Name: asymmetric thermoelectrochemical cell for harvesting low-grade heat under isothermal operation
Uploaded: 2020-02-05T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation at JoVE.com

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

1. Utarbeidelse av grafenoksidelektroden
<ol><li>Syntese av grafenoksid via den modifiserte Hummers metode<ol>
<li>Trinn 1.1.2 og 1.1.3 forekommer ved lav temperatur (<0 °C). Sirkulere isvann som strømmer gjennom det ytre laget av et dobbelt veggglassbeger plassert på en magnetisk rørefor å skape lave temperaturforhold for reaktantene inne.</li>
		<li>Bland 1 g natriumnitrat (NaNO3)med 100 ml svovelsyre (H2SO4, reagensgrad, 95-98%) ved sakte omrøring i begeret.</li>
		<li>Tilsett ...

<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 konverterer termisk energi til elektrisitet via en termisk ladeprosess ved oppvarming fra RT til TH og en påfølgende elektrisk utladingsprosess ved TH. ATEC blir kvitt avhengigheten av en temperaturgradient eller en temperatursyklus som TGC og TREC, og tillater isothermal oppvarming under hele lade- og utladingsprosessene. Termisk indusert spenning er basert på pseudokapasitiv effekt av GO fordi oppvarming letter chemisorpsjonen av protoner på oksygenfunksjonelle grupper av GO, forårsaker ...

Allestedsnærværende lavverdig varmeenergi (<100 °C) kan resirkuleres og omdannes til elektrisitet1,2 men er i stedet bortkastet. Dessverre er varmegjenvinning fortsatt en stor utfordring, fordi konvertering av lavverdig varme til elektrisitet er vanligvis ineffektiv på grunn av den lave temperaturdifferensialen og den fordelte naturen til varmekildene3. Intensiv forskning har blitt utført i SOLID-state termoelektriske (TE) materialer og enheter for de siste tiårene, men den skalerbare anvendelsen av TE-enheter i et lavverdig varmeregime er begrenset av lav energikonverteringseffektivitet(ηE) av <2%4.
Alternative tilnærminger basert på effekten av temperatur på elektrokjemiske celler har blitt foreslått som en løsning på dette problemet, fordi ionisk Seebeck koeffisient (α) av termoelektrokjemiske celler (TECer) er mye høyere enn for TE-halvledere5,6. Thermogalvaiske celler (TGC) bruker redox aktive elektrolytter klemt mellom to identiske elektroder for å generere en spenning over cellen når en termisk gradient påføres. Den vanlige vandigfe (CN)63-/Fe(CN)64- elektrolytt i TGCer ble rapportert å ha en α på -1,4 mV/K og gi en ηE av <1%7,8,9,10,11. TGCs lider imidlertid ulempen med den dårlige ioniske ledningsevnen til væskeelektrolytten, som er rundt tre størrelsesordener mindre enn elektronisk ledningsevne i TE-materialer. Den elektriske ledningsevnen kan forbedres, men denne forbedringen er alltid ledsaget av en høyere varmeledningsevne, noe som fører til en lavere temperaturgradient. Derfor er ηE av TGCer iboende begrenset på grunn av avveiningen mellom væskeelektrolyttkondusatasjonen og temperaturbehovet for de ønskede redoksreaksjonene i hver side av elektroden.
En termisk regenerativ elektrokjemisk syklus (TREC)12,13,14 basert på et batterisystem ved hjelp av en solid kobber heksacyanoferrate (CuHCF) katode og en Cu / Cu+ anode ble nylig rapportert. TREC er konfigurert som en posecelle for å forbedre elektrolyttytelsen, som viser en α på −1,2 mV/K og når en høy ηE på 3,7 % (21 % avηcarnot) når den betjenes ved 60 °C og 10 °C. Likevel er en grense på TREC at ekstern elektrisitet er nødvendig ved starten av prosessen for å lade elektrodene i hver termisk syklus, noe som fører til kompliserte systemdesign14. En TREC uten denne begrensningen kan oppnås, men det lider av en dårlig konverteringeffektivitet på <1%13. TREC-systemet viser at et natrium-ion sekundært batteri (SIB)-type termocell bestående av to typer prøyssiske blå analoger (PBA) med forskjellige α-verdier kan høste spillvarme. Den termiske effektiviteten (η) øker proporsjonalt med ΔT. Videre når η 1,08%, 3,19% på ΔT = 30 K, 56 K separat. Den termiske syklbarheten forbedres ved hjelp av Ni-erstattet PBA15,16,17,18.
Alternativt bruker et termisk regenerativt ammoniakkbatteri (TRAB) kobberbaserte redox-par [Cu(NH3)42+/Cu og Cu(II)/Cu] som opererer med omvendt temperaturgradient ved å bytte temperaturen på elektrolytt som drives sammen med positive og negative elektroder, som produserer en ηE på 0,53 % (13 % av ηnotcarnot- Dette systemet er imidlertid konfigurert med to tanker fulle av flytende elektrolytt, noe som forårsaker svak oppvarming og kjøling. Ammoniakkstrømmen i systemet skaper også bekymringer for sikkerhet, lekkasje og stabilitet19,20,21.
Her presenterer vi en asymmetrisk termoelektrokjemisk celle (aTEC) for varme-til-elektrisitet konvertering som kan være termisk ladet og elektrisk utladet ved kontinuerlig isothermal oppvarming uten å opprettholde en temperaturgradient i en geometrisk konfigurasjon eller bytte temperaturer i en termisk syklus. ATEC bruker asymmetriske elektroder, inkludert en grafenoksid (GO) katode og en polyanilin (PANI) anode, og KCl som elektrolytt. Det er termisk ladet via den termo-pseudokapasitive effekten av GO og deretter utladet med oksidasjonsreaksjonen til PANI. Spesielt viser aTEC en høy α på 4,1 mV / K og oppnår en ηE på 3,32%, den høyeste noensinne oppnådd ved 70 ° C (25,3% av 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

Lavverdig varme er rikelig tilgjengelig i miljøet som spillvarme. Effektiv konvertering av lavverdig varme til elektrisitet er svært vanskelig. Vi utviklet en asymmetrisk termoelektrokjemisk celle (aTEC) for varme-til-elektrisitet konvertering under isothermal drift i lading og lossing prosesser uten å utnytte termisk gradient eller termisk syklus. ATEC består av en grafenoksid (GO) katode, en polyanilin (PANI) anode, og 1M KCl som elektrolytt. Cellen genererer en spenning på grunn av pseudokapasitiv reaksjon av GO når oppvarming fra romtemperatur (RT) til en høy temperatur (TH, ~ 40-90 ° C), og deretter strøm er suksessivt produsert ved oksiderende PANI når en ekstern elektrisk belastning er koblet til. ATEC demonstrerer en bemerkelsesverdig temperaturkoeffisient på 4,1 mV /K og en høy varme-til-elektrisitet konverteringeffektivitet på 3,32%, arbeider på en TH = 70 ° C med en Carnot effektivitet på 25,3%, avduket en ny lovende termoelektrokjemisk teknologi for lavverdig varmegjenvinning.

ATEC-posecellen ble konfigurert med asymmetriske elektroder bestående av en GO-katode, en PANI-anode og fylt med KCl-elektrolytten. Tykkelsen på posen celle vist i figur 1A er 1 mm, noe som letter isothermal forhold mellom de to elektrodene samt effektiv varmeledning. Skanningelektronmikroskopiet (SEM) bilder av GO-katoden og PANI-anoden belagt på karbonpapir er vist i figur 1B og <strong clas...

Watch this Scientific Journal Video about Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation at JoVE.com

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

Lavkvalitet varme er rikelig, men effektiv utvinning er fortsatt en stor utfordring. Vi rapporterer en asymmetrisk termoelektrokjemisk celle ved hjelp av grafenoksid som katode og polyanilin som en anode med KCl som elektrolytt. Denne cellen fungerer under isothermal oppvarming, viser en høy varme-til-elektrisitet konvertering effektivitet i lavtemperatur regioner.

Asymmetrisk termoelektrokjemisk celle for høsting lavverdig varme under isothermal drift

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 ...

Lavgradig varme er rikelig, men effektiv lavgradig varmegjenvinning er fortsatt en stor utfordring. Så her foreslår vi en asymmetrisk termisk celle med høy energieffektivitet over 3%Den asymmetriske termiske cellen er termisk ladet og elektrisk utladet under isotermisk drift, slik at den har potensial for ulike applikasjoner, på grunn av sin fleksibilitet, lave kostnader og lav vekt. Ytelsen til asymmetrisk termisk celle avhenger sterkt av innholdet av oksygenfunksjonelle grupper og kvaliteten på elektroder.Forskere foreslås å følge protokollen nøye. Visuell demonstrasjon bidrar til å bedre forstå strukturen til asymmetrisk termocelle som en ny teknikk, og sikrer produksjonskvaliteten. Demonstrere prosedyren vil være Mu Kaiyu og Wang Xun, graduate student, og Dr.Huang Yu-Ting, post-doktorgrad fra vår lab.For å sette opp et kaldt vannbad, legg et dobbeltvegget glassbeger på en magnetisk rører, og sirkulerer isvann gjennom det ytre laget. Hell 100 milliliter svovelsyre i begeret, og slå på den magnetiske røreren. Tilsett ett gram natriumnitrat til begeret.Tilsett ett gram flakgrafitt til begeret som inneholder svovelsyren, og rør i en time i det kalde badet. Etter en time, legg gradvis til seks gram kaliumpermanganat til løsningen. Rør blandingen i ytterligere to timer.Etter to timer, erstatt isvannet i det ytre laget med vannet ved en temperatur på 35 grader Celsius. Endre reaksjonsmiljøet til 35 grader Celsius for videre prosedyre. Fortsett oksidasjonen av grafitten ved å røre i en halv time.Tilsett 46 milliliter av deionisert vann i begeret en dråpe om gangen, noe som vil øke temperaturen på begeret til området 80 til 90 grader Celsius. Syntesen av grafenoksid er en intens reaksjon. Følg protokollen nøye, og gjennomføre eksperimentene i filmhetten, med riktig laboratoriesikkerhetsutstyr.Tilsett 140 milliliter av deionisert vann, og deretter 20 milliliter hydrogenperoksid. Se etter gylne partikler av grafenoksid som skal vises som et resultat. Vask produktet grundig flere ganger med fortynnet saltsyre og ionisert vann til grafenoksidfjæringen når en pH på syv.Frys den vasket grafenoksid suspensjon over natten. Tørk den i en frysetørker til vannet fordamper helt. Bland grafenoksid, carbon black og PVDF i et masseforhold på 75 til 15 til 10, og legg dem i en glassflaske.Mål en mengde løsemiddel N-Metyl-2-pyrrolidon som er fire ganger massen av grafenoksid-karbon svart-PVDF blanding. Drypp oppløsningsvæsken inn i den faste blandingen. Bruk en mikser til å lage en pasta.Bland oppløsningsvæsken og fast stoff ved 2 000 o/min i 30 minutter. Deretter de-skum på 1, 200 RPM i to minutter. Pensel-coat pastaen på karbonpapir til pelsen har en massebelastning på åtte til 15 milligram per kvadratcentimeter.Tørk den i fire timer ved 40 grader Celsius. For å forberede en karboksymetylcelluloseløsning, oppløs CMC pulver 1% etter vekt i deionisert vann. Rør i 10 timer.Deretter legger du til 50 milligram gluko-smaragdvin-base polyanilin og 10 milligram karbon svart til et beger. Deretter legger du til 150 mikroliter av karboksymetylcelluloseløsningen til begeret. Bland med en magnetisk rører i 12 timer.For å fullføre fremstillingen av polyanilinslammen, tilsett seks mikroliter med 40% styren-butadienløsning til begeret, og rør i ytterligere 15 minutter. Legg et stykke karbonpapir på legebladcoateren. Slipp blandet polyanilinslam i forkant av karbonpapiret.Blad-coat slurry å produsere en film 400 mikrometer tykk på karbonpapiret. Tørk belegget i fire timer ved 50 grader Celsius. Gjør nåværende samlere ved å kutte titanfolie i riktig størrelse.Bruk en 20 kilohertz ultralyd spot-sveisemaskin for å koble hvert stykke folie til en nikkel fane. Plasser en porøs, hydrofil, polypropylenbasert separator mellom grafenoksidelektroden og en polyanilinelektrode. Stable hver elektrode med en nåværende samler.Sett sammen den asymmetriske termiske elektrokjemiske celleposen, eller asymmetrisk termocelle, ved å pakke elektrodene i aluminiumslaminert film. Bruk en kompakt vakuumforsegling til å forsegle tre sider av den aluminiumlaminerte filmen i fire sekunder. Injiser 500 mikroliter av en-molar kaliumkloridelektrolytt i posen, og la den likevekte i 10 minutter.Deretter ekstrudere overflødig elektrolytt. Forsegle den siste siden av posen i vakuumforseglingen. Påfør termisk pasta til grensesnitt av posen celle, for å sikre god termisk kontakt.For å sette opp temperaturkontrollsystemet, stable den asymmetriske termocellen mellom to termoelektriske moduler. Plasser termiske par på topp- og undersiden av cellen. Bruk en potentiostat til å utføre elektrokjemiske tester av asymmetrisk termocell.Utuk den termiske ladingen i åpen kretsmodus. Utfør den elektriske utladingsprosessen i lukket modus, med konstant strøm. En innebygd spenning, delta-v ikke, ble observert i åpne kretsforhold ved romtemperatur.Når asymmetrisk termocell ble oppvarmet fra romtemperatur til høy temperatur, økte cellespenningen etter hvert som elektroner flyttet til overflaten av grafenoksidet. Når en ekstern last ble koblet til, ble den asymmetriske termocellen utladet. Når den asymmetriske termocellen ble oppvarmet fra romtemperatur til en høy temperatur på 70 grader Celsius, nådde det åpne kretspotensialet 0,185 volt.Utslipp av asymmetrisk termocell ble utført under en konstant strøm på 0,1 milliamps. Det elektriske utdataarbeidet ble beregnet ved å integrere utladingsspenningen over ladekapasiteten. Den asymmetriske termocellen oppnådde en energikonverteringseffektivitet på 3,32% tilsvarende 25,3% av Carnot-effektiviteten.Sammenlignet med andre termoelektrokjemiske systemer, er energikonverteringseffektiviteten til den asymmetriske termocellen den høyeste noensinne oppnådd ved 70 grader Celsius. Den asymmetriske termocellen har potensial til å brukes til å konvertere spillvarme til elektrisitet i en rekke scenarier. Oksygen funksjonelle grupper er avgjørende for den termiske pseudo-komprimerende effekten av grafenoksid.Kvaliteten på syntesen av grafenoksid, og materialene som lastes i trinn 3.4, er viktig. Effektiviteten og sikringsevnen til asymmetriske termoceller kan forbedres ved å endre elektrodematerialene. For eksempel, ved å bruke prøyssisk blå analog som anoden.Denne teknologien utforsket først varme-til-elektrisitet konvertering under isotermiske operasjoner, og revolusjonerte de termiske elektrokjemiske systemene.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Chemistry

Unit 1

The First Law of Thermodynamics

SCIENTISTS IN ACTION

Particles without a Box: Brush-first Synthesis of Photodegradable PEG Star Polymers under Ambient Conditions

Partikler uten en boks: Brush-første Syntese av Fotonedbrytbar PEG-stjerners Polymers under omgivelsene

Convenient methods for the rapid, parallel synthesis of diversely functionalized nanoparticles will enable discovery of novel formulations for drug ...

Isolation and Preparation of Bacterial Cell Walls for Compositional Analysis by Ultra Performance Liquid Chromatography

Isolering og fremstilling av bakterielle cellevegger for komposisjonsanalyse ved ultraytelses væskekromatografi

The bacterial cell wall is critical for the determination of cell shape during growth and division, and maintains the mechanical integrity of cells in the ...

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-phosphinetriyltripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Mizoroki-Heck Cross-kobling reaksjoner katalysert av Dichloro {bis [1,1 &#39;, en&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium Under mild reaksjon betingelser

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 Biological Katalyse: Isotermisk Titrering Calorimetry å karakter enzymatiske reaksjoner

Isothermal titration calorimetry (ITC) is a well-described technique that measures the heat released or absorbed during a chemical reaction, using it as ...

Synthetic Methodology for Asymmetric Ferrocene Derived Bio-conjugate Systems via Solid Phase Resin-based Methodology

Syntetisk Methodology for Asymmetric Ferrocene Avledet Bio-konjugerte systemer via Solid Phase Resin-basert metode

Early detection is a key to successful treatment of most diseases, and is particularly imperative for the diagnosis and treatment of many types of cancer. ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

En enkel metode for størrelsen Kontrollert Syntese av Stabile Oligomere Klynger av gull nanopartikler under omgivelses

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry

Analysere foto-oksidasjon av 2-propanol i inneluft nivå konsentrasjoner bruker feltet asymmetrisk Ion mobilitet massespektrometri

We demonstrate a versatile protocol to be used for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) volatile ...

Phase Behavior of Charged Vesicles Under Symmetric and Asymmetric Solution Conditions Monitored with Fluorescence Microscopy

Fase virkemåten til ladet blemmer Under symmetriske og asymmetriske løsning forhold overvåket med fluorescens mikroskopi

Phase-separated giant unilamellar vesicles (GUVs) exhibiting coexisting liquid-ordered and liquid-disordered domains are a common biophysical tool to ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Væske-celle overføring elektronmikroskop for sporing selvstendig montering av nanopartikler

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera

Tid-løst Photophysical karakteristikk av trilling-fangst organiske forbindelser på et oksygenfri miljø ved hjelp av en iCCD kamera

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