عنوان

سنتز، شناسایی و بررسی الکتروشیمیایی نانوکامپوزیت های آلوتروپ های کربن / پلی آنیلین / انواع اکسیدهای فلزات واسطه برای کاربرد در ابرخازن های هیبریدی

‭۱۸۷۶۶پ‬

per

سنتز، شناسایی و بررسی الکتروشیمیایی نانوکامپوزیت های آلوتروپ های کربن / پلی آنیلین / انواع اکسیدهای فلزات واسطه برای کاربرد در ابرخازن های هیبریدی

/الهام شهریاری قلعه لر

: شیمی

، ‮‭۱۳۹۶‬

، افشاری

چاپی

دکتری

الکتروشیمی

‮‭۱۳۹۶/۱۰/۱۹‬

تبریز

اهداف اصلی این کار تحقیقاتی تولید انواع نانوکامپوزیت های بر پایه مواد کربنی، اکسید منگنز و اکسید روتنیوم و پلی آنیلین در راستای افزایش ظرفیت ویژه، پایداری چرخه ای، دانسیته توان و انرژی بوده است .نانوکامپوزیت های تهیه شده با بهره گیری از انواع تکنیک های شناسایی نظیر‮‭SEM - FE‬، ‮‭TEM‬ ، ‮‭XRD‬ ، ‮‭XPS‬ ، ‮‭FTIR‬ و ‮‭TGA‬ مورد مطالعه قرار گرفتند و سپس مطالعات الکتروشیمیایی و ابرخازنی آن ها بررسی گردید .بدین منظور در بخش اول این کار پژوهشی از مخلوط اکسید گرافن ‮‭(GO)‬ و نانولوله های کربنی ‮‭(MWCNT)‬ بعنوان بستری برای ترسیب نانوذرات ‮‭MnO۲‬ استفاده شد و سپس تاثیر پلی آنیلین در بهبود رفتار ابرخازنی آن مورد مطالعه قرار گرفت .غلظت آنیلین بعنوان یک عامل تاثیرگذار در رفتار ابرخازنی است که در قسمت دیگری از این کار مورد بررسی قرار گرفت .پس از انتخاب غلظت بهینه آنیلین، تاثیر کیتوسان در رفتار الکتروشیمیایی این ترکیبات نیز مورد مطالعه قرار گرفت .نتایج حاصل از مطالعات الکتروشیمیایی سه الکترودی در این بخش بیانگر عملکرد بهتر ترکیب‮‭MWCNT - GO‬همراه با کیتوسان، ‮‭MnO۲‬ و پلی آنیلین‮‭PANI) -MnO۲-GM- (CS‬بود .بررسی رفتار ابرخازنی ‮‭RuO۲‬ بعنوان بخش دیگری از این کار پژوهشی بود که که همراه با مخلوط ‮‭GO‬ و‮‭MWCNT‬ ، اکسید گرافن احیا شده و پلی آنیلین مورد مطالعه قرار گرفت .نتایج نشان داد که استفاده همزمان از اکسید گرافن احیا شده بهمراه پلی آنیلین باعث بهبود رفتار ابرخازنی نانوذرات ‮‭RuO۲‬ شد .در قسمت دیگر این پژوهش، رفتار نمونه های بهینه در سل ابرخازن متقارن در الکترولیت های آبی ‮‭Na۲SO۴‬ و ‮‭H۲SO۴‬ بررسی شد .پنجره پتانسیل الکتروشیمیایی بعنوان یک عامل مهم در افزایش دانسیته انرژی و توان سل ابرخازنی است .در همین راستا رفتار سل های ابرخازنی متقارن بر پایه ترکیبات بهینه‮‭PANI)-MnO۲-GM- (CS‬،‮‭RuO۲) -MWCNT- (RGO‬و‮‭PANI) -RuO۲-MWCNT- (RGO‬در دو نوع مایع یونی‮‭۱‬ -هگزیل-‮‭۳‬-متیل-ایمیدازولیوم و‮‭۱‬ -هگزیل-‮‭۴‬-متیل پیریدینیوم در حلال پروپیلن کربنات مورد مطالعه قرار گرفت .بواسطه پنجره پتانسیلی وسیع مایع یونی‮‭۱‬-هگزیل-‮‭۴‬-متیل پیریدینیوم نسبت به‮‭۱‬ -هگزیل-‮‭۳‬-متیل-ایمیدازولیوم در پروپیلن کربنات، بیشترین دانسیته انرژی و توان برای این ابرخازن ها در این مایع یونی بدست آمد .در نهایت بمنظور ارزیابی ساخت ابرخازن در اشل صنعتی و استفاده فناورانه از آن ترکیب اکسید گرافن-پلی آنیلین با روش بسیار ساده و ارزان قیمتی بر روی کاغذ ‮‭A۴‬ قرار گرفت و رفتار آن در سل ابرخازنی واقعی و همراه با الکترولیت حالت ژل‮‭H۲SO۴ - PVA‬بررسی گردید .حداکثر ظرفیت ویژه، دانسیته توان و انرژی بدست آمده برای این ابرخازن بترتیب‮‭۱۵۰- Fg‬ ‮‭۱‬،‮‭۶/ ۲۶۵۶ - W kg‬ ‮‭۱‬و‮‭۷/ ۱۴ - Wh kg‬ ‮‭۱‬است که قابل ارائه در مقیاس صنعتی می باشد

