Name: Cella termochimica asimmetrica per la raccolta di calore di bassa qualità nellambito delloperazione isotermica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: Scopri la cella termochimica asimmetrica per convertire calore di bassa qualità in elettricità con efficienza superiore al 3%. Questo metodo isotermico utilizza ossido di grafene e polianilina.

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Gli autori riconoscono una discussione costruttiva con il professor D.Y.C. Leung e il Dr. Y. Chen (Università di Hong Kong), il prof. Gli autori riconoscono il sostegno finanziario del Fondo generale di ricerca del Research Grants Council della regione amministrativa speciale di Hong Kong, Cina, nell'ambito del premio numero 17204516 e 17206518, e del Fondo per l'innovazione e la tecnologia (R: ITS/171/16FX).

1. Preparazione dell'elettrodo di ossido di grafene
<ol><li>Sintesi dell'ossido di grafene attraverso il metodo dell'Hummer modificato<ol>
<li>I passaggi 1.1.2 e 1.1.3 si verificano a bassa temperatura (<0 )C). Circolare l'acqua di ghiaccio che scorre attraverso lo strato esterno di un becher di vetro a doppia parete posto su un mescolatore magnetico per creare condizioni di bassa temperatura per i reagenti all'interno.</li>
		<li>Mescolare 1 g di nitrato di sodio (NaNO3)con 100 mL di acido solforico (H2SO4, grado reagente, 95-98%) mescolando lentamente nel becher.</li>
		<li>Aggiungere 1 g di grafite a scaglie nell'acido solforico e mescolare per 1 h nel bagno freddo. Aggiungere 6 g di permanganazione di potassio (KMnO4) gradualmente alla soluzione e mescolare la miscela per altri 2 h.</li>
		<li>Il passo successivo della reazione avviene ad una temperatura media ( Modificare l'acqua ghiacciata a 35 gradi centigradi e continuare l'ossidazione della grafite mescolando per 1/2 h.</li>
		<li>L'ultimo passo della reazione avviene a un TH (80-90 gradi centigradi). Aggiungere 46 mL di acqua deionizzata (DI) nel serbatoio di reazione goccia a goccia. Si noti che la reazione è forte. Aggiungere 140 mL di acqua DI e 20 mL di perossido di idrogeno (30% H2O2) nel serbatoio di reazione come ultimo passo della reazione. Assicurarsi che le particelle d'oro di GO appaiano come risultato.</li>
		<li>Lavare accuratamente il prodotto con acido cloridrico diluito (HCl) e acqua DI più volte fino a quando la sospensione GO raggiunge il pH 7.</li>
		<li>Congelare la sospensione GO lavata durante la notte e asciugarla in un'asciugatrice congelata fino a quando l'acqua non evapora completamente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparazione dell'elettrodo di ossido di grafene<ol>
<li>Mescolare l'ossido di grafene, il nero carbonio e il PVDF in un rapporto di massa di 75:15:10 e metterli in una bottiglia di vetro. Gocciolare il solvente N-metil-2-pyrrolidone (NMP) nella miscela solida e garantire che il rapporto di peso di solvente e miscela solida sia 4:1.</li>
		<li>Preparare la pasta mescolando a 2.000 giri/mm per 13 min e defoaming in 1.200 rpm per 2 min con un mixer.</li>
		<li>Spennellare la pasta su carta di carbonio fino a quando il mantello è di 8-15 mg/cm2 e asciugarlo per 4 h a 40 gradi centigradi.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Preparazione dell'elettrodo polianinilino (PANI)
<ol><li>Preparare 1 wt% carboxymethyl cellulosa (CMC) soluzione aqueous dissoluzione CMC in acqua DI mescolando per 10 h.</li>
	<li>Mescolare 50 mg di leucoemeraldine-base PANI e 10 mg di nero carbonio in un becher. Aggiungere nel becher la soluzione CMC 150 l una di 1 wt% e mescolare con un agitatore magnetico per 12 h.</li>
	<li>Aggiungere nella miscela la soluzione SBR (40%) di styrene-butadiene (SBR) e mescolare per altri 15 min.</li>
	<li>Posizionare un pezzo di carta carbone sul rivestimento della lama del medico e rilasciare i liquami PANI misti sul bordo anteriore della carta carbone.</li>
	<li>La lama riveste il liquame per produrre una pellicola spessa 400 m sulla carta carbone. Asciugare il rivestimento per 4 ore a 50 gradi centigradi.</li>
</ol>3. Assemblaggio della cella della sacca
<ol><li>Tagliare la pellicola di titanio nella dimensione dell'approproate e quindi collegare ogni pezzo a una linguetta di nichel con una saldatrice a spot ad ultrasuoni da 20 kHz.</li>
	<li>Posizionare il separatore poroso a base di polipropilene idrofilo tra l'elettrodo GO e l'elettrodo PANI per evitare cortocircuiti. Ogni elettrodo è abbinato a un collettore a corrente.</li>
	<li>Imballare gli elettrodi utilizzando pellicola laminata in alluminio. Sigillare i lati della pellicola laminata in alluminio con un sigillante a vuoto compatto per 4 s. Impostare separatamente la temperatura delle parti di sigillatura superiore e inferiore come 180 e 160 gradi centigradi.</li>
	<li>Iniettare 500 luna dell'elettrol da 1 M KCl nella cella della sacca e lasciare che l'equilibrato sia di 10 min.</li>
	<li>Estrudere l'elettrolita in eccesso e sigillare l'ultimo lato della cella della sacca in una camera a vuoto -80 kPa.</li>
</ol>4. Impostazione del sistema di controllo della temperatura
<ol><li>Impilare la cella della sacca tra due moduli termoelettrici. Posizionare le termocoppie sui lati superiore e inferiore della cella. Applicare la pasta termica a tutte le interfacce per garantire un buon contatto termico. NOTA: la temperatura è controllata con codice LabVIEW. Le temperature misurate dalle termocoppie sono confrontate con le temperature di impostazione e la tensione di uscita è determinata dalla differenza tra la temperatura in tempo reale e l'impostazione della temperatura tramite un controllo PID. I segnali di tensione vengono trasmessi all'alimentatore e sono collegati al modulo termoelettrico. Il controllo a circuito chiuso garantisce una precisione di misurazione della temperatura entro 0,5 gradi centigradi.</li>
</ol>5. Caratterizzazione elettrochimica
<ol><li>Eseguire i test elettrochimici della cellula utilizzando un potentiostat. Condurre la ricarica termica in modalità circuito aperto durante l'esecuzione del processo di scarico elettrico a una corrente costante.</li>
</ol>

