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Chemistry

इसोदरमल ऑपरेशन के तहत कम ग्रेड गर्मी की कटाई के लिए असममित थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल

Published: February 5, 2020 doi: 10.3791/60768
* These authors contributed equally

Summary

कम ग्रेड गर्मी प्रचुर मात्रा में है, लेकिन इसकी कुशल वसूली अभी भी एक बड़ी चुनौती है । हम इलेक्ट्रोलाइट के रूप में केसीएल के साथ एनोड के रूप में ग्राफीन ऑक्साइड का उपयोग करके एक असममित थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल की रिपोर्ट करते हैं। यह सेल कम तापमान वाले क्षेत्रों में उच्च गर्मी से बिजली रूपांतरण दक्षता का प्रदर्शन करते हुए आइसोथर्मल हीटिंग के तहत काम करता है।

Abstract

कम ग्रेड गर्मी अपशिष्ट गर्मी के रूप में पर्यावरण में बहुतायत से उपलब्ध है । कम ग्रेड वाली गर्मी को बिजली में बदलने से काफी मुश्किल है। हमने थर्मल ग्रेडिएंट या थर्मल चक्र का शोषण किए बिना चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रियाओं में एस्थेरमल ऑपरेशन के तहत गर्मी से बिजली रूपांतरण के लिए एक असममित थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल (एटेक) विकसित किया। एटेक एक ग्राफीन ऑक्साइड (जीओ) कैथोड, एक पॉलीएनीलाइन (पैनी) एनोड, और इलेक्ट्रोलाइट के रूप में 1M केसीएल से बना है। कक्ष तापमान (आरटी) से उच्च तापमान (टीएच,~ 40-90 डिग्री सेल्सियस) तक गर्म करते समय गो की छद्म क्षमता प्रतिक्रिया के कारण एक वोल्टेज उत्पन्न करता है, और फिर बाहरी विद्युत भार से जुड़े होने पर पैनी को ऑक्सीकरण करके धारा को क्रमिक रूप से उत्पादित किया जाता है। एटेक 4.1 एमवी/कश्मीर के उल्लेखनीय तापमान गुणांक और 3.32% की उच्च गर्मी से बिजली रूपांतरण दक्षता को दर्शाता है, जो 25.3% की कार्नोट दक्षता के साथ टीएच = 70 डिग्री सेल्सियस पर काम करता है, जो कम ग्रेड गर्मी वसूली के लिए एक नई आशाजनक थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक का अनावरण करता है।

Introduction

सर्वव्यापी कम ग्रेड गर्मी ऊर्जा (<100 डिग्री सेल्सियस) को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है और बिजली1,2 में परिवर्तित किया जा सकता है लेकिन इसके बजाय बर्बाद हो जाता है। दुर्भाग्य से, गर्मी वसूली अभी भी एक बड़ी चुनौती है, क्योंकि कम तापमान अंतर और गर्मी स्रोतों की वितरित प्रकृतिकेकारण कम ग्रेड गर्मी को परिवर्तित करना आमतौर पर अक्षम होता है। पिछले दशकों से ठोस-राज्य थर्मोइलेक्ट्रिक (टीई) सामग्री और उपकरणों में गहन अनुसंधान किया गया है, लेकिन कम ग्रेड गर्मी व्यवस्था में टीई उपकरणों का स्केलेबल अनुप्रयोग कम ऊर्जा रूपांतरण दक्षता (2%4)की कम ऊर्जा रूपांतरण दक्षता(ई)द्वारा सीमित है।

इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं पर तापमान के प्रभाव के आधार पर वैकल्पिक दृष्टिकोण इस समस्या के समाधान के रूप में सुझाए गए हैं, क्योंकि थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं (TECs) का आयनिक सीबेक गुणांक (α) ते अर्धचालक5,6की तुलना में बहुत अधिक है। थर्मोगैलवेनिक कोशिकाएं (टीजीसी) थर्मल ग्रेडिएंट लागू होने पर कोशिका में वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए दो समान इलेक्ट्रोड के बीच सैंडविच किए गए रेडऑक्स सक्रिय इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करती हैं। टीजीसी में आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले जलीय फे (सीएन)63/फे(सीएन)64-इलेक्ट्रोलाइट में -1.4 एमवी/के की α होने की सूचना मिली थी और 1%7,8,9,10,11की एक आय हुई थी । हालांकि, टीजीसी को तरल इलेक्ट्रोलाइट की खराब आयनिक चालकता की कमी का सामना करना पड़ता है, जो टीई सामग्री में इलेक्ट्रॉनिक चालकता से छोटे परिमाण के लगभग तीन आदेश हैं। विद्युत चालकता में सुधार किया जा सकता है, लेकिन यह सुधार हमेशा उच्च थर्मल चालकता के साथ होता है, जिससे तापमान में कमी होती है। इसलिए, इलेक्ट्रोड के प्रत्येक पक्ष में वांछित रेडऑक्स प्रतिक्रियाओं के लिए तरल इलेक्ट्रोलाइट आचरण और तापमान की आवश्यकता के बीच व्यापार-बंद के कारण टीजीसी का स्वाभाविक रूप से सीमित है।

एक थर्मल पुनर्योजी इलेक्ट्रोकेमिकल चक्र (TREC)12,13,14 एक ठोस तांबे हेक्सानिनोफररेट (CuHCF) कैथोड और एक Cu/Cu+ एनोड का उपयोग कर एक बैटरी प्रणाली के आधार पर हाल ही में सूचित किया गया था । इलेक्ट्रोलाइट चालन में सुधार करने के लिए टीसीईसी को एक थैली सेल के रूप में कॉन्फ़िगर किया जाता है, जिसमें −1.2 एमवी/के का α दिखाया जाता है और 60 डिग्री सेल्सियस और 10 डिग्री सेल्सियस पर संचालित होने पर 3.7% (21% कार्नोट)के उच्च तापमान तक पहुंचजाता है। फिर भी, TREC की एक सीमा यह है कि प्रत्येक थर्मल चक्र में इलेक्ट्रोड को चार्ज करने के लिए प्रक्रिया के शुरू में बाहरी बिजली की आवश्यकता होती है, जिससे जटिल प्रणाली14डिजाइन करती है। इस सीमा के बिना एक TREC प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन यह <1%13की खराब रूपांतरण दक्षता से ग्रस्त है । TREC प्रणाली दर्शाता है कि एक सोडियम आयन माध्यमिक बैटरी (एसआईबी) प्रकार थर्मोसेल जिसमें दो प्रकार के प्रशिया ब्लू एनालॉग (पीबीए) शामिल हैं, जिसमें विभिन्न α मूल्यों के साथ अपशिष्ट गर्मी की फसल हो सकती है। थर्मल दक्षता ()) आनुपातिक रूप से बढ़ जाती है। इसके अलावा, 1.08%, 3.19% पर 3.19% तक पहुंचता है= 30 K, 56 K अलग से। एनआई - प्रतिस्थापित पीबीए15, 16,17,18का उपयोग करके थर्मल चक्रीयता में सुधार किया जाता है .

वैकल्पिक रूप से, एक थर्मल पुनर्योजी अमोनिया बैटरी (TRAB) तांबे आधारित रेडऑक्स जोड़ों [सीयू (एनएच3)42 +/सीयू और सीयू (II)/Cu] को रोजगार देती है जो इलेक्ट्रोलाइट के तापमान को सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के साथ सह-संचालित करके रिवर्स तापमान ढाल के साथ काम करती है, जो 0.53%(कार नॉट का13%) का उत्पादन करती है। हालांकि, इस सिस्टम को तरल इलेक्ट्रोलाइट से भरे दो टैंकों के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है, जिससे सुस्त हीटिंग और ठंडा हो ता है। इसके अलावा, प्रणाली में अमोनिया धारा सुरक्षा, रिसाव, और स्थिरता19,20,21के बारे में चिंता पैदा करती है ।

यहां हम गर्मी से बिजली रूपांतरण के लिए एक असममित थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल (एटेक) प्रस्तुत करते हैं जिसे ज्यामितीय विन्यास में तापमान ढाल बनाए रखने या थर्मल चक्र में तापमान स्विच न करने के बिना निरंतर आइसोथर्मल हीटिंग द्वारा थर्मल रूप से चार्ज और विद्युत रूप से डिस्चार्ज किया जा सकता है। एटेक असममित इलेक्ट्रोड का उपयोग करता है, जिसमें ग्राफीन ऑक्साइड (जीओ) कैथोड और पॉलीएनीलाइन (पैनी) एनोड और इलेक्ट्रोलाइट के रूप में केसीएल शामिल हैं। यह थर्मल रूप से गो के थर्मो-छद्म प्रभाव के माध्यम से चार्ज किया जाता है और फिर पैनी की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के साथ छुट्टी दे दी जाती है। विशेष रूप से, एटेक 4.1 एमवी/कश्मीर के उच्च α को प्रदर्शित करता है और 3.32% का एक उच्च प्राप्त करता है, जो अब तक का सबसे अधिक 70 डिग्री सेल्सियस (25.3%कार्नोट)पर प्राप्त किया गया है।

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Protocol

1. ग्राफीन ऑक्साइड इलेक्ट्रोड की तैयारी

  1. संशोधित ह्यूमर विधि के माध्यम से ग्राफीन ऑक्साइड का संश्लेषण
    1. कदम 1.1.2 और 1.1.3 कम तापमान (<0 डिग्री सेल्सियस) पर होते हैं। एक डबल वॉल ग्लास बीकर की बाहरी परत के माध्यम से बहने वाले बर्फ के पानी को प्रसारित करें जो एक चुंबकीय उभारक पर रखा गया है ताकि अंदर के रिक्रिएट्स के लिए कम तापमान की स्थिति बनाई जा सके।
    2. सल्फ्यूरिक एसिड के 100 मिलीग्राम (एच2एसओ4,रिएजेंट ग्रेड, 95-98%) बीकर में धीमी गति से सरगर्मी का उपयोग करना।
    3. सल्फ्यूरिक एसिड में 1 ग्राम फ्लेक ग्रेफाइट जोड़ें और ठंडे स्नान में 1 घंटे के लिए हलचल करें। धीरे-धीरे समाधान के लिए 6 ग्राम पोटेशियम परमैंगनेट (KMnO4)जोड़ें और मिश्रण को एक और 2 घंटे के लिए हिलाएं।
    4. प्रतिक्रिया का अगला कदम एक मध्यम तापमान (~ 35 डिग्री सेल्सियस) पर होता है। बर्फ के पानी को 35 डिग्री सेल्सियस पानी में बदलें और आधा घंटा के लिए सरगर्मी करके ग्रेफाइट का ऑक्सीकरण जारी रखें।
    5. प्रतिक्रिया का अंतिम चरण टीएच (80-90 डिग्री सेल्सियस) पर होता है। ड्रॉप द्वारा रिएक्शन टैंक ड्रॉप में 46 मिलीकृत (डीआई) पानी (70 डिग्री सेल्सियस) जोड़ें। ध्यान दें कि प्रतिक्रिया मजबूत है। प्रतिक्रिया के अंतिम चरण के रूप में प्रतिक्रिया टैंक में डीआई पानी का 140 मिलीग्राम और हाइड्रोजन पेरोक्साइड (30% एच22)का 20 मिलीग्राम जोड़ें। सुनिश्चित करें कि गो के सुनहरे कण परिणामस्वरूप दिखाई देते हैं।
    6. उत्पाद को पतला हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल) और डीआई पानी के साथ कई बार धोएं जब तक कि गो निलंबन पीएच = 7 तक न पहुंच जाए।
    7. धोया जाओ निलंबन रात भर फ्रीज और यह एक फ्रीज ड्रायर में सूखी जब तक पानी पूरी तरह से वाष्पित ।
  2. ग्राफीन ऑक्साइड इलेक्ट्रोड की तैयारी
    1. ग्राफीन ऑक्साइड, कार्बन ब्लैक और पीवीडीएफ को 75:15:10 के द्रव्यमान अनुपात में मिलाएं और उन्हें कांच की बोतल में डाल दें। सॉल्वेंट एन-मिथाइल-2-पाइरोलिडोन (एनएमपी) को ठोस मिश्रण में ड्रिप करें और सुनिश्चित करें कि सॉल्वेंट और ठोस मिश्रण का वजन अनुपात 4:1 है।
    2. मिक्सर के साथ 2 मिन के लिए 13 मिन के लिए 2,000 आरपीएम पर मिलाकर और 1,200 आरपीएम में डिफोमिंग करके पेस्ट तैयार करें।
    3. ब्रश कोट कार्बन पेपर पर पेस्ट तब तक करें जब तक कि कोट ~ 8-15 मिलीग्राम/सेमी2 न हो जाए और इसे 4 घंटे के लिए 40 डिग्री सेल्सियस पर सुखा लें।

2. पॉलीएनीलाइन (पीएएनआई) इलेक्ट्रोड की तैयारी

  1. 10 घंटे के लिए सरगर्मी से DI पानी में सीएमसी पाउडर भंग करके 1 wt% carboxymethyl सेल्यूलोज (सीएमसी) जलीय समाधान तैयार करें।
  2. बीकर में 50 मिलीग्राम ल्यूकोपन्नािन बेस पैनी और 10 मिलीग्राम कार्बन ब्लैक मिलाएं। बीकर में 1 wt% सीएमसी समाधान के 150 μL जोड़ें और 12 घंटे के लिए एक चुंबकीय उभारा के साथ मिश्रण।
  3. मिश्रण में 40% स्टायरीन-ब्यूटाडीन (एसबीआर) समाधान के 6 माइक्रोन जोड़ें और एक और 15 min के लिए हलचल।
  4. डॉक्टर ब्लेड कोटर पर कार्बन पेपर का एक टुकड़ा रखें और कार्बन पेपर के अग्रणी किनारे पर मिश्रित पैनी घोल छोड़ दें।
  5. ब्लेड कोट घोल कार्बन पेपर पर एक फिल्म ४०० μm मोटी का उत्पादन करने के लिए । कोटिंग को 4 घंटे के लिए 50 डिग्री सेल्सियस पर सुखा लें।

3. थैली सेल कोडांतरण

  1. एप्रोप्रोएट आकार में टाइटेनियम पन्नी को काटें और फिर प्रत्येक टुकड़े को 20 किहर्ट्ज अल्ट्रासोनिक स्पॉट वेल्डिंग मशीन के साथ निकल टैब से जोड़ें।
  2. शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए गो इलेक्ट्रोड और पैनी इलेक्ट्रोड के बीच असुरक्षित हाइड्रोफिलिक पॉलीप्रोपाइलीन आधारित विभाजक रखें। प्रत्येक इलेक्ट्रोड एक वर्तमान कलेक्टर के साथ जोड़ा जाता है।
  3. एल्यूमीनियम टुकड़े टुकड़े फिल्म का उपयोग कर इलेक्ट्रोड पैकेज। 4 एस के लिए एक कॉम्पैक्ट वैक्यूम सीलर के साथ एल्यूमीनियम टुकड़े टुकड़े फिल्म के किनारों पर मुहर लगादें। ऊपर और नीचे सीलिंग भागों का तापमान 180 डिग्री सेल्सियस और 160 डिग्री सेल्सियस अलग से सेट करें।
  4. थैली सेल में 1 एम केसीएल इलेक्ट्रोलाइट के 500 माइक्रोन इंजेक्ट करें और 10 मिन के लिए समतुल्य करने की अनुमति दें।
  5. अतिरिक्त इलेक्ट्रोलाइट निकालें और थैली सेल के अंतिम हिस्से को -80 केपीए वैक्यूम कक्ष में सील करें।

