Väitös (materiaalitekniikka): FM Jenna Hannonen
FM Jenna Hannonen esittää väitöskirjansa ”Metal complexes in flow batteries” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 13.6.2025 klo 12.00 (Turun yliopisto, Quantum, Auditorio, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Ulla Lassi (Oulun yliopisto) ja kustoksena professori Pekka Peljo (Turun yliopisto). Tilaisuus on suomenkielinen. Väitöksen alana on materiaalitekniikka.
Väitöskirja yliopiston julkaisuarkistossa: https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-02-0191-3 (kopioi linkki selaimeen).
***
Tiivistelmä väitöstutkimuksesta:
Vihreä siirtymä vaatii energiankäytöltä joustavuutta, kuten energian väliaikaista varastointia uusiutuvan energian epätasaisen saatavuuden vuoksi. Virtausakuilla on hyvät ominaisuudet toimia tämänkaltaisina energiavarastoina.
Virtausakuissa energia on varastoituna nesteessä oleviin yhdisteisiin, jotka kiertävät varastotankkien ja sähkökemiallisen kennon välillä omilla puolillaan. Kennossa yhdisteet varataan tai puretaan. Varatessa elektroni siirretään akun toisella puolella olevalta yhdisteeltä toisen puolen yhdisteelle käyttäen energiaa. Purettaessa tämä elektroni virtaa takaisin tuottaen sähkövirtaa.
Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin metallikomplekseja ja niiden ominaisuuksia virtausakkumateriaaleina. Metallikomplekseissa on keskusionina metalli, jota ympäröivät siihen liittyneet ligandit. Metalli-ionin ja ligandin yhdistelmä sekä ligandin variaatiot vaikuttavat metallikompleksin ominaisuuksiin. Virtausakkumateriaalilta vaadittavia ominaisuuksia ovat hyvä liukoisuus energiatiheyden nostamiseksi, hyvä hapetus-pelkistyspotentiaali sopivan kennopotentiaalin saavuttamiseksi, sekä stabiilisuus eli kestävyys akkuajon aikana.
Metallikompleksien analysoimisessa käytettiin kokeellisia ja laskennallisia menetelmiä. Karakterisoinnissa käytettiin sähkökemiallisia menetelmiä akkuajon aikana, jolloin saatiin tietoa sivureaktioista sekä akun varaustasosta. Useimpien tässä työssä tutkittujen metallikompleksien osalta havaittiin sopivia hapetus-pelkistyspotentiaaleja. Kuitenkin useilla materiaaleilla oli akkuajon aikana sivureaktioita, jotka alensivat akun energiatehokkuutta. Epäsymmetriaa hyödyntävän rakenteen myötä löydettiin kuitenkin lupaava rautakompleksi, jolla sivureaktioita ei havaittu. Tämän rakenteen pohjalta on hyvä jatkaa tutkimusta ja suunnitella uudenlaisia metallikompleksirakenteita tulevaisuuden virtausakkumateriaaleiksi.
Vastaväittäjänä toimii professori Ulla Lassi (Oulun yliopisto) ja kustoksena professori Pekka Peljo (Turun yliopisto). Tilaisuus on suomenkielinen. Väitöksen alana on materiaalitekniikka.
Väitöskirja yliopiston julkaisuarkistossa: https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-02-0191-3 (kopioi linkki selaimeen).
***
Tiivistelmä väitöstutkimuksesta:
Vihreä siirtymä vaatii energiankäytöltä joustavuutta, kuten energian väliaikaista varastointia uusiutuvan energian epätasaisen saatavuuden vuoksi. Virtausakuilla on hyvät ominaisuudet toimia tämänkaltaisina energiavarastoina.
Virtausakuissa energia on varastoituna nesteessä oleviin yhdisteisiin, jotka kiertävät varastotankkien ja sähkökemiallisen kennon välillä omilla puolillaan. Kennossa yhdisteet varataan tai puretaan. Varatessa elektroni siirretään akun toisella puolella olevalta yhdisteeltä toisen puolen yhdisteelle käyttäen energiaa. Purettaessa tämä elektroni virtaa takaisin tuottaen sähkövirtaa.
Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin metallikomplekseja ja niiden ominaisuuksia virtausakkumateriaaleina. Metallikomplekseissa on keskusionina metalli, jota ympäröivät siihen liittyneet ligandit. Metalli-ionin ja ligandin yhdistelmä sekä ligandin variaatiot vaikuttavat metallikompleksin ominaisuuksiin. Virtausakkumateriaalilta vaadittavia ominaisuuksia ovat hyvä liukoisuus energiatiheyden nostamiseksi, hyvä hapetus-pelkistyspotentiaali sopivan kennopotentiaalin saavuttamiseksi, sekä stabiilisuus eli kestävyys akkuajon aikana.
Metallikompleksien analysoimisessa käytettiin kokeellisia ja laskennallisia menetelmiä. Karakterisoinnissa käytettiin sähkökemiallisia menetelmiä akkuajon aikana, jolloin saatiin tietoa sivureaktioista sekä akun varaustasosta. Useimpien tässä työssä tutkittujen metallikompleksien osalta havaittiin sopivia hapetus-pelkistyspotentiaaleja. Kuitenkin useilla materiaaleilla oli akkuajon aikana sivureaktioita, jotka alensivat akun energiatehokkuutta. Epäsymmetriaa hyödyntävän rakenteen myötä löydettiin kuitenkin lupaava rautakompleksi, jolla sivureaktioita ei havaittu. Tämän rakenteen pohjalta on hyvä jatkaa tutkimusta ja suunnitella uudenlaisia metallikompleksirakenteita tulevaisuuden virtausakkumateriaaleiksi.
Viestintä