20089

17332

كارشناسي ارشد

شيمي فيزيك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

ده، 109ص. :مصور، جدول، نمودار

1403/11/13

كتابنامه

شيمي

شيمي

1403/11/14

23107938

اين مطالعه، به ساخت و بررسي رفتار فوتوالكتروشيميايي ابرخازن‌هاي قابل شارژ با نور برپايه‌ي هترواتصالات ‌p-n مي‌پردازد و از پروسكايت لانتانيوم فريت (LFO) به‌عنوان نيمه‌هادي نوع p استفاده مي‌كند. در پروژه‌ي اول هتروساختار تيتانيوم اكسيد-تنگستن اكسيد (WT) با مورفولوژي نانولوله، به عنوان نيمه‌هادي نوعn به كار گرفته شد. نمونه‌ي بهينه‌ موفق به دستيابي بيشينه ظرفيت mAh·cm-2 5/3 در جريان mA·cm-2 01/0 شد، كه 7 برابر ظرفيت آن در تاريكي است. ابرخازن نوري بهينه ساخته شده از فوتوالكترود بهينه، به حداكثر ظرفيت 67/2 mAh·cm-2 و دانسيته انرژي mWh·cm-2 34/9 در mA·cm-2 06/0 تحت تابش نور دست يافت كه تقريباً چهار برابر بيشتر از مقادير متناظر در شرايط تاريكي بود. همچنين پايداري خوبي را با 3% افزايش ظرفيت پس از 4000 چرخه در نور و حفظ 89% از ظرفيت اوليه در تاريكي نشان داد. در پروژه‌ي دوم، از هتروساختار بيسموت وانادات-واناديوم پنتواكسيد به عنوان نيمه‌هادي نوع n براي ساخت هترو اتصال p-n با لانتانيوم فريت، استفاده شد. نمونه‌ي بهينه، بيشينه ظرفيت mF·cm-2 8/114 را در جريان mA·cm-2 2/0 نشان داد كه 7/7 برابر مقدار متناظر آن در تاريكي بود. همچنين براي مطالعه‌ي عملكرد حالت‌هاي مختلف اين هترواتصال در سيستم دوالكترودي، 5 ابرخازن نوري با يك پيكربندي متقارن LFO@BVO//LFO@BVO و 4 پيكربندي نامتقارن BVO//LFO@BVO، LFO//BVO، LFO//LFO@BVO و Graphite//LFO@BVO، ساخته و به تفصيل به ارزيابي خواص و مكانسيم ذخيره بار هركدام پرداخته شد. ابرخازن نوري Graphite//LFO@BVO، بهترين عملكرد را بين تمام دستگاه‌هاي ساخته شده با بيشينه ظرفيت ويژه mF·cm-2 2/9 در جريان mA·cm-2 2/0 و بيشينه دانسيته انرژي mWh·cm-2 4/21 (در mW·cm-2 4/335) و بيشينه دانسيته توان mW·cm-2 5/1105 (در mWh·cm-2 3/12) تحت تابش نور، نشان داد. همچنين اين دستگاه توانست پس از تحمل 10000 چرخه‌ي شارژ و دشارژ در جريان mA·cm-2 6/0، 90 درصد ظرفيت خود را هم در تاريكي و هم در روشنايي حفظ كند. به طور كلي، اين مطالعه نشان‌دهنده پتانسيل هترواتصالات p-n و مواد نوين در بهبود عملكرد و پايداري ابرخازن‌هاي نوري در شرايط متفاوت است.

This investigation focuses on the fabrication and analysis of photo-rechargeable supercapacitors using p-n heterojunctions, specifically utilizing lanthanum ferrite perovskite (LFO) as the p-type semiconductor. Initially, a heterostructure of titanium oxide-tungsten oxide (WT) nanotubes was created as the n-type semiconductor, which reduced the bandgap due to the incorporation of tungsten oxide. The optimized configuration achieved a peak capacity of 3.5 mAh·cm⁻² at 0.01 mA·cm⁻², a sevenfold increase compared to dark conditions. An optical supercapacitor using this photoelectrode and an LFO photoelectrode on FTO reached a maximum capacity of 2.67 mAh·cm⁻² and an energy density of 9.34 mWh·cm⁻² at 0.06 mA·cm⁻² under light, approximately quadrupling the values in darkness. It also demonstrated remarkable stability, with a 3% capacity increase after 4,000 cycles in light and retaining 89% of its initial capacity in darkness. In the next phase, a bismuth vanadate-vanadium pentoxide heterostructure was employed as the n-type semiconductor for a p-n junction with lanthanum ferrite. The optimized sample obtained a maximum capacity of 114.8 mF·cm⁻² at 0.2 mA·cm⁻², 7.7 times its capacity in darkness. Five photo-supercapacitor configurations were constructed, with the Graphite || LFO@BVO configuration showing the best performance, achieving a maximum specific capacity of 9.2 mF·cm⁻² and energy density of 21.4 mWh·cm⁻² under illumination. This device retained 90% of its capacity after 10,000 charge-discharge cycles in both light and darkness. The symmetric photo-supercapacitor also performed well, achieving a maximum specific capacity of 8.22 mF·cm⁻² at 0.1 mA·cm⁻² and demonstrating increases in capacity after 10,000 cycles, confirming its exceptional performance under light exposure.

محمدمحسن مومني هامانه

اسماعيل حيدري , حسين فرخ پور