-
شماره ركورد
28733
-
پديد آورنده
سيداميرحسين صانعي
-
عنوان
بررسي اثر نوع پيشسازه، حلال و شرايط كلسيناسيون بر سنتز شيميايي ماده CuCo2S4 براي كاربردهاي ابرخازن
-
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
-
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي- استخراج فلزات
-
سال تحصيل
1399
-
تاريخ دفاع
1402/6/20
-
استاد راهنما
محمد شيخ شاب بافقي - سيد مرتضي مسعودپناه
-
دانشكده
مهندسي مواد و متالورژي
-
چكيده
ابرخازنها به دليل داشتن ويژگيهاي منحصر به فرد مانند چگالي توان بالا و عمر چرخهاي زياد، اخيراً بسيار مورد توجه قرار گرفتهاند. عملكرد ابرخازنها تا حد زيادي تحت تأثير الكترود آنها است. در اين پژوهش، سنتز سولووترمال دومرحلهاي ماده الكترودي CuCo2S4 به روي زيرلايه فوم نيكل به روش درجا انجام شد و اثر نوع حلال (آب، آب و اتيلن گليكول با نسبت 1:2، اتانول و آب با نسبت حجمي 1:1 و 2:1)، مقدار (5/0، 1 و 5/1 ميليمول) و نوع سورفكتانت (CTAB و PVP )، مرحلهي اضافه كردن سورفكتانت، كلسيناسيون (در دماي 450 درجه سانتيگراد) و نوع منبع گوگرد (سولفيد سديم 9 آبه، تيوسولفات سديم 5 آبه، تيواوره، سولفيد آمونيوم و ال-سيستئين) مورد تحقيق قرار گرفت. مشخصهيابي فازي پودرهاي حاصل از سنتز مرحله اول و دوم با آناليز پراش پرتو ايكس و ريزساختار الكترودهاي پوشش دادهشده با ماده الكترودي، توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي و ميكروسكوپ الكتروني عبوري قدرت تفكيك بالا انجام شد. نتايج اين آناليزها تشكيل لايه دوگانه هيدروكسيدي پس از مرحله اول و تشكيل فاز سولفيدي پس از سنتز مرحله دوم را نشان داد. مساحت سطح ويژهي الكترودها با آزمون جذب و واجذب نيتروژن و عملكرد الكتروشيميايي با آزمونهاي ولتامتري چرخهاي، شارژ-تخليه گالوانواستاتيك و طيفسنجي امپدانس الكتروشيميايي مورد بررسي قرار گرفت. سنتز نمونه CuCo2S4 با نسبت حجمي 2:1 اتانول-آب و با اضافه كردن 5/1 ميلي مول CTAB به محلول سولفيد سديم 9 آبه، منجر به ايجاد شرايط بهينه و ايجاد ذرات ريزساختار طبقهاي با ظرفيت شارژ-تخليه بسيار بالاي 4230 فاراد بر گرم در بازه ولتاژ مثبت و ظرفيت 429 فاراد بر گرم در بازه ولتاژ منفي در چگالي جريان 1 آمپر بر گرم با پارامترهاي مقاومتي كمتر نسبت به ماده الكترودي سنتز شده بدون استفاده از سورفكتانت شد. اين نمونه پس از انجام 2500 سيكل شارژ و تخليه در چگالي جريان 10 آمپر بر گرم، 83 درصد از ظرفيت اوليه خود را حفظ كرد. همچنين با تغيير نوع منبع گوگرد و استفاده از ماده تيوسولفات سديم، كامپوزيت CuS/CoS2 تشكيل شد كه داراي خواص الكتروشيميايي قابل توجه و ظرفيت ويژه 2195 فاراد بر گرم در بازهي مثبت و در چگالي جريان 1 آمپر بر گرم بود. از الكترود پوشش دادهشده در شرايط بهينه، بهعنوان الكترود مثبت و منفي ابرخازن متقارن استفاده شد. ابرخازن ساخته شده داراي چگالي انرژي 63 وات ساعت بر كيلوگرم، چگالي توان 2800 وات بر كيلوگرم و قابليت حفظ 81% از ظرفيت اوليه پس از 2000 سيكل شارژ و تخليه است.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1402/07/03
-
عنوان به انگليسي
Investigating the effect of precursor type, solvent, and calcination conditions on the chemical synthesis of CuCo2S4 material for supercapacitor applications
-
تاريخ بهره برداري
9/10/2024 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيداميرحسين صانعي
-
چكيده به لاتين
In order to replace non-renewable energy with renewable energy and overcome environmental problems, there is a need for energy storage devices that are efficient, affordable, and with acceptable performance. Supercapacitors are of great interest due to their unique properties such as high power density and high cycle life. The performance of supercapacitors is largely influenced by their electrode. In this research, the two-step solvothermal synthesis of CuCo2S4 electrode material was performed on the nickel foam substrate by in-situ method and the effect of solvent type (water, 1:1 and 2:1 volume ratio of ethanol and water and 2:1 volume ratio of ethylene glycol and water), amount of surfactant (0.5, 1.0 and 1.5 mmol), the type of surfactant (CTAB and PVP), the step of surfactant addition (first and second step), calcination, and the type of sulfur source were investigated. The in-situ method is a simple method with the ability to control the synthesis parameters, which does not have the limitations of the slurry method. The phase characterization of the powders obtained from the first and second step of synthesis was analyzed by X-ray diffraction analysis and the morphology of the coated electrodes with CuCo2S4 was investigated with scanning electron microscopy and high resolution transmission electron microscopy. The results of these analyzes showed the formation of Cu-Co LDH after the first step and the formation of sulfide phases with different percentages of crystallization after the second step of the synthesis. The specific surface area evaluated with N2 absorption/desorption analysis and electrochemical behavior of the electrodes was evaluated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy. Synthesis of CuCo2S4 sample in the solvent with a volume ratio of 2:1 ethanol-water and by adding 1.5 mmol of CTAB to Na2S.9H2O solution, leading to optimal conditions and creating a hierarchical porous microstructure with a very high charge-discharge capacity of 4230 F g-1 at a current density of 1 A g-1. Also, by changing the type of sulfur source and using sodium thiosulfate material, CuS/CoS2 composite was formed, which has significant electrochemical properties and a specific capacity of 2195 F g-1 in the positive potential at a current density of 1 Ag-1. The coated electrode in optimal synthesis conditions was used as the positive and negative electrodes of the symmetric supercapacitor. The supercapacitor has an energy density of 63 Wh kg-1 and a power density of 2800 W kg-1.
-
كليدواژه هاي فارسي
ابرخازن متقارن , CuCo2S4 , CTAB , PVP , رشد درجا
-
كليدواژه هاي لاتين
symmetric supercapacitor , CuCo2S4 , CTAB , In-Situ growth
-
Author
Amir Hossein Sanei
-
SuperVisor
Dr. Mohammad Bafghi
-
لينک به اين مدرک :