4. तापमान नियंत्रण प्रणाली की स्थापना

  1. दो थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल के बीच थैली सेल ढेर। कोशिका के ऊपर और नीचे की ओर थर्मोकपल रखें। अच्छा थर्मल संपर्क सुनिश्चित करने के लिए सभी इंटरफेस पर थर्मल पेस्ट लागू करें।
    नोट: तापमान LabVIEW कोड के साथ नियंत्रित किया जाता है। थर्मोकपल से मापा गया तापमान सेटिंग तापमान के साथ तुलना कर रहे हैं और आउटपुट वोल्टेज वास्तविक समय के तापमान और पीआईडी नियंत्रण के माध्यम से तापमान निर्धारित करने के बीच अंतर से निर्धारित होता है। वोल्टेज सिग्नल बिजली की आपूर्ति से फैलते हैं और थर्मोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल से जुड़े होते हैं। बंद लूप नियंत्रण ± 0.5 डिग्री सेल्सियस के भीतर तापमान माप सटीकता की गारंटी देता है।

5. इलेक्ट्रोकेमिकल लक्षण वर्णन

  1. एक शक्तिशाली का उपयोग कर सेल के इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण करें। लगातार करंट पर इलेक्ट्रिकल डिस्चार्जिंग प्रोसेस को अंजाम देते हुए ओपन सर्किट मोड में थर्मल चार्जिंग का संचालन करें।

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Representative Results

एटेक पाउच सेल को असममित इलेक्ट्रोड के साथ कॉन्फ़िगर किया गया था जिसमें गो कैथोड, एक पैनी एनोड और केसीएल इलेक्ट्रोलाइट से भरा था। चित्रा 1 में दिखाए गए पाउच सेल की मोटाई 1 मिमी है, जो दो इलेक्ट्रोड के साथ-साथ कुशल गर्मी चालन के बीच आइसोथर्मल स्थितियों की सुविधा प्रदान करती है। गो कैथोड की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) छवियां और कार्बन पेपर पर लेपित पैनी एनोड को फिगर 1बी और फिगर 1सीमें दिखाया गया है । असुरक्षित संरचना सक्रिय इलेक्ट्रोड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट के बीच संपर्क क्षेत्र को बढ़ाती है, इस प्रकार निर्वहन वर्तमान और आउटपुट पावर को अनुकूलित करती है।

असममित इलेक्ट्रोड के विभिन्न कार्य कार्यों के साथ, आरटी(चित्रा 21)में खुले सर्किट स्थितियों में सेल पर एक अंतर्निहित वोल्टेज (आईवी0)मनाया गया था। जब एटेक को आरटी से टीएचतक गर्म किया गया था, तो गर्मी ने इलेक्ट्रोलाइट में ऑक्सीजन (जैसे, सी = ओ बांड) और प्रोटॉन वाले कार्यात्मक समूहों के बीच छद्म क्षमता प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर किया, इस प्रकार सेल वोल्टेज (वीओसी)में वृद्धि हुई क्योंकि इलेक्ट्रॉन जीओ(चित्रा 22)की सतह पर चले गए थे। जब एक बाहरी भार जुड़ा हुआ था, एटेक टीएचमें इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर के तहत छुट्टी दे दी गई थी, जहां निर्वहन क्षमता मुख्य रूप से पैनी एनोड के ऑक्सीकरण और कार्यात्मक समूहों की कमी(चित्रा 23)के कारण थी, जिसे प्रस्तुत किया जा सकता है

कमी:

ऑक्सीकरण:

टीएच = 70 डिग्री सेल्सियस पर थर्मल चार्जिंग और इलेक्ट्रिकल डिस्चार्जिंग के दौरान एटेक की वोल्टेज फिगर 2बीमें दिखाई जाती है । ओपन सर्किट क्षमता 0.185 वी तक पहुंच गई जब सेल को आरटी से टीएच = 70 डिग्रीसेल्सियस तक गर्म किया गया, जहां एटेक ने 4.1 एमवी/के इलेक्ट्रोड वोल्टेज और टी तापमान है, एक उच्च तापमान गुणांक(α= एटेक का डिस्चार्ज 01 एमए की लगातार धारा के तहत किया गया था। जीओ की विशिष्ट ग्रीमेट्रिक क्षमता 10.43 mAh/g थी जबकि पीएनी की क्षमता 103.4 mAh/g थी। एटीईसी की गर्मी से बिजली रूपांतरण दक्षता की गणना इनपुट थर्मल ऊर्जा द्वारा विभाजित आउटपुट इलेक्ट्रिकल वर्क(डब्ल्यू)के रूप में की जा सकती है, जिसे व्यक्त किया जा सकता है

