电极温度和电解液配方对热电化学电池发电性能影响的试验研究
发布时间：2021-10-12 09:31
温差发电作为余热回收的一种技术手段,以其无污染、结构紧凑、无运动部件、无噪声、免维护等特点引人注目。温差发电在固体材料与半导体材料的发展上均比较成熟,而近年出现了一种新型的热电化学电池拥有更高的塞贝克系数,同时成本较低、能够适应复杂热源表面,因而具有一定的前景,成为研究的热点方向之一。本文以铂金作为电极、铁氰化钾/亚铁氰化钾混合水溶液作为电解质,搭建盐桥式热电化学电池,以此作为研究对象,从电极温度和电解液配方两个角度对其发电性能的影响进行试验研究。在电池物理模型搭建完成之后,根据控温的准确性与及时性要求选取半导体温控器作为控温装置,根据测试精度、尺寸布置等方面对性能测试台架进行部件选型与搭建,用于多种工况条件下热电化学电池相关发电性能参数的准确测量。其次,进行高效、经济的正交试验设计,采用搭建好的性能测试台架,经过指标、因素、水平、正交表等方面的选择后进行试验,在数据处理与误差分析之后分别进行极差分析与方差分析,从而初步得到温度、浓度对热电化学电池开路电压及最大输出功率影响的重要性顺序,并得到因素之间无明显交互作用的结论。最后,在确认因素之间无明显交互作用之后分别对电极温度和电解液配方...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
温差电池原理图[17]
浙江大学硕士学位论文绪论4首尔国立大学的TaewooKim等人[24]考虑在铁氰化物/亚铁氰化物水溶液中加入具有适当溶解度参数的有机溶剂，发现在添加20wt%甲醇的情况下，塞贝克系数可从1.43mV/K增大到2.9mV/K，输出功率可以达到0.64mW/（K2·m2），其结果如图1.3所示。溶剂的添加使得整个氧化还原体系的熵变增加，从而增加了电化学热功率。图1.3甲醇添加量与塞贝克系数、输出功率关系图1.2.2电极温度的影响研究TaeJuneKang等人[25]以铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液和纳米碳基的电化学体系为研究对象，研究了电极温差对其发电性能的影响，发现无论是在升温还是降温的测量中，开路电压均随着温差的增大而呈线性增大，其中塞贝克系数约为1.43mV/K，其结果如图1.4所示。温差越大会使得热电化学电池的发电性能不断增强，因而在电极温度上也有向高温化的研究，电极的高温主要是通过电解质的高温加以实现。以往的水基电解液电池，当温度超过100摄氏度后存在沸腾现象，电池内压过高引起泄漏等问题，因此不适用于高温环境。在目前高温化的研究中，采取的主要手段是改变电解液的种类，使用高沸点的离子液体作为溶液。2011年，Monash-MacFarlane团队[26]测量了不同离子液体基电池的塞贝克系数，研究发现这些电解质能使热电装置在100-150℃范围内将热能转换为电能。2013年，该团队[27]使用离子液体作为电解液溶剂，二价钴离子-三价钴离子作为反应物质，铂金作为电极，在试验中获得了1.9mV/K的高塞贝克系数，并使温差电池的工作温度上限提高到了200摄氏度。2015年，NorwegianUST-S.Kjelstrup团队[28]研究了熔融碳酸盐基电池在500-800℃条件下的热电转换性能，研究发现以
浙江大学硕士学位论文绪论5CO2-O2为电极，以熔融碳酸盐混合物作为电解质，可以实现高达1.4mV/K的塞贝克系数。图1.4开路电压-温差关系图1.2.3电极材料的创新在电极材料的研究方面，TamioIkeshojI[29]早在1987年的时候就以铂为电极材料，以[:(CN)5]78/98和:>?/9?的水溶液作为电解液，测量在稳定状态下的功率密度。所使用的薄层温差电池测试系统如图1.5所示，其中铂电极与两个铜传热板接触，通过从恒温器中进行水浴来使温度保持恒定。图1.5薄层温差电池测试系统后来，以碳纳米管为代表的碳基纳米材料的快速崛起为热电化学电池提供了新的电极材料。如图1.6所示，RenchongHu团队[30]使用碳纳米管替代铂金电极，增加电极与电解液的接触面积，提高系统电导率，研究发现使用碳纳米管作电极的温差电池，其能量转化效率为1.4％的卡诺效率。LongZhang[31]则对不同形状
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机朗肯循环-蒸气压缩式热泵联合循环多目标优化及工质匹配[J]. 张鸿鹄,刘华,熊建国,席奂,何雅玲. 工程热物理学报. 2019(05)
[2]基于可能度的冷热电联供微网区间优化调度模型[J]. 陈宇,刘会兰,栗然,孙志攀,霍启敬. 电测与仪表. 2019(10)
[3]低温工业余热综合利用[J]. 余龙清,马锋,胡学伟. 资源节约与环保. 2018(04)
[4]基于温差发电供能的无源无线测温系统的设计[J]. 陈前,张国钢,刘竞存,耿英三,王建华. 电测与仪表. 2017(17)
[5]DOE在电机容差设计中的应用[J]. 江家辉,徐源,吴松. 中国科技信息. 2017(16)
[6]工业余热高效综合利用的重大共性基础问题研究[J]. 何雅玲. 科学通报. 2016(17)
[7]我国工业余热回收利用技术综述[J]. 连红奎,李艳,束光阳子,顾春伟. 节能技术. 2011(02)
[8]动力型蓄电池欧姆内阻测定[J]. 徐克成,秋天,陈军,桂长清. 电池工业. 2011(01)
