Σύνθεση και χαρακτηρισμός συμπλόκων μετάλλων μετάπτωσης με εφαρμογή σε μπαταρίες ροής
Loading...
Date
2026-06-16
Authors
Αναστασόπουλος, Κωνσταντίνος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία εντάσσεται στο πλαίσιο ανάπτυξης υλικών για επαναφορτιζόμενες μπαταρίες οξειδοαναγωγικής ροής (Redox Flow Batteries, RFB) και αποτελείται από τρία μέρη. Το Μέρος Ι παρέχει το θεωρητικό υπόβαθρο, με συστηματική βιβλιογραφική ανασκόπηση των αρχών λειτουργίας, των τύπων και των προκλήσεων των συστημάτων RFB, με έμφαση στις μπαταρίες βαναδίου (VRFB) και σιδήρου (AI-RFB). Το Μέρος ΙΙ εστιάζει στην ανάπτυξη ηλεκτρολυτών βαναδίου για VRFB, με χρήση V₂O₅ ως οικονομικής και ευρέως διαθέσιμης πρώτης ύλης. Αναπτύχθηκε μεθοδολογία παρασκευής υδατικών διαλυμάτων βαναδίου σε θειικό οξύ, σε εργαστηριακή και μέτρια κλίμακα (έως 2 L), με χρήση διαφορετικών αναγωγικών μέσων και σταθεροποιητικών παραγόντων. Τα παρασκευασμένα διαλύματα, που περιέχουν κυρίως είδη V(IV) με μικρό ποσοστό V(III), εμφάνισαν υψηλή χημική σταθερότητα για διάστημα άνω των 12 μηνών, επιβεβαιωμένη με φασματοσκοπία UV-Vis. Η ηλεκτροχημική αξιολόγηση με κυκλική βολταμετρία ανέδειξε ικανοποιητική ηλεκτροχημική δραστικότητα, συγκρίσιμη με εμπορικό ηλεκτρολύτη βαναδίου, με βραδύτερη ωστόσο κινητική που αποτελεί αντικείμενο περαιτέρω βελτιστοποίησης. Το Μέρος ΙΙΙ εστιάζει στη σύνθεση, χαρακτηρισμό και ηλεκτροχημική αξιολόγηση καθολυτών και ανολυτών για AI-RFB. Για τον καθολύτη, παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν συστηματικά σταθερές υδατικές διασπορές Κυανού της Πρωσίας (Prussian Blue, PB) συγκεντρώσεων 6, 8 και 10 mM, απλές και σύνθετες με υποστρώματα οξειδίου γραφενίου (GO) και ανηγμένου οξειδίου γραφενίου (rGO), παρουσία υποστηρικτικών ηλεκτρολυτών αλκαλικών αλάτων MCl (M = Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺). Η σταθερότητα αξιολογήθηκε με UV-Vis, η μορφολογία με TEM και οι μαγνητικές ιδιότητες με SQUID, ενώ η ηλεκτροχημική συμπεριφορά διερευνήθηκε με κυκλική βολταμετρία πολλαπλών κύκλων. Τα συστήματα 6mM PB/Na⁺ (ΔEp = 60 mV) και 6mM PB/K⁺ (ΔEp = 70 mV) προσεγγίζουν το θεωρητικό ιδανικό αναστρέψιμης μονοηλεκτρονικής αντίδρασης (59 mV, n=1). Τα σύνθετα υλικά PB@GO/rGO σταθεροποιούν τη μορφολογία σε κυβική δομή, βελτιώνουν τον μαγνητικό χαρακτήρα και επιτρέπουν την παρατήρηση και των δύο οξειδοαναγωγικών μεταβάσεων (PW⇌PB και PB⇌BG), συμπεριφορά ανάλογη υμενίου PB σε τροποποιημένο ηλεκτρόδιο. Ιδιαίτερα ελπιδοφόρο αναδεικνύεται το σύστημα PB@rGO/Cs⁺ (ΔEp = 80 mV). Η αρχική αξιολόγηση ηλεκτροδίου drop casting PB@rGO σε ηλεκτρολύτη KCl εμφάνισε τέσσερις έντονες κορυφές και σταθερότητα άνω των 20 κύκλων, αποτελώντας proof-of-concept για AI-RFB. Για τον ανολύτη, επιτεύχθηκε αναπαραγώγιμη σύνθεση του συμπλόκου [FeOH(TEA)Mimid]⁻ σε κλίμακα έως 2 L, με εξαιρετικά σταθερή οξειδοαναγωγική συμπεριφορά Fe(III)/Fe(II) ελεγχόμενη από διάχυση. Η παρούσα εργασία αποτελεί μία από τις πρώτες συστηματικές μελέτες της επίδρασης του συνόλου των αλκαλικών κατιόντων σε διασπορές PB απλές και σύνθετες με γραφενικά υποστρώματα — πεδίο που παραμένει ελλιπώς διερευνημένο στη βιβλιογραφία.
Description
Keywords
Μπαταρία οξειδοαναγωγικής ροής, Ηλεκτρολύτης βαναδίου, Κυανό της Πρωσίας, Καθολύτες, Ανολύτες, Οξείδιο γραφενίου, Ανηγμένο οξείδιο γραφενίου, Κυκλική βολταμετρία, Αλκαλικά κατιόντα, Σύνθετα υλικά, Μαγνητικές ιδιότητες