Name: asymmetric thermoelectrochemical cell for harvesting low-grade heat under isothermal operation
Uploaded: 2020-02-05T14:00:00
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저자는 D.Y.C. 렁 교수와 Y. 첸 박사(홍콩 대학교), M.H.K. 렁 교수(홍콩 시대학), W. S. Liu 박사(남부 과학 기술 대학), 프랭크 H.T. 렁(Techskill [아시아] 리미티드)과 건설적인 토론을 인정합니다. 저자는 수상 번호 17204516 및 17206518, 혁신 기술 기금 (참조 : ITS / 171 /16FX)에 따라 홍콩 특별 행정 구의 연구 보조금 위원회의 일반 연구 기금의 재정 지원을 인정합니다.

1. 그래 핀 옥사이드 전극의 준비
<ol><li>수정 된 험머의 방법을 통해 그래 핀 산화물의 합성<ol>
<li>단계 1.1.2 및 1.1.3은 저온(&0°C)에서 발생합니다. 자기 교반기위에 놓인 이중 벽 유리 비커의 외부 층을 통해 흐르는 얼음물을 순환시켜 내부 반응물의 저온 조건을 만듭니다.</li>
		<li>질산 나트륨 1 g (NaNO3)과황산 100 mL (H2SO4,시약 등급, 95-98 %) 비커에서 천천히 교반합니다.</li>
	...

<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>

aTEC는 RT에서 TH로 가열할 때 열 충전 공정을 통해 열 에너지를 전기로 변환하고 TH에서연속적인 전기 배출 공정을 통해 전기로 변환합니다. TGC 및 TREC와 같은 온도 구배 또는 온도 사이클에 대한 의존성을 제거한 aTEC는 전체 충전 및 방전 공정 동안 등온 가열 작업을 허용합니다. 열 유도 전압은 가열이 GO의 산소 작용기에서 양성자의 화학적 체증을 용이하게 하기 때문에 GO의 의사 ?...

