20 oktober 2017

Publicatie in Physical Review Letters

Hoe warm is een elektrochemische dubbellaag?

Electrochemische dubbellaag debye instituut 2

Onderzoekers van de Universiteit Utrecht en Wetsus (Leeuwarden) hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de zogenaamde elektrochemische dubbellaag te karakteriseren. Zo’n dubbellaag ontstaat overal waar een geladen oppervlak in contact komt met een zoutoplossing, zoals aan de elektroden in batterijen, maar ook aan het oppervlak van kleine biologische deeltjes in levende organismen. De ladingverdeling die optreedt heeft een cruciale invloed op de stabiliteit van verf en voedsel, de interacties tussen biologische moleculen en het functioneren van nieuwe methoden voor energieopslag. De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in het vooraanstaande tijdschrift Physical Review Letters, waar de paper is uitgelicht als Editors’ Suggestion.

Experimentele chemici en theoretische natuurkundigen werkten samen in het onderzoek. Onderzoeksleider Ben Erné legt uit: “In de buurt van het geladen oppervlak zijn er relatief meer zoutionen te vinden met een lading tegengesteld aan die van het oppervlak. Vergeleken met de zoutoplossing ver van het oppervlak ontstaat hier dus lokaal een beetje structuur. Theoretisch gezien moet er dan ook een minuscuul beetje warmte vrijkomen.” Die warmte hebben de onderzoekers nu voor het eerst weten te meten in waterig milieu. “Het warmte-effect aan het oppervlak is heel klein,” vervolgt Erné, “maar dankzij poreuze koolstofelektroden met een voetbalveld aan oppervlak per theelepel materiaal was de oppervlakte zo groot dat het nog net te meten was.”

Theoretisch beeld

Dankzij de bevindingen van de onderzoekers kan het theoretische beeld van de elektrische dubbellaag nu worden vergeleken met heel nieuwe informatie: de hoeveelheid warmte die vrijkomt. De rol van warmte was tot nog toe nog niet beschouwd. Nauwkeurige metingen van de warmte die vrijkomt bij de vorming van de dubbellaag kunnen onderzoekers in staat stellen om te bepalen wat het relatieve belang is van elektrische aantrekking ten opzichte van diffusie. De ontwikkelde methode levert nieuwe informatie die gebruikt kan worden om theoretische modellen voor de dubbellaag te falsificeren.

Contact:

Ben Erné: B.H.Erne@uu.nl
Mathijs Janssen: mjanssen@is.mpg.de