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

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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两个角度进行单因素的试验研究。其中,在电极温度的研究中将其分为电极温差与电极平均温度进行研究,0.4mol/kg的铁氰化钾/亚铁氰化钾电解液与铂金电极构成的热电化学电池在电极温度分别为50℃、70℃时可获得最好的发电性能,此时的比功率数值为0.827μW/(m2·K2)。而在电解液配方的研究中将其分为1:1配比与其他配比两种情形进行研究,试验条件下,铁氰化钾浓度为0.001mol/kg、亚铁氰化钾浓度为0.2mol/kg时,开路电压取得最大值为48.6mV;在铁氰化钾浓度为0.35mol/kg、亚铁氰化钾浓度为0.4mol/kg时,电池输出功率最大,为2.19×10-7W。
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