14739

سنتز هيدروكسيدهاي دوگانه لايه‌اي چندفلزي اصلاح شده بر پايه نيكل و كاربرد آن در ابرخازن‌ها

1403

دكتر فرانك منطقي

در سال‌هاي اخير، افزايش تقاضا براي منابع انرژي تجديدپذير و سامانه‌هاي ذخيره‌سازي انرژي با كارايي بالا، موجب شده تا توسعه ابرخازن‌ها به‌عنوان يكي از مهم‌ترين دستگاه‌هاي ذخيره‌سازي انرژي الكتروشيميايي مورد توجه قرار گيرد. در اين ميان، مواد نانوساختار به‌ويژه هيدروكسيدهاي دوگانه لايه‌اي (LDHs) به دليل ساختار لايه‌اي منظم، قابليت تنظيم تركيب شيميايي، تبادل يوني بالا و ظرفيت شبه خازني مناسب، كانديداي مطلوبي براي استفاده در الكترودهاي ابرخازن‌ها محسوب مي‌شوند. هدف اين تحقيق، بررسي و سنتز ساختارهاي LDH چندفلزي بر پايه نيكل و اصلاح ساختاري آن‌ها باهدف بهبود ويژگي‌هاي الكتروشيميايي نظير ظرفيت ويژه، پايداري چرخه‌اي و رسانايي الكتريكي است. در اين راستا، ابتدا به معرفي مفاهيم بنيادي مرتبط با ابرخازن‌ها و ساختار LDHها پرداخته شده و سپس روش‌هاي مختلف سنتز از جمله هم رسوبي، هيدروترمال، بازسازي و روش‌هاي الكتروشيميايي مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين تأثير نوع فلزات دوظرفيتي و سه‌ظرفيتي در ساختار، نوع آنيون‌هاي بين لايه‌اي، و اثرريخت شناسي نانوساختار بر عملكرد نهايي الكترود تحليل گرديده است. يكي از نوآوري‌هاي اين پژوهش، استفاده از تركيبات نيكل - كبالت - منگنز و نيكل - آهن به همراه اصلاح با نانوساختارهاي رسانا مانند گرافن و نانولوله‌هاي كربني است كه منجر به بهبود قابل‌توجه در ظرفيت ويژه و پايداري سيكلي شده است. نتايج حاصل از آناليزهاي ساختاري (XRD، FTIR، SEM) و تست‌هاي الكتروشيميايي (CV ، GCD و EIS) نشان مي‌دهند كه استفاده از ساختارهاي هتروژن متخلخل و اصلاح‌شده مي‌تواند ظرفيت ويژه را تا بيش از 1500 فاراد بر گرم افزايش دهد و در بيش از 5000 چرخه، تنها كاهش اندكي در عملكرد مشاهده گردد. در نهايت، اين پژوهش چشم‌اندازهاي روشني را براي توسعه نسل جديدي از مواد الكترودي بر پايه LDH هاي نيكل دار در كاربردهاي ذخيره‌سازي انرژي فراهم مي‌سازد و پيشنهادهايي براي ادامه تحقيق در زمينه بهينه‌سازي ساختارهاي نانويي و استفاده از روش‌هاي سبز در سنتز ارائه مي‌دهد.

5/3/2025 12:00:00 AM

86783

1404/03/08