Name: Célula Termoeletroquímica assimétrica para colheita de calor de baixo grau operação isothermal (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: Aprenda a construir uma célula termoeletroquímica assimétrica para converter calor residual em eletricidade com eficiência superior a 3%. Este método utiliza óxido de grafeno e polianilina em operação isotérmica.

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Os autores reconhecem a discussão construtiva com o Prof. D.Y.C. Leung e o Dr. Y. Chen (Universidade de Hong Kong), Prof. M.H.K. Leung (City University of Hong Kong), Dr. W. S. Liu (Southern University of Science and Technology) e Mr. Frank H.T. Leung (Techskill [Asia] Limited). Os autores reconhecem o apoio financeiro do Fundo Geral de Pesquisa do Conselho de Bolsas de Pesquisa da Região Administrativa Especial de Hong Kong, china, o Prêmio nº 17204516 e 17206518, e do Fundo de Inovação e Tecnologia (Ref: ITS/171/16FX).

1. Preparação do eletrodo de óxido de grafeno
<ol><li>Síntese de óxido de grafeno através do método de Hummer modificado<ol>
<li>As etapas 1.1.2 e 1.1.3 ocorrem a uma temperatura baixa (<0 °C). Circule água gelada fluindo através da camada externa de um copo de vidro de parede dupla colocado em um agitador magnético para criar condições de baixa temperatura para os reagentes dentro.</li>
		<li>Misture 1 g de nitrato de sódio (NaNO3)com 100 mL de ácido sulfúrico (H2SO4, grau de reagente, 95-98%) usando agitação lenta no béquer.</li>
		<li>Adicione 1 g de grafite de floco no ácido sulfúrico e mexa por 1 h no banho frio. Adicione 6 g de permanganato de potássio (KMnO4)gradualmente à solução e mexa a mistura por mais 2 h.</li>
		<li>O próximo passo da reação ocorre a uma temperatura média (~35 °C). Mude a água gelada para 35 °C de água e continue a oxidação do grafite mexendo por 1/2 h.</li>
		<li>A última etapa da reação ocorre a um TH (80-90 °C). Adicione 46 mL de água desionizada (DI) (70 °C) na queda do tanque de reação por gota. Note que a reação é forte. Adicione 140 mL de água DI e 20 mL de peróxido de hidrogênio (30% H2O2) no tanque de reação como o último passo da reação. Certifique-se de que partículas douradas de GO apareçam como resultado.</li>
		<li>Lave o produto cuidadosamente com ácido clorídrico diluído (HCl) e água DI várias vezes até que a suspensão GO atinja pH = 7.</li>
		<li>Congele a suspensão GO lavada durante a noite e seque-a em um secador de congelamento até que a água evapore completamente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparação do eletrodo de óxido de grafeno<ol>
<li>Misture o óxido de grafeno, o preto carbono e o PVDF em uma proporção de massa de 75:15:10 e coloque-os em uma garrafa de vidro. Escorra o solvente N-metil-2-pirrolido (NMP) na mistura sólida e certifique-se de que a relação de peso do solvente e da mistura sólida seja de 4:1.</li>
		<li>Prepare a pasta misturando a 2.000 rpm por 13 min e desespumando em 1.200 rpm por 2 min com uma batedeira.</li>
		<li>Cubra a pasta em papel carbono até que a camada seja ~8-15 mg/cm2 e seque-a por 4h a 40 °C.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Preparação do eletrodo polianilina (PANI)
<ol><li>Prepare 1 wt% de celulose carboximettil (CMC) aplicando o pó CMC em água DI mexendo por 10 h.</li>
	<li>Misture 50 mg de PANI leucoemeraldina-base e 10 mg de carbono preto em um béquer. Adicione 150 μL de 1 wt% solução CMC no béquer e misture com um agitador magnético por 12 h.</li>
	<li>Adicione 6 μL de 40% de solução estireno-butadiene (SBR) na mistura e mexa por mais 15 min.</li>
	<li>Coloque um pedaço de papel carbono no coater da lâmina médica e deixe cair o chorume PANI misturado na borda principal do papel carbono.</li>
	<li>Lâmina cubra o chorume para produzir um filme de 400 μm de espessura no papel carbono. Seque o revestimento por 4h a 50 °C.</li>
</ol>3. Montagem da célula da bolsa
<ol><li>Corte a folha de titânio no tamanho do approproato e, em seguida, conecte cada peça a uma aba de níquel com uma máquina de soldagem de ponto ultrassônico de 20 kHz.</li>
	<li>Coloque o separador à base de polipropileno hidrofílico poroso entre o eletrodo GO e o eletrodo PANI para evitar curtos-circuitos. Cada eletrodo é emparelhado com um colecionador atual.</li>
	<li>Empacotar os eletrodos usando filme laminado de alumínio. Selar as laterais do filme laminado de alumínio com um saler de vácuo compacto para 4 s. Definir a temperatura das partes de vedação superior e inferior como 180 °C e 160 °C separadamente.</li>
	<li>Injete 500 μL do eletrólito 1 M KCl na célula da bolsa e deixe equilibrar por 10 min.</li>
	<li>Extrua o excesso de eletrólito e veda o último lado da célula da bolsa em uma câmara de vácuo de -80 kPa.</li>
</ol>4. Configurando o sistema de controle de temperatura
<ol><li>Empilhe a célula da bolsa entre dois módulos termoelétricos. Coloque os termocouples nas laterais superior e inferior da célula. Aplique pasta térmica em todas as interfaces para garantir um bom contato térmico. NOTA: A temperatura é controlada com código LabVIEW. As temperaturas medidas dos termocouples são comparadas com as temperaturas de ajuste e a tensão de saída é determinada pela diferença entre a temperatura em tempo real e a temperatura de ajuste através de um controle de PID. Os sinais de tensão são transmitidos para a fonte de alimentação e são conectados ao módulo termoelétrico. O controle de laço fechado garante uma precisão de medição de temperatura dentro de ± 0,5 °C.</li>
</ol>5. Caracterização eletroquímica
<ol><li>Realize os testes eletroquímicos da célula usando um potencialiostat. Realizar o carregamento térmico no modo circuito aberto enquanto realiza o processo de descarga elétrica em uma corrente constante.</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>

Os autores não declaram interesses financeiros concorrentes.

O aTEC converte energia térmica em eletricidade através de um processo de carregamento térmico ao aquecer de RT a TH e um processo sucessivo de descarga elétrica em TH. Livrando-se da dependência de um gradiente de temperatura ou de um ciclo de temperatura como o TGC e o TREC, o ATEC permite a operação de aquecimento isotherômico durante todo o processo de carregamento e descarga. A tensão induzida térmica é baseada no efeito pseudocapacitivo de GO porque o aquecimento facilita a quimiografia de pró...

A onipresente energia térmica de baixo grau (<100 °C) poderia ser reciclada e convertida em eletricidade1,2, mas em vez disso é desperdiçada. Infelizmente, a recuperação de calor ainda é um grande desafio, pois a conversão de calor de baixo grau para eletricidade geralmente é ineficiente devido ao diferencial de baixa temperatura e à natureza distribuída das fontes de calor3. Pesquisas intensivas têm sido realizadas em materiais e dispositivos termoelétricos (TE) de estado sólido nas últimas décadas, mas a aplicação escalável de dispositivos TE em um regime de calor de baixo grau é limitada pela baixa eficiência de conversão de energia(ηE)de <2%4.
Abordagens alternativas baseadas no efeito da temperatura nas células eletroquímicas têm sido sugeridas como uma solução para este problema, pois o coeficiente iônico Seebeck (α) de células termoeletroquímicas (TECs) é muito maior do que o dos semicondutores TE5,6. As células termogalvânicas (TGC) utilizam eletrólitos ativos redoxos sanduíches entre dois eletrodos idênticos para gerar uma tensão através da célula quando um gradiente térmico é aplicado. O aquoso Fe(CN)63-/Fe(CN)64- eletrólito em TGCs foi relatado ter um α de -1,4 mV/K e render um ηE de <1%7,8,9,10,11. No entanto, os TGCs sofrem a desvantagem da má condutividade iônica do eletrólito líquido, que é cerca de três ordens de magnitude menor do que a condutividade eletrônica nos materiais TE. A condutividade elétrica poderia ser melhorada, mas essa melhoria é sempre acompanhada por uma maior condutividade térmica, o que leva a um gradiente de temperatura mais baixa. Portanto, o heE dos TGCs é inerentemente limitado devido à troca entre a condução de eletrólito líquido e a exigência de temperatura para as reações redoxas desejadas em cada lado do eletrodo.
Um ciclo eletroquímico termicamente regenerativo (TREC)12,13,14 baseado em um sistema de bateria usando um cátodo hexacyanoferrate de cobre sólido (CuHCF) e um ânodo Cu/Cu+ foi recentemente relatado. O TREC é configurado como uma célula de bolsa para melhorar a condução do eletrólito, mostrando um α de −1,2 mV/K e atingindo um alto de 3,7% (21% do seucarnot) quando operado a 60 °C e 10 °C. No entanto, um limite do TREC é que a eletricidade externa é necessária no início do processo para carregar os eletrodos em cada ciclo térmico, levando a complicados projetos do sistema14. Um TREC sem essa limitação pode ser alcançado, mas sofre de uma baixa eficiência de conversão de <1%13. O sistema TREC demonstra que uma bateria termocélula secundária de íons de sódio (SIB) composta por dois tipos de análogos azuis prussianos (PBA) com diferentes valores α pode colher calor de resíduos. A eficiência térmica (η) aumenta proporcionalmente com ΔT. Além disso, ele atinge 1,08%, 3,19% na ΔT = 30 K, 56 K separadamente. A cicvidabilidade térmica é melhorada utilizando PBA15,16,17,18.
Alternativamente, uma bateria de amônia termicamente regenerativa (TRAB) emprega casais redox baseados em cobre [Cu(NH3)42+/Cu e (II)/Cu] que operam com o gradiente de temperatura reversa, trocando a temperatura de eletrolito co-operado com eletrodos positivos e negativos, que produz um heE de 0,53% (13% do carnot). No entanto, este sistema é configurado com dois tanques cheios de eletrólito líquido, causando aquecimento e resfriamento lentos. Além disso, o fluxo de amônia no sistema cria preocupações com segurança, vazamento e estabilidade19,20,21.
Aqui apresentamos uma célula termoeletroquímica assimétrica (aTEC) para conversão de calor-eletricidade que pode ser carregada termicamente e eletricamente descarregada por aquecimento isonômico contínuo sem manter um gradiente de temperatura em uma configuração geométrica ou mudar temperaturas em um ciclo térmico. O aTEC usa eletrodos assimétricos, incluindo um cátodo de óxido de grafeno (GO) e um ânodo polianilina (PANI), e KCl como eletrólito. É carregado termicamente através do efeito termo-pseudocapacitivo de GO e, em seguida, descarregado com a reação de oxidação do PANI. Notavelmente, a aTEC exibe uma alta α de 4,1 mV/K e atinge um heE de 3,32%, o maior já alcançado a 70 °C (25,3% do seuCarnot).

