Влияние наночастиц серебра на электрические свойства лиотропных жидких кристаллов на основе лаурата калия тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ



На правах рукописи 005017987

Матвеева Айнур Гашамовна

Влияние наночастиц серебра на лектрические свойства лиотропных жидких кристаллов на основе лаурата калия

02.00.04 — физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук

1 9 ДПР 2012

Москва - 2012

005017987

Работа выполнена на кафедре наноматериалов и нанотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева

Научный руководитель: член-корреспондент РАН,

доктор химических наук, профессор Юртов Евгений Васильевич,

заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии

Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Астахов Михаил Васильевич,

заведующий кафедрой физической химии Национального исследовательского технологического университета «МИСиС»

доктор химических наук, профессор Вишняков Анатолий Васильевич,

профессор кафедры физической химии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева

Ведущая организация: Институт геохимии и аналитической химии

им. В.И. Вернадского РАН

Защита состоится 15 мая 2012г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.204.11 при РХТУ им. Д. И. Менделеева (125047 г. Москва, Миусская пл., д. 9) в ауд. 443 (конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат диссертации разослан 13 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.204.11

^/¿М^^ Мурашова Н.:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

На сегодняшний день одной из наиболее важных и актуальных задач химической технологии является проблема создания перезаряжаемого источника тока большой ёмкости, сочетающего в себе компактность, мощность, техническую и экологическую безопасность. Существует несколько способов создания таких перезаряжаемых источников тока, одним из которых является получение наноструктурированных электролитов, обладающих высокой ионной проводимостью и ёмкостью, низкой коррозионной активностью, стабильным фазовым составом.

Исследования, которые проводились в последние годы, показали, что в качестве такого электролита могут выступать лиотропные жидкие кристаллы, поскольку они способны проводить ток наравне с типичными жидкими электролитами, обладая при этом рядом преимуществ в конструкционном отношении и сохраняя высокую по сравнению с твёрдыми электролитами подвижность носителей заряда.

Предметом данного исследования являются электрические свойства жидких кристаллов, поэтому объект исследования должен обладать ионной проводимостью. В качестве основы для получения жидких кристаллов был выбран лаурат калия, поскольку это вещество является амфифильным, имеет ионогенную группу в полярной части молекулы, а также неполярный «хвост» молекулы достаточно длинный, чтобы сохранять способность к самоорганизации и при этом достаточно короткий для обеспечения наименьшего расстояния между разделёнными зарядами (ионами К1).

В последнее время появились работы, в которых исследуется влияние наночастиц металлов и их оксидов на проводимость полимеров, при этом наблюдается значительное изменение их электрических свойств, в частности проводимости. Этот эффект прослеживается сильнее при уменьшении размера вводимых наночастиц. В связи с этим можно предполагать, что введение наночастиц металлов в лиотропный жидкий кристалл может приводить к улучшению его электрических свойств. Для данной работы были выбраны наночастицы серебра в виде водной дисперсии, поскольку это металл с низкой энергией ионизации, наночастицы которого могут быть получены в водной среде без использования ПАВ.

Цель работы: изучение влияния наночастиц серебра на электрические свойства, фазовое состояние и вязкость ламеллярного жидкого кристалла на основе лаурата калия, а также исследование ёмкости двухслойных конденсаторных ячеек с полученными жидкими кристаллами в качестве электролита.

Для достижения поставленной цели были сформулированы задачи:

1. определить электрические свойства жидких кристаллов систем «лаурат калия - вода» и «лаурат калия - 1 -деканол - вода»;

2. разработать методику введения наночастиц серебра в жидкокристаллическую матрицу;

3. изучить влияние наночастиц серебра на проводимость, ёмкость, фазовое состояние и вязкость систем «лаурат калия - вода» и «лаурат калия - 1-деканол -вода»;

4. изучить взаимодействие наночастиц серебра с лиотропными жидкими кристаллами;

5. показать возможность применения исследуемых систем в качестве перспективных электролитов для перезаряжаемых источников тока.

Научная новизна

Изучено влияние наночастиц серебра на фазовое состояние, вязкость, проводимость и ёмкость ламеллярных жидких кристаллов в системах «лаурат калия -вода» и «лаурат калия - 1-деканол - вода». Впервые получена эквивалентная электрическая схема для ламеллярных жидких кристаллов и композиционных систем на их основе с наночастицами серебра с использованием метода импедансной спектроскопии. Показано, что термическая зависимость проводимости лиотропных жидких кристаллов, а также композиционных систем на их основе с наночастицами серебра подчиняется уравнению Аррениуса, определены энергии активации проводимости.

Впервые получена зависимость электрокинетического потенциала наночастиц серебра в ламеллярной жидкокристаллической матрице от их концентрации.

Практическая значимость

Показана возможность применения лиотропных жидких кристаллов, а также композиционных систем на их основе с наночастицами серебра, в качестве

электролитов для перезаряжаемых источников тока. Представленные в работе результаты могут быть использованы при разработке жидкокристаллических электролитов нового типа для перезаряжаемых источников энергии, в том числе для электролитических конденсаторов и ионисторов.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования влияния наночастиц серебра на фазовое состояние, вязкость и электрические свойства ионных ламеллярных жидких кристаллов в системах «лаурат калия - вода» и «лаурат калия - 1-деканол - вода».

2. Результаты исследования зависимости проводимости и ёмкости композиционных систем на основе ламеллярных жидких кристаллов «лаурат калия -вода» и «лаурат калия - 1-деканол - вода» от концентрации наночастиц серебра, полученные методом импедансной спектроскопии.

3. Результаты исследования зависимости электрокинетического потенциала наночастиц серебра от их концентрации в ламеллярном жидком кристалле.

4. Результаты исследования зависимости ёмкости двухслойных ячеек с полученными композиционными жидкими кристаллами в качестве электролита от концентрации наночастиц серебра.

