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

著者らは、D.Y.C.リョン教授とY・チェン博士(香港大学)、M.H.K.リョン教授(香港市立大学)、W.S.劉博士(南部科学技術大学)、フランク・H・T・リョン氏(テックスキル[アジア]リミテッド)との建設的な議論を認めている。著者らは、香港特別行政区研究助成協議会の一般研究基金の資金援助を、賞番号17204516および17206518、およびイノベーションと技術基金(参照:ITS/171/16FX)に認める。

1. グラフェン酸化物電極の調製
<ol><li>改変ハマー法による酸化グラフェンの合成<ol>
<li>ステップ 1.1.2 および 1.1.3 は、低温 (<0 °C) で発生します。磁気撹拌機に設置した二重壁ガラスビーカーの外部層を流れる氷水を循環し、内部の反応物に対する低温条件を作り出します。</li>
		<li>1 g の 硝酸ナトリウム (NaNO3) と 100 mL の硫酸 (H2SO4、 試薬グレード、95-98%)ビーカーで?...

<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は、RTからT Hに加熱する際の熱充電プロセスとTHでの連続した電気排出プロセスを介して熱エネルギーを電気に変換します。温度勾配やTGCやTRECのような温度サイクルへの依存を取り除く、aTECは全体の充満および排出プロセスの間に等温加熱操作を可能にする。熱誘起電圧は、加熱がGOの酸素官能基に対するプロトンの化学吸着を促進し、GO水界面で擬分容量反応を引き起こ?...

ユビキタス低品位熱エネルギー(<100°C)はリサイクルして電気1,2に変換できますが、代わりに無駄になります。残念ながら、低品位熱を電気に変換することは、通常、低温差動および熱源の分布性質のために非効率的であるため、熱回収は依然として大きな課題である。過去数十年にわたり、固体熱電(TE)材料およびデバイスで集中的な研究が行われてきましたが、低品位熱レジームにおけるTEデバイスのスケーラブルな適用は、エネルギー変換効率(η E)の低エネルギー(ηE)によって制限されています。
電気化学セルに対する温度の影響に基づく代替アプローチは、この問題の解決策として示唆されているが、熱電気化学セル(TECs)のイオン性シーベック係数(α)はTE半導体5,6のそれよりもはるかに高いからである。熱ガルバニック細胞(TGC)は、熱勾配が適用されたときにセル全体に電圧を生成するために、2つの同一の電極の間に挟まれた酸化還元活性電解質を利用する。TGCsで一般的に使用されている水系Fe(CN)63-/Fe(CN)64-電解質は-1.4 mV/Kのαを有し、ηEは<1%7,8,10,11であると報告された。しかし、TGCsは、TE材料の電子伝導性よりも約3桁小さい液体電解質の低いイオン伝導性の欠点に苦しんでいます。電気伝導率は向上できますが、この改善は常により高い熱伝導率を伴い、温度勾配が低下します。したがって、TGCのηEは、電極の各側において望ましい酸化還元反応に対する液体電解質導電性と温度要件との間のトレードオフに起因して本質的に制限される。
固体のヘキサシアノファール酸銅(CuHCF)陰極とCu/Cu+アノードを用いた電池系統に基づく熱回生電気化学サイクル(TREC)12,13,14が最近報告された。TRECは電解質の導電性を向上させるパウチセルとして構成され、60°Cおよび10°Cで動作すると、−1.2mV/Kのαを示し、3.7%(ηカルではない21%)の高いηEに達する。それにもかかわらず、TRECの1つの限界は、各熱サイクルで電極を充電するためにプロセスの開始時に外部電気が必要であり、複雑なシステム設計14につながる。この制限のない TREC は実現できますが、変換効率が低下する <1%13.TRECシステムは、異なるα値を有する2種類のプルシアンブルー類似体(PBA)からなるナトリウムイオン二次電池(SIB)型サーモセルが廃熱を収穫できることを実証する。熱効率(η)はΔTに比例して増加する。また、ηは1.08%、ΔT=30K、56Kで3.19%に達する。熱の円化性はNi-代用PBA15、16、17、18を使用して改善される。
また、熱再生アンモニア電池(TRAB)は銅系レドックスカップル[Cu(NH3)42+/CuとCu(II)/Cu]を採用し、正極と負極と共作動する電解質の温度を切り替えることで逆温度勾配で動作し、0.53%(ηカルノの13%)のΗEを生成します。しかし、このシステムは、液体電解質の完全な2つのタンクで構成され、加熱と冷却の低迷を引き起こします。また、システム内のアンモニアストリームは、安全性、漏れ、安定性19、20、21に関する懸念を生み出します。
ここでは、温度勾配を幾何学的構成に保ち、温度変化温度を保たずに連続的な等温加熱により熱電荷を帯び、電気的に排出できる熱電気変換のための非対称熱電気化学セル(aTEC)を紹介します。ATECは、グラフェン酸化物(GO)陰極およびポリアニリン(PANI)陽極、および電解質としてKClを含む非対称電極を使用する。GOの熱疑似容量性効果を介して熱的に帯電し、その後PANIの酸化反応で排出される。特に、aTECは4.1mV/Kの高いαを示し、3.32%のηEを達成し、過去最高の70°C(ηカルネの25.3%)で達成した。

