تاريخ الاستلام: 18 سبتمبر 2023
تاريخ القبول: 23 يناير 2024
تاريخ النشر على الإنترنت: 08 فبراير 2024
(أ) تحقق من التحديثات

لقد جذبت خلايا الطاقة الحرارية الأيونية (i-TE) اهتمامًا متزايدًا لأنها توفر طاقة حرارية عالية بتكلفة منخفضة ويمكن تشغيلها بسهولة. لذلك، يمكن أن تستفيد من الحرارة ذات الدرجة المنخفضة لتشغيل أجهزة الإنترنت للأشياء (IoT) . لقد تم دراسة تأثيرات الانتشار الحراري , وتأثيرات التحليل الكهربائي الحراري , والتأثيرات المتزامنة في خلايا i-TE السائلة وخلايا الهلام على نطاق واسع. في خلية i-TE السائلة (تسمى أحيانًا خلية تحليل كهربائي حراري أو خلية حرارية )، يتم الحصول على الطاقة الحرارية الناتجة عن تدرج درجة الحرارة بشكل رئيسي من تأثير التحليل الكهربائي الحراري حيث أن النقل المتزامن للأنيونات والكتيونات المتداخلة يلغي الجهد الإحصائي . يمنح الحمل الحراري زوج الأكسدة والاختزال تحويلًا مستمرًا من الحرارة إلى الكهرباء في حلول i-TE السائلة، والميزة الواضحة هي إنتاج طاقة كبير مقارنةً بنظيرها من خلايا i-TE الهلامية . يتم تحديد توليد الطاقة من خلايا i-TE بكثافة الطاقة لمدة ساعتين ( ) والطاقة الفورية , حيث و هما جهد الدائرة المفتوحة
الجهد والتيار القصير، على التوالي. يمكن تحسين لخلايا i-TE السائلة من خلال ثلاث استراتيجيات عامة: (i) تعديل الإلكتروليت لتعزيز , والذي يتعلق بفارق الإنتروبيا الهيكلية ( ) ونسبة التركيز المعتمدة على درجة الحرارة ( ) بين الأنواع الأكسدة والاختزال , (ii) تصميم هيكل دقيق للقطب يسرع تبادل الإلكترونات بين زوج الأكسدة والاختزال والقطب، والذي يحدد , و(iii) توسيع نطاق درجة الحرارة القصوى ( ) لزيادة أو لخلية i-TE السائلة . لقد قام العديد من الباحثين بتعديل الإلكتروليت لتعزيز وبالتالي . قام زو وآخرون بزيادة إلى من خلال إدخال اليوريا والغوانيدينيوم (GdmCl) إلى الإلكتروليت المائي (المختصر بـ ). وقد أفادوا أن الغوانيدينيوم واليوريا يعيدان تنظيم هياكل الإذابة لزوج الأكسدة والاختزال . اعتمد تيبّي وآخرون استراتيجية اقتران أيوني أمفيبيل تستغل فرق الألفة بين

ميكيلات بروميد دوديكل رباعي الميثيل الأمونيوم والأنواع الأكسدة والاختزال، مما يغير من من 1.4 إلى . في الوقت نفسه، يعزز تحسين من لأن يؤثر مباشرة على تركيز الجزيئات النشطة المطلوبة لتفاعل القطب . باستخدام نهج فوق جزيئي يحصر الأيونات داخل -كلايدوكسترين، أنشأ يامادا وآخرون تدرج تركيز في الإلكتروليت المائي الذي زاد من من -0.86 إلى . قام زو وآخرون بتطوير منهجية بلورة حرارية حساسة حيث يتم بلورة المركب ، وترسيبه، وحله لتوليد تدرج تركيز مستدام. حققت منهجيتهم من في إلكتروليت مائي . في الوقت نفسه، تقدمت المواد النانوية القائمة على الكربون ذات المساحات السطحية المحددة العالية بشكل ملحوظ على مدار العقد الماضي. صمم باوغمان وآخرون قطبًا مركبًا من أنابيب الكربون النانوية وأكسيد الجرافين المخفض مع مسامية قابلة للتعديل. وقد أكدوا وجود علاقة إيجابية بين المساحة السطحية النشطة كهربائيًا للقطب و

