بخشی از مقاله
چکیده
نانو میله های NiCo2O4 به روش هیدروترمال تهیه شدند. مشخصه یابی ماده ی فعال تهیه شده، توسط پراش اشعه - Xray - x ، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - - FE-SEMو آنالیز عنصری - EDAX - مورد بررسی قرار گرفت.نتایج آزمون مشخصه یابی نشان دادند که نیکل به صورت موفقیت آمیزی در داخل ساختار اسپینل اکسید کبالت قرار گرفته است. همچنین بررسی های میکروسکوپی نشان دهنده مورفولوژی نانو میله ای ماده ی فعال به دست آمده است که سطح ویژه بالایی را به منظور واکنش های الکتروشیمیایی جهت افزایش ظرفیت ذخیره سازی انرژی در اختیار قرار می دهد. عملکرد ذخیره سازی انرژی ماده ی فعال تهیه شده توسط ازمون های الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه ای و آزمون شارژ / تخلیه جریان ثابت در محلول 6مولار KOH در سل استاندارد Swagelok مورد بررسی قرار گرفت .ظرفیت خازنی نمونه 1624 ،1530 ،1321 ،1280، 880 F/g به ترتیب در چگالی جریان 2 ،3 ، 5 ،10 ، A/g 20بدست آمد.
مقدمه
کاهش ذخایر سوخت های فسیلی و اثرات نامطلوب سوزاندن سوخت های فسیلی برای انسان و محیط زیست سبب شده است که بطور افزایشی جهان به سمت توسعه انرژی پاک و پایدار حرکت کند. تبدیل انرژی طبیعی مانند باد، جزر و مد و انرژی خورشیدی می تواند مقدار زیادی از انرژی پاک و پایدار را تولید کند. ابرخازن ها، باتری ها، خازن های متداول معمولا به عنوان دستگاه های ذخیره سازی انرژی استفاده می شود.[1] در این میان ابرخازن ها به علت چگالی توان بالا، پایداری چرخه طولانی ، سرعت شارژ / تخلیه بالا و نقش پل زدن برای قدرت و انرژی بین باتری ها و خازن های دی الکتریک سنتی توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. امروزه ابرخازن ها کاربردهای گسترده ای به علت خواص منحصر به فرد و اندازه کوچک خود، دارند .
[2-6] ویژگی فیزیکی و شیمیایی مواد الکترود نقش مهمی در عملکرد د ستگاه های ذخیره سازی انرژی ایفا می کند .[7-8] مواد الکترود به طور کلی حاوی مواد کربنی ، پلیمرهای هادی و اکسیدهای فلزی انتقالی می باشد. مواد کربن به عنوان مواد ایده آل برای خازن های دو لایه الکتریکی در نظر گرفته می شوند زیرا دارای قیمت کم ، سطح ویژه بالا ، هدایت خوب و پایداری شیمیایی خوبی دارند در حالی که ظرفیت مخصوص کم آن ها بزرگترین ضعف انها است..[10-9] پلیمرهای هادی ظرفیت ویژه بالاتر و هدایت ذاتی عالی دارند.
با این حال ان ها پایداری سیکل کمی دارند به علت انقباض که طی پرو سه شارژ/ تخلیه رخ می دهد.[11-12]درمقای سه با کربن و مواد پلیمری ،اکسید فلزات انتقالی حالات اکسیداسیون متعددی دارند که می تواند ظرفیت ویژه بالاتر را به دلیل واکنش ردوکس سریع محیا کنند.[ 13 ]بعضی اکسیدهای فلزات واسطه از جمله ، اکسید روتنیوم [14 ] ،اکسید منگنز[15]، اکسید نیکل[16 ]و اکسید کبالت [17]به طور وسیعی به عنوان شبه خازن های امیدوار کننده مطالعه می شوند.
با این حال ، هدایت الکتریکی ذاتی کم در اک سیدهای فلزات وا سطه مانعی بر سر راه عملکرد الکتروشیمیایی به ویژه در نرخ های بالا است مگر اینکه در ترکیب با مواد رسانای خوب دیگر باشد. اکسید روتنیوم آبدار به دلیل برگشت پذیری ذاتی و هدایت بالا بهترین مواد برای کاربردهای ابر خازنی است اما دارای مشکلاتی از جمله قیمت بالا است .یکی از عوامل محدود کننده برای کاربردهای مقیاس بزرگ قیمت بالا وماهیت سمی ا ست به همین دلیل برای ساخت مواد الکترود موادی با قیمت کمتر ، سازگار با محیط زی ست وعملکرد الکتروشیمیایی بهتر جایگزین شدند.