The main objectives of this research are to prepare different nanocomposites based on the carbonous materials, manganese and ruthenium oxides and polyaniline in order to increase the specific capacitance, cycle staibility, power and energy density of them. The prepared nanocomposites were characterized with different techniques such as FE-SEM, TEM, XRD, XPS, FT-IR and TGA and then their electrochemical and supercapacitive studies were investigated. In the first part of this research, graphene oxide (GO) and multiwalled carbon nanotube (MWCNT) were used as matrix for the precipitation of MnO2 nano particles and then the effect of polyaniline on the supercapacitive behavior of it was studied. The concentration of aniline is an effective factor on the supercapacitive behavior which was studied in the next part of this work. After obtaining the optimal concentration of aniline, the effect of chitosan on the electrochemical performance of these samples was studied. The electrochemical results in three electrode system expressed the better performance of CS-GM-MnO2-PANI. Studying the supercapacitive behavior of RuO2 with graphene oxide (GO) and multiwalled carbon nanotubes (MWCNT), Reducing graphene oxide (RGO) and polyaniline was another part of this research work. The results showed that simultaneous use of RGO and polyaniline has improved the supercapacitive behavior of RuO2 nano particles.In another prt of this study, the electrochemical behavior of the optimum samples was investigated in symmetric supercapacitor cell in two electrolytes of Na2SO4 and H2SO4. Electrochemical potential window is a key factor in increment of the energy and power density of the supercapacitor cell. For this purpose, the behavior of the symmetric supercapacitor cells based on the optimum samples (CS-GM-MnO2-PANI), (RGO-MWCNT-RuO2) and (RGO-MWCNT-RuO2-PANI) was studied in 2 ionic liquid solutions of 1-hexyl-3-methylimidazolium and 1-hexyl-4-methyl-pyridinuim in propylene carbonat (as solvent). Due to the wide potential window of 1-hexyl-4-methyl-pyridinuim in propylene carbonat, the highest energy and power density was obtained for these supercapacitors in this ionic liquid. Finally, for the purpose of evaluating the production of supercapacitor in industrial mode and using it technologically, the sample of GO-polyaniline was produced on A4 paper via a very simple and inexpensive method and its behavior was investigated in supercapacitor cell with PVA-H2SO4 as a gel electrolyte. The high specific capacitance, power and energy density of 150 F g-1, 2656.6 W kg-1 and 14.7 Wh kg-1 was obtained, respectively which can be offered on an industrial scale

شهریاری قلعه لر،الهام

حسینی، میر قاسم، استاد راهنما

اشعثی، حبیب، استاد مشاور

نجار، رضا، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی