27312

سنتز و شناسايي چارچوب فلز-آلي آلومينيوم فومارات و تبديل آن به هيدروكسيد دوگانه لايه¬اي نيكل-آلومينيوم و استفاده از آن به عنوان الكترود در ابرخازن نامتقا‌رن

كارشناسي ارشد

شيمي- شيمي معدني

1399

1401/6/30

وحيد صفري فرد - مرتضي مرادي البرزي

شاكر حاجتي

شيمي

يافتن مواد جديد و كارآمد براي استفاده در زمينه ذخيره سازي انرژي به موضوعي جالب براي پژوهشگران تبديل شده است. در اين گزارش، سه هيدروكسيد دوگانه لايه اي دو فلزي با فلزهاي نيكل-آلومينيوم، كبالت-آلومينيوم و روي-آلومينيوم از چارچوب فلز-آلي آلومينيوم-فومارات با نام تجاري بازوليت A520 سنتز شدند. از اين چارچوب به عنوان يك قالب اوليه و فداشونده در طي يك عمليات حرارتي آسان در روش حلال گرمايي (سولوترمال) در محيط قليايي استفاده شد و سپس به سه هيدروكسيد دوگانه لايه اي متفاوت برپايه آلومينيوم تبديل شد. مواد برپايه آلومينيوم به دليل كاربرد فراوان و قابليت تنظيم ساختاري، به عنوان مواد الكترود فعال مطمئن در ابرخازن ها در نظر گرفته مي شوند. پس از سنتز، آزمون هاي ساختارشناسي مختلف مانند آزمون پراش پرتو ايكس، طيف نگاري تبديل فوريه فروسرخ، ايزوترم جذب و واجذب نيتروژن، ريزنگاري الكتروني روبشي نشر ميداني و طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس انجام شدند و نتايج حاكي از اين بود كه محصول نهايي به دست آمده، يك توده مزو متخلخل لايه اي دو فلزي است. سپس اين مواد فعال روي يك بستر فوم نيكل 1×1 سانتي متر لايه نشاني شدند و در ساختار سل هاي سه و دو الكترودي براي اندازه گيري هاي الكتروشيميايي از جمله ولتامتري چرخه اي، شارژ و تخليه گالوانواستاتيكي و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي استفاده شدند. از بين اين سه الكترود ساخته شده، الكترود هيدروكسيد دوگانه لايه اي نيكل-آلومينيوم به دليل ظرفيت ويژه بالا و مقاومت كم انتقال بار آن به عنوان ماده برتر و بهينه انتخاب شد. در مرحله¬ي بعد، پس از ساخت سيستم ابرخازن نامتقارن حداكثر چگالي انرژي 1-Wh kg 65/8 و حداكثر چگالي توان 1-W kg 79/2219 در پنجره پتانسيل 5/1 ولت به دست آمد. همچنين آزمون پايداري چرخه اي انجام شد كه نشان دهنده حفظ 95 درصدي ظرفيت اوليه سل پس از 10000 چرخه متوالي براي اين الكترود بود كه حاكي از پايداري بالاي اين ماده فعال الكترودي در محيط هاي شديداً بازي و عمر چرخه اي مناسب اين خازن الكتروشيميايي است.

1401/08/22

Synthesis and characterization of aluminum fumarate MOF and its transformation into nickel-aluminum LDH and its usage as an electrode in an asymmetric supercapacitor

9/21/2023 12:00:00 AM

In this study, we synthesized three bimetallic layered double hydroxides (LDH): NiAl-LDH, CoAl-LDH, and ZnAl-LDH from aluminum-fumarate metal-organic frameworks (Al-Fum MOF/ commercial Basolite A520). We employed this MOF as a sacrificial template in a facile and easy alkali treatment through a solvothermal method and turned it into three different Al-based LDHs. Al-based materials are considered as assuring active electrode materials in supercapacitors because of their applicability and structural tunability. These as-synthesized materials were spattered on a nickel foam and used in 3- and 2-electrode setups for electrochemical measurements: CV, GCD, and EIS. Among all three electrodes, NiAl-LDH was selected as the optimal material due to its high specific capacitance and its low charge-transfer resistance of 373 F g-1, 2.86 Ω, respectively. After assembling the asymmetric supercapacitor (ASC) system based on the NiAl-LDH, the maximum energy density of 8.65 Wh kg-1 at a power density of 155.58 W kg-1 was attained at the potential window of 1.5 V with the excellent cycling lifespan (~ 95 % retention) after 10,000 cycles. Here we provide a method for modification of typical material and develop it into new material for further applications in energy storage.

چارچوب فلز-آلي , هيدروكسيدهاي دوگانه لايه اي , آلومينيوم فومارات , ابرخازن , ذخيره انرژي

MOF , LDH , Aluminum fumarate , supercapacitor , energy storage

Fateme Parsapoor

Dr. Safarifard