بخشی از مقاله
چکیده
در این کار، یک ابرخازن هیبریدي با کارایی بالا با استفاده از کامپوزیت نانوذره-گرافن آئروژل اصلاح شده ساخته میشود. ویژگیهاي ساختاري این کامپوزیت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار میگیرد. همچنین عملکرد ابرخازنی این کامپوزیت با روشهاي مختلف الکتروشیمیایی مانند ولتامتري چرخهاي و شارژ-دشارژ گالوانواستاتیک ارزیابی میشود. از روش ولتامتري چرخهاي پیوسته براي بررسی پایداري ابرخازن استفاده میشود.
حداکثر ظرفیت ویژه محاسبه شده براي این ابرخازن با استفاده از روشهاي ولتامتري چرخهاي - در سرعت - 0.005 V s-1 و شارژ- دشارژ - در دانسیته جریان - 0.5 A g -1 به ترتیب 365 F. g-1 و F. g-1 376.2 میباشد. ابرخازن ساخته شده پایداري عالی را نشان میدهد. بر طبق نتایج این نوع کامپوزیت انتخاب مناسبی براي بهبود عملکرد و پایداري ابرخازن میباشد.
کلمات کلیدي ابرخازن هیبریدي، گرافن آئروژل اصلاح شده، نانوذره اکسید فلزي
مقدمه
در سالهاي اخیر به علت کاهش در منابع تجدیدناپذیر انرژي، وسایل دخیره کننده انرژي، بویژه خازنهاي الکتروشیمیایی و باتريها توجه زیادي را به خود جلب کردهاند. یک خازن الکتروشیمیایی یا ابرخازن یک دستگاه ذخیرهسازي انرژي الکتروشیمیایی است که کاربردهاي مختلفی در وسایل الکتریکی، سیستمهاي حافظه و تلفن همراه دارد . بسته به مکانیزم ذخیرهسازي انرژي، سه نوع ابرخازن وجود دارد .خازن دو لایه الکتریکی ، شبه خازن و خازن هیبریدي. درEDLC ، الکترودها از مواد کربنی ساخته میشود، اما در شبه خازن، از پلیمرهاي هادي، اکسیدهاي فلزي و همچنین اکسیدهاي فلز واسطه استفاده میشود.
خازن هیبریدي ترکیبی از شبه خازن EDLC است که خواص هر دو نوع خازن را شامل میشود و نشان میدهد دانسیته توان بالاتر و دانسیته انرژي بیشتري در مقایسه با EDLC همراه با بهبود در پایداري سیکلها، ظرفیت خازنی و تکرارپذیري نتایج . از عوامل موثر بر عملکرد ابرخازنها میتوان به ماهیت و نوع مواد استفاده شده درساخت الکترود اشاره کرد. استفاده از کامپوزیتهاي ساخته شده از مواد مختلف یک استراتژي مهم در ساخت ابرخازنهاست، زیرا هر ماده در کامپوزیت میتواند بر روي کاهش اندازه ذرات، ایجاد تخلخل، افزایش مساحت سطح، محلهاي فعال، انتقال بار و همچنین گسترش پنجره پتانسیل و بهبود پایداري ابرخازن اثر بگذارد.
از مهمترین مواد استفاده شده در ساخت الکترود در ساختارهاي ابرخازن میتوان به نانولوله هاي کربنی، پلیمرهاي رسانا، گرافن و اکسیدهاي فلزي اشاره کرد. در این میان، ساختارهاي سه بعدي گرافن - فوم، آئروژلها - به علت مساحت سطح بالا، انتقال الکترون سریع، هدایت الکتریکی بالا و پایداري مناسب در نتیجه کاهش خواص تجمع ورقههاي گرافن کاربردهاي زیادي نشان میدهند . در این کار یک ابرخازن با استفاده از یک کامپوزیت نانوذره گرافن آئروژل اصلاح شده - APN - ساخته شد. بررسیهاي ساختاري کامپوزیت و اندازهگیريهاي الکتروشیمیایی براي تایید عملکرد ابرخازن انجام شد. نتایج، عملکرد مناسب این کامپوزیت را در ساخت یک ابرخازن با ظرفیت بالا و پایداري مناسب تایید میکنند.
روش کار
در این کارپس ازساخت گرافن اکسید، با استفاده از مولکولهاي پارا فنیلن دي آمین یک ترکیب نانوذره سریم اکسید گرافن آئروژل اصلاح شده بوسیله یک واکنش هیدروترمال ساده تهیه شد. الکترود کار با مخلوط کردن مواد سنتز شده، گرافیت، استیلن سیاه و پلی تترا فلئورو ساخته شد. اندازهگیريهاي الکتروشیمیایی در یک محلول الکترولیت 6 مولار پتاسیم هیدروکسید انجام شد.
بالاترین ظرفیت ویژه براي APN نسبت داده میشود به ساختار با تخلخل بالا که سطح وسیعی را براي مواد الکترود فراهم میکند و دسترسی به الکترولیت را راحت تر میسازد و در نهایت منجر میشود به افزایش انتقال بار. یکی دیگر از پارامترهاي مهم براي ارزیابی عملکرد خازنها، بررسی پایداري است. پایداري الکترود نانو کامپوزیت APN بررسی شد با روش ولتامتري چرخهاي پیوسته براي تعداد زیادي از سیکلهاي ولتامتري چرچهاي مداوم - 4000 سیکل - در محلول الکترولیت KOH در سرعت اسکن فقط نشان میدهد کاهش 8.6٪ در ظرفیت ویژه پس از 4000 سیکل مداوم.