उत्पादन विद्युत कार्य की गणना चार्ज क्षमता से अधिक वोल्टेज के एकीकरण से की गई थी जबकि इनपुट थर्मल ऊर्जा में टीएचमें निर्वहन के दौरान अवशोषित गर्मी के लिए आरटी से टीएच और क्यूआईएसओ तक की कोशिका को गर्म करने के लिए क्यूएच शामिल थे। समीकरण में, क्यू निर्वहन क्षमता है, एचएक्स गर्मी वसूली की दक्षता है, एम इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट की सक्रिय सामग्रियों का द्रव्यमान है, सीपी विशिष्ट गर्मी है,टी ऑपरेटिंग तापमान और आरटी के बीच तापमान अंतर है, औरएस प्रतिक्रिया एंट्रोपी परिवर्तन है। फिगर 2बीमें दिखाए गए डिस्चार्जिंग के आधार पर, हमारे एटेक ने 70 डिग्री सेल्सियस पर 3.32% का ई प्राप्त किया, जो कार्नोट (13.1%) के 25.3% के बराबर है।

एटेक का आइसोथर्मल ऑपरेटिंग कई विभिन्न परिदृश्यों में इसके उपयोग की अनुमति देता है। एटेक उबलते पानी(चित्रा 3)के साथ एक गर्म बर्तन द्वारा चार्ज किया जा सकता है । एक श्रृंखला में जुड़े छह एटीईसी का वोल्टेज और जीटी1 वी तक पहुंच सकता है। हमारे एटेक ने उच्च तापमान गुणांक और ऊर्जा रूपांतरण दक्षता के साथ एक उत्कृष्ट गर्मी-से-बिजली प्रदर्शन को चित्रित किया। इलेक्ट्रोलाइट की संरचना को बदलकर और उच्च α, कम गर्मी क्षमता और मजबूत कार्यक्षमताओं के साथ इलेक्ट्रोड सामग्री का उपयोग करके सेल डिवाइस प्रदर्शन और ऑपरेटिंग तापमान खिड़की में और सुधार किया जा सकता है। हमारा काम थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम के डिजाइन पर प्रकाश डालता है। आगे अनुसंधान और विकास के साथ, एटेक में कम ग्रेड गर्मी वसूली के लिए एक प्रमुख तकनीक बनने की क्षमता है।

Figure 1
चित्रा 1: एटेक पाउच सेल। (A)पाउच सेल विन्यास। गो कैथोड और पैनी एनोड टाइटेनियम (टीआई) पन्नी वर्तमान कलेक्टर के साथ इकट्ठे होते हैं और हाइड्रोफिलिक पॉलीप्रोपाइलीन सेपरेटर द्वारा अलग किए जाते हैं। एसईएम छवियों(बी)जाओ कैथोड और(सी)PANI anode दोनों कार्बन पेपर पर लेपित । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: एटेक चार्जिंग और डिस्चार्जिंग। (A)एटेक का कार्य सिद्धांत। (ख)एटेक के थर्मल चार्जिंग प्रोसेस (रेड लाइन) और इलेक्ट्रिकल डिस्चार्जिंग कर्व (ब्लू लाइन) का ओपन सर्किट वोल्टेज । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: एक गर्म बर्तन द्वारा आरोप लगाया ATEC का प्रदर्शन । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

ऑपरेटिंग मोड टीईसी सिस्टम संरचना और सामग्री एक रेफरी
(mV/K) (e/
तापमान ढाल
(गर्म और ठंडे किनारों पर तापमान पर निर्भर रेडऑक्स क्षमता के आधार पर निरंतर ऑपरेशन)
टीजीसी इलेक्ट्रोड: मल्टी-वॉल कार्बन नैनोट्यूब (MWCNT) आधारित इलेक्ट्रोड 1.4 0.24% 9
इलेक्ट्रोलाइट: कश्मीर3Fe (CN)6/कश्मीर4Fe (CN)6 -1.40%
इलेक्ट्रोड: कार्बन आधारित सामग्री 1.85 0.11% 6
इलेक्ट्रोलाइट: कश्मीर3[Fe (CN) 6]/(एनएच4)4[Fe (CN)6]या Fe2(SO4)3/FeSO4 -0.40%
इलेक्ट्रोड: सीएनटी एयरोजेल शीट 1.43 0.55% 8
इलेक्ट्रोलाइट: कश्मीर3Fe (CN)6/कश्मीर4Fe (CN)6 -3.95%
तापमान ढाल आरएफबी इलेक्ट्रोड: कार्बन कपड़ा 3 1.80% 10
फ्लो इलेक्ट्रोलाइट: [Fe (CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-और V3 +/V2 + -15%
तापमान चक्र TREC इलेक्ट्रोड: क्यूएचसीएफ और सीयू 1.2 3.70% 14
इलेक्ट्रोलाइट: NaNO3 और Cu (कोई3)2 -25%
इलेक्ट्रोड: NiHCF और एजी/एजीसीएल 0.74 1.60% 12
इलेक्ट्रोलाइट: केसीएल -13%
इलेक्ट्रोड: KFeद्वितीयFeIII(CN)6 और कश्मीर3Fe (CN)6/कश्मीर4Fe (CN)6 कार्बन कपड़े के साथ 1.45 0.72% 13
इलेक्ट्रोलाइट: KNO3 -6.00%
ट्राब इलेक्ट्रोड: क्यू - 0.86% 19
इलेक्ट्रोलाइट: सीयू (कोई3)2/एनएच4नंबर3 -6.10%
इलेक्ट्रोड: क्यू - 0.70% 20
फ्लो इलेक्ट्रोलाइट: सीयू (नंबर3)2/एनएच4नंबर3 -5.00%
तापमान चक्र एटेक इलेक्ट्रोड: जाओ और पानी 4.1 3.32% (25.3%) यह काम
इलेक्ट्रोलाइट: केसीएल

तालिका 1: कम ग्रेड गर्मी से बिजली रूपांतरण के लिए विभिन्न TEC प्रौद्योगिकियों की तुलना।

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Discussion

एटेक थर्मल ऊर्जा को थर्मल चार्जिंग प्रक्रिया के माध्यम से बिजली में परिवर्तित करता है जब आरटी से टीएच तक हीटिंग और टीएचमें लगातार विद्युत निर्वहन प्रक्रिया होती है। तापमान ढाल या टीजीसी और TREC जैसे तापमान चक्र पर निर्भरता से छुटकारा पाना, एटेक पूरे चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रियाओं के दौरान आइसोथर्मल हीटिंग ऑपरेशन की अनुमति देता है। थर्मल प्रेरित वोल्टेज जीओ के छद्म क्षमता प्रभाव पर आधारित है क्योंकि हीटिंग जीओ के ऑक्सीजन कार्यात्मक समूहों पर प्रोटॉन के केमिसोप्शन की सुविधा प्रदान करता है, जिससे गो-जलीय इंटरफ़ेस में छद्म क्षमता की प्रतिक्रिया होती है। पानी बढ़ी हुई वोल्टेज में थोड़ा योगदान देता है लेकिन निर्वहन प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉन प्रदान करता है। केसीएल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग प्रतिक्रिया के दौरान इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस के चार्ज को संतुलित रखता है और पूरे सेल की चालकता में सुधार करता है। प्रणाली गैर विषैला और पर्यावरण के अनुकूल है, जो इसे वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है । इलेक्ट्रोलाइट के लिए अन्य विकल्प क्लोराइड नमक हो सकते हैं, जैसे कि एनसीएल, क्योंकि क्लोराइड आयन निर्वहन प्रक्रिया में पीएनी की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में एक आवश्यक भूमिका निभाते हैं।

थर्मल ग्रेडिएंट या थर्मल चक्रों पर आधारित प्रौद्योगिकियों के विपरीत, एटेक अद्वितीय है और इसकी कम लागत, लचीलापन, हल्के वजन, इसके आइसोथल और निरंतर थर्मल चार्ज/विद्युत निर्वहन प्रक्रिया, और कोशिकाओं के ढेर बनाने की क्षमता के कारण व्यावहारिक अनुप्रयोगों की क्षमता है । एटेक 70 डिग्री सेल्सियस पर 4.1 एमवी/के और 3.32% (25.3%कार्नोटके 25.3% के बराबर) का उच्च α प्राप्त करता है, जो कम ग्रेड गर्मी संचयन के लिए मौजूदा तकनीकों से बेहतर है। एटेकऔर अन्य टीईसी तकनीकों की तुलना तालिका 1 में दिखाई गई है।

एटेक का चक्रीयता प्रदर्शन अभी भी असंतोषजनक है । इलेक्ट्रोलाइट में एक रेडऑक्स जोड़े को जोड़कर या इलेक्ट्रोड सामग्री को बदलकर इसमें सुधार किया जा सकता है। प्रशिया ब्लू एनालॉग (पीबीए) एटीईसी के लिए बेहतर एनोड इलेक्ट्रोड बनाने की संभावना है, क्योंकि कुछ पीबीए का नकारात्मक तापमान गुणांक एटेक की दक्षता को बढ़ाने में मदद कर सकता है। बेहतर चक्रीयता के साथ एक एटीईसी में वाणिज्यिक उपयोग की अपार संभावनाएं हैं, जैसे एयर कंडीशनर से अपशिष्ट गर्मी को ठीक करना।

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Disclosures

लेखक कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हितों की घोषणा करते हैं ।

Acknowledgments

लेखक प्रो डीवाईसी लींग और डॉ वाई चेन (हांगकांग विश्वविद्यालय), प्रो एमएचके लींग (हांगकांग सिटी यूनिवर्सिटी), डॉ डब्ल्यू एस लियू (दक्षिणी विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय), और श्री फ्रैंक एचटी लेंग (टेकस्किल [एशिया] लिमिटेड) के साथ रचनात्मक चर्चा स्वीकार करते हैं । लेखक पुरस्कार संख्या १७२०४५१६ और १७२०६५१८ के तहत हांगकांग विशेष प्रशासनिक क्षेत्र, चीन की अनुसंधान अनुदान परिषद के जनरल रिसर्च फंड की वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं, और नवाचार और प्रौद्योगिकी कोष (रेफरी: आईटीएस/171/16FX) ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Alumina laminated film Showa Denko SPALF C4
Carbon black Alfa Aesar H30253.22
Carbon paper CeTech Co. Ltd W0S1009
Carboxymethyl cellulose (CMC) Guidechem company
DC Power supply B&K Precision Model 913-B
Doctor blade coater Shining Energy Co. Ltd
Gamry Gamry Instruments Reference 3000
Graphite Sigma-Aldrich 332461-2.5KG
Mixer Thinky ARE-250
Nickel tab Tianjin Iversonchem company 4 mm width
N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP) Sigma-Aldrich 443778-1L
Polyaniline (leucoemeraldine base) Sigma-Aldrich 530670-5G
potassium permanganate (KMnO4) Sigma-Aldrich 223468-500G
Separator CLDP 25 um thickness
Sodium nitrate (NaNO3) Sigma-Aldrich S5506-250G
Styrene butadiene Tianjin Iversonchem company BM400
Sulfuric acid Sigma-Aldrich 320501-2.5L
Thermoelectric modules CUI Inc. CP455535H
Titanum foil Qingyuan metal 0.03 mm thickness

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रसायन विज्ञान अंक 156 थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल कम ग्रेड गर्मी दक्षता ग्राफीन ऑक्साइड थर्मो-छद्म क्षमता प्रभाव पॉलीएनीलाइन
इसोदरमल ऑपरेशन के तहत कम ग्रेड गर्मी की कटाई के लिए असममित थर्मोइलेक्ट्रोकेमिकल सेल
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Mu, K., Wang, X., Ho Li, K., Huang,More

Mu, K., Wang, X., Ho Li, K., Huang, Y. T., Feng, S. P. Asymmetric Thermoelectrochemical Cell for Harvesting Low-grade Heat under Isothermal Operation. J. Vis. Exp. (156), e60768, doi:10.3791/60768 (2020).

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