Deconvoluting data: Ladningstetthetsfordelinger av elektriske dobbeltlag

22. des 2022 (Nanowerk Nyheter) Ved å utvide deres nylig utviklede elektrokjemiske 3D-atomkraftmikroskopi (EC-3D-AFM) teknikk, har forskere fra University of Illinois Urbana-Champaign utledet dybdeprofilen til ladningstettheten til elektriske dobbeltlag (EDL). Gjennom statistisk analyse, toppdekonvolusjon og elektrostatiske beregninger utviklet forskerne ladningsprofilering 3D AFM (CP-3D-AFM) for eksperimentelt å kvantifisere ladningsfordelingen ved elektrode-elektrolyttgrensesnitt. Materialvitenskap og ingeniørprofessor Yingjie Zhang og Mekanisk vitenskap og ingeniørstudent Lalith Bonagiri publiserte nylig denne forskningen i ACS Nano ("Real-Space Charge Density Profiling av elektrode-elektrolytt-grensesnitt med Angstrom Depth Resolution"). Skjematisk av CP-3D-AFM-teknikken. (Bilde: Grainger College of Engineering ved University of Illinois Urbana-Champaign) Zhang og Bonagiri forklarer at kjernen i elektrokjemi er interkonverteringen mellom elektrisk og kjemisk energi ved elektrode-elektrolytt-grensesnittet, og slike prosesser krever akkumulering og utarming av ladninger ved grensesnittet. Den romlige ladningsfordelingen er derfor en nøkkel for å forstå mekanismene til elektrokjemiske prosesser. Imidlertid har ladningstetthetsprofiler ved disse grensesnittene forblitt et puslespill. Teamet brukte en ionisk væske, 1-etyl-3-metylimidazolium bis(trifluormetylsulfonyl)imid (EMIM-TFSI), som valg av elektrolytt, på en høyt orientert pyrolytisk grafitt (HOPG) elektrode. Både EMIM-TFSI og HOPG er modellsystemer som brukes i energilagringsenheter og superkondensatorer. De brukte også en annen type emergent elektrolytt: vann-i-salt (WiS), som er sammensatt av høyt konsentrert salt i vandig løsning (saltet er større enn løsningsmidlet). WiS-elektrolytter ble først introdusert i 2015, og siden den gang har de blitt mye utforsket som et levedyktig alternativ for å lage batterier med økt sikkerhet og redusert miljøpåvirkning. Den eksperimentelle teknikken som brukes i denne forskningen er basert på det teamet har brukt tidligere, men med nyutviklede dataanalysemetoder. Som Bonagiri sier det, "Vi tok den teknikken [EC-3D-AFM] til neste nivå der vi dekonvoluterer tellehistogrammer og oppnår ladningstetthetsprofilene ved hjelp av elektrostatiske algoritmer." Denne nye metoden, kalt CP-3D-AFM, muliggjør innhenting av romlig ladningsfordeling av både den lokale elektrodeoverflaten og EDL-er. Teamet brukte CP-3D-AFM for å bestemme ladningsomorganiseringen av ionisk væske/HOPG- og WiS/HOPG-grensesnitt og observerte subnanometervariasjoner i ladningstetthet, noe som er avgjørende for kapasitiv energilagring og andre elektrokjemiske funksjoner til disse systemene. Zhang og Bonagiri sier at denne metoden vil være bredt anvendelig for et stort spekter av praktiske elektrokjemiske enheter, inkludert batterier, brenselceller, elektrolysatorer og superkondensatorer.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62068.php