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

Yazarlar Prof. D.Y.C. Leung ve Dr. Y. Chen (Hong Kong Üniversitesi), Prof. M.H.K. Leung (Hong Kong Şehir Üniversitesi), Dr. W. S. Liu (Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi) ve Bay Frank H.T. Leung (Techskill [Asia] Limited) ile yapıcı bir tartışma kabul etmektedirler. Yazarlar, 17204516 ve 17206518 ödül numarası ve Yenilik ve Teknoloji Fonu (Ref: ITS/171/16FX) altında Hong Kong Özel İdare Bölgesi Araştırma Hibeleri Konseyi Genel Araştırma Fonu'nun mali desteğini kabul etmektedirler.

1. Grafen oksit elektrotunun hazırlanması
<ol><li>Modifiye Hummer yöntemi ile grafen oksit sentezi<ol>
<li>1.1.2 ve 1.1.3 adımları düşük sıcaklıkta (<0 °C) gerçekleşir. Bir çift duvar cam kabıdış tabaka üzerinden akan buz suyu dolaşımı içinde reaktanlar için düşük sıcaklık koşulları oluşturmak için bir manyetik karıştırıcı üzerine yerleştirilen.</li>
		<li>1 g sodyum nitrat (NaNO3)ile 100 mL sülfürik asit (H2SO4, reaktif sınıfı, %95-98) karı?...

<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, RT'den TH'ye ısıtma sırasında termal bir şarj işlemi ve TH'deart arda elektrik boşaltma işlemi ile termal enerjiyi elektriğe dönüştürür. Bir sıcaklık degradesine veya TGC ve TREC gibi bir sıcaklık döngüsüne olan bağımlılıktan kurtulan aTEC, tüm şarj ve boşaltma işlemleri sırasında isothermal ısıtma işlemine olanak tanır. Isıl ısıl uyarılmış gerilim GO'nun psödokapasi etkisine dayanır, çünkü ısıtma, protonların GO'nun oksijen fonksiyonel gruplar?...

Her yerde bulunan düşük dereceli ısı enerjisi (<100 °C) geri dönüştürülebilir ve elektriğe dönüştürülebilir1,2 ama bunun yerine boşa harcanır. Ne yazık ki, ısı geri kazanımı hala büyük bir sorundur, çünkü düşük dereceli ısıyı elektriğe dönüştürmek genellikle düşük sıcaklık farkı ve ısı kaynaklarının dağıtılmış doğası nedeniyle verimsizdir3. Son yıllarda katı hal termoelektrik (TE) malzeme ve cihazlarında yoğun araştırmalar yapılmıştır, ancak DÜŞÜK dereceli ısı rejiminde TE cihazlarının ölçeklenebilir uygulaması düşük enerji dönüşüm verimliliği(ηE)ile sınırlıdır <2%4.
Termoelektrokimyasal hücrelerin (TECs) iyonik Seebeck katsayısı (α) TE yarı iletkenler5,6çok daha yüksek olduğundan, elektrokimyasal hücreler üzerinde sıcaklık etkisine dayalı alternatif yaklaşımlar, bu soruna bir çözüm olarak önerilmiştir. Termogalvanik hücreler (TGC), termal degrade uygulandığında hücre boyunca voltaj oluşturmak için iki özdeş elektrot arasında sıkışmış redoks aktif elektrolitler kullanır. Yaygın olarak kullanılan sulu Fe(CN)63-/Fe(CN)64- TGC'lerde elektrolitin α -1.4 mV/K'ye sahip olduğuve %7 ,8,9,10,11'lik bir α'ya sahip olduğu bildirilmiştir. Ancak, TGC'ler sıvı elektrolitin kötü iyonik iletkenliğinin dezavantajına maruz kalırlar, bu da TE malzemelerindeki elektronik iletkenlikten yaklaşık üç derece daha küçüktür. Elektrik iletkenliği geliştirilebilir, ancak bu gelişmeye her zaman daha düşük bir sıcaklık degradesi yol açan daha yüksek bir ısı iletkenliği eşlik ediyor. Bu nedenle, TGC'lerin e'si, sıvı elektrolit iletkenliği ile elektrotun her iki tarafında istenilen redoks reaksiyonları için sıcaklık gereksinimi arasındaki denge nedeniyle doğal olarak sınırlıdır. 
Bir termal rejeneratif elektrokimyasal döngüsü (TREC)12,13,14 katı bakır heksakraloferrate (CuHCF) katot ve Cu / Cu+ anodu kullanarak bir pil sistemi dayalı son zamanlarda bildirilmiştir. TREC, elektrolit iletkenliğini iyileştirmek için bir kese hücresi olarak yapılandırılır, α −1.2 mV/K'yi gösterir ve 60 °C ve 10 °C'de çalıştırıldığında %3,7 (ηcarnot'un%21'i) yüksek bir E'ye ulaşır. Bununla birlikte, TREC bir sınırı dış elektrik her termal döngüde elektrotlar şarj etmek için sürecin başında gerekli olmasıdır, karmaşık sistem tasarımları yolaçan 14. Bu sınırlama olmadan bir TREC elde edilebilir, ancak <1%13düşük bir dönüşüm verimliliği muzdarip. TREC sistemi, farklı α değerlerine sahip iki tip Prusya mavisi analoglarından (PBA) oluşan sodyum-iyon ikincil pil (SIB) tipi bir termik hücrenin atık ısıyı hasat edebildiği ortaya koymaktadır. Termal verim (η) ΔT ile orantılı olarak artar. Ayrıca, δt = 30 K, 56 K ayrı ayrı % 1.08, %3.19'a ulaşır. Isı döngüselliği Ni-ikame PBA15,16,17,18kullanılarak geliştirilmiştir.
Alternatif olarak, termal olarak rejeneratif amonyak pili (TRAB) bakır bazlı redoks çiftleri kullanır [Cu(NH3)42+/Cu ve Cu(II)/Cu] elektrolitin sıcaklığını pozitif ve negatif elektrotlarla birlikte değiştirerek ters sıcaklık gradyanı ile çalışır, bu da %0,53 (%13) karnotüretir. Ancak, bu sistem sıvı elektrolit dolu iki tank ile yapılandırılır, yavaş ısıtma ve soğutma neden. Ayrıca, sistemde amonya akışı güvenlik, sızıntı ve istikrar19,20,21ile ilgili endişeler oluşturur.
Burada, geometrik konfigürasyonda bir sıcaklık degradesi tutmadan veya termal döngüde sıcaklıkları değiştirmeden sürekli izotermal ısıtma ile ısıyüklü ve elektriksel olarak deşarj edilebilen ısı-elektrik dönüşümü için asimetrik bir termoelektrokimyasal hücre (aTEC) salıyoruz. ATEC, grafen oksit (GO) katot ve poliyanin (PANI) anodu ve elektrolit olarak KCl dahil olmak üzere asimetrik elektrotlar kullanır. Go'nun termo-psödokapasif etkisi ile ısıl olarak şarj edilir ve pani oksidasyon reaksiyonu ile boşaltılır. Özellikle, aTEC 4,1 mV/K yüksek α sergiler ve% 3,32, şimdiye kadar 70 °C (ηCarnot%25,3) ulaşılan en yüksek bir ηE ulaşır.

<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

Düşük dereceli ısı, atık ısı olarak çevrede bol miktarda bulunur. Düşük dereceli ısının elektriğe verimli bir şekilde dönüştürülmesi çok zordur. Termal degrade veya termal döngüden yararlanmadan şarj ve boşaltma işlemlerinde isotermal çalışma altında ısı-elektrik dönüşümü için asimetrik bir termoelektrokimyasal hücre (aTEC) geliştirdik. ATEC grafen oksit (GO) katot, bir poliyanin (PANI) atodu ve elektrolit olarak 1M KCl oluşur. Hücre, oda sıcaklığından (RT) yüksek sıcaklığa (TH, ~40-90 °C) ısıtılırken GO'nun psödokapasif reaksiyonu nedeniyle bir gerilim oluşturur ve harici bir elektrik yükü bağlandığında pani oksitlenerek akım art arda üretilir. ATEC, 4,1 mV/K'lık dikkate değer bir sıcaklık katsayısı ve %3,32'lik yüksek ısı-elektrik dönüşüm verimi göstererek, TH = 70 °C'de %25,3'lük carnot verimliliğiyle çalışarak düşük dereceli ısı geri kazanımı için umut verici yeni bir termoelektrokimyasal teknolojiyi ortaya koymaktadır.

ATEC kese hücresi, GO katodu, pani atodu içeren asimetrik elektrotlarla yapılandırıldı ve KCl elektroliti ile dolduruldu. Şekil 1A'da gösterilen kese hücresinin kalınlığı 1 mm olup, bu da iki elektrot arasındaki isotermal koşulları ve etkin ısı iletimini kolaylaştırır. GO katot ve karbon kağıda kaplanmış PANI anotun taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri Şekil 1B</str...

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

Düşük dereceli ısı bol, ama verimli kurtarma hala büyük bir sorundur. Elektrolit olarak KCl ile bir anot olarak katot ve polyanilin olarak grafen oksit kullanarak bir asimetrik termoelektrokimyasal hücre rapor. Bu hücre, düşük sıcaklıklı bölgelerde yüksek ısı-elektrik dönüşüm verimliliği sergileyen, isotermal ısıtma altında çalışır.

Isothermal Operasyon Altında Düşük Dereceli Isı Hasat Için Asimetrik Termoelektrokimyasal Hücre

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 ...