في خلية i-TE السائلة . وقد أفادت الأبحاث اللاحقة أن مجموعة متنوعة من الأقطاب القائمة على الكربون، مثل هلام الجرافين , وأنابيب الكربون متعددة الجدران , وPEDOT: PSS المنقوش بالليزر , وقطعة قماش الكربون النشط , تزيد من من خلال زيادة الموصلية الكهربائية الفعالة ( ) و . هو معلمة حاسمة أخرى لخلايا i-TE. يتم تحديد درجة الحرارة العليا في خلية i-TE الهلامية من خلال الاستقرار الحراري لشبكة الهلام شبه الصلبة، بينما يتم تحديد درجة الحرارة الدنيا من خلال السلوك الحركي للأيونات المتداخلة. قدم لي وآخرون الجلوتارالدهيد إلى الجيلاتين، مما شكل روابط تساهمية قوية زادت من من إلى مع الحفاظ على عند . وقد أفادوا بكثافة طاقة عالية قدرها . بالنسبة لخلية i-TE السائلة، محدودة بنقطة تجمد المحلول . تتجاوز قيم لخلايا i-TE السائلة المبلغ عنها دائمًا . على وجه التحديد، فإن قيم للإلكتروليت، و للإلكتروليت، و للإلكتروليت، و للإلكتروليت هي ، و ، و ، و على التوالي. لا يزال خفض إلى منطقة درجات الحرارة المنخفضة مهمة صعبة.

بفضل طبيعة المذيبات المميعة التي تشكل خليط سائل عند نقطة انصهار أقل من أي مكون فردي، كانت الإلكتروليتات المكونة من مذيب مميعي مثل الفوراميد (FA)/ , وإيثيلين جلايكول (EG) , وثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) ، مرشحين واعدين للعمليات المبردة في الأنظمة المتعلقة بالطاقة. نظرًا لقدرة المذيبات المميعة على تقديم ظروف نقل أيوني متفوقة للإلكتروليتات في درجات الحرارة دون الصفر ، فإنها تقدم نهجًا قابلاً للتطبيق لخفض الحد الأدنى من درجة حرارة التشغيل لخلايا الطاقة الحرارية الأيونية إلى النطاق المبرد. على سبيل المثال، قام لي وآخرون بتجميع خلية حرارية مبردة مع إلكتروليت أكسدة واختزال مميعي من الفوراميد والماء وحققوا من عند . تستكشف الدراسة الحالية تطبيق خلية سائلة من / الفوراميد (FA) – في درجات الحرارة المنخفضة. تم تصنيع الخلية من خلال استراتيجية المذيب المميعي وتحسين متزامن. نقدم أولاً المذيب العضوي الفوضوي FA، الذي يدمر شبكة الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء من خلال تفاعلات ثنائية القطب الجزيئية، مما يشكل مذيبًا مميعيًا ذو نقطة انصهار منخفضة. بعد ذلك، نوضح أن الخصائص المحبة للماء للقطب الكربوني المسامي تحدد بشكل حاسم إنتاج الطاقة لخلية i-TE السائلة. أخيرًا، لتوسيع ، نحقق في تأثير مقاومة الحرارة لفاصل عازل حراري (TIS) مصنوع من ألياف القطن. وصلت كثافة الطاقة الفورية ( ) إلى وبلغت كثافة الطاقة لمدة ساعتين ( ) إلى بين عند النهاية الباردة و عند النهاية الساخنة. من المتوقع أن يوسع هذا العمل نطاق درجة الحرارة التشغيلية ويعزز إنتاج الطاقة لخلايا i-TE، مما يمكّن تطبيقها في معظم مناطق المعيشة البشرية، بما في ذلك المناطق القطبية الباردة في الشتاء.

توضح الشكل 1a كيف يمكن لمذيب مميعي أن يقلل من لخلية i-TE السائلة التي تهدف إلى العمل في درجات الحرارة المنخفضة. يحد تجمد المذيب من لخلية السائل ، مما ي suppress الانتشار الحراري للأيونات. هنا اقترحنا استراتيجية مذيب مميعي تقلل من نقطة التجمد ( ) لمذيبات الماء. نظريًا، يمكن خفض للإلكتروليت من خلال زيادة إنتروبيا جزيئات المذيب، مما يقلل من الطاقة الحرة لجزيء السائل . على المستوى الجزيئي، ينطوي تجمد الماء على نواة الجليد من ترتيب عشوائي إلى هيكل منسق رباعي من خلال الروابط الهيدروجينية . يمكن لمذيب إضافي مثل FA أن يشكل محلول يزعج شبكة الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء.

