서모갈바닉 전지

Thermogalvanic cell
셀을 구성하는 요소를 표시하는 서모갈바닉 셀

서모갈바닉 셀은 전기를 [1][2]직접 공급하기 위해 열을 사용하는 갈바닉 셀의 일종입니다.이들 셀은 두 전극이 의도적으로 다른 온도로 유지되는 전기화학 셀입니다.이 온도차에 의해 [3][4]전극 사이에 전위차가 발생합니다.전극은 동일한 구성일 수 있으며 전해액은 균일합니다.이것은 보통 이러한 [5]세포에서 발생합니다.이는 서로 다른 구성의 전극 및/또는 용액이 전위를 제공하는 갈바닉 셀과는 대조적이다.전극 간에 온도 차이가 있는 한 회로에 전류가 흐릅니다.서모갈바닉 셀은 농도 셀과 유사한 것으로 볼 수 있지만, 반응물의 농도/압력 차이로 작동하는 대신 열 [6][7][8]에너지의 "농도"의 차이를 이용한다.열가전지의 주요 응용 분야는 저온 열원(폐열 및 태양열)에서 전기를 생산하는 것이다.에너지 효율은 낮아 열을 [7]전기로 변환하는 데 0.1%~1%입니다.

역사

갈바닉 세포에 힘을 실어주기 위한 열의 사용은 [9]1880년경에 처음 연구되었다.그러나 1950년 10년이 되어서야 이 분야에서 [3]더 심각한 연구가 이루어졌습니다.

작동 메커니즘

열전지는 일종의 열기관이다.궁극적으로 이들 뒤에 있는 원동력은 고온 소스에서 저온 [10]싱크로의 엔트로피 전송입니다.따라서 이러한 셀은 셀의 다른 부분 사이에 설정된 열 구배 덕분에 작동합니다.화학반응의 속도와 엔탈피는 온도에 따라 달라지기 때문에 전극의 온도가 다르면 화학적 평형상수가 다를 수 있습니다.이것은 뜨거운 쪽과 차가운 쪽의 화학 평형 조건이 같지 않다는 것을 의미합니다.열전지는 균일한 평형에 접근하려고 하며, 그렇게 함으로써 화학종과 전자의 흐름을 생성한다.전자는 최소 저항 경로(외부 회로)를 통해 흐르기 때문에 셀에서 전력을 추출할 수 있습니다.

종류들

다른 열가변 세포들은 그들의 용도와 특성에 주의를 기울여서 구성되었다.일반적으로 각 특정 유형의 세포에 사용되는 전해질에 따라 분류됩니다.

수성 전해질

이들 세포에서 전극 사이의 전해질은 소금 또는 하이드로필 [5]화합물의 수용액이다.이러한 화합물의 본질적인 특성은 세포 작동 중에 한 전극에서 다른 전극으로 전자를 이동시키기 위해 산화환원 반응을 겪을 수 있어야 한다는 것입니다.

비수 전해질

전해질은 [5]물과 다른 용제의 용액이다.메탄올, 아세톤, 디메틸 설폭시드 및 디메틸 포름아미드와 같은 용제는 [11]황산구리 상에서 작동하는 열알바닉 세포에 성공적으로 사용되었습니다.

용융염

이런 종류의 열전지에서 전해질은 비교적 낮은 녹는점을 가진 일종의 소금이다.그들의 사용은 두 가지 문제를 해결한다.한편으로 셀의 온도 범위는 훨씬 더 큽니다.이것은 이러한 셀이 뜨거운 쪽과 차가운 쪽 사이의 차이가 클수록 더 많은 전력을 생산하기 때문에 이점입니다.한편, 액체 소금은 세포를 통한 전류 유지에 필요한 음이온과 양이온을 직접 제공한다.따라서 용해된 소금은 전해질 [12]그 자체이기 때문에 추가적인 통전 화합물이 필요하지 않다.일반적인 핫소스의 온도는 600~900 K이지만 1730 K까지 상승할 수 있습니다.콜드 싱크 온도는 400~500K 범위입니다.

고체 전해질

전극을 연결하는 전해질이 이온성 물질인 서모셀도 [5]검토 및 구축되었다.액체 전해질에 비해 온도 범위도 높아집니다.연구된 시스템은 400~900K에 속합니다.서모갈바닉 셀을 구성하기 위해 사용된 고체 이온 물질로는 AgI, PbCl2 및2 PbBr이 있습니다.

사용하다

열전지의 작동 메커니즘이 제공하는 이점을 고려할 때, 열전지의 주요 용도는 사용 가능한 열이 과도한 조건에서의 전기 생산이다.특히 다음과 같은 지역에서 전기를 생산하기 위해 열전지가 사용되고 있다.

태양 에너지

이 과정에서 수집된 열은 증기를 발생시켜 기존의 증기 터빈 시스템에서 전기를 만드는 데 사용될 수 있습니다.주택이나 상업용 건물에서 공기나 온수난방에 사용되는 저온 태양열 시스템과는 달리, 이러한 태양열 발전소는 높은 온도에서 작동하기 때문에 집중된 햇빛과 넓은 채집 면적을 필요로 하기 때문에 모로코 사막이 이상적인 위치이다.

이것은 햇빛으로부터 전기를 생산하기 위해 더 널리 사용되는 "광전" 기술에 대한 대안적인 접근법이다.태양광 발전 시스템에서는 햇빛이 태양광 발전 장치(일반적으로 태양 전지라고 불린다)에 흡수되고 에너지가 물질 내의 전자로 전달되어 태양 에너지를 전기로 직접 변환합니다.때때로 태양 열전기와 광전지는 경쟁 기술로 묘사되며, 이는 특정 부지에 대한 전진 방향을 결정할 때 사실일 수 있지만, 일반적으로 태양 에너지를 가능한 한 광범위하게 사용하는 상호 보완적이다.

열발생기

폐열원

온도 구배가 100C 미만(때로는 수십 도에 불과함)인 경우에도 열전지를 사용하여 폐열원에서 유용한 양의 에너지를 추출할 수 있습니다.이것은 많은 산업 [13]지역에서 흔히 있는 일입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 첨, HL; 오스터영, RA (1980)."열재생 전기화학 시스템의 재검토.제1권: 개요와 이그제큐티브 요약.태양 에너지 연구소 페이지 35-40.
  2. ^ Quickenden, TI, Vernon, CF(1986)."열에서 전기로의 열모갈바닉 변환"태양 에너지 36 (1): 63~72.
  3. ^ a b Agar, JN(1963년)."열모갈바닉 세포"전기화학 및 전기화학 엔지니어링의 진보(Ed.델라헤이, P, 토바이어스, CW) 인터사이언스, 뉴욕, vol. 3 페이지 31–121.
  4. ^ 지토 주니어(1963년)."열모갈바닉 에너지 변환"AIAA J 1 (9) : 2133 ~8.
  5. ^ a b c d 첨, HL; 오스테령, RA (1981)."열재생 전기화학 시스템의 재검토.제2권태양 에너지 연구소 페이지 115-148.
  6. ^ 테스터, JW(1992)"열에서 전기로의 전환을 위한 열가전지의 평가"크루시블 벤처에 보고합니다.매사추세츠주 캠브리지, 매사추세츠공대 화학공학 및 에너지연구소.MIT-EL 92-007
  7. ^ a b Quickenden, TI; Mua, Y(1995)."수성 서모갈바닉 셀에서의 발전 검토"J Electrochem Soc 142 (11): 3985 ~94.
  8. ^ Gunawan, A; Lin, CH; Buttry, DA; Mujica, V; Taylor, RA; Prasher, RS; Phelan, PE(2013)."액체 열전자학: 열가변 세포 실험의 최근 및 제한된 새로운 데이터의 리뷰"나노스케일 마이크로스케일 서모피스 Eng 17: 304~23.doi: 10.1080/15567265.2013.776149
  9. ^ 부티, E(1880)"Pénoménes Thermo-Electro-thermicques au Contact d'un Métal et d'un Liquid [금속과 액체 사이의 접촉에서의 열전기 및 전기열 현상]J Phys 9 : 229 ~241 。
  10. ^ 드베둔, AJ; 리치, TS; 스웬더먼, 노스캐롤라이나(1959)"전극 전위의 온도 계수"J 전기화학 Soc106(7): 616~25.
  11. ^ 클램핏 외, (1966)"열 에너지 변환을 위한 전기 화학 전지"미국 특허 3,253,955.
  12. ^ 쿠즈민스키, YV, 자수카, 쿠즈민스카야, GY(1994)."전기화학 시스템의 열전 효과입니다."비전통적인 열가변 세포입니다.J 전원 52: 231 ~42 。
  13. ^ Dario Borghino. "MIT finds new way to harvest energy from heat".