27197

سنتز و بررسي خواص الكتروشيميايي ساختارهاي متخلخل اكسيد‌هاي مس به منظور كاربرد در ابرخازن

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد گرايش استخراج

1401

1401/06/29

دكتر سيد مرتضي مسعود پناه- دكتر محمد شيخ شاب بافقي

دكتر سميه اعلم الهدي

مهندسي مواد و متالورژي

امروزه ابزارهاي ذخيره انرژي الكتروشيميايي، جهت عبور از مشكلات زيست‌محيطي ناشي از مصرف سوخت‌هاي فسيلي، بهينه‌‌سازي مي‌شوند. ابرخازن‌ها به‌عنوان دستگاه‌هاي توان بالا مورد استفاده در صنعت انر‌ژي‌هاي قابل حمل، بسيار مورد توجه هستند. اكسيد فلزات انتقالي از متداول ترين مواد الكترودي در ابرخازن‌ها هستند. در ميان اكسيدهاي فلزات انتقالي، اكسيدهاي مس به‌دليل پايداري شيميايي بالا، هزينه كمتر و عملكرد الكتروشيميايي قابل توجه مخصوصا در حوزه كاربردهاي ذخيره انرژي، به‌عنوان ماده مهم در حوزه تكنولوژي مطرح مي‌شوند. روش سنتز احتراقي به دليل امكان دستيابي به محصول با ويژگي‌هاي كنترل شده، مقدار بهينه محصول توليدي و كارآمدي آن، جزو روش‌هاي محبوب در اين حوزه است. هدف اين پژوهش، توليد ساختارهاي متخلخل اكسيد مس به روش سنتز احتراق محلولي بوده است. تاثير نسبت سوخت توسط سوخت سيتريك اسيد و در نسبت مولي سوخت به نيترات مس 1:1 تا 5:1، در تحقيق حاضر مورد مطالعه قرار گرفت. در نسبت مولي 3:1 پودر كامپوزيتي با مورفولوژي متخلخل و مقادير 12درصد وزني فاز CuO و 88 درصد وزني فاز Cu2O بدست آمد كه منجر به نتايج الكتروشيميايي با ظرفيت ويژه قابل توجه 905 فاراد بر گرم در چگالي جريان 1 آمپر بر گرم شد. بررسي تاثير نوع سوخت در محصول در نسبت مولي سوخت به نيترات مس 3:1 و سوخت‌هاي سيتريك اسيد، گلايسين، لايسين، پلي وينيل پيروليدون و اوره انجام شد. بررسي ريزساختار محصولات، ذرات بالك با توزيع اندازه ذرات محدود در نمونه تهيه شده با سوخت گلايسين را نشان داد. عملكرد الكتروشيميايي برجسته اين نمونه شامل نرخ پذيري، ظرفيت ويژه 1480 فاراد بر گرم در چگالي جريان 1 آمپر بر گرم و هدايت الكتريكي بهتر نسبت به ساير نمونه‌ها توسط آناليز طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي، مشاهده شد. نمونه گلايسين در نهايت به دليل عملكرد بهينه و پتانسيل كار در محدوده مثبت، بعنوان الكترود مثبت يا كاتد در ابرخازن هيبريدي با الكترود منفي كربن فعال استفاده شده و به مقدار چگالي انرژي 5/4 وات‌ساعت بر كيلوگرم و چگالي توان 49/746 وات بر كيلوگرم را در چگالي جريان 1 آمپر بر گرم دست يافته شد.

1401/08/04

Synthesis and investigation of electrochemical properties of porous structures of copper oxides for use in supercapacitors

9/20/2023 12:00:00 AM

Nowadays, electrochemical energy storage devices are optimized to overcome the environmental problems caused by the consumption of fossil fuels. Supercapacitors are of great interest as high-power devices used in the portable energy industry. Transition metal oxides are one of the most common electrode materials in supercapacitors. Among the oxides of transition metals, copper oxides are considered an important material in the field of technology due to their high chemical stability, lower cost, and significant electrochemical performance, especially in the field of energy storage applications. The combustion synthesis method is among the popular methods in this field due to the possibility of obtaining a product with controlled characteristics, the optimal amount of the product produced, and its efficiency. The aim of this research was to produce copper oxide porous structures by the solution combustion synthesis method. The effect of fuel ratio by citric acid fuel and the molar ratio of fuel to copper nitrate from 1:1 to 5:1 was studied in this research. In a molar ratio of 3:1, a composite powder with porous morphology and 12 weight percent of CuO phase and 88 weight percent of Cu2O phase was obtained, which led to electrochemical results with a significant specific capacity of 905 F/g at a current density of 1 A/g. The effect of fuel type on the product was investigated in the molar ratio of fuel to copper nitrate 3:1 and citric acid, glycine, lysine, polyvinyl pyrrolidone, and urea fuels. Examining the microstructure of the products showed bulk particles with limited particle size distribution in the sample prepared with glycine fuel. The outstanding electrochemical performance of this sample, including rate sensitivity, the specific capacitance of 1480 F/g at a current density of 1 A/g, and better electrical conductivity than other samples was observed by electrochemical impedance spectroscopy analysis. The glycine sample was finally used as a positive electrode or cathode in a hybrid supercapacitor with an active carbon negative electrode due to its optimal performance and working potential in the positive range, with an energy density of 4.5 Wh/kg and a power density of 746.49 W/kg. was achieved at a current density of 1 ampere/g.

سنتز احتراق محلولي , ابرخازن , تاثير سوخت , اكسيد مس

solution combustion synthesis , supercapacitor , fuel type effect , copper oxide

mahrokh mamizadeh

Dr. Seyyed Morteza Masoudpanah -Dr. Mohammad sheikh shab Bafgi