Supercomputer HPC: Applications

Układy termoelektryczne wykorzystujące ciecze jonowe i rozpuszczone w nich układy redoks mogą być wykorzystywane jako urządzenia Peltiera, a więc zamiast tradycyjnych półprzewodników opartych o materiały wykonane z ciała stałego. Rozwiązanie to jest możliwe w przypadku wykorzystania dodatkowo technologii opartej o zastosowanie polimerów osadzanych na cieczach w sposób ultradokładny z zachowaniem kształtu kropli, co jednocześnie umożliwia miniaturyzację poszczególnych celek galwanicznych i całego urządzenia typu konwertera Peltiera. Ciecze jonowe składają się najczęściej z kationów organicznych i anionów zawierających jony metalu. Natomiast układy redoks składają się najczęściej z niedużych jonów łatwo przyjmujących i oddających elektrony. Niedawno obliczono (wyniki niepublikowane) iż wartości standardowych potencjałów redoks jonów układów redoks podawane względem elektrody wodorowej mają wartości blisko 0 V. Jednak okazało się również, że obliczone potencjały redoks kationów cieczy jonowych są tylko nieznacznie niższe i prawdopodobne jest iż również one biorą udział w procesach wymiany elektronowej w celkach galwanicznych zawierających ciecze jonowe i jony układów redoks. Ponadto, niedawno odkryto że zawiesina nanocząstek ferromagnetycznych w rozpuszczalnikach organicznych wywołuje efekt Sorreta i generuje efekt Seebecka, przy czym współczynnik Seebecka wynosi aż około 10^{-5} V/K czyli aż o około rząd wielkości więcej niż w przypadku cieczy jonowych czy też tradycyjnych półprzewodników opartych o tellurek bizmutu.
Wykorzystanie więc nanocząstek ferromagnetycznych w układach cieczy jonowych może okazać się bardzo efektywną metodą zwiększenia odzysku ciepła i jego zamiany w energię elektryczną. Jednak mechanizm działania celek termoelektrochemicznych opartych o ciecze jonowe, wydaje się być bardzo złożony, gdyż kationy niektórych cieczy jonowych mogą brać udział w procesach reakcji redox. Na przykład, kationy pirydyniowe są, jak się wstępnie wydaje, wyjątkowo pod tym względem aktywne. W pracy należy wyznaczyć potencjały redox kationów pirydyniowych i porównać je z potencjałami dla innych, wyznaczonych już, kationów cieczy jonowych oraz z potencjałami typowych par redox rozpuszczanych w cieczach jonowych.

W zadaniach obliczeniowych należy uzyskać struktury podstawionych pirydyn i wyliczyć dla nich standardowe potencjały redoks wykorzystując schemat Borna-Habera. Obliczenia należy prowadzić metodami kwantowymi wykorzystując odpowiednie oprogramowanie typu: Gamess, Gaussian, Mopac, Molden umożliwiające badanie struktury elektronowej w procesach chemicznych.