Сотрудничество с  Московским институтом электроники и математики имени А. Н. Тихонова Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (МИЭМ НИУ ВШЭ)

 Новая модель двойного электрического слоя

 Ученые МИЭМ НИУ ВШЭ и Федерального исследовательского центра химической физики имени Н.Н. Семёнова Российской академии наук создали модель для описания двойного электрического слоя (ДЭС) на границе электрод — электролит. Для расчетов использовалось модифицированное уравнение Пуассона — Больцмана. В модели учли специфические взаимодействия между ионами и молекулами растворителя и электродом. Подобный подход позволил точно описать зависимости дифференциальной электрической емкости от потенциала — меры того, насколько эффективно ДЭС может накапливать заряд, когда меняется напряжение. Чем выше дифференциальная емкость, тем больше зарядов может удерживать слой при небольших изменениях напряжения.

Сергей Доронин, научный сотрудник ФИЦ ХФ РАН выполнял часть исследований, связанных с оценкой параметров аквакомплексов и анализа экспериментальных данных. «Квантовохимические оценки аквакомплексов позволили оценить диапазон параметров ионов, которые можно применять в теоретической модели. Сергей рассказывает – «При анализе экспериментальных данных мы старались добиться не только воспроизведения зависимости при конкретной концентрации электролита, но и также добиться предсказательной силы при других концентрациях. Ключевым моментом этого исследования является заметный эффект энергии взаимодействия ион-вода на профили дифференциальной емкости, подобный факт ранее не освещался в литературе.

 «Я надеюсь, что подобные продвинутые модели двойного электрического слоя смогут частично заменить ресурсоемкие расчеты молекулярной динамики» — считает Сергей.

 Это первая работа в серии исследований, направленных на создание комплексной теории двойного электрического слоя на границе металл — электролит применительно к реальным системам.

 Разработанная модель учитывает широкий спектр взаимодействий ионов с электродами и позволяет предсказывать способность исследуемого материала накапливать электрический заряд. Теоретические предсказания модели продемонстрировали отличное совпадение с результатами экспериментов. Рабочие модели двойного электрического слоя в дальнейшем могут помочь в разработке более эффективных суперконденсаторов и химических источников тока для электроники, электромобилей и т.д.

 Исследование опубликовано в журнале ChemPhysChem (Daria Mazur, Petr Brandyshev, Sergey Doronin, Yury A. Budkov. Understanding the Electric Double Layer at the Electrode-Electrolyte Interface: Part I - No Ion Specific Adsorption. ChemPhysChem 2024, e202400650. https://doi.org/10.1002/cphc.202400650).

 В будущем авторы планируют расширить модель, чтобы охватить системы с более сильными взаимодействиями ионов с электродами, которые встречаются чаще всего в прикладных задачах.