Düşük dereceli ısı bol, ama verimli düşük dereceli ısı geri kazanımı hala büyük bir sorundur. Yani burada, %3'ün üzerinde yüksek enerji verimliliğiolan asimetrik bir termal hücre öneriyoruz Asimetrik termal hücre ısıyüklüdür ve elektriksel olarak isothermal operasyon altında boşaltılır, bu nedenle esnekliği, düşük maliyeti ve hafifliği nedeniyle çeşitli uygulamalar için potansiyele sahiptir. Asimetrik termal hücrenin performansı büyük ölçüde oksijen-fonksiyonel grupların içeriğine ve elektrotların kalitesine bağlıdır.Araştırmacıların protokolü harfiharfiyle izlemeleri önerilmektedir. Görsel gösteri, yeni bir teknik olarak asimetrik termopilin yapısını daha iyi anlamanıza yardımcı olur ve üretim kalitesini sağlar. Prosedürü gösteren Mu Kaiyu ve Wang Xun, yüksek lisans öğrencisi, ve Dr Huang Yu-Ting, bizim laboratuvardan doktora sonrası olacaktır.Soğuk su banyosu kurmak için, manyetik bir karıştırıcı üzerine çift duvarlı cam kabı yerleştirin ve dış tabaka boyunca buzlu su dolaşın. Kabın içine 100 mililitre sülfürik asit dökün ve manyetik karıştırıcıyı açın. Kabına bir gram sodyum nitrat ekleyin.Sülfürik asit içeren kabına bir gram pul grafit ekleyin ve soğuk banyoda bir saat karıştırın. Bir saat sonra, yavaş yavaş çözeltiye potasyum permanganat altı gram ekleyin. Karışımı iki saat daha karıştırın.İki saat sonra, dış tabakadaki buzlu suyu 35 santigrat derece sıcaklıkta suyla değiştirin. Daha fazla işlem için reaksiyon ortamını 35 dereceye değiştirin. Yarım saat karıştırarak grafitin oksidasyonuna devam edin.Kabın içine 46 mililitre deiyonize su ekleyin, bu da kabın sıcaklığını 80 ila 90 santigrat dereceye çıkaracak. Grafen oksit sentezi yoğun bir reaksiyondur. Lütfen protokolü sıkı bir şekilde takip edin ve deneyleri uygun laboratuvar güvenlik ekipmanlarıyla film başlığında gerçekleştirin.140 mililitre deiyonize su ve 20 mililitre hidrojen peroksit ekleyin. Bunun sonucunda ortaya çıkacak grafen oksitin altın parçacıklarına bakın. Grafen oksit süspansiyon yedi pH ulaşana kadar seyreltik hidroklorik asit ve deiyonize su ile iyice birkaç kez ürün yıkayın.Yıkanmış grafen oksit süspansiyonu bir gecede dondurun. Su tamamen buharlaşana kadar dondurucuda kurutun. Grafen oksit, karbon siyahı ve PVDF'yi 75-15 ila 10 arasında bir kütle oranında karıştırın ve cam bir şişeye koyun.Grafen oksit-karbon siyah-PVDF karışımının kütlesinin dört katı olan bir miktar çözücü N-Metil-2-pyrrolidone'yi ölçün. Çözücüyu katı karışıma damlatın. Bir yapıştırmak için bir mikser kullanın.Çözücü ve katıyı 2,000 RPM'de 30 dakika karıştırın. Sonra, 1, 200 RPM iki dakika için köpük de-köpük. Macun, santimetre kare başına 8 ila 15 miligram lık bir toplu yüklemeye sahip olana kadar macunu karbon kağıda yapıştırın.40 derecede dört saat kurutun. Karboksimetilselüloz çözeltisi hazırlamak için CMC tozunu deiyonize suda ağırlık olarak %1 oranında çözün. 10 saat karıştırın.Sonra, bir kabına 50 miligram gluko-zümrüt-baz polyaniline ve 10 miligram karbon siyahı ekleyin. Sonra, kabına karboksimetilselüloz çözeltisi 150 mikrolitre ekleyin. 12 saat boyunca bir manyetik karıştırıcı ile karıştırın.Polyaniline bulamaç hazırlanması tamamlamak için, kabına% 40 stiren-bütadine çözeltisi altı mikrolitre ekleyin ve başka bir 15 dakika karıştırın. Doktor bıçak coater üzerine karbon kağıt bir parça yerleştirin. Karbon kağıdın önde gelen kenarına karışık polyaniline bulamaç bırakın.Bıçak-coat karbon kağıt üzerinde 400 mikrometre kalınlığında bir film üretmek için bulamaç. Kaplamayı 50 derecede dört saat kurutun. Uygun boyuta titanyum folyo keserek akım kollektörleri olun.Bir nikel sekmesine folyo her parça bağlamak için 20 kilohertz ultrasonik nokta kaynak makinesi kullanın. Grafen oksit elektrot ve poliyanin elektrot arasına gözenekli, hidrofilik, polipropilen esaslı ayırıcı yerleştirin. Her elektrot bir akım toplayıcı ile yığını.Alüminyum lamine filmelektrotları paketleyerek asimetrik termal elektro-kimyasal hücre kesesini veya asimetrik termifoyu monte edin. Kompakt bir vakum mühürleyici kullanarak, alüminyum lamine filmin üç tarafını dört saniye boyunca kapatın. Kese içine 500 mikrolitre tek molar potasyum klorür elektrolit enjekte edin ve 10 dakika boyunca dengede olmasını bekleyin.Sonra, aşırı elektrolit ivezne. Kesenin son tarafını vakum lu mühürle yapıştırın. İyi termal temas sağlamak için kese hücresi arayüzlerine termal macun uygulayın.Sıcaklık kontrol sistemini kurmak için asimetrik termohücreyi iki termoelektrik modül arasına yerleştirin. Hücrenin üst ve alt taraflarına termal çiftler yerleştirin. Asimetrik termohücrenin elektrokimyasal testlerini gerçekleştirmek için bir potansiyostat kullanın.Termal şarjı açık devre modunda gerçekleştirin. Elektrikboşaltma işlemini kapalı modda, sabit bir akımda gerçekleştirin. Oda sıcaklığında açık devre koşullarında delta-v olmayan dahili voltaj gözlendi.Asimetrik termopil oda sıcaklığından yüksek sıcaklığa ısıtıldığında, elektronlar grafen oksit yüzeyine taşındıkça hücre gerilimi artmıştır. Harici bir yük bağlandığında, asimetrik termopil boşaltıldı. Asimetrik termopil oda sıcaklığından 70 santigrat dereceyüksek bir sıcaklığa ısıtıldığında, açık devre potansiyeli 0,185 volta ulaştı.Asimetrik termik hücrenin boşalması 0.1 miliamper sabit akım altında gerçekleştirildi. Çıkış elektrik çalışması, boşaltma geriliminin şarj kapasitesi üzerinden entegre edilmesiyle hesaplanmıştır. Asimetrik termik hücre, Carnot verimliliğinin %25,3'üne eşdeğer %3,32'lik bir enerji dönüşüm verimliliğine ulaşmıştır.Diğer termoelektrokimyasal sistemlerle karşılaştırıldığında, asimetrik termopilin enerji dönüşüm verimliliği 70 santigrat derecede elde edilen en yüksek sıcaklıktır. Asimetrik termik hücre, çok çeşitli senaryolarda atık ısıyı elektriğe dönüştürmek için kullanılma potansiyeline sahiptir. Oksijen fonksiyonel grupları grafen oksit termal psödo-kompaktif etkisi için gereklidir.Grafen oksit sentezinin kalitesi ve 3.4 adımda yüklenen malzemeler önemlidir. Elektrot malzemelerinin değiştirilmesiyle asimetrik termohücrelerin verimliliği ve securability'i geliştirilebilir. Örneğin, anod olarak Prusya mavisi analog kullanarak.Bu teknoloji ilk olarak isothermal operasyonlar altında ısıdan elektriğe dönüşüm araştırdı ve termal elektrokimyasal sistemlerde devrim yarattı.

