توصيفگر ها :
ابرخازن , چهارچوب فلز-آلي , نانو ساختار گل مانند , گرافن با كيفيت بالا , ساختارهاي چند پوسته توخالي , نانومكعب زرده پوسته.
چكيده فارسي :
در بخش اول اين رساله، كامپوزيتي از مزوپور سيليسي نانو متخلخل SBA-15 و نانولوله¬هاي كربني چند ديواره ساخته شد و سپس اين كامپوزيت SBA-15/MWCNT در بلور¬هاي چهارچوب فلز آليNiCoCu-BTC سنتز شده توسط ليگاند تري كربوكسيليك اسيد جاسازي شد. هدف اصلي استفاده از اين سه ماده مختلف: اول، رسانايي بالاي نانولوله¬هاي كربني چند ديواره و دوم، دانسيته توان بالاي SBA-15 (به دليل مساحت سطح بالا، منافذ نانو متخلخل و بسيار منظم با ديواره¬هاي نانومتري) كه منجر به افزايش مكان¬هاي فعال، كاهش مسير نفوذ الكتروليت و تسريع در انتقال يون و الكترون دارد و سوم، دانسيته انرژي بالاي چهارچوب سه فلزي آلي كه به دليل حالت¬هاي مختلف اكسيداسيون واكنش¬هاي ردوكس غني¬تري را نسبت به واكنش هاي تك فلزي و دو فلزي ارائه مي¬دهند. كامپوزيت SAB-15/CNT@NiCoCu-BTC (SC@NCC-BTC) به عنوان ماده الكترودي كارآمد در ساخت ابر خازن¬هاي با كارايي بالا مورد استفاده قرار گرفت كه عملكرد عالي الكتروشيميايي با ظرفيت ويژه بالاي 868 كولن بر گرم را در دانسيته جريان A/g 0/1، قابليت سرعت¬پذيري و پايداري چرخه-اي عالي به¬دست آمد.
در بخش دوم اين رساله، نانو ساختار گل مانند 3 بعدي FeCoCuP با استفاده از استراتژي دو مرحله¬اي هيدروترمال و سپس فسفريزاسيون سنتز شد. استفاده از فسفيدهاي سه فلزي در مقايسه با تك فلزي يا دو فلزي روش بسيار مطلوبي براي بهبود عملكرد ابرخازن¬ها است. با بررسي ميزان آهن دوپ شده در ساختار شبكه CoCuP ، يك الكترود بهينه FeCoCuP با سوزن¬هاي نانومتري سلسله مراتبي 3 بعدي به¬دست آمد، كه انتقال بار را در طي واكنش¬هاي ردوكس كاهش داد. بنابراين، براي ماده الكترودي FeCoCuP تهيه شده ظرفيت ويژه 1290 كولن بر گرم محاسبه شد. همچنين، ابرخازن نامتقارن FeCoCuP//AC داراي دانسيته انرژي Wh/kg 5/61 در دانسيته توان W/kg 7/1201 و پايداري چرخه¬اي عالي است.
در بخش سوم اين رساله، يك ساختار نانومكعب پوسته زرده (YSBs) NiCoSe2/Fe-NiCoSe2با مزاياي سه گانه با سلنيد سه فلزي FeCoNi به‌عنوان ميزبان سلنيد براي ابرخازن¬ها (SCs) با كارايي بالا بكار برده شد. با استفاده از مزاياي قابل توجه از جمله مورفولوژي يكنواخت، رسانايي الكتريكي، انتشار سريع الكتروليت، مساحت سطح فعال بالا، ويژگي نوع باتري عملكرد الكتروشيميايي الكترود NiCoSe2/Fe-NiCoSe2 YSBs داراي ظرفيت ويژه بالا 2/1091 كولن بر گرم در 1 آمپر بر گرم و عملكرد سرعت¬پذيري قابل قبول (55% در 20 آمپر بر گرم) همراه با پايداري چرخه¬اي بالا (85% بازيابي بعد از 5000 چرخه شارژ/دشارژ) را نشان مي¬دهد. علاوه بر اين، ابرخازن هيبريدي NiCoSe2/Fe-NiCoSe2 YSBs//AC به دانسيته انرژي بالاي 5/76 وات ساعت بر كيلوگرم در دانسيته توان 7/2378 وات بر كيلوگرم دست مي¬يابد.
در بخش چهارم اين رساله، با استفاده از چهارچوب¬هاي فلز- آلي (MOFs) به¬عنوان الگوهايي با رويكرد قالب¬بندي متوالي(STA) ، ساختارهاي چند پوسته توخالي (HoMSs) نيكل/كبالت/ مس سولفيد دوازده وجهي را براي اولين بار به‌عنوان يك الكترود پيشرفته جديد با خواص الكتروشيميايي برتر براي ابرخازن¬هاي نامتقارن با عملكرد بالا سنتز شد. الكترود NCCS-HoMS داراي ظرفيت ويژه بالا 975 كولن بر گرم، قابليت سرعت¬پذيري و پايداري چرخه¬اي خوب است (%4/89 بازيابي پس از 5000 چرخه). علاوه بر اين، يك ابرخازن نامتقارن NCCS-HoMS//AC داراي ظرفيت ويژه بالاي برابر 280 فاراد بر گرم در دانسيته جريان 1 آمپر بر گرم ، با دانسيته انرژي بالاي 5/87 وات ساعت بر كيلوگرم و دانسيته توان 6/2807 وات بر كيلوگرم است.
در بخش پنجم اين رساله، گرافن اصلاح شده با كيفيت بالا (HQG) به¬عنوان بستري براي هسته سازي و رشد نانو ورقه‌هاي چهارچوب فلز آلي(NiCo-MOF) مورد استفاده قرار گرفت. با اصلاح سطح توسط گلوكز گروه¬هاي عاملي هيدروكسيل و كربوكسيل در سطح تشكيل شد كه تعامل بين HQG و NiCo-MOF را افزايش داد. توانايي نانوساختار به عنوان ماده الكترودي ابرخازن در دو پيكربندي دو و سه الكترودي در دو نوع الكتروليت آبي پتاسيم هيدروكسيد و پتاسيم هيدروكسيد حاوي Fe(CN)6 +3/+4 مورد ارزيابي قرار گرفت. ظرفيت خازني ويژه نانوكامپوزيت 8/3773و 3/4077 فاراد بر گرم در نوع الكتروليت آبي پتاسيم هيدروكسيد و پتاسيم هيدروكسيد حاوي Fe(CN)6 +3/+4 مي¬باشد. همچنين ابرخازن نامتقارن AC//GM-LEG@NiCo-MOF ظرفيتي برابر با 244 فاراد بر گرم همراه با دانسيته انرژي معادل 3/76 وات ساعت بر كيلوگرم از خود نشان داد.
چكيده انگليسي :
In the first study, three different materials were used, including high conductivity of MWCNTs, a high power density of SBA-15 (due to the high specific surface area), and nanoporous walls to improve energy and power densities in energy storage devices. The new composite of SBA-15/CNT was decorated with a tri-metal organic framework, NiCoCu-BTC (1,3,5-benzenetricarboxylic acid, H3BTC), by a simple, low-cost, and one-step solvothermal method. The SBA-15/CNT@NiCoCu-BTC (SC@NCC-BTC) nanocomposite demonstrated excellent electrochemical performance with a high specific capacity of 868 C g-1 at a current density of 1.0 A g-1, good rate capability (563 C g-1 at 10 A g-1), and high cycling durability.
In the two study, FeCoCuP with 3D hierarchical structures is successfully synthesized and phosphorized using hydrothermal method.Therefore, the prepared FeCoCuP nanoarrays material shows a specific capacity of 1290 C g-1 at a current density of 1.0 A g-1 with a 64% retention capacity after enlarging the current density to 10 A g-1. Also, the FeCoCuP asymmetric supercapacitor (FeCoCuP//AC) has an energy density of 61.5 Wh kg-1 at a power density of 1201.7 W kg-1 with good cyclic stability of 88.7% after 5000 cycles at a current density of 7 A g-1.
In the three study, CoNiSe2/Fe-CoNiSe2 yolk–shell nanoboxes (YSBs) with triple advantages with tri-metal selenide (FeCoNi) were used as selenide hosts for high performance supercapacitors (SCs). Initially, the zeolite imidazolate framework-67/NiCoFe Prussian blue analogues (PBA) was prepared with YSBs (Ni/Co-ZIF-67/NiCoFe-PBA) by the reaction of bimetallic ZIF-67 with [Fe(CN)6]-3 ions. As an etching agent, water is used in small amounts. NiCoSe2/Fe-NiCoSe2 YSBs electrode has significant advantages including uniform morphology, electrical conductivity, rapid electrolyte diffusion, high active surface area. For this reason, it shows significant electrochemical performance, which is specific to battery-type capacitors. Including high specific capacity 1091.2 C/g at 1 A/g, acceptable acceleration performance (55% at 20 A/g), high cycle stability (85% recovery after 5000 charge/discharge cycles). Furthermore, the NiCoSe2/Fe-NiCoSe2 YSBs//AC hybrid SC achieves energy densities above 76.5 Wh/Kg at a power density of 2378.7 W/Kg.
