30157

بررسي اثر افزودن عناصر بور، گوگرد و نيتروژن بر خواص ابرخازني نانوكامپوزيت اكسيد كبالت-گرافن

كارشناسي ارشد

مهندسي نانو مواد

1399

1402/6/27

دكتر ميثم جلالي

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

فناوري هاي نوين

در اين پژوهش مواد الكترود نانوكامپوزيتي با افزودني¬هاي N، B و Sبا ظرفيت ويژه بالا و عملكرد الكتروشيميايي و پايداري چرخه¬اي مناسب براي كاربردهاي الكتروشيميايي تهيه شد. نانوكامپوزيت Co3O4/RGO همراه با افزودني با استفاده از يك مرحله هيدروترمال درجا روي فوم نيكل رسوب داده شد. مواد سنتز شده با استفاده از روش‌هاي مختلف، از جمله طيف سنجي پراش پرتو X (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM)، طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDS)، ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM)، طيف‌سنجي فروسرخ تبديل فوريه (FTIR) و طيف سنجي رامان، مشخصه¬يابي شدند. به منظور بررسي الكتروشيميايي، نانومواد سنتز شده در يك سيستم سه الكترودي با الكتروليت KOH 6 مولار مورد بررسي قرار گرفتند. در اين بررسي از آزمون¬هاي ولتامتري چرخه‌اي (CV)، شارژ-دشارژ گالوانواستاتيك (GCD) و آزمون پايداري چرخه‌اي استفاده شد. ظرفيت ويژه به دست آمده براي نمونه اكسيد كبالت F/g 8/198 و نمونه نانوكامپوزيتي F/g 580 در چگالي جريان A/g 2 بود كه افزايش ظرفيت قابل توجهي را نشان داد. نتايج به دست آمده از نمونه نانوكامپوزيتي با افزودني گوگرد، بيشتر از ساير نمونه‌ها بوده و عدد F/g 8/856 در همان چگالي جريان نشان داد. همچنين اين نمونه در آزمون پايداري چرخه¬اي 4/78% ظرفيت اوليه را در طي حدود 7500 سيكل حفظ كرد. نمونه نانوكامپوزيت همراه با افزودني بور نيز علاوه بر افزايش ظرفيت ابرخازن، نرخ¬پذيري عالي از خود نشان داده و با افزايش چگالي جريان، 5/95 درصد از ظرفيت خود را حفظ كرد. عملكرد الكتروشيميايي مناسب نشان داده شده به دليل مورفولوژي نانوساختار، تركيب نانوكامپوزيتي، تاثير افزودني‌هاي اضافه شده و طراحي بدون چسب مواد الكترود آماده شده مي‌باشد. نتايج به دست آمده از پژوهش ثابت مي‌كند كه الكترودهاي ساخته شده، براي كاربرد در ابرخازن‌ها بسيار اميدواركننده است

1402/09/09

Investigation of the effect of doping boron, sulfur and nitrogen elements on supercapacitor properties of graphene-cobalt oxide nanocomposite

9/17/2024 12:00:00 AM

In this research, nanocomposite electrode materials with N, B and S additives with high specific capacity and electrochemical performance and cyclic stability suitable for electrochemical applications were prepared. Co3O4/RGO nanocomposite with additive was deposited on nickel foam using an in situ hydrothermal step. Synthesized materials using different methods, including X-ray Diffraction Spectroscopy (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM), X-ray Energy Diffraction Spectroscopy (EDS), Transmission Electron Microscope (TEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy were performed. For the purpose of electrochemical investigation, the synthesized nanomaterials were investigated in a three-electrode system with 6 M KOH electrolyte. Cyclic voltammetry (CV), galvanostatic charge-discharge (GCD) and cyclic stability tests were used in this study. The specific capacity obtained for the cobalt oxide sample was 198.8 F/g and the nanocomposite sample was 580 F/g at a current density of 2 A/g, which showed a significant increase in capacity. The results obtained from the nanocomposite sample with sulfur addition were more than other samples and the F/g number showed 856.8 at the same current density. Also, in the cyclic stability test, this sample maintained 78.4% of the initial capacity during about 7500 cycles. In addition to increasing the capacity, the nanocomposite sample with boron additive also showed excellent rate sensitivity and maintained 95.5% of its capacity by increasing the current density. The good electrochemical performance shown is due to the morphology of the nanostructure, the nanocomposite composition, the effect of the added additives and the binder-free design of the prepared electrode materials. The results obtained from the research prove that the fabricated electrodes are very promising for use in supercapacitors.

ابرخازن، الكترود، نانوذرات اكسيدكبالت، نانوكامپوزيت اكسيدكبالت/گرافن، نانوكامپوزيت اكسيد كبالت با افزودني‌هاي نيتروژن و بور و گوگرد

supercapacitor, electrode, cobalt oxide nanoparticles, cobalt oxide/graphene nanocomposite, cobalt oxide nanocomposite with nitrogen, boron and sulfur additives.

fatemeh hedayati

Dr. Meisam Jalaly