Физики создали единую теорию для описания двойного электрического слоя
Чтобы создавать более эффективные батареи и катализаторы, необходимо понимать, что происходит на границе металла и раствора в двойном электрическом слое. Физики МИЭМ ВШЭ предложили единую теоретическую модель ДЭС, одновременно учитывающую избирательное прикрепление ионов к поверхности и частичный перенос заряда между ионами и металлом, которые раньше описывали раздельно. Результаты модели согласуются с экспериментальными данными. В будущем ее могут использовать при разработке аккумуляторов, суперконденсаторов и катализаторов.
Во всех электрохимических устройствах есть поверхность, через которую проходит электрический заряд. В аккумуляторах и суперконденсаторах это электроды — обычно металлические пластины, пространство между которыми заполнено жидкостью с ионами — электролитом. На границе металла и электролита ионы подходят к поверхности, выстраиваются у нее и частично меняют свою электронную плотность. Так формируется двойной электрический слой (ДЭС) — область у границы раздела металла и электролита, где и накапливается заряд. От устройства ДЭС зависит, сколько заряда накопит электрод, как быстро сможет его отдать, а также эффективность реакций на его поверхности. Поэтому важно уметь точно описывать эту область теоретически.
Долгое время ДЭС описывали фрагментарно, и приходилось сочетать несколько моделей. Исследователи Лаборатории вычислительной физики МИЭМ ВШЭ разработали теоретическую модель, в которой оба слоя описываются единой системой уравнений. Модель учитывает два важных процесса: специфическую адсорбцию — процесс «прилипания» ионов к поверхности за счет химических взаимодействий и процесс частичного переноса заряда, при котором ион и электрод обмениваются долей заряда электрона. Исследование опубликовано в журнале Electrochimica Acta.
Для описания с помощью квантово-химических расчетов и компьютерного моделирования исследователи изучили, как ведет себя ион в растворе рядом с металлической поверхностью: на каком расстоянии он обычно находится, насколько сильно притягивается к металлу и какую часть заряда может передать. Полученные величины использовали как параметры модели и подставили в более общую теоретическую схему, описывающую весь двойной электрический слой.
Модель протестировали на системах с серебром и растворами солей KPF₆ (гексафторфосфат калия), NaF (фторид натрия), а также раствором их смеси и сопоставили с известными экспериментальными данными. Она корректно воспроизвела данные о емкости и объяснила поведение смеси фторида натрия и гексафторфосфата калия внутри ДЭС. В этой смеси один тип ионов активно адсорбируется, а другой — почти нет, и модель верно описала вытеснение одного вида ионов другим.
«Чтобы сделать эффективные батареи или катализаторы, важно понимать, что происходит на границе металла и раствора в ДЭС, — пояснил профессор МИЭМ ВШЭ Юрий Будков. — Наша модель учитывает и то, насколько сильно ионы держатся у поверхности, и то, как они обмениваются зарядом с металлом. В дальнейшем мы хотим адаптировать модель к системам, где эти эффекты выражены сильнее, например, в электрокатализе. Тогда по расчетам можно будет лучше понимать, как выбор металла и раствора влияет на свойства двойного слоя, и использовать это при проектировании новых электрохимических устройств».
Исследование выполнено в рамках проекта «Зеркальные лаборатории»: «Прогнозирование свойств молекулярных систем: совмещение методов машинного обучения и классических методов моделирования».
Telegram 
Дзен 
VK Ученые сравнили посмертные трехмерные компьютерные томограммы черепов японцев, умерших несколько лет назад, с черепами тех, кто жил в этой стране в начале XX века, и выявили, что те слегка изменились по форме. Кроме того, разница между черепами женщин и мужчин возросла, хотя какой в этом эволюционный смысл в нашу эпоху — неясно.
Европейские исследователи создали систему, которая определяет виды летящих насекомых-опылителей с помощью радиоволн миллиметрового диапазона и машинного обучения. Анализ взмахов крыльев позволяет с точностью до 85 процентов отличать пчел, ос и шмелей друг от друга. Технология позволит следить за биоразнообразием непрерывно, в перспективе используя для этого обычные вышки сотовой связи.
Манускрипт начала IX века, содержащий текст первой известной поэмы на древнеанглийском языке — «Гимна Кэдмона», — обнаружили в Национальной центральной библиотеке Рима. Главная ценность находки в том, что копия гимна оказалась третьей по древности копией поэмы и самой ранней версией текста на древнеанглийском. По мнению авторов нового исследования, открытие может указать на растущий статус этого языка в Европе того времени.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно