과염소산철 전해질을 선택하는 데 유리한 요인 중 하나는 물 28 에서 과염소산철 염의 용해도가 높아 그 사용이 테크놀로지의 출력 전류를 증가시키고 동시에 전해질의 열전도도를 감소시킬 수 있다는 것이다. 과염소산 염 음이온의 비 휘발성 및 안정한 성질은 또 다른 유리한 요소 인 반면,독성이 강한 시안화 수소 가스는 열적으로 또는 산성 조건 하에서 분해 될 때 시안화 전해질에서 진화 할 수 있습니다 29. 이러한 유리한 요인 때문에,이 연구에서 조사를 위해 과염소산 철 전해질이 선택되었습니다.
그 1a,b 는 개략도의 산화 환원 반응의 Fe(CN)63−/Fe(CN)64−고 Fe2+/Fe3+각각에 의해 구동에 의해 온도 차이를 적용하여 전극의 양쪽 끝에서 TEC. 각 전해질의 광학 이미지가 그림의 오른쪽 패널에 표시됩니다. 산화환원 반응은 냉전 전극(즉,캐소드)에서 발생하고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 반대 전극들,즉 냉전 전극에서 산화환원 3+로 산화되고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 냉전 전극에서 산화환원 3+로 환원되고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 냉전 전극에서 산화환원 3+로 환원되고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 냉전 전극에서 산화환원 3+로 환원되고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 냉전 전극에서 산화환원 3+로 환원되고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 냉전 전극에서 산화환원 3+로 환원되고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 냉전 전극에서 산화환원 3+로 환원되고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 냉전 전극에서 산화환원 3+로 환원되고,산화환원 커플에 대한 산화환원 반응은 냉전 전극에서 산화환원 따라서,산화 환원 전위의 온도 계수의 부호 2+/산화 환원 3+산화 환원 커플은 반대입니다. 이 기능은 플립플롭 구성 18,26,27 에서 지향되는 직렬 경로의 산화 환원 커플을 사용하여 텍을 연결할 수 있도록 해야 합니다.
산화 환원 반응의 회로도(ㅏ)철(씨엔)63−/철(씨엔)64−및(비)철 2+/철 3+산화 환원 커플 고온 및 저온 전극에서. 이 전해액 용액의 순환 전압계는 전해액 용액의 순환 전압계(예:전해액)의 순환 전압계(예:전해액)의 순환 전압계(예:전해액)의 순환 전압계(예:전해액)의 순환 전압계(예:전해액)의 순환 전압계(예:전해액)의 순환 전압계(예:전해액). (디)스캔 속도 대 피크 전류 광장 뿌리.
전기의 생성에 지도하는 산화 환원 반응은 기술의 연속 조작을 위해 뒤집을 수 있어야 합니다. 주기적인 전압계(이력서)전극으로 백금과 과염소산 염 전해질의 전기 화학 반응의 가역성을 확인 하는 데 사용 되었다. 상기 3 개의 전극 구성으로 얻어진 10 밀리미터의 전해질 용액의 환형 전압암모그램을 도 1 에서 비교한다. 1.0 메터 케이씨엘 같이 지원 전해질. 이 그림은 과염소산 전해질 용액의 환원 피크와 산화 피크의 분리가 74 메가바이트라는 것을 보여 주며,이는 약간 높지만 시안화물 전해질 용액(100 메가바이트~62 메가바이트)과 비교할 수 있습니다. 그림 1 은 스캔 속도 대 피크 전류의 의존성을 10 에서 100 까지의 스캔 속도/초의 함수로 제곱근으로 보여줍니다(그림 1 의 순환 전압계 참조). 2.개인정보의 보유 및 이용기간 사각 뿌리 스캔 속도 선택 전류 밀도 사이의 관계는 산화 환원 반응 반응에 무료 확산에 의해 제한 됩니다 의미 하는 두 전해질에 대 한 매우 선형. 따라서 이력서 분석에서 과염소산 염 전해질의 산화 환원 반응은 한 전극에서 형성된 반응 생성물이 시안화물 전해질과 마찬가지로 다른 전극에서 반응물이되는 준 가역적이고 자체 재생 인 것으로 보입니다.
