Jinfeng Zhao kaitseb doktoritööd „Electrochemical characteristics of Bi(hkl) and micro-mesoporous carbon electrodes in ionic liquid based electrolytes”
17. juunil kell 12.15 kaitseb Jinfeng Zhao doktoritööd „Electrochemical characteristics of Bi(hkl) and micro-mesoporous carbon electrodes in ionic liquid based electrolytes“ („Ioonsetel vedelikel põhinevate elektrolüütide elektrokeemilised omadused Bi(hkl) ja mikro-mesopoorsetel süsinik elektroodidel“).
Juhendajad:
professor Enn Lust, Tartu Ülikool
teadur Ove Oll, Tartu Ülikool
Oponent:
Olivier Crosnier, Université de Nantes (Prantsusmaa)
Kokkuvõte
Tänapäeva tehnoloogias ja teaduses on olulisel kohal moodsad energia muundamise ja salvestamise seadmed. Ioonsed vedelikud omavad olulist tehnoloogilist potentsiaali antud seadmetes tänu nende kõrgele keemilisele stabiilsusele, laiale variatsioonile ning rakendatavusele nii elektrolüüdi kui solvendina. Selleks et disainida effektiivsemaid ja kõrgema erienergiaga energiasalvesteid on oluline mõista mehhanisme, mis mõjutavad energia salvestamist ioonseid vedelikke rakendavates süsteemides, nagu näiteks super- ja hübriidkondensaatorites. Elektrilise kaksikkihi (EKK) tekke ja dünaamika ning lisandite mõju, nagu näiteks halogeniid ja leelismetalli ioonid, vesi ja orgaanilised solvendid, uurimine võimaldab meil teadlikult disainida paremaid elektrokeemilisi seadmeid. Antud töös uuriti nii mudelelektrood-süsteeme, et näidata lisandite mõju EKK tekkele vismuti monokristalli eri tahkudel, kui ka superkondensaatori test-rakke, et kontrollida, kuivõrd fundamentaaluuringutest saadavad teadmised on rakendatavad ka reaalsetes seadmetes.
Antud töös kasutati elektrokeemilise impedantsspektroskoopia, skaneeriva tunnelmikroskoopia ja alalisvoolu elektrokeemilisi meetodeid, et iseloomustada erinevate ioonsete vedelike mahtuvuslikke, takistuslisi ja adsorptsioonilisi omadusi vismuti monokristallide ja mikro-mesopoorse süsinikmaterjali piirpinnal. Lisaks vaadeldi erinevate pindaktiivsete lisandite mõju vastavate süsteemide omadustele. Tulemustest nähtub, et kõige olulisemat mõju vastavate süsteemide elektrood│elektrolüüt piirpinnale omavad ioonse vedeliku anioonid ning lahustunud molekulid mis omavad tugevat vastastikmõju anioonidega. Näidati, et anioonide varieerimine muudab oluliselt piirpinna mahtuvust, eriti polariseeritavamate anioonide nagu näiteks halogeniid-ioonide puhul. Skaneeriva tunnelmikroskoopia tulemustest võib järeldada, et see on tingitud kõrgelt struktureeritud tiheda adsorptisoonilise kihi tekkest vismuti monokristallide pinnale. Samuti uuriti vee kui lisandi mõju Bi│ioonne vedelik süsteemile. Kõrge hügroskoopsuse tõttu on väike vee lisand levinud paljudes uuritavates süsteemides, ning vastava mõju hindamine omab olulist väärtust rakendustele. Ka siin leiti, et kõige olulisem muutus puudutab ioonse vedeliku anioone, mis veemolekulide olemasolu korral on võimelised moodustama hüdrateeritud komplekse, mis omavad olulist mõju vismutelektroodi mahtuvuslikele omadustele, eriti positiivse pinnalaengu puhul. Samuti on vee-lisandil arvestatav mõju takistuslikele parameetritele, kuna vesi on elektrokeemiliselt ioonsetest vedelikest vähem stabiilsem.
Ioonsete lisandite mõju superkondensaatorites uurimiseks võrreldi puhta ioonse vedeliku elektrolüüdiga süsteeme ning lisati nendele nii halogeniid kui ka leelismetalli ioone. Vastavad lisandid olid kasutusel abrosbeerituna mikro-mesopoorses süsinikmaterjalis milles oluline osa poorsusest on suurematele ioonse vedeliku anioonidele ja katioonidele suletud. Seega võis eeldada, et väikesemad lisandi-ioonid on peamiselt kontsentreerunud materjali mikropooridesse. Näidati, et kuigi leelis-metallide ioonid ei oma olulist mõju superkondensaatori mahtuvusele, siis halogeniidioonid aitavad parendada süsteemi elektrokeemilisi omadusi olulisel määral. Seega on ka antud süsteemides aniooni mõju elektrokeemilistele omadustele ja EKK tekkele määrava tähtsusega. Täpsem impedants-spektrite analüüs võimaldas lahtutada vastava mõju nii mahtuvuslikuks kui ka laengu-ülekande komponentideks, aidates mõista halogeniidioonide mõju hübriidkondensaatorile.