<ol><li>Chu, S., Majumdar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Opportunities+and+Challenges+for+A+Sustainable+Energy+Future%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Estimating+the+Global+Waste+Heat+Potential%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+and+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Searching+for+A+Better+Thermal+Battery%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Thermoelectric+Devices%3A+A+Review+of+Devices%2C+Architectures%2C+and+Contact+Optimization%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Technologies%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((High+Seebeck+Coefficient+Redox+Ionic+Liquid+Electrolytes+for+Thermal+Energy+Harvesting%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">High Seebeck Coefficient Redox Ionic Liquid Electrolytes for Thermal Energy Harvesting.</a> Energy & Environmental Science. 6 (9), 2639-2645 (2013).</li>
<li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+Power+Density+Electrochemical+Thermocells+for+Inexpensively+Harvesting+Low-Grade+Thermal+Energy%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Aqueous+Thermogalvanic+Cells+with+A+High+Seebeck+Coefficient+for+Low-Grade+Heat+Harvest%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((High-Efficiency+Electrochemical+Thermal+Energy+Harvester+Using+Carbon+Nanotube+Aerogel+Sheet+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Harvesting+Waste+Thermal+Energy+Using+A+Carbon-Nanotube-Based+Thermo-Electrochemical+Cell%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Continuous+Electrochemical+Heat+Engines%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+and+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Improving+Thermo-Electrochemical+Cell+Performance+by+Constructing+Ag-MgO-CNTs+Nanocomposite+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((An+Electrochemical+System+for+Efficiently+Harvesting+Low-Grade+Heat+Energy%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Charging-Free+Electrochemical+System+for+Harvesting+Low-Grade+Thermal+Energy%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Membrane-Free+Battery+for+Harvesting+Low-Grade+Thermal+Energy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Prussian+Blue+Analogues+as+Promising+Thermal+Power+Generation+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Technology%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Thermal+Power+Generation+During+Heat+Cycle+Near+Room+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Express%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Thermal+Efficiency+of+A+Thermocell+Made+of+Prussian+Blue+Analogues%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Improved+Thermal+Cyclability+of+Tertiary+Battery+Made+of+Prussian+Blue+Analogues%5BTitle%5D)+AND+%22ChemistrySelect%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+Thermally+Regenerative+Ammonia-Based+Battery+for+Efficient+Harvesting+of+Low-Grade+Thermal+Energy+as+Electrical+Power%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+and+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+Thermally-Regenerative+Ammonia-Based+Flow+Battery+for+Electrical+Energy+Recovery+from+Waste+Heat%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Enhancing+Low-Grade+Thermal+Energy+Recovery+in+a+Thermally+Regenerative+Ammonia+Battery+Using+Elevated+Temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">Enhancing Low-Grade Thermal Energy Recovery in a Thermally Regenerative Ammonia Battery Using Elevated Temperatures.</a> ChemSusChem. 8 (6), 1043-1048 (2015).</li>
</ol>

Gli autori non dichiarano interessi finanziari concorrenti.

L'aTEC converte l'energia termica in elettricità attraverso un processo di ricarica termica durante il riscaldamento da RT a TH e un successivo processo di scarico elettrico a TH. Eliminando la dipendenza da un gradiente di temperatura o un ciclo di temperatura come il TGC e TREC, aTEC consente il funzionamento del riscaldamento isotermico durante l'intero processo di ricarica e scarico. La tensione indotta termica si basa sull'effetto pseudo-condensante di GO perché il riscaldamento facilita la che...

L'energia termica di bassa qualità (<100 gradi) potrebbe essere riciclata e convertita in elettricità1,2 ma viene invece sprecata. Purtroppo, il recupero di calore è ancora una grande sfida, perché la conversione di calore di bassa qualità in elettricità è di solito inefficiente a causa del differenziale a bassa temperatura e la natura distribuita delle fonti di calore3. Negli ultimi decenni è stata condotta un'intensa ricerca su materiali e dispositivi termoelettrici (TE) a stato solido, ma l'applicazione scalabile dei dispositivi TE in un regime di calore di bassa qualità è limitata dalla bassa efficienza di conversione dell'energia ()del <2%4.
Approcci alternativi basati sull'effetto della temperatura sulle cellule elettrochimiche sono stati suggeriti come soluzione a questo problema, perché il coefficiente ionico Seebeck (z) delle cellule termoelettrochimiche (TEC) è molto superiore a quello dei semiconduttori TE5,6. Le celle termogalvaniche (TGC) utilizzano elettroliti attivi redox inseriti tra due elettrodi identici per generare una tensione attraverso la cella quando viene applicato un gradiente termico. L'elettrolita di uso comune Fe(CN)63-/Fe(CN)64- nei TPC è stato segnalato per avere un numero di -1,4 mV/K e produrre un segno di spuntadi <1%7,8,9,10,11. Tuttavia, i TNC subiscono lo svantaggio della scarsa conduttività ionica dell'elettrolita liquido, che è di circa tre ordini di grandezza più piccola della conduttività elettronica nei materiali TE. La conduttività elettrica potrebbe essere migliorata, ma questo miglioramento è sempre accompagnato da una maggiore conduttività termica, che porta ad un gradiente di temperatura più basso. Pertanto, l'E del TCS è intrinsecamente limitato a causa del compromesso tra la conduttanza degli elettroliti liquidi e il fabbisogno di temperatura per le reazioni di ridox desiderate in ogni lato dell'elettrodo.
Un ciclo elettrochimico termicamente rigenerativo (TREC)12,13,14 basato su un sistema di batterie che utilizza un catopo di rame solido (CuHCF) e un anodo Cu/Cu è stato recentemente segnalato. IL TREC è configurato come una cella di sacca per migliorare la conduttanza dell'elettrolita, mostrando un valore di 1,2 mV/K e raggiungendo un'alta E del 3,7% (21% delcarnot )quando viene azionata a 60 e 10 gradi centigradi. Tuttavia, un limite di TREC è che l'elettricità esterna è necessaria all'inizio del processo per caricare gli elettrodi in ogni ciclo termico, portando a complicati progetti di sistema14. Un TREC senza questa limitazione può essere raggiunto, ma soffre di una scarsa efficienza di conversione di <1%13. Il sistema TREC dimostra che una termocella di tipo batteria secondaria agli ioni di sodio (SIB) costituita da due tipi di analoghi blu prussiani (PBA) con diversi valori di z può raccogliere calore di scarto. L'efficienza termica (z) aumenta proporzionalmente con il valore di T. Inoltre, il numero raggiunge l'1,08%, il 3,19% a 30 K, 56 K separatamente. La ciclicità termica è migliorata utilizzando PBA15,16,17,18sostituiti da Ni.
In alternativa, una batteria di ammoniaca termicamente rigenerativa (TRAB) impiega coppie di redox a base di rame [Cu(NH3)42 eCu(II)/Cu] che operano con il gradiente di temperatura inversa cambiando la temperatura degli elettroliti in coluso con elettrodi positivi e negativi, che produce una E s- dello 0,53% (13% dicarnot). Tuttavia, questo sistema è configurato con due serbatoi pieni di elettroliti liquido, causando riscaldamento e raffreddamento lenti. Inoltre, il flusso di ammoniaca nel sistema crea preoccupazioni per quanto riguarda la sicurezza, le perdite e la stabilità19,20,21.
Qui presentiamo una cella termoelettronica asimmetrica (aTEC) per la conversione termica-elettrica che può essere caricata termicamente ed elettricamente scaricata dal riscaldamento isotermico continuo senza mantenere un gradiente di temperatura in una configurazione geometrica o cambiare le temperature in un ciclo termico. L'aTEC utilizza elettrodi asimmetrici, tra cui un catodio di ossido di grafene (GO) e un anodo polianilino (PANI), e KCl come elettrolita. Viene caricata termicamente tramite l'effetto termo-pseudo-pseudo-pseudodenziale di GO e poi scaricata con la reazione di ossidazione di PANI. In particolare, l'aTEC presenta un'alta cifra di 4,1 mV/K e raggiunge un'e-E del 3,32%, la più alta mai raggiunta a 70 gradi centigradi (25,3% diCarnot) .

