اصلاح پارچه‌هاي كربني با استفاده از اكسيدها و هيدروكسيدهاي دوتايي و سه تايي منگنز، كبالت و سريم و بررسي خواص ابرخازني آنها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

دكتري

با افزايش تقاضا براي دستگاه‌هاي الكترونيكي قابل‌حمل و انعطاف‌پذير با چگالي انرژي و توان بالا، توسعه نسل بعدي دستگاه‌هاي ذخيره‌سازي انرژي سبك و انعطاف‌پذير، بسيار مهم است. ابر خازن‌هاي انعطاف‌پذير مبتني بر پارچه‌هاي كربني يكي از وسايل ذخيره انرژي اميدواركننده براي اين منظور است. در اين پژوهش، دركار اول، با استفاده از روش هيدروترمال، اكسيدهاي دوتايي منگنز- كبالت با درصد‌هاي مختلف بر روي سطح الياف پارچه كربني سنتز شد و در كار دوم، اصلاح سطح پارچه‌هاي كربني با استفاده از پوشش هاي دوتايي منگنز-سريم صورت گرفت. مورفولوژي، ساختار و حالت‌هاي اكسيد‌هاي سطحي تشكيل شده با استفاده از آزمون‌هاي مختلف شناسايي از جمله XPS ,XRD و FE-SEM مورد بررسي قرار گرفت. ويژگي‌هاي الكتروشيمي نمونه‌هاي تهيه شده در يك سيستم سه الكترودي مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان داد كه در كار اول نمونه Co -Mn/CC (حاوي 50 درصد كبالت و 50 درصد منگنز) از عملكرد بهتري نسبت به ساير نمونه‌ها برخوردار است به گونه اي كه ظرفيت ابرخازني، چگالي توان و چگالي انرژي بيشتري دارد. در ادامه يك ابرخازن متقارن واقعي، با استفاده از اين الكترود ساخته شد. نتايج مطالعات الكتروشيمي نشان داد كه ابر‌خازن ساخته شده از ظرفيت خازني mF/cm28/80 برخوردار بوده و همچنين پايداري خوبي را نشان داد به گونه‌اي كه پس از 10000 چرخه (ده هزار چرخه) شارژ-دشارژ متوالي بيش از 90 درصد ظرفيت خود را حفظ كرد. مشابه كار اول در كار دوم نيز نمونه Ce-Mn/CC حاوي (مقادير مساوي از منگنز و سريم) از عملكرد خازني بهتري نسبت به نمونه‌هاي تهيه شده برخوردار بود. ظرفيت ابرخازني، چگالي توان و چگالي انرژي بيشتري نسبت به ساير نمونه‌ها از خود نشان داد. ابرخازن دو الكترودي متقارن ساخته شده با اين الكترود نيز داراي ظرفيت خازني mF/cm233/43 و توانست پس از 10000 چرخه شارژ-دشارژ متوالي بيش از 80 درصد ظرفيت خود را حفظ كند. در كار سوم، اصلاح پارچه هاي كربني با استفاده از اكسيدهاي سه تايي منگنز- سريم- كبالت انجام شد. براي اين منظور چهار الكترود حاوي اكسيدهاي سه تايي با درصدهاي مختلف تهيه شد و نتايج آزمايش الكتروشيمي نشان داد كه نمونه سه تايي حاوي مقادير يكسان از سه تركيب، از بهترين عملكرد در مقايسه با ساير نمونه هاي سه تايي برخوردار است. همچنين عملكرد اين الكترود بهتر از الكترودهاي دوتايي مي باشد. در ادامه يك ابرخازن واقعي (دو الكترودي) انعطاف پذير، با استفاده از بهترين الكترود تهيه شد و رفتار خازني آن بررسي شد. مطالعات نشان داد كه ظرفيت خازني اين ابرخازن mF/cm2 2/164 كه حدود 1/2 برابر ابرخازن ساخته شده با الكترود دوتايي كبالت-منگنر و حدود 8/3 برابر ابرخازن ساخته شده دوتايي سريم- منگنز مي باشد. همچنين ابرخازن ساخته شده از انعطاف پذيري خوبي برخوردار بوده و توانست پس از 10000 سيكل بيش از 90 درصد ظرفيت خود را حفظ كند.

236131

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان