title: Εργαστηριακή διερεύνηση της δυνατότητας αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας σε τσιμεντοκονιάματα με την προσθήκη ζεολίθων
Creators: name: Γκουτζου Αλεξανδρα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ανάπτυξη τσιμεντοκονιαμάτων με πρόσθετο υλικό το βιομηχανικό πέτρωμα του ζεολίθου, με σκοπό τον προσδιορισμό δυνατότητας αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας και μίας πιθανής χρήσης δομικών υλικών ως υλικά αποθήκευσης ενέργειας. Το τσιμέντο τύπου CEM II/B-M (P-LL) 42.5N, η λατομική άμμος, ο ζεόλιθος και τα πλέγματα που χρησιμοποιήθηκαν ως ηλεκτρόδια, αγοράστηκαν από το εμπόριο. Ο ζεόλιθος υπέστη διαδικασίες λειοτρίβησης, κοσκίνισης (-75μm) και έγινε προσδιορισμός της χημικής και ορυκτολογικής του σύστασης, ενώ μια ποσότητα του κοσκινισμένου κλάσματος ενεργοποιήθηκε σε διάλυμα νιτρικού αμμωνίου (NH4ΝΟ3). Οι κύριες κρυσταλλικές φάσεις του ζεόλιθου που προσδιορίστηκαν ήταν ο κλινοπτιλόλιθος και ο ευλανδίτης. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε εν ξηρώ ανάμειξη των υλικών και δημιουργήθηκαν τρεις συνθέσεις κατάλληλες για παραγωγή τσιμεντοκονιαμάτων. Η σύνθεση αναφοράς (REF) αποτελούμενη από 20% τσιμέντο και 80% λατομική άμμο (κ.β.), η σύνθεση NAZ, όπου υποκαταστάθηκε το 20% του τσιμέντου από τον ζεόλιθο και η σύνθεση ΑΖΑΝ όπου υποκαταστάθηκε το 20% του τσιμέντου από τον ενεργοποιημένο με NH4ΝΟ3 ζεόλιθο. Για τις συνθέσεις REF και ΑΖΑΝ χρησιμοποιήθηκε λόγος νερού προς τσιμέντο στα 0.5, ενώ για την σύνθεση ΝΑΖ επιλέχθηκε στα 0.58, κατά την διαδικασία ανάμιξης για την εξασφάλιση της απαιτούμενης εργασιμότητας του νωπού μίγματος. Η μορφοποίηση των δοκιμίων έγινε με χύτευση σε τρίδυμη κυβική μήτρα, με διαστάσεις κυψέλης 5cm x 5cm x 5cm, με τμηματική χύτευση τοποθετώντας τέσσερα ηλεκτρόδια σε κάθε δοκίμιο τα οποία σε ζεύγη απείχαν 4mm, 8mm και 16mm. Τα δοκίμια μετά την αποκαλούπωση τοποθετήθηκαν σε θάλαμο ωρίμανσης και πραγματοποιήθηκε  σειρά μετρήσεων υγρασίας, κυκλικής βολταμετρίας (Cyclic Voltammetry ή CV) και προσδιορισμού της σύνθετης ηλεκτροχημικής αντίστασης με τη αντίστοιχη μέθοδο (Electrical Impedance Spectroscopy ή EIS). Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στις προκαθορισμένες ημέρες που ορίζονται από το πρότυπο για την παρακολούθηση τσιμεντοκονιαμάτων εντός και εκτός θαλάμου ωρίμανσης. Από τις μετρήσεις CV και EIS φάνηκε ότι καθοριστικό ρόλο στην ηλεκτροχημική συμπεριφορά των δοκιμίων διαδραματίζει η περιεχόμενη υγρασία και ο χρόνος ωρίμανσης. Με βάση τα διαγράμματα κυκλικής βολταμετρίας προέκυψε ότι το ηλεκτροχημικό σύστημα που μελετήθηκε συμπεριφέρεται ως ένας μη ιδανικός ηλεκτροχημικός πυκνωτής διπλής στοιβάδας (Electrical Double Layer Capacitor). Με βάση τη μορφή των διαγραμμάτων CV και EIS επιλέχθηκε το ηλεκτροχημικό μοντέλο Randles ως το πλέον κατάλληλο για τον προσδιορισμό των ηλεκτροχημικών παραμέτρων του συστήματος (αντιστάσεις Rs,  Rp και χωρητικότητα Cdl).  Από την ανάλυση των αποτελεσμάτων προέκυψε ότι η προσθήκη ζεόλιθου στα συμβατικά τσιμεντοκονιάματα επιτρέπει την διατήρηση της χωρητικής τους συμπεριφοράς και μετά την ωρίμανση τους. Τα δοκίμια των συνθέσεων ΑΖΑΝ και NAZ στις 58 ημέρες είχαν πολύ  μεγαλύτερη χωρητικότητα (130 και 170 mF/m2 αντίστοιχα) από εκείνη του δοκιμίου της σύνθεσης REF (0.2 mF/m2). Η τιμή αυτή καθιστά τα τσιμεντοκονιάματα με προσθήκη ζεολίθου ως υλικά που παρουσιάζουν ενδιαφέρον για περαιτέρω έρευνα σε εφαρμογές αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας.