SlideShare a Scribd company logo
1 of 41
ΜΟΣΧΟΒΗ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ-ΜΑΡΙΑ
23/07/2010
ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΧΗΜΙΚΗΣ
ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ
ΚΑΙ ΥΨΗΛΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ
Μελέτη του εγκλωβισμού ιονικών υγρών σε
μικροπορώδη υλικά και διερεύνηση των
φυσικοχημικών ιδιοτήτων
 ΚΙΝΗΤΡΟ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
 ΜΕΜΒΡΆΝΕΣ ΠΡΩΤΟΝΙΑΚΗΣ ΑΓΩΓΗΣ
 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ
 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΝΕΑΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ
 ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΜΕΡΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ
(ΙΟΝΙΚΟ ΥΓΡΟ / ΖΕΟΛΙΘΟΣ)
 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΙΟΝΙΚΟΥ ΥΓΡΟΎ & ΣΥΝΘΕΤΩΝ
ΥΛΙΚΩΝ
 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
 ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ
ΧΗΜΙΚΗ
ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ
ΕΝΕΡΓΕΙΑ
• Tο κελί καυσίμου είναι θεωρητικά μια διάταξη που μπορεί να δουλεύει όσο της παρέχεται
αέριο καύσιμο.
Η ηλεκτρολυτική μεμβράνη πρέπει :
• να αποτρέπει την ανάμιξη του οξειδωτικού μέσου με το καύσιμο
• να είναι πολύ λεπτή για να ελαχιστοποιούνται οι ωμικές αντιστάσεις
• να έχει υψηλή αγωγιμότητα
• μεγάλο χρόνο ζωής
NAFION DU PONT
Άγει πρωτόνια
Διάρκεια ζωής >60.000 hrs
Τα ρεύματα των αερίων πρέπει να είναι κορεσμένα σε H2O
PBI Polybenzimidazole ACID DOPED MEMBRANE
Απαιτεί χαμηλότερη συγκέντρωση σε νερό
Έχει αγωγιμότητα που φτάνει τα 0.05 Scm-1
Ο εμποτισμός με Η3PO4 μειώνει το χρόνο ζωής της μεμβράνης
Θερμοκρασία λειτουργίας 150-200oC
-Αύξηση του ρυθμού αντίδρασης στα
ηλεκτρόδια
-Δυσκολότερη η δηλητηρίαση
από CO [(10ppm120οC)(100.000
200oC)]
-Αυξάνεται το δυναμικό λειτουργίας
-Ανάκτηση θερμότητας
-Διάβρωση
-Συσσωμάτωση και
επανακρυστάλλωση του καταλύτη
-Cross over του καυσίμου(Η2)
Περιγραφή Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα
PFSA-basedmembranes
Γραφιτικά πολυμερή Μείωση του crossover του
καυσίμου
Περιορισμένη θερμική
σταθερότητα
SOLVAY SOLEXIS συμπολυμερή TFE με μικρές
πλευρικές ομάδες SSG
Θερμική σταθερότητα
Τg 165oC
Απαραίτητη η χρήση φθορίου
(F)
Λεπτότερες μεμβράνες που με ενίσχυση για
μηχανική αντοχή
Μείωση του πάχους της
μεμβράνης- μείωση του κόστους
Χωρίς πειραματικά
αποτελέσματα για T>120oC
Νανοκρύσταλλοι ζεόλιθου πληρώνουν πορώδη
πολυμερή για να συγκρατούν υγρασία/ αύξηση της
πρωτονιακής αγωγιμότητας
-Θερμική σταθερότητα
-μείωση του crossover του
καυσίμου
-Βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες
Σημαντική μείωση στην
πρωτονιακή αγωγιμότητα
Sulfonatedpolymer/based
membranes
Σουλφονομένα πολυμερή Χαμηλό κόστος
‘Εμπορικά διαθέσιμο
Χημικά & θερμικά σταθερό
Η αγωγιμότητα εξαρτάται από
ενυδάτωση της μεμβράνης
Συνδυασμός ανόργανων σωματιδίων που να
συνδυάζουν υδροφιλικότητα και πρωτονιακή
αγωγιμότητα
Υψηλή ισχύ -Διαρροή ετεροπολυοξέων
–Θερμοκρασιακοί περιορισμοί
Υποκατάσταση του νερού από μη υδατικούς και μη
πτητικούς διαλύτες
-Μειωμένο crossover
-Καλή ιοντική αγωγιμότητα
-Πρώιμα στάδια ανάπτυξης
-Δίχως δοκιμές σε κελιά
καυσίμων
Acid/base
polymer
membrane
Συνδυασμός ισχυρών οξέων με πολυμερή που
φέρουν βασικές θέσεις
-Θερμική σταθερότητα
-Πρωτονιακή αγωγή
-Μείωση του crossover του
καυσίμου
Περιορισμένη διάρκεια
λειτουργίας
Πολυμερές
Ιονικό
υγρό
Ζεόλιθος
Ζεόλιθος
Πόροι μοριακού
μεγέθους
Θερμική σταθερότητα
Συγρατούν Η2Ο
Συγκρατούν το IL
μέσα στο πολυμερές
Μειώνουν το H2
crossover
Λειτουργία μεμβράνης
σε υψηλές
θερμοκρασίες
Πολυμερές
Πορώδες μέσο
Θερμική σταθερότητα
Μηχανική
σταθερότητα
Γεμίζουν οι πόροι με
ιονικό υγρό/
Αυξάνεται η
αγωγιμότητα της
μεμβράνης
Ιονικό υγρό
Χαμηλή τάση ατμών
Αγωγιμότητα
Υγρή φάση σε RT
Αυξάνουν την
αγωγιμότητα με
αύξηση της
θερμοκρασίας
Μπορούν να
εγκλωβιστούν σε
πορώδη μέσα
Zeolitic layer
2D nanoporous πολυμερές
Ιονικό υγρό
Το πρωτικό ιονικό υγρό μπορεί να αντικαταστήσει το φωσφορικό οξύ αυξάνοντας την
αγωγιμότητα της πολυμερικής μεμβράνης
Αργιλοπυριτικά (SiO4 AlO4), κρυσταλλικά, πορώδη υλικά με μέγεθος πόρων
μοριακών διαστάσεων (7-12Å)
Υδρόφιλα
Υψηλή θερμική σταθερότητα
Ανάπτυξη κρυστάλλων & μεμβρανών σε πορώδη υποστρώματα
Κελί σοδαλίτη Μοναδιαία κυψελίδα
NaY FAU Sigma-Aldrich Co
Κατάλυση (μεγάλο πορώδες)
Ιονανταλλαγή
Αποσκλήρυνση νερού
Ξήρανση υλικών (αντιστρεπτή ρόφηση νερού)
Διαχωρισμός αερίων με μεμβράνες ζεόλιθων
(μέγεθος πόρων μοριακών διαστάσεων)
1. Λόγω του μοριακού μεγέθους πορώδους
εμποδίζεται fuel crossover
2. Αναπτύσσεται σε μεμβράνες εμποδίζοντας το IL
leakage
3. Μέσω ιονανταλλαγής γίνεται τροποποίηση και
μπορούν να γίνουν H+ conductors.
4. Μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλές
θερμοκρασίες (120-400oC)
Ιοντικές ενώσεις
• GLIQ < Gcryst
 Οργανικό κατιόν και ανόργανο ή οργανικό ανιόν
 Άλατα με Τm<100oC μειώνοντας τη θερμοκρασία λειτουργίας συσκευών
 Μη τοξικά
 Χαμηλή τάση ατμών (μειώνεται η συγκέντρωση των οργανικών πτητικών VOC’s)
 Διαλύτες για οργανικές, ανόργανες & πολυμερικές ενώσεις αντικαθιστώντας τους
κοινούς διαλύτες
 Θερμική σταθερότητα σε μεγάλο θερμοκρασιακό εύρος (-80 έως 400oC)
 Υψηλή ιοντική και πρωτονιακή αγωγιμότητα (20 mS/cm)
 Protic /aprotic
HMINTf 2 & NaTFSI SOLVIONIC S.A
+
H-3-methylimidazolium
HMI+
-
Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide
NTf2
-
trans cis
F
F
O
C C
S
F
O
N
F
F
F
O
O
S
F
F
F
C
O S
C
O
N
F
F
F
O
O
S
o Μελετήθηκαν
• οι ιδιότητες των υλικών HMINTf2 και του ζεόλιθου NΑΥ
• η μεταβολή του πορώδους του σύνθετου υλικού με την αύξηση του λόγου IL/Z
• η κρυσταλλικότητα του ζεόλιθου μετά τον εγκλωβισμό του IL
• η αλληλεπίδραση των ιόντων του IL με το κρυσταλλικό πλέγμα του ζεόλιθου
• η επίδραση του λόγου IL/Z στην αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού
• η επίδραση της υγρασίας στην αγωγιμότητα του ζεόλιθου και του σύνθετου υλικού
10 15 20 25 30 35 40 45 50
2000
4000
6000
8000
10000
12000
relativeintensitya.u.
2theta
HMINTf2
-100 0 100 200 300 400 500
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
heatflow,Watt/g
temperature,
o
C
HMINTf2
50oC
[1]C. DeCastro, E. Sauvage, M. H. Valkenberg and W. F. Hölderich, J. Catal, 196, 86 (2000).
[2]M. H. Valkenberg, C. DeCastro and W. F. Hölderich, Green Chemistry, 4, 88 (2002).
[3]B. Pietschmann, M. A. Weiß, T. Selvam and G. Sextl, in Zeolite and Related Materials, Trends, Targets and
Challenges, p. 325, Proceedings of 4th FEZA Conference, Paris (2008).
1. Προετοιμασία αντιδράσεων κατάλυσης μέσω αλκυλοποίησης αρωματικών ειδών
1-butyl-3-methyl-imidazolium chloride σε SiO2 , Al2O3 , TiO2, ZrO2 και H-BEA
2. Σχηματισμός οξέων κατά Lewis σε SiO2
3. Ιονικά υγρά [ΕΜΙΜ+][BF-
4] σε Η-BEA ζεόλιθο με χρήση διαλύτη MeOH
1. Ionic liquid
2. Zeolite
3. MeOH
MeOH
HMINTf2
FAU NaY
230oC
MeOH
evaporation
zeolite crystals were outgassed for ~24 hrs at 300 oC under vacuum
IL H-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide
Z zeolite NaY Faujasite
Εγκλωβισμός με τη μέθοδο Β
IL/Z : 0.03, 0.05, 0.10, 0.20, 0.5, 1
Χαρακτηρισμός με :
X-ray diffraction
N2 physisorption
TGA (thermogravimetric analysis )
FT-RAMAN
AC IMPEDANCE SPECTROSCOPY
Powder X-ray diffraction (XRD)
Bruker D-8 ADVANCE diffractometer
LynxEye position sensitive detector,
CuKa X-ray source (40 kV, 40 mA).
Thermogravimetric analysis (TGA)
Q50 TGA apparatus (TA Instruments, Inc.).
the samples were heated from room temperature to 200 oC
under flowing Ar with a heating rate 5 oC/min.
FT-Raman spectra
Bruker (D) FRA-106/S component attached to an EQUINOX 55 spectrometer.
A R510 diode pumped Nd:Y AG laser at 1064 nm operating at 250 mW 4 cm-1
resolution
800 scans.
N2 pfysisorption
Quantachrome Autosorb-1 Series Surface Area and Pore Size Analyzer
Στους T=200oC αργή αλλά συνεχή απώλεια βάρους
0 100 200 300 400 500
-20
-15
-10
-5
0
HMINTF2
%ofMassLost
Temperature [
o
C]
Θέρμανση μέχρι τους 450oC
Dry συνθήκες
Ρυθμός θέρμανσης 5oC/min
Το μικροπορώδες και το εσωτερικό των πόρων γεμίζει
προοδευτικά όσο αυξάνεται ο λόγος IL/Z
Textural properties of NaY and the composites.
IL/Z
BET
Area
(m2/g)a
Micropore
Volume
(cc/g)b
Micropore
Area
(m2/g)b
External
Surface Area
(m2/g)b
Total Pore
Volume (cc/g)
NaY 505.3 0.2595 493.3 13.01 0.2833
0.03 471.1 0.2431 461.4 9.68 0.2652
0.05 467.6 0.2374 453.9 13.62 0.2609
0.1 383.7 0.1955 372.4 11.25 0.2180
0.2 264.2 0.1318 251.3 12.90 0.1562
0.5 2.0 0 0 2.00 0.1548
1 1.1 0 0 1.10 0.0084
a
b t-plot method
(a)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
10
80
100
120
140
160
180
200
NaY
0.03
0.05
0.1
0.2
0.5
volume[cc/g]
relative pressure [P/P0
]
1
(b)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
100
200
300
400
500
microporesurfacearea[m
2
/g]
IL/Z ratio
Figure 2: (a) N2 physisorption isotherms of NaY and HM
Τα πειράματα
πραγματοποιήθηκαν σε
θερμοκρασία -196οC.
Τα δείγματα πρίν τις
μετρήσεις απαερώθηκαν σε
θερμόκρασία 200οC για
3hrs.
Increasing IL/Z
5 10 15 20 25 30 35 40
HMITFSI
NaTFSI
intensity[a.u.]
2


NaY
5 10 15 20 25 30 35 40
642
840
533
511&333
440
331
311
220
*
*
(b)
2


*
111
840
642
533
440
511&333
331
311
220
111
#
#
#
####
* ****
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
(a)
#
IL/Z=1
IL/Z=0
Η κρυσταλλική δομή του
ζεόλιθου διατηρείται
Για IL/Z ≥ 0.2
σχηματίζεται NaTFSI
Οι μεταβολές στις κορυφές
[220], [311], [331]
οφείλονται στην
επαναδιάταξη των Na+
στη μοναδιαία κυψελίδα
5 10 15 20 25 30 35
5 10 15 20 25 30 35
0.1
*
***
*
*
*
**
*
*
*
*
*
* *
**
*
5
0.03
533
440
511&333
331
311
220
111
*
****
*
***
*
*
*
*
*
*
*
***
0.05
*
****
*
***
*
*
*
*
*
*
*
**
intensity[a.u.]
*
0.2
#
*
*
***
*
*
*
**
*
**
*
*
#
*
**
*
0.5
#
*
***
*
*
*
**
*
**
*
*
*
*
**
*
#
#
# #
3530252015105
311
331
111
311
533
440
511&333
2


1
#
#
#
###
#
#
*
***
*
*
*
**
*
**
*
*
*
*
**
*
2


200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
HMITFSI
Intensity[a.u.]
Raman shift [cm
-1
]
NaTFSI
200 240 280 320 360 400 440
436
411
357
334
311
286
411
402
340
315
298
HMITFSI
Intensity[a.u.]
Raman shift [cm
-1
]
NaTFSI
277
FT-RAMAN των HMINTf2 και NaTFSI στην περιοχή 200-460cm-1
NaTFSI HMINTf2
Cis Trans
286 277
311 298
334 315
357 340
411 402
435
200 240 280 320 360 400 440
311
286
raman shift [cm
-1
]
NaY
NaTFSIHMITFSI
0.03
0.1
0.2
0.5
435
411
402
350
335
1
0.05
Στις θερμοκρασίες 80 & 120oC η αγωγιμότητα είναι υψηλότερη για dry συνθηκες
70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
0,045
temperature [
o
C]
conductivity[S/cm]
HMINTf2 4,3kPa
HMINTf2 dry conditions
Υπό συνθήκες υγρασίας στους 150oC το ιονικό υγρό εξατμιζόταν
Ιδιοκατασκευή για μέτρηση
αγωγιμότητας των σύνθετων
υλικών
Σχηματική αναπαράσταση της
ιδιοκατασκευής για τη
μέτρηση αγωγιμότητας των
σύνθετων υλικών
Διάμετρος 14mm,
Πάχος 1,35mm)
10% PVDF Poly (Vinylidene
Fluoride)
90% COMPOSITE
MATERIAL
Σύγκριση αγωγιμότητας NaY πελέττας συναρτήσει της
θερμοκρασίας τιμές από τη βιβλιογραφία αναφ.1 (●) and
αναφ. 2 (▲)
• Η αγωγιμότητα του ζεόλιθου αυξάνεται καθώς αυξάνεται και η
θερμοκρασία σε ξηρες συνθήκες ενώ σε συνθήκες υγρασίας μειώνεται
• Είναι πιθανό να οφείλεται στα κατιόντα Na
[1] D. C. Freeman, D. N. Stamires, J. Chem. Phys., 35 (3), (1961), 799-806.
[2] A. Abdoulaye, S. Sh. Soulayman, G. Chabanis, J. C. Giuntini, J. V. Zanchetta, Microp. Mater., 8, (1997), 63-68.
