Asymmetrische thermoelektrochemische Zelle zur Ernte von minderwertiger Wärme im isothermen Betrieb

Low-Grade-Wärme ist reichlich vorhanden, aber effiziente low-grade Wärmerückgewinnung ist immer noch eine große Herausforderung. Hier schlagen wir also eine asymmetrische Wärmezelle mit einer hohen Energieeffizienz von über 3% vor. Die asymmetrische Wärmezelle wird im isothermen Betrieb thermisch geladen und elektrisch entladen, so dass sie aufgrund ihrer Flexibilität, geringen Kosten und ihres geringen Gewichts Potenzial für verschiedene Anwendungen hat. Die Leistung der asymmetrischen Wärmezelle hängt stark vom Gehalt an sauerstofffunktionellen Gruppen und der Qualität der Elektroden ab.

Forschern wird vorgeschlagen, das Protokoll strikt zu befolgen. Visuelle Demonstration hilft, die Struktur der asymmetrischen Thermozelle als neue Technik besser zu verstehen und stellt die Produktionsqualität sicher. Demonstriert wird das Verfahren von Mu Kaiyu und Wang Xun, Doktorand, und Dr.Huang Yu-Ting, Post-Doktorand aus unserem Labor.

Um ein Kaltwasserbad einzurichten, legen Sie einen doppelwandigen Glasbecher auf einen Magnetrührer und zirkulieren Eiswasser durch die äußere Schicht. 100 Milliliter Schwefelsäure in das Becherglas gießen und den Magnetrührer einschalten. Fügen Sie ein Gramm Natriumnitrat in das Becherglas.

Ein Gramm Flockengraphit in den Becher geben, der die Schwefelsäure enthält, und eine Stunde im kalten Bad rühren. Nach einer Stunde nach und nach sechs Gramm Kaliumpermanganat in die Lösung geben. Rühren Sie die Mischung für weitere zwei Stunden.

Nach zwei Stunden das Eiswasser in der äußeren Schicht mit dem Wasser bei einer Temperatur von 35 Grad Celsius ersetzen. Ändern Sie die Reaktionsumgebung auf 35 Grad Celsius für weitere Verfahren. Setzen Sie die Oxidation des Graphites durch Rühren für eine halbe Stunde fort.

Fügen Sie 46 Milliliter entionisiertes Wasser in das Becherglas ein Tropfen nach dem anderen, die die Temperatur des Bechers auf den Bereich von 80 bis 90 Grad Celsius erhöhen wird. Die Synthese von Graphenoxid ist eine intensive Reaktion. Bitte befolgen Sie das Protokoll strikt und führen Sie die Experimente in der Filmhaube mit entsprechender Laborsicherheitsausrüstung durch.

Fügen Sie 140 Milliliter entionisiertes Wasser und dann 20 Milliliter Wasserstoffperoxid hinzu. Achten Sie darauf, dass als Ergebnis goldene Partikel aus Graphenoxid erscheinen. Waschen Sie das Produkt mehrmals gründlich mit verdünnter Salzsäure und entionisiertem Wasser, bis die Graphenoxidsuspension einen pH-Wert von sieben erreicht.

Die gewaschene Graphenoxidsuspension über Nacht einfrieren. Trocknen Sie es in einem Gefriertrockner, bis das Wasser vollständig verdunstet. Graphenoxid, Ruß und PVDF in einem Massenverhältnis von 75 bis 15 bis 10 mischen und in eine Glasflasche geben.

Messen Sie eine Menge Lösungsmittel N-Methyl-2-Pyrrolidon, die viermal so groß ist wie das Graphenoxid-Kohlenstoff-Schwarz-PVDF-Gemisch. Das Lösungsmittel in das feste Gemisch abtropfen lassen. Verwenden Sie einen Mixer, um eine Paste zu erstellen.

Mischen Sie das Lösungsmittel und fest bei 2 000 RPM für 30 Minuten. Dann de-Schaum bei 1, 200 RPM für zwei Minuten. Bürsten Sie die Paste auf Kohlenstoffpapier, bis die Beschichtung eine Massenbelastung von acht bis 15 Milligramm pro Quadratzentimeter hat.

Vier Stunden bei 40 Grad Celsius trocknen. Um eine Carboxymethylcellulose-Lösung vorzubereiten, lösen Sie CMC-Pulver 1% Des Gewichts in entionisiertem Wasser auf. 10 Stunden umrühren.

Als nächstes fügen Sie 50 Milligramm Gluco-Smaragd-Basis-Polyaniin und 10 Milligramm Ruß zu einem Becher hinzu. Dann 150 Mikroliter der Carboxymethylcellulose-Lösung in das Becherglas geben. Mit einem Magnetrührer 12 Stunden lang mischen.

