Please enable JavaScript.

Coggle requires JavaScript to display documents.

Chemical energy - Coggle Diagram

- - - - Methanol
        
        PEM
        
        Problemen
        
        Methanol crossover
        
        Minder bij dikker membraan
        
        Dan wel meer resistance
        
        CO poisoning
        
        Graphene
        
        Inwerken met diazonium
        
        sp2-->sp3 dus onstaat meer ruimte voor proton
        
        Poriegrootte voor H+ = 0.3 nm
        
        Werking bepalen met ionic current
        
        Niet te lang anders polymeriseert het
        
        Geen crossover, dus kan hogere concentries aan
        
        Hogere energiedichtheid dan waterstof en methanol kan sustainable gemaakt worden. Kan ook beter vervoerd worden.
      - Waterstof
        
        Pem (zuur)
        
        Reacties
        
        ORR
        
        HOR
        
        Alkaline
        
        Phosphoric acid, iets minder dan Pem
      - Hoge temperatuur fuel cell
        
        Hoog
        
        Solid oxide Fuel cell 1000 C
        
        O2, 2- door solid membraan, Oxidant = O2
        
        Molten carbonate fuel cell 700 C
        
        CO3, 2- door membraan. Oxidant = CO2 + O2
        
        Hogere temperaturen zorgen voor goedkopere katalysatoren
        
        Efficient als je warmte van exotherme processen gebruikt
    - - Reactie G<0
      - Chemische energie omzetten in elektrische energie
      - Gebeuren exotherme reaties
    - - Membraan + Catalyst
        
        Katalysator aanbrengen met:
        
        Ionomer (nafion)
        
        Spray painting
      - GDL
        
        Carbon/titanium cloth
        
        Zorgt voor een optimale massa diffusie
      - Bipolar plates
        
        Voert reactanten aan / producten af
        
        Current collector
        
        Cooling channel
    - - Degradation phenomena
      - Flooding
        
        Slechter transport van reactanten
  - - - Waterstof
        
        Alkiline
        
        Katalysatoren
        
        Nikkel = duurzamer
        
        Voordelen
        
        Wordt op grote schaal al toegepast
        
        Nadelen
        
        Niet compact
        
        Wordt onderzoek gedaan naar zero gap cells, compacter en minder spannings verlies
        
        Lage current density
        
        KOH als elektrolyte
        
        Elektrolyte zorgt voor de meeste spanningsverlies
        
        H2 moet je ontwateren
        
        Zuur
        
        Pem electrolysis
        
        Reactie
        
        HER
        
        Volmer stap + heyrovsky stap
        
        OER
        
        Commercieel potentiaal 2.2V
        
        Katalysatoren
        
        Iridium
        
        Zeer nobel
        
        Zeer schaars
        
        Platinum
        
        Nadelen
        
        Duur
        
        Gebruikt rare metals
        
        Voordelen
        
        Commercieel
        
        Hoge current
        
        Compact
        
        5-9 jaar houdbaar
      - CO2
        
        Moeilijkheden
        
        CO2 is slecht oplosbaar
        
        Lage atmosfeer concentratie
        
        Ontstaan meerdere producten
        
        Lastig te scheiden
        
        Flooding
        
        Katalysator
        
        Meerdere mogelijk : vaak koper voor C2
        
        Producten
        
        CO
        
        Ethylene
        
        Formic acid
        
        Methane
        
        Doel
        
        Eén speciefiek product maken
        
        Soorten electrolyzers
        
        Flow cell
        
        Aan beide kanten vloeistof
        
        Krijg je verdund product door catholyte
        
        Mea cell
        
        CO2 in gasfase
        
        Heeft last van zout-aggregatie
        
        Bij acid analyte
        
        Sterke competitie met HER
        
        Toekomst
        
        Bi-membrane systemen kunnen uitkomst bieden
      - Solid oxide
      - H202
    - - Reactie G>0
      - Elektrische energie omzetten in chemische
    - - Aluminium
      - Chloor
  - - - Hoge V door verschil in affiniteit voor Li+
- - - - Top down
        
        Met lithograpy iets uitcarven
        
        Photo lithography
        
        Nomenclature
        
        Mask
        
        Wordt geprint. Resolutie = micrometer
        
        Beschermt photoresist tegen bestraling
        
        Substrate
        
        Eindproduct = gelithografeerde substraat
        
        Photoresist
        
        Negatief
        
        1 more item...
        
        Positief
        
        1 more item...
        
        Two photon lithography
        
        3d structuren maken
        
        Voorbeeld
        
        Silicium wafer, SiO, SiN
        
        KOH etches SI
        
        Electron lithography
        
        Resolutie 10-100 nm
        
        Alle bestraalde delen worden week --> oplossen
        
        Geen mask nodig
        
        Nano lithography
        
        Met smalle tip zet je moleculen op het oppervlak met een soort inkt
        
        Electronics maken
        
        Als photoresist deels weg is kan je er Goud op condenseren
        
        Product, na weghalen photoresist
        
        Gat maken
        
        TEM / SEM
        
        Dielectric breakdown
        
        Te grote pores = opvullen met moleculen
        
        Focused ion Beam
        
        Dry or wet etching = chemicalien gebruiken om te etchen
        
        Challanges
        
        Kleinere componenten
        
        Informatie opslaan
        
        Molecuul analyse toepassing
      - Bottum up
        
        Synthesereacties
        
        Metalen (NPS)
        
        Proces
        
        Begin met precursor (zout)
        
        Nucleatie
        
        3 more items...
        
        Surface plasmons
        
        Uitzending licht afhankelijk van grote
        
        Dunne staaf
        
        Twee emissiespectra
        
        Verschillende dimensies
        
        Toepassingen
        
        Imaging
        
        Katalyse
    - - Golflengte<object, onder diffractielimiet
      - Technieken
        
        Electron microscopy
        
        Beschadig je wel de sample
        
        Super resolution fluorensce microscropy
        
        Klein object (dye) zend licht uit wat groter is dan zichzelf, door alleen de hoogste intensiteit mee te nemen weet je waar het centrum is --> punt met hoge resolutie. Bijvoorbeeld om cellen te observeren.
        
        Met photobleaching kan je de lichtjes aan en uit zetten.
        
        Resolutie tot 20 nm
        
        Graphene liquid electron microscopy
        
        Kan een levende cel bekijken met graphene als membraan
        
        Graphene: permeabel voor elektronen, beschermt tegen vacuüm
        
        Probe microscopes
        
        STM
        
        Alleen bij geleidende samples
        
        Tunnelende elektronen functie van afstand
        
        AFM
        
        Oppervlak veroorzaakt uitwijking cantilever.
  - - - Graphene
        
        Eigenschappen
        
        Elektrisch
        
        Sterk geleidend
        
        Mechanisch
        
        0.3 nm dik
        
        Zeer sterk
        
        Structuur
        
        Hexeganols
        
        Sp2 carbons
        
        Grain boundaries
        
        Waar verschillende orientaties samenkomen
        
        Onstaan defects
        
        3 more items...
        
        Thermisch
        
        700 C --> self repair
        
        Hoog smeltpunt
        
        Hydrophobiciteit
        
        Normaal : hydrofoob
        
        Past zich aan, aan de omgeving.
        
        Op goud = hydrofoob
        
        Op glas = hydrofiel
        
        Nabewerking
        
        Proton selectief maken
        
        Diazonium chemistry
        
        Binding aan graphene maakt ruimte/defecten
        
        Met Langmuir blodgett kan je graphene compressen en op de strain plekken bindt de diazonium beter.
        
        Edge functionalization
        
        Grote pore opvullen
        
        Door veel achtereenvolgende stappen
        
        Grain boundaries creëren
        
        Gat in maken
        
        Tem
        
        Niet nauwkeurig
        
        Zeer reducerend klimaat
        
        Gevolgen
        
        3 more items...
        
