توصيفگر ها :
مورفولوژي , الكتروپليمريزاسيون , الياف كربن , پليآنيلين , ابرخازن الكتروشيميائي , ذخيره انرژي
چكيده فارسي :
خازنهاي الكتروشيميائي كه به عنوان ابرخازنها نيز شناخته شدهاند، يكي از سيستمهاي الكتروشيميائي هستند كه ميتوانند انرژي را با توان پالسي، ذخيره و آزاد كنند. پارچههاي الياف كربني، به عنوان بهترين حمايت كنندهها به عنوان مواد ابرخازني توسط فراهم كردن سطح ويژه بالا، رسانائي الكتريكي و انعطافپذيري در مقايسه با محدوده وسيع زيرلايههاي استفاده شده مثل فوم نيكل، نانوسيمهاي يك بعدي آهن و غيره شناخته شدهاند. تا كنون، اكسيدهاي فلزي مختلف، كالكوژنيدها، فسفيدها، كاربيدهاي فلزي دو بعدي، نانولولههاي كربني، گرافن و پليمرهاي رسانا به منظور ارتقاء فعاليت ذخيره بار پارچه الياف كربني با آن كامپوزيت شدهاند. در پژوهش حاضر، توسط الياف كربن فعال سازي شده (ACFC) (كه به تنهائي ميتواند به عنوان ماده الكترود ابرخازن استفاده شود) و كامپوزيت پليآنيلين داپ شده با سولفوريك اسيد (كه به عنوان شبه خازن عمل ميكند) و پوشيده بر الياف كربن فعال سازي شده (ACFC/PANI) الكترود جهت كاربرد در ابرخازنهاي انعطافپذير پوشيدني ايجاد گرديد. در ابتدا جهت فراهم كردن سطح ويژه بالا و ارتقاء خواص خازني، الياف كربن از طريق روش الكتروشيميائي آندي (پتانسيواستاتيك) در محلول 1 مولار H2SO4 و در دماي محيط اكسيد شد. در ادامه، پليآنيلين از يك حمام حاوي 2/0 مولار مونومر آنيلين و 1 مولار H2SO4 به عنوان ماده دوپانت توسط روش الكتروشيميائي پتانسيواستاتيك آندي بر روي الياف كربن اكسيد شده از مرحله قبل، پوشش داده شد. به منظور اصلاح و بهبود خواص شبه خازني و پايداري چرخه اي الكترود PANI/ACFC، اثر عوامل مختلف پوشش دهي نظير پتانسيل و زمان در روش پتانسيواستاتيك بر مورفولوژي، ريزساختار و رفتار الكتروشيميائي الكترود PANI/ACFC مورد ارزيابي و مطالعه قرار گرفت. جهت بررسيهاي ريزساختاري و مورفولوژيكي از طيفسنجي انعكاس كلي تضعيف شده تبديل فوريه مادون قرمز (ATR-FTIR)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) استفاده شدند. ارزيابيهاي الكتروشيميائي با استفاده از آزمونهاي ولتامتري چرخهاي (CV)، طيف سنجي امپدانس الكتروشيميائي پتانسيل ثابت (EIS) در الكتروليت 1 مولار H2SO4 و در دماي محيط انجام شدند. فهميده شد كه الكترود توليد شده در پتانسيل 95/0 ولت در مدت زمان الكتروپليمريزاسيون 150 ثانيه، بيشترين مقدار ظرفيت خازني mF.cm-2 1475 در نرخ روبش mV.s-1 5 و بالاترين ميزان سرعتپذيري را نشان ميدهد. همچنين، اين الكترود پس از 500 چرخه شارژ-دشارژ در نرخ روبش mV.s-1 100 توانست به مقدار 48 درصد از ظرفيت خازني اوليه خود را حفظ كند.
چكيده انگليسي :
Electrochemical capacitors or supercapacitors are electrochemical systems that can store and release energy with pulse-power. Carbon fiber cloths have been recognized as the best supports as supercapacitor materials by providing high specific surface area, electrical conductivity, and flexibility compared to a wide range of used substrates such as nickel foam, 1D iron nanowires, etc. So far, various metal oxides, chalcogenides, phosphides, 2D metal carbides, carbon nanotubes, graphene, and conductive polymers have been composited to improve carbon fiber cloth's charge storage activity. In the present study, electrodes for use in flexible wearable supercapacitors were fabricated using sulfuric acid-doped polyaniline (acting as a pseudocapacitor) deposited onto activated carbon fibers (ACFC) (which can be solely used as supercapacitor electrode material) and coated on activated carbon fibers (PANI/ACFC). Initially, carbon fibers were oxidized via electrochemical anodization (potentiostatic) in 1 M H2SO4 solution at room temperature to provide a high specific surface area and enhance capacitive properties. Subsequently, polyaniline was coated onto the oxidized carbon fibers from a bath containing 0.2 M aniline monomer and 1 M H2SO4 as the dopant material using the potentiostatic electrochemical method on the previously oxidized carbon fibers. To modify and improve the pseudocapacitive properties and cyclic stability of PANI/ACFC electrodes, the effect of various coating parameters such as potential and time in potentiostatic method on the morphology, microstructure, and electrochemical behavior of PANI/ACFC electrodes were evaluated and studied. Attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used for microstructural and morphological investigations. Electrochemical evaluations were conducted using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) at room temperature in 1 M H2SO4 electrolyte. It was found that the electrode produced at a potential of 0.95 V for an electro-polymerization time of 150 seconds showed the highest capacitance value of 1475 mF.cm-2 at a scan rate of 5 mV.s-1 and the highest rate capability. Moreover, this electrode could retain 48% of its initial capacitance after 500 charge-discharge cycles at a scan rate of 100 mV.s-1.