Name: 등온 작동 하에서 저급 열 수확을 위한 비대칭 열전기 화학 전지 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: 학습하세요 비대칭 열전기 화학 전지를 이용한 저급 열 에너지 전환 방법을. 등온 조건에서 3% 이상의 높은 에너지 효율을 달성하며, 유연하고 경량인 이 기술은 폐열 회수에 혁신적인 가능성을 제공합니다.

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저자는 D.Y.C. 렁 교수와 Y. 첸 박사(홍콩 대학교), M.H.K. 렁 교수(홍콩 시대학), W. S. Liu 박사(남부 과학 기술 대학), 프랭크 H.T. 렁(Techskill [아시아] 리미티드)과 건설적인 토론을 인정합니다. 저자는 수상 번호 17204516 및 17206518, 혁신 기술 기금 (참조 : ITS / 171 /16FX)에 따라 홍콩 특별 행정 구의 연구 보조금 위원회의 일반 연구 기금의 재정 지원을 인정합니다.

1. 그래 핀 옥사이드 전극의 준비
<ol><li>수정 된 험머의 방법을 통해 그래 핀 산화물의 합성<ol>
<li>단계 1.1.2 및 1.1.3은 저온(&0°C)에서 발생합니다. 자기 교반기위에 놓인 이중 벽 유리 비커의 외부 층을 통해 흐르는 얼음물을 순환시켜 내부 반응물의 저온 조건을 만듭니다.</li>
		<li>질산 나트륨 1 g (NaNO3)과황산 100 mL (H2SO4,시약 등급, 95-98 %) 비커에서 천천히 교반합니다.</li>
		<li>플레이크 흑연 1 g을 황산에 넣고 차가운 욕조에서 1시간 동안 저어줍니다. 과망간산 칼륨 6 g (KMnO4)을서서히 용액에 넣고 혼합물을 2 시간 동안 저어줍니다.</li>
		<li>반응의 다음 단계는 중간 온도 (~ 35 °C)에서 일어난다. 얼음물을 35°C의 물로 바꾸고 1/2시간 동안 교반하여 흑연의 산화를 계속합니다.</li>
		<li>반응의 마지막 단계는 TH (80-90 °C)에서 일어난다. 46 mL의 탈이온화(DI) 물(70°C)을 반응 탱크에 드롭하여 넣습니다. 반응이 강하다는 점에 유의하십시오. 반응탱크에 140 mL의 DI물과 과산화수소 20 mL(30%H2O2)를첨가하여 반응의 마지막 단계로 하였다. GO의 황금 입자가 결과적으로 나타나는지 확인합니다.</li>
		<li>GO 현탁액이 pH = 7에 도달할 때까지 희석된 염산(HCl)과 DI 물로 제품을 여러 번 세척합니다.</li>
		<li>세척된 GO 서스펜션을 밤새 얼린 후 물이 완전히 증발할 때까지 동결 건조기에서 건조시면 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>그래 핀 옥사이드 전극의 제조<ol>
<li>그래핀 옥사이드, 카본 블랙 및 PVDF를 75:15:10의 질량 비율로 혼합하여 유리 병에 넣습니다. 용매 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 고체 혼합물에 적구하고 용매와 고체 혼합물의 중량비가 4:1임을 확인합니다.</li>
		<li>2,000 rpm에서 13분 동안 혼합하고 믹서와 함께 2분 동안 1,200rpm으로 디폼하여 페이스트를 준비합니다.</li>
		<li>코팅이 ~ 8-15mg/cm/cm 2가 될 때까지 카본 페이퍼에 붙여넣기를 코팅하고 40 °C에서 4 시간 동안 건조시면 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 폴리아실린 (PANI) 전극의 제조
<ol><li>1wt% 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 수성 용액을 DI 물에 CMC 분말을 10시간 동안 교반하여 준비합니다.</li>
	<li>50 mg의 류코에메랄딘 베이스 PANI와 10 mg의 카본 블랙을 비커에 섞으세요. 비커에 1wt% CMC 용액 150 μL을 넣고 12시간 동안 마그네틱 교반기와 혼합합니다.</li>
	<li>6 μL의 40% 스티렌-부타디엔(SBR) 용액을 혼합물에 넣고 15분 간 저어줍니다.</li>
	<li>의사 블레이드 코터에 카본 페이퍼 를 놓고 혼합 PANI 슬러리를 카본 페이퍼의 앞가장자리에 놓습니다.</li>
	<li>블레이드 코팅 슬러리를 코팅하여 탄소 종이상에 400 μm 두께의 필름을 제작한다. 50 °C에서 4 시간 동안 코팅을 건조시면됩니다.</li>
</ol>3. 파우치 셀 조립
<ol><li>티타늄 호일을 대략적인 크기로 자른 다음 각 조각을 20kHz 초음파 스팟 용접 기계로 니켈 탭에 연결합니다.</li>
	<li>단락을 피하기 위해 GO 전극과 PANI 전극 사이에 다공성 친수성 폴리프로필렌 계 분리기를 놓습니다. 각 전극은 하나의 전류 수집기와 페어링됩니다.</li>
	<li>알루미늄 적층 필름을 사용하여 전극을 포장합니다. 알루미늄 적층 필름의 측면을 4s. 상부 및 하부 밀봉 부품의 온도를 180 °C 및 160 °C로 별도로 설정하십시오.</li>
	<li>1M KCl 전해질 500 μL을 파우치 셀에 주입하고 10분 동안 평형화합니다.</li>
	<li>여분의 전해질을 돌출하고 파우치 셀의 마지막 면을 -80 kPa 진공 챔버에 밀봉하십시오.</li>
</ol>4. 온도 조절 시스템 설정
<ol><li>파우치 셀을 두 개의 열전 모듈 사이에 쌓습니다. 셀의 위쪽과 아래쪽에 열전대를 놓습니다. 모든 인터페이스에 열 붙여넣기를 적용하여 열 접촉이 잘 되도록 합니다. 참고: 온도는 LabVIEW 코드로 제어됩니다. 열전대에서 측정된 온도는 설정 온도와 비교되며 출력 전압은 PID 제어를 통해 실시간 온도와 설정 온도 의 차이에 의해 결정됩니다. 전압 신호는 전원 공급 장치로 전송되며 열전 모듈에 연결됩니다. 폐쇄 루프 제어는 ± 0.5 °C 내에서 온도 측정 정확도를 보장합니다.</li>
</ol>5. 전기 화학 특성화
<ol><li>전위치를 사용하여 세포의 전기 화학 적 테스트를 수행합니다. 일정한 전류에서 전기 방전 공정을 수행하면서 개방 회로 모드에서 열 충전을 수행합니다.</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>
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<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>
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<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>

저자는 경쟁적인 재정적 이익을 선언하지 않습니다.

aTEC는 RT에서 TH로 가열할 때 열 충전 공정을 통해 열 에너지를 전기로 변환하고 TH에서연속적인 전기 배출 공정을 통해 전기로 변환합니다. TGC 및 TREC와 같은 온도 구배 또는 온도 사이클에 대한 의존성을 제거한 aTEC는 전체 충전 및 방전 공정 동안 등온 가열 작업을 허용합니다. 열 유도 전압은 가열이 GO의 산소 작용기에서 양성자의 화학적 체증을 용이하게 하기 때문에 GO의 의사 정전 용량 효과를 기반으로 하며, 이는 GO-수성 계면에서 의사 정전 용량 반응을 유발합니다. PANI는 증가된 전압에 거의 기여하지 않지만 방전 공정에서 전자를 제공합니다. KCl 전해질의 활용은 반응 중에 전극-전해질 계면의 전하를 유지하고 전체 셀의 전도도를 향상시킵니다. 이 시스템은 무독성이며 환경 친화적이기 때문에 상업용 응용 제품에 이상적입니다. 전해질에 대한 다른 대안은 NaCl과 같은 염화염일 수 있으며, 이는 염화물 이온이 배출 공정에서 PANI의 산화 반응에 필수적인 역할을 하기...

유비쿼터스 저급 열 에너지 (<100 °C)는 재활용되어 전기1,2로 변환 될 수 있지만 대신 낭비됩니다. 불행하게도, 열 회수는 저급 열을 전기로 변환하는 것은 일반적으로 열원의 저온 차동 및 분포 특성으로 인해 비효율적이기 때문에 여전히 큰 도전입니다3. 집중적인 연구는 지난 수십 년 동안 고체 열전(TE) 재료 및 장치에서 수행되어 왔지만, 저급 열 정권에서 TE 장치의 확장 가능한 적용은 낮은 에너지 변환 효율(θE)에의해 제한됩니다 <2%4.
전기화학전지에 대한 온도의 영향에 기초한 대안적 접근법은 열전기화학전지(TE)의 이온제벡 계수(α)가 TE 반도체5,6보다훨씬 높기 때문에 이러한 문제점에 대한 해결책으로 제시되고 있다. Thermogalvanic 셀(TGC)은 두 개의 동일한 전극 사이에 끼어 있는 레독스 활성 전해질을 활용하여 열 구배가 적용될 때 셀 전체에 걸쳐 전압을 생성합니다. 일반적으로 사용되는 수성 Fe(CN)63-Fe(CN)64-TGCs에서 α를 가지는 것으로 보고되었고<1%7,8,9,10,11의α를 수율로 나타났다. 그러나 TGCs는 액체 전해질의 불량한 이온 전도도의 단점을 겪고 있으며, 이는 TE 재료의 전자 전도도보다 약 3배 더 작습니다. 전기 전도도는 향상될 수 있지만, 이러한 개선은 항상 더 높은 열 전도성을 수반하여 낮은 온도 구배를 초래합니다. 따라서, TGCs의 θE는 본질적으로 액체 전해질 전도도 및 전극의 각 측면에서 원하는 산화환원 반응에 대한 온도 요구 사항 사이의 트레이드 오프로 인해 제한된다.
열회생 전기화학사이클(TREC)12,13,14는 고체 구리 헥사시노퍼레이트(CuHCF) 음극및 Cu/Cu+ 양극을 이용한 전지 시스템을 기반으로 최근 보고되었다. TREC는 전해질 전도도를 개선하기 위해 파우치 셀로 구성되며, 60°C 및 10°C에서 작동시 -1.2 mV/K의 α를 나타내고 3.7%(21%의카노)의높은 θE에 도달합니다. 그럼에도 불구하고, TREC의 한 가지 한계는 각 열 주기에서 전극을 충전하는 공정의 시작 시 외부 전기가 필요하며, 이는 복잡한 시스템 설계14로이어진다는 것입니다. 이 제한없이 TREC를 달성 할 수 있지만,의 가난한 변환 효율을 겪고 있다 <1%13. TREC 시스템은 서로 다른 α 값을 가진 두 가지 유형의 프로이센 블루 유사체(PBA)로 구성된 나트륨 이온 이차 전지(SIB) 형 써모셀이 폐열을 수확할 수 있음을 보여줍니다. 열 효율(θ)은 ΔT에 비례하여 증가합니다. 또한 δT = 30 K, 56 K에서 1.08 %, 3.19 %에 도달합니다. 열 순환성은 Ni-대체 PBA15,16,17,18을사용하여 향상됩니다.
양자택일로, 열 재생 암모니아 배터리 (TRAB)는 0.53 %의 E를 생산하는 양극 및 음극과 협력하여 전해질의 온도를 전환하여 역온도 구배와 함께 작동하는 구리 기반 의 산화 환원 커플 [Cu (NH3)4+ +Cu 및 Cu (II)/Cu]를 사용합니다. 그러나 이 시스템은 액체 전해질이 가득한 두 개의 탱크로 구성되어 가열 및 냉방이 느려집니다. 또한, 시스템의 암모니아 스트림은 안전, 누설 및안정성에대한 우려를 만듭니다19,20,21.
여기서 우리는 기하학적 구성에서 온도 구배를 유지하거나 열 주기에서 온도를 전환하지 않고 연속 등온 가열에 의해 열충전 및 전기적으로 방전될 수 있는 열-전기 변환을 위한 비대칭 열전기화학전지(aTEC)를 제시합니다. aTEC는 그래핀 옥사이드(GO) 음극과 폴리아실린(PANI) 양극, KCl을 전해질로 사용하는 비대칭 전극을 사용합니다. 그것은 GO의 열 의사 카피실성 효과를 통해 열충전된 다음 PANI의 산화 반응으로 배출됩니다. 특히, aTEC는 4.1 mV/K의 높은 α를 나타내며 3.32%의 e를 달성하며, 70°C(25.3%의카노)에서달성한 가장 높은 e를 달성했습니다.

<table><tbody><tr><td>알루미나 적층 필름</td><td>Showa Denko</td><td>SPALF C4</td><td></td></tr><tr><td>카본 블랙</td><td>Alfa Aesar</td><td>H30253.22</td><td></td></tr><tr><td>카본지</td><td>CeTech Co., Ltd</td><td>W0S1009</td><td></td></tr><tr><td>카르복시메틸셀룰로오스(CMC)</td><td>Guidechem 회사</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DC 전원 공급 장치</td><td>B& K Precision</td><td>모델 913-B</td><td></td></tr><tr><td>닥터 블레이드 코터</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>믹서</td><td>Thinky</td><td>ARE-250</td><td></td></tr><tr><td>니켈 탭</td><td>Tianjin Iversonchem company</td><td></td><td>4mm 너비</td></tr><tr><td>N-메틸-2-피롤리돈(NMP)</td><td>시그마-알드리치</td><td>443778-1L</td><td></td></tr><tr><td>폴리아닐린(류코에메랄딘 베이스)</td><td>시그마-알드리치</td><td>530670-5G</td><td></td></tr><tr><td>과망간산칼륨(KMnO4)</td><td>시그마-알드리치</td><td>223468-500G</td><td></td></tr><tr><td>분리기</td><td>CLDP</td><td></td><td>25um 두께</td></tr><tr><td>질산나트륨(NaNO3)</td><td>시그마-알드리치</td><td>S5506-250G</td><td></td></tr><tr><td>스티렌 부타디엔</td><td>Tianjin Iversonchem company</td><td>BM400</td><td></td></tr><tr><td>황산</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320501-2.5L</td><td></td></tr><tr><td>열전 모듈</td><td>CUI Inc.</td><td></td><td></td>CP455535H</tr><tr><td>티타늄 호일</td><td>Qingyuan 금속</td><td></td><td>0.03mm 두께</td></tr></tbody></table>

등온 작동 하에서 저급 열 수확을 위한 비대칭 열전기 화학 전지

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

저급 열은 폐열로서 환경에서 풍부하게 사용할 수 있습니다. 저급 열을 전기로 효율적으로 변환하는 것은 매우 어렵습니다. 우리는 열 구배 또는 열 주기를 이용하지 않고 충전 및 방전 공정에서 열 -전기 변환을위한 비대칭 열 전기 화학 전지 (aTEC)를 개발했습니다. 상기 aTEC는 그래핀 옥사이드(GO) 음극, 폴리아실린(PANI) 양극, 1M KCl을 전해질로 구성된다. 셀은 실온 (RT)에서 고온 (TH, ~ 40-90 °C)으로 가열 할 때 GO의 의사 정전 용량 반응으로 인한 전압을 생성한 다음 외부 전기 부하가 연결될 때 PANI를 산화시켜 연속적으로 생성됩니다. aTEC는 4.1 mV/K의 놀라운 온도 계수와 3.32%의 높은 열-전기 변환 효율을 보여주며, 25.3%의 Carnot 효율을 가진 TH = 70°C에서 작동하며, 저급 열 회수를 위한 새로운 유망한 열전기 화학 기술을 발표했습니다.

aTEC 파우치 셀은 GO 음극, PANI 양극으로 구성된 비대칭 전극으로 구성되었으며 KCl 전해질로 채워졌습니다. 그림 1A에 표시된 파우치 셀의 두께는 1mm이며, 이는 두 전극 사이의 등온 조건뿐만 아니라 효율적인 열 전도를 용이하게합니다. 탄소 종이에 코팅된 GO 음극 및 PANI 양극의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지는 도 1B 및 도 1C에나타내었다. 다공성 구조는 활성 전극 재료와 전해질 사이의 접촉 면적을 증가시켜 방전 전류와 출력 전력을 최적화합니다.
비대칭 전극의 다양한 작업 기능을 통해 RT...

저급 열이 풍부하지만 효율적인 복구는 여전히 큰 과제입니다. 우리는 전해질로 KCl을 가진 양극으로 음극및 폴리아실린으로 그래핀 옥사이드를 사용하여 비대칭 열전기 화학 세포를 보고합니다. 이 셀은 등온 가열 하에서 작동하여 저온 영역에서 높은 열- 전기 변환 효율을 나타낸다.

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 ...

저급 열은 풍부하지만 효율적인 저급 열 회수는 여전히 큰 도전입니다. 그래서 여기서는 3% 이상의 에너지 효율이 높은 비대칭 열전지를 제안하여 비대칭 열전셀이 열충전및 전기적으로 방전되어 유연성, 저비용 및 경량으로 인해 다양한 응용 분야에 대한 잠재력을 가지고 있습니다. 비대칭 열 전지의 성능은 산소 기능 그룹의 함량과 전극의 품질에 크게 의존합니다.연구원은 엄격하게 프로토콜을 따르는 것이 좋습니다. 시각적 데모는 비대칭 열전형의 구조를 새로운 기술로 더 잘 이해하고 생산 품질을 보장합니다. 절차를 시연하는 것은 무카이유와 왕순, 대학원생, 황유팅 박사가 우리 연구소에서 박사 학위를 취득한 것입니다.차가운 수조를 설치하려면 이중 벽유리 비커를 자기 교반기 위에 놓고 외부 층을 통해 얼음 물을 순환시합니다. 100 밀리리터의 황산을 비커에 붓고 자기 교반기를 켭니다. 질산나트륨 1그램을 비커에 넣습니다.황산을 함유한 비커에 플레이크 흑연 1그램을 넣고 찬탕에서 1시간 동안 저어줍니다. 1시간 후, 점차적으로 용액에 6그램의 화망산칼륨을 넣습니다. 혼합물을 2시간 더 저어줍니다.2시간 후, 외부 층의 얼음 물을 섭씨 35도의 온도에서 물로 대체하십시오. 추가 절차를 위해 반응 환경을 섭씨 35도로 변경합니다. 흑연의 산화를 한 시간 반 동안 교반하여 계속합니다.46 밀리리터의 디온화된 물을 한 번에 한 방울에 추가하여 비커의 온도를 섭씨 80~90도까지 올립니다. 그래 핀 옥사이드의 합성은 강렬한 반응이다. 프로토콜을 엄격히 따르고 적절한 실험실 안전 장비로 필름 후드에서 실험을 수행하십시오.140 밀리리터의 탈산화된 물과 20밀리리터의 과산화수소를 추가합니다. 그래 핀 산화물의 황금 입자가 그 결과로 나타나는 것을 찾습니다. 그래핀 옥사이드 현탁액이 7pH에 도달할 때까지 희석염산과 탈이온물로 제품을 여러 번 철저히 세척하십시오.세척된 그래핀 옥사이드 서스펜션을 하룻밤 동안 동결합니다. 물이 완전히 증발 할 때까지 동결 건조기에서 건조. 그래핀 옥사이드, 카본 블랙 및 PVDF를 질량 비75 에서 15 대 10의 질량 비율로 혼합하고 유리 병에 넣습니다.그래핀 산화물-탄소 블랙-PVDF 혼합물의 4배 질량인 용매 N-메틸-2-피롤리도네의 양을 측정한다. 용매를 고체 혼합물에 물방울. 믹서를 사용하여 페이스트를 만듭니다.용매와 고체를 2, 000 RPM에서 30분간 섞는다. 그런 다음 1, 200 RPM에서 2

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Chemistry

화학

주석 황화물(SnS)은 지구가 풍부하고 독성이 없는 태양 전지의 후보 물질입니다. 여기에서는 4.36%의 인증된 전력 변환 효율을 산출하는 원자층 증착과 3.88%의 열 증발을 산출하는 SnS 태양 전지의 제조 절차를 보여줍니다.

열 증발 및 원자 층 증착에 의해 기록 효율 SNS 태양 전지 만들기

Pr로 불균일하게 도핑된 다결정 SrTiO3 세라믹의 합성 및 가공을 위한 프로토콜이 열전 특성 조사와 함께 제시됩니다.

불균일 PR-도핑 된 SrTiO3의 합성<sub&gt; 3</sub&gt; 도자기와 그 열전 특성

전통적인 열구배 테이블은 표면 전체에 걸쳐 다양한 온도를 생성합니다. 열구배 테이블의 표면에 수직인 용접 거싯은 온도를 깊이 있게 제어하여 가능한 연구 응용 분야를 증가시킵니다.

거싯 Thermogradient 표는 토양 프로세스 식물 성장 평가 및 모니터링을위한 토양 온도를 제어하는

원동력으로 태양 에너지, 새로운 흡착 냉각 시스템 개발 되어과 실험적으로 조사. 수증기와 제 올 라이트 흡착 시스템의 작업 쌍을 형성 했다. 이 원고는 실험 장비, 작업 절차 및 중요 한 결과의 설치를 설명합니다.

집중 수집기 태양 흡착 냉장의 실험 시스템

이 프로토콜은 적외선 카메라를 컨베이어 벨트 로에 설치하고, 공장 보정 IR 카메라의 고객 보정을 수행하고, 관심 있는 물체의 공간 표면 온도 분포를 평가하는 방법을 설명합니다. 예제 개체는 산업용 실리콘 태양전지입니다.

인라인 적외선 테르모그래피를 통한 컨베이어 벨트 용광로의 시투 표면 온도 측정

이 원고는 유리 기판에 Bi2Te3 및 Sb2Te3 열전 박막의 무선 주파수 마그네트론 스퍼터링에 대한 프로토콜을 설명하며, 이는 추가 개발 가능성과 함께 광범위한 응용 분야를 제공하는 신뢰할 수 있는 증착 방법을 나타냅니다.

무선 주파수 마그네트론 스퍼터링 기법을 이용한 Bi2 Te3 및 Sb2Te3 열전 박막 제작

CdSe-SnSe 나노 복합체는 표면 공학 된 SnSe 입자를 통합하여 생산됩니다. 간단한 수성 합성이 SnSe 입자를 생성하는 데 사용됩니다. SnSe 입자를 CdSe 분자 복합체로 코팅하면 입자 크기를 제어하고 나노 복합체에 존재하는 결함 수를 증가시켜 열전도율을 낮출 수 있습니다.

용액 처리, 표면 공학, 낮은 열전도율을 나타내는 다결정 CdSe-SnSe

여기에서는 원소 전구체를 사용하여 초고속(2차 범위), 무용제 및 1단계 기계화학적 합성을 통해 열전에 적합한 두 가지 금속 칼코게나이드(Cu1.8S 및 SnSe)를 합성하는 프로토콜을 제시합니다. 동시에, 우리는 새로 개발된 장치에 의한 유 성 볼 밀링 현장 밀링 중 용기의 온도를 모니터링하는 것을 시연합니다.

열전학에 적합한 금속 칼코게나이드의 기계화학적 합성에 대한 단순성 및 현장 온도 모니터링 입증

이 프로토콜은 태양 에너지를 사용하여 이산화탄소와 물에서 녹색 연료를 생산하기 위한 MXene 지원 CuZn 및 NiCo 이중 금속 전극촉매의 제조 및 전기화학적 분석을 안내합니다.

Ti3C2T x MXene 지원 CuZn 및 NiCo 촉매를 사용하여CO2 및 물에서 태양열 구동 전기화학 친환경 연료 생산

2032 코인 셀을 저습도 환경에서 비용 효율적인 저온 배터리 사이클링을 가능하게 하는 설계가 제시되었습니다. 셀은 열전 모듈로 냉각된 챔버 내에서 0 °C에서 순환됩니다. 이 간단한 설계는 유사한 열 및 습도 제어 환경이나 서로 다른 배터리 형상이 필요한 실험에 적용할 수 있습니다.

저온 오페란도 실험을 위한 동전 전지 배터리 챔버 설계

망간 도핑된 Bi2Te-3 박막을 제조하고 망간 투입이 구조적 및 열전 수송 특성에 미치는 영향을 평가하기 위해 고주파 공동 스퍼터 프로토콜이 개발되었습니다. 중간 정도의 망간 함량은 필름 균일성과 파워 팩터 관련 수송 거동을 개선했으며, 높은 망간 투입은 구조적 무도성과 저항성을 증가시켰습니다.

망간 공동 스퍼터링을 통한 Bi2Te3 박막의 열전적 특성 개선

학습하세요 비대칭 열전기 화학 전지를 이용한 저급 열 에너지 전환 방법을. 등온 조건에서 3% 이상의 높은 에너지 효율을 달성하며, 유연하고 경량인 이 기술은 폐열 회수에 혁신적인 가능성을 제공합니다.

등온 작동 하에서 저급 열 수확을 위한 비대칭 열전기 화학 전지

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