제안 된 과염소산 염 전해질과 벤치 마크 시안화물 전해질 사이의 전해질 성능의 비교를 위해,우리는 실험적으로 결정(비 등온 전기 화학 측정을 포함하는 실험 섹션 참조)철(씨엔)63-/철(씨엔)64−및 철 2+/철 3+산화 환원 커플의 온도 계수를 농도의 함수로 결정했습니다. 도에 도시 된 바와 같이. 12,13,24 와 일치 하는 0.4 미터의 포화 농도에서 -1.42 밀리미터/케이 측정 했다. +1 의 10000000.76mV/K23%높은 절대 크기보다 0.4M Fe(CN)63−/Fe(CN)64−,측정에서 0.8M 농도의 Fe2+/Fe3+는 전해질(참조하십시오 또한 지원 정보를 포함하는 전압을 변화 온도의 함수로서). 1.3 미터 2+/3+의 포화 농도 근처에서 측정 하였다.
(1)산화 환원 전위의 온도 계수의 비교(씨엔)63−/철(씨엔)64−및 철 2+/철 3+산화 환원 커플 사이의 물 농도의 함수로서. 비교(비)이온 및(기음)전해질의 열전도율. (디)역률 및 전해질 사이의 장점의 그림의 비교.
실제로,과염소산 염 전해질의 온도 계수는 다른 반대 이온을 가진 보고된 철 2+/철 3+소금 체계 중 가장 높습니다(예를들면. 0.29 메가비트/케이,+1.35 메가비트/케이,및+1.34 메가비트/케이 질산철)30,뿐만 아니라 시안화물 전해질에 비해 더 높음. 그것은 식에서 분명하다. (1)주어진 산화 환원 반응 31,32,33 에 대한 반응 엔트로피 변화(31,32,33)에 의해 결정된다. 상기 산화 환원 활성 중심은 제 1 용 매화 층을 갖는 구체로서 처리 될 수 있고,상기 산화 환원 활성 중심은 제 1 용 매화 층을 갖는 유전체로 포화 될 수있다. 그러나,이 가정은 다른 반대 이온을 가진 철 2+/철 3+산화 환원 시스템의 차이에 대 한 계정 비 공유 상호 작용을 캡처 하지 못합니다. 실제로,산화 환원-카운터 이온과 용매 분자 사이의 비 공유 상호 작용 및 용매 분자 사이의 상호 작용은 용매 구조에 영향을 미치고 그에 따라 산화 환원 커플의 반응 엔트로피의 변화를 초래합니다 37. 이 Δs°rx 발견되었을 증가에 따라 선형적으로 더 큰 구조적인 엔트로피를 위한 카운터 ions37. 이 점에서 과염소산 이온은 전해질에서 강한 물 구조 파괴자 38,39 로 알려져 있음에 유의해야한다. 따라서,과염소산 전해질의 높은 수신은 비 공유 결합 상호 작용으로 인해 2+/3+산화 환원 종의 변경된 용 매화 껍질에 기인 할 수 있으며,그 결과 과염소산 전해질의 높은 수신을 초래할 수 있습니다.
두 전해질의 이온 및 열전도도를 도 1 에서 비교한다. 2 비,기음,각기. 이온 전도도는 전해질의 포화 농도까지 단조롭게 증가한다. 이 이온 전도도는 높은 농도에서의 강한 이온 상호 작용으로 인해 1.3 미터에서 129.7 밀리/센티미터로 감소하는 0.8 미터에서 161 밀리/센티미터의 최고 값에 도달한다. 측정된 이오니아 전도도가 기술적인 가동 도중 일어나기 때문에 돌이킬 수 없는 전압 손실 기술적인 장치의 전도도에 직접 대응하는 확률이 낮 것 같습니다. 전압 손실은 활성화,옴 및 대량 수송 과전위와 같은 세 가지 기본 내부 과전위에 의해 생성됩니다. 테크 디바이스의 전도도에 대한 논의는 테크의 전류-전압 곡선에서 추출된 내부 저항과 함께 보충 정보로 제공됩니다.본 발명의 실시예에 따르면,도 2 는 전해질의 농도 함수로서 결정된 전해질의 열전도도를 나타내고 있다. 테크의 출력 전압은 두 전극 사이의 온도차에 비례하기 때문에 전해질의 열전도율이 낮아 테크를 통한 열전달 손실을 낮추어 테크의 변환 효율을 높이는 것이 매우 바람직하다. 도면에 도시 된 바와 같이,두 전해질의 열전도도는 농도가 증가함에 따라 감소한다. 따라서,가장 낮은 전도도는 포화 농도에서 발생하는데,이 값은 0.4 미터에서 0.8 미터와 1.3 미터의 농도에서 0.8 미터와 1.3 미터에서 0.8 미터와 1.3 미터에서 0.8 미터와 1.3 미터에서 0.8 미터와 1.3 미터와 0.4 미터와 0.4 미터와 0.4 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와 0.5 미터와
이제 산화 환원 전위(3),이온 전도도(3)및 열 전도도(3)의 온도 계수가 모두 결정되었으므로 이온 역률 및 이온 수치의 관점에서 전해질을 평가할 수 있습니다. 특히 테크는 테와 동일한 등가 회로를 가지고 있다는 사실에 비추어 테크 전해질의 평가를 위해 테 재료의 성능 측정을 채택 할 수 있습니다. 따라서,우리는 다음과 같이 이온 역률(피)및 장점(젯)의 이온 수치를 정의:
어디 티 전해질의 절대 온도입니다. 더 높은 효율은 더 큰 전력을 나타낼 것이지만 반드시 에너지 변환에 대한 더 나은 효율은 아닙니다. 주어진 전해질의 이 에너지 변환 효율성은 공로의 이오니아 숫자에 의해 대표될 것입니다.