        Voorzorgsmaatregelen
        
        2 more items...
        
        Sem
        
        Kan één atoom per keer
        
        Niet op grote schaal toepasbaar
        
        Op interface van water + organic solvent zetten --> kan je beide kanten bewerken
        
        Cyclohexeen kan je bevriezen en graphene blijft erop
        
        Productie
        
        Mechanical exfoliation
        
        Uit graphite
        
        Proces
        
        Eerst graphite tegen tape aan laten schuren
        
        Tape op Si wafer plakken
        
        1 more item...
        
        Transport
        
        Met polymeren
        
        Wedging transfer
        
        Graphene plaats je op iets hydrofiels, Daarna kan je de graphene erafschuiven bij contact met water --> graphene blijft drijven.
        
        Geen goede manier: krijgt alleen kleine flakes tot 100 micro
        
        Chemical vapor disposition
        
        Transport
        
        Etchant FeCl3
        
        Oxideert bovenste koperlaag = graphene drijft
        
        Dit doen in LB, waar de graphene wordt samengedrukt door de lipids
        
        In fuel cell
        
        Nafion op graphene
        
        1 more item...
        
        Proces
        
        Dehydrogenatie van methaan of ethylene
        
        Hete metalen plaat 1054 C Cu/Ni/Mo
        
        Loopt reagent langs
        
        1 more item...
        
        Hot tube oven
        
        Slome nucleatie
        
        Weinig defects
        
        Cold wall oven
        
        Snelle nucleatie
        
        Veel defects door grain boundaries, meer sheets moeten samensmelten
        
        Graphite sonificatie
        
        Met zeep in water + hydrofiele groepen op graphene
        
        Graphene laat je bezinken op een poreus support
        
        Toepassingen
        
        In electrochemical cells
        
        Als protective barrier
      - Langmuir blodgett
        
        Compressie van de bovenlaag met lipids creërt een dicht membraan
        
        Je kan hiermee een substraat ook bekleden met een fosfor lipid bilayers.
        
        Kan je ook graphene mee verkreukelen
      - Supramoleculair 2d Membraan, Polyaromatic hydrocarbon, 2d poreus organic membrane
        
        Kan eerst herhalend molecuul synthetiseren
        
        Langmuir blodgett gebruiken --> monolayer
        
        Cu opleggen en dan zit er een monolayer op koper.
        
        Membraanformatie, misschien door pyrolyse, zorgt voor c-c bindingen
        
        Onstaat Pi stacking door aromaciteit
    - - Nafion
        
        Bevat negatief geladen zure groepen die proton kunnen transporteren
        
        Sulfanaat groepen
        
        Stabiel
    - - Theorie
        
        Omstandigheden
        
        Membraan met Nanopore in elektrolyte
        
        Vinden twee halfreacties plaats
        
        Nanopore faciliteert iontransport
        
        Variabelen van current
        
        Dikte membraan
        
        Breedte opening
        
        Potentiaal
        
        Concentratie elektrolyte
        
        I ionic = I elec
        
        Analyse DNA
        
        Background current
        
        Current blocking door Groot molecuul
        
        Dimensie DNA
        
        Soort/ aantal nucleotiden
        
        Karakteristiek per Nucleotide
        
        Nooit minder dan 3 nucleotide in pore
        
        Oplossing: current door membraan sturen
        
        DNA kan de pore verstoppen
        
        Hydrofiele groepen op membraan zetten.
        