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

Koli olmadan Parçacıklar: Ortam Koşullarında fotoaynşmaya PEG Yıldız Polimerlerin Fırça-ilk Sentez

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

Ultra Performanslı Sıvı Kromatografisi ile Bileşimsel Analiz için Bakteriyel Hücre Duvarlarının İzolasyonu ve Hazırlanması

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

Hafif reaksiyon koşulları altında paladyum - Dikloro {bis [(phosphinetriyl) tripiperidine 1,1 &#39;, 1&#39;&#39;]} katalize Mizoroki-Heck Çapraz bağlama reaksiyonları

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

Sıcak Biyolojik kataliz: İzotermal Titrasyon Kalorimetre enzimatik reaksiyonların Characterize

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

Katı Faz Reçine-tabanlı Metodoloji aracılığıyla Asimetrik Ferrosen Türetilmiş Bio-konjuge Sistemleri Sentetik Metodoloji

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

Ortam Koşullarında Altın Nanopartiküller Kararlı Oligomerik Kümeleri Boyut Kontrollü Sentezi için Basit Bir Yöntem

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

2-propanol iç hava düzey konsantrasyonlarda alan asimetrik iyon mobilite spektrometresi kullanılarak fotoğraf oksidasyonunu analiz

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

Şarj edilmiş veziküller Floresans mikroskobu ile izlenen simetrik ve asimetrik çözüm koşullarda davranışını faz

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

Hücre içi sıvı iletim elektron mikroskobu nano tanecikleri, kendinden montajlı takibi için

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

Zaman karar vermek Photophysical karakterizasyonu üçlüsü-hasat organik bileşikler bir oksijensiz ortamı kullanarak bir 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 ...