عنوان پایان‌نامه
کاربرد گرافن عامل دار شده و کامپوزیت آن با نانو ساختارهای اکسید فلزی به عنوان الکترودهای با عملکرد بالا برای ابر خازن ها
- رشته تحصیلی
- شیمی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5795;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70411;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5795;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70411
- تاریخ دفاع
- ۱۴ مهر ۱۳۹۴
- دانشجو
- حبـیب قلی پوررنجبر
- استاد راهنما
- محمدرضا گنجعلی, پرویز نوروزی
- چکیده
- در این مطالعه به منظور فائق آمدن به مشکل انباشته شدن صفحات گرافن و متعاقب آن بهبود چگالی انرژی ابرخازن های گرافنی، ایروژل گرافن نیتروژن دار با استفاده از اتصال دهنده ی جانبیِ پارافنیلن دی آمین سنتز و همچنین کامپوزیت آن با نانو ساختارهای اکسید منگنز و اکسیدآهن تهیه شد و رفتار ابرخازنی آنها مورد بررسی قرار گرفت.ایروژل گرافن نیتروژن دار با نسبت های وزنی 1 به 1، 2 به 1 و 3 به 1 از پارافنیلن دی آمین به گرافن اکسید سنتز شد تا اثر مقدار پارافنیلن دی آمین به عنوان اتصال دهنده ی جانبی بر رفتار ابرخازنی آنها مورد بررسی قرار گیرد. ایروژل با نسبت وزنی 2 به 1 از اتصال دهنده به گرافن اکسید، بیشترین ظرفیت (F/g 385 در A/g1 ) و چگالی انرژی(53.5 Wh/kg) را نشان داد در حالی که ایروژل گرافن نیتروژن دار سنتز شده با نسبت1 به1 و 3 به1 از اتصال دهنده به گرافن اکسید در همین سرعت دشارژ دارای ظرفیتF/g 293 وF/g 353 بودند. ایروژل با نسبت وزنی 2 به 1 طول عمر چرخه ای بالاتری هم نشان داد به طوری که بعد از 5000 سیکل %25 افزایش ظرفیت نشان داد در حالی که ایروژل با نسبت وزنی 1 به 1 و ایروژل با نسبت وزنی 3 به 1 به ترتیب 6 % و2% افت ظرفیت داشتند. بررسی های الکتروشیمیایی نشان دادند که مقدار اتصال دهنده ی جانبی اثر بسیار قابل توجهی بر رفتار ابرخازنی ایروژل گرافن نیتروژن دار دارد و برای رسیدن به بهترین عملکرد باید مقدار اتصال دهنده جانبی بهینه شود. کامپوزیت های ایروژل گرافن نیتروژن دار بهینه با نانو ذرات MnO2 و Fe2O3 سنتز شدند. کامپوزیت ایروژل گرافن نیتروژن دار با نانو ذرات در مقایسه با کامپوزیت هایی که در آنها اتصال دهنده ی جانبی بکار نرفته بود رفتار ابرخازنی بهبود یافته ای نشان دادند. کامپوزیت ایروژل بهینه با MnO2 ظرفیت F/g 350 در A/g 1 و چگالی انرژی Wh/kg 124و کامپوزیت ایروژل بهینه با Fe2O3 ظرفیت F/g 455 در A/g 1 و چگالی انرژی Wh/kg 2/63 نشان داد.
- Abstract
- In this study to overcome restacking of graphene sheets and improve energy density of graphene-based supercapacitors, nitrogen-doped graphene aerogel and its composites with nanostructured manganese oxide and iron oxide was synthesized and their supercapacitive performance was evaluated.Nitrogen-doped graphene aerogel samples were synthesized with 1:1, 2:1 and 3:1 weight ratio of p-phenylenediamine/graphene oxide to investigate the effect of p-phenylenediamine`s amount as a cross-linker on the supercapacitive performance of nitrogen-doped graphene aerogel. The aerogel with the ratio of 2:1 exhibited outstanding specific capacitance of 385 F g-1 at a discharge current density of 1 A g-1 and exceptionally high cyclic stability (25 % increase in specific capacitance after 5000 cycle) this is while the aerogel with the ratio of 1:1 and 3:1 exhibited 293 F/g and 353 F/g at the same current density and 6% and 2 % capacitance loss after 5000 cycles. Electrochemical investigations proved that the amount of cross-linker has considerable impact on the supercapacitive behavior of nitrogen-doped graphene aerogel, so it must be optimized to fabricate graphene aerogel with improved performance. The composite of optimized aerogel, with nanostructured MnO2 and Fe2O3 was synthesized. These composite showed enhanced supercapacitive performance compared with the composites without cross-linker. Nitrogen-doped graphene aerogel/MnO2 composite exhibited specific capacitance of 350 F/g at 1A/g and energy density of 124Wh/kg. Nitrogen-doped graphene aerogel /Fe2O3 composite exhibited specific capacitance of 445 F/g at 1A/g and energy density of 63.2 Wh/kg. Keywords: Supercapacitor, Nitrogen-doped graphene aerogel, p-phenylenediamine, cross-linker, manganese oxide, iron oxide