<table><tbody><tr><td>Filme laminado de alumina</td><td>Showa Denko</td><td>SPALF C4</td><td></td></tr><tr><td>Negro de fumo</td><td>Alfa Aesar</td><td>H30253.22</td><td></td></tr><tr><td>Papel carbono</td><td>CeTech Co. Ltd</td><td>W0S1009</td><td></td></tr><tr><td>Carboximetilcelulose (CMC)</td><td>Guidechem company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DC Fonte de alimentação</td><td>B& K Precision</td><td>Modelo 913-B</td><td></td></tr><tr><td>Revestidor de lâmina raspadora</td><td>Shining Energy Co. Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gamry</td><td>Gamry Instruments</td><td>Referência 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>Aba de níquel</td><td>Tianjin Iversonchem empresa</td><td></td><td>4 mm de largura</td></tr><tr><td>N-Metil-2-pirrolidona (NMP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>443778-1L</td><td></td></tr><tr><td>Polianilina (base leucoemeraldina)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>530670-5G</td><td></td></tr><tr><td>permanganato de potássio (KMnO4)</td><td>Separador Sigma-Aldrich</td><td>223468-500G</td><td></td></tr><tr><td></td><td>CLDP</td><td></td><td>25 um de espessura</td></tr><tr><td>Nitrato de sódio (NaNO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5506-250G</td><td></td></tr><tr><td>Estireno butadieno</td><td>Tianjin Iversonchem company</td><td>BM400</td><td></td></tr><tr><td>Ácido sulfúrico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320501-2.5L</td><td></td></tr><tr><td>Módulos termoelétricos</td><td>CUI Inc.</td><td></td><td></td>CP455535H</tr><tr><td>Folha de titânio</td><td>Qingyuan metal</td><td></td><td>0,03 mm de espessura</td></tr></tbody></table>

célula termoeletroquímica assimétrica para colheita de calor de baixo grau operação isothermal

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

O calor de baixo grau está abundantemente disponível no ambiente como calor de resíduos. A conversão eficiente de calor de baixo grau em eletricidade é muito difícil. Desenvolvemos uma célula termoeletroquímica assimétrica (aTEC) para conversão de calor-eletricidade operação isothermal nos processos de carregamento e descarga sem explorar o gradiente térmico ou o ciclo térmico. O aTEC é composto por um cátodo de óxido de grafeno (GO), um ânodo de polianilina (PANI) e 1M KCl como eletrólito. A célula gera uma tensão devido à reação pseudocapacitiva de GO ao aquecer da temperatura ambiente (RT) a uma alta temperatura (TH, ~40-90 °C), e então a corrente é sucessivamente produzida por PANI oxidante quando uma carga elétrica externa é conectada. O aTEC demonstra um notável coeficiente de temperatura de 4,1 mV/K e uma alta eficiência de conversão de calor para eletricidade de 3,32%, trabalhando a um TH = 70 °C com uma eficiência Carnot de 25,3%, revelando uma nova promissora tecnologia termoeletroquímica para recuperação de calor de baixo grau.

A célula de bolsa aTEC foi configurada com eletrodos assimétricos consistindo de um cátodo GO, um ânodo PANI, e preenchido com o eletrólito KCl. A espessura da célula da bolsa mostrada na Figura 1A é de 1 mm, o que facilita condições isontérmicas entre os dois eletrodos, bem como a condução de calor eficiente. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (SEM) do cátodo GO e o ânodo PANI revestido em papel carbono são mostrados na <stron...

O calor de baixo grau é abundante, mas sua recuperação eficiente ainda é um grande desafio. Relatamos uma célula termoeletroquímica assimétrica usando óxido de grafeno como cátodo e polianilina como ânodo com KCl como eletrólito. Esta célula funciona aquecimento isotherômico, exibindo uma alta eficiência de conversão de calor para eletricidade em regiões de baixa temperatura.

Célula Termoeletroquímica assimétrica para colheita de calor de baixo grau operação isothermal

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 ...

