Σύνθεση και χαρακτηρισμός συμπλόκων μετάλλων μετάπτωσης με εφαρμογή σε μπαταρίες ροής
| datacite.contributor.RelatedPerson | Ταγκούλης, Βασίλειος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Ανδρεοπούλου, Αικατερίνη | |
| datacite.contributor.Supervisor | Λαλιώτη, Νικολία | |
| dc.contributor.author | Αναστασόπουλος, Κωνσταντίνος | |
| dc.contributor.other | Anastasopoulos, Konstantinos | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-17T14:48:12Z | |
| dc.date.available | 2026-06-17T14:48:12Z | |
| dc.date.issued | 2026-06-16 | |
| dc.degree | masterThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | This thesis focuses on the development of electrolyte materials for Redox Flow Batteries (RFBs) and is organized in three parts. Part I provides a systematic literature review of the operating principles, types and current challenges of RFB systems, with emphasis on vanadium (VRFB) and All-Iron (AI-RFB) technologies. Part II addresses the development of vanadium electrolytes for VRFBs using V₂O₅ as a cost-effective and widely available precursor. Aqueous vanadium solutions in sulfuric acid were prepared at laboratory and moderate scale (up to 2 L) using various reducing agents and stabilizing additives. The resulting solutions, containing predominantly V(IV) species with minor V(III) content, exhibited high chemical stability over twelve months as confirmed by UV-Vis spectroscopy. Cyclic voltammetry evaluation revealed satisfactory electrochemical activity comparable to a commercial vanadium electrolyte, with somewhat slower kinetics that require further optimization. Part III focuses on the synthesis, characterization and electrochemical evaluation of catholyte and anolyte materials for AI-RFBs. For the catholyte, stable aqueous Prussian Blue (PB) dispersions at 6, 8 and 10 mM were systematically studied, both as pure dispersions and as composites with graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO), in the presence of alkali metal chloride supporting electrolytes (MCl, M = Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺). Stability was assessed by UV-Vis spectroscopy, morphology by TEM, magnetic properties by SQUID magnetometry, and electrochemical behavior by multi-cycle cyclic voltammetry. The systems 6mM PB/Na⁺ (ΔEp = 60 mV) and 6mM PB/K⁺ (ΔEp = 70 mV) approach the theoretical ideal for a reversible one-electron reaction (59 mV, n=1). The PB@GO/rGO composites stabilize PB particle morphology toward cubic geometry, enhance magnetic character and enable observation of both redox transitions (PW⇌PB and PB⇌BG) — behavior analogous to a PB-modified electrode film. The system PB@rGO/Cs⁺ (ΔEp = 80 mV) emerges as the most promising composite. A proof-of-concept drop-cast PB@rGO electrode in KNO₃ electrolyte exhibited four well-defined peaks and stability over 20 cycles. For the anolyte, reproducible synthesis of [FeOH(TEA)Mimid]⁻ was achieved at scales up to 2 L, with highly stable diffusion-controlled Fe(III)/Fe(II) redox behavior. This work represents one of the first systematic studies of the complete alkali metal cation series in both simple and graphene-composite PB dispersions. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/31977 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ | |
| dc.subject | Μπαταρία οξειδοαναγωγικής ροής | |
| dc.subject | Ηλεκτρολύτης βαναδίου | |
| dc.subject | Κυανό της Πρωσίας | |
| dc.subject | Καθολύτες | |
| dc.subject | Ανολύτες | |
| dc.subject | Οξείδιο γραφενίου | |
| dc.subject | Ανηγμένο οξείδιο γραφενίου | |
| dc.subject | Κυκλική βολταμετρία | |
| dc.subject | Αλκαλικά κατιόντα | |
| dc.subject | Σύνθετα υλικά | |
| dc.subject | Μαγνητικές ιδιότητες | |
| dc.subject.alternative | Redox flow battery | |
| dc.subject.alternative | Vanadium electrolyte | |
| dc.subject.alternative | Prussian blue | |
| dc.subject.alternative | Catholytes | |
| dc.subject.alternative | Anolytes | |
| dc.subject.alternative | Graphene oxide | |
| dc.subject.alternative | Reduced graphene oxide | |
| dc.subject.alternative | Cyclic voltammetry | |
| dc.subject.alternative | Alkaline cations | |
| dc.subject.alternative | Composite materials | |
| dc.subject.alternative | Magnetic properties | |
| dc.title | Σύνθεση και χαρακτηρισμός συμπλόκων μετάλλων μετάπτωσης με εφαρμογή σε μπαταρίες ροής | |
| dc.title.alternative | Synthesis and characterization of transition metal complexes for application in flow batteries |