도 2 는 상온에서 두 전해질의 피페 및 제트의 계산된 값을 나타낸다. 64-전해질의 경우,최대값은 0.4 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터,최대값은 38.5 미터, 이 0.4 미터 농도는 기술적인 연구 12 에서 주로 사용되었습니다,13,14,15,16,18. 1990 년대 초반부터 전해질은 전해질보다 100%증가했으며,1990 년대 초반부터 전해질보다 100%증가했으며,1990 년대 초반부터 전해질보다 100%증가했으며,1990 년대 초반부터 전해질보다 100%증가했으며,1990 년대 초반부터 전해질보다 100%증가했으며,1990 년대 초반부터 전해질보다 100%증가했으며,1990 년대 초반부터 전해질보다 100%증가했으며,1990 년대 초반부터 전해질보다 100%증가했으며,1990 년대 초반부터 전해질보다 100%증가했다고한다. 따라서,최적화된 0.8 미터 철 2+/철 3+전해질은 벤치마크 0.4 미터 철 63−/철 64−전해질보다 더 나은 테크 성능을 제공할 것이라고 결론 지을 수 있다.
0.8 미터 과염소산 염 전해질이 0 보다 기술 발전에 더 효과적이라는 것을 검증한다.4 미터 시안화물 전해질,우리는 1 센티미터의 면적을 가진 백금 전극을 사용하여 기술 장치를 제작했습니다. 전극은 열 증발을 사용하여 스테인레스 스틸 수집 전극에 5 나노 미터 크롬 접착층으로 200 나노 미터 두께의 백금을 증착하여 제조 하였다. 전극간 간격은 5 밀리미터로 고정되었다. 주요 목적은 주어진 온도 차이에 대한 전해질 성능을 평가하기보다는 전력 밀도를 최대화하는 것이었기 때문에,우리는 각각의 개방 회로 전압과 그림 1 에서 관찰 된 온도 계수를 사용하여 계산 된 셀에 20 의 작은 온도 차이를 적용했습니다. 두 셀의 작동 온도(즉,두 전극 사이의 평균 온도)는 25 와 동일하게 설정되었으며,따라서 반응 속도에 대한 온도 조건은 두 셀의 각 고온 또는 저온 전극에 대해 동일합니다.
(아)장치 성능 평가에 사용되는 기술적인 윤곽. 이 경우,전해질은 전해질뿐만 아니라 전해질도 포함 할 수 있습니다. (다)0.4 미터 시안화물 전해질과 0.8 미터 과염소산 전해질을 직렬로 사용하는 엔형 반셀의 결합 셀의 발전. (디)하루 동안 40/평방 미터의 출력 전류 밀도에서 과염소산 염 전해질의 장기 작동 안정성.
또한,전기전자(적색)와 전기전자(청색곡선)의 전력 생성 능력을 나타내고 있다. 도 1 의 전해질 성능에서 예상 한 바와 같이. 또한,상기 전해질은 전해질보다 전력발전에 더 효과적이라는 것을 알 수 있다. 이 경우,전해질의 최대 전력 밀도는 100000000000 으로 증가 할 수 있습니다.이 경우,전해액(전해액)은 동일한 장치에 비해 4%증가하지만,전해액(전해액)은 63−/철(전해액)64−전해액(전해액)으로 증가합니다. 온도 제곱 정규화 된 특정 전력 밀도의 관점에서,증가 1.18 에서 1.72 이다.
전압 및 전력 스케일링을 입증하기 위해 두 개의 동일한 텍이지만 과염소산 염 전해질은 0.8 미터의 최적화 된 농도로,다른 하나는 시안화물 전해질입니다.도 4 의 삽입물에 도시 된 바와 같이,플립 플롭 구성 18,26,27 에 기초하여 직렬로 연결 하였다. 과염소산 염 및 시안화물 전지는 전기적으로 직렬로 연결되어 있으며,전자가 뜨거운 전극에서 차가운 전극으로 전달되는 엔-형 과염소산 염 전지와 차가운 전극에서 뜨거운 전극으로 전달되는 엔-형 시안화물 셀을 통해. 이 상호 연결,상업 피-엔 열 전기와 유사,뜨거운 및 차가운 접합 사이의 배선에 대 한 필요성을 제거,그로 인하여 관련 된 열 전송 경로 제거 하 고 제작을 단순화.
도 3 은 시안화물 전지의 출력 전력에 대하여 정규화된 백분위수 출력 전력을 나타낸다. 외부 부하 저항이 각 셀의 내부 저항의 합과 같게 설정된 경우(과염소산염의 경우 4.6,시안화물 셀의 경우 4.2 에 해당). (266)의 최대 출력 전력(266)의 최대 출력 전력(266)의 최대 출력 전력(266)의 최대 출력 전력(266)의 최대 출력 전력(266)의 최대 출력 전력(266)의 최대 출력 전력(266)의 최대 출력 전력(266).5%)는 개별적으로 작동 할 때 두 셀의 최대 출력 전력의 합과 거의 같습니다(시안화물 셀의 경우 100%,과염소산 염 셀의 경우 170.4%). 최대 전력(~4%)의 약간의 차이는 텍을 연결하는 와이어의 저항에 의해 발생할 수 있습니다.이는 도면에 도시된 바와 같이 과염소산염과 시안화물 세포의 휘발성 유기화물의 합과 같다. 그러나,과염소산 염에 대한 휘발성 유기 화합물은 35 비록 주목해야한다.시안화물 전지의 유효 온도 계수는 3.02 킬로와트/케이로 결정되었으며,이는 각각의 피-타입과 엔-전해질을 단순히 첨가한 결과이다. 출력 전압을 향상시키기 위한 직렬 연결의 목적을 감안할 때,여기에 제시된 결합 된 텍의 성능은 0 의 높은 열 전도도에 의해 제한됩니다.4m 전해질 시안화물에 비해 0.8M 과염소산염,전해액으로 그림에 표시됩니다. 추가 정보에 더 많은 토론이 제공됩니다.
새로 제안된 전해질의 산화환원 반응의 안정성은 기술의 지속적인 작동을 위한 실질적인 관심의 대상이다. 하루 동안 장기 작동 안정성 시험을 실시하여,제곱미터당 40 의 출력 전류 밀도가 687.7 백만와트/제곱미터당 최대 전력 밀도에 상응하는 일정하게 유지되었다. 도에 도시 된 바와 같이. 3 차원,기술에서 출력 전력은 2 의 변동으로 거의 일정하게 유지됩니다.정시를 가진 전해질의 안정성을 보여주는 최대 전력 밀도의 최고봉 변이에 최고봉에서 7%.
요약하면,우리는 제안 된 과염소산 철의 전해질이 폐열을 전기로 변환하는 데 매우 효과적이라는 것을 발견했습니다. 이 새로운 전해질에 대한 이온 역률 및 장점은 거의 반세기 동안 벤치 마크였던 시안화물 전해질에 대한 것보다 각각 28%및 40%높습니다. 동일하지만 비교를 위해 서로 다른 전해질로 구성된 기본 단순 열전 소자의 경우,제안 된 전해질에 의해 생성 된 전력은 벤치 마크 전해질에 의해 전달되는 전력보다 45%높습니다. 이 기능은 열전기와 같이 플립플롭 구성으로 텍을 직렬로 연결할 수 있도록 해야 합니다. 시안화물 전해질의 도입과 함께 써모셀 성능에서 이루어진 엄청난 진전을 고려할 때,제안된 전해질은 도입으로 이루어질 수 있는 중요한 발전을 잘 보여줍니다.