31185

سنتز مواد پايه فسفيد كبالت (CoMP, M=Mn, Ni) براي كاربرد در ابرخازن

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

1400

1403/06/24

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه و دكتر محمد شيخ شاب بافقي

-

دانشكده مهندسي مواد و متالورژي

ابرخازن‌ها به دليل داشتن ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد مانند چگالي توان و پايداري چرخه‌اي بالا، در سال¬هاي اخير موردتوجه بسياري قرارگرفته‌اند. عملكرد ابرخازن‌ها تا حد زيادي تحت تأثير الكترود آن‌ها است. در اين پژوهش از روش‌هاي مختلف براي مقايسه ويژگي‌هاي ساختاري، ريزساختاري و الكتروشيميايي الكترودهاي عاري از چسب مورد استفاده در ابرخازن‌ها استفاده‌شده است. سنتز مواد اوليه بر روي بستر فوم نيكل (NF) به طريق روش درجا و هيدروترمال و بدون استفاده از چسب انجام گرفت. در اين مرحله، ابتدا هيدروكسيدهاي لايه‌اي دوگانه (LDH) و هيدروكسيد لايه‌اي سه‌گانه (LTH)، بر روي بستر فوم نيكل سنتز شدند. در مرحله بعدي براي فسفيداسيون از روش لايه نشاني شيميايي بخار (CVD) استفاده شد. نتايج XRD نشان¬دهنده فاز هيدروكسي كربنات كبالت براي نمونه¬هاي LTH و LDH بوده و فاز فسفيد كبالت براي نمونه هاي فسفيدي است. تصاوير SEM نشان¬دهنده¬ي ريخت¬شناسي ورقه‌اي براي الكترودهاي دوفلزي و ريخت¬شناسي ميله¬اي براي الكترودهاي سه‌فلزي است. تركيب شيميايي و حالات اكسايش نمونه‌ پودري CoNiMnP با استفاده از آزمون XPS مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. تغييرات ايجادشده در انرژي اتصال عناصر، كه شامل بار مثبت جزئي فلزات (Co، Mn و Ni) و بار منفي جزئي فسفر موجود در نمونه است، نشان‌دهنده انتقال چگالي الكترون از فلزات به فسفر است. بهترين عملكرد الكتروشيميايي متناظر با الكترود CoNiMnP/NF بوده كه داراي ظرفيت ويژه g-1 F 2546 در چگالي جريان A g-1 1 است. اين عملكرد به ريخت¬شناسي يك‌بعدي و مساحت ويژه بالاي فسفيد سه‌فلزي الكترود CoNiMnP/NF نسبت داده مي‌شود. الكترود CoNiMnP/NF داراي مساحت سطح ويژه m2 g-1 6/7 و با رفتار نوع باتري است. براي ساخت خازن واقعي از كربن فعال (AC) به‌عنوان آند استفاده شد. خازن CoNiMnP//AC داراي چگالي انرژيWh kg-1 4/35 در چگالي توان W kg-1 1400 است. اين خازن پايداري خوبي از خود نشان داده و 100% ظرفيت اوليه خود را پس از 1900 چرخه و بهره‌وري كولومبيك 100% بعد از 2400 چرخه در چگالي جريان A g-1 5 حفظ مي‌كند.

1403/07/01

Synthesis of cobalt phosphide base materials (CoMP, M=Mn, Ni) for supercapacitor

9/14/2025 12:00:00 AM

Supercapacitors have recently gained significant attention due to their unique properties, such as high power density and long cycle life. The performance of supercapacitors is largely influenced by their electrodes. In this research, various methods were employed to compare the structural, microstructural, and electrochemical characteristics of binder-free electrodes used in supercapacitors. The synthesis of raw materials was carried out on a nickel foam (NF) substrate using in-situ and hydrothermal methods without the use of a binder. Initially, layered double hydroxides (LDH) and layered triple hydroxides (LTH) were synthesized on the nickel foam substrate. In the subsequent step, chemical vapor deposition (CVD) was utilized for phosphidation. SEM images revealed a sheet-like morphology for the bimetallic electrodes and a rod-like morphology for the trimetallic electrodes. The chemical composition and oxidation states of the CoNiMnP powder sample were analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Observed changes in the binding energy of elements indicate the partial positive charges of the metals (Co, Mn, and Ni) and the partial negative charge of phosphorus, suggesting a transfer of electron density from the metals to phosphorus. The CoNiMnP/NF electrode demonstrated the best electrochemical performance, achieving a specific capacitance of 2546 F g⁻¹ at a current density of 1 A g⁻¹. This superior performance can be attributed to the one-dimensional morphology and high specific surface area of the trimetallic phosphide CoNiMnP/NF electrode, which has a specific surface area of 6.7 m2 g-1 and exhibits battery-type behavior. Activated carbon (AC) was utilized as the anode to construct the practical capacitor. The CoNiMnP//AC capacitor exhibited an impressive energy density of 35.4 Wh kg⁻¹ and a power density of 1400 W kg⁻¹. Furthermore, this capacitor demonstrated good stability, retaining 100% of its initial capacity after 1900 cycles and maintaining 100% coulombic efficiency after 2400 cycles at a current density of 1 A g-1.

CoNiMnP , ابرخازن , نانو ميله , فسفيد , LDH , LTH

CoNiMnP , supercapacitor , nanorod , phosphide , LDH , LTH

Mohammad Hossein Sepahdar

Dr. Seyed Morteza Masoudpanah and Dr. Mohammad Sheikh Shab Bafghi