セパレータと膜
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2020/11/11 02:08 UTC 版)
サーモセルの非効率性の重要な要因は電極間の熱の移動であり、それによって温度勾配、さらには電位が低下する。この問題は電極間のセルにセパレーターを組み込むことで緩和でき、セル全体の熱伝導と対流の両方を低減できます。 水溶液中のヨウ化物/三ヨウ化物レドックス対を含むセル中に200μmの厚さのPVDFセパレータを使用した（図7）58ところ、高温および低温電極から等距離に挿入された際に最も高い出力が得られた。この配置により、電力が0.54mWm-2（ΔT= 2.7Kで0.07mWm-2K-2）から2.45mWm-2（ΔT= 8.8Kで0.03mWm-2K-2）へと増加し、膜のないセルと比較して同じ印加温度勾配に対して開回路電位が1.3mVから2.7mV（印加されたΔT= 12 Kの場合）に増加した。セルの赤外線サーモグラフィー（図7）により、最も高い電力性能と相関して、高温電極と低温電極の中間に膜を配置した際に熱勾配が最大になったことがわかった。これは、膜が高温電極または低温電極の近くに配置されているのに比べ、膜の両側で対流が最小限に抑えられるため、セルを横切る熱伝達が減少するためです。 図7 （I）膜のないセル、（II）膜が冷電極に近い、（III）膜が電極間の膜、（IV）高温の電極側、にそれぞれ膜を有する膜含有熱電化学セル（MTEC）の熱画像。加熱の24分後および38分後に撮影された画像。ref 58。 最近の研究では、炭素系電極を用いたフェリシアン/フェロシアン化物電解質の性能に及ぼすセパレータ位置、厚さおよび組成の影響などの影響がさらに調べられた27。最大出力は、綿電極間の間隔の8%未満（2.6mmのセルでは0.2mm）の冷たい電極に最も近い位置に配置された時に得られている。出力は11Wm-2（ΔT= 86Kで1.5mWm-2K-2）であり、これはサーモセル装置で報告された最高出力である。この性能は、膜なしのセル（5.4Wm-2;ΔT= 64Kで1.3mWm-2K-2）と比べて大幅に向上しており、セルローススポンジセパレータ（10.6Wm -2;ΔT= 86Kで1.4mWm-2K-2）よりも僅かに良い。電力の増加は、セパレータの熱抵抗の増加により維持できる大きな温度勾配に起因するものである。この場合、セパレータが低温電極に最も近接して配置されるときに達成される高出力性能は、純粋な電解質および電解質で充填されたセパレータの、熱伝導率およびイオン伝導率の温度依存性の差に起因する。セパレータおよび純粋な電解質の熱伝導率は、温度によって大きく変化しないが、両者のイオン伝導率は温度とともに直線的に増加する。これらの影響は、以前の研究58で達成されたものと比較して、ΔTが大きくなるにつれてより顕著になる。低温電極に最も近いセパレータを配置することは、セル内の電解質の大部分がより高い温度にあることを意味し、高速イオン拡散しつつ、セパレータは全体として大きな温度勾配を維持できることを意味する。セパレータの厚さの影響も考慮する必要がある。電解質を充填したセパレータのイオン伝導度は、純粋な電解質の伝導度より30%低いため、セパレータの厚さを増加させると、イオン拡散路長の増加による出力性能が低下する。
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