유비쿼터스 저급 열 에너지 (<100 °C)는 재활용되어 전기1,2로 변환 될 수 있지만 대신 낭비됩니다. 불행하게도, 열 회수는 저급 열을 전기로 변환하는 것은 일반적으로 열원의 저온 차동 및 분포 특성으로 인해 비효율적이기 때문에 여전히 큰 도전입니다3. 집중적인 연구는 지난 수십 년 동안 고체 열전(TE) 재료 및 장치에서 수행되어 왔지만, 저급 열 정권에서 TE 장치의 확장 가능한 적용은 낮은 에너지 변환 효율(θE)에의해 제한됩니다 <2%4.
전기화학전지에 대한 온도의 영향에 기초한 대안적 접근법은 열전기화학전지(TE)의 이온제벡 계수(α)가 TE 반도체5,6보다훨씬 높기 때문에 이러한 문제점에 대한 해결책으로 제시되고 있다. Thermogalvanic 셀(TGC)은 두 개의 동일한 전극 사이에 끼어 있는 레독스 활성 전해질을 활용하여 열 구배가 적용될 때 셀 전체에 걸쳐 전압을 생성합니다. 일반적으로 사용되는 수성 Fe(CN)63-Fe(CN)64-TGCs에서 α를 가지는 것으로 보고되었고<1%7,8,9,10,11의α를 수율로 나타났다. 그러나 TGCs는 액체 전해질의 불량한 이온 전도도의 단점을 겪고 있으며, 이는 TE 재료의 전자 전도도보다 약 3배 더 작습니다. 전기 전도도는 향상될 수 있지만, 이러한 개선은 항상 더 높은 열 전도성을 수반하여 낮은 온도 구배를 초래합니다. 따라서, TGCs의 θE는 본질적으로 액체 전해질 전도도 및 전극의 각 측면에서 원하는 산화환원 반응에 대한 온도 요구 사항 사이의 트레이드 오프로 인해 제한된다.
열회생 전기화학사이클(TREC)12,13,14는 고체 구리 헥사시노퍼레이트(CuHCF) 음극및 Cu/Cu+ 양극을 이용한 전지 시스템을 기반으로 최근 보고되었다. TREC는 전해질 전도도를 개선하기 위해 파우치 셀로 구성되며, 60°C 및 10°C에서 작동시 -1.2 mV/K의 α를 나타내고 3.7%(21%의카노)의높은 θE에 도달합니다. 그럼에도 불구하고, TREC의 한 가지 한계는 각 열 주기에서 전극을 충전하는 공정의 시작 시 외부 전기가 필요하며, 이는 복잡한 시스템 설계14로이어진다는 것입니다. 이 제한없이 TREC를 달성 할 수 있지만,의 가난한 변환 효율을 겪고 있다 <1%13. TREC 시스템은 서로 다른 α 값을 가진 두 가지 유형의 프로이센 블루 유사체(PBA)로 구성된 나트륨 이온 이차 전지(SIB) 형 써모셀이 폐열을 수확할 수 있음을 보여줍니다. 열 효율(θ)은 ΔT에 비례하여 증가합니다. 또한 δT = 30 K, 56 K에서 1.08 %, 3.19 %에 도달합니다. 열 순환성은 Ni-대체 PBA15,16,17,18을사용하여 향상됩니다.
양자택일로, 열 재생 암모니아 배터리 (TRAB)는 0.53 %의 E를 생산하는 양극 및 음극과 협력하여 전해질의 온도를 전환하여 역온도 구배와 함께 작동하는 구리 기반 의 산화 환원 커플 [Cu (NH3)4+ +Cu 및 Cu (II)/Cu]를 사용합니다. 그러나 이 시스템은 액체 전해질이 가득한 두 개의 탱크로 구성되어 가열 및 냉방이 느려집니다. 또한, 시스템의 암모니아 스트림은 안전, 누설 및안정성에대한 우려를 만듭니다19,20,21.
여기서 우리는 기하학적 구성에서 온도 구배를 유지하거나 열 주기에서 온도를 전환하지 않고 연속 등온 가열에 의해 열충전 및 전기적으로 방전될 수 있는 열-전기 변환을 위한 비대칭 열전기화학전지(aTEC)를 제시합니다. aTEC는 그래핀 옥사이드(GO) 음극과 폴리아실린(PANI) 양극, KCl을 전해질로 사용하는 비대칭 전극을 사용합니다. 그것은 GO의 열 의사 카피실성 효과를 통해 열충전된 다음 PANI의 산화 반응으로 배출됩니다. 특히, aTEC는 4.1 mV/K의 높은 α를 나타내며 3.32%의 e를 달성하며, 70°C(25.3%의카노)에서달성한 가장 높은 e를 달성했습니다.

<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

저급 열은 폐열로서 환경에서 풍부하게 사용할 수 있습니다. 저급 열을 전기로 효율적으로 변환하는 것은 매우 어렵습니다. 우리는 열 구배 또는 열 주기를 이용하지 않고 충전 및 방전 공정에서 열 -전기 변환을위한 비대칭 열 전기 화학 전지 (aTEC)를 개발했습니다. 상기 aTEC는 그래핀 옥사이드(GO) 음극, 폴리아실린(PANI) 양극, 1M KCl을 전해질로 구성된다. 셀은 실온 (RT)에서 고온 (TH, ~ 40-90 °C)으로 가열 할 때 GO의 의사 정전 용량 반응으로 인한 전압을 생성한 다음 외부 전기 부하가 연결될 때 PANI를 산화시켜 연속적으로 생성됩니다. aTEC는 4.1 mV/K의 놀라운 온도 계수와 3.32%의 높은 열-전기 변환 효율을 보여주며, 25.3%의 Carnot 효율을 가진 TH = 70°C에서 작동하며, 저급 열 회수를 위한 새로운 유망한 열전기 화학 기술을 발표했습니다.

aTEC 파우치 셀은 GO 음극, PANI 양극으로 구성된 비대칭 전극으로 구성되었으며 KCl 전해질로 채워졌습니다. 그림 1A에 표시된 파우치 셀의 두께는 1mm이며, 이는 두 전극 사이의 등온 조건뿐만 아니라 효율적인 열 전도를 용이하게합니다. 탄소 종이에 코팅된 GO 음극 및 PANI 양극의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지는 도 1<...