Апробация работы

Материалы исследования были доложены и обсуждены на следующих конференциях:

-VI Международный конгресс молодых учёных по химии и химической технологии, Москва, 2010;

-VII Международный конгресс молодых учёных по химии и химической технологии, Москва, 2011;

-Первая Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых учёных «Функциональные наноматериалы к высокочистые вещества», Москва, 2010;

- IV Всероссийская конференция по химической технологии с международным участием XT'12, 2012.

Личный вклад

Результаты, представленные в диссертации, получены лично автором либо при непосредственном его участии.

Публикации

Основные материалы диссертации изложены в 6 публикациях, в том числе в одной статье в ведущем рецензируемом научном журнале из перечня ВАК, а также пяти тезисах докладов научно-технических конференций.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора (глава 1), экспериментальной части (глава 2), результатов и их обсуждения (главы 3-5), выводов и списка цитируемой литературы, содержащего Ht наименований и списка сокращений. Работа изложена на но страницах и содержит 57 рисунков и /S~таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, отмечены научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1. Литературпый обзор

В первой части литературного обзора излагаются общие сведения о перезаряжаемых источниках питания, принципе работы и области применения двухслойных и электролитических конденсаторов, обсуждаются физико-химические аспекты применения различных типов электролитов в данных конденсаторах. Во второй части проанализирована информация о жидких кристаллах, типах их структур, их физико-химические, электрические свойства. Показано, что в настоящее время, электрические свойства лиотрошшх жидких кристаллов изучены недостаточно.

Глава 2. Методика эксперимента

В первой части данной главы приведены использованные в работе реактивы и материалы, методики их синтеза и методы приготовления исследуемых образцов. Объектами исследования в работе служили ламеллярные жидкие кристаллы (ЖК) составов «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра», «лаурат калия - 1-деканол - водная дисперсия наночастиц серебра».

Во второй части подробно описаны методы исследования, применяемые в работе. Контроль фазового состояния жидкокристаллических образцов осуществлялся методом поляризационной микроскопии с помощью микроскопа Axiostarplus для наблюдения в проходящем свете (Carl Zeiss, Германия) с цифровой фотокамерой марки Canon. По характеру полученных в поляризованном свете

изображений делались выводы о типе структуры жидкого кристалла. Размер и потенциал наночастиц серебра в водной дисперсии определялся с помощью прибора Zetasizer Nano ZS (Malvern, Германия). Температурная область существования жидких кристаллов определялась методом дифференциальной сканирующей калориметрии (с помощью совмещенного ТГА/ДСК/ДТА анализатора SDT Q600), а также при непосредственном наблюдении с использованием поляризационного микроскопа и специально сконструированной схемы нагрева исследуемого образца. Вязкость образцов жидкого кристалла определялась с помощью ротационного вискозиметра РЕОТЕСТ 2 (Rheotcst 2, MLW, Германия) с измерительной системой «конус-пластина К1» в диапазоне скоростей сдвига 5,56 - 4860 с"1. Электрические свойства жидких кристаллов исследовались методом импедансной спектроскопии с помощью импедансметра Z-500P (ООО «Элине», г. Черноголовка) в диапазоне частот 500 кГц - 0,5 Гц, при амплитуде колебаний в 10 мВ.

Водная дисперсия наночастиц серебра была получена импульсно-дуговым методом на кафедре «Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии» РГТУ им. К.Э. Циолковского (зав. кафедрой проф. Слепцов В.В.).

Глава 3. Жидкокристаллический композит «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра»

Третья глава посвящена исследованию композиционной системы на основе жидкого кристалла состава «лаурат калия - вода» (62 %масс. ПАВ) и наночастиц серебра (НЧ). Для проведения исследования была выбрана система «лаурат калия (62 %масс.) - вода», поскольку она может существовать в виде ламеллярной мезофазы при комнатной температуре. Для определения электрических свойств образца использовался метод импедансной спектроскопии. Была получена диаграмма Найквиста (зависимость мнимой части сопротивления образца от действительной), согласно которой объёмная проводимость образца составила 54±0,5 мСм/см. Полученное значение проводимости на 3-6 порядков превышает проводимость ионных термотропных жидких кристаллов и по порядку величины совпадает с известной в литературе проводимостью лиотропных жидких кристаллов.

Также было получено несколько образцов системы «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра» с различной концентрацией НЧ серебра в водной

дисперсии (от 25 до 500 мг/л, что соответствует 9,5-10"4 %масс. и 2-Ю"2 %масс. НЧ серебра в ЖК). Использовалось две методики приготовления композициошых ЖК - с предварительной стабилизацией НЧ и без неё. Образцы ЖК, приготовленные без предварительной стабилизации содержали небольшое количество кристаллической фазы через 72 часа выдерживания при 60 °С, а образцы ЖК, полученные методом, включающим предварительную стабилизацию, не содержали кристаллов и были готовы уже через 36 часов. Для дальнейших исследований были выбраны образцы ЖК, приготовленные с предварительной стабилизацией.

Исследование водной дисперсии НЧ серебра с помощью прибора Zetasizer Nano ZS показало, что размер наночастиц в водной дисперсии составил 6 - 10 нм (что соответствует данным электронной микроскопии), а их ^-потенциал равен = -ЗОмВ.

НЧ серебра, введённые в ЖК «лаурат калия - вода» не повлияли на фазовое состояние системы. Все образцы имели ламеллярную ЖК структуру, как и образец без НЧ серебра, что было подтверждено методом поляризационной оптической микроскопии.

Температурный диапазон существования полученных образцов определялся методом поляризациошюй оптической микроскопии. Для этого предметное стекло, на котором помещался образец, нагревалось до определённой температуры. Для всех композиционных ЖК наблюдалось два фазовых перехода: 1) из кристаллической фазы в ламеллярную в диапазоне температур 18 - 22 "С и 2) из ламеллярной фазы в изотропную в диапазоне температур 52 - 55 °С. Также температурный диапазон существования композиционных ЖК был подтверждён методом ДСК. Таким образом, дальнейшие исследование температурных зависимостей свойств полученных образцов проводились в диапазоне температур 25 - 50 СС.