<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

低品位熱は、廃熱として環境内で豊富に利用できます。低品位熱を電気に効率的に変換することは非常に困難です。熱勾配や熱サイクルを利用することなく、充放電工程で等温運転下で熱から電気への変換を行う不斉熱電気化学セル(aTEC)を開発しました。aTECは、グラフェン酸化物(GO)陰極、ポリアニリン(PANI)アノード、および電解質として1M KClから構成される。細胞は、室温(RT)から高温(TH、~40〜90°C)まで加熱した際にGOの擬分力反応による電圧を発生させ、外部電気負荷が接続されたときにPANIを酸化することによって連続的に電流を発生させます。ATECは、4.1mV/Kの顕著な温度係数と3.32%の高い熱-電力変換効率を示し、25.3%のカルノット効率を持つTH = 70°Cで働き、低グレードの熱回収のための新しい有望な熱電気化学技術を発表しました。

aTECポーチセルは、GOカソード、PANIアノードからなる非対称電極を構成し、KCl電解質で充填した。図1Aに示すパウチセルの厚さは1mmで、2つの電極間の等温条件と効率的な熱伝導を容易にします。炭素紙に被覆されたGO陰極およびPANIアノードの走査型電子顕微鏡(SEM)像を図1Bおよび図</st...

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

低品位の熱は豊富ですが、その効率的な回復は依然として大きな課題です。KClを電解質とする陽極として、酸化グラフェン酸化物をカソード、ポリアニリンを用いて非対称熱電気化学セルを報告する。このセルは等温加熱下で動作し、低温域で高い熱と電気の変換効率を示します。

等温運転下で低品位熱を収穫するための非対称熱電気化学セル

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 ...