[9]盐溶液电导率与浓度和温度的关系测量[J]. 陈丽梅,程敏熙,肖晓芳,黄佐华. 实验室研究与探索. 2010(05)
[10]回归分析中t检验与F检验关系的进一步探讨[J]. 靳庭良,张宝青. 统计与决策. 2009(21)
硕士论文
[1]机器学习在材料热电性能预测中的应用[D]. 陈佳.北京邮电大学 2019
[2]基于两电极体系的水质参数检测系统设计与实验研究[D]. 蔡佩君.浙江大学 2014
[3]热浸涂银/氯化银和银/卤化银参比电极性能研究[D]. 尹鹏飞.山东大学 2009
本文编号：3432316
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
温差电池原理图[17]
浙江大学硕士学位论文绪论4首尔国立大学的TaewooKim等人[24]考虑在铁氰化物/亚铁氰化物水溶液中加入具有适当溶解度参数的有机溶剂，发现在添加20wt%甲醇的情况下，塞贝克系数可从1.43mV/K增大到2.9mV/K，输出功率可以达到0.64mW/（K2·m2），其结果如图1.3所示。溶剂的添加使得整个氧化还原体系的熵变增加，从而增加了电化学热功率。图1.3甲醇添加量与塞贝克系数、输出功率关系图1.2.2电极温度的影响研究TaeJuneKang等人[25]以铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液和纳米碳基的电化学体系为研究对象，研究了电极温差对其发电性能的影响，发现无论是在升温还是降温的测量中，开路电压均随着温差的增大而呈线性增大，其中塞贝克系数约为1.43mV/K，其结果如图1.4所示。温差越大会使得热电化学电池的发电性能不断增强，因而在电极温度上也有向高温化的研究，电极的高温主要是通过电解质的高温加以实现。以往的水基电解液电池，当温度超过100摄氏度后存在沸腾现象，电池内压过高引起泄漏等问题，因此不适用于高温环境。在目前高温化的研究中，采取的主要手段是改变电解液的种类，使用高沸点的离子液体作为溶液。2011年，Monash-MacFarlane团队[26]测量了不同离子液体基电池的塞贝克系数，研究发现这些电解质能使热电装置在100-150℃范围内将热能转换为电能。2013年，该团队[27]使用离子液体作为电解液溶剂，二价钴离子-三价钴离子作为反应物质，铂金作为电极，在试验中获得了1.9mV/K的高塞贝克系数，并使温差电池的工作温度上限提高到了200摄氏度。2015年，NorwegianUST-S.Kjelstrup团队[28]研究了熔融碳酸盐基电池在500-800℃条件下的热电转换性能，研究发现以
浙江大学硕士学位论文绪论5CO2-O2为电极，以熔融碳酸盐混合物作为电解质，可以实现高达1.4mV/K的塞贝克系数。图1.4开路电压-温差关系图1.2.3电极材料的创新在电极材料的研究方面，TamioIkeshojI[29]早在1987年的时候就以铂为电极材料，以[:(CN)5]78/98和:>?/9?的水溶液作为电解液，测量在稳定状态下的功率密度。所使用的薄层温差电池测试系统如图1.5所示，其中铂电极与两个铜传热板接触，通过从恒温器中进行水浴来使温度保持恒定。图1.5薄层温差电池测试系统后来，以碳纳米管为代表的碳基纳米材料的快速崛起为热电化学电池提供了新的电极材料。如图1.6所示，RenchongHu团队[30]使用碳纳米管替代铂金电极，增加电极与电解液的接触面积，提高系统电导率，研究发现使用碳纳米管作电极的温差电池，其能量转化效率为1.4％的卡诺效率。LongZhang[31]则对不同形状
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机朗肯循环-蒸气压缩式热泵联合循环多目标优化及工质匹配[J]. 张鸿鹄,刘华,熊建国,席奂,何雅玲. 工程热物理学报. 2019(05)
[2]基于可能度的冷热电联供微网区间优化调度模型[J]. 陈宇,刘会兰,栗然,孙志攀,霍启敬. 电测与仪表. 2019(10)
[3]低温工业余热综合利用[J]. 余龙清,马锋,胡学伟. 资源节约与环保. 2018(04)
[4]基于温差发电供能的无源无线测温系统的设计[J]. 陈前,张国钢,刘竞存,耿英三,王建华. 电测与仪表. 2017(17)
[5]DOE在电机容差设计中的应用[J]. 江家辉,徐源,吴松. 中国科技信息. 2017(16)
[6]工业余热高效综合利用的重大共性基础问题研究[J]. 何雅玲. 科学通报. 2016(17)
[7]我国工业余热回收利用技术综述[J]. 连红奎,李艳,束光阳子,顾春伟. 节能技术. 2011(02)
[8]动力型蓄电池欧姆内阻测定[J]. 徐克成,秋天,陈军,桂长清. 电池工业. 2011(01)
[9]盐溶液电导率与浓度和温度的关系测量[J]. 陈丽梅,程敏熙,肖晓芳,黄佐华. 实验室研究与探索. 2010(05)
[10]回归分析中t检验与F检验关系的进一步探讨[J]. 靳庭良,张宝青. 统计与决策. 2009(21)
硕士论文
[1]机器学习在材料热电性能预测中的应用[D]. 陈佳.北京邮电大学 2019
[2]基于两电极体系的水质参数检测系统设计与实验研究[D]. 蔡佩君.浙江大学 2014
[3]热浸涂银/氯化银和银/卤化银参比电极性能研究[D]. 尹鹏飞.山东大学 2009
本文编号：3432316
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