<table><tbody><tr><td>Film laminato di allumina</td><td>Showa Denko</td><td>SPALF C4</td><td></td></tr><tr><td>Nero di carbonio</td><td>Alfa Aesar</td><td>H30253.22</td><td></td></tr><tr><td>Carta di carbonio</td><td>CeTech Co. Ltd</td><td>W0S1009</td><td></td></tr><tr><td>Carbossimetilcellulosa (CMC)</td><td>Guidechem company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DC Alimentatore</td><td>B & K Precision</td><td>Model 913-B</td><td></td></tr><tr><td>Racla spalmatrice</td><td>Shining Energy Co. Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gamry</td><td>Gamry Instruments</td><td>Riferimento 3000</td><td></td></tr><tr><td>Grafite</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>Linguetta in nichel</td><td>Tianjin Iversonchem company</td><td></td><td>4 mm di larghezza</td></tr><tr><td>N-metil-2-pirrolidone (NMP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>443778-1L</td><td></td></tr><tr><td>Polianilina (base di leucosemeraldina)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>530670-5G</td><td></td></tr><tr><td>permanganato di potassio (KMnO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>223468-500G</td><td></td></tr><tr><td>Separatore</td><td>CLDP</td><td></td><td>25 um spessore</td></tr><tr><td>Nitrato di sodio (NaNO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5506-250G</td><td></td></tr><tr><td>Stirene butadiene</td><td>Tianjin Iversonchem azienda</td><td>BM400</td><td></td></tr><tr><td>Acido solforico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320501-2.5L</td><td></td></tr><tr><td>Moduli termoelettrici</td><td>CUI Inc.</td><td></td><td></td>CP455535H</tr><tr><td>Foglio di titanio</td><td>Qingyuan metallo</td><td></td><td>spessore 0,03 mm</td></tr></tbody></table>

cella termochimica asimmetrica per la raccolta di calore di bassa qualità nell'ambito dell'operazione isotermica

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

Il calore di bassa qualità è abbondantemente disponibile nell'ambiente come calore di scarto. L'efficiente conversione del calore di basso grado in elettricità è molto difficile. Abbiamo sviluppato una cella termoelettronica asimmetrica (aTEC) per la conversione da calore a elettricità nell'ambito del funzionamento isotermico nei processi di ricarica e scarico senza sfruttare il gradiente termico o il ciclo termico. L'aTEC è composto da un catodo di ossido di grafene (GO), un anodo polianilino (PANI) e 1M KCl come elettrolita. La cella genera una tensione a causa della reazione pseudo-conduttiva di GO quando si riscalda dalla temperatura ambiente (RT) ad una temperatura elevata (TH, 40-90 gradi centigradi), e quindi la corrente viene prodotta successivamente ossidando PANI quando è collegato un carico elettrico esterno. L'aTEC dimostra un notevole coefficiente di temperatura di 4,1 mV/K e un'elevata efficienza di conversione da calore a elettricità del 3,32%, lavorando a un TH , 70 gradi centigradi con un'efficienza Carnot del 25,3%, svelando una nuova promettente tecnologia termoelettrochimica per il recupero di calore di bassa qualità.

La cella atecera aTEC era configurata con elettrodi asimmetrici costituiti da un catodo GO, un anodo PANI, e riempita con l'elettrolita KCl. Lo spessore della cella della sacca mostrata nella Figura 1A è 1 mm, che facilita le condizioni isotermiche tra i due elettrodi e la conduzione di calore efficiente. Le immagini a microscopia elettronica a scansione (SEM) del catodo GO e dell'anodo PANI rivestito su carta carbone sono mostrate nella <str...

Il calore di bassa qualità è abbondante, ma il suo recupero efficiente è ancora una grande sfida. Riportiamo una cellula termoelettrochimica asimmetrica usando l'ossido di grafene come catodo e polianilino come anodo con KCl come elettrolita. Questa cella lavora sotto il riscaldamento isotermico, mostrando un'elevata efficienza di conversione da calore a elettricità nelle regioni a bassa temperatura.

Cella termochimica asimmetrica per la raccolta di calore di bassa qualità nell'ambito dell'operazione isotermica

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 ...

Il calore di bassa qualità è abbondante, ma un efficiente recupero di calore di bassa qualità è ancora una grande sfida. Quindi qui, proponiamo una cella termica asimmetrica con un'alta efficienza energetica superiore al 3%La cella termica asimmetrica viene caricata termicamente e scaricata elettricamente in funzionamento isotermico, quindi ha un potenziale per varie applicazioni, grazie alla sua flessibilità, basso costo e peso leggero. Le prestazioni della cella termica asimmetrica dipendono fortemente dal contenuto di gruppi funzionali all'ossigeno e dalla qualità degli elettrodi.Si suggerisce ai ricercatori di seguire rigorosamente il protocollo. La dimostrazione visiva aiuta a comprendere meglio la struttura della termocellula asimmetrica come nuova tecnica e garantisce la qualità della produzione. A dimostrare la procedura saranno Mu Kaiyu e Wang Xun, studenti laureati, e il Dr.Huang Yu-Ting, post-dottorato del nostro laboratorio.Per impostare un bagno d'acqua fredda, posizionare un bicchiere a doppia parete su un agitatore magnetico e far circolare l'acqua ghiacciata attraverso lo strato esterno. Versare 100 millilitri di acido solforico nel becher e accendere l'agitatore ma

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Il manoscritto descrive un protocollo per lo sputtering magnetron a radiofrequenza di film sottili termoelettrici Bi2Te3 e Sb2Te3 su substrati di vetro, che rappresenta un metodo di deposizione affidabile che fornisce una vasta gamma di applicazioni con il potenziale per un ulteriore sviluppo.

Fabbricazione di film sottili termoelettrici Bi2Te3 e Sb2Te3 utilizzando la tecnica di sputtering magnetron a radiofrequenza

I nanocompositi CdSe-SnSe sono prodotti consolidando particelle di SnSe ingegnerizzate in superficie. Una semplice sintesi acquosa viene impiegata per produrre particelle di SnSe. Il rivestimento di particelle di SnSe con complessi molecolari di CdSe consente di controllare la granulometria e aumentare il numero di difetti presenti nel nanocomposito, abbassando così la conducibilità termica.

CdSe-SnSe policristallino processato in soluzione, ingegnerizzato in superficie, con bassa conducibilità termica

Qui, presentiamo un protocollo per sintetizzare due calcogenuri metallici (Cu1.8S e SnSe) adatti per la termoelettrica tramite una sintesi meccanochimica ultraveloce (di seconda gamma), priva di solventi e in un solo passaggio utilizzando precursori elementari. Contemporaneamente, dimostriamo il monitoraggio della temperatura nella giara durante la macinazione planetaria a sfere in situ da parte del dispositivo di nuova concezione.

Dimostrazione della semplicità e del monitoraggio della temperatura in situ della sintesi meccanochimica di calcogenuri metallici adatti per la termoelettrica

Questo protocollo guida la fabbricazione e l'analisi elettrochimica di elettrocatalizzatori bimetallici CuZn e NiCo supportati da MXene per la produzione di combustibili verdi da anidride carbonica e acqua utilizzando l'energia solare.

Produzione di combustibile verde elettrochimico a energia solare da CO2 e acqua utilizzando catalizzatori CuZn e NiCo supportati da Ti3C2Tx MXene

Viene presentato un progetto per consentire un ciclo di batteria a bassa temperatura economico per celle monete 2032 in un ambiente a bassa umidità. Le celle vengono ciclate a 0 °C all'interno di una camera raffreddata da moduli termoelettrici. Questo design semplice può essere adattato per esperimenti che richiedono ambienti termici e a controllo dell'umidità simili o diverse geometrie delle batterie.

Progettazione della camera della batteria a celle a catena per esperimenti operando a bassa temperatura

È stato sviluppato un protocollo di co-sputtering a radiofrequenza per fabbricarefilm sottili di Bi2Te 3 dopati con manganese e valutare come l'ingresso di manganese influenzi le proprietà strutturali e di trasporto termoelettrico. L'incorporazione moderata di manganese ha migliorato l'uniformità della pellicola e il comportamento di trasporto legato ai fattori di potenza, mentre un maggiore apporto di manganese ha aumentato il disordine strutturale e la resistività.

Migliorare le proprietà termoelettriche dei film sottili Bi2Te3 tramite co-sputtering di manganese

Scopri la cella termochimica asimmetrica per convertire calore di bassa qualità in elettricità con efficienza superiore al 3%. Questo metodo isotermico utilizza ossido di grafene e polianilina.

Cella termochimica asimmetrica per la raccolta di calore di bassa qualità nell'ambito dell'operazione isotermica

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