低品位の熱は豊富ですが、効率的な低品位熱回収は依然として大きな課題です。そこで、3%以上の高エネルギー効率を持つ非対称熱セルを提案する非対称熱セルは、等温操作下で熱的に充電され、電気的に放電されるため、柔軟性、低コスト、軽量化により様々な用途に対応できる可能性があります。非対称熱セルの性能は、酸素官能基の含有量と電極の品質に大きく依存します。研究者は、プロトコルに厳密に従うことを示唆しています。視覚的なデモンストレーションは、非対称熱電池の構造を新しい技術として理解するのに役立ち、生産品質を保証します。この手順のデモンストレーションは、大学院生のムー・カイユとワン・クオンと、研究室の博士課程博士の黄玉ティン博士です。冷たい水浴を設置するには、二重壁のガラスビーカーを磁気スターラーの上に置き、外層を通して氷水を循環させます。ビーカーに100ミリリットルの硫酸を注ぎ、磁気スターラーをオンにします。ビーカーに硝酸ナトリウム1グラムを加えます。硫酸を含むビーカーにフレークグラファイト1グラムを加え、冷浴中で1時間かき混ぜます。1時間後、徐々に過マンガン酸カリウムを6グラム加えます。さらに2時間かき混ぜます。2時間後、外層の氷水を摂氏35度の温度で交換します。さらに手順を行うために、反応環境を摂氏35度に変更します。グラファイトの酸化を1時間半撹拌して継続します。ビーカーに46ミリリットルの脱イオン水を一滴ずつ加え、ビーカーの温度を摂氏80~90度の範囲に引き上げます。酸化グラフェンの合成は激しい反応です。厳密にプロトコルに従って、適切な実験室の安全装置で、フィルムフードで実験を行ってください。140ミリリットルの脱イオン水を加え、次に20ミリリットルの過酸化水素を加えます。結果として現れる酸化グラフェンの黄金の粒子を探します。酸化グラフェン懸濁液が7pHに達するまで、希釈塩酸と脱イオン水で製品を数回十分に洗浄します。洗浄した酸化グラフェン懸濁液を一晩凍結する。水が完全に蒸発するまで凍結乾燥機で乾燥させます。酸化グラフェン、カーボンブラック、PVDFを75~15~10の質量比で混ぜ、ガラス瓶に入れます。グラフェン酸化物-カーボンブラック-PVDF混合物の4倍の質量であるN-メチル-2-ピロリドンの溶媒の量を測定します。溶媒を固形混合物に滴下する。ミキサーを使用してペーストを作成します。溶媒と固体を2,000 RPMで30分間混ぜます。その後、1、200RPMで2分間脱泡する。コートが平方センチメートルあたり8〜15ミリグラムの質量負荷になるまでカーボンペーパーにペーストをブラシコートします。40°Cで4時間乾燥させます。カルボキシメチルセルロース溶液を調製するには、CMC粉末を1重量%の脱イオン水に溶解します。10時間かき混ぜます。次に、50ミリグラムのグルコエメラルドジンベースポリアニリンと10ミリグラムのカーボンブラックをビーカーに加えます。次いで、150マイクロリットルのカルボキシメチルセルロース溶液をビーカーに加える。磁気スターラーと12時間混ぜます。ポリアニリンスラリーの調製を完了するには、ビーカーに40%スチレンブタジエン溶液の6マイクロリットルを加え、さらに15分間かき混ぜます。ドクターブレードコーターにカーボンペーパーを置きます。カーボンペーパーの先端に混合ポリアニリンスラリーを落とします。スラリーをブレードコートし、厚さ400マイクロメートルのフィルムをカーボンペーパーに作製します。コーティングを摂氏50度で4時間乾燥させます。チタン箔を適切なサイズにカットして集電体を作ります。20キロヘルツの超音波スポット溶接機を使用して、各ホイルをニッケルタブに接続します。酸化グラフェン電極とポリアニリン電極との間に多孔質、親水性、ポリプロピレン系セパレータを配置する。各電極を1つの集電体で積み重ねる。アルミニウム積層フィルムに電極を充填することにより、非対称熱電気化学セルパウチ、または非対称熱熱セルを組み立てます。コンパクトな真空シーラーを使用し、アルミニウム積層フィルムの3つの側面を4秒間シールします。500マイクロリットルの塩化カリウム電解質をパウチに注入し、10分間平衡化します。次いで、余分な電解質を押し出す。バキュームシーラーにポーチの最後の側面をシールします。良好な熱接触を確実にするために、パウチセルのインターフェースに熱ペーストを適用します。温度制御システムをセットアップするには、2つの熱電気モジュール間に非対称熱電池を積み重ねる。セルの上側と下側に熱カップルを配置します。ポテンショスタットを使用して、非対称熱セルの電気化学的試験を行います。放熱モードでサーマル充電を行います。一定電流で、閉じたモードで電気放電処理を行います。デルタvを内蔵した電圧は、室温での開放状態で観測された。非対称熱電池を室温から高温に加熱すると、電子が酸化グラフェンの表面に移動するにつれて細胞電圧が上昇した。外部負荷が接続されると、非対称熱電池が放電された。非対称熱電池を室温から70°Cの高温に加熱すると、開回路電位は0.185ボルトに達しました。非対称熱電池の放電は0.1ミリアンペアの一定電流で行った。出力電気工事は、充電容量を超えて放電電圧を積算して算出した。非対称熱電池は、カルト効率の25.3%に相当する3.32%のエネルギー変換効率を達成しました。他の熱電気化学システムと比較して、非対称熱電池のエネルギー変換効率は、摂氏70度で達成された最高です。非対称熱電池は、さまざまなシナリオで廃熱を電気に変換するために使用される可能性を秘めています。酸素官能基は、酸化グラフェンの熱擬似共力効果に不可欠です。酸化グラフェンの合成の品質、およびステップ3.4における材料の負荷は重要である。非対称熱電池の効率と固定性は、電極材料を変更することで改善することができます。例えば、プロイセンブルーアナログをアノードとして使用する。この技術は、まず、等熱操作の下で熱から電気への変換を探求し、熱電気化学システムに革命を起こしました。

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

周囲条件下での光分解性のPEGスターポリマーのブラシ、最初の合成：箱なしの粒子

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

超高性能液体クロマトグラフィーによる組成解析のための細菌細胞壁の分離と調製

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

温和な反応条件の下でパラジウム - ジクロロ{ビス[（ホスフィントリ）tripiperidine 1,1 &#39;、1&#39;&#39;]}触媒による溝呂木 - ヘッククロスカップリング反応

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

ホット生物触媒：等温滴定熱量測定酵素反応を特徴づけるために

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

固相樹脂系の方法論を経由して、非対称フェロセン派生バイオコンジュゲートシステムのための合成方法論

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

周囲条件下での金ナノ粒子の安定オリゴマークラスターのサイズ制御された合成のための簡単​​な方法

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

フィールド非対称イオン移動度分析法を用いた室内空気レベルの濃度で 2-プロパノールの光酸化反応の分析

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

蛍光顕微鏡による監視対称および非対称のソリューションの条件下での荷電ベシクルの相挙動

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

ナノ粒子の自己集合の追跡のため液晶セルの透過電子顕微鏡観察

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

時間分解光物性評価のトリプレット収穫有機化合物無酸素環境使用、iCCD カメラ

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