Autor:
Teve Rajamets

Faiza Summer kaitseb oma doktoritööd „Development and optimization of flow electrode capacitor technology”

10. mail kell 14.00 kaitseb Faiza Summer oma doktoritööd Development and optimization of flow electrode capacitor technology“ („Elektrokeemilise voogkondensaatori arendamine ja optimiseerimine“).

Juhendajad:
teadur Janno Torop, Tartu Ülikool
professor Veronika Zadin, Tartu Ülikool
professor Alvo Aabloo, Tartu Ülikool

Oponent:
kaasprofessor Pekka Eero Peljo, Turu Ülikool (Soome)

Kokkuvõte
Elektrokeemiline voogkondensaator (EFC) on kontseptuaalne lahendus elektrienergia mastaapseks salvestamiseks. Kõnealune seade sarnaneb tööpõhimõttelt superkondensaatorile, aga olulise erinevusena kasutab tahkete elektroodide asemel süsniniku mikro ja nano-osakestest ning elektrolüüdist koosnevat suspensiooni. Elektrolüüdiga suspensioon on eraldatud poorse, ioonjuhtiva membraaniga ja seadmes on tüüpiliselt mõne millimeetrilise diameetriga kanalid, mille sein on voolkollektoriks ning millest pumbatakse läbi eelpool kirjeldatud suspensiooni.  Just nimelt süsinikupõhiste vedelate elektroodide kasutamine võimaldab arendatavat seadet olulisel määral skaleerida ning tulevikus integreerida olemasolevatesse elektrivõrkudesse ja/või rakendada seda efektiivselt  taastuvate energiaallikate poolt toodetud elektrienergia salvestamiseks. 

Doktoritöö keskseks eesmärgiks on EFC-tehnoloogia fundamentaalsete omaduste interpreteerimine. Sellest tulenevalt on töös on läbi viidud EFC elektrokeemilised karakteriseerimised ja arvutisimulatsioonid seadme disainlahenduste optimeerimiseks. Simulatsioonide valdkonnas on sobitatud EFC modelleerimiseks nii olemasolevaid elektrokeemilisi mudeled kui on arendatud ka uudne nn stohhastiline Monte-Carlo põhimõtetel baseeruv mudel. Väljatöötatud mudelid kalibreeriti ja valideeriti põhjalikult võrdluses elektrokeemiliste tulemustega ning neid kasutati voogelektroodide laadimisprotsessi sügavamaks mõistmiseks kolmes fundamentaalses EFC-seadme konstruktsioonis.

Sarnaste elektrokeemiliste seadmete modelleerimiseks kasutatakse tihti Nernst-Planki võrranditel või kontsentreeritud lahuse teooriatel baseeruvaid mudeleid. Luuakse teist järku osatuletsitega diferentsiaalvõrrandite süsteemid, mis kirjeldavad nii ioonide kontsentratsioone kui ka seadmes tekkivaid laenguülekande protsesse. Nende mudelite rakendamine iseloomustas ilmekalt difusiooni tõttu seadmes tekkivaid laengu salvestamise ja osakeste transpordi piiranguid. Efektiivne elektroodimaterjali tsirkulatsioon ning piisavalt kiire laengu transport on teineteisele vastanduvad protsessid – kui esimesel juhul on oluliseks näitajaks piisavalt suur elektroodi voolukanalite diameeter, siis teisel juhul on nõutav just nimelt sama kanali diameetri minimiseerimine. Samas ilmnes eksperimentaalsest tulemustest, et mitte ainult difusioonist tingitud nähtused pole olulised, vaid märkimisväärset mõju omavad ka nn kõrvalreaktsioonid. Töö käigus loodud stohhastiline mudel võimaldas saavutada edukalt elektrokeemiliste mõõtmistulemuste ning Nernst-Planki võrranditel baseeruvate mudelitega leitud tulemuste kokkulangevuse. Enamgi, loodud stohhastiline mudel võimaldab edukalt simuleerida vedelate elektroodide laadumise dünaamikat ja kirjeldada suspensioonis asetleidvaid protsesse ning hinnata kõrvalreaktsioonide mõjusid. Kokkuvõtvalt avab loodud lähenemisviis võimaluse leidmaks lahendust voogkondensaatori disaini kesksele probleemile – kuidas tagada seadmest piisav elektroodimaterjali läbivool ning samas  hoiduda laengu transpordi limiteerimisest difusiooni tõttu. 

EFC-tehnoloogia edasise arengu puhul võib eeldada taastuvatest allikatest toodetud energia salvestamisvõimsuse märkimisväärset kasvu. Samas tuleb lisada, et EFC võimsustiheduse parandamiseks, ilma et see kahjustaks nende seadmete energiatihedust ning tsükleeritavust, on vaja jälgida arenduste kooskõla ka muude energiasalvestus- ja muundamis-tehnoloogiatega. Olulisteks faktoriteks on nii seadme töötingimuste valik, elektroodide disain, elektrolüüdi materjalid, kuid samuti ka  sobilikud katalüsaatorid.

Kaitsmine toimub Zoomis aadressil https://ut-ee.zoom.us/j/98528706611?pwd=d0JWQjN1MUdQQVNVVUg4TXprVnM0dz09.
Kohtumise ID: 985 2870 6611, pääsukood: 279098.

Tuumajaama konverentsil arutlevad eksperdid  eksperdid jagavad teadmisi tuumajaamade ja tuumaenergeetika kohta.

JÄRELVAATA: erialaeksperdid jagavad oma teadmisi tuumajaamadest

Rakendusliku materjaliteaduse professor Tarmo Tamm räägib inauguratsiooniloengul polümeermaterjalide eripäradest

Rakendusliku materjaliteaduse professor Tarmo Tamm peab oma inauguratsiooniloengu „Polümeermaterjalid ja elu: mis järgneb plastiajastule?“ kolmapäeval, 10. aprillil 2024 kell 16.15 ülikooli muuseumi valges saalis.
Elin Org, portree

Mikrobioomika professor Elin Org räägib inauguratsiooniloengul mikrobioomi uuringutest