Kuidas vedelad soolad aitavad ökoloogilist jalajälge vähendada?

Skaneeriva teravikmikroskoopia pilt vismuti piirpinnast, mis on kaetud üksik- ehk monokihi bromiidioonidega. Töötlemata ja arvutuslikult müravaba (sisselõige) pilt. (Foto: Carolin Siimenson)
22.09.2016 8:19
Rubriik: Tehnika

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.


Nime väli peab olema täidetud
Mitte rohkem kui 50 tähemärki
Kommentaari väli ei saa olla tühi
Mitte rohkem kui 50 tähemärki
Kommentaari väli ei saa olla tühi
Mitte rohkem kui 1024 tähemärki
{{error}}

Teade toimetusele edastatud

Sellelt Ip-aadressilt on ligipääs piiratud

Samal teemal

Kommentaare veel ei ole. Ole esimene!

Vasta kommentaarile

+{{childComment.ReplyToName}}:
Vasta kommentaarile
Vasta

Laadi juurde ({{take2}})
Kommenteerimine on lubatud registreeritud kasutajatele!Olete sisseloginud kui {{userAlias}}
Nime väli peab olema täidetud
Mitte rohkem kui 50 tähemärki
Kommentaari väli ei saa olla tühi
Mitte rohkem kui 1024 tähemärki
{{error}}
Autendi ja kommenteeri ID-kaardiga.
Lisa uus kommentaar
  • foto
    Telefoniaku saab kaasa väikese tulekustuti
    Eile

    Nutitelefon on vahva vidin, aga nutuseks võib olukord minna siis, kui telefoni aku ühtäkki leekidesse lahvatab. Seda on juhtunud. Möödunud aastal oli telefonitootja Samsung sunnitud just isesüttivate liitium-ioonakude pärast turult tagasi kutsuma kõik Note 7 telefonid.

  • foto
    Tartu teadlased aitavad tuumasünteesiuurijatel Päikese Maale tuua
    Eile

    Euroopa üks suuremaid teadus- ja arendusprojekte EUROfusion, mis loodi tuumasünteesil põhineva elektritootmise saavutamiseks, andis eestlastest ja prantslastest koosnevale teadlasterühmale tööd. Nad said võimaluse luua kõrge kiirgustaluvusega optilised materjalid. Neid materjale võiks tulevikus kasutada tuumasünteesireaktorite talitust jälgivates diagnostikaseadmetes.

  • foto
    Moodulelemendid kiirendavad hoone ümbersündi liginullenergiamajaks
    13.01

    TTÜ teadlaste ja puitmajaehitajate koostöös arendatakse puitelementidega mooduleid, mis võimaldavad korrusmaja renoveerida liginullenergiahooneks kiirelt ja ilma tellinguteta.

  • foto
    Loomauuringud aitavad vigastatud droonidel lennata  
    09.01

    Droonide ehitajatel on lindudelt ja mesilastelt mõndagi õppida. Nii saaks näiteks äädikakärbse eeskujul ehitatud droon jätkata lendamist ka pärast tiiva kaotamist.

  • foto
    "Agenda" CES-il: nutihäll aitab vanematel magada
    07.01

    Tehnoloogiamessil CES esitletud nutikas häll Snoo võtab unest ärganud imikute uuesti uinutamiseks appi automaatselt mitmeid trikke, mis peaks vähendama vanemate kurnatust ja tuua õnnelikuma pereelu.

  • foto
    "Agenda" CES-il: robotid tulevad!
    07.01

    Paljude inimeste sooviks on ilmelt leida oma ellu kaaslane, kes aitaks neil kodus paremini hakkama saada. Maailma suurimal tehnoloogimessil CES võis näha mitmeid roboteid, mis üritavad täita just seda tühimikku.

  • foto
    Meie aju loob ettekujutuse maailmast eelnevate teadmiste põhjal
    07.01

    Aju ei vahenda pärismaailma, vaid loob selle sisendi eelnevate teadmiste põhjal, kirjutavad Sirbis ajuteadlane ja psühholoog Jaan Aru ning Madis Vasser.

  • foto
    Kapten Korrosioon võitleb materjalide hävimise vastu
    07.01

    Tartu ülikooli hargettevõtte Captain Corrosioni juhataja ja TÜ kiletehnoloogia labori insener Maido Merisalu on koostöös teiste ülikooli materjaliteadlastega töötanud välja kõrgtehnoloogilised kaitsekatted. Need kaitsekatted võivad pikendada eri metallisulamite eluiga kuni mitu tuhat aastat, kirjutab ülikooli ajakiri Universitas Tartuensis.

  • foto
    "Agenda" CES-il: kaasaskantav päikesepaneel ühendab kodu elektrivõrgust lahti
    06.01

    Maailma suurimal tehnoloogiamessil CES tutvustatakse esimest päikesepatareid, mis oskab energiat salvestada ja seda jagada ning suhelda energiat tarbivate asjadega.

  • foto
    "Agenda" CES-il: nutikas juuksehari kuulab, kui katki on kiharad
    05.01

    Kas kammid juukseid õigesti? Maailma esimene nutikas juuksehari annab sellele vastuse, analüüsides seda, kui tugevasti, millise nurga alt ja kui mitu korda kiharaid harjad.

  • foto
    Ülikõvas külmas saab ka vismutist ülijuht
    03.01

    Ülijuhid on põnevad materjalid, milles võib elektrivool püsima jääda ka ilma vooluallika osaluseta. Nüüd on india teadlased avastanud, et üheks niisuguseks materjaliks on ka raskemetall vismut, mis saab ülijuhiks küll väga külma käes – õige pisut üle nulltemperatuuri.

  • foto
    Masinõppe uurija: tehisintellekt pole enam ulme
    30.12

    Tartu ülikooli masinõppe ja neuroteaduse doktorant Ilja Kuzovkin leiab ''Aktuaalsele kaamera'' 2016. aastat kokkuvõtvale erisaatele antud intervjuus, et tehisintellekti ja selle arengut ei tohiks vaadata enam kui killukest ulmefilmist, vaid midagi, mis on lõimitud tihedalt tavamaailmaga.

  • foto
    TTÜ teadussekundid: tehismõistus tuleb tasapisi
    28.12

    Isesõitvatest autodest ja maailma üle võtta ähvardavast tehismõistusest rääkivad uudised on muutunud juba tavapäraseks. Kuigi see kõik on veidi isegi tõsi, ei juhtu see väga ruttu, vaid sammhaaval ning inimestel kasulikul viisil, leiab Tallinna tehnikaülikooli võrgutarkvara professor Tanel Tammet

  • foto
    Viipekaart – lisamugavus mitte ainult kliendile, vaid ka vargale?
    28.12

    Hiljuti ka Eestis kasutusele võetud viipekaardid teevad klientidele maksmise mugavamaks ja kiiremaks. Samas tekib küsimus, kas see lisamugavus teeb toimetamise lihtsamaks ka kurjategijatele, sest nagu näitab teiste riikide kogemus, on pea samasuguse lihtsusega, nagu seda on viipemakse, võimalik viipekaartidelt varastada ka andmeid, millega kurjategija hiljem veebipoodides vabalt ostelda saab. Välismeedias on soovitatud vooderdada oma rahakotid fooliumpaberiga ja osta kaartide kaitsmiseks spetsiaalsed taskud. Eesti pangad selliste lisaturvameetmete rakendamist vajalikuks ei pea.

  • foto
    TTÜ teadussekundid: nutikas meditsiinitehnika hoiab inimesi haiguste eest
    22.12

    Terve olemine on suur õnn. Paraku kaasnevad inimesks olemisega paratamatult haigused. Õnneks on arstide käsutuses nende ennetamiseks ja tõrjumiseks üha rohkem nutikat meditsiinitehnikat. Valdkonna viimaseid arenguid tutvustab TTÜ meditsiinifüüsika professor Ivo Fridolin.

  • foto
    Grafeenivõres võib välgatada vägev elektrivool  
    22.12

    Grafeen, ainult ühe aatomikihi paksune süsinikukile on niigi tuntud paljude eriliste omaduste poolest, aga nüüd tuleb välja, et see võib olla ka äärmiselt tõhus elektrijuht. Seda küll väga lühiajaliselt ja väga väikeses ulatuses, aga ikkagi.

  • foto
    Laserivalguses kümblev antiaine paneb proovile füüsika alustalad
    20.12

    Küsimus, miks koosneb kõik nähtav ainest, mitte antiainest, on sõna otseses mõttes üks universumi suuremaid mõistatusi. Füüsikutel on läinud nüüd korda esimest korda uurida, kuidas neelab ja kiirgab valgust antivesinik. Saavutus sillutab teed uutele täpsematele testidele, et välja selgitada, miks tähed, planeedid ja elu tänasel kujul üleüldse olemas on.

  • foto
    Teemandist tehti maailma väikseim raadio
    20.12

    Ameerika teadlased on valmis meisterdanud maailma kõige väiksema raadiovastuvõtja, mille kõige väiksemad komponendid on ainult kahe aatomi suurused.

  • foto
    Virtuaalreaalsus sööstab varsti igasse eluvaldkonda
    2016

    Tartu ülikooli arvutigraafika ja virtuaalreaalsuse labori üks eestvedaja Madis Vasser ütles, et virtuaalreaalsusel on palju suurem potentsiaal kui ainult see, mida praegu meelelahutuses ära kasutatakse.

  • foto
    TTÜ katusel ligunevad lipid aitavad Euroopa puitehitust edendada
    2016

    Praegu kogub aina suuremat hoogu vaidlus Eesti metsade raiemahtude üle. Üks “hundid söönud, lambad terved” lahendus oleks puidu parem ärakasutamine, mitte lihtsalt selle eksportimine palgi või paberipuuna. Tallinna tehnikaülikooli ja Eesti maaülikooli teadlased uurivad erinevate puiduliikide vastupidavust välitingimustes. Parem ilmastikutaluvus võimaldab puitu paremini ja rohkem ehituses kasutada.

  • foto
    Eesti-Soome kiirekanali ehitus Lundis läheneb lõpule
    2016

    Detsembris lõpeb Rootsis Lundis asuvas kiirendikeskuses MAX-IV Eesti-Soome kiirekanali ehitus. See avab põnevaid võimalusi nii Eesti teadlastele kui ka tööstusele.

  • foto
    TÜ teadlased arendavad väravat virtuaalmaailma
    2016

    Virtuaalreaalsusel tekib pärismaailmaga üha tugevamaid sidemeid. Tartu ülikooli tehnoloogiainstituudi masinnägemise uurimisgrupi teadlased püüavad intelligentse arvutinägemise ja virtuaalreaalsuse võimalusi kasutades pakkuda rakenduslikke lahendusi pärismaailma probleemidele.

  • foto
    Tuleviku konditsioneerid saadavad liigsoojuse otse avakosmosesse
    2016

    Kui külmadel talvepäevadel ei tundu ehk oma varvaste soojas hoidmisest miski tähtsam, siis suvel võib panna isegi Eestis õhukonditsioneeri kasutamisega kaasnev elektriarve kohati nukralt kukalt kratsima. Rühm füüsikuid on ehitanud nüüd jahutusseadme, mis saadab soovimatu soojuse täiendavalt energiat kulutamata avakosmosesse.

  • foto
    TTÜ teadussekundid: hüperspektraalkaamera võlud
    2016

    TTÜ mehhatroonikasüsteemide õppetooli nooremteadur Märt Juurma räägib erilistest kaameratest, mis jäädvustavad kõik nähtava valguse värvitoonid. Kaameraga saab uurida kõikvõimalikke materjale ja vedelikke ning avastada hõlpsamalt veereostusi ja leida metsa kadunud inimesi.

  • foto
    ESTCube-i meeskond sõlmis esimese lepingu kosmosekaamerate ehitamiseks
    2016

    Tartu ülikooli, Tartu Observatooriumi ja teiste teadusasutustega koostöös Maa orbiidile saadetud Eesti esimene satelliit ESTCube-1 tegi asjatundjate sõnul nii hea kvaliteediga pilte, et kosmosetööstuselt hakkavad Tartu teadlastele laekuma esimesed tellimustööd. 2017. aasta jaanuaris monteeritakse esimene tellimusena tehtud kosmosekaamera Euroopa Kosmoseagentuuri tudengisatelliidile.

  • foto
    Päevavalgele tuli uut tüüpi looduslik kvaasikristall
    2016

    Rühm itaalia ja ameerika teadlasi on leidnud Tšuktsimaale kukkunud meteoriidist uut tüüpi loodusliku kvaasikristalli.

  • foto
    Arvutuskeskus võtab teadlastelt vajaduse ratast leiutada
    2016

    Aina uuenev tehnoloogia võimaldab järjest rohkem ja täpsemaid andmeid hankida. Andmetest pole aga suurt kasu, kui inimmõistus neile peale ei hakka ja infoks töödelda ei suuda. Eesti ja välismaa teadlastel aitab andmeid töödelda Eesti teadusarvutuste infrastruktuur ehk ETAIS.

  • foto
    Videolood: mida tehakse Eesti teaduse tippkeskustes?
    2016

    Tänavu märtsist tegutseb Eestis eurotoetuste abil üheksa teaduse tippkeskust. Toetuse maht tippkeskuse kohta on keskmiselt 4,3 miljonit eurot. Kuidas keskused selle rahaga Eesti ja maailma järgmise seitsme aasta vältel paremaks muudavad?

  • foto
    FOTOD: Robotex saavutas publikurekordi
    2016

    Euroopa suurimal robotivõistlusel Robotex osales sel aastal ligi 16 000 külalist, sellega ületas võistlus eelmisel aastal saavutatud 14 000 piiri.

  • foto
    Tark elektrivõrk säästab raha ja keskkonda
    2016

    Tarkvõrk on elektrivõrk, mis kasutab elektri tootmiseks ja jaotamiseks automaatikasüsteemi, pakkudes seega võimalusi säästlikumaks ja tõhusamaks elektrikaustuseks ja -tootmiseks. Eestiski on selles vallas jõutud idee tasandilt katsetuste faasi.