O calor de baixo grau é abundante, mas a recuperação eficiente de calor de baixo grau ainda é um grande desafio. Então, aqui, propomos uma célula térmica assimétrica com alta eficiência energética acima de 3%A célula térmica assimétrica é carregada termicamente e eletricamente descarregada sob operação isotérmica, por isso tem potencial para várias aplicações, devido à sua flexibilidade, baixo custo e peso leve. O desempenho das células térmicas assimétricas depende fortemente do conteúdo de grupos oxigênio-funcionais e da qualidade dos eletrodos.Os pesquisadores são sugeridos a seguir rigorosamente o protocolo. A demonstração visual ajuda a entender melhor a estrutura da termocélula assimétrica como uma nova técnica, e garante a qualidade da produção. Demonstrando o procedimento estarão Mu Kaiyu e Wang Xun, estudante de pós-graduação, e Dr. Huang Yu-Ting, pós-doutorado do nosso laboratório.Para montar um banho de água fria, coloque um copo de vidro de parede dupla em um agitador magnético e circule água gelada através da camada externa. Despeje 100 mililitros de ácido sulfúrico no béquer, e ligue o agitador magnético. Adicione um grama de nitrato de sódio ao béquer.Adicione um gra

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Química

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Os nanocompósitos CdSe-SnSe são produzidos pela consolidação de partículas SnSe de engenharia superficial. Uma síntese aquosa simples é empregada para produzir partículas de SnSe. O revestimento de partículas de SnSe com complexos moleculares de CdSe permite controlar o tamanho do grão e aumentar o número de defeitos presentes no nanocompósito, diminuindo assim a condutividade térmica.

CdSe-SnSe policristalino processado em solução, projetado na superfície, exibindo baixa condutividade térmica

Aqui, apresentamos um protocolo para sintetizar dois calcogenetos metálicos (1.8S e SnSe) adequados para termoelétricos por meio de uma síntese mecanoquímica ultrarrápida (segunda faixa), sem solventes e em uma etapa usando precursores elementares. Simultaneamente, demonstramos o monitoramento da temperatura no jarro durante a moagem planetária de bolas in situ pelo dispositivo recém-desenvolvido.

Demonstrando a simplicidade e o monitoramento de temperatura in situ da síntese mecanoquímica de calcogenetos metálicos adequados para termoelétricos

Este protocolo orienta a fabricação e análise eletroquímica de eletrocatalisadores bimetálicos CuZn e NiCo suportados por MXene para produção de combustível verde a partir de dióxido de carbono e água usando energia solar.

Produção de combustível verde eletroquímico movido a energia solar a partir de CO2 e água usando catalisadores de CuZn e NiCo suportados por Ti3C2T x MXene

Um projeto é apresentado para permitir um ciclo de bateria de baixa temperatura e custo para 2032 células de moeda em um ambiente de baixa umidade. As células são cicladas a 0 °C dentro de uma câmara resfriada por módulos termoelétricos. Esse design simples pode ser adaptado para experimentos que exigem ambientes semelhantes com controle térmico e de umidade ou diferentes geometrias de bateria.

Design de câmara de bateria de célula de moeda para experimentos de operando em baixa temperatura

Foi desenvolvido um protocolo de co-sputtering por radiofrequência para fabricar filmesfinos Bi2Te 3 dopados com manganês e avaliar como a entrada de manganês influencia as propriedades estruturais e de transporte termoelétrico. A incorporação moderada de manganês melhorou a uniformidade do filme e o comportamento de transporte relacionado ao fator de potência, enquanto maior entrada de manganês aumentou a desordem estrutural e a resistividade.

Melhorando as Propriedades Termoelétricas de Filmes Finos Bi2Te3 por Co-Sputtering de Manganês

Aprenda a construir uma célula termoeletroquímica assimétrica para converter calor residual em eletricidade com eficiência superior a 3%. Este método utiliza óxido de grafeno e polianilina em operação isotérmica.

Célula Termoeletroquímica assimétrica para colheita de calor de baixo grau operação isothermal

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