80 100 120 140 160
10
-9
10
-8
10
-7
conductivity[S/cm]
temperature [
o
C]
Μέτρηση αγωγιμότητας συναρτήσει του λόγου IL/Z σε
θερμοκρασίες 80, 120 & 150οC υπο dry συνθήκες
Υπό ξηρές συνθήκες, η αγωγιμότητα των σύνθετων υλικών αυξάνεται με αύξηση της θερμοκρασίας και
αυξανόμενου του λόγου IL/Z
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
1E-9
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0.01
150
o
C
120
o
C
Conductivity[Scm
-1
]
IL/Z weight ratio
80
o
C
0
5
10
15
20
25
0
150o
C
120o
C
10.50.20.10.05
%Wateradsorbed
IL/Z weight ratio
80o
C
Μέτρηση αγωγιμότητας συναρτήσει του λόγου IL/Z σε
θερμοκρασίες 80, 120 & 150οC υπό συνθήκες υγρασίας
4,2kPa
Υπό συνθήκες υγρασίας 4,3kPa η αγωγιμότητα μειώνεται μέχρι το τη συγκέντρωση
0.5, και αυξάνεται απότομα μέχρι το λόγο IL/Z=1 στην τιμή 0,01 S/cm
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
150
o
C
120
o
C
Conductivity[Scm
-1
]
IL/Z ratio
80
o
C
Σύνθεση υλικών με IL/Z = 0,03, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5 & 1
Χαρακτηρισμός με XRD,TGA, N2 physisorption, FT-RAMAN, DSC
Σχηματισμός NaTFSI
Μετρήσεις σύνθετης εμπέδησης
-αύξηση της αγωγιμότητας με αύξηση της θερμoκρασίας
-Αύξηση της αγωγιμότητας με αύξηση του λόγου IL/Z
Na50.5Si141.5Al50.5O384 + y HMITFSI <-> HMIyNa(50.5-y) Si141.5Al50.5O384 + y NaTFSI
Na50.5Si141.5Al50.5O384 + y HMITFSI <->
HyNa(50.5-y)Si141.5Al50.5O384 + y NaTFSI+yMI (R2)
230oC
RT
Zeolite
NaY
HMINTf2
1. Ionic liquid
2. Zeolite
zeolite crystals were outgassed for ~24 hrs at 300 oC under vacuum
Soxhlet extraction duration
0 200 400 600 800 1000
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
before soxhlet
30min
50min
2h
4.5h
24h
HMINTf2
NaY
relativeintensitya.u.
raman shift cm
-1
1000 1200 1400 1600
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
relativeintensitya.u.
raman shift cm
-1
2500 3000 3500
-0,01
0,00
0,01
0,02
0,03
relativeintensitya.u.
raman shift cm
-1
o 24 hrs
o 4.5 hrs
o 2 hrs
o 50 min
o 30 min
o As synthsized
0 50 100 150 200 250 300 350 1350 1400 1450 1500
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
1
2
3
4
5
I744cm-1/I500cm-1
IL/Z weight ratio
I744cm
-1/I500cm
-1
Soxhlet extraction duration [min]
Η κλίση της καμπύλης
είναι 0.0449±0.0019 ενώ το R2=0.98935
Μηχανισμός αγωγής πρωτονίων μέσα στη
μεμβράνη
400 600 800 1000 1200 1400
0,0
0,5
1,0
1,5
absorbancea.u.
wavenumber v cm
-1
30
o
C
50
o
C
60
o
C
70
o
C
120
o
C
150
o
C
2800 3000 3200 3400 3600 3800
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
absorbance
wavenumber v cm-1
30
o
C
50
o
C
60
o
C
70
o
C
120
o
C
150
o
C
V cm-1 confor
mation
411 TFSI CIS
514 TFSI CIS
551 TFSI CIS
569 TFSI CIS
609 TFSI TRANS
609 TFSI TRANS
V cm-1 confor
mation
631 TFSI TRANS
663 HMI+
743 TFSI CIS
765 TFSI TRANS
781 TFSI TRANS
V cm-1 conform
ation
790 TFSI CIS
862 TFSI TRANS
916 TFSI TRANS
1051 TFSI CIS
1086 TFSI TRANS
1128 TFSI CIS
V cm-1 confor
mation
1161 TFSI TRANS
1182 TFSI
1221 TFSI CIS
1243 TFSI CIS
1280 TFSI TRANS
1305 TFSI CIS
V cm-1 conform
ation
1326 TFSI CIS
1349 TFSI TRANS
1382 TFSI TRANS
Αυξάνοντας τη θερμοκρασία το ανιόν προτιμάει την cis από την trans μορφή
European Commission through the FP7 funded program ZEOCELL
(Grant Agreement no:209481)
τον ερευνητή Δρ Βλαδίμηρο Νικολάκη
το Δρ. Βασίλη Δρακόπουλο
το Δρ. Σπύρο Νταή
το Δρ. Φώτη Παλούκη
Το μεταπτυχιακό φοιτητή: Κροκιδά Παναγιώτη
Εργαστήριο Μοριακών ηθμών
Εργαστήριο του δρ. Γιώργου Βογιατζη
Εσάς για την προσοχή σας !
10 15 20 25 30 35
HMITFSI
HMITFSI/NaY
intesity[a.u.]
2[
o
]
NaY
• Η δομή του ζεόλιθου παραμένει ανεπηρέαστη μετά τον εγκλωβισμό
•Αλλαγές στις εντάσεις των κορυφών οφείλονται στην επαναδιάταξη των
Na+ μέσα στον πόρο ή πιθανής ιονανταλλαγής με το κατιόν ΗΜΙ+
1520 1540 1560 1580 1600 1620
HMITFSI/NaY
NaY
HMITFSI
NaTFSI
Raman Shift [cm
-1
]
200 240 280 320 360 400 440
HMITFSI/NaY
NaY
HMITFSI
NaTFSI
Raman Shift [cm
-1
]
TFSI- cis (NaTFSI) 286, 311, 334, 357, 411, 435 cm-1
TFSI- trans (HMINTf2) 277, 298, 315, 340, 402 cm-1
TFSI- cis (IL/Z) 287, 328, 353, 408 cm-1
HMI+ 1150 ,1584 cm-1

More Related Content

Featured

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by HubspotMarius Sescu
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTExpeed Software
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsPixeldarts
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthThinkNow
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfmarketingartwork
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsKurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summarySpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentLily Ray
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesVit Horky
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementMindGenius
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...RachelPearson36
 

Featured (20)

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPT
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
 

MSc Moschovi 2010

  • 1. ΜΟΣΧΟΒΗ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ-ΜΑΡΙΑ 23/07/2010 ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΧΗΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΨΗΛΩΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ Μελέτη του εγκλωβισμού ιονικών υγρών σε μικροπορώδη υλικά και διερεύνηση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων
  • 2.  ΚΙΝΗΤΡΟ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ  ΜΕΜΒΡΆΝΕΣ ΠΡΩΤΟΝΙΑΚΗΣ ΑΓΩΓΗΣ  ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ  ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΝΕΑΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ  ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΜΕΡΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ (ΙΟΝΙΚΟ ΥΓΡΟ / ΖΕΟΛΙΘΟΣ)  ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΙΟΝΙΚΟΥ ΥΓΡΟΎ & ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ  ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ  ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ  ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ
  • 3. ΧΗΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ • Tο κελί καυσίμου είναι θεωρητικά μια διάταξη που μπορεί να δουλεύει όσο της παρέχεται αέριο καύσιμο. Η ηλεκτρολυτική μεμβράνη πρέπει : • να αποτρέπει την ανάμιξη του οξειδωτικού μέσου με το καύσιμο • να είναι πολύ λεπτή για να ελαχιστοποιούνται οι ωμικές αντιστάσεις • να έχει υψηλή αγωγιμότητα • μεγάλο χρόνο ζωής
  • 4. NAFION DU PONT Άγει πρωτόνια Διάρκεια ζωής >60.000 hrs Τα ρεύματα των αερίων πρέπει να είναι κορεσμένα σε H2O PBI Polybenzimidazole ACID DOPED MEMBRANE Απαιτεί χαμηλότερη συγκέντρωση σε νερό Έχει αγωγιμότητα που φτάνει τα 0.05 Scm-1 Ο εμποτισμός με Η3PO4 μειώνει το χρόνο ζωής της μεμβράνης Θερμοκρασία λειτουργίας 150-200oC -Αύξηση του ρυθμού αντίδρασης στα ηλεκτρόδια -Δυσκολότερη η δηλητηρίαση από CO [(10ppm120οC)(100.000 200oC)] -Αυξάνεται το δυναμικό λειτουργίας -Ανάκτηση θερμότητας -Διάβρωση -Συσσωμάτωση και επανακρυστάλλωση του καταλύτη -Cross over του καυσίμου(Η2)
  • 5. Περιγραφή Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα PFSA-basedmembranes Γραφιτικά πολυμερή Μείωση του crossover του καυσίμου Περιορισμένη θερμική σταθερότητα SOLVAY SOLEXIS συμπολυμερή TFE με μικρές πλευρικές ομάδες SSG Θερμική σταθερότητα Τg 165oC Απαραίτητη η χρήση φθορίου (F) Λεπτότερες μεμβράνες που με ενίσχυση για μηχανική αντοχή Μείωση του πάχους της μεμβράνης- μείωση του κόστους Χωρίς πειραματικά αποτελέσματα για T>120oC Νανοκρύσταλλοι ζεόλιθου πληρώνουν πορώδη πολυμερή για να συγκρατούν υγρασία/ αύξηση της πρωτονιακής αγωγιμότητας -Θερμική σταθερότητα -μείωση του crossover του καυσίμου -Βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες Σημαντική μείωση στην πρωτονιακή αγωγιμότητα Sulfonatedpolymer/based membranes Σουλφονομένα πολυμερή Χαμηλό κόστος ‘Εμπορικά διαθέσιμο Χημικά & θερμικά σταθερό Η αγωγιμότητα εξαρτάται από ενυδάτωση της μεμβράνης Συνδυασμός ανόργανων σωματιδίων που να συνδυάζουν υδροφιλικότητα και πρωτονιακή αγωγιμότητα Υψηλή ισχύ -Διαρροή ετεροπολυοξέων –Θερμοκρασιακοί περιορισμοί Υποκατάσταση του νερού από μη υδατικούς και μη πτητικούς διαλύτες -Μειωμένο crossover -Καλή ιοντική αγωγιμότητα -Πρώιμα στάδια ανάπτυξης -Δίχως δοκιμές σε κελιά καυσίμων Acid/base polymer membrane Συνδυασμός ισχυρών οξέων με πολυμερή που φέρουν βασικές θέσεις -Θερμική σταθερότητα -Πρωτονιακή αγωγή -Μείωση του crossover του καυσίμου Περιορισμένη διάρκεια λειτουργίας
  • 6. Πολυμερές Ιονικό υγρό Ζεόλιθος Ζεόλιθος Πόροι μοριακού μεγέθους Θερμική σταθερότητα Συγρατούν Η2Ο Συγκρατούν το IL μέσα στο πολυμερές Μειώνουν το H2 crossover Λειτουργία μεμβράνης σε υψηλές θερμοκρασίες Πολυμερές Πορώδες μέσο Θερμική σταθερότητα Μηχανική σταθερότητα Γεμίζουν οι πόροι με ιονικό υγρό/ Αυξάνεται η αγωγιμότητα της μεμβράνης Ιονικό υγρό Χαμηλή τάση ατμών Αγωγιμότητα Υγρή φάση σε RT Αυξάνουν την αγωγιμότητα με αύξηση της θερμοκρασίας Μπορούν να εγκλωβιστούν σε πορώδη μέσα Zeolitic layer 2D nanoporous πολυμερές Ιονικό υγρό Το πρωτικό ιονικό υγρό μπορεί να αντικαταστήσει το φωσφορικό οξύ αυξάνοντας την αγωγιμότητα της πολυμερικής μεμβράνης
  • 7. Αργιλοπυριτικά (SiO4 AlO4), κρυσταλλικά, πορώδη υλικά με μέγεθος πόρων μοριακών διαστάσεων (7-12Å) Υδρόφιλα Υψηλή θερμική σταθερότητα Ανάπτυξη κρυστάλλων & μεμβρανών σε πορώδη υποστρώματα Κελί σοδαλίτη Μοναδιαία κυψελίδα NaY FAU Sigma-Aldrich Co
  • 8. Κατάλυση (μεγάλο πορώδες) Ιονανταλλαγή Αποσκλήρυνση νερού Ξήρανση υλικών (αντιστρεπτή ρόφηση νερού) Διαχωρισμός αερίων με μεμβράνες ζεόλιθων (μέγεθος πόρων μοριακών διαστάσεων) 1. Λόγω του μοριακού μεγέθους πορώδους εμποδίζεται fuel crossover 2. Αναπτύσσεται σε μεμβράνες εμποδίζοντας το IL leakage 3. Μέσω ιονανταλλαγής γίνεται τροποποίηση και μπορούν να γίνουν H+ conductors. 4. Μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλές θερμοκρασίες (120-400oC)
  • 9. Ιοντικές ενώσεις • GLIQ < Gcryst  Οργανικό κατιόν και ανόργανο ή οργανικό ανιόν  Άλατα με Τm<100oC μειώνοντας τη θερμοκρασία λειτουργίας συσκευών  Μη τοξικά  Χαμηλή τάση ατμών (μειώνεται η συγκέντρωση των οργανικών πτητικών VOC’s)  Διαλύτες για οργανικές, ανόργανες & πολυμερικές ενώσεις αντικαθιστώντας τους κοινούς διαλύτες  Θερμική σταθερότητα σε μεγάλο θερμοκρασιακό εύρος (-80 έως 400oC)  Υψηλή ιοντική και πρωτονιακή αγωγιμότητα (20 mS/cm)  Protic /aprotic
  • 10. HMINTf 2 & NaTFSI SOLVIONIC S.A + H-3-methylimidazolium HMI+ - Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide NTf2 - trans cis
  • 12. o Μελετήθηκαν • οι ιδιότητες των υλικών HMINTf2 και του ζεόλιθου NΑΥ • η μεταβολή του πορώδους του σύνθετου υλικού με την αύξηση του λόγου IL/Z • η κρυσταλλικότητα του ζεόλιθου μετά τον εγκλωβισμό του IL • η αλληλεπίδραση των ιόντων του IL με το κρυσταλλικό πλέγμα του ζεόλιθου • η επίδραση του λόγου IL/Z στην αγωγιμότητα του σύνθετου υλικού • η επίδραση της υγρασίας στην αγωγιμότητα του ζεόλιθου και του σύνθετου υλικού
  • 13. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2000 4000 6000 8000 10000 12000 relativeintensitya.u. 2theta HMINTf2 -100 0 100 200 300 400 500 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 heatflow,Watt/g temperature, o C HMINTf2 50oC
  • 14. [1]C. DeCastro, E. Sauvage, M. H. Valkenberg and W. F. Hölderich, J. Catal, 196, 86 (2000). [2]M. H. Valkenberg, C. DeCastro and W. F. Hölderich, Green Chemistry, 4, 88 (2002). [3]B. Pietschmann, M. A. Weiß, T. Selvam and G. Sextl, in Zeolite and Related Materials, Trends, Targets and Challenges, p. 325, Proceedings of 4th FEZA Conference, Paris (2008). 1. Προετοιμασία αντιδράσεων κατάλυσης μέσω αλκυλοποίησης αρωματικών ειδών 1-butyl-3-methyl-imidazolium chloride σε SiO2 , Al2O3 , TiO2, ZrO2 και H-BEA 2. Σχηματισμός οξέων κατά Lewis σε SiO2 3. Ιονικά υγρά [ΕΜΙΜ+][BF- 4] σε Η-BEA ζεόλιθο με χρήση διαλύτη MeOH
  • 15. 1. Ionic liquid 2. Zeolite 3. MeOH MeOH HMINTf2 FAU NaY 230oC MeOH evaporation zeolite crystals were outgassed for ~24 hrs at 300 oC under vacuum
  • 16. IL H-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Z zeolite NaY Faujasite Εγκλωβισμός με τη μέθοδο Β IL/Z : 0.03, 0.05, 0.10, 0.20, 0.5, 1 Χαρακτηρισμός με : X-ray diffraction N2 physisorption TGA (thermogravimetric analysis ) FT-RAMAN AC IMPEDANCE SPECTROSCOPY
  • 17. Powder X-ray diffraction (XRD) Bruker D-8 ADVANCE diffractometer LynxEye position sensitive detector, CuKa X-ray source (40 kV, 40 mA). Thermogravimetric analysis (TGA) Q50 TGA apparatus (TA Instruments, Inc.). the samples were heated from room temperature to 200 oC under flowing Ar with a heating rate 5 oC/min. FT-Raman spectra Bruker (D) FRA-106/S component attached to an EQUINOX 55 spectrometer. A R510 diode pumped Nd:Y AG laser at 1064 nm operating at 250 mW 4 cm-1 resolution 800 scans. N2 pfysisorption Quantachrome Autosorb-1 Series Surface Area and Pore Size Analyzer
  • 18. Στους T=200oC αργή αλλά συνεχή απώλεια βάρους 0 100 200 300 400 500 -20 -15 -10 -5 0 HMINTF2 %ofMassLost Temperature [ o C] Θέρμανση μέχρι τους 450oC Dry συνθήκες Ρυθμός θέρμανσης 5oC/min
  • 19. Το μικροπορώδες και το εσωτερικό των πόρων γεμίζει προοδευτικά όσο αυξάνεται ο λόγος IL/Z Textural properties of NaY and the composites. IL/Z BET Area (m2/g)a Micropore Volume (cc/g)b Micropore Area (m2/g)b External Surface Area (m2/g)b Total Pore Volume (cc/g) NaY 505.3 0.2595 493.3 13.01 0.2833 0.03 471.1 0.2431 461.4 9.68 0.2652 0.05 467.6 0.2374 453.9 13.62 0.2609 0.1 383.7 0.1955 372.4 11.25 0.2180 0.2 264.2 0.1318 251.3 12.90 0.1562 0.5 2.0 0 0 2.00 0.1548 1 1.1 0 0 1.10 0.0084 a b t-plot method (a) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 10 80 100 120 140 160 180 200 NaY 0.03 0.05 0.1 0.2 0.5 volume[cc/g] relative pressure [P/P0 ] 1 (b) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 100 200 300 400 500 microporesurfacearea[m 2 /g] IL/Z ratio Figure 2: (a) N2 physisorption isotherms of NaY and HM Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία -196οC. Τα δείγματα πρίν τις μετρήσεις απαερώθηκαν σε θερμόκρασία 200οC για 3hrs.
