27622

بررسي ساختار، ريزساختار و خواص الكتروشيميايي نانوذرات MnFe2O4بهمنظور كاربرد در ابرخازنها

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

1401/06/16

سيد مرتضي مسعودپناه-محمد شيخ شاب بافقي

مواد و متالورژي

كارايي ابرخازنها بهطور قابلتوجهي به ساختار مواد الكترودي و خواص آنها وابسته است.در ميان انواع مواد مورد استفاده به عنوان الكترود در ابرخازنها ، MnF𝑒2O4داراي ويژگيهايي چون هدايت الكتريكي بالا، نفوذپذيري مغناطيسي بالا، فراواني طبيعي و سازگاري با محيط زيست است كه باعث شده مورد توجه قرار بگيرد. در اين پاياننامه پودرهاي MnF𝑒2O4به روش هيدروترما با استفاده از پيش سازهاي كلريدي و مخلوطي از حلا هاي آب و اتيلن گليكو سنتز شدند. اين روش به علت كم هزينه بودن و ايجاد مورفولوژي مناسب براي توليد ماده فعا ابرخازنها مناسب است. در واقع ويژگيهاي مختلف حلا ها از جمله ويسكوزيته، نقطه جوش و حلاليت پيشسازها منجر به تغيير در هستهزايي و رشد نانوساختارهاي تشكيلدهنده در طي فرآيند هيدروترما ميشود اثرات حلا و شرايط سنتز بر روي فاز ، ريزساختار و خواص الكتروشيميايي با روشهاي سنجشي مانند پراش پرتو ، XRD( Xميكروسكوپ الكتروني ( ، SEMميكروسكوپ الكتروني عبوري ( ، TEMتعيين سطح ويژه ( ، BETولتامتري چرخهاي ( ، CVتخليه بار گالوانواستاتيك( GCDو امادانس( EISبررسي شد. نتايج الكتروشيميايي در سيستم سه الكترودي نشان داد كه در مقايسه با ساير نمونه ها نمونه حاوي 30cm3اتيلن گليكو ( 30EGداراي ظرفيت بيشتري معاد 645F/gدر دانسيته جريان 1A/gاست. به جهت بهبود عملكرد الكتروشيميايي نمونه 30EGبه آن اكسيدگرافن در مقادير % 20% ، 10و %30وزني اضافه شد. اكسيد گرافن به دليل رسانايي بالا، پايداري چرخه اي بهتر و سطح ويژه بالا به عنوان ماده مناسب الكترود براي ابرخازن ها در نظر گرفته ميشود. نشان دادهشد كه سطح ويژه نانوذرات سنتز شده با اضافه كردن %10وزني اكسيد گرافن افزايش يافته و همچنين الكترود ساخته شده با اين نانوذرات در سيستم سه الكترودي بالاترين ظرفيت 1110F/gرا در دانسيته جريان 1A/gداراست. همچنين ميزان ظرفيت در سيستم دو الكترودي(هيبريدي براي نمونهي 15F/g ، rGO-%10و دانسيته انرژي 4/08 Wh Kg-1در دانسيته جريان 1A/gاست

1401/10/03

Investigation of structure, microstructure and electrochemical properties of MnFe2O4 nanoparticles for application in capacitors

9/7/2023 12:00:00 AM

The efficiency of supercapacitors is significantly dependent on the structure of electrode materials and their properties. Among the types of materials used as electrodes in supercapacitors, MnFe2O4 has characteristics such as high electrical conductivity, high magnetic permeability, natural abundance And it is compatibility with the environment that has caused it to be noticed. In this thesis,MnFe2O4 powders were synthesized by hydrothermal method using chloride precursors and a mixture of water and ethylene glycol solvents. This method is suitable for the production of the active material of supercapacitors due to its low cost and the creation of a suitable morphology. In fact, various properties of solvents, such as viscosity, boiling point, and solubility of precursors lead to changes in the nucleation and growth of constituent nanostructures during the hydrothermal process. Solvent effects and synthesis conditions on phase, microstructure and electrochemical properties with measurement methods such as X-ray diffraction (XRD), electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), specific surface area determination (BET), cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge discharge (GCD) and impedance (EIS) ) Checked out. The electrochemical results in the three-electrode system showed that compared to other samples, the sample containing 330 cm of ethylene glycol (30EG) has a greater capacity equal to 645 F/g in the current density of 1A/g. In order to improve the electrochemical performance of the 30EG sample, graphene oxide was added in amounts of 10%, 20% and 30% by weight. Graphene oxide is considered as a suitable electrode material for supercapacitors due to its high conductivity, better cycle stability and high specific surface area. It was shown that the specific surface area of the synthesized nanoparticles increased by adding 10% by weight of graphene oxide, and the electrode made with these nanoparticles in the three-electrode system has the highest capacity of 1110 F/g in the current density of A/g. Also, the capacity in the two-electrode (hybrid) system for the sample of rGO- 10% is 15F/g and the energy density is 4.08 Wh Kg-1 at the current density of 1 A/g.

فريت منگنز , ابرخازن , سنتز هيدروترمال , اكسيدگرافن

Manganese ferrite , Supercapacitor , Hydrothermal synthesis , graphene oxide

Hamideh Fasih Ramandi

Dr. Seyyed Morteza Masoudpanah Dr.Mohammad sheikh shab Bafghi