Для определения проводимости и ёмкости жидких кристаллов использовался метод импедансной спектроскопии, поскольку он позволяет выделить отдельные электрические процессы из суммарного отклика системы на слабые возмущения, не нарушающие её стационарного состояния. Для каждого образца композиционного ЖК были получены диаграммы Найквиста в диапазоне температур 25 - 50 °С. Все полученные диаграммы включали две полуокружности (рис. 1) и были

смоделированы одной эквивалентной электрической схемой (рис. 2), подобранной с помощью программы 2"\Ле\у.

В эквивалентной схеме на рис. 2 сопротивление 11о6 моделирует ионное сопротивление объёма электролита, сопротивление Яц и постоянный фазовый элемент СРЕц - сопротивление и распределённую ёмкость жидкого кристалла вдоль ламеллярных слоев, а сопротивление Ямд и постоянный фазовый элемент СРЕ мд -сопротивление и распределённую ёмкость жидкого кристалла между доменами с различной ориентацией ламеллярных слоёв.

Рис. 1. Вид диаграммы Найквиста для Рис. 2. Эквивалентная электрическая

образца композиционного жидкого схема композиционного ЖК «лаурат

кристалла «лаурат калия - водная калия - водная дисперсия НЧ серебра в

дисперсия наночастиц серебра области существования

(35 мг/л)», I = 35 °С. жидкокристаллической фазы.

Для всех полученных годографов были определены значения параметров, соответствующих элементам эквивалентной схемы. На их основании были рассчитаны значения удельной проводимости и ёмкости полученных образцов (рис. 3). Объёмная проводимость с ростом концентрации наночастиц серебра возрастает в 1,5 раза (от 54±0,5 до 75±0,5 мСм/см). До концентрации наночастиц в водной фазе в 100 мг/л, что соответствует ~ 4-10"3 %масс. в ЖК, проводимость между доменами с различной ориентацией ламеллярных слоёв возрастает в 5,2 раза (от 82±0,5 до 426±0,5 мСм/см), а затем уменьшается. При этом проводимость вдоль ламеллярных слоёв снижается в ~ 1,2 раза (от 222±0,5 до 188±0,5 мСм/см) при содержании НЧ в водной фазе 100 мг/л, а выше этой концентрации возрастает в 2,6 раз (рис. 3, а). Это можно объяснить тем, что при небольших концентрациях наночастицы серебра встраиваются в водные слои ЖК, затрудняя тем самым возможность переноса заряда вдоль них. При этом происходит увеличение разупорядоченности доменов с различной ориентацией ламеллярных слоёв. При более высоком содержании

наночастицы серебра приводят к структурированию жидкого кристалла таким образом, чтобы количество доменов с параллельной ориентацией слоев увеличилось, что в сумме даёт увеличение объёмной проводимости. Суммарное значение удельной ёмкости при максимальной концентрации наночастиц остаётся практически неизменным (рис. 3, б и в).

s/ \ / -»-провсдимостьвдоль

■• 350 ' I \/ Г......................\ памеялярных слоев

; зип

! ко . . .

' ' * '-проводимость между

3 25» * \ _ доменами

150

■ш J - г.......—• _ -»-объемная

so »-—' * —~—!—- ' проводимость

О 105 200 500 400 500

Концентрация наночастиц серебра в водной фазе, мг/л

а)

45000 40000 35000 ЗОООО s -ij 25000

20000 g | S 15000 = О ,0000 5000

О 100 200 300 400 500

Концентрация наночастиц серебра в водной фазе, мг/л б)

80

О 5 10

о

О 100 200 300 400 500

Концентрация наночастиц серебра в водной фазе, мг/л

в)

Рис 3. Зависимость удельных проводимости (а) и ёмкости (б и в) композиционных ЖК от концентрации НЧ серебра в водной фазе, 1 = 25 °С.

Температурная зависимость удельной электропроводности ламеллярных жидких кристаллов, в отличие от изотропных растворов электролитов, подчиняется уравнению Аррениуса. В то же время, в литературе аналогичная зависимость

встречается для термотропных ЖК. На рис. 4 приведены графики ln(cr)=f(l/T) для композиционных ЖК. По полученным зависимостям были определены эффективные энергии активации проводимости для образцов с различным содержанием НЧ серебра с погрешностью 1,55%. Еэфф. проводимости ламеллярного ЖК без НЧ составила 0,16±0,003 эВ, что находится в согласии с литературными данными. С ростом концентрации НЧ серебра эффективная энергия активации снижается до 0,145±0,002 эВ для композиционного ЖК, содержащего 0,02 %масс. НЧ серебра (рис. 5), что говорит в пользу структурирующей роли 1ГЧ серебра в ламеллярном ЖК.

1000Я, 1/К

3.40

• Концентрация НЧ - 500 мг/л

♦ Концентрация НЧ - 250 мг/л ■ Концентрация НЧ - 50 мг/л к Концентрация НЧ - 0 мг/л

Рис. 4. Температурные зависимости объёмной проводимости композиционных жидких кристаллов с различной концентрацией наночастиц серебра в диапазоне температур 25 - 45 °С

Глава 4. Жидкокристаллический композит «лаурат калия - 1-дсканол -водная дисперсия наночастиц серебра»

В четвёртой главе исследовалась композиционная система на основе жидкого кристалла состава «лаурат калия - 1-деканол -вода» (29,5 %масс., 7,0%масс., 63,5%масс. соответственно) и наночастиц серебра. Было определено влияние НЧ серебра размером 6 -10 нм на вязкость жидкого кристалла, его электрокинетический потенциал, а также зависимость электрических свойств от

® m X CG

0,16

s н

§ О 0,155 я 2 о s

s СГ

£ S 0,15

Ф

га °'14

0 100 200 300 400 500 Концентрация наночастиц серебра в водной дисперсии, мг/л

Рис. 5. Зависимость энергии активации объёмной проводимости

от концентрации НЧ серебра в водной фазе композиционных ЖК

концентрации введенных наночаетиц серебра.

Для проведения эксперимента было приготовлено несколько образцов системы «лаурат калия - 1-деканол - водная дисперсия наночаетиц серебра» с различным содержанием НЧ (максимальное содержание НЧ в композиционном ЖК составило 0,01 %масс., что соответствует водной дисперсии с концентрацией НЧ 200 мг/л).

Динамическая вязкость жидких кристаллов, включающих НЧ серебра, сильно превышает вязкость систем идентичного состава без НЧ. В частности, динамическая вязкость композиционного ЖК с концентрацией НЧ 200 мг/л в водной фазе (0,01 %масс.) в 6 раз превышает аналогичную величину ЖК без наночаетиц при малых (до 50 с'1) скоростях сдвига. Поскольку вязкость ЖК сильно зависит от их структуры, то результаты данного эксперимента говорят о более плотной упаковке внутренней структуры систем с НЧ серебра.

Для исследования взаимодействия НЧ серебра, обладающих достаточно большим отрицательным электрокинетическим потенциалом в водной среде, с ламеллярным жидким кристаллом был проведен эксперимент по изучению Ь,-потенциала композиционной системы «лаурат калия - 1-декнол - водная дисперсия наночаетиц серебра». Для этого, с помощью прибора Zetasizer Nano ZS (Malvern, Германия), была исследована зависимость ¡^-потенциала НЧ серебра от их концентрации в ЖК, а также концентрационная зависимость проводимости композиционных ЖК (табл. 1).

Таблица 1.

Результаты исследования образцов композиционных ЖК «лаурат калия - 1-деканол - водная дисперсия НЧ серебра» с помощью прибора Zetasizer Nano ZS.

№ Концентрация наночаетиц в f-потенциал, мВ Проводимость, мСм/см

водной дисперсии, мг/л ЖК, % масс.

61 0 0 - 56,53

62 25 1,2 *10~J -18,40 54,11

63 35 1,7*10'J -19,50 54,47

64 50 2,4-10"3 -20,83 54,73

65 100 4,710"J -24,00 53,51

66 200 1-Ю"2 -28,06 58,72

Электрокинетический потенциал НЧ серебра в водной дисперсии равен ~ -30 мВ. Таким образом, появление значительного отрицательного ^-потенциала в композиционном ЖК связано с наличием НЧ серебра.

При этом Е;-потенциал наночастиц серебра в композиционном ЖК по абсолютному значению меньше, чем в водной дисперсии. Это говорит о том, что ионьг К+, находящиеся в жидком кристалле, снижают абсолютное значение потенциала наночастиц. С ростом концентрации наночастиц серебра в жидком кристалле ^-потенциал снижается, приближаясь к значению, характерному для наночастиц серебра в водной дисперсии. Это свидетельствует в пользу появления электрокинетического потенциала в жидкокристаллическом композите вследствие введения в неё наночастиц серебра. При этом абсолютное количество катионов, участвующих в снижении ¿¡-потенциала НЧ остается постоянным с ростом концентрации наночастиц серебра, поскольку проводимость композиционных ЖК практически неизменна в данном диапазоне концентраций НЧ (табл. 1).

Для более детального определения электрических свойств исследуемых композиционных жидких кристаллов и исследования влияния на них наночастиц серебра был использован метод импедансной спектроскопии. Были получены диаграммы Найквиста для образцов «лаурат калия - 1-деканол - водная дисперсия наночастиц серебра» с различным содержанием НЧ серебра (рис. 6).

Действительное сопротивление, Ом

Рис. 6. Диаграммы Найквиста для образца ЖК без наночастиц и композиционного ЖК с концентрацией наночастиц серебра в водной фазе 200 мг/л, I = 25 "С.

По структуре полученные диаграммы Найквиста не отличаются от годографов для системы «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра» и описываются той же эквивалентной схемой (рис. 3). При этом стоит отметить, что для образца ЖК

без НЧ в годографе отсутствует низкочастотная полуокружность, что говорит о том, что изменение параметров второй полуокружности отвечает изменению концентрации введённых наночастиц. На рис. 7 и 8 приведены графики зависимости величин проводимости и ёмкости, полученных из диаграмм Найквиста для всех образцов, от концентрации НЧ серебра в водной фазе.

Рис. 8. Проводимость композиционных жидких кристаллов,рассчитанная на основе полученных диаграмм Найквиста

-120

-Проводимость вдоль ламеллярных слоев -Проводимость между доменами -Объемная проводимость

О 50 100 160 200

концентрация дисперсии наночастиц серебра, мг/п

0 50 100 150 200

концентрация дисперсии наночастиц серебра, мг/л

Рис. 8. Ёмкость композиционных ЖК, рассчитанная на основе диаграмм Найквиста. а) ёмкость, шунтирующая

сопротивление вдоль ламеллярных слоев ЖК;

б) ёмкость между доменами с различной ориентацией ламеллярных слоев ЖК.

концентрация дисперсии наночастиц серебра, мг/п

С ростом концентрации наночастиц серебра проводимость вдоль ламеллярных слоев снижается на 20%, что связано с адсорбцией носителей заряда (К+) на поверхности наночастиц. Это, в свою очередь, приводит к резкому скачку ёмкости (почти на порядок), шунтирующей проводимость вдоль ламеллярных слоёв (СРЕц).

Также в пользу структурирования говорит уменьшение (почти на порядок) ёмкости между доменами с различной ориентацией ламеллярных слоев (СРЕх). С ростом концентрации НЧ ориентация доменов становится более однородной. Объёмная проводимость, полученная из диаграмм Найквиста, практически совпадает с проводимостью, полученной при измерении ^-потенциала образцов (табл. 1).

Таким образом, все полученные данные говорят о том, что при введении наночастиц серебра в ламеллярную жидкокристаллическую матриц}' они сохраняют двойной электрический слой, который взаимодействует с ионами в водном слое жидкого кристалла. За счёт этого наблюдается некоторое снижение проводимости вдоль ламеллярных слоев, которое, компенсируется увеличением упорядоченности структуры ЖК, что в сумме приводит к постоянству объёмной проводимости исследованных образцов.

