13810

13810

مطالعه اثرات نقص ساختاري و استخلافات مختلفبر روي ظرفيت كوانتومي ابرخازن برپايه الكترود نانوصفحات گرافني با استفاده از محاسبات DFT

كارشناسي ارشد

شيمي - شيمي فيزيك

شهريورماه 1393

شهريورماه 1393

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

دكتر محمدصفي رحماني فر - دكتر شهرآرا افشار

چكيده ابرخازن¬ها وسيله¬هاي ذخيره انرژي الكتريكي محسوب مي¬شوند. مواد بر پايه گرافن مواد اميد بخشيبراي استفاده در الكترود ابرخازن¬ها هستند. الكترودهايپايه گرافني مزاياي بسياري دارند؛ در مقابل يك محدوديتبزرگ كه مانع از كاربردهاي گسترده و صنعتي¬شان شده، محدود بودن ظرفيت ويژه آن¬ها است. مشخص شده كه فاكتور محدود كننده در ظرفيت كل الكترودهاي بر پايه گرافن ظرفيت كوانتومي اين دسته از مواد است.در اين تحقيق سعي بر آن بوده كارايي مشتقات گرافن جهت استفاده در ابرخازن¬ها ارزيابي شود و راهكارهايي براي بهبود ابرخازن¬هاي موجود يا طراحي ابرخازن¬هاي جديدتر ارائه شود. ظرفيت¬هاي قابل انتظار از گرافن آلايش يافته با اتم¬هايبور و نيتروژن در حضور نقص¬هاي ساختاري ارزيابي شد. به¬طور كلي پيكربندي¬هاي تركيبي، ظرفيت به مراتب بيشتري نسبت به گرافن اوليه نشان دادند. تغييرات ظرفيت كوانتومي الكترود بر پايه گرافن بوسيله عامل¬دار كردن با گروه¬هاي عاملي تك¬والانسي و دووالانسي بررسيشد. نتايج نشان داد كه عامل¬دار كردن گرافن، ظرفيت كوانتوميوزني و در نتيجه آن بار ذخيره شده روي صفحات الكترود را نسبت به گرافن اوليه افزايش مي¬دهد. گروه¬هاي عامليتك¬والانسي رفتار متقارني را در ولتاژهاي اعمالي مثبت و منفي نشان مي¬دهند؛ آن¬ها تأثير چشمگيري بر ظرفيت كوانتومي، به¬خصوص در ميزان ولتاژهاي كوچك دارند. در مقابل، گروه¬هايعامليدووالانسي رفتار نامتقارني در ولتاژهاي اعمالي مثبت و منفينشان مي¬دهند وتأثير افزايشي آن¬ها بر ظرفيت كوانتوميدر ولتاژهايپايين تر از V6/0- چشمگيرتر است. استفاده از پيكربندي¬هاي تركيبي از نقص و عامل¬دار شدن، ظرفيت¬هايي به مراتب بيشتر از هر كدام از پيكربندي¬ها به تنهايي نشان مي¬دهد. براي ساخت الكترود ابرخازن از گرافن عامل¬دار شده، براي ولتاژهاي كوچك، گروه¬هاي عاملي تك¬والانسي و براي ولتاژهاي اعمالي بزرگتر، گروه-هاي عاملي دووالانسيپيشنهاد مي¬شود. به¬طور خلاصه بايد گفت با انتخاب هوشمندانه¬اي از تركيب نقص ساختاري و آلايش و عامل¬دار كردن مي¬توان ابرخازن¬هايي نامتقارن و با ظرفيت¬هاي بالا را طراحي و توليد كرد. واژه‌هاي كليدي:ابرخازن،ظرفيت كوانتومي، گرافن عامل¬دار شده، محاسبات .DFT