Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

PRZEWODNIKI SUPERJONOWE ZWIĄZKI INTERKALOWANE I NANOJONIKA Jerzy Garbarczyk Zakład Joniki Ciała Stałego.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "PRZEWODNIKI SUPERJONOWE ZWIĄZKI INTERKALOWANE I NANOJONIKA Jerzy Garbarczyk Zakład Joniki Ciała Stałego."— Zapis prezentacji:

1 PRZEWODNIKI SUPERJONOWE ZWIĄZKI INTERKALOWANE I NANOJONIKA Jerzy Garbarczyk Zakład Joniki Ciała Stałego

2 Przewodność elektryczna * w fazie skondensowanej Przewodniki elektronowe Nadprzewodniki (, poniżej T kr ) Przewodniki (metale) (10 4 – 10 6 ) Półprzewodniki (10 -6 – 10 4 ) Przewodniki jonowe Przewodniki superjonowe (stałe elektrolity) (10 -5 – 1) Ciekłe elektrolity (10 -2 – ) Stopione sole (10 -3 ) Ciecze jonowe (10 -4 ) Kryształy jonowe ( – ) Przewodniki elektronowo - jonowe Stopione metale (10 3 – 10 5 ) Domieszkowane perowskity (10 -2 – 10 3 ) Związki interkalowane (10 -5 – 10 2 ) * Przewodność elektryczna σ wyrażona w S/cm

3 Przewodniki superjonowe Ciała stałe o dominacji wiązań jonowych. Przewodność jonowa porównywalna z przewod- nością ciekłych elektrolitów i stopionych soli (10 -5 < σ i < 1 S/cm). Zaniedbywalnie mała przewodność elektronowa (σ e < S/cm). Specyficzna struktura, w której można wyodręb- nić podsieć jonów nieruchomych (szkielet) oraz zdefektowaną podsieć jonów o dużej ruchliwości.

4 α-AgI – model przewodnika superjonowego T = 147ºC β AgI α AgI przewodnik jonowy przewodnik superjonowy 147°C

5 Postaci przewodników superjonowych Przewodniki krystaliczne monokrystaliczne polikrystaliczne (ceramika, sprasowane proszki) Przewodniki amorficzne polimerowe szkliste (szkła nieorganiczne) Przewodniki kompozytowe szklisto-ceramiczne nanokompozyty

6 Ruchliwe jony - przykłady Kationy I : Li +, Na +, K +, Rb +, Cu +, Ag +, H +, H 3 O +, NH 4 +, N 2 H 5 + II : Pb 2+, Ca 2+, Cd 2+ III : Gd 3+, Nd 3+, Eu 3+ Aniony O 2-, OH -, F -, ClO 4 -, CF 3 SO 3 - H + r = Å Li + r = 0,68 Å O 2- r = 1,40 Å 1 Å = m

7 Transport jonów w kryształach samodyfuzja energia aktywacji przewodnictwo elektryczne

8 Transport jonów w ciałach amorficznych przewodniki krystaliczne przewodniki amorficzne efektywna energia aktywacji

9 Transport jonów w przewodnikach superjonowych - przykład Kolektywne ruchy jonów w przewodnikach superjonowych obniżają energię aktywacji położenie międzywęzłowe położenie węzłowe

10 Transport protonów Transport protonów może być klasyczny lub kwantowy (zjawisko tunelowe)

11 Ważne dla zastosowań rodzaje przewodników superjonowych protonowe (H + ) – ogniwa paliwowe litowe (Li + ) – baterie litowe tlenowe (O 2- ) – ogniwa paliwowe Interesujące są również przewodniki: sodowe (Na + ) – ogniwa Na/S srebrowe (Ag + ) – superkondesatory

12 Zastosowania baterie litowo-jonowe (nisko-, i wysokotemperaturowe) ogniwa paliwowe (nisko-, i wysokotemperaturowe) rozruszniki serca sensory jonów (np. cząstkowe ciśnienie tlenu, pary wodnej, amoniaku, analiza gazów spalinowych) akumulatory w pojazdach elektrycznych mikrobaterie elektrolizery superkondensatory pompy tlenowe membrany selektywne przepuszczające jony gazów termometry elektrolityczne wysokotemperaturowe piece elektryczne

13 Związki interkalowane - idea Interkalacja z fazy gazowej, ciekłej lub stałej 1D2D3D

14 Związki interkalowane cd. Roztwory stałe o wiązaniach kowalencyjno- jonowych (i van der Waalsa w strukturach warstwowych). Możliwość odwracalnego wnikania (interkalacji) obcych atomów lub cząsteczek do luźnych struktur tych związków. Mieszane przewodnictwo elektronowo-jonowe z dużą przewagą składowej elektronowej. Ze względu na ostatnią cechę związki interkalowane są stosowane jako materiały elektrodowe w ogniwach elektrochemicznych nowej generacji.

15 Transport elektronów w związkach interkalowanych Przewodnictwo pasmowe zdelokalizowanych elektronów lub hopping zlokalizowanych elektronów Fe 2+ Fe 3+ (np. Li x FePO 4, 0 x 1) V 4+ V 5+ (np. Li x V 2 O 5, 0 x 1) Mn 3+ Mn 4+ (np. Li 1+x Mn 2-x O 4, x 0,33)

16 Związki interkalowane - przykłady Oliwiny i związki pokrewne

17 Ogniwo litowo-jonowe

18 Przykłady ogniw paliwowych: PEMFC – Proton Exchange Membrane Fuel Cell SOFC – Solid Oxide Fuel Cell Ogniwo paliwowe

19 Przykłady ogniw paliwowych: PEMFC – Proton Exchange Membrane Fuel Cell SOFC – Solid Oxide Fuel Cell Ogniwo paliwowe

20 Przykłady ogniw paliwowych: PEMFC – Proton Exchange Membrane Fuel Cell SOFC – Solid Oxide Fuel Cell Ogniwo paliwowe

21 Jonika ciała stałego Interdyscyplinarna nauka * o przewodnikach superjonowych i jonowo-elektronowych, której głównym celem jest poznanie struktury oraz mechanizmów transportu masy i ładunku elektrycznego w tych materiałach. Ważnym zadaniem joniki ciała stałego jest badanie możliwości zastosowań przewodników superjonowych i elektronowo-jonowych (głównie w urządzeniach do konwersji i magazynowania energii). * fizyka i chemia ciała stałego, krystalografia, termodynamika, fizyka komputerowa, inżynieria materiałowa, elektrochemia

22 Optojonika Optojonika - optyka materiałów superjonowych i interkalowanych Przykłady zjawisk: efekt elektrochromowy, akcja laserowa Przykłady zastosowań: komórki elektrochromowe, lasery WO 3 + xH + +xe - H x WO 3 zabarwiony na niebiesko półprzewodnik bezbarwny izolator

23 Nanojonika Nanojonika - jonika nanomateriałów 1 nm = m = 10 Å Nanomateriały – materiały zawierające ziarna krystaliczne o rozmiarach nanoskopowych (1-100 nm). Właściwości fizyko-chemiczne nanomateriałów w znaczący sposób różnią się od właściwości materiałów macierzystych.

24 Wpływ nanokrystalizacji na przewodnictwo elektronowe szkła 90V 2 O 5 ·10P 2 O 5 DSC

25 Nanokrystality w szkle 90V 2 O 5 ·10P 2 O 5 po wygrzewaniu w temp. 340ºC V2O5V2O5 20 nm

26 V2O5V2O5 higher concentration of V 4+ -V +5 pairs Nanokrystality w szkle 90V 2 O 5 ·10P 2 O 5 po wygrzewaniu w temp. 340ºC V 4+ +V 5+ V 5+ + V 4+

27 Nanokrystality w szkle 90V 2 O 5 ·10P 2 O 5 po wygrzewaniu w temp. 340ºC Easy conduction paths – interface regions between nanocrystallites and glassy phase. Higher concentration of V 4+ -V 5+ pairs in these regions than inside grains. V2O5V2O5 20 nm high concentration of V 4+ -V +5 pairs easy conduction path – + V 4+ +V 5+ V 5+ + V 4+

28 Obraz SEM szkła 90V 2 O 5 10P 2 O 5 po zmasowanej krystalizacji (wygrzewanie w temp. 540 o C) orthorhombic V 2 O 5 crystallites

29 Wpływ nanokrystalizacji na przewodnictwo elektronowe amorficznych oliwinów Li x FePO 4 (x=0)

30 Nanokrystality w próbce FePO 4 po wygrzewaniu w temp. 530ºC

31 Pokaz - zamiast podsumowania Ogniwo słoneczne (fotoogniwo) – energia odnawialna Energia świetlna energia elektryczna Elektrolizer wody (oparty na PEM) Energia elektryczna energia chemiczna Ogniwo paliwowe (oparte na PEM) Energia chemiczna energia elektryczna Zasilane urządzenie Energia elektryczna energia mechaniczna

32 Podziękowania dla: Prof. Marka Wasiucionka Dr. Pawła Jóźwiaka Dr. Michała Marzantowicza DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ !

33 Konspekt Wstęp Przewodniki superjonowe Związki interkalowane Zastosowania Jonika ciała stałego, optojonika i nanojonika Pokaz – zamiast podsumowania


Pobierz ppt "PRZEWODNIKI SUPERJONOWE ZWIĄZKI INTERKALOWANE I NANOJONIKA Jerzy Garbarczyk Zakład Joniki Ciała Stałego."

Podobne prezentacje


Reklamy Google