Name: 等温運転下で低品位熱を収穫するための非対称熱電気化学セル (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: 学ぶ非対称熱電気化学セルを用いた等温運転下での低品位熱回収法。グラフェン酸化物とポリアニリン電極を使用し、3%超の熱電変換効率を達成する革新的なエネルギー変換技術です。

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著者らは、D.Y.C.リョン教授とY・チェン博士(香港大学)、M.H.K.リョン教授(香港市立大学)、W.S.劉博士(南部科学技術大学)、フランク・H・T・リョン氏(テックスキル[アジア]リミテッド)との建設的な議論を認めている。著者らは、香港特別行政区研究助成協議会の一般研究基金の資金援助を、賞番号17204516および17206518、およびイノベーションと技術基金(参照:ITS/171/16FX)に認める。

1. グラフェン酸化物電極の調製
<ol><li>改変ハマー法による酸化グラフェンの合成<ol>
<li>ステップ 1.1.2 および 1.1.3 は、低温 (<0 °C) で発生します。磁気撹拌機に設置した二重壁ガラスビーカーの外部層を流れる氷水を循環し、内部の反応物に対する低温条件を作り出します。</li>
		<li>1 g の 硝酸ナトリウム (NaNO3) と 100 mL の硫酸 (H2SO4、 試薬グレード、95-98%)ビーカーでゆっくり攪拌を使用しています。</li>
		<li>硫酸にフレークグラファイト1gを加え、冷たいお風呂で1時間かき混ぜます。溶液に6gの過マンガン酸カリウム(KMnO4)を徐々に加え、混合物を別の2時間かき混ぜます。</li>
		<li>反応の次のステップは、中温(約35°C)で行われます。氷水を35°Cの水に変え、1/2時間撹拌して黒鉛の酸化を継続します。</li>
		<li>反応の最後のステップは、T H(80-90°C)で行われます。46 mLの脱イオン(DI)水(70°C)を反応タンクに滴下して加えた。反応が強いことを確認してください。反応タンクに140mLのDI水と20mLの過酸化水素(30%H2O2)を加えます。GOの黄金の粒子が結果として現れるかどうか確認してください。</li>
		<li>希釈塩酸(HCl)とDI水で製品を十分に洗浄し、GO懸濁液がpH = 7になるまで数回洗浄します。</li>
		<li>洗浄したGO懸濁液を一晩凍結し、水が完全に蒸発するまで凍結乾燥機で乾燥させます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>酸化グラフェン電極の調製<ol>
<li>酸化グラフェン、カーボンブラック、PVDFを75:15:10の質量比で混ぜ、ガラス瓶に入れます。固体混合物に溶媒N-メチル-2-ピロリドン(NMP)を滴下し、溶媒と固体混合物の重量比を4:1にします。</li>
		<li>13分間2,000rpmで混合し、ミキサーで2分間1,200rpmで消泡してペーストを調製します。</li>
		<li>コートが〜8-15mg/cm2になるまでカーボンペーパーにペーストをブラシコートし、40°Cで4時間乾燥させます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. ポリアニリン(PANI)電極の調製
<ol><li>1wt% カルボキシメチルセルロース (CMC) 水溶液を 10時間攪拌して DI水に CMC 粉末を溶解して調製する。</li>
	<li>50 mg のロイコエメラルジンベース PANI と 10 mg のカーボン ブラックをビーカーに混ぜます。ビーカーに150μLの1重量% CMC溶液を加え、12時間磁気攪拌機と混合します。</li>
	<li>混合物に40%スチレンブタディエン(SBR)溶液の6 μLを加え、さらに15分間かき混ぜます。</li>
	<li>ドクターブレードコーターにカーボンペーパーを置き、カーボンペーパーの先端に混合PANIスラリーを落とします。</li>
	<li>ブレードは、スラリーをコーティングし、炭素紙上に厚さ400μmのフィルムを製造した。50°Cで4時間のコーティングを乾燥させます。</li>
</ol>3. ポーチセルの組み立て
<ol><li>チタン箔をアプロエートサイズにカットし、各作品を20kHzの超音波スポット溶接機でニッケルタブに接続します。</li>
	<li>GO電極とPANI電極の間に多孔性親水性ポリプロピレン系セパレータを配置して、短絡を避けます。各電極は1つの集電体と対になる。</li>
	<li>アルミニウムラミネートフィルムを使用して電極をパッケージ化します。アルミ積層フィルムの側面を4s用のコンパクトな真空シーラーで密閉し、上部および底部のシール部品の温度を180°Cおよび160°Cに分けて設定します。</li>
	<li>1M KCl電解液の500μLをパウチセルに注入し、10分間平衡化します。</li>
	<li>余分な電解質を押し出し、-80 kPa真空チャンバーにパウチセルの最後の側面を密封します。</li>
</ol>4. 温度制御システムの設定
<ol><li>2つの熱電モジュールの間にパウチセルを積み重ねます。熱電対をセルの上側と下側に置きます。すべてのインターフェイスにサーマルペーストを適用して、良好な熱接触を保証します。 メモ:温度はLabVIEWコードで制御します。熱電対から測定された温度は設定温度と比較され、出力電圧はPID制御を介してリアルタイム温度と設定温度の差によって決定されます。電圧信号は電源に送信され、熱電モジュールに接続されます。閉ループ制御は±0.5 °C以内の温度測定精度を保証します。</li>
</ol>5. 電気化学的特性解析
<ol><li>ポテンショスタットを用いて細胞の電気化学的試験を行う。一定電流で電気放電処理を行いながら、開回路モードで熱充電を行います。</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>

著者らは、競合する財政的利益を宣言していない。

ATECは、RTからT Hに加熱する際の熱充電プロセスとTHでの連続した電気排出プロセスを介して熱エネルギーを電気に変換します。温度勾配やTGCやTRECのような温度サイクルへの依存を取り除く、aTECは全体の充満および排出プロセスの間に等温加熱操作を可能にする。熱誘起電圧は、加熱がGOの酸素官能基に対するプロトンの化学吸着を促進し、GO水界面で擬分容量反応を引き起こすため、GOの擬容量性効果に基づく。PANIは電圧の増加にほとんど寄与するが、放電プロセスで電子を提供する。KCl電解液の利用は、反応中に電極と電解質の界面の電荷を平衡に保ち、細胞全体の導電性を向上させます。このシステムは無毒で環境に優しいため、商用用途に最適です。電解液の他の選択肢は、ナトリウム放電過程においてPANIの酸化反応において塩素イオンが重要な役割を果たすため、NaClのような塩化物塩であり得る。
熱勾配や熱サイクルに基づく技術とは異なり、aTECは、その低コスト、柔軟性、軽量、等温および連続的な熱充放電プロセス、および細胞のスタックを形成する能力に、実用的なアプ...

ユビキタス低品位熱エネルギー(<100°C)はリサイクルして電気1,2に変換できますが、代わりに無駄になります。残念ながら、低品位熱を電気に変換することは、通常、低温差動および熱源の分布性質のために非効率的であるため、熱回収は依然として大きな課題である。過去数十年にわたり、固体熱電(TE)材料およびデバイスで集中的な研究が行われてきましたが、低品位熱レジームにおけるTEデバイスのスケーラブルな適用は、エネルギー変換効率(η E)の低エネルギー(ηE)によって制限されています。
電気化学セルに対する温度の影響に基づく代替アプローチは、この問題の解決策として示唆されているが、熱電気化学セル(TECs)のイオン性シーベック係数(α)はTE半導体5,6のそれよりもはるかに高いからである。熱ガルバニック細胞(TGC)は、熱勾配が適用されたときにセル全体に電圧を生成するために、2つの同一の電極の間に挟まれた酸化還元活性電解質を利用する。TGCsで一般的に使用されている水系Fe(CN)63-/Fe(CN)64-電解質は-1.4 mV/Kのαを有し、ηEは<1%7,8,10,11であると報告された。しかし、TGCsは、TE材料の電子伝導性よりも約3桁小さい液体電解質の低いイオン伝導性の欠点に苦しんでいます。電気伝導率は向上できますが、この改善は常により高い熱伝導率を伴い、温度勾配が低下します。したがって、TGCのηEは、電極の各側において望ましい酸化還元反応に対する液体電解質導電性と温度要件との間のトレードオフに起因して本質的に制限される。
固体のヘキサシアノファール酸銅(CuHCF)陰極とCu/Cu+アノードを用いた電池系統に基づく熱回生電気化学サイクル(TREC)12,13,14が最近報告された。TRECは電解質の導電性を向上させるパウチセルとして構成され、60°Cおよび10°Cで動作すると、−1.2mV/Kのαを示し、3.7%(ηカルではない21%)の高いηEに達する。それにもかかわらず、TRECの1つの限界は、各熱サイクルで電極を充電するためにプロセスの開始時に外部電気が必要であり、複雑なシステム設計14につながる。この制限のない TREC は実現できますが、変換効率が低下する <1%13.TRECシステムは、異なるα値を有する2種類のプルシアンブルー類似体(PBA)からなるナトリウムイオン二次電池(SIB)型サーモセルが廃熱を収穫できることを実証する。熱効率(η)はΔTに比例して増加する。また、ηは1.08%、ΔT=30K、56Kで3.19%に達する。熱の円化性はNi-代用PBA15、16、17、18を使用して改善される。
また、熱再生アンモニア電池(TRAB)は銅系レドックスカップル[Cu(NH3)42+/CuとCu(II)/Cu]を採用し、正極と負極と共作動する電解質の温度を切り替えることで逆温度勾配で動作し、0.53%(ηカルノの13%)のΗEを生成します。しかし、このシステムは、液体電解質の完全な2つのタンクで構成され、加熱と冷却の低迷を引き起こします。また、システム内のアンモニアストリームは、安全性、漏れ、安定性19、20、21に関する懸念を生み出します。
ここでは、温度勾配を幾何学的構成に保ち、温度変化温度を保たずに連続的な等温加熱により熱電荷を帯び、電気的に排出できる熱電気変換のための非対称熱電気化学セル(aTEC)を紹介します。ATECは、グラフェン酸化物(GO)陰極およびポリアニリン(PANI)陽極、および電解質としてKClを含む非対称電極を使用する。GOの熱疑似容量性効果を介して熱的に帯電し、その後PANIの酸化反応で排出される。特に、aTECは4.1mV/Kの高いαを示し、3.32%のηEを達成し、過去最高の70°C(ηカルネの25.3%)で達成した。

<table><tbody><tr><td>アルミナラミネートフィルム</td><td>昭和電工</td><td>SPALF C4</td><td></td></tr><tr><td>カーボンブラック</td><td>Alfa Aesar</td><td>H30253.22</td><td></td></tr><tr><td>カーボン</td><td>ペーパーCeTech株式会社</td><td>W0S1009</td><td></td></tr><tr><td>カルボキシメチルセルロース(CMC)</td><td>Guidechem社</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DC電源</td><td>B&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-メチル-2-ピロリドン(NMP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>443778-1L</td><td></td></tr><tr><td>ポリアニリン(ロイコメラルジンベース)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>530670-5G</td><td></td></tr><tr><td>過マンガン酸カリウム(KMnO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>223468-500G</td><td></td></tr><tr><td>セパ</td><td>レーターCLDP</td><td></td><td>25 um厚さ</td></tr><tr><td>硝酸ナトリウム(NaNO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5506-250G</td><td></td></tr><tr><td>スチレンブタジエン</td><td>天津Iversonchem会社</td><td>BM400</td><td></td></tr><tr><td>硫酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320501-2.5L</td><td></td></tr><tr><td>熱電モジュール</td><td>CUI Inc.</td><td></td><td></td>CP455535H</tr><tr><td>チタナム箔</td><td>清遠金属</td><td></td><td>0.03mm厚さ</td></tr></tbody></table>

等温運転下で低品位熱を収穫するための非対称熱電気化学セル

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

低品位熱は、廃熱として環境内で豊富に利用できます。低品位熱を電気に効率的に変換することは非常に困難です。熱勾配や熱サイクルを利用することなく、充放電工程で等温運転下で熱から電気への変換を行う不斉熱電気化学セル(aTEC)を開発しました。aTECは、グラフェン酸化物(GO)陰極、ポリアニリン(PANI)アノード、および電解質として1M KClから構成される。細胞は、室温(RT)から高温(TH、~40〜90°C)まで加熱した際にGOの擬分力反応による電圧を発生させ、外部電気負荷が接続されたときにPANIを酸化することによって連続的に電流を発生させます。ATECは、4.1mV/Kの顕著な温度係数と3.32%の高い熱-電力変換効率を示し、25.3%のカルノット効率を持つTH = 70°Cで働き、低グレードの熱回収のための新しい有望な熱電気化学技術を発表しました。

aTECポーチセルは、GOカソード、PANIアノードからなる非対称電極を構成し、KCl電解質で充填した。図1Aに示すパウチセルの厚さは1mmで、2つの電極間の等温条件と効率的な熱伝導を容易にします。炭素紙に被覆されたGO陰極およびPANIアノードの走査型電子顕微鏡(SEM)像を図1Bおよび図1Cに示す。多孔質構造は、活性電極材料と電解質との接触面積を増加させ、放電電流と出力電力を最適化します。
非対称電極の異なる働き機能を用いて、RT(図2A1)で開回路状態でセ...

低品位の熱は豊富ですが、その効率的な回復は依然として大きな課題です。KClを電解質とする陽極として、酸化グラフェン酸化物をカソード、ポリアニリンを用いて非対称熱電気化学セルを報告する。このセルは等温加熱下で動作し、低温域で高い熱と電気の変換効率を示します。

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 ...

低品位の熱は豊富ですが、効率的な低品位熱回収は依然として大きな課題です。そこで、3%以上の高エネルギー効率を持つ非対称熱セルを提案する非対称熱セルは、等温操作下で熱的に充電され、電気的に放電されるため、柔軟性、低コスト、軽量化により様々な用途に対応できる可能性があります。非対称熱セルの性能は、酸素官能基の含有量と電極の品質に大きく依存します。研究者は、プロトコルに厳密に従うことを示唆しています。視覚的なデモンストレーションは、非対称熱電池の構造を新しい技術として理解するのに役立ち、生産品質を保証します。この手順のデモンストレーションは、大学院生のムー・カイユとワン・クオンと、研究室の博士課程博士の黄玉ティン博士です。冷たい水浴を設置するには、二重壁のガラスビーカーを磁気スターラーの上に置き、外層を通して氷水を循環させます。ビーカーに100ミリリットルの硫酸を注ぎ、磁気スターラーをオンにします。ビーカーに硝酸ナトリウム1グラムを加えます。硫酸を含むビーカーにフレークグラファイト1グラムを加え、冷浴中で1時間かき混ぜます。1時間後、徐々に過マンガン酸カリウムを6グラム加えます。さらに2時間かき混ぜます。2時間後、外層の氷水を摂氏35度の温度で交換します。さらに手順を行うために、反応環境を摂氏35度に変更します。グラファイトの酸化を1時間半撹拌して継続します。ビーカーに46ミリリットルの脱イオン水を一滴ずつ加え、ビーカーの温度を摂氏80~90度の範囲に引き上げます。酸化グラフェンの合成は激しい反応です。厳密にプロトコルに従って、適切な実験室の安全装置で、フィルムフードで実験を行ってください。140ミリリットルの脱イオン水を加え、次に20ミリリットルの過酸化水素を加えます。結果として現れる酸化グラフェンの黄金の粒子を探します。酸化グラフェン懸濁液が7pHに達するまで、希釈塩酸と脱イオン水で製品を数回十分に洗浄します。洗浄した酸化グラフェン懸濁液を一晩凍結する。水が完全に蒸発するまで凍結乾燥機で乾燥させます。酸化グラフェン、カーボンブラック、PVDFを75~15~10の質量比で混ぜ、ガラス瓶に入れます。グラフェン酸化物-カーボンブラック-PVDF混合物の4倍の質量であるN-メチル-2-ピロリドンの溶媒の量を測定します。溶媒を固形混合物に滴下する。ミキサーを使用してペーストを作成します。溶媒と固体を2,000 RPMで30分間混ぜます。その後、1、200RPMで2分間脱泡する。コートが平方センチメートルあたり8〜15ミリグラムの質量負荷になるまでカーボンペーパーにペーストをブラシコートします。40°Cで4時間乾燥させます。カルボキシメチルセルロース溶液を調製するには、CMC粉末を1重量%の脱イオン水に溶解します。10時間かき混ぜます。次に、50ミリグラムのグルコエメラル

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伝統的な熱勾配テーブルは、表面全体にさまざまな温度を作り出します。熱勾配テーブルの表面に垂直な溶接ガセットは、温度を深く制御し、可能な研究アプリケーションを増やします。...

マチ付きThermogradient表は、植物の成長を評価し、土壌プロセスの監視のための土壌の温度を制御します

原動力として太陽エネルギーは、新しい吸着冷凍システムを開発し、実験します。水蒸気とゼオライト吸着システムの作業のペアを形成します。本稿では、実験装置、操作手順および重要な結果のセットアップについて説明します。...

太陽吸着冷凍濃縮コレクターの実験システム

このプロトコルは、コンベアベルト炉に赤外線カメラを設置する方法、工場で校正されたIRカメラの顧客補正を行い、対象物の空間表面温度分布を評価する方法を説明します。例としては、工業用シリコン太陽電池があります。...

インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定

この論文では、ガラス基板上のBi2Te3 およびSb2Te3...

高周波マグネトロンスパッタリング法を用いたBi2Te3およびSb2Te3熱電薄膜の作製

CdSe-SnSeナノ複合材料は、表面工学的なSnSe粒子を固めて作製します。SnSe粒子を生成するために、単純な水性合成が用いられます。SnSe粒子をCdSe分子複合体でコーティングすると、ナノ複合材料に存在する粒子サイズを制御し、欠陥の数を増やすことができるため、熱伝導率が低下する。...

溶液処理、表面工学、低熱伝導率を示す多結晶CdSe-SnSe

ここでは、元素前駆体を用いた超高速(セカンドレンジ)で溶媒フリーのワンステップメカノケミカル合成により、熱電に適した2つの金属カルコゲナイド(Cu1.8SおよびSnSe)を合成するプロトコールを紹介します。同時に、新開発の 装置によるその場で の遊星ボールミリング中のジャー内の温度のモニタリングを実証します。...

熱電素子に適した金属カルコゲナイドのメカノケミカル合成の簡便さとIn Situ温度モニタリングの実証

このプロトコルは、太陽エネルギーを使用して二酸化炭素と水からグリーン燃料を生産するためのMXene担持CuZnおよびNiCoバイメタル電極触媒の製造と電気化学的分析をガイドします。...

Ti3C2Tx MXene担持CuZnおよびNiCo触媒を使用したCO2および水からの太陽光発電電気化学グリーン燃料製造

2032コインセルの低湿度環境下でのコスト効率の良い低温バッテリーサイクルを可能にする設計が提示されています。セルは熱電モジュールで冷却されたチャンバー内で0°Cでサイクルされます。この単純な設計は、熱や湿度制御環境や異なるバッテリー形状を必要とする実験にも適応可能です。...

低温オペランド実験用のコインセルバッテリーチャンバー設計

マンガンドーピングされたBi2Te3...

マンガン共スパッタリングによるBi2Te3 薄膜の熱電特性向上

学ぶ非対称熱電気化学セルを用いた等温運転下での低品位熱回収法。グラフェン酸化物とポリアニリン電極を使用し、3%超の熱電変換効率を達成する革新的なエネルギー変換技術です。

等温運転下で低品位熱を収穫するための非対称熱電気化学セル

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