16129

16129

بررسي ظرفيت دولايه الكتريكي (EDL) در ابرخازن ساخته شده با الكترود كامپوزيت پلي پيرول با نانو صفحات گرافن در محيط آبي به روش ديناميك مولكولي

كارشناسي ارشد

شيمي فيزيك

اسفند ماه 1393

اسفند ماه 1393

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

دكتر محمد صفي رحماني فر - دكتر زهرا خدادادي

شيمي

چكيده ابرخازن¬ها ابزارهاي آينده براي ذخيره سازي انرژي الكتريكي با توان بالا محسوب مي¬شوند. افزايش ظرفيت در ابرخازن¬ها نسبت به خازن¬هاي معمولي ناشي از ظرفيت دولايه الكتريكي تشكيل شده روي الكترود است. در اين پايان نامه ظرفيت دولايه الكتريكي در ابرخازن¬هاي متشكل از صفحات گرافني داراي پيوند كوالانسي با پليمر هادي پلي¬پيرول در حضور مايع يوني با تمركز بر اثر افزايش طول زنجيره پليمري بر اين ظرفيت به روش شبيه¬سازي ديناميك مولكولي بررسي شده است. بدين منظور پنج طول مختلف از پليمر در چگالي بارهاي سطحي 0، 10، 20 و C/cm240 مورد مطالعه قرار گرفتند. ميدان الكتريكي ناشي از بار سطحي الكترود و يون¬هاي مايع يوني طبق قانون گاوس محاسبه و پتانسيل الكتريكي ناشي از آن بين دو الكترود محاسبه شدند. نتايج محاسبات نشان مي¬دهد با اضافه شدن پليمر به سطح الكترود پتانسيل الكتريكي به ازاي بار مشخص كاهش مي¬يابد كه نشان دهنده افزايش ظرفيت ابرخازن است. اثر افزايشي ظرفيت دولايه الكتريكي پس از زنجيره 3 واحدي پليمري ميزان رشد كمتري را نشان مي¬دهد. همچنين ظرفيت كوانتمي صفحات گرافني متصل به پليمر پلي¬پيرول به روش تئوري تابعيت چگالي بررسي شد. نتايج محاسبات افزايش قابل ملاحظه¬اي در ظرفيت كوانتمي ويژه سيستم را نشان مي¬دهد. واژه‌هاي كليدي: شبيه سازي ديناميك مولكولي، ابرخازن، پلي پيرول، ظرفيت دولايه الكتريكي

1395/09/24

Abstract: In this paper, supercapacitors composed of graphene sheets covalently bonded to conductive polymers of polypyrole is studied. The focus of our work is on the effect arising from increasing the length of polymer chain in the electric double layer. To approach this aim we have studied 5 different polymer lengthes individualy by molecular dynamics simulations. Each simulation box contained two graphene sheets in it’s two opposite sides an​d filled with the ionic liquid [BMIM][PF6] with an average density of 1.33 g/cm2. We have also quallitativly studied the microstructures formed near the charged surfaces of electrode. Our survey reveals that by increasing the suface charge from 10 to 20 to 40 C/cm2, the electrolyte molecules become more packed in response to surface charge. Also the increase of chain length causes to electric double layer voltage to increase with results higher electric double layer capacitance for longer polymer chains. After reaching the polymer length of 3 the plot of capacitance vs number of monomers becomes less steep meaing that the system is reaching an optimal chain length. Keywords: supercapacitor, electric double layer capacitance, polypyrole, molecular dynamics