لايه نشاني مستقيم نانو كامپوزيت‌هاي الكتروشيميايي بر روي الكترودهاي ابرخازن، بدون استفاده از چسب‌هاي نارسانا (آلي) با هدف كاهش جرم مرده و بهبود عملكرد انرژي و توان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

دكتري

در اين رساله از اكسيدها و هيدروكسيدهاي فلزي، مواد كربني، پليمرهاي هادي، و فلزات واسطه به عنوان كامپوزيت¬هاي سنتز شده در ابرخازن¬ها به منظور افزايش دانسيته¬ي انرژي با حفظ دانسيته¬ي توان آن¬ها استفاده شد. كامپوزيت¬ها بصورت درجا روي الكترود¬ها سنتز شدند، داراي ويژه¬گي¬هايي از جمله ساختارمتخلخل، ديواره¬هاي نانومتري كه منجر به افزايش مكان¬هاي فعال، مسير نفوذ الكتروليت كم، واكنش¬هاي ردوكس سريع و پنجره پتانسيل وسيع بودند. در بخش اول اين رساله، نانوذرات ZnFe2O3 روي نانوصفحه¬هايMoS2@rGO گل مانند سنتز شد. الكترود ساخته شده با اين كامپوزيت به عنوان قطب مثبت و كربن فعال به عنوان قطب منفي براي ساخت ابرخازن نامتقارن مورد استفاده قرار گرفت، ابرخازن ساخته شده ظرفيت ويژه 3078 فاراد برگرم، دانسيته¬ي انرژي 57 وات ساعت بركيلوگرم، دانسيته توان 687 وات بر كيلوگرم و پايداري چرخه¬اي 88 درصد بعد از 4000 سيكل را نشان داد. در بخش دوم اين رساله، گرافن اكسيد عامل دار شده با نانولوله¬هاي توخالي پلي آنيلين(PANI)، به عنوان بستري براي هسته زايي و رشد چارچوب فلز – آلي نيكل(Ni-MOF) مورد استفاده قرار گرفت. نانولوله¬هاي پلي آنيلين باعث افزايش رسانايي و هدايت الكتريكي Ni-MOF گرديد. ظرفيت ويژه ابرخازن نامتقارن ساخته شده با اين الكترود( Ni-MOF@PANI-GO 592 كولن بر گرم، دانسيته¬ي توان 74 وات ساعت بركيلوگرم و دانسيته¬ي انرژي 849 وات بر كيلوگرم مي¬باشد. حفظ 78 درصد از ظرفيت اوليه پس از 20 برابر افزايش در دانسيته جريان نشان از قابليت سرعت پذيري خوب نانومواد سنتز شده مي باشد. براي ايجاد ساختارهايي با رسانايي بالاتر و پايدارتر ساختارهاي چند لايه¬اي و ساختارهاي سه فلزي با استفاده از روش سنتز مستقيم مورد توجه قرار گرفت. اين ساختارها چگالي انرژي و توان بالايي ايجاد و مقرون به صرفه براي تجاري شدن مي¬باشند. در بخش سوم رساله، يك ساختار دو لايه¬اي چند فلزي(FeSe2@CuFeS2) سنتزشد. مورفولوژي مناسب اين ساختار باعث انتشار سريع الكتروليت، مساحت سطح فعال بالا و رسانايي بالا شده كه ابرخازن هيبريدي ساخته شده با اين نانوكامپوزيت ظرفيت ويژه 423 فاراد بر گرم، دانسيته ي انرژي 152 وات ساعت بر كيلوگرم، دانسيته ي توان 1607 وات بر كيلوگرم و پايداري چرخه¬اي 91 درصد بعد از 3000 سيكل را از خود نشان داد. در بخش چهارم رساله، نانوكامپوزيتي متشكل از منگنز دي ‌اكسيد (MnO₂) و چارچوب فلز - آلي (Ni-CoMOFs) سنتز شد. نانوگل‌هاي MOF به ‌عنوان يك ساختار متخلخل و داراي سطح ويژه بالا، امكان جذب و ذخيره بيشتر يون‌ها را فراهم مي‌كنند، در حالي كه MnO₂ به‌ عنوان يك بستر رسانا، هدايت الكتريكي را بهبود مي‌بخشد و پايداري مكانيكي سامانه را افزايش مي‌دهد. هم ‌افزايي ميان MnO₂ و MOF در اين كامپوزيت، باعث دستيابي به ظرفيت ذخيره‌سازي انرژي بالا، رسانايي الكتريكي مطلوب و پايداري چرخه‌اي مي¬شود. ظرفيت ويژه 1400 فاراد برگرم و پايداري چرخه‌اي 89 درصد بعد از 4000 سيكل را از خود نشان مي¬دهد.

236145

تجزيه

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان