Dekonwolucja danych: Rozkłady gęstości ładunku elektrycznych warstw podwójnych

22 grudnia 2022 r. (Wiadomości Nanowerk) Rozwijając niedawno opracowaną technikę elektrochemicznej trójwymiarowej mikroskopii sił atomowych (EC-3D-AFM), naukowcy z University of Illinois Urbana-Champaign wyprowadzili profil głębokości gęstości ładunku elektrycznych warstw podwójnych (EDL). Poprzez analizę statystyczną, dekonwolucję pików i obliczenia elektrostatyczne, naukowcy opracowali profilowanie ładunku 3D AFM (CP-3D-AFM), aby eksperymentalnie określić ilościowo rozkład ładunku na granicy faz elektroda-elektrolit. Profesor materiałoznawstwa i inżynierii Yingjie Zhang oraz doktorant nauk mechanicznych i inżynierii Lalith Bonagiri niedawno opublikowali te badania w ACS Nano („Profilowanie gęstości ładunku w przestrzeni rzeczywistej interfejsów elektroda-elektrolit z rozdzielczością głębokości angstremów”). Schemat techniki CP-3D-AFM. (Zdjęcie: Grainger College of Engineering na University of Illinois Urbana-Champaign) Zhang i Bonagiri wyjaśniają, że podstawą elektrochemii jest wzajemna konwersja energii elektrycznej i chemicznej na granicy faz elektroda-elektrolit, a takie procesy wymagają gromadzenia i wyczerpywania ładunków na interfejsie. Przestrzenny rozkład ładunku jest zatem kluczem do zrozumienia mechanizmów procesów elektrochemicznych. Jednak profile gęstości ładunku na tych interfejsach pozostają zagadką. Zespół zastosował ciecz jonową, bis(trifluorometylosulfonylo)imid 1-etylo-3-metyloimidazoliowy (EMIM-TFSI), jako wybrany elektrolit, na elektrodzie z wysoce zorientowanego grafitu pirolitycznego (HOPG). Zarówno EMIM-TFSI, jak i HOPG są układami modelowymi stosowanymi w urządzeniach do magazynowania energii i superkondensatorach. Użyli również innego rodzaju powstającego elektrolitu: wody w soli (WiS), który składa się z silnie stężonej soli w roztworze wodnym (sól przewyższa liczebnie rozpuszczalnik). Elektrolity WiS zostały po raz pierwszy wprowadzone w 2015 roku i od tego czasu są szeroko badane jako realna opcja wytwarzania akumulatorów o zwiększonym bezpieczeństwie i zmniejszonym wpływie na środowisko. Technika eksperymentalna zastosowana w tych badaniach opiera się na tym, co zespół stosował wcześniej, ale z nowo opracowanymi metodami analizy danych. Jak to ujął Bonagiri: „Przenieśliśmy tę technikę [EC-3D-AFM] na wyższy poziom, gdzie dokonujemy dekonwolucji histogramów zliczania i uzyskujemy profile gęstości ładunku za pomocą algorytmów elektrostatycznych”. Ta nowa metoda, nazwana CP-3D-AFM, umożliwia uzyskanie przestrzennego rozkładu ładunku zarówno na powierzchni lokalnej elektrody, jak i EDL. Zespół wykorzystał CP-3D-AFM do określenia przegrupowań ładunku cieczy jonowej/HOPG i interfejsów WiS/HOPG oraz zaobserwował subnanometrowe zmiany gęstości ładunku, co ma kluczowe znaczenie dla pojemnościowego magazynowania energii i innych funkcji elektrochemicznych tych systemów. Zhang i Bonagiri twierdzą, że ta metoda będzie miała szerokie zastosowanie w szerokiej gamie praktycznych urządzeń elektrochemicznych, w tym baterii, ogniw paliwowych, elektrolizerów i superkondensatory.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62068.php