عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار ابرخازنی نانوکامپوزیت های کربنی/ اکسیدفلزات منگنز، کبالت و آهن با استفاده از تکنیک های الکتروشیمیایی بر پایه تبدیل فوریه سریع
- رشته تحصیلی
- شیمی-الکتروشیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6359;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77323;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6359;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77323
- تاریخ دفاع
- ۰۷ مهر ۱۳۹۵
- دانشجو
- حمیدرضا نادری
- استاد راهنما
- محمدرضا گنجعلی, پرویز نوروزی
- چکیده
- ابرخازن‌ها تجهیزات جدید در زمینه ذخیره انرژی هستند. این تجهیزات دارای ظرفیت مناسب، برگشتپذیری عالی، دانسیته توان بالا و طول عمربالا در طی چرخه‌های متوالی است. امروزه، رشد سریع تجهیزات الکترونیک قابل حمل و وسایل‌نقلیه الکتریکی، تقاضا برای تجهیزات ذخیره انرژی با دانسیته انرژی و توان بالا را افزایش داده است. از سویی،یکی از جنبه‌های مهم این تجهیزات که کمتر مورد توسعه قرار گرفته است، توانایی ذخیره انرژی و کنترل رها سازی آن در زمان مورد نیاز است. با توجه به موضوع فوق، ابرخازن‌ها می‌تواند پیشنهادی عالی برای حل این معضل باشد، و موضوعی جذاب برای تحقیقات به عنوان یک ذخیره کننده انرژی نوین به کار رود. این مزایا، ابرخازن‌ها را به عنوان گزینه ای برای تامین انرژی لوازم الکترونیک مصرفی و ذخیره کننده انرژی در سیستم‌ها مطرح می‌کند. از سویی ابرخازن‌ها در مقایسه با سایر تجهیزات ذخیره انرژی مثل باتری‌های ثانویه و پیل‌های سوختی، از دانسیته انرژی پایین رنج می‌برد. بنابراین، افزایش دانسیته انرژی ابرخازن‌ها یکی از اهداف تحقیقات در سالهای اخیر است. در این رساله بررسی رفتار ابرخازنینانوکامپوزیتها بر اساس مواد کربنی و نانو‌ساختارهای اکسیدفلزات پرداخته شده است. مواد کربنی استفاده شده شامل کربن بلک،گرافیت، نانولوله‌کربنی و ترکیبات گرافنی است، و اکسیدفلزات شامل دی‌اکسید‌منگنز، اکسید‌آهن، و اکسید‌کبالت است. نانوکامپوزیتها به روش سونوشیمیایی و هیدروترمال سنتز شده‌اند. ویژگیهای الکتروشیمیایی نانوکامپوزیتها توسط ولتامتری چرخهای، کرونوپتانسیومتری و طیف ایمپدانس الکتروشیمیایی بررسی شدند.خواص شیمیایی، فیزیکی وساختاری نانوکامپوزیتها به وسیله تکنیکهای پراش اشعه ایکس، طیفنگاریفتوالکترونیاشعه‌ایکس، طیف سنجی رامان، میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوریبررسی شده‌اند.این نانوکامپوزیتها نسبت به گزارش‌های مشابه در سالهای اخیر، دارای ظرفتابرخازنی بالاتر، برگشتپذیری عالی و عملکرد الکتروشیمیایی مناسب‌تر است. همچنین پایداری و طول عمر این الکترودها در طی 4000 چرخه ولتامتری به وسیله تکنیک ولتامتری چرخه ای پیوسته برپایه تبدیل فوریه سریع بررسی شد. که هر سه اکسید فلزیبا کامپوزیت شدن با مواد کربنی افزایش قابل توجه پایداری را از خود نشان دادند. همچنین از تکنیک ولتامتری چرخه ای پیوسته بر پایه تبدیل فوریه سریع برای بررسی رفتار شارژ و دشارژ متوالی الکترودها به شکل مجزا استفاده شد. در انتها این نانوکامپوزیت ها به عنوان مواد فعال با عملکرد بالا در ابرخازن ها معرفی می شود.
- Abstract
- Supercapacitors are new energy storage devices. These devices demonstrate suitable capacity, excellent reversibility, high power density, and long cycle life. resently, the fast growth of portable electronic devices and electric vehicles stimulates the increasing demand of the high energy storage resources. On the other hand, one of the less developed aspects of clean and efficient energy storage technology is ability to store high erelectrical energy and its controlled release when it is required. In this direction, supercapacitors can be considered as one of the most promising solution for those aims that have attracted great research interests as a new type of energy storage. These advantages make them highly promising candidate for consumer electronics, memory backups and energy storage/power systems. However, compared with other energy storage devices such as secondary batteries and fuel cells, supercapacitors suffer from low energy ensity. Therefore, increasing energy density of supercapacitors is one of the most active research fields in last several years.In this research, supercapacitive behaviour of the nanocomposite materials based on carbon materials and metal oxides are studied. Carbon materials are used including carbon black, graphite, carbon nanotube, and graphene compounds. Also, metals oxides are used including MnO2, Fe3O4, and Co3O4. The nanocomposites were prepared by a sonochemical and hydrothermal methods. The electrochemical supercapacitive performance of the nanocomposites were investigated by cyclic voltammetry, FFT Continuous cyclic voltammetry, chronopotentiometry, and electrochemical impedance spectroscopy. The structure and morphology of nanocomposites are characterized by X-ray diffraction, X-ray photoemission spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and Raman spectroscopy. Compared with other reports, this reserch displayed a very good supercapacitive performance including a high specific capacitance and potential cycling stability. As shown in the stability measurements, addition of the carbons incontent of metal oxide nanoparticles significantly increase the stability.