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

저급 열이 풍부하지만 효율적인 복구는 여전히 큰 과제입니다. 우리는 전해질로 KCl을 가진 양극으로 음극및 폴리아실린으로 그래핀 옥사이드를 사용하여 비대칭 열전기 화학 세포를 보고합니다. 이 셀은 등온 가열 하에서 작동하여 저온 영역에서 높은 열- 전기 변환 효율을 나타낸다.

등온 작동 하에서 저급 열 수확을 위한 비대칭 열전기 화학 전지

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 ...

저급 열은 풍부하지만 효율적인 저급 열 회수는 여전히 큰 도전입니다. 그래서 여기서는 3% 이상의 에너지 효율이 높은 비대칭 열전지를 제안하여 비대칭 열전셀이 열충전및 전기적으로 방전되어 유연성, 저비용 및 경량으로 인해 다양한 응용 분야에 대한 잠재력을 가지고 있습니다. 비대칭 열 전지의 성능은 산소 기능 그룹의 함량과 전극의 품질에 크게 의존합니다.연구원은 엄격하게 프로토콜을 따르는 것이 좋습니다. 시각적 데모는 비대칭 열전형의 구조를 새로운 기술로 더 잘 이해하고 생산 품질을 보장합니다. 절차를 시연하는 것은 무카이유와 왕순, 대학원생, 황유팅 박사가 우리 연구소에서 박사 학위를 취득한 것입니다.차가운 수조를 설치하려면 이중 벽유리 비커를 자기 교반기 위에 놓고 외부 층을 통해 얼음 물을 순환시합니다. 100 밀리리터의 황산을 비커에 붓고 자기 교반기를 켭니다. 질산나트륨 1그램을 비커에 넣습니다.황산을 함유한 비커에 플레이크 흑연 1그램을 넣고 찬탕에서 1시간 동안 저어줍니다. 1시간 후, 점차적으로 용액에 6그램의 화망산칼륨을 넣습니다. 혼합물을 2시간 더 저어줍니다.2시간 후, 외부 층의 얼음 물을 섭씨 35도의 온도에서 물로 대체하십시오. 추가 절차를 위해 반응 환경을 섭씨 35도로 변경합니다. 흑연의 산화를 한 시간 반 동안 교반하여 계속합니다.46 밀리리터의 디온화된 물을 한 번에 한 방울에 추가하여 비커의 온도를 섭씨 80~90도까지 올립니다. 그래 핀 옥사이드의 합성은 강렬한 반응이다. 프로토콜을 엄격히 따르고 적절한 실험실 안전 장비로 필름 후드에서 실험을 수행하십시오.140 밀리리터의 탈산화된 물과 20밀리리터의 과산화수소를 추가합니다. 그래 핀 산화물의 황금 입자가 그 결과로 나타나는 것을 찾습니다. 그래핀 옥사이드 현탁액이 7pH에 도달할 때까지 희석염산과 탈이온물로 제품을 여러 번 철저히 세척하십시오.세척된 그래핀 옥사이드 서스펜션을 하룻밤 동안 동결합니다. 물이 완전히 증발 할 때까지 동결 건조기에서 건조. 그래핀 옥사이드, 카본 블랙 및 PVDF를 질량 비75 에서 15 대 10의 질량 비율로 혼합하고 유리 병에 넣습니다.그래핀 산화물-탄소 블랙-PVDF 혼합물의 4배 질량인 용매 N-메틸-2-피롤리도네의 양을 측정한다. 용매를 고체 혼합물에 물방울. 믹서를 사용하여 페이스트를 만듭니다.용매와 고체를 2, 000 RPM에서 30분간 섞는다. 그런 다음 1, 200 RPM에서 2 분 동안 거품을 제거합니다. 코트가 평방 센티미터당 8~15밀리그램의 질량 적재가 될 때까지 탄소 용지에 붙여넣기를 브러시 코팅합니다.섭씨 40도에서 4시간 동안 건조하십시오. 카박스티메틸셀룰로오스 용액을 준비하려면 CMC 분말을 1%의 무게로 분해된 물에 용해하십시오. 10시간 동안 저어줍니다.다음으로, 50밀리그램의 글루코 에메랄딘 베이스 폴리안니린과 10밀리그램의 카본 블랙을 비커에 넣습니다. 그런 다음 카박스티메틸셀룰로오스 용액150마이크로리터를 비커에 추가합니다. 자기 교반기와 12시간 동안 섞으세요.폴리애니린 슬러리의 준비를 완료하려면 40% 스티렌-부타디엔 용액6마이크로리터를 비커에 넣고 15분 간 저어줍니다. 의사 블레이드 코터에 탄소 종이 를 놓습니다. 탄소 용지의 앞가장자리에 혼합 폴리애니라인 슬러리를 놓습니다.블레이드 코팅 슬러리를 코팅하여 탄소 용지에 400 마이크로미터 두께의 필름을 생성합니다. 50°C에서 코팅을 4시간 동안 건조시다. 티타늄 호일을 적절한 크기로 절단하여 현재 수집가를 만듭니다.20킬로헤르츠 초음파 스팟 용접 기를 사용하여 각 호일을 니켈 탭에 연결합니다. 그래핀 산화물 전극과 폴리애니라인 전극 사이에 다공성, 수성, 폴리프로필렌 기반 분리기 놓습니다. 각 전극을 하나의 전류 컬렉터로 스택합니다.알루미늄 적층 필름에 전극을 포장하여 비대칭 열 전기 화학 세포 파우치 또는 비대칭 열전지를 조립합니다. 컴팩트한 진공 실러를 사용하여 알루미늄 적층 필름의 3면을 4초 간 밀봉합니다. 1마리 의 알자 칼륨 전해질 500마이크로리터를 파우치에 주입하고 10분 동안 평형화할 수 있습니다.그런 다음 과도한 전해질을 돌출합니다. 진공 실러에서 파우치의 마지막 면을 밀봉합니다. 파우치 셀 의 인터페이스에 열 페이스트를 적용하여 좋은 열 접촉을 보장하십시오.온도 제어 시스템을 설정하려면 두 개의 열 전기 모듈 사이에 비대칭 열전대를 쌓습니다. 열 커플을 셀의 위쪽과 아래쪽에 놓습니다. 비대칭 열전성의 전기 화학 적 테스트를 수행하기 위해 전위 요귤통계를 사용합니다.개방형 회로 모드에서 열 충전을 수행합니다. 일정한 전류에서 닫힌 모드에서 전기 방전 공정을 수행합니다. 내장 전압, 델타 v하지, 실온에서 개방 회로 조건에서 관찰되었다.비대칭 열전제가 실온에서 고온으로 가열되었을 때 전자가 그래핀 옥사이드의 표면으로 이동함에 따라 세포 전압이 증가했습니다. 외부 하중이 연결되면 비대칭 열전지가 배출되었습니다. 비대칭 열전제가 실온에서 섭씨 70도의 고온으로 가열되었을 때, 개방 회로 잠재력은 0.185 볼트에 도달했습니다.비대칭 열전셀의 방전은 0.1 밀리암페어의 일정한 전류하에서 수행되었다. 출력 전기 작업은 전하 용량에 대한 방전 전압을 통합하여 계산되었습니다. 비대칭 열전형은 Carnot 효율의 25.3%에 해당하는 3.32%의 에너지 변환 효율을 달성했습니다.다른 열전화학 시스템에 비해 비대칭 열전셀의 에너지 변환 효율은 섭씨 70도에서 달성된 가장 높은 수치입니다. 비대칭 열전장치는 다양한 시나리오에서 폐열을 전기로 변환하는 데 사용될 가능성이 있습니다. 산소 기능 성 기는 그래 핀 옥사이드의 열 의사 압축 효과에 필수적이다.그래 핀 산화물의 합성의 품질, 및 단계 3.4에서 하중 재료, 중요하다. 비대칭 열전도의 효율과 시큐어성은 전극 재료를 변경하여 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 양극으로 프로이센 블루 아날로그를 사용 하 여.이 기술은 먼저 isothermal 작업하에서 열 간 변환을 탐구하고 열 전기 화학 시스템에 혁명을 일으켰습니다.

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