عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار ابرخازنی پلیمرهای هادی پلی آنیلین ، پلی پیرول و نانو کامپوزیت های آنها با استفاده از روش تبدیل فوریه سریع
- رشته تحصیلی
- شیمی-الکتروشیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5840;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71589
- تاریخ دفاع
- ۰۱ مهر ۱۳۹۴
- دانشجو
- جواد شعبانی شایه
- استاد راهنما
- محمدرضا گنجعلی, پرویز نوروزی
- چکیده
- امروزه تکنولوژی‌های ذخیره انرژی به سبب پیشرفت‌های علمی اخیر و نیاز مبرم صنایع به آنها بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در این میان خازن‌های الکتروشیمیایی به عنوان یک رقیب در کنار دیگر فن‌آوری‌ها مانند باتری‌ها و خازن‌های الکترولیتی مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این رساله به بررسی رفتار ابرخازنی نانو کامپوزیت‌های پلی آنیلین و پلی پیرول با استفاده از تکنیک‌های تبدیل فوریه سریع پرداخته شده است. تکنیک‌های تبدیل فوریه سریع به جهت کارایی‌های بالا و توامندی برجسته نسبت به دیگر تکنیک‌های الکتروشیمیایی توانسته است نتایج مناسبی برای مطالعه این ترکیبات ارائه دهد. در این رساله پلی آنیلین با استفاده از نانو ذرات اکسید منگنز و نانو ذرات گرافن اصلاح شده با نانو ذرات طلا به صورت کامپوزیت در آمده و رفتار ابرخازنی آنها مورد بررسی قرار گرفت. ظرفیت پلی آنیلین F/g190 محاسبه گردید در حالیکه ظرفیت الکترود کامپوزیتی برای نانو ذرات اکسید منگنز F/g509 و برای الکترود کامپوزیتی با نانو ذرات گرافن اصلاح شده با نانو ذرات طلا F/g 303 محاسبه گردید. علاوه بر این استفاده از این نانو ذرات در ساختار پلیمری پلی آنیلین سبب کاهش مقاومت سری معادل آنها گردید. پایداری الکترود‌ها در طی چرخه های متوالی طی مدت 20000 ثانیه مورد مطالعه قرار گرفت. درحالیکه الکترود پلی آنیلینی در این بازه زمانی %30 از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرده بود الکترودهای کامپوزیتی نانو ذرات گرافن اصلاح شده با نانو ذرات طلا و همچنین نانو ذرات اکسید منگنز توانسته بودند به ترتیب %80 و %90 ظرفیت اولیه خود را حفظ کنند. فرایند تشکیل فیلم پلیمری پلی آنیلین با استفاده از تکنیک ادمیتانس الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی‌ها نشان داد که با افزایش ضخامت فیلم های پلی آنیلینی از µm5/0 به µm12 میزان سایت‌های فعال الکترود پلیمری 3 برابر کاهش می‌یابد. علاوه بر این پلیمر پلی پیرول با استفاده از نانو ذرات اکسید گرافن به صورت کامپوزیت در آمد و با استفاده از تکنیک های تیدیل فوریه سریع مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از این نانوذرات سبب افزایش ظرفیت الکترود از F/g110 برای الکترود پلیمری به F/g 280برای الکترود کامپوزیتی رسیده است. علاوه بر این استفاده از این نانو ذرات اثری منفی بر پایداری الکترود کامپوزیتی نسبت به الکترود پلیمری نداشته است.
- Abstract
- Nowadays energy storage technologies have been attracted many researchers due to essential need of industries. Electrochemical capacitors as an Competitor for other technologies such as batteries and electrolytic capacitors is considered by researchers. In this thesis, supercapacitive behavior of Polyaniline (PANI) and Polypyrrole (Ppy) nanocomposites were studied using Fast Fourier Transform (FFT) techniques.FFT techniques due to high functionality and capabilities compare with common electrochemical techniques evaluated suitable results. In this thesis PANI was composited by manganese dioxide nanoparticles and modified graphene with Au nano particles for study their electrochemical features. Specific capacitance of PANI calculated 190 F/g whereas the specific capacitance of PANI/ MnO2 nano particle composite obtained 503 F/g. furthermore the specific capacitance of PANI / graphene/ Au nanoparticles calculated 303 F/g. Using these nanoparticles in the structure of PANI caused to decrease the equivalent series resistance of composite film.Stability of electrodes investigated through continues cycles for 20000s. PANI electrode could save just 30% of its initial capacitance whereas composite electrodes with MnO2 and graphene/ Au nanoparticles save their initial capacitance 90% and 80% respectively. Film formation of PANI studied by FFT admittance technique and the results show that by increasing the thickness of polymer film from 0.5 µm to 12 µm, number of active sites in electrode decreased three times. Furthermore Ppy composited by graphene oxide and studied using FFT techniques. Results show that the specific capacitance of composite electrode enhanced from 110 F/g for Ppy to 280 F/g for composite electrode. Using nanomaterial have not any negative effect on the stability of composite electrode.Keywords:Electrochemical capacitors, Polyaniline, Polypyrrole, Nanocomposites, Fast Fourier transform techniques, increase the capacity, increase the stability.