Глава 5. Лиотронный жидкий кристалл в качестве электролита в двухслойной конденсаторной ячейке.

В данной главе исследовалась возможность применения ламеллярных ЖК «лаурат калия - вода» и композитов на их основе с НЧ серебра в качестве электролита в двухслойном ковденсаторе (ионисторе). Двухслойная конденсаторная ячейка представляла собой две обкладки (1 см2), между которыми располагался диэлектрик (конденсаторная бумага). На каждую обкладку нанесён тонкий слой электролита. В качестве электролита выступали исследуемые образцы композиционного ЖК «лаурат калия (62 %масс.) -водная дисперсия наночастиц серебра» с различным содержанием НЧ. Электродами служили полированные никелевые пластины и мезопористая поверхность титана, нанесённого на алюминий, с удельной

площадью 200 см2/см.

Измерение ёмкости проводилось методом импедансной спектроскопии. Вид полученных

Действительное сопротивление. Ом

Рис. 9. Диаграмма Найквиста для двухслойной конденсаторной ячейки, электролит - ЖК «лаурат калия - вода»

диаграмм Найквиста приведен на рис. 9. Все годографы состояли из высокочастотной полуокружности и прямой. Частота перехода между ними оставалась постоянной для всех образцов и составила =11 кГц.

Емкость ячейки определялась по низкочастотному участку годографа, который описывался эквивалентной схемой, включающей последовательно соединённые сопротивление и постоянный фазовый элемент, который при условии значения тангенса фазового угла 0,8 - 1 интерпретируется как распределённая ёмкость. Ёмкость двухслойных конденсаторных ячеек приведена в табл. 2.

Емкость полученных двухслойных конденсаторных ячеек превышает ёмкость типичных конденсаторов с такой же поверхностью электродов на несколько порядков. При этом стоит отметить, что для мезопористых электродов с ростом концентрации наночастиц в электролите ёмкость значительно снижается. С ростом содержания наночастиц в композиционном ЖК его структура становится более плотной и взаимодействие с пористой поверхностью уменьшается.

Таблица 2.

Ёмкость двухслойных конденсаторных ячеек с композиционными ЖК «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра)) в качестве электролита__

Концентрация НЧ в водной фазе, мг/л 0 25 50 150 250 500

Материал обкладок Ёмкость, мкФ/см2

Гладкий никель, Ci 8,3 6,1 14,0 12,8 14,1 17,4

Мезопористый титан на алюминиевой подложке, S=200 см2/см2, С2 1767 1068 1459,5 939 1024 1071

Отношение ёмкостей, С-¡/С, 213,7 176,5 103,9 73,4 72,4 61,5

Таким образом, можно сделать вывод, что использование лиотропных ЖК и композитов с НЧ серебра на их основе в качестве электролитов в ионисторах является перспективным.

ВЫВОДЫ

1. Выявлено, что жидкие кристаллы «лаурат калия (62 %масс.) - вода» и «лаурат калия - 1-деканол - вода» (29,5 %масс., 7,0 % масс., 63,5% масс.) обладают проводимостью 54-56 мСм/см при комнатной температуре, что сопоставимо по величине с электропроводностью изотропных водных растворов электролитов.

2. Установлено, что НЧ серебра размером 6-10 нм в пределах концентрации до 0,02 %масс. не влияют на фазовое состояние ЖК «лаурат калия (62 %масс.) - вода», и приводят к увеличению плотности и вязкости жидкокристаллической системы «лаурат калия - 1-деканол - вода» (29,5 %масс., 7,0 % масс., 63,5% масс.).

3. Определена эквивалентная схема и значения её параметров для композиционных ЖК «лаурат калия (62 %масс.) - водная дисперсия НЧ серебра» и «лаурат калия - 1-деканол - водная дисперсия НЧ серебра» (29,5 %масс., 7,0 % масс., 63,5% масс.). Установлено, что введение 0,02 %масс. НЧ серебра в систему «лаурат калия - вода» приводит к увеличению сё проводимости в 1,5 раза (до 75±0,5 мСм/см). Проводимость системы «лаурат калия - 1-деканол - вода» при аналогичной концентрации НЧ меняется незначительно.

4. Показано, что температурная зависимость проводимости композиционных лиотропных ЖК подчиняется уравнению Аррениуса. С ростом концентрации НЧ серебра до 0,02 %масс. энергия активации объёмной проводимости снижается на 9,4% (от 0,16±0,003 до 0,145±0,002 эВ).

5. Определено значение электрокинетического потенциала наночастиц серебра в лиотропной жидкокристаллической матрице. Оно увеличивается по абсолютному значению с ростом концентрации наночастиц в диапазоне до 0,01 %масс., но пе превышает значения ^-потенциала наночастиц в водной среде.

6. Выявлено, что ёмкость двухслойных конденсаторных ячеек с лиотропным ЖК на основе лаурата калия и их композитов с НЧ серебра в качестве электролита превышает ёмкость типичных конденсаторов с такой же поверхностью электродов на несколько порядков. Использование лиотропных ЖК на основе лаурата калия и их композитов с НЧ серебра в качестве электролитов в ионисторах является перспективным и требует дальнейшего исследования.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях из перечня ВАК:

1. Матвеева А.Г., Юртов Е.В., Прокопова Л.А. Электрические свойства жидких кристаллов на основе лаурата калия // Химическая технология. 2010. Т.11, №12. С.711-716.

Другие публикации:

2. Прокопова JI.A., Чопурова (Матвеева) А.Г., Юртов Е.В. Электрические свойства жидких кристаллов на основе лаурата калия // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. T.XXIV, №7 (112). М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2010. С.126-129.

3. Чопурова (Матвеева) А.Г., Прокопова Л.А., Юртов Е.В. Электрические свойства жидких кристаллов на основе лаурата калия // Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества: сб. тр. Первой Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2010. С.100-103.

4. A.B. Захарова, И.А. Сизова, А.Г. Матвеева, Е.В. Юртов. Влияние наночастиц серебра на свойства трёхкомпонентной жидкокристаллической системы «лаурат калия - 1-деканол - вода» // Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. T.XXV, №8 (124). М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2011. С. 16-20.

5. Матвеева А.Г., Кузьмин A.B., Гейдт П.В., Юртов Е.В., Слепцов В.В., Церулёв М.В. Влияние наночастиц серебра на электрические свойства жидких кристаллов на основе лаурата калия // Химическая технология: сб. тез. докл. IV Всероссийская конференция по химической технологии, Всероссийская молодежная конференция по химической технологии, Всероссийская школа по химической технологии для молодых ученых и специалистов, Всероссийский симпозиум по химии и технологии экстракции и сорбции. Т.2. М., 2012. С. 41-43.

6. Захарова A.B., Матвеева А.Г., Юртов Е.В. Электрокинетический потенциал наночастиц серебра в ламеллярном жидком кристалле «лаурат калия - 1-деканол -вода» // Химическая технология: сб. тез. докл. IV Всероссийская конференция по химической технологии, Всероссийская молодежная конференция по химической технологии, Всероссийская школа по химической технологии для молодых ученых и специалистов, Всероссийский симпозиум по химии и технологии экстракции и сорбции. Т.2. М., 2012. С. 91-93

У сл.пл. - 1,0 Заказ № 6295 Тираж: 100 экз.

Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

61 12-2/408

Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева

На правах рукописи

Матвеева Айнур Гашамовна

Влияние наночастиц серебра на электрические свойства лиотропных жидких кристаллов на

основе лаурата калия

02.00.04- Физическая химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: Член-корр. РАН,

доктор химических наук, профессор Юртов Евгений Васильевич

Москва - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1. Перезаряжаемые источники тока 8

1.1.1. Принцип работы и применение суперконденсаторов 11

1.1.2. Ёмкость и проводимость существующих образцов суперконденсаторов 15

1.2. Физико-химические аспекты применения различных типов электролитов в электролитических конденсаторах и суперконденсаторах 17

1.2.1. Жидкие электролиты 17

1.2.2. Твёрдые электролиты 19

1.2.3. Полимерные электролиты 23

1.3. Типы структур жидких кристаллов 26

1.3.1. Структуры и некоторые физико-химические свойства лиотропных жидких кристаллов 27

1.3.2. Некоторые физико-химические свойства ионных жидких кристаллов 30

1.3.3. Электрические свойства жидких кристаллов 31

1.4. Фазовое равновесие систем «лаурат щелочного металла - вода» 36

1.4.1. Химические и физические свойства лаурата калия 36

1.4.2. Фазовое равновесие в системе «лаурат калия - вода» 37

1.4.3. Фазовое равновесие в системе «лаурат натрия - вода» 37

1.4.4. Фазовое равновесие в системе «лаурат калия - 1 -деканол - вода» 39

1.5. Способы улучшения физико-химических характеристик электролитических конденсаторов и суперконденсаторов 40

1.5.1. Способы увеличения ёмкости и проводимости твердофазных электролитов 40

1.5.1.1. Влияние наночастиц различной природы на электрические свойства полимерных электролитов 41

1.5.1.2. Влияние наночастиц различной природы на электрические свойства жидких кристаллов 42

1.5.2. Перспективные материалы для электродов в электролитических конденсаторах и суперконденсаторах 44

1.5.2.1. Способы увеличения межфазной поверхности между электродом и

электролитом 45

1.6. Заключение 47 ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 49

2.1. Реактивы и материалы 49

2.2. Методика синтеза лаурата калия 50

2.3. Синтез наночастиц серебра 52

2.4. Методики приготовления жидких кристаллов 54

2.5. Физико-химические методики эксперимента 54

2.5.1. Поляризационная оптическая микроскопия 54

2.5.2. Метод динамического светорассеяния 55

2.5.2.1. Определение размера наночастиц в водной дисперсии 56

2.5.2.2. Определение электрокинетического потенциала наночастиц в водной дисперсии 57

2.5.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 57

2.5.4. Вискозиметрия 58

2.5.5. Импедансная спектроскопия 59

2.5.6. Сканирующая электронная микроскопия 62

ГЛАВА 3. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ КОМПОЗИТ «ЛАУРАТ КАЛИЯ -ВОДНАЯ ДИСПЕРСИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА» 64

3.1. Электрические свойства жидких кристаллов «лаурат калия - вода» 64

3.2. Водная дисперсия наночастиц серебра 65

3.2. Особенности методики получения жидких кристаллов в системе «лаурат калия -водная дисперсия наночастиц серебра» 66

3.2.1. Методика концентрирования водной дисперсии наночастиц серебра 66

3.2.2. Методики приготовления жидких кристаллов «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра» 67

3.3. Объекты исследования 68

3.4. Влияние наночастиц серебра на фазовое состояние жидкокристаллической системы «лаурат калия - вода» 69

3.5. Температурная область существования жидкокристаллической фазы в системе «лаурат калия — водная дисперсия наночастиц серебра» 71

3.6. Проводимость и ёмкость жидкокристаллического композита «лаурат калия -водная дисперсия наночастиц серебра» 77

3.6.1. Особенности методики определения электрических свойств жидких кристаллов в системе «лаурат калия - водная фаза» 78

3.6.2. Определение эквивалентной электрической схемы жидкокристаллического композита «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра» в качестве электролита 80

3.6.3. Влияние концентрации наночастиц серебра на проводимость и ёмкость жидкокристаллического композита «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра» 84

3.6.4. Влияние концентрации наночастиц серебра на энергию активации проводимости жидкокристаллического композита «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра» 87

3.7. Заключение 91

ГЛАВА 4. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ КОМПОЗИТ «ЛАУРАТ КАЛИЯ - 1-ДЕКАНОЛ - ВОДНАЯ ДИСПЕРСИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА» 93

4.1. Методика получения жидких кристаллов в системе «лаурат калия - 1-деканол -

4.3. Влияние 1-деканола на физико-химические свойства жидкокристаллической системы «лаурат калия — вода» 101

4.3.1. Влияние 1-деканола на динамическую вязкость жидкокристаллической системы «лаурат калия - 1-деканол - вода» 101

4.4. Влияние наночастиц серебра на вязкость жидкокристаллической системы «лаурат калия - 1-деканол - вода» 102

4.5. Методика определения электрокинетического потенциала наночастиц в жидкокристаллической матрице 104

4.6. Влияние жидкокристаллической матрицы на электрокинетический потенциал наночастиц серебра 105

4.7. Особенности измерения величины электрокинетического потенциала в композиционном ламеллярном жидком кристалле «лаурат калия - 1-деканол -водная дисперсия наночастиц серебра» 108

4.8. Влияние наночастиц серебра на проводимость и ёмкость жидкокристаллической системы «лаурат калия - 1-деканол - вода» 110

4.9. Заключение 116

ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛИОТРОПНОГО ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА В КАЧЕСТВЕ ЭЛЕКТРОЛИТА В ДВУХСЛОЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ ЯЧЕЙКЕ

118

5.1. Двухслойная конденсаторная ячейка с композиционным жидким кристаллом в качестве электролита 118

5.1.1. Характеристика материалов электродов 119

5.1.2. Методика определения ёмкости двухслойной конденсаторной ячейки с жидкокристаллическими композитами по кривым зарядки/разрядки 121

5.2. Жидкокристаллический композит «лаурат калия - водная дисперсия наночастиц серебра» как электролит в двухслойной конденсаторной ячейке 122

5.2.1. Результаты исследования ёмкости двухслойных конденсаторных ячеек с композиционным ЖК в качестве электролита методом импеданс ной спектроскопии 122

5.2.2. Результаты исследования ёмкости двухслойных конденсаторных ячеек с композиционным ЖК в качестве электролита по кривым зарядки/разрядки 124

5.3. Заключение 125

водная фаза»

4.2. Объекты исследования

94

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

127

129

ПРИЛОЖЕНИЕ А

142

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

162

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

CK - суперконденсатор

ДЭС - двойной электрический слой

ПЭ - полимерный электролит

ПЭО - полиэтиленоксид

ЖК - жидкий кристалл

ЛЖК - лиотропный жидкий кристалл

ПАВ - поверхностно-активное вещество

JIK - лаурат калия

НЧ - наночастицы

ДСК - дифференциальная сканирующая калориметрия ПОМ - поляризационная оптическая микроскопия A.C. - переменный ток

СЭМ - сканирующая электронная микроскопия

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день одной из наиболее важных и актуальных задач химической технологии является проблема создания перезаряжаемого источника тока большой ёмкости, сочетающего в себе компактность, мощность, техническую и экологическую безопасность.

Существует несколько способов создания таких перезаряжаемых источников тока, одним из которых является получение наноструктурированных электролитов, сочетающих в себе такие свойства, как высокая ионная проводимость и ёмкость, низкая коррозионная активность, стабильный фазовый состав.

Исследования, которые проводились в последние годы, показали, что в качестве такого электролита могут выступать лиотропные жидкие кристаллы [1-4], поскольку они способны проводить ток наравне с типичными жидкими электролитами, обладая при этом рядом преимуществ в конструкционном отношении и сохраняя высокую по сравнению с твёрдыми электролитами подвижность носителей заряда.

Предметом данного исследования являются проводимость и ёмкость жидких кристаллов, поэтому в качестве объекта исследования был выбран жидкий кристалл на основе лаурата калия, поскольку это вещество является амфифильным, имеет ионогенную группу в полярной части молекулы, а также неполярный «хвост» молекулы достаточно длинный, чтобы сохранять способность к самоорганизации и достаточно короткий для обеспечения наименьшего расстояния между разделенными зарядами (ионами К+). К тому же жидкокристаллические системы на основе солей предельных органических кислот являются достаточно хорошо изученными, в том числе есть работы по изучению их электрических свойств [4, 5].

В последнее время появились работы, в которых исследуется влияние наночастиц металлов и их оксидов на проводимость полимеров, при этом наблюдается значительное изменение их электрических свойств, в частности

проводимости [6]. Этот эффект прослеживается сильнее при уменьшении размера вводимых наночастиц [7]. В связи с этим можно предполагать, что введение наночастиц металлов в лиотропный жидкий кристалл может приводить к улучшению его электрических свойств. Для данной работы были выбраны наночастицы серебра в виде водной дисперсии, поскольку это металл с низкой энергией ионизации, наночастицы которого могут быть получены в водной среде без использования ПАВ [8].

Таким образом, целью диссертационной работы является изучение влияния наночастиц серебра на электрические свойства, фазовое состояние и вязкость ламеллярного жидкого кристалла на основе лаурата калия, а также исследование ёмкости двухслойных конденсаторных ячеек с полученными жидкими кристаллами в качестве электролита. Для этого необходимо:

- определить электрические свойства жидких кристаллов систем «лаурат калия - вода» и «лаурат калия - 1-деканол - вода»;

- разработать методику введения наночастиц серебра в жидкокристаллическую матрицу;

- изучить влияние наночастиц серебра на проводимость, ёмкость, фазовое состояние и вязкость систем «лаурат калия - вода» и «лаурат калия - 1-деканол - вода»;

- изучить взаимодействие наночастиц серебра с лиотропными жидкими кристаллами;

- показать возможность применения исследуемых систем в качестве перспективных электролитов для перезаряжаемых источников тока.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В настоящее время существуют различные типы источников тока, различающиесяся по принципу работы, рабочим характеристикам (ёмкости, проводимости, плотности тока и другим), габаритам, устройству и т.д. В последние годы всё большую значимость приобретают суперконденсаторы -перезаряжаемые источники большой ёмкости, работающие на принципе накопления статического заряда. Чтобы выяснить, какими свойствами должен обладать электролит для суперконденсатора высокой ёмкости необходимо установить его место среди других источников тока, выделить те физико-химические параметры его работы, которые определяются свойствами электролита. Поэтому первая часть литературного обзора посвящена перезаряжаемым источникам тока, описанию принципа работы суперконденсаторов, физико-химических параметров применяемых и возможных материалов для электродов и электролитов в них.

1.1. Перезаряжаемые источники тока

Источник тока - радиоэлектронное устройство, предназначенное для обеспечения различных устройств электрическим питанием. Как правило, сегодня используются, в основном, химические источники питания, т.е. такие устройства, энергия химической реакции в которых преобразуется в электрическую. Различают первичные (не перезаряжаемые) и вторичные (перезаряжаемые) источники питания.

Примером первичных химических источников питания могут служить гальванические элементы. В таком источнике тока химические реакции необратимы, поэтому их нельзя перезарядить [9]. К первичным химическим источникам тока относят солевые, щелочные и литиевые источники тока, такие как, например, марганцево-цинковые, ртутно-цинковые и ртутно-кадмиевые, серебряно-цинковые, литиевые с твёрдыми катодами и апротонным электролитом и другие. Часто такие источники тока называют «батарейками» [10].

Сюда следует отнести и топливные элементы - электрохимические устройства, отличающееся от гальванических элементов тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне [11] — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе. Обычно в низкотемпературных топливных элементах используются: водород со стороны анода и кислород на стороне катода (водородный элемент) или метанол и кислород воздуха. В отличие от топливных элементов, одноразовые гальванические элементы содержат твёрдые реагенты, и когда электрохимическая реакция прекращается, должны быть заменены. В топливном элементе реагенты втекают, продукты реакции вытекают, и реакция может протекать так долго, как поступают в нее реагенты, и сохраняется работоспособность самого элемента [10].

Вторичные (перезаряжаемые) источники сами не генерируют электроэнергию, а служат лишь для её преобразования с целью обеспечения требуемых параметров (напряжения, тока, пульсаций напряжения и т. п.). Примером могут служить электрические аккумуляторы. В них электрическая энергия преобразуется в энергию химических реакций при зарядке, а затем, при разрядке, протекает обратный процесс, дающий электрическую энергию [12]. Различают такие типы аккумуляторов, как свинцовые, никель-кадмиевые и никель-металлогидридные, серебряно-цинковые и серебряно-кадмиевые, литий-ионные и литий-полимерные и другие [12, 13].

Ко вторичным источникам тока можно отнести устройства, накапливающие энергию за счет образования двойного электрического слоя на границе раздела двух сред - электрода и электролита. Накапливаемый заряд является статическим. Такими устройствами являются электролитические конденсаторы и суперконденсаторы. Схему устройства электролитического конденсатора в общем виде можно представить на рис. 1. Здесь в качестве диэлектрика, т.е. разделителя зарядов, выступает слой оксида на положительном электроде, а электролит является донором носителей заряда - ионов.

ег

-*гС1х>

ю I о о

о

о

слой диэлектрика электролит

Рис. 1. Конструктивная схема электролитического конденсатора.

Суперконденсаторы (СК, ультраконденсаторы, электрохимические конденсаторы, двухслойные конденсаторы, ионисторы) принципиально отличаются от электролитических конденсаторов тем, что в качестве диэлектрика в них выступает непосредственно сам двойной электрический слой, возникающий на границе раздела фаз. Схема устройства ионистора приведена на рис. 2.

¿у Электролит

о §

а. /

а> / с

§1

а. х-

ф £

е; О {Т> О.

©©0000@0©©1 / Пропитанный электролитом разделитель

. (+) (+) с+м+м+к+; с+; <+)..(+)(+

с

©0©0©0©©©0

^ЛЛЛт—|

Цллл1

а)

С

ЧЛА^

К)

б)

Рис.2. Структура (а) и упрощенная эквивалентная схема суперконденсатора (б): Яе -электронное сопротивление углеродного электрода, И.с - электронное сопротивление у границы раздела электрод - накопитель тока, Ш — ионное сопротивление электролита [14]

Электролитические конденсаторы и суперконденсаторы имеют общую область применения. В основном, это резервное электропитание различных устройств.

й

1.1.1. Принцип работы и применение суперконденсаторов

Суперконденсаторы - это класс приборов, занимающих по своим

параметрам и выполняемым функциям промежуточное положение между батареями и обычными "электронными" (керамическими, танталовыми, электролитическими, пленочными и алюминиевыми) конденсаторами [15]. Ёмкость ионисторов примерно на три порядка превышает ёмкость обычных конденсаторов тех же габаритов [16]. Вместе с тем, суперконденсаторы остаются традиционными двухвыводными компонентами. Основное их назначение - источники высокой импульсной энергии и дублирование основного источника питания (батареи) [14].

Принцип работы суперконденсаторов.

Обычные конденсаторы имеют многослойный или монолитный диэлектрик между двумя обкладками. В алюминиевом электролитическом конденсаторе, например, в качестве диэлектрического слоя используется пленка оксида алюминия, а в танталовом конденсаторе — пленка оксида тантала. Ионистор не имеет диэлектрического слоя, в нем применяется физический механизм образования двойного электрического слоя (ДЭС) на границе раздела фаз (рис. 3), который работает аналогично заряженному диэлектрику.

При построении электрохимического двухслойного конденсатора в водный или органический электролит с высокой концентрацией подвижных ионов между электродами помещают проницаемый ионами разделитель. При подаче постоянного напряжения на электроды такой структуры на границах раздела электролит/электрод формируются двойной электрический слой. На одном электроде этот слой формируется его отрицательно заряженной поверхностью и притянутыми к ней катионами электролита, на другом -положительно заряженной поверхностью и притянутыми к ней анионами. [17]

Положительный электрод активированный уголь

Отршртельный электрод активированный уголь

»Лион

Двойной электрическим сл