أولاً، الـ المحاليل الأيونية ( في زيادات؛ ) تم اشتقاقها من قياسات المسح الحراري التفاضلي (DSC) (الشكل التكميلي 1). من أجل البساطة، فإن المحاليل الأيونية فا يشار إليها فيما بعد بـ FA0-FA100، حيث يشير الرقم إلى النسبة المئوية للحجم من FA. توضح الشكل 1b مخطط الطور للإلكتروليت الهجين الذي تم تحديده من قياسات DSC. يظهر الإلكتروليت سلوكًا ثنائي الطور واضحًا. من FAO خالية من الفوراميد أقل من نقاء الماء ) لأن الـ وأيونات GdmCl مُذابة. في يحتوي على 40 و 50 و 60 فولت ، الـ القيم هي ، ، و ، على التوالي. يتبع هذا الانخفاض المستمر زيادة عند محتويات FA أعلى. أعمق نقطة eutectic هي عند محتوى FA من .

تم قياس الموصلية الأيونية للمحاليل الأيونية باستخدام مطيافية الامتداد الكهروكيميائي (EIS) عند درجات حرارة مختلفة. تم رسم المقاومات الناتجة عن منحنيات EIS في الشكل التوضيحي 2. تنخفض الموصلية الأيونية للمحلول الأيوني قليلاً مع زيادة محتوى FA، ربما لأن اللزوجة تزداد مع محتوى FA. جميع الموصلات الأيونية تنخفض بشكل مشابه مع انخفاض درجة الحرارة من إلى . ومع ذلك، أدناه ، إضافة FA بأي نسبة تزيد من الموصلية الأيونية مقارنةً بـ FAO. على وجه الخصوص، يحتفظ FA50 بموصلية أيونية عالية (5.90 إلى أسفل بينما تنخفض الموصلية الأيونية لـ FAO بشكل كبير إلى في .

تمت دراسة التفاعلات الجزيئية في المحاليل الأيونية باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) (الشكل 1c والشكل التكميلي 3). تظهر طيف جميع المحاليل الأيونية قمة مميزة عند الموافق لـ اهتزازات الشد لأيونات السيانيد )، مما يشير إلى أن المضاف FA لم يؤثر على الهيكل المعقد لـ . لأن الـ و أشرطة من و FA، على التوالي، تتزامن عند حوالي ، أدى زيادة محتوى FA إلى عدم حدوث إزاحة واضحة في القمم ولكن القمم كانت مفصولة بشكل ملحوظ. كانت هناك انزياحات زرقاء غير قابلة للإهمال من الـ اهتزازات الشد (أميد I) لـ FA عند 1630-1685 سم-1، اهتزازات انحناء N-H (أميد II) لـ FA عند 1600-1640 سم-1، واهتزازات الشد C-H لـ FA عند تُلاحظ مع زيادة محتوى FA. على النقيض، فإن مواقع القمم لـ اهتزازات الشد (أميد III) لـ FA عند 1350-1430 سم متطابقة في طيف جميع العينات. تكشف النتائج عن وجود ثلاثة أشكال مختلفة على الأقل من الروابط الهيدروجينية بين FA والماء (الشكل التكميلي 4) . ومن ثم، الـ الروابط الهيدروجينية يمكن كسرها بسهولة بواسطة الروابط الهيدروجينية الأقوى لـ ، مما يقلل بشكل كبير من للكهرل الهجين وبالتالي تحسين موصليته الأيونية عند درجات الحرارة المنخفضة.

تحتفظ خلية السائل i-TE مع الإلكتروليت الهجين بأدائها الحراري الكهربائي الممتاز بالقرب من درجات حرارة التبريد. في هذه الدراسة، تم تحسينه عن طريق ضبط محتوى FA وفجوة فصل الأقطاب. . في عملنا السابق، تم اعتماده كمؤشر أداء للبحث عن أقصى درجة حرارة على الجانب الساخن ) ودرجة حرارة الجانب البارد الدنيا ( ) . هنا، نحن

الشكل 1 | مبدأ مقاومة التجمد. أ مبدأ التصميم لـ / خلية سائلة حرارية كهربائية أيونية (i-TE) فورماميد غوانيدينيوم). مخطط الطور للإلكتروليت الهجين. طيف FTIR للإلكتروليتات الهجينة (FA0، FA10، FA20-FA100). د رسم بياني لأقصى قدرة من الـ
أولاً ناقش تأثيرات محتوى الأحماض الدهنية على و في فا- خلية سائلة. عند تركيز GdmCl يبلغ 3 م، خلية i-TE السائلة مع المركب ينتج أعلى طاقة حرارية (الشكل التكميلي 5). الحد الأقصى النظري لـ في هذا النظام هو عند درجات حرارة أعلى، يفشل النظام بسبب غليان الإلكتروليت. بالنظر إلى الاستقرار الحراري للبلورات الحساسة للحرارة في هذا النظام، تم تحديده عند . في هذه الأثناء، الـ تنخفض مع زيادة محتوى FA. بشكل أكثر تحديدًا، عند ، و ، الـ القيم كانت ، ، و على التوالي، مما يتوافق مع زيادات في ، و ، على التوالي (الشكل التوضيحي 6 والشكل التوضيحي 7). الشكل التوضيحي 8 يظهر و خلايا السائل i-TE ( ) العمل في نظيراتها القيم. الـ يزداد مع زيادة محتوى FA ( ، و310 مللي فولت عند ، و ، على التوالي). الزيادة من FA0 إلى FA10 طفيفة. الـ تتجه بشكل معاكس بسبب الزيادة
في اللزوجة وانخفاض الموصلية مع زيادة محتوى FA، جنبًا إلى جنب مع انخفاض درجة حرارة الخدمة. ومع ذلك، فإن و من FA60 تظهر انخفاضًا ملحوظًا، ربما يعكس انخفاض القوة الحرارية لهذه الخلية. كما هو موضح في الشكل 1d، فإن أداء مقاومة التجمد و خلايا السائل i-TE المحسّنة (FA50 مع ) تم تحسينها بشكل كبير مقارنة بتلك الخاصة بـ FA0. بعد التلاعب بجزيئات المذيب، انخفض من إلى ، مما يشير إلى مقاومة ممتازة للصقيع. الـ من FA50 ( وصلت متى و وال correspondente كان أعلى من ذلك من منظمة الأغذية والزراعة (FAO) ) مع الإلكتروليت المائي منخفض الانتروبيا ( ). لاحظ أن الـ تم تقليل FA60 بشكل أكبر إلى ، الأدنى بين سلسلة FA (FA0 إلى FA100؛ انظر الشكل التوضيحي التكميلي 9)، لكن تم تقليل FA60 بسبب انخفاض القوة الحرارية. لتوضيح العلاقة بين وسلوك الانصهار للكهارل، الشكل 1e يوضح ضد لخلايا السائل i -TE. الرسم البياني شبه خطي مع ميل قدره ، مما يشير إلى أن تم الحصول عليه في اختبار الأداء بشكل جيد

طلاء جزيئات الذهب النانوية على الهيكل وخصائص قطب CP. د الفولتموجرامات الدورية لقطب CP الكاره للماء، وقطب CP المحب للماء، وقطب Au@CP المحب للماء. هـ أقصى كثافة طاقة ناتجة وقيم المساحة السطحية النشطة كهربائيًا (ESA) لخلايا السائل i-TE (FA0، ) مع أقطاب كهربائية مختلفة. رسومات نايكويست للموصلات الكهربية الكارهة للماء، والموصلات الكهربية المحبة للماء، وقطب كهربائي Au@CP المحب للماء (الإدراج هو رسم مكبر للمناطق الخطية).
يتوافق مع سلوك الإيتكتك لـ -إلكتروليت GdmCl.