مواد الکترود جدید مانند اکسید کبالت ، اکسید منگنز ، اکسید نیکل هستند که توجه زیادی را به علت قیمت کمتر ، فراوانی طبیعی ، هدایت الکتریکی بهتر و بالاتر و فعالیت الکتروشیمیایی بالاتر از به خود جلب کرده اند. امروزه نانو کریستال های اکسید کبالت توجه بسیار زیادی را برای کاربردهای خازن های الکتروشیمیایی با چگالی توان و انرژی بالا جلب کرده اند که دو ویژگی اساسی یک الکترود خوب می با شد.
امروزه محققان به منظور افزایش عملکرد الکترو شیمیایی از سی ستم های سه تای اک سید فلزات ماننداکسیدمنگنزنیکل[18]،اکسیدنیکل-کبالت[19]،اکسیدقلع آلومنیوم[20]،اکسیدمنگنزBنیکلBکبالت [21]،اکسید نیکلBکبالتBمس[22] ، اکسید منگنزBنیکلBمس [23]استفاده کردند، که کاربرد آن ها به دلیل ترکیب شدن سهم اکسایش /کاهش هر دو یون های فلزی است، بنابراین عملکردهای الکتروشیمیایی بهبود می یابد.اخیرا اسپینل نیکل کبالت به دلیل عملکرد الکتروشیمیایی بالا ، ظرفیت زیاد ، قیمت کم و دوستی با محیط زیست توجه زیادی را به خود جلب کرده است .[24]علاوه براین هدایت الکتریکی و خواص الکتروشیمیایی ا سپینل نیکل کبالت ب سیار بهتر از هرکدام از اجزای تکی اک سید کبالت واک سید نیکل می با شد .
[25]بنابراین نانو ساختارهای مختلفی شامل نانو لوله ، نانو صفحه ، نانو سوزن سنتز شده و مورد برر سی برای کاربردهای ابرخازنی قرار گرفته اند.[26]در همه نتایج خواص الکتروشیمیایی به سایزو شکل و مورفولوژی بسیار وابسته است [27] .در این کار نانو لوله های اکسید نیکل کبالت به طور موفقیت آمیزی به روش هیدروترمال سنتز شد و عملکرد الکتروشیمیایی الکترودهای نانو میله NiCo2O4 باسیکل ولتامتری ، تکنیک گالوانواستاتیک شارژ / تخلیه مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
اسپینل اکسید نیکل کبالت NiCo2O4 به روش هیدروترمال سنتز شد.1/5میلی مول نیترات کبالت ، 7/5 میلی مول اوره ، 3 میلی مول آمونیوم فلوراید و ./73 نیترات نیکل را در40میلی لیتر آب مخلوط شد و به مدت نیم ساعت بهم زده می شود. محلول به اتوکلاو 50 میلی متر انتقال داده می شود و در 120 درجه به مدت 4ساعت حرارت دهی شده سپس اجازه داده می شود تا دمای اتاق سرد شود متعاقبا محلول صورتی رنگی بدست می آید.ذرات در سوسپانسیون با استفاده از سانتریفیوژ رسوب داده می شود. پودر بدست امده از محلول با آب مقطر و اتانول چندین بار شسته می شود. در نهایت پودر بدست امده NiCo2O4 در دمای 80درجه به مدت 3ساعت خشک شده و در دمای 300 درجه به مدت 2ساعت در تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد.
آنالیز فازی اکسید نیکل کبالت با استفاده از دستگاه تفرق اشعه ایکس - - RigakuD/MAX2250 با منبع تابش با نرخ روبش min-12/4 انجام شد.مورفولوژی مواد فعال با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی - FE-SEM - ومیکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - بررسی شد. به منظور بررسی سطح ویژه ، قطر، حجم و توزیع سایز حفره های ماده از آزمون تخلخل سنجی جذب و واجذب - BET - استفاده شد.
%75درصد از پودر بدست آمده را همراه با %15 کربن اسیتیلنی به عنوان ماده ی هادی و %10 پلی وینیلیدین فلوراید - PVDF - به عنوان چسب وN متیل 2پیرولیدون - NMP - به عنوان حلال را مخلوط شده و دوغاب بدست امده بر روی فویل های دایره ای از جنس نیکل خالص به قطر 10میلی متر پوشش داده شده است. قبل از پوشش دهی بر روی فویل نیکل بایستی جرم بدون پوشش وزن شود. پس از پوشش دهی در دمای 60 درجه به مدت 8ساعت خشک شده و وزن شده و از جرم اولیه فویل نیکل کم می شوند و بدین ترتیب جرم پوشش بدست می آید.رنج جرم نمونه ها بین ./5 تا ./8 میلی گرم می باشد.
