Kuidas vedelad soolad aitavad ökoloogilist jalajälge vähendada? ({{commentsTotal}})

Skaneeriva teravikmikroskoopia pilt vismuti piirpinnast, mis on kaetud üksik- ehk monokihi bromiidioonidega. Töötlemata ja arvutuslikult müravaba (sisselõige) pilt. Autor: Carolin Siimenson

Sellele heidab valgust Tartu ülikooli keemiku Carolin Siimensoni hiljuti kaitstud doktoritöö.

Eesti ökoloogiline jalajälg on võrdlemisi suur põlevkivi tarbimise tõttu. “Ökoloogilise jalajälje vähendamiseks vajame seadmeid, mis aitaks meil edukalt energiat muundada ja salvestada ning liikuda fossiilseid kütuseid asendavate alternatiivsete energiatootmise meetodite poole,” kirjutab Siimenson doktoritöö kokkuvõttes.

Ta selgitab, et energia tootmise ning salvestamise seadmeid on palju ja neil kõigil on üks ühine osa – elektrolüüt ehk elektrijuht. Elektrolüüt on aine, mille elektrijuhtivus põhineb ioonide vabal liikumisel. Kõige tüüpilisem elektrolüüt on ioonne lahus, kuid elektrolüüt võib olla ka tahke või vedel aine, näiteks metall.

“Uuetüübiliste energia salvestus- ja genereerimisseadmete jaoks on vaja välja töötada odavamaid ja keskkonnasõbralikumaid elektrolüüte, sest superkondensaatorite, patareide ja kütuselementide korral sõltub nende efektiivsus ja eluiga väga palju just kasutatavast elektrolüüdist. Kuid vesilahustel põhinevad elektrolüüdid ei võimalda meil disainida suure energia ja võimsustihedusega salvesteid, sest seda piirab vee elektrokeemiline lagunemine. Sama probleem on orgaaniliste lahustite kasutamisel ning lisaks ei saa neid elektrolüüte kasutada kõrgel temperatuuril toimuva aurustumise tõttu.”

Kuid eelnimetatud probleemid aitavad lahendada toatemperatuuril vedelad soolad ehk ioonsed vedelikud. Ioonseteks vedelikeks nimetatakse soolasid, mis on vedelad toatemperatuurist madalamatel temperatuuridel. Nad on elektrokeemiliselt püsivad, ei lendu ning koosnevad üksnes ioonidest. Sellest tulenevalt on nad ka head elektrolüüdid laias temperatuuride vahemikus ja kasutamiseks elektrokeemilistes süsteemides, nagu näiteks patareides, kondensaatorites ja päikesepatareides.

Elektroodi ja elektrolüüdi piir- ehk kokkupuutepinnal toimuvad protsessid on olulised fundamentaal- ja praktilise elektrokeemia arendamise seisukohast, kuna ioonsete vedelike kasutamine elektrolüütidena võimaldab saavutada seadmete pikemat eluiga ning kõrgemat energia- ja võimsustihedust.

Parimate omadustega elektrolüütide disainimiseks on väga oluline mõista faaside vahelistel piirpindadel toimuvate elektrokeemiliste protsesside seaduspärasusi ja seda Siimenson doktoritöös uuriski.

Täpsemalt uuris ta ioonsete vedelike kui elektrolüütide käitumist vismuti ja süsinikelektroodi pinnal. Vismut on perioodilisustabelis viimane mitteradioktiivne element ja kuulub kõikide kergsulavate sulamite koostisesse. Viimase tõttu kasutatakse seda ka tuletõrje signaalsüsteemides – temperatuuri tõustes muutuvad vismuti sulamid vedelaks, vallandades päästva veejoa.

Anioonidest ehk negatiivse elektrilaenguga ioonidest keskendus keemik halogeniidele (keemilised ühendid, mis sisaldavad üht või mitut halogeeni aatomit), sest varasemalt on teada, et jood ja broom omavad tugevat adsorptsiooni nii vismutil kui ka süsinikmaterjalidel. Adsorptsioon tähendab lahuste või gaasisegude üksikute koostisosade koondumist tahke aine või vedeliku pinnale.

Doktoritöös leidis keemik Carolin Siimenson, et halogeniidide lisamine ioonsete vedelike koostisesse mõjutab oluliselt elektrilise kaksikkihi parameetreid ning tõstab energiamahtuvuse väärtusi. Näiteks, kasutades jodiidioone sisaldava ioonse vedeliku segusid elektrolüüdina, sai Siimenson tulemuseks ligi 50 protsenti kõrgemad mahtuvuse väärtused kui heade elektrokeemiliste omaduste poolest tuntud puhta EMImBF4 (1-etüül-3-metüülimidasoolium tetrafluoroboraat) ioonse vedeliku korral.

“Head tulemused vismutil ja süsinikmaterjalidel mõõdetud jodiid ioonide segude korral annab alust arvata, et ka bromiid ioone sisaldavad lahused sobivad kasutamiseks superkondensaatorites kõrgemate energia ja võimsustiheduste saavutamiseks,” sõnas Siimenson kokkuvõtteks.

Tavo Romanni foto "EMImBF4 ioonse vedeliku lagunemine kõrge pinge all" on saavutanud mikroskoobipiltide kategoorias Eesti teadusfoto konkursil esimese koha. (Foto: Tavo Romann)

Carolin Siimenson kaitses Tartu ülikoolis filosoofiadoktori kraadi keemias 11. augustil 2016 doktoritööga “Halogeniid ioonide adsorptsiooni elektrokeemiline karakteriseerimine ioonsete vedelike segudes Bi(111) ja PG elektroodide piirpinnale”. Teda juhendasid teadur Liis Siinor ja professor Enn Lust, oponeeris Brüsseli vaba ülikool professor Claudine Buess Herman.



Kuula, mis häält teevad lohukivid

Mis on lohukivid? Kuidas lohukivid seostuvad loodusmaastiku, üksteise ja muististega? Millist häält lohukivid teevad? Millist tüüpi kividega on kõige tõhusam lohke kivi sisse toksida? Kui kaua ühe lohu tegemine üldse aega võtab?

Paastupäevik | kirjutab Allan: patuga pooleks paastudes

Novaatori paastueksperiment on jõudnud 22. päevani. Selles paastupäeviku sissekandes jagab katsealune Allan oma viimase kahe nädala paastukogemust, mis tema hinnangul on olnud äärmiselt valgustav ning kogemuste rohke.

Ka emased tihased laulavad

Talvise pööripäeva järel päevade pikenedes hakkavad linnud üha aktiivsemalt laulma. Kui mitte varem, siis hiljemalt jaanuari lõpu päikselistel päevadel võib rasva- ja sinitihaseid laulmas kuulda.