  • 21. 5 10 15 20 25 30 35 40 HMITFSI NaTFSI intensity[a.u.] 2   NaY
  • 22. 5 10 15 20 25 30 35 40 642 840 533 511&333 440 331 311 220 * * (b) 2   * 111 840 642 533 440 511&333 331 311 220 111 # # # #### * **** * * * * * * * * * * * (a) # IL/Z=1 IL/Z=0
  • 23. Η κρυσταλλική δομή του ζεόλιθου διατηρείται Για IL/Z ≥ 0.2 σχηματίζεται NaTFSI Οι μεταβολές στις κορυφές [220], [311], [331] οφείλονται στην επαναδιάταξη των Na+ στη μοναδιαία κυψελίδα 5 10 15 20 25 30 35 5 10 15 20 25 30 35 0.1 * *** * * * ** * * * * * * * ** * 5 0.03 533 440 511&333 331 311 220 111 * **** * *** * * * * * * * *** 0.05 * **** * *** * * * * * * * ** intensity[a.u.] * 0.2 # * * *** * * * ** * ** * * # * ** * 0.5 # * *** * * * ** * ** * * * * ** * # # # # 3530252015105 311 331 111 311 533 440 511&333 2   1 # # # ### # # * *** * * * ** * ** * * * * ** * 2  
  • 24. 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 HMITFSI Intensity[a.u.] Raman shift [cm -1 ] NaTFSI
  • 25. 200 240 280 320 360 400 440 436 411 357 334 311 286 411 402 340 315 298 HMITFSI Intensity[a.u.] Raman shift [cm -1 ] NaTFSI 277 FT-RAMAN των HMINTf2 και NaTFSI στην περιοχή 200-460cm-1 NaTFSI HMINTf2 Cis Trans 286 277 311 298 334 315 357 340 411 402 435
  • 26. 200 240 280 320 360 400 440 311 286 raman shift [cm -1 ] NaY NaTFSIHMITFSI 0.03 0.1 0.2 0.5 435 411 402 350 335 1 0.05
  • 27. Στις θερμοκρασίες 80 & 120oC η αγωγιμότητα είναι υψηλότερη για dry συνθηκες 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 temperature [ o C] conductivity[S/cm] HMINTf2 4,3kPa HMINTf2 dry conditions Υπό συνθήκες υγρασίας στους 150oC το ιονικό υγρό εξατμιζόταν
  • 28. Ιδιοκατασκευή για μέτρηση αγωγιμότητας των σύνθετων υλικών Σχηματική αναπαράσταση της ιδιοκατασκευής για τη μέτρηση αγωγιμότητας των σύνθετων υλικών Διάμετρος 14mm, Πάχος 1,35mm) 10% PVDF Poly (Vinylidene Fluoride) 90% COMPOSITE MATERIAL
  • 29. Σύγκριση αγωγιμότητας NaY πελέττας συναρτήσει της θερμοκρασίας τιμές από τη βιβλιογραφία αναφ.1 (●) and αναφ. 2 (▲) • Η αγωγιμότητα του ζεόλιθου αυξάνεται καθώς αυξάνεται και η θερμοκρασία σε ξηρες συνθήκες ενώ σε συνθήκες υγρασίας μειώνεται • Είναι πιθανό να οφείλεται στα κατιόντα Na [1] D. C. Freeman, D. N. Stamires, J. Chem. Phys., 35 (3), (1961), 799-806. [2] A. Abdoulaye, S. Sh. Soulayman, G. Chabanis, J. C. Giuntini, J. V. Zanchetta, Microp. Mater., 8, (1997), 63-68. 80 100 120 140 160 10 -9 10 -8 10 -7 conductivity[S/cm] temperature [ o C]
  • 30. Μέτρηση αγωγιμότητας συναρτήσει του λόγου IL/Z σε θερμοκρασίες 80, 120 & 150οC υπο dry συνθήκες Υπό ξηρές συνθήκες, η αγωγιμότητα των σύνθετων υλικών αυξάνεται με αύξηση της θερμοκρασίας και αυξανόμενου του λόγου IL/Z 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 150 o C 120 o C Conductivity[Scm -1 ] IL/Z weight ratio 80 o C
  • 32. Μέτρηση αγωγιμότητας συναρτήσει του λόγου IL/Z σε θερμοκρασίες 80, 120 & 150οC υπό συνθήκες υγρασίας 4,2kPa Υπό συνθήκες υγρασίας 4,3kPa η αγωγιμότητα μειώνεται μέχρι το τη συγκέντρωση 0.5, και αυξάνεται απότομα μέχρι το λόγο IL/Z=1 στην τιμή 0,01 S/cm 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0,01 150 o C 120 o C Conductivity[Scm -1 ] IL/Z ratio 80 o C
  • 33. Σύνθεση υλικών με IL/Z = 0,03, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5 & 1 Χαρακτηρισμός με XRD,TGA, N2 physisorption, FT-RAMAN, DSC Σχηματισμός NaTFSI Μετρήσεις σύνθετης εμπέδησης -αύξηση της αγωγιμότητας με αύξηση της θερμoκρασίας -Αύξηση της αγωγιμότητας με αύξηση του λόγου IL/Z
  • 34. Na50.5Si141.5Al50.5O384 + y HMITFSI <-> HMIyNa(50.5-y) Si141.5Al50.5O384 + y NaTFSI Na50.5Si141.5Al50.5O384 + y HMITFSI <-> HyNa(50.5-y)Si141.5Al50.5O384 + y NaTFSI+yMI (R2)
  • 35. 230oC RT Zeolite NaY HMINTf2 1. Ionic liquid 2. Zeolite zeolite crystals were outgassed for ~24 hrs at 300 oC under vacuum
  • 36. Soxhlet extraction duration 0 200 400 600 800 1000 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 before soxhlet 30min 50min 2h 4.5h 24h HMINTf2 NaY relativeintensitya.u. raman shift cm -1 1000 1200 1400 1600 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 relativeintensitya.u. raman shift cm -1 2500 3000 3500 -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 relativeintensitya.u. raman shift cm -1 o 24 hrs o 4.5 hrs o 2 hrs o 50 min o 30 min o As synthsized 0 50 100 150 200 250 300 350 1350 1400 1450 1500 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 1 2 3 4 5 I744cm-1/I500cm-1 IL/Z weight ratio I744cm -1/I500cm -1 Soxhlet extraction duration [min] Η κλίση της καμπύλης είναι 0.0449±0.0019 ενώ το R2=0.98935
  • 37. Μηχανισμός αγωγής πρωτονίων μέσα στη μεμβράνη
  • 38. 400 600 800 1000 1200 1400 0,0 0,5 1,0 1,5 absorbancea.u. wavenumber v cm -1 30 o C 50 o C 60 o C 70 o C 120 o C 150 o C 2800 3000 3200 3400 3600 3800 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 absorbance wavenumber v cm-1 30 o C 50 o C 60 o C 70 o C 120 o C 150 o C V cm-1 confor mation 411 TFSI CIS 514 TFSI CIS 551 TFSI CIS 569 TFSI CIS 609 TFSI TRANS 609 TFSI TRANS V cm-1 confor mation 631 TFSI TRANS 663 HMI+ 743 TFSI CIS 765 TFSI TRANS 781 TFSI TRANS V cm-1 conform ation 790 TFSI CIS 862 TFSI TRANS 916 TFSI TRANS 1051 TFSI CIS 1086 TFSI TRANS 1128 TFSI CIS V cm-1 confor mation 1161 TFSI TRANS 1182 TFSI 1221 TFSI CIS 1243 TFSI CIS 1280 TFSI TRANS 1305 TFSI CIS V cm-1 conform ation 1326 TFSI CIS 1349 TFSI TRANS 1382 TFSI TRANS Αυξάνοντας τη θερμοκρασία το ανιόν προτιμάει την cis από την trans μορφή
  • 39. European Commission through the FP7 funded program ZEOCELL (Grant Agreement no:209481) τον ερευνητή Δρ Βλαδίμηρο Νικολάκη το Δρ. Βασίλη Δρακόπουλο το Δρ. Σπύρο Νταή το Δρ. Φώτη Παλούκη Το μεταπτυχιακό φοιτητή: Κροκιδά Παναγιώτη Εργαστήριο Μοριακών ηθμών Εργαστήριο του δρ. Γιώργου Βογιατζη Εσάς για την προσοχή σας !
  • 40. 10 15 20 25 30 35 HMITFSI HMITFSI/NaY intesity[a.u.] 2[ o ] NaY • Η δομή του ζεόλιθου παραμένει ανεπηρέαστη μετά τον εγκλωβισμό •Αλλαγές στις εντάσεις των κορυφών οφείλονται στην επαναδιάταξη των Na+ μέσα στον πόρο ή πιθανής ιονανταλλαγής με το κατιόν ΗΜΙ+
  • 41. 1520 1540 1560 1580 1600 1620 HMITFSI/NaY NaY HMITFSI NaTFSI Raman Shift [cm -1 ] 200 240 280 320 360 400 440 HMITFSI/NaY NaY HMITFSI NaTFSI Raman Shift [cm -1 ] TFSI- cis (NaTFSI) 286, 311, 334, 357, 411, 435 cm-1 TFSI- trans (HMINTf2) 277, 298, 315, 340, 402 cm-1 TFSI- cis (IL/Z) 287, 328, 353, 408 cm-1 HMI+ 1150 ,1584 cm-1

Editor's Notes

  1. αντίδραση οξείδωσης του καύσιμου αερίου (Η2) στο ηλεκτρόδιο της καθόδου και μία αντίδραση αναγωγής του οξειδωτικού αερίου (Ο2) στο ηλεκτρόδιο της ανόδου. Τα μόρια του Η2 διασπώνται στην άνοδο, παράγοντας ηλεκτρόνια και κατιόντα Η+ τα οποία ροφώνται στην άνοδο. Τα e- δημιουργούν ρεύμα το οποίο είναι η ωφέλιμη ενέργεια που παράγεται στο κύκλωμα. Τα ίδια αυτά ηλεκτρόνια e- φθάνουν στην κάθοδο όπου διασπούν τα μόρια του Ο2 σε ανιόντα Ο2-, τα οποία ροφώνται στην κάθοδο. Διαμέσου του στερεού ηλεκτρολύτη τα ιόντα του οξυγόνου φτάνουν στην άνοδο όπου αντιδρούν με τα εκεί ροφημένα ιόντα Η+ παράγοντας Η2Ο το οποίο εκροφάται, δημιουργώντας έτσι νέες θέσεις ρόφησης υδρογόνου, και η διαδικασία συνεχίζεται με συνεχή παραγωγή ροής ηλεκτρονίων στο κύκλωμα
  2. H-3-methylimidazolium Theoretical volume [nm3] 0,1031 0,115.2 Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide 0,146 from cristallographic data and 0,144 from MM2 calculation;3 0,143.4
  3. The entire procedure was carried in a glove bag under Ar atmosphere
  4. Η απότομη μείωση εχει να κανει με το πόσο γρήγορα γεμίζει το εσωτερικό των πόρων. Γεμίζει πρώτα το εξωτερικό και μετά , όταν εχει σχηματιστεί ένα layer γεμίζει αποτομα και το μέσα.
  5. Peletta me sputtering
  6. The entire procedure was carried in a glove bag under Ar atmosphere
  7. V cm-1 conformation 411 TFSI CIS 514 TFSI CIS 551 TFSI CIS 569 TFSI CIS 609 TFSI TRANS 609 TFSI TRANS 631 TFSI TRANS 663 HMI+ 743 TFSI CIS 765 TFSI TRANS 781 TFSI TRANS 790 TFSI CIS 862 TFSI TRANS 916 TFSI TRANS 1051 TFSI CIS 1086 TFSI TRANS 1128 TFSI CIS 1161 TFSI TRANS 1182 TFSI 1221 TFSI CIS 1243 TFSI CIS 1280 TFSI TRANS 1305 TFSI CIS 1326 TFSI CIS 1349 TFSI TRANS 1382 TFSI TRANS