Моделирование двойного электрического слоя на границе металл-электролит в рамках теории самосогласованного поля

Основная цель данного исследования — разработать модель, охватывающую все основные аспекты современной теории двойного электрического слоя на границе раздела электрод-электролит, позволяющую рассчитывать дифференциальную электрическую емкость. Предложен метод расчета дифференциальной емкости путем решения модифицированного уравнения Пуассона-Больцмана, которое получается как уравнение Эйлера-Лагранжа большого термодинамического потенциала пространственно-неоднородного раствора электролита как функционала от электростатического потенциала и концентраций частиц (ионов и молекул воды). Этот подход направлен на аппроксимацию экспериментальных данных, найденных в литературе, по дифференциальной емкости двойного электрического слоя в электролитической системе без учета химических ион-электродных взаимодействий и их последующего предсказания за пределами области аппроксимации. Теоретическая модель учитывает короткодействующие специфические взаимодействия частиц системы, короткодействующее отталкивание частиц от поверхности электрода, гидратацию ионов с помощью учета диэлектрических декрементов и радиусов гидратации, учитывает полярный растворитель - воду (диэлектрическое насыщение), а также стерические взаимодействия частиц. Этот комплексный подход не только позволяет сократить ресурсо- и времязатраты на проведение сложных экспериментальных измерений дифференциальной электрической ёмкости, но также способствует пониманию и использованию моделей двойного электрического слоя в практически важных физических систуациях. Модель потенциально может быть полезна инжерерам-электрохимикам в разработке суперконденсаторов и других электрохимических устройств хранения энергии. В данном исследовании основное внимание уделяется электролитам, в которых можно пренебречь специфической адсорбцией ионов на поверхности электрода. В качестве нового физико-хиического результата можно выделить исследование влияния характера короткодействуюших взаимодействий ион-вода на профиль дифференциальной электрической ёмкости. Подход может рассматриваться как основа для последующего моделирования электролитных систем на реальных электродах, где существенны эффекты химических взаимодействий ион-электрод.