بررسي و ساخت ابرخازن ھاي بر پايه مواد كربني با كارائي بالا به عنوان ذخيره كننده انرژي

كارشناسي ارشد

در سال هاي اخير استفاده از سيستم هاي ذخيره ي انرژي مانند انواع باتري ها، پيل هاي سوخت ، خازن هاي الكتروشيميايي در كاربردهايي از قبيل سيستم هاي حمل و نقل و سيستم هاي قابل حمل گسترش يافته است.با توجه به نياز و تقاضاي روز افزون بشر براي استفاده از انرژي، استفاده از ادوات با چگالي انرژي و توان بيشتر، هزينه هاي توليد كمتر و طول عمر بالاتر امري ضروري است. خازن هاي الكتروشيميايي كه يكي از انواع ادوات ذخيره كننده ي انرژي الكتروشيميايي محسوب مي شوند، نسبت به خازن هاي معمول داراي ظرفيت ذخيره ي انرژي بالاتر و نسبت به باتري ها، از چگالي توان بالاتري برخوردار هستند. اين خازن ها با ويژگيهاي منحصر به فردي مانند سرعت بالاي شارژ و دشارژ، تعداد چرخه هاي شارژ و دشارژ بيشتر و نيز دماي كاري گسترده، در كاربردهايي مثل خودروهاي الكتريكي و هيبريدي، وسايل حمل ونقل هوايي، صنعت الكترونيكي و نيز در شبكه هاي هوشمند به كار گرفته مي شوند. در اين پايان نامه با استفاده از روش هاي شيميايي و نيز لايه نشان بخار فيزيكي(PECVD) انواع الكترودهاي بر پايه ي مواد كربني از قبيل نانو لوله هاي كربن و صفحات گرافن بر روي بسترهاي استيل تهيه شده است.جهت تهيه ي الكترود گرافن، در ابتدا گرافن اكسايد به روش اصلاح شده ي هامرز تهيه شد. محلول گرافن اكسايد به روش حرارت به گرافن تبديل گرديد. به منظور اطمينان از دستيابي به صفحات گرافن طيف رامان از ماده ي حاصله گرفته شد؛ وجود دو باندD در 1−cm1312 و باندG در 1−cm1584 كه به ترتيب به نقص و پراش مرتبه اول مدE2g ورق هاي گرافن مربوط است، دستيابي به اين ماده را اثبات نمود. الكترودهاي گرافن به روش دوغابي بر روي جمع كننده جريان استيل تهيه شدند. براي تهيه ي الكترود از جنس نانولوله هاي كربن از دو روش استفاده شد. در روش اول الكترودهاي بر پايه نانولوله هاي كربن به روش دوغابي بر روي جمع كننده جريان استيل تهيه شد. در روش دوم از روش لايه نشان بخار فيزيكي براي رشد نانولوله هاي كربن بر روي بستر استيل استفاده شد و پارامترهاي موثر در رشد نانولوله ها بهينه گرديدند. نانولوله هاي رشد داده شده با استفاده از تكنيك هايXRD رامان و تصاويرSEM مورد شناسايي قرار گرفتند و رشد وخلوص آنها اثبات گرديد. در ادامه، آزمايش هاي الكتروشيميايي شامل ولتامتري چرخه اي و تست هاي شارژو دشارژ گالوانواستاتيكي بر روي الكترودهاي ساخته شده از صفحات گرافن و نانولوله هاي كربن انجام شد.نتايج آزمايش هاي الكتروشيميايي نشان داد كه الكترود ساخته شده از رشد نانولوله هاي كربن بر روي بستر استيل داراي ظرفيتmF/g 16000 بود در حالي كه ظرفيت الكترود ساخته شده از گرافنmF/g 330 و براي الكترود ساخته شده از نانولوله هاي كربن به روش دوغابيmF/g 250 است. در نهايت، ولتاموگرام هاي مستطيل شكل بدست آمده از ولتامتري چرخه اي در سرعت هاي روبش مختلف براي الكترود ساخته شده ازرشد فيزيكي نانولوله هاي كربن بر روي بستر استيل نشان دادند كه رفتار خازني اين الكترود ايده آل بوده و موادالكتروفعال در روي سطح الكترود پايدار هستند.

195022

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر زينب سنايي

افزاره‌هاي ميكرو و نانوالكترونيك

دكتر جواد ياوند حسني