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

Författarna erkänner konstruktiv diskussion med Prof. D.Y.C. Leung och Dr Y. Chen (University of Hong Kong), Prof. M.H.K. Leung (City University of Hong Kong), Dr. W. S. Liu (Southern University of Science and Technology) och Mr Frank H.T. Leung (Techskill [Asia] Limited). Författarna erkänner det ekonomiska stödet från General Research Fund vid Research Grants Council of Hong Kong Special Administrative Region, Kina, under tilldelningnummer 17204516 och 17206518, och innovations- och teknikfonden (Ref: ITS/171/16FX).

1. Beredning av grafenoxidelektroden
<ol><li>Syntes av grafenoxid via den modifierade Hummers metod<ol>
<li>Steg 1.1.2 och 1.1.3 inträffar vid en låg temperatur (<0 °C). Cirkulera isvatten som flyter genom det yttre lagret av en dubbel vägg glasbägare placeras på en magnetisk omrörare för att skapa låga temperaturförhållanden för reaktanter inuti.</li>
		<li>Blanda 1 g natriumnitrat (NaNO3) med 100 ml svavelsyra (H2SO4, reagenskvalitet, 95-98%) med långsam omrörning i bäg...

<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 omvandlar termisk energi till el via en termisk laddningsprocess vid uppvärmning från RT till TH och en på varandra följande elektrisk urladdningsprocess vid TH. Att bli av med beroendet av en temperaturgradient eller en temperaturcykel som TGC och TREC, tillåter aTEC isothermal uppvärmning under hela laddnings- och urladdningsprocesserna. Termisk inducerad spänning baseras på den pseudokapacitive effekten av GO eftersom uppvärmning underlättar chemisorption av protoner på syre funkt...

Allestädes närvarande lågvärdig värmeenergi (<100 °C) skulle kunna återvinnas och omvandlas till el1,2 men slösas i stället bort. Tyvärr är värmeåtervinning fortfarande en stor utmaning, eftersom omvandla låggradig värme till el är oftast ineffektiv på grund av den låga temperaturskillnaden och den distribuerade karaktären av värmekällorna3. Intensiv forskning har bedrivits i solid-state termoelektriska (TE) material och anordningar under de senaste decennierna, men skalbar tillämpning av TE-enheter i en lågvärdig värmeregim begränsas av låg energiomvandlingeffektivitet (ηE) av <2%4.
Alternativa metoder baserade på effekten av temperaturen på elektrokemiska celler har föreslagits som en lösning på detta problem, eftersom den joniska Seebeckskoefficienten (α) av termoelektrokemiska celler (TECs) är mycket högre än för TE-halvledare5,6. Termogalvaniska celler (TGC) använder redox aktiva elektrolyter inklämda mellan två identiska elektroder för att generera en spänning över cellen när en termisk gradient appliceras. Den vanliga akvaformade Fe(CN)63-/Fe(CN)64- elektrolyt i TFC rapporterades ha en α på -1,4 mV/K och ger en ηE på <1%7,8,9,10,11. TFC lider dock nackdelen med den dåliga joniska ledningsförmågan hos den flytande elektrolyten, vilket är ungefär tre storleksordningar som är mindre än den elektroniska ledningsförmågan i TE-material. Den elektriska ledningsförmågan skulle kunna förbättras, men denna förbättring åtföljs alltid av en högre värmeledningsförmåga, vilket leder till en lägre temperaturgradient. Därför är ηE av TGCs i sig begränsad på grund av avvägning mellan flytande elektrolytledning och temperaturkravet för de önskade redox reaktionerna på varje sida av elektroden.
En termiskt regenerativ elektrokemisk cykel (TREC)12,13,14 baserat på ett batterisystem med hjälp av en solid koppar hexacyanoferat (CuHCF) katod och en Cu / Cu+ anod rapporterades nyligen. TREC är konfigurerad som en påsecell för att förbättra elektrolytledningsansen, som visar en α på −1,2 mV/K och når en hög ηE på 3,7% (21% av ηcarnot) vid drift vid 60 °C och 10 °C. En gräns för TREC är dock att extern el krävs i början av processen för att ladda elektroderna i varje termisk cykel, vilket leder till komplicerade systemkonstruktioner14. En TREC utan denna begränsning kan uppnås, men det lider av en dålig omvandlingseffektivitet på <1%13. TREC-systemet visar att ett natriumjonsekundärt batteri (SIB)-typ termocell bestående av två typer av preussiska blå analoger (PBA) med olika α-värden kan skörda spillvärme. Värmeeffektiviteten (η) ökar proportionellt med ΔT. Dessutom når η 1,08%, 3,19% vid ΔT = 30 K, 56 K separat. Den termiska cyclabilityen förbättras med ni-byten PBA15,16,17,18.
Alternativt använder ett termiskt regenerativt ammoniakbatteri (TRAB) kopparbaserade redoxpar [Cu(NH3)42+/Cu och Cu(II)/Cu] som fungerar med lutningen på omvänd temperatur genom att byta temperaturen på elektrolyt en co-operated med positiva och negativa elektroder, vilket ger en ηE på 0,53% (13% av ηcarnot). Detta system är dock konfigurerat med två tankar fulla av flytande elektrolyt, vilket orsakar trög uppvärmning och kylning. Dessutom skapar ammoniakströmmen i systemet oro för säkerhet, läckage och stabilitet19,20,21.
Här presenterar vi en asymmetrisk termoelektrokemisk cell (aTEC) för värme till el konvertering som kan termiskt laddas och elektriskt urladdas genom kontinuerlig isothermal uppvärmning utan att upprätthålla en temperaturgradient i en geometrisk konfiguration eller växlingstemperaturer i en termisk cykel. ATEC använder asymmetriska elektroder, inklusive en grafenoxid (GO) katod och en polyaniline (PANI) anod, och KCl som elektrolyt. Det laddas termiskt via den thermo-pseudocapacitive effekten av GO och sedan släpps ut med oxidationsreaktionen av PANI. Noterbart är att aTEC uppvisar en hög α på 4,1 mV/K och uppnår en ηE på 3,32%, den högsta som någonsin uppnåtts vid 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

Låggradig värme är rikligt tillgänglig i miljön som spillvärme. En effektiv omvandling av låggradig värme till el är mycket svår. Vi utvecklade en asymmetrisk termoelektrokemisk cell (aTEC) för värme till el konvertering under isothermal drift i laddning och urladdning processer utan att utnyttja termisk lutning eller termisk cykel. ATEC består av en grafenoxid (GO) katod, en polyaniline (PANI) anod och 1M KCl som elektrolyt. Cellen genererar en spänning på grund av den pseudokapacitiva reaktionen av GO vid uppvärmning från rumstemperatur (RT) till en hög temperatur (TH, ~ 40-90 °C), och sedan ström successivt produceras genom oxidering PANI när en extern elektrisk belastning är ansluten. ATEC visar en anmärkningsvärd temperaturkoefficient på 4,1 mV/K och en hög värme-till-el-omvandlingseffektivitet på 3,32 %, som arbetar vid en TH = 70 °C med en Carnot-effektivitet på 25,3%, som presenterar en ny lovande termoelektrokemisk teknik för låggradig värmeåtervinning.

ATEC-påscellen har konfigurerats med asymmetriska elektroder som består av en GO-katod, en PANI-anod och fylld med KCl-elektrolyten. Tjockleken på påscellen som visas i figur 1A är 1 mm, vilket underlättar isothermal förhållanden mellan de två elektroderna samt effektiv värmeledning. SEM-bilderna (Scanning electron microscopy) av GO-katoden och PANI-anoden belagd på kolpapper visas i figur 1B</...

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

Låggradig värme är riklig, men dess effektiva återhämtning är fortfarande en stor utmaning. Vi rapporterar en asymmetrisk termoelektrokemisk cell med grafenoxid som katod och polyaniline som en anod med KCl som elektrolyt. Denna cell arbetar under isothermal uppvärmning, uppvisar en hög värme-till-el omvandlingeffektivitet i lågtemperaturregioner.

Asymmetrisk termoelektrokemisk cell för skörd lågvärdig värme under Isothermal Operation

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 ...

Lågvärdig värme är riklig, men effektiv låggradig värmeåtervinning är fortfarande en stor utmaning. Så här föreslår vi en asymmetrisk termisk cell med en hög energieffektivitet över 3%Den asymmetriska termiska cellen är termiskt laddad och elektriskt urladdad under isotermisk drift, så den har potential för olika tillämpningar, på grund av dess flexibilitet, låg kostnad, och låg vikt. Prestandan hos asymmetrisk termisk cell är starkt beroende av innehållet i syre-funktionella grupper och kvaliteten på elektroder.Forskare föreslås att strikt följa protokollet. Visuell demonstration hjälper bättre förstå strukturen av asymmetrisk termocell som en ny teknik, och säkerställer produktionskvaliteten. Demonstrera förfarandet kommer att Mu Kaiyu och Wang Xun, doktorand, och Dr.Huang Yu-Ting, post-doktorat från vårt labb.För att ställa in ett kallt vattenbad, placera en dubbelväggig glasbägare på en magnetisk omrörare och cirkulera isvatten genom det yttre lagret. Häll 100 milliliter svavelsyra i bägaren, och slå på den magnetiska omröraren. Tillsätt ett gram natriumnitrat i bägaren.Tillsätt ett gram flinggrafit i bägaren som innehåller svavelsyran och rör om i en timme i det kalla badet. Efter en timme, tillsätt gradvis sex gram kaliumpermanganat till lösningen. Rör om blandningen i ytterligare två timmar.Efter två timmar, byt ut isvattnet i det yttre lagret med vattnet vid en temperatur av 35 grader Celsius. Ändra reaktionsmiljön till 35 grader Celsius för vidare procedur. Fortsätt oxidationen av grafiten genom att under en halvtimme röra om.Tillsätt 46 milliliter av avjoniserat vatten i bägaren en droppe i taget, vilket kommer att höja temperaturen på bägaren till intervallet 80 till 90 grader Celsius. Syntesen av grafenoxid är en intensiv reaktion. Vänligen strikt följa protokollet, och genomföra experimenten i filmen huva, med korrekt laboratoriesäkerhetsutrustning.Tillsätt 140 milliliter avjoniserat vatten, och sedan 20 milliliter väteperoxid. Leta efter gyllene partiklar av grafenoxid att visas som ett resultat. Tvätta produkten noggrant flera gånger med utspädd saltsyra och avjoniserat vatten tills grafenoxidfjädringen når ett pH-värde på sju.Frys den tvättade grafenoxidfjädringen över natten. Torka den i en frystork tills vattnet avdunstar helt. Blanda grafenoxid, kimrök och PVDF i ett massförhållande på 75 till 15 till 10, och lägg dem i en glasflaska.Mät en mängd lösningsmedel N-Metyl-2-pyrrolidon som är fyra gånger massan av grafenoxid-kol svart-PVDF blandningen. Droppa lösningsmedlet i den fasta blandningen. Använd en mixer för att skapa en pasta.Blanda lösningsmedlet och fast vid 2, 000 RPM i 30 minuter. Sedan, de-foam på 1, 200 RPM i två minuter. Brush-coat pastan på karbonpapper tills pälsen har en massa lastning av åtta till 15 milligram per kvadratcentimeter.Torka den i fyra timmar vid 40 grader Celsius. För att förbereda en karboxymetylcellulosalösning, lös UPP CMC-pulver 1%viktprocent i avjoniserat vatten. Rör om i 10 timmar.Därefter lägger du till 50 milligram gluko-smaragdisk-bas polyanilin och 10 milligram kimrök till en bägare. Tillsätt sedan 150 mikroliter av karboxymetylcellulosalösningen till bägaren. Blanda med en magnetisk omrörare i 12 timmar.För att slutföra beredning av polyanilin slurry, tillsätt sex mikroliter av 40%styren-butadien lösning till bägaren, och rör om i ytterligare 15 minuter. Placera en bit karbonpapper på läkaren blad coater. Släpp den blandade polyanilinslammningen i karbonpapprets framkant.Blad-coat slurry att producera en film 400 mikrometer tjock på karbonpapper. Torka beläggningen i fyra timmar vid 50 grader Celsius. Gör strömsamlare genom att skära titanfolie i lämplig storlek.Använd en 20 kilohertz ultraljud punkt-svetsmaskin för att ansluta varje bit folie till en nickel flik. Placera en porös, hydrofil, polypropylenbaserad separator mellan grafenoxidelektroden och en polyanilinelektd. Stapla varje elektrod med en strömsamlare.Montera den asymmetriska termiska elektrokemiska cellpåsen, eller asymmetriska termocellen, genom att packa elektroderna i aluminiumlaminerad film. Med hjälp av en kompakt vakuumtätare, försegla tre sidor av aluminium-laminerad film i fyra sekunder. Injicera 500 mikroliter av en-molar kaliumkloridelektrolyt i påsen, och låt den ekvilomedela i 10 minuter.Sedan, extrudera överskottet elektrolyt. Täta den sista sidan av påsen i vakuumförslutningsaren. Applicera termisk pasta till gränssnitt av pouch cell, för att säkerställa god termisk kontakt.För att ställa in temperaturkontrollsystemet, stapla den asymmetriska termocellen mellan två termo-elektriska moduler. Placera termiska par på toppen och botten sidorna av cellen. Använd en potentiostat för att utföra elektrokemiska tester av den asymmetriska termocellen.Leda termisk laddningen i open-circuit-läge. Utför den elektriska urladdningsprocessen i slutet läge, vid en konstant ström. En inbyggd spänning, delta-v inte, observerades i öppna-krets förhållanden vid rumstemperatur.När den asymmetriska termocellen värmdes upp från rumstemperatur till hög temperatur ökade cellspänningen när elektroner flyttades till grafenoxidens yta. När en extern belastning var ansluten, var den asymmetriska termocell urladdat. När den asymmetriska termocellen värmdes från rumstemperatur till en hög temperatur på 70 grader Celsius nådde den öppna kretspotentialen 0,185 volt.Urladdning av den asymmetriska termocellen genomfördes under en konstant ström på 0,1 milliammar. Det elektriska arbetet för utmatning beräknades, genom att integrera urladdningsspänningen över laddningskapaciteten. Den asymmetrical thermocellen nådde fram till en energieffektivitet av 3.32%motsvarighet till 25.3%av den Carnot effektiviteten.Jämfört med andra termoelektrokemiska system är energieffektiviteten hos den asymmetriska termocellen den högsta som någonsin uppnåtts vid 70 grader Celsius. Den asymmetriska termocellen har potential att användas för att omvandla spillvärme till elektricitet i en mängd olika scenarier. De funktionella grupperna syre är väsentliga för den termiska pseudokomprimeringseffekten av grafenoxid.Kvaliteten på syntesen av grafenoxid, och materialen lastning i steg 3.4, är viktiga. Effektiviteten och de asymmetriska termocellernas kan förbättras genom att elektrodmaterialen förändras. Till exempel genom att använda preussisk blå analog som anod.Denna teknik utforskade först värme-till-el konvertering under isotermiska operationer, och revolutionerade termiska elektrokemiska system.

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

Partiklar utan Box: Brush-första syntes av fotodegraderbara PEG Star Polymers under normala förhållanden

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 och beredning av bakteriella cellväggar för kompositionsanalys av ultraprestanda flytande kromatografi

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-Arg-kopplingsreaktioner katalyserade av diklor {bis [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium under milda reaktionsbetingelser

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 biologisk katalys: Isotermiska Titrering Calorimetry för att karaktärisera enzymatiska reaktioner

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 Metodik för Asymmetric Ferrocen Härledda Bio-konjugerade system via Solid Phase Harts-metodik

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 metod för storleken Kontrollerad Syntes av stabila Oligomera Kluster av guld nanopartiklar under normala förhållanden

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

Analysera Photo-oxidation av 2-propanol i inomhusluft nivå koncentrationer använder fältet asymmetrisk Ion rörlighet spektrometri

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

Fas beteende av laddade blåsor Under symmetriska och asymmetriska lösning förhållanden övervakas med fluorescensmikroskopi

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

Vätska-cell transmissionselektronmikroskopi för spårning självmontering av nanopartiklar

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-löst Photophysical karakterisering av triplett-skörd organiska föreningar i en syrefri miljö med 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 ...