تلعب بنية القطب الكهربائي دورًا حاسمًا في إنتاج الطاقة لخلايا السائل i-TE. تحسن قطب كهربائي خشن ذو مساحة سطح محددة عالية كثافة تيار الدائرة القصيرة ) من الخلية . هنا، تم تجميع أجهزة السائل i-TE من قطبين من ورق الكربون (CP)، والإلكتروليت، وفاصل عازل حراري. تم احتواؤها داخل جامعتي تيار من الجرافيت وفاصل أسطواني يحدد فجوة فصل الأقطاب (h) (الشكل 2a والشكل التكميلي 10). تم قياس القوة الحرارية لـ 0.4 M و الخلايا التي لها هذا الهيكل كانت 1.4 و على التوالي (الشكل التكميلي 11)، متسق مع القيم المبلغ عنها المضاف FA يقلل قليلاً من القوة الحرارية لـ حل. على سبيل المثال، القوة الحرارية لمحلول FA50 هي أقل من ذلك في محلول FA0 (الشكل التكميلي 12). FA يضعف التفاعل الكاوتروبي-كاوتروبي بين GdmCl و ، مما يقلل من
إنتروبي التفاعل للأزواج المختزلة والأكسدة وبالتالي القوة الحرارية. طيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية الخالي من FA مع وبدون GdmCl (الشكل S13a)، و تم الحصول على FA متغيرة (الشكل S13b) لتوصيف الـ التفاعل. أولاً، الـ تتحول القمة من 178 نانومتر إلى 209 نانومتر عند إضافة GdmCl، مما يشير إلى التفاعل بين المواد المزعزعة للاستقرار. . ومع ذلك، في الشكل S13b، الـ ذروة حل i-TE لـ (FA/Water) ينخفض من 209 نانومتر إلى 184 نانومتر، مما يشير إلى أن التفاعلات الكاوتروبية-كاوتروبية تضعف بواسطة FA. علاوة على ذلك، قمنا بمقارنة القوة الحرارية لسلسلتين من محلول i-TE، وهما و 0.4 م مع FA مختلف (الشكل S14). يظهر أنه، بدون GdmCl، فإن القوة الحرارية تظل تقريبًا ثابتة مع FA. على العكس، في ، تنخفض القوة الحرارية مع زيادة FA. وهذا يشير إلى أن FA تؤثر على هيكل الهيدرات لـ GdmCl بدلاً من ، وبالتالي تفاعل.

تُعرف أقطاب CP بامتلاكها موصلية كهربائية ممتازة وهيكل شبكة ألياف كربونية ذاتية الدعم توفر واجهة نشطة كيميائيًا غنية للإلكترونات.
تبادل بين أزواج الاختزال والأكسدة . هنا، لاحظنا أن المحبة للماء للقطب الكهربائي هي عامل مهم آخر لتحديد العلو زاوية الاتصال البصرية للعينات المستلمة من CP هي (الشكل التكميلي 15). لا يمكن لمحلول i-TE الذي تم تصنيعه أن ينتشر في قطب CP لتشكيل واجهة غير متجانسة. بعد المعالجة بالبلازما الأكسجينية، تسربت قطرات محلول i-TE بالكامل واختراقها داخل القطب، مما يشير إلى أداء جيد في الترطيب. بعد ذلك، يُشار إلى CP المستلم على أنه CP غير قابل للبلل (hp-CP) بينما تُسمى CPs المعالجة بالترطيب CPs قابلة للبلل (hl-CP). كما هو موضح في الشكل 2b، أعلى بمقدار 3.7 مرات في CP | منظمة الأغذية والزراعة | – خلية سائلة CP i-TE ( ) من في -خلايا سائلة CP عندما و مُعَدَّة لـ و على التوالي.

بعد ذلك، تم تثبيت طبقة من الذهب بسمك 40 نانومتر لتقليل مقاومة واجهة القطب الكهربائي بالنسبة لتبادل الإلكترونات بين زوج الأكسدة والاختزال. الهيكل المسامي للـ CP المستلم (حجم المسام لم يتأثر بطبقة الطلاء الذهبية. من أجل البساطة، فإن هذا القطب الكهربائي المحب للماء مع طلاء ذهب سميك يُشار إليه بـ . الـ من أو@سي بي | منظمة الأغذية والزراعة | -Au@CP i-TE خلية سائلة ( تم تحسينه بشكل أكبر إلى أعلى بـ من -خلية CP (الشكل 2ب). يوضح المخطط في الشكل 2ج تأثيرات المعالجة المحبة للماء وتغطية جزيئات الذهب النانوية على هيكل وخصائص قطب CP. – يوفر قطب -CP مواقع نشطة كيميائيًا أكثر من -CP لأن طاقة السطح بين سطح القطب الكهربائي والإلكتروليت أعلى بالنسبة لـ hl-CP مقارنة بـ hp-CP، مما يعزز تسرب الأيونات الحرارية الكهربائية إلى البنية الدقيقة الداخلية. تعمل جزيئات الذهب النانوية على hl-Au@CP على تقليل مقاومة واجهة القطب بشكل فعال وتسريع عملية نقل الإلكترون في تفاعل الأكسدة والاختزال. يمكن تحديد المساحة السطحية النشطة كهربائيًا (ESA) من كثافة التيار الذروة ( ) في الفولتموجرامات الدورية (CVs) للأقطاب (الشكل 2d). وفقًا لمعادلة راندلز-سيفيك، فإن تيار الذروة الفارادي العالي لقطب يظهر حركيات قابلة للعكس يشير إلى ارتفاع تم تقدير المساحات الفعالة السطحية لأقطاب hp-CP و hl-CP و hl-Au@CP على أنها ، و ، على التوالي. لاحظ أن تشير القيم فقط إلى أداء أقطاب CP، وليس إلى مساحاتها الفعلية. بشكل عام، يرتبط ارتفاع ESA بارتفاع (الشكل 2e). علاوة على ذلك، مقاومات نقل الشحنة ( قطر نصف الدائرة في مخطط نايكويست ، و كانت الأقطاب الكهربائية 102,16 و ، على التوالي. المقاومة التي تتحكم فيها الانتشار (مقاومة واربورغ ، المنعكس في جزء من مخطط نيكويست الذي يحتوي على قرب- ميل في نطاق الترددات المتوسطة العالية كان أقل بكثير في -قطب Au@CP ( ) من في و الأقطاب الكهربائية، مما يدل على نقل سريع للإلكترونات وانتشار الأيونات داخل -قطب Au@CP (الشكل 2f).

تعتمد أداء توليد الكهرباء لخلايا i-TE على مواد i-TE وفارق درجة الحرارة الفعال. يسمح الحمل الحراري في خلية السائل i-TE بالتشغيل المستمر لزوج الأكسدة والاختزال لكنها تقلل من المقاومة الحرارية وتخفض الـ . وبالتالي، فإن فجوة فصل الأقطاب الكهربائية والفاصل العازل حرارياً (TIS) هما مكونان رئيسيان في التصميم الهيكلي لخلايا السائل i-TE. على سبيل المثال، من خلال استخدام إسفنجة السليلوز المحبة للماء، قام باومان وآخرون بتحسين من الخلية من 63 إلى . هنا، تم غمر نسيج الألياف القطنية TIS في محلول i-TE لزيادة مقاومة الحرارة لخلايا السائل i-TE (الشكل التكميلي 16). يوضح الشكل 3a الفعالية عبر خلايا السائل i-TE مع وبدون TIS كدوال لتدفق الحرارة. كانت الخلايا المختبرة (FA50) و FA50 مع TIS. أولاً، يلاحظ أن GdmCl يزيد من من خلال تقليل الحمل الحراري. ثانياً، يقوم نظام العزل الحراري (TIS) بشكل فعال بكبح الحمل الحراري ويزيد من مقاومة الحرارة للخلايا (تم عرض الموصلية الحرارية للإلكتروليت والقطب الكهربائي في الجدول التكميلي 1). رفع نظام العزل الحراري
الحد الأقصى خلية FA50 بواسطة من تلك الخاصة بخلايا FA50 بدون TIS ( ضد تحت تدفق حراري قدره ). علاوة على ذلك، قام نظام TIS بتقليل حساسية خلية i-TE السائلة تجاه اتجاه تدرج الحرارة (الشكل 3ب)، مما يؤثر على توليد الطاقة في الخلية. عادةً، فإن وضع القطب البارد فوق القطب الساخن يحقق مستوى أعلى من بدلاً من وضع القطب الساخن فوق القطب البارد أو وضع الأقطاب الباردة والساخنة بشكل عمودي. في التكوين الأول، يساهم الخلط المستمر الناتج عن الحمل الحراري في تجانس الإلكتروليت وزيادة موصليته الأيونية. في هذه الدراسة، قام نظام TIS بتقليل الحمل الحراري من خلال الإلكتروليت وثبت ترسيب البلورات الحساسة للحرارة، لذا فإن كان غير حساس لاتجاه تدرج الحرارة.

تظهر الشكل 3c تأثير فجوة فصل الأقطاب الكهربائية ( ) على الـ من -Au@CP | FA50-TIS|hl-Au@CP الخلية تعمل عند قيمتها المقابلة تقلص من 14 إلى 8 مم لم يؤثر على ، مما يشير إلى أن هي خاصية متأصلة من الإلكتروليت ومستقلة عن هيكل الجهاز (الشكل التكميلي 17). ظل أيضًا دون تغيير، مما يشير إلى أن القوة الحرارية هي خاصية جوهرية للخلية (الشكل التكميلي 18). زاد في البداية من 185 إلى كـ انخفض من 14 إلى 12 مم، وبلغ الحد الأقصى لـ في ، وأخيرًا انخفض إلى في . وبالتالي، من و من تم الحصول عليها في ستكون الفجوة الأقصر بين الأقطاب الكهربائية لها مقاومة داخلية أقل، مما يؤدي إلى زيادة. من أجل توضيح الانخفاض غير الطبيعي كـ تم تقليلها أكثر إلى 8 مم، وقد أجرينا محاكاة باستخدام COMSOL Multiphysics 6.0 للتحقيق في تأثير فجوة فصل الأقطاب على الحمل الحراري الكهربائي. في حل i – TE لـ التوصيل الأيوني يرجع إلى التراكم من الأكسدة لـ على الجانب الساخن، مما يؤدي إلى تدفق عكسي لـ من الجانب الساخن إلى الجانب البارد، والعكس صحيح للجانب البارد تتيح حركة أزواج الأكسدة والاختزال أيضًا عمل خلايا i-TE بشكل مستمر، ولديها أيضًا إنتاج طاقة أعلى من تلك التي تعتمد فقط على أيونات الانتشار الحراري. الشكل 3d يقارن حركة خلايا i-TE المحاكاة. (FA50) بفجوة أقطاب مختلفة، وفرق درجة حرارة ثابت ( ). يظهر بوضوح أن فجوة القطب لها تأثير كبير على سرعة الحمل الحراري، مما يدل على أن دوران زوج الأكسدة والاختزال يتباطأ مع انخفاض فجوة الفصل بين الأقطاب. ستؤدي هذه الحمل الحراري المنخفض إلى تقليل . بعبارة أخرى، انخفضت له تأثيران متعارضان على التوازن بين المقاومة الداخلية المنخفضة والاحتباس المكبوت يؤدي إلى تحسين . بالإضافة إلى ذلك، لاحظنا أيضًا أن الحمل الحراري لزوج الأكسدة والاختزال أدى أيضًا إلى تدرج درجة حرارة غير متساوٍ عموديًا وأفقيًا (الشكل التكميلي 19)، مما يزيد من تعقيد فهم مساهمة السلوك الأيوني المجهري في الجهد الحراري الكلي. لتحديد وقيم المقاومة الفعالة ( ) من خلية السائل i-TE المثلى، وهي، -Au@CP | FA50TIS أو سي بي ، الـ ، و مُخططة كدوال لـ في الشكل 3e والشكل التكميلي 20. الـ انخفض تدريجياً من في إلى في وانخفض فجأة إلى في وإلى في التغيير الدراماتيكي في الاتجاه في يمكن فهمه من حبكة. كـ انخفض من إلى إلى ارتفع من 4.6 إلى 4.9 إلى لأن معدل نقل الأيونات يقل مع انخفاض درجة الحرارة. ومع ذلك، فإن انتقال الطور في الإلكتروليت زاد من إلى في و في نقطة تحول واضحة في يظهر أيضًا في منحنى النمو لـ من إلى (الشكل التوضيحي 21). من لذلك تم تحديده على أنه الشكل 3f يقارن النتائج التي تم الحصول عليها و في هذا العمل مع تلك الخاصة بخلايا السائل i-TE المبلغ عنها الأخرى وفقًا لمعرفتنا، لقد حققنا أعلى كثافة طاقة بالقرب من درجات حرارة التبريد وأدنى درجة حرارة على الجانب البارد. كان تحسين بيئة المذيب المضاد للتجمد وتسريع هجرة الأيونات الديناميكية

خلايا السائل i-TE مع فواصل أقطاب مختلفة. د ملفات محاكاة الحمل الحراري لخلايا السائل i-TE FA50-TIS مع فواصل أقطاب متغيرة عند و . e ومقاومة فعالة خلية FA50 ( ) مقابل . مقارنة بين و بين الخلايا السائلة i-TE المقترحة والمبلغ عنها .
يعتبر لت stabilizing نقل الكتلة لزوجيات الأكسدة والاختزال عند مستوى أدنى ، مما يزيد من .