della temperatura, impilare la termocellula asimmetrica tra due moduli termoelettrica. Posizionare le coppie termiche sui lati superiore e inferiore della cella. Utilizzare un potenziostato per eseguire test elettrochimici della termocellula asimmetrica.Condurre la ricarica termica in modalità a circuito aperto. Effettuare il processo di scarico elettrico in modalità chiusa, a corrente costante. Una tensione integrata, delta-v no, è stata osservata in condizioni di circuito aperto a temperatura ambiente.Quando la termocellula asimmetrica è stata riscaldata dalla temperatura ambiente all'alta temperatura, la tensione cellulare è aumentata man mano che gli elettroni si spostavano sulla superficie dell'ossido di grafene. Quando è stato collegato un carico esterno, la termocellula asimmetrica è stata scaricata. Quando la termocellula asimmetrica è stata riscaldata dalla temperatura ambiente ad un'alta temperatura di 70 gradi Celsius, il potenziale del circuito aperto ha raggiunto 0,185 volt.Lo scarico della termocellula asimmetrica è stato condotto sotto una corrente costante di 0,1 milliambi. Il lavoro elettrico in uscita è stato calcolato integrando la tensione di scarico sulla capacità di carica. La termocellula asimmetrica ha raggiunto un'efficienza di conversione energetica del 3,32% equivalente al 25,3% dell'efficienza di Carnot.Rispetto ad altri sistemi termoelettrochimici, l'efficienza di conversione energetica della termocellula asimmetrica è la più alta mai raggiunta a 70 gradi Celsius. La termocellula asimmetrica ha il potenziale per essere utilizzata per convertire il calore di scarto in elettricità in un'ampia varietà di scenari. I gruppi funzionali dell'ossigeno sono essenziali per l'effetto pseudocompattivo termico dell'ossido di grafene.La qualità della sintesi dell'ossido di grafene e il carico dei materiali nella fase 3.4 sono importanti. L'efficienza e la cartolarizzazione delle termocellule asimmetriche possono essere migliorate cambiando i materiali degli elettrodi. Ad esempio, usando l'analogico blu prussiano come anodo.Questa tecnologia esplorò per la prima volta la conversione calore-elettricità in operazioni isotermiche e rivoluzionò i sistemi elettrochimici termici.

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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 reazioni di cross-coupling catalizzate da dicloro {bis [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladio Sotto lievi condizioni di reazione

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 Catalisi biologica: Calorimetria isotermica di titolazione per caratterizzare reazioni enzimatiche

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

Metodologia sintetico per Asymmetric Ferrocene derivati ​​sistemi bio-coniugati attraverso Solid Metodologia Resina a base di fase

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

Un metodo semplice per la dimensione sintesi controllata di stabili oligomeriche Grappoli di oro nanoparticelle in condizioni ambientali

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

Analizzando la foto-ossidazione di 2-propanolo a concentrazione a livello dell'aria interna mediante spettrometria di mobilità dello ione asimmetrica campo

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

Comportamento di fase di caricate vescicole sotto soluzione simmetrica e asimmetrica condizioni monitorate con microscopia di fluorescenza

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

Microscopia elettronica in trasmissione di liquidi-cellula per l'inseguimento auto-assemblaggio delle nanoparticelle

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

Tempo-risolta caratterizzazione fotofisica di tripletto-raccoglitrici composti organici a un utilizzo di ambiente privo di ossigeno un iCCD telecamera

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