26614

بررسي ساختار،ريزساختار و خواص الكتروشيميايي نانوذرات CoFe2O4 به منظور كاربرد در ابرخازن

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1398

1401/3/9

محمد شيخ شاب بافقي - مرتضي مسعود پناه

مهندسي مواد و متالورژي

فريت كبالت به علت ويژگي‌هاي منحصر به فرد، همچون هدايت الكتريكي خوب، خاصيت مغناطيسي، ارزان بودن، در دسترس بودن، سميت كم و داشتن خاصيت الكتروشيميايي كاربردهاي بسياري از جمله به عنوان ماده الكترودي در ابرخازن‌ها را دارد. در اين پژوهش نانوذرات مغناطيسي CoFe2O4 با استفاده از روش سنتز احتراق محلولي و روش هيدروترمال توليد شدند. روش‌هاي سنتز احتراق محلولي و هيدروترمال به علت كم هزينه بودن و ايجاد مورفولوژي مناسب براي توليد ماده فعال ابرخازن‌ها مناسب هستند. روش سنتز احتراقي محلولي با استفاده از نيترات‌هاي فلزي به عنوان پيش‌ساز و گلايسين، سيتريك‌اسيد و اوره به عنوان سوخت در نسبت متفاوت سوخت به اكسنده 5/0 و 1 و 5/1 تهيه شدند. نانوذرات CoFe2O4 در روش سنتز هيدروترمال با استفاده از پيش ساز كلريدي و مخلوطي از حلال‌هاي آب و اتيلن‌گليكول تهيه شدند. پارامترهاي مورد بررسي در اين پژوهش استفاده از سه نوع سوخت مختلف و تغيير نسبت سوخت به اكسنده در سنتز احتراقي نانو ذرات CoFe2O4 و همچنين درصد وزني افزودن مقدار RGO درسنتز هيدروترمال از 10% و 20% و 30% است كه تاثير اين پارامترها بر روي فاز، ريزساختار و خواص الكتروشيميايي با روش‌هايي همانند پراش سنجي پرتو 𝑋 (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني(SEM)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، تعيين سطح ويژه (𝐵𝐸𝑇)، طيف سنجي رامان، ولتامتري چرخه‌اي(CV) و تخليه بار گالوانوستاتيك(GCD) بررسي شد. نشان داده شده كه نانوذرات سنتز شده به روش احتراقي با سوخت گلايسين در نسبت سوخت به اكسنده 5/1 داراي مورفولوژي اسفنجي‌تر و با تخلخل بيشتر بوده و بالاترين ظرفيت F/g 718 را در دانسيته جريان A/g 1 دارد. همچنين نانوذرات سنتز شده به روش هيدروترمال با اضافه كردن10% از RGO مورفولوژي از حالت كلوخه‌اي خرج شده و نانوذرات فريت كبالت روي لايه‌هايي از اكسيدگرافن پراكنده شدند كه اين امر سبب شده تا اين نانوذرات بالاترين ظرفيت F/g1820را در دانسيته جريان A/g 1 را دارا باشند. همچنين نتايج تست هيبريدي براي نمونه‌ي احتراقي با سوخت گلايسين در نسبت سوخت به اكسنده 5/1 داراي ظرفيت F/g 12و دانسيته انرژيWh Kg-1 4/3و نمونه ‌هيدروترمال داراي 10% اكسيد گرافن كاهش ‌يافته F/g 2/8 و دانسيته انرژيWh Kg-1 51/2 است.

1401/03/25

Investigation of structure, microstructure and electrochemical properties of CoFe2O4 nanoparticles for application in supercapacitors

5/30/2023 12:00:00 AM

Cobalt ferrite has many applications, including as an electrode material in supercapacitors, due to its unique properties, such as good electrical conductivity, magnetic properties, cheapness, availability, low toxicity, and electrochemical properties. In this study, CoFe2O4 magnetic nanoparticles were generated using solution combustion synthesis and hydrothermal methods. Synthesis and hydrothermal combustion synthesis methods are suitable for the production of supercapacitors due to their low cost and good morphology. Solution combustion synthesis method was prepared using metal nitrates as precursor and glycine, citric acid and urea as fuel in different fuel to oxidant ratios of 0.5, 1.5 and 1.5. CoFe2O4 nanoparticles were prepared by hydrothermal synthesis using a chloride precursor and a mixture of aqueous solvents and ethylene glycol. The parameters studied in this study are the use of three different fuels and changes in the ratio of fuel to oxidant in the combustion synthesis of CoFe2O4 nanoparticles and also the weight percentage of adding RGO in hydrothermal synthesis of 10%, 20% and 30%. , Microstructure and electrochemical properties by methods such as X-ray diffraction (XRD), electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), specific surface area (BET), Raman spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) and galvanic charge discharge (GCD) was assessed. It has been shown that nanoparticles synthesized by combustion method with glycine fuel in the ratio of fuel to oxidant 1.5 have a more spongy morphology and more porosity and have the highest capacity of 718 F / g at a current density of 1 A / g. Hydrothermally synthesized nanoparticles were also dispersed onto layers of graphene oxide by adding 10% of RGO morphology from spent lumps and cobalt ferrite nanoparticles, which resulted in these nanoparticles having the highest capacity of 1820 F / g at a current density of 1 A / g. Have. Also, the results of the hybrid test for the combustion sample with glycine fuel in the ratio of fuel to oxidant 1.5 with a capacity of 12 F / g and energy density Wh Kg-1 3.4 and the hydrothermal sample with 10% reduced graphene oxide F / g 2.8 and energy density Wh Kg-1 is 2.51.

Mohammad Reza Maniei

Dr. Mohammad Sheikh Shab