Constant potential molecular dynamics simulation of 1-Ethyl-3-Methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide in a supercapacitor

แบบจำลองพลศาสตร์เชิงโมเลกุลแบบศักย์คงที่ของ 1-เอทิล-3-เมทิลอิมิดาโซเลียม บิส(ไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิล)อิไมด์ ในตัวเก็บประจุยิ่งยวด

Name: Michael Armstrong

LCSH: Dynamics

LCSH: Dynamic testing

LCSH: Supercapacitors

Abstract: Room temperature ionic liquid (RTIL), especially the imidazolium-based RTIL has been meticulously studied as promising electrolyte in energy storage devices. Due to the complexity of structural characteristics and dynamic properties, concrete understandings at a microscopic viewpoint when using RTIL as an electrolyte is essential. In this thesis, a classical molecular dynamic simulation of a supercapacitor model where 1-ethyl-3-methylimidzolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([C2mim][NtF2]) used as an electrolyte is conducted under voltage bias using a constant potential method. A distinct “checkered pattern” is observed by mass distribution and charge distribution after the equilibration and the pattern remains intact even at low voltage (0.0 V to 2.0 V). The pattern collapses after applying more than 3.0 V where the orientation analysis results of the [C2mim]+ cation also indicate a noticeable change after 3.0 V. The π-π stacking interaction between [C2mim]+ and the positively charged graphite electrode is clearly perceived. Furthermore, an exploratory analysis was conducted by using the principal component analysis (PCA) and k-mean clustering to characterize results from radial distribution function (RDF).

Abstract: ของเหลวไอออนิกอุณหภูมิห้องโดยเฉพาะสารกลุ่มที่มีอิมิดาโซเลียมเป็นฐานได้รับความสนใจในการศึกษาเนื่องจากมีศักยภาพในการพัฒนาเป็นอิเล็กโทรไลต์ในอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน เนื่องจากคุณสมบัติเชิงโครงสร้างและสมบัติเชิงพลวัตของของเหลวไอออนิกที่ซับซ้อน ทำให้การศึกษาของเหลวไอออนิกเป็นอิเล็กโทรไลต์ในระดับโมเลกุลมีความจำเป็นอย่างยิ่ง ในวิทยานิพนธ์นี้ ได้ใช้การจำลองเชิงพลศาสตร์เข้ามาศึกษาสมบัติเชิงโครงสร้าง และพลวัตของแบบจำลองตัวเก็บประจุยิ่งยวดที่มี 1-เอทิล-3-เมทิลอิมิดาโซเลียม บิส(ไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิล)อิไมด์ ([C2mim][NtF2]) เป็นอิเล็กโทรไลต์โดยใช้แกรไฟต์เป็นขั้วจำลองซึ่งได้ทำการจ่ายศักย์ไฟฟ้าคงที่ไปยังขั้วไฟฟ้า จากการจำลองพบว่าหลังจากอิเล็กโทรไลต์เข้าสู่สมดุลนั้นได้เกิดอัตลักษณ์ของการเรียงโมเลกุลที่มีลักษณะเป็นลายตารางหมากรุกเกือบทั้งเซลล์ เมื่อทำการจ่ายศักย์คงที่ การเรียงตัวลักษณะตารางหมากรุกปรากฏคงอยู่ที่ศักย์ไฟฟ้าค่าต่ำ (0.0 จนถึง 2.0 โวลต์) และเริ่มสูญเสียโครงสร้างการจัดเรียงหลังจาก 3.0 โวลต์ ซึ่งผลการวิเคราะห์การทำมุมของโครงสร้าง พบว่าการทำมุมของ [C2mim]+ จะเริ่มมีการเลือกทำมุมที่ชัดเจนขึ้นหลังจากให้ศักย์ไฟฟ้าไป 3.0 โวลต์ และยังพบว่าวงแหวนอิมิดาโซลของ [C2mim]+ วางตัวในในแนวขนานกับพื้นผิวหน้าขั้วแกรไฟต์ จากผลดังกล่าวจึงอนุมานได้ว่ามีการเกิดอันตรกิริยาแบบ π-π stacking ขึ้น ณ บริเวณหน้าขั้วบวก นอกจากนี้ พบอัตลักษณ์ข้อมูลของค่าฟังก์ชันการกระจายเชิงรัศมี (RDF) จากการแบ่งกลุ่มข้อมูลแบบเคมีนและการวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA)

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Piyarat Nimmanpipug

Role: Advisor

Created: 2023

Modified: 2567-01-17

Issued: 2023-12-09

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Chemistry

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	640531037.pdf	1.2 MB

ใช้เวลา

0.028716 วินาที