Local Structure and Dynamics of Next Generation Electrolytes - linking microscopic and macroscopic properties
Doktorsavhandling, 2022
A common feature for highly concentrated electrolytes and ionic liquids is an ordering on mesoscopic length scales, normally not found in simple liquids, resulting from the correlation between the ions. This nanostructure can be expected to influence the ion transport and a key to developing these new electrolyte concepts is to understand the structure and dynamics on mesoscopic length scales and how this links to macroscopic transport. In this thesis, the microscopic properties of ionic liquids and diluted ionic liquids are investigated together with highly concentrated electrolytes based on an organic solvent. To achieve this goal X-ray and neutron scattering are invaluable tools as they allow for measurements at the time and length scale of typical molecular motions and interactions. Complementary techniques such as conductivity and viscosity measurements, differential scanning calorimetry, and Raman spectroscopy have been used in order to link between the macroscopic and microscopic properties and between local structure and dynamics.
QENS
Ionic Liquids
Highly concentrated electrolytes
Dynamics
SAXS
Ion Transport
Electrolytes
Structure
Författare
Filippa Lundin
Chalmers, Fysik, Materialfysik
Pressure and Temperature Dependence of Local Structure and Dynamics in an Ionic Liquid
Journal of Physical Chemistry B,;Vol. 125(2021)p. 2719-2728
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Structure and dynamics of highly concentrated LiTFSI/acetonitrile electrolytes
Physical Chemistry Chemical Physics,;Vol. 23(2021)p. 13819-13826
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Ion Dynamics and Nanostructures of Diluted Ionic Liquid Electrolytes
Journal of Physical Chemistry C,;Vol. 126(2022)p. 16262-16271
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Lundin, F. Stettner, T. Falus, P. Balducci, A. Matic, A. Effect of Water on Local Structure and Dynamics in a Protic Ionic Liquid
Lundin, F. Embs, J. P. Matic, A. Role of Cation on Local Structure and Dynamics in Highly Concentrated Acetonitrile-based Electrolytes
De speciella egenskaperna som finns i jonvätskor och högkoncentrerade elektrolyter kommer ifrån en mikroskopisk struktur i vätskan. Denna struktur, ordning av molekyler, gör att jontransporten ser annorlunda ut i dessa elektrolyter än i de kommersiella elektrolyterna. För att bäst förstå hur och varför de här systemen fungerar har de undersökts på flera olika längd- och tidsskalor.
Konduktivitet är ett mått på den makroskopiska jontransporten som ger ett medelvärde för hur fort de laddade jonerna rör sig i elektrolyten. Dock säger inte konduktiviteten något om hur jonerna rör sig. Med hjälp av neutronspridning kan man däremot studera de små rörelserna som molekylerna gör på nano- och pikosekundsnivå som tillsammans bygger upp till den makroskopiska jontransporten.
Fokus i den här avhandlingen har varit att med hjälp av framför allt röntgen- och neutronspridningstekniker förstå hur omgivningen för molekylerna och dess rörelser relaterar till konduktiviteten. Genom att undersöka vad som händer i elektrolyten vid variation av temperatur och tryck, vid ökning av saltkoncentration eller vid utspädning av högkoncentrerade elektrolyter och jonvätskor bidrar den här avhandlingen till bättre förståelse av egenskaperna för högkoncentrerade elektrolyter och jonvätskor.
Sveriges Neutronforskarskola - SwedNESS
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (GSn15-0008), 2017-01-01 -- 2020-12-31.
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (GSn15-0008), 2016-07-01 -- 2021-06-30.
Drivkrafter
Hållbar utveckling
Ämneskategorier
Fysik
Transportteknik och logistik
ISBN
978-91-7905-688-9
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5154
Utgivare
Chalmers
PJ, Kemigården 1
Opponent: Professor Alexei P. Sokolov. University of Tennessee, United States