Um die Zubereitung der Polyaniin-Schlämme abzuschließen, sechs Mikroliter 40%Styrol-Butadien-Lösung in den Becher geben und weitere 15 Minuten rühren. Legen Sie ein Stück Kohlepapier auf die Schaberklinge. Lassen Sie die gemischte Polyaniinschlämme an der Vorderkante des Kohlenstoffpapiers fallen.

Die Gülle wird mit der Klinge beschichtet, um eine 400 Mikrometer dicke Folie auf dem Kohlenstoffpapier herzustellen. Trocknen Sie die Beschichtung für vier Stunden bei 50 Grad Celsius. Machen Sie stromgroße Kollektoren, indem Sie Titanfolie in die entsprechende Größe schneiden.

Verwenden Sie eine 20-Kilohertz-Ultraschall-Spotschweißmaschine, um jedes Stück Folie an eine Nickellasche anzuschließen. Legen Sie einen porösen, hydrophilen Trenner auf Polypropylenbasis zwischen die Graphenoxidelektrode und eine Polyanilineelektrode. Stapeln Sie jede Elektrode mit einem Stromkollektor.

Montieren Sie den asymmetrischen thermischen elektrochemischen Zellbeutel oder die asymmetrische Thermozelle, indem Sie die Elektroden in Aluminium-laminierte Folie verpacken. Mit einem kompakten Vakuumversiegeler versiegeln Sie drei Seiten der Aluminium-laminierten Folie für vier Sekunden. Injizieren Sie 500 Mikroliter einmollaren Kaliumchloridelektrolyt in den Beutel, und lassen Sie es für 10 Minuten ausausgleichen.

Dann extrudieren Sie den überschüssigen Elektrolyt. Versiegeln Sie die letzte Seite des Beutels im Vakuumversiegelung. Wenden Sie thermische Paste auf Schnittstellen der Beutelzelle an, um einen guten thermischen Kontakt zu gewährleisten.

Um das Temperaturregelungssystem einzurichten, stapeln Sie die asymmetrische Thermozelle zwischen zwei thermoelektrischen Modulen. Platzieren Sie thermische Paare auf der oberen und unteren Seite der Zelle. Verwenden Sie ein Potentiostat, um elektrochemische Tests der asymmetrischen Thermozelle durchzuführen.

Führen Sie die thermische Aufladung im Open-Circuit-Modus durch. Führen Sie den elektrischen Entladevorgang im geschlossenen Modus mit konstantem Strom durch. Eine eingebaute Spannung, Delta-v nicht, wurde bei offenen Bedingungen bei Raumtemperatur beobachtet.

Wenn die asymmetrische Thermozelle von Raumtemperatur auf hohe Temperatur erhitzt wurde, erhöhte sich die Zellspannung, als Elektronen sich an die Oberfläche des Graphenoxids bewegten. Wenn eine externe Last angeschlossen wurde, wurde die asymmetrische Thermozelle entladen. Wenn die asymmetrische Thermozelle von Raumtemperatur auf eine hohe Temperatur von 70 Grad Celsius erhitzt wurde, erreichte das Offene Kreispotential 0,185 Volt.

Die Entladung der asymmetrischen Thermozelle erfolgte unter einem konstanten Strom von 0,1 Milliampere. Die elektrische Ausgangsleistung wurde durch Integration der Entladespannung über die Ladekapazität berechnet. Die asymmetrische Thermozelle erreichte eine Energieumwandlungseffizienz von 3,32 %, was 25,3 % des Carnot-Wirkungsgrades entspricht.

Im Vergleich zu anderen thermoelektrochemischen Systemen ist die Energieumwandlungseffizienz der asymmetrischen Thermozelle mit 70 Grad Celsius die höchste, die je erreicht wurde. Die asymmetrische Thermozelle hat das Potenzial, in einer Vielzahl von Szenarien zur Umwandlung von Abwärme in Elektrizität eingesetzt zu werden. Die Sauerstofffunktionsgruppen sind wesentlich für die thermische pseudokompaktive Wirkung von Graphenoxid.

Die Qualität der Synthese von Graphenoxid und die Materialbelastung in Schritt 3.4 sind wichtig. Die Effizienz und Verbriefbarkeit asymmetrischer Thermozellen kann durch den Wechsel der Elektrodenmaterialien verbessert werden. Zum Beispiel, indem man preußischeblaue Analoganaloge als Anode verwendet.

Diese Technologie untersuchte zunächst die Wärme-Strom-Umwandlung im isothermen Betrieb und revolutionierte die thermischen elektrochemischen Systeme.