توصيفگر ها :
سيستمهاي ذخيرهكننده انرژي , ابرخازن هيبريدي , تنگستنترياكسيد , نانولولهكربني , ورقگرافيت
چكيده فارسي :
در سالهاي اخير، ابرخازنهاي الكتروشيميايي بهعنوان يك سيستم ذخيرهكننده انرژي، توجه زيادي را به خود جلب كرده است. در اين پاياننامه از رويكرد ساخت ابرخازن هيبريدي متشكل از دو ماده تنگستنترياكسيد و نانولولههايكربني با مكانيسم ذخيره بار متفاوت استفاده شد. نخست نانوساختار تنگستنترياكسيد با استفاده از روش هيدروترمال، سنتز شد. جهت تركيب مواد اكسيدي با مواد كربني و ساخت الكترود از روش رسوب مرطوب، استفاده شد. به اين ترتيب كه با استفاده از حلال NMP، سوسپانسيوني از تنگستنترياكسيد تشكيل شده و نانولولههايكربني عاملدار شده با درصد وزنيهاي متفاوت (20،10 و30 درصدوزني)، تهيه شد و چند قطره از آن بر روي بستر مناسب قرار گرفت. در اين پروژه از ورق گرافيتي به عنوان بستر جهت قرارگيري موادفعال استفاده شد. ساختار و فازهاي بلوري نانومواد با استفاده از تكنيك هاي مشخصهيابي، از جمله ميكروسكوپ الكترونيروبشي نشرميداني، طيفسنج پراش انرژي پرتويايكس، رامان و پراش پرتويايكس، بررسي شد. رفتارالكتروشيميايي الكترودهاي تهيه شده در سيستم سه الكترودي و دو الكترودي با استفاده از تكنيكهاي ولتامتري چرخهاي و شارژ - دشارژگالوانواستاتيك مورد ارزيابي قرار گرفت. در سيستم سهالكترودي، الكترود هيبريدي شامل تنگستنترياكسيد و 10 درصد وزني نانولولهكربني، در محلول آبي سولفوريكاسيد 1مولار به عنوان الكتروليت، ظرفيت 187/25 ميليفاراد بر سانتيمتر مربع را در چگالي جريان 1/5 ميليآمپر بر سانتيمتر مربع نشان داد و به عنوان الكترود بهينه انتخاب شد. جهت بررسي كاربرد عملي الكترود تهيه شده در سيستم دوالكترودي، دو الكترود بهينه با استفاده از ژل پليوينيلالكل/سولفوريكاسيد تهيه شده به عنوان الكتروليت، مقابل هم قرار گرفتند و به اين ترتيب ابرخازن متقارن حالت جامد ساخته شد. چگاليانرژي و توان ابرخازن ساخته شده در پنجره پتانسيل 2 ولت به ترتيب 18/88 ميكرو واتساعت بر سانتيمتر مربع و 399/811 واتساعت بر سانتيمتر مربع به دست آمد. همچنين پايداري چرخهاي بالايي با حفظ 94/04 درصد ظرفيت اوليه بعد از 4000 چرخه، از خود نشان داد. همچنين ابرخازن تهيه شده توانست موتور فن (آرميچر) و همزمان سه LED قرمز(1/6 ولت) و همچنين سه LED سبز (1/9 ولت) را روشن كند، كه بيانگر توانايي ذخيره انرژي و عملكرد خوب ابرخازن تهيه شده است.
چكيده انگليسي :
In recent years, electrochemical supercapacitors have attracted much attention as an energy storage system. In this thesis, the approach of making hybrid supercapacitor consisting of two materials tungsten trioxide and carbon nanotubes with different charge storage mechanism was used. The first nanostructure of tungsten trioxide was synthesized using hydrothermal method. Wet deposition method was used to combine oxide materials with carbon materials and make electrodes. In this way, by using NMP solvent, a suspension of synthesized tungsten trioxide and functionalized carbon nanotubes with different weight percentages (10, 20 and 30 percent by weight), was prepared and a few drops of it were placed on a suitable substrate. In this project, graphite sheet was used as a substrate for placing active materials. The structure and crystalline phases of nanomaterials were investigated using characterization techniques, including field emission scanning electron microscope, X-ray energy diffraction spectrometer, Raman and X-ray diffraction. The electrochemical behavior of the electrodes prepared in the three-electrode and two-electrode system was evaluated using cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge techniques. In the three-electrode system, the hybrid electrode including tungsten trioxide and 10% by weight of carbon nanotubes, in 1 M sulfuric acid aqueous solution as electrolyte, showed a capacity of 187.25 mF.cm-2 at a current density of 1.5 mA.cm-2 and was chosen as the optimal electrode. became. In order to check the practical application of the prepared electrode in a two-electrode system, two optimal electrodes were placed against each other using prepared polyvinyl alcohol/sulfuric acid gel as an electrolyte, and in this way, a symmetrical solid state supercapacitor was made. The energy and power density of the fabricated supercapacitor in the 2 V potential window were obtained as 18.88 µWh.cm-2 and 399.811 µW.cm-2 respectively. Also, it showed high cyclic stability by maintaining 94.04% of the initial capacity after 4000 cycles. Also, the prepared supercapacitor was able to turn on the fan motor (armature) and at the same time three red LED (1.6 V) and also three green LED (1.9 V), which shows the energy storage ability and good performance of the prepared supercapacitor.