Il calore di bassa qualità è abbondante, ma un efficiente recupero di calore di bassa qualità è ancora una grande sfida. Quindi qui, proponiamo una cella termica asimmetrica con un'alta efficienza energetica superiore al 3%La cella termica asimmetrica viene caricata termicamente e scaricata elettricamente in funzionamento isotermico, quindi ha un potenziale per varie applicazioni, grazie alla sua flessibilità, basso costo e peso leggero. Le prestazioni della cella termica asimmetrica dipendono fortemente dal contenuto di gruppi funzionali all'ossigeno e dalla qualità degli elettrodi.
Si suggerisce ai ricercatori di seguire rigorosamente il protocollo. La dimostrazione visiva aiuta a comprendere meglio la struttura della termocellula asimmetrica come nuova tecnica e garantisce la qualità della produzione. A dimostrare la procedura saranno Mu Kaiyu e Wang Xun, studenti laureati, e il Dr.Huang Yu-Ting, post-dottorato del nostro laboratorio.
Per impostare un bagno d'acqua fredda, posizionare un bicchiere a doppia parete su un agitatore magnetico e far circolare l'acqua ghiacciata attraverso lo strato esterno. Versare 100 millilitri di acido solforico nel becher e accendere l'agitatore magnetico. Aggiungere un grammo di nitrato di sodio al becher.
Aggiungere un grammo di grafite a scaglie al becher contenente l'acido solforico e mescolare per un'ora nel bagno freddo. Dopo un'ora, aggiungere gradualmente sei grammi di permanganato di potassio alla soluzione. Mescolare il composto per altre due ore.
Dopo due ore, sostituire l'acqua ghiacciata nello strato esterno con l'acqua a una temperatura di 35 gradi Celsius. Modificare l'ambiente di reazione a 35 gradi Celsius per ulteriori procedure. Continuare l'ossidazione della grafite mescolando per mezz'ora.
Aggiungere 46 millilitri di acqua deionizzata nel becher una goccia alla volta, che alzerà la temperatura del becher all'intervallo da 80 a 90 gradi Celsius. La sintesi dell'ossido di grafene è una reazione intensa. Si prega di seguire rigorosamente il protocollo e condurre gli esperimenti nella cappa del film, con adeguate attrezzature di sicurezza di laboratorio.
Aggiungere 140 millilitri di acqua deionizzata e quindi 20 millilitri di perossido di idrogeno. Cerca particelle dorate di ossido di grafene per apparire di conseguenza. Lavare accuratamente il prodotto più volte con acido cloridrico diluito e acqua deionizzata fino a quando la sospensione dell'ossido di grafene raggiunge un pH di sette.
Congelare la sospensione di ossido di grafene lavata durante la notte. Asciugarlo in un essiccatore a congelamento fino a quando l'acqua evapora completamente. Mescolare ossido di grafene, nero fumo e PVDF in un rapporto di massa da 75 a 15 a 10 e metterli in una bottiglia di vetro.
Misurare una quantità di solvente N-Metil-2-pirrolidone che è quattro volte la massa della miscela ossido di grafene-carbonio nero-PVDF. Gocciolare il solvente nella miscela solida. Utilizzare un mixer per creare una pasta.
Mescolare il solvente e il solido a 2.000 giri/min per 30 minuti. Quindi, de-schiuma a 1.200 giri/min per due minuti. Spazzolare la pasta su carta carbone fino a quando il mantello ha un carico di massa da otto a 15 milligrammi per centimetro quadrato.
Asciugarlo per quattro ore a 40 gradi Celsius. Per preparare una soluzione di carbossimetilcellulosa, sciogliere la polvere CMC dell'1% in peso in acqua deionizzata. Mescolare per 10 ore.
Aggiungere quindi 50 milligrammi di polianilina a base di gluco smeraldina e 10 milligrammi di nero fumo a un becher. Quindi, aggiungere 150 microlitri della soluzione di carbossimetilcellulosa al becher. Mescolare con un agitatore magnetico per 12 ore.
Per completare la preparazione del liquame polianilina, aggiungere al becher sei microlitri di soluzione di stirene-butadiene al 40% e mescolare per altri 15 minuti. Posizionare un pezzo di carta carbone sul coater della lama del medico. Far cadere il liquame misto di polianilina sul bordo anteriore della carta carbone.
Lama-cappotto il liquame per produrre un film di 400 micrometri di spessore sulla carta carbone. Asciugare il rivestimento per quattro ore a 50 gradi Celsius. Crea collettori di corrente tagliando lamina di titanio nelle dimensioni appropriate.
Utilizzare una saldatrice ad ultrasuoni da 20 kilohertz per collegare ogni pezzo di foglio a una linguetta di nichel. Posizionare un separatore poroso, idrofilo, a base di polipropilene tra l'elettrodo di ossido di grafene e un elettrodo di polianilina. Impilare ogni elettrodo con un collettore di corrente.
Assemblare la busta a celle elettrochimica termica asimmetrica, o termocellula asimmetrica, impacchettando gli elettrodi in pellicola laminata in alluminio. Utilizzando una sigillante a vuoto compatta, sigillare tre lati della pellicola laminata in alluminio per quattro secondi. Iniettare 500 microlitri di elettrolita di cloruro di potassio un molare nella busta e lasciare che equilitri per 10 minuti.
Quindi, estrudere l'elettrolita in eccesso. Sigillare l'ultimo lato della busta nel sigillare sottovuoto. Applicare la pasta termica sulle interfacce della cella della busta, per garantire un buon contatto termico.
Per impostare il sistema di controllo della temperatura, impilare la termocellula asimmetrica tra due moduli termoelettrica. Posizionare le coppie termiche sui lati superiore e inferiore della cella. Utilizzare un potenziostato per eseguire test elettrochimici della termocellula asimmetrica.
Condurre la ricarica termica in modalità a circuito aperto. Effettuare il processo di scarico elettrico in modalità chiusa, a corrente costante. Una tensione integrata, delta-v no, è stata osservata in condizioni di circuito aperto a temperatura ambiente.
Quando la termocellula asimmetrica è stata riscaldata dalla temperatura ambiente all'alta temperatura, la tensione cellulare è aumentata man mano che gli elettroni si spostavano sulla superficie dell'ossido di grafene. Quando è stato collegato un carico esterno, la termocellula asimmetrica è stata scaricata. Quando la termocellula asimmetrica è stata riscaldata dalla temperatura ambiente ad un'alta temperatura di 70 gradi Celsius, il potenziale del circuito aperto ha raggiunto 0,185 volt.
Lo scarico della termocellula asimmetrica è stato condotto sotto una corrente costante di 0,1 milliambi. Il lavoro elettrico in uscita è stato calcolato integrando la tensione di scarico sulla capacità di carica. La termocellula asimmetrica ha raggiunto un'efficienza di conversione energetica del 3,32% equivalente al 25,3% dell'efficienza di Carnot.
Rispetto ad altri sistemi termoelettrochimici, l'efficienza di conversione energetica della termocellula asimmetrica è la più alta mai raggiunta a 70 gradi Celsius. La termocellula asimmetrica ha il potenziale per essere utilizzata per convertire il calore di scarto in elettricità in un'ampia varietà di scenari. I gruppi funzionali dell'ossigeno sono essenziali per l'effetto pseudocompattivo termico dell'ossido di grafene.
La qualità della sintesi dell'ossido di grafene e il carico dei materiali nella fase 3.4 sono importanti. L'efficienza e la cartolarizzazione delle termocellule asimmetriche possono essere migliorate cambiando i materiali degli elettrodi. Ad esempio, usando l'analogico blu prussiano come anodo.
Questa tecnologia esplorò per la prima volta la conversione calore-elettricità in operazioni isotermiche e rivoluzionò i sistemi elettrochimici termici.
