عنوان

بررسی میزان ذخیره سازی هیدروژن توسط پوشش سه لایه ای اکسید گرافن/ نیکل/ اکسید گرافن روی فوم نیکل

پ۲۵۵۱۹

per

بررسی میزان ذخیره سازی هیدروژن توسط پوشش سه لایه ای اکسید گرافن/ نیکل/ اکسید گرافن روی فوم نیکل

آیدا شجاعی نیا

مهندسی مکانیک

۱۴۰۰

۱۰۶ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

مهندسی مواد-گرایش شناسایی و انتخاب مواد

۱۴۰۰/۰۶/۱۷

در سال های اخیر با توجه به خواص منحصر به فرد اکسید گرافن استفاده از آن در کاربردهای ذخیره¬سازی هیدروژن مورد توجه واقع شده است. به منظور بررسی میزان جذب هیدروژن، پوششی سه لایه از GO/Ni/GO روی فوم نیکل با استفاده از آبکاری الکتریکی و پوشش¬دهی الکتروفورتیک بر روی فوم نیکل اعمال می¬شود. فوم نیکل به دلیل دارا بودن نسبت استحکام به وزن بالا، نسبت سطح به حجم بسیار بالا و توانایی انتقال جریان که سبب بهبود جذب هیدروژن می شود، مورد استفاده قرار می¬گیرد. ابتدا روی فوم نیکل یک لایه اکسید گرافن از طریق روش رسوب دهی الکتروفورتیک (EPD) اعمال کرده، سپس یک لایه نیکل از طریق آبکاری الکتریکی و مجددا یک لایه اکسید گرافن از طریق EPD اعمال کرده تا پوشش لایه¬ای به دست آید. اکسید گرافن با استفاده از روش هامرز بهبود یافته سنتز شده و از طریق فرآیند پوشش¬دهی الکتروفورتیک برروی زیرلایه اعمال می¬شود. در این روش از فوم نیکل به عنوان آند، فولاد زنگ نزن 316 به عنوان کاتد و اتانول به عنوان الکترولیت استفاده می¬شود. پوشش¬دهی در مدت زمان¬های 1 و 2 ساعت و با اعمال ولتاژهای 40، 60 و 80 ولت انجام می¬شود. با استفاده از فرآیند آبکاری الکتریکی نیکل برروی زیرلایه اعمال می¬شود که در آن از زیرلایه به عنوان کاتد و فولاد زنگ نزن 316 به عنوان آند استفاده می¬شود. حمام آبکاری نیز به حمام وات معروف است. مجموعه آنالیزها برای بررسی سنتز اکسید گرافن و پوشش سه لایه، شامل روش¬های: پراش اشعه ایکس (XRD) جهت شناسایی فازها، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی مورفولوژی نمونه، طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) به منظور مشخص کردن گونه¬های ترکیبی، پراکندگی نور دینامیکی (DLS) به منظور تجزیه و تحلیل اندازه ذرات و پتانسیل زتا، رامان (RAMAN) در راستای شناسایی نقص در اکسید گرافن است. همچنین آنالیزهای الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه¬ای (CV)، باردهی– تخلیه گالوانواستات (GCD) جهت بررسی میزان جذب هیدروژن و در نهایت آنالیز طیف ¬سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) با هدف بررسی رفتار الکتروشیمیایی سطح پوشش استفاده شد. از تحلیل و بررسی نتیجه¬ آنالیزهای انجام شده اکسید گرافن دارای پتانسیل زتا برابر با mv1/15- و اندازه¬ی ذراتnm 8/45 است. نتایج SEM حاصل از پوشش، لایه¬ای بودن پوشش و آنالیز FT-IR گروه¬های عاملی مربوط به اکسید گرافن شامل کربونیل، کربوکسیل، هیدروکسید و نیکل شامل هیدروکسید نیکل را نشان می¬دهد. فوم نیکل بدون پوشش دارای ظرفیت ذخیره¬سازی F/g-1 88 و مقاومت انتقال بار Ω 260 است. پوشش سه لایه تهیه شده در زمان 2 ساعت و ولتاژ 60 ولت با ظرفیت F/g-1 741 و مقاومت انتقال بار Ω 35 بیش¬ترین میزان ذخیره¬سازی هیدروژن را به دلیل افزایش میزان سطح ویژه و تخلخل در مقایسه با سایر نمونه¬ها دارد.

In recent years, graphene oxide due to its unique properties used for hydrogen storage applications.To investigate the rate of hydrogen adsorption, a three-layer coating of GO/Ni/GO is applied to nickel foam using electroplating and electrophoretic coating has been considered. This compound is more suitable for hydrogen storage than other compounds. Nickel foam is used due to its high strength-weight ratio, very high surface-volume ratio, and the ability to transfer current, which improves hydrogen uptake. First, a layer of graphene oxide was applied to the nickel foam by electrophoretic deposition (EPD), then a layer of nickel applied by electroplating and again a layer of graphene oxide by EPD to obtain a coating. Graphene oxide is synthesized using the modified Hammerʼs method and applied to the substrate through an electrophoretic coating process. In this method, nickel foam is used as an anode, 316 stainless steel as a cathode and ethanol as an electrolyte. Coating is done in 1 and 2 hours by applying voltages of 40, 60 and 80 volts. In electroplating process, nickel is applied to the substrate, in which the substrate is used as a cathode and 316 stainless steel is used as an anode. The plating bath is also known as the watts bath. A set of analyzes to study the synthesis of graphene oxide and three-layer coating, including methods: X-ray diffraction (XRD) to identify phases, scanning electron microscopy (SEM) to examine the morphology of the sample, infrared spectroscopy (FTIR) to identify composite species, Dynamic Light Scattering (DLS) to analyze particle size and zeta potential, RAMAN is used to detect graphene oxide defects. Also, cyclic voltammetric (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD) electrochemical analyzes were used to investigate the amount of hydrogen adsorption and finally electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to investigate the electrochemical behavior of the coating surface.From the results of performed analyzes, graphene oxide had a zeta potential equal to -15.1 mv and a particle size of 45.8 nm and had a layered structure. The SEM results of the coating show that the coating is layered and the FT-IR analysis shows graphene oxide functional groups including carbonyl, carboxyl, hydroxide and nickel including nickel hydroxide. Uncoated nickel foam has a storage capacity of 88 F/g-1 and a load transfer resistance of 260 Ω. Three-layer coating prepared in 2 hours and a voltage of 60 volts with a capacity of 741 F/g-1 and a load transfer resistance of 35 Ω with the highest amount of hydrogen storage due to increased specific surface area and porosity compared to other samples

Evaluation of hydrogen storage by three-layer coating of graphene oxide / nickel / graphene oxide on nickel foam

شجاعی نیا

‏ آیدا

تهيه کننده

‏همدانی

‏آقاجانی

‏حسینی

محمدتقی

‏ حسین

‏ ممیرقاسم

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

‏ تبریز