Investıgatıon of lıthıum salts-nonıonıc surfactant lyotropıc lıquıd crystallıne mesophases ın a dye sensıtızed solar cell as gel electrolytes

Sıvı kristaller, kimyada en çok araştırılan ve kullanılan maddelerden bir tanesidir. Sıvı kristallerin özellikleri bu maddeleri araştırmayı ve çeşitli elektrokimyasal uygulamalarda kullanmayı da ilginç kılmaktadır. Bu amaçla, LiI, LiCl, LiBr, ve LiNO3 gibi lityum tuzları iyonik olmayan yüzey aktif maddeler yardımıyla liyotropik sıvı kristal (LSK) mezofazları oluşturmak için birleştirilebilir, ve çeşitli uygulamalarda jel elektrolit olarak kullanılabilir. Bu çalışmada, diğer lityum tuzlarının (LiCl, LiBr, ve LiNO3) ekli olduğu ve olmadığı, lityum iyodürün LSK mezofazları 10-lauril eter (C12H25(CH2CH2O)10OH; C12EO10 olarak da ifade edilebilir) kullanılarak hazırlandı. Bu numuneler, FT-IR (Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi), Raman spektroskopisi, XRD (X-ışını kırınımı), POM (polarize optik mikroskopisi), ve alternatif akım iletkenlik ölçümleri kullanılarak karakterize edildi. Ayrıca, LiI/I2 redoks çifti iyonik olmayan yüzey aktif maddeler yardımıyla LSK mezofazında hazırlandı, ve yine yukarıda bahsedilen teknikler kullanılarak karakterize edildi. Bu mezofazlar hem belirli oranlarda tuz ve yüzey aktif maddeyi karıştırıp, az miktarda su eklenerek jel olarak; hem de fazla miktarda çözücü (su, etanol, ya da asetonitril) eklenerek çözelti olarak hazırlanabilir. Çözelti olarak hazırlanan numunelerin fazla miktarda olan çözücüleri buharlaştıktan sonra LSK mezofazlarını oluşturdukları görüldü. Numunelerin jel ya da çözelti olarak hazırlanmaları farketmeksizin, havayla etkileşime girdiklerinde son kalan su miktarlarının aynı olduğu görüldü. Numunelerin içinde bulunan su miktarlarının; tuz miktarına ve ortamdaki neme bağlı olduğu görüldü; ve yapılan ölçümler sonucunda su/tuz stokiyometrik oranı 3.0 olarak hesaplandı. Bu su miktarı, kullanılan lityum tuzlarını sulu ortamda çözmek için gerekli olan su miktarından çok daha azdır; ve anyonların Hofmeister serisini izler. Kullanılan tuzlar içinde en çok su tutanı LiCl olmakla birlikte, yapının içindeki su miktarının sıralaması LiCl > LiBr > LiI > LiNO3 şeklinde olmasına rağmen iletkenlik sonuçlarının LiNO3 > LiCl > LiBr > LiI sıralamasını izlediği görüldü. Numunelere lityum iyodür tuz miktarının onda biri kadar I2 eklemek oluşturulan mezofazların özelliklerini değiştirmemektedir. Ayrıca, tuz ve su miktarları arttıkça iletkenliğin de arttığı gözlemlenmiştir. Bunun dışında, oluşturulan mezofazların geniş bir sıcaklık aralığında ve çok uzun süre kararlı olduğu söylenebilir. Son olarak, oluşturulan LiI/I2 mezofazlar boya duyarlı güneş hücrelerinde jel elektrolik olarak kullanıldı. Farklı oranlarda birçok numune hazırlandı, ve en iyi sonuç verenin LiI/I2 oranının 10 olduğu numuneler olduğu gözlemlendi. 1:0.1, 2:0.2, 3:0.3, 4:0.4, ve 5:0.5 şeklinde hazırlanan numuneler içinde de en iyi verimin 2:0.2 numunesine ait olduğu görüldü. Bu numuneler boya duyarlı güneş hücrelerinde test edildi. Bu güneş hücreleri yapılırken N719 kodlu boya, TiO2 kaplanmış anot, ve Pt kaplanmış katot kullanıldı. Fakat, jel elektrolit olarak hazırlanan numunelerin, titanyum dioksitin yapısında bulunan gözeneklerin içine girmesi çok zor olduğundan verimlerin de düşük olduğu görüldü. Bu sorunu çözmek için, bu numuneler çözelti olarak hazırlanıp o şekilde test edildi. Çözücü olarak su, etanol, ve asetonitril denendi, ve en iyi sonucun etanol ile olduğu görüldü. Ayrıca başta kullanılan TiO2 prosedürü değiştirilerek optimal hale getirildi. Boya duyarlı güneş hücrelerinde jel elektrolitler kullanıldığında alınan verim 0.2 %, ve doluluk oranı 0.50 olarak hesaplandı. Su bazlı sistemde çalışıldığı için voltaj değerleri diğer çalışmalara göre daha düşük çıkmaktadır. Fakat, jel elektrolitteki bazı problemleri çözmek amacıyla fazla miktarda etanol kullanılarak çözelti şeklinde hazırlanan elektrolitlerle 3.33% verim, 0.6 V voltaj, ve 9.58 mA/cm2 akım elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Liyotropik Sıvı Kristal, Mezofaz, Güneş Hücresi, Jel Elektrolit, Redoks Çifti, Lityum Tuzları