        Ionic resistance
        
        Cylindrical volume
        
        Is 0 voor graphene
        
        Acces resistance (width)
        
        Blijft alleen over voor graphene
        
        Te groot voor 1 nucleotide --> meer dan 3
        
        Daalt bij bredere pores
      - Protonselectiviteit
        
        Gebeurt niks bij KCL toevoeging
        
        Background van 0
        
        Current afhankelijk van zuursterkte
    - - Nafion
        
        Bevat positief geladen groepen
        
        Hydroxide valt membraan aan
- - - - Katalyse van de ladingsoverdrachtsreacties
        
        Beste katalysator
        
        Stabiel
        
        Veel vooradig
        
        Top volcano plot
        
        Geeft een zo klein mogelijk overpotentiaal voor dezelfde stroom
        
        Stabiliseren van de intermediaren
        
        Dus niet te sterk en niet te zwak
      - Problemen
        
        Meer dan 2 elektronenoverdracht
        
        Meer dan 1 intermediar
        
        Schalingsrelaties voorkomen
        
        Met 3d katalysatoren werken
        
        Bifunctional metals
        
        Zorgt vaak voor overpotentiaal
        
        Door schalingsrelaties
        
        Onmogelijk om elke stapgrootte hetzelfde te maken
        
        Door een potentiaal bepalende stap
        
        Een voorbeeld is de zuurstofevolutie/reductie
        
        katalysator degradatie
        
        Carbon corrosion: De koolstof support wordt geoxideerd
        
        Ostwald ripening: De katalysatoratomen gaan samenklonteren want stabiel
        
        Platinum dissolution: Platinum gaat interactie aan en kan dan oplossen
        
        Migratie + particle loslating
      - Markus theorie
        
        Maar 1 elektron kan per keer overgedragen worden
        
        De atomen / oplosmiddel moet zich eerst reorganiseren voordat ze een elektron over kunnen dragen.
        
        Lambda=reorganisatie energie
        
        Reorganiseren = x-as --> reactiecoordinaat
        
        Elektronenoverdracht is instantaan
      - Soorten
        
        Heterogeen
        
        Bio
        
        Laccase op elektrode
        
        Homogeen
  - - - Potentiaal cel = Wet van nernst
        
        Ph afhankelijk
      - Anode = oxidatie
      - Kathode = reductie
      - Evenwichtsconcentratie als E=0
    - - Debye - huckel theorie = activiteit
        
        Gemiddelde activiteit
        
        Hogere ionsterkte = meer afscherming = stabiel
      - Born solvatatie
        
        Interactie ionen met solvent
    - - Butler volmer model
        
        Interpretatie
        
        Kinetiek van arhennius
        
        Neemt dus exponentieel toe met de spanning
        
        Kleine J0 = groot overpotentiaal nodig
        
        Stroomgrootheid bij potentiaal van halfcel
        
        Nomenclature
        
        Reductiestroom = negatief
        
        oxidatiestroom = positief
        
        Lager potentiaal = reduceren
        
        Hoger potentiaal = oxideren
        
        Energie geleverd is stroom X spanning
        
        Spanningsverliezen
        
        De reden dat de theoretische spanning niet gehaald wordt: 1 overpotentiaal bij de kathode en een ander overpotentiaal bij de anode 2 De weerstand van het elektrolyte: doorgaans hoger voor vloeibare elektrolyten en minder voor vaste. 3 Weerstand membraan
        
        Ohmic resistance neemt af bij hogere temperaturen
      - Met massatransport
        
        Limietstroom als concentratie bij elektrode 0 is
        
        Afhankelijk van diffussielaagdikte
        
        Vaak problemen bij gassen in oplossing
      - Een positief potentiaal verloopt alleen bij een kleine activeringsenergie
    - - Electroden
        
        Working
        
        Refrence
        
        Counter
        
        Anode als working is cathode
        
        Als je de limitatie van de anode wil weten, moet je het oppervlak van de cathode zeer groot maken.
        
        Op sommige electroden zijn de stappen anders
      - Nooit 100% FAE
        
        Soms loopt een andere reactie ook bij het potentiaal
        
        Vaak de HER
      - De twee halfreacties moeten evenveel current geven --> kathode heeft ander overpotentiaal dan de anode
      - Beginnen met hoog potentiaal om verontreinigingen eraf te reduceren