Chemistry
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用于在等温操作下收集低档热量的不对称热电化学电池
Summary February 5th, 2020
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低档热资源丰富，但其高效回收仍是一个很大的挑战。我们报告一个非对称热电化学电池，使用氧化石墨烯作为阴极，多烷素作为阳极，以KCl作为电解质。该电池在等温加热下工作，在低温地区具有较高的热电转换效率。
Transcript
低档热是丰富的，但有效的低档热回收仍然是一个很大的挑战。因此，在这里，我们提出了一个非对称热电池，高能效超过3%非对称热电池在等温操作下进行热充电和放电，由于其灵活性、低成本和重量轻，具有各种应用的潜力。非对称热电池的性能在很大程度上取决于氧功能组的内容和电极的质量。
建议研究人员严格遵守协议。视觉演示有助于更好地了解非对称热电池的结构，作为一种新技术，并确保生产质量。演示该程序的将是穆开宇和王迅，研究生，和黄玉田博士，博士后从我们实验室。
要设置冷水浴，请将双壁玻璃烧杯放在磁力搅拌器上，并通过外部层循环冰水。将 100 毫升硫酸倒入烧杯中，然后打开磁力搅拌器。在烧杯中加入一克硝酸钠。
在含有硫酸的烧杯中加入一克薄片石墨，在冷水浴中搅拌一小时。一小时后，逐渐在溶液中加入六克高锰酸钾。将混合物再搅拌两个小时。
两小时后，在35摄氏度的温度下用水代替外层中的冰水。将反应环境更改为 35 摄氏度，进行进一步手术。搅拌半小时，继续氧化石墨。
一次向烧杯中加入46毫升的去维水，使烧杯的温度升高到80至90摄氏度。氧化石墨烯的合成是一种强烈的反应。请严格遵守协议，用适当的实验室安全设备进行薄膜罩实验。
加入140毫升的去硫化水，然后加入20毫升过氧化氢。寻找氧化石墨烯的金色颗粒作为结果出现。用稀盐酸和去硫水彻底清洗产品几次，直到氧化石墨烯悬浮液达到pH7。
将洗净的氧化石墨烯悬浮液冻结过夜。在冷冻干燥器中干燥，直到水完全蒸发。将氧化石墨烯、炭黑和PVDF混合在75到15到10的质量比中，然后放入玻璃瓶中。
测量一定数量的溶剂N-甲基-2-丙酮，其质量是氧化石墨烯-碳黑-PVDF混合物的四倍。将溶剂滴入固体混合物中。使用混频器创建粘贴。
以 2，000 RPM 混合溶剂和固体 30 分钟。然后，在 1，200 RPM 下脱泡两分钟。刷涂在碳纸上的糊状物，直到涂层的质量负载为每平方厘米8至15毫克。
在40摄氏度下干燥4小时。要准备碳氧甲基纤维素溶液，在去电化水中按重量溶解CMC粉末1%。搅拌10小时。
接下来，在烧杯中加入50毫克葡萄糖-埃莫林基多面体和10毫克炭黑。然后，在烧杯中加入150微升的碳甲基纤维素溶液。与磁力搅拌器混合 12 小时。
要完成聚苯乙烯浆料的制备，在烧杯中加入6个40%苯乙烯-二苯溶液的微升，再搅拌15分钟。将一块碳纸放在医生的刀片涂布器上。将混合聚苯乙烯浆料滴在碳纸的正前边缘。
刀片涂层的泥浆，以产生400微米厚的薄膜在碳纸上。在 50 摄氏度下干燥涂层 4 小时。通过将钛箔切割成适当的尺寸，使电流收集器。
使用 20 千赫的超声波点焊机将每块铝箔连接到镍卡舌。在氧化石墨烯电极和聚苯乙烯电极之间放置一个多孔、亲水、聚丙烯的分离器。用一个电流收集器堆叠每个电极。
通过将电极包装在铝层压膜中，组装非对称热电化学电池袋或非对称热电池。使用紧凑型真空密封器，密封铝层膜的三面四秒钟。将500微升的一摩尔氯化钾电解质注入袋中，使其平衡10分钟。
然后，挤出多余的电解质。将袋的最后一面密封在真空密封器中。将热膏涂在袋状电池的界面上，以确保良好的热接触。
要设置温度控制系统，请将非对称热电池堆叠在两个热电模块之间。将热情侣放在电池的顶部和底部。使用电位器对非对称热电池进行电化学测试。
在开路模式下进行热充电。以恒定电流在封闭模式下执行放电过程。在室温下的开放电路条件下观察到内置电压，增量v不。
当非对称热细胞从室温加热到高温时，当电子移动到氧化石墨烯表面时，电池电压增加。当连接外部负载时，非对称热电池被放电。当非对称热电池从室温加热到70摄氏度的高温时，开路电位达到0.185伏特。
非对称热细胞的放电是在0.1毫安的常量下进行的。输出电气工作通过将放电电压集成到充电容量上来计算。非对称热电池的能量转换效率为3.32%，相当于卡诺效率的25.3%。
与其他热电化学系统相比，非对称热电池的能量转换效率是70摄氏度时最高的。非对称热电池具有在各种情况下将废热转换为电的潜力。氧功能组对氧化石墨烯的热伪压实效应至关重要。
氧化石墨烯的合成质量和步骤3.4中装载的材料非常重要。通过改变电极材料，可以提高非对称热电池的效率和可安全性。例如，使用普鲁士蓝色模拟作为阳极。
该技术首先探索了等温运行下的热电转换，并彻底改变了热电化学系统。
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