شماره راهنما :
2405 دكتري
پديد آورنده :
نيكخواه اميرآباد، طاهره
عنوان :
لايه نشاني مستقيم نانو كامپوزيتهاي الكتروشيميايي بر روي الكترودهاي ابرخازن، بدون استفاده از چسبهاي نارسانا (آلي) با هدف كاهش جرم مرده و بهبود عملكرد انرژي و توان
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هيجده، 95 ص :مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
ابرخازن، , چارچوب فلزي - آلي، , سنتزدرجا، , نانولوله_هاي پلي آنيلين، , گرافن , ، ساختارهاي چند لايه , ساختارهاي چند فلزي
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/08/24
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/08/25
چكيده فارسي :
در اين رساله از اكسيدها و هيدروكسيدهاي فلزي، مواد كربني، پليمرهاي هادي، و فلزات واسطه به عنوان كامپوزيت¬هاي سنتز شده در ابرخازن¬ها به منظور افزايش دانسيته¬ي انرژي با حفظ دانسيته¬ي توان آن¬ها استفاده شد. كامپوزيت¬ها بصورت درجا روي الكترود¬ها سنتز شدند، داراي ويژه¬گي¬هايي از جمله ساختارمتخلخل، ديواره¬هاي نانومتري كه منجر به افزايش مكان¬هاي فعال، مسير نفوذ الكتروليت كم، واكنش¬هاي ردوكس سريع و پنجره پتانسيل وسيع بودند. در بخش اول اين رساله، نانوذرات ZnFe2O3 روي نانوصفحه¬هايMoS2@rGO گل مانند سنتز شد. الكترود ساخته شده با اين كامپوزيت به عنوان قطب مثبت و كربن فعال به عنوان قطب منفي براي ساخت ابرخازن نامتقارن مورد استفاده قرار گرفت، ابرخازن ساخته شده ظرفيت ويژه 3078 فاراد برگرم، دانسيته¬ي انرژي 57 وات ساعت بركيلوگرم، دانسيته توان 687 وات بر كيلوگرم و پايداري چرخه¬اي 88 درصد بعد از 4000 سيكل را نشان داد.
در بخش دوم اين رساله، گرافن اكسيد عامل دار شده با نانولوله¬هاي توخالي پلي آنيلين(PANI)، به عنوان بستري براي هسته زايي و رشد چارچوب فلز – آلي نيكل(Ni-MOF) مورد استفاده قرار گرفت. نانولوله¬هاي پلي آنيلين باعث افزايش رسانايي و هدايت الكتريكي Ni-MOF گرديد. ظرفيت ويژه ابرخازن نامتقارن ساخته شده با اين الكترود( Ni-MOF@PANI-GO 592 كولن بر گرم، دانسيته¬ي توان 74 وات ساعت بركيلوگرم و دانسيته¬ي انرژي 849 وات بر كيلوگرم مي¬باشد. حفظ 78 درصد از ظرفيت اوليه پس از 20 برابر افزايش در دانسيته جريان نشان از قابليت سرعت پذيري خوب نانومواد سنتز شده مي باشد.
براي ايجاد ساختارهايي با رسانايي بالاتر و پايدارتر ساختارهاي چند لايه¬اي و ساختارهاي سه فلزي با استفاده از روش سنتز مستقيم مورد توجه قرار گرفت. اين ساختارها چگالي انرژي و توان بالايي ايجاد و مقرون به صرفه براي تجاري شدن مي¬باشند. در بخش سوم رساله، يك ساختار دو لايه¬اي چند فلزي(FeSe2@CuFeS2) سنتزشد. مورفولوژي مناسب اين ساختار باعث انتشار سريع الكتروليت، مساحت سطح فعال بالا و رسانايي بالا شده كه ابرخازن هيبريدي ساخته شده با اين نانوكامپوزيت ظرفيت ويژه 423 فاراد بر گرم، دانسيته ي انرژي 152 وات ساعت بر كيلوگرم، دانسيته ي توان 1607 وات بر كيلوگرم و پايداري چرخه¬اي 91 درصد بعد از 3000 سيكل را از خود نشان داد.
در بخش چهارم رساله، نانوكامپوزيتي متشكل از منگنز دي اكسيد (MnO₂) و چارچوب فلز - آلي (Ni-CoMOFs) سنتز شد. نانوگلهاي MOF به عنوان يك ساختار متخلخل و داراي سطح ويژه بالا، امكان جذب و ذخيره بيشتر يونها را فراهم ميكنند، در حالي كه MnO₂ به عنوان يك بستر رسانا، هدايت الكتريكي را بهبود ميبخشد و پايداري مكانيكي سامانه را افزايش ميدهد. هم افزايي ميان MnO₂ و MOF در اين كامپوزيت، باعث دستيابي به ظرفيت ذخيرهسازي انرژي بالا، رسانايي الكتريكي مطلوب و پايداري چرخهاي مي¬شود. ظرفيت ويژه 1400 فاراد برگرم و پايداري چرخهاي 89 درصد بعد از 4000 سيكل را از خود نشان مي¬دهد.
چكيده انگليسي :
In this study, the utilization of oxides, hybrid composites of metal-organic frameworks (MOFs), conductive polymers, and transition metal sulfides as electrode materials was investigated to enhance energy storage capacity and maintain high conductivity. These materials were selected due to their large specific surface area, tunable porous structures, and their ability to facilitate fast ion and electron transport, ultimately reducing internal resistance and improving electrochemical performance.
In the first section of this study, the electrochemical performance of MoS₂@rGO and ZrFe₂O₃-based nanocomposites was evaluated. The results demonstrated that the presence of MoS₂ and the high electrical conductivity of reduced graphene oxide (rGO) significantly improved ion transfer at the electrode-electrolyte interface. This composite exhibited a remarkable energy density of 278 Wh/kg and a power density of 687 W/kg.
In the second section, the charge storage capabilities of Ni-MOF-based metal-organic frameworks were examined. The results revealed that Ni-MOF@PANI-TGO/AC achieved a high energy density of 489 Wh/kg at a power density of 178 W/kg, along with excellent cycling stability of over 3000 charge-discharge cycles.
The third section focused on the impact of multiple layers and hierarchical structures on electrochemical performance. The use of FeS₂@CuFeS₂-based composites demonstrated significant enhancement in electron transport pathways, leading to a notable increase in the material’s capacity retention. These hierarchical structures provided an extended surface area for ion diffusion, resulting in an energy density of 442 Wh/kg and a power density of 1524 W/kg at a current density of 1 A/g.
In the final section, the effects of bimetallic MOFs combined with MnO₂ were studied. The results showed that the synergy between MOFs and MnO₂ facilitated fast ion migration, improved electrical conductivity, and enhanced cycle stability. The Ni-CoMOF@MnO₂ composite exhibited a high specific capacity of 1400 F/g and retained 98 of its initial capacitance after 3000 cycles.
Keywords: Aqueous charge storage, Metal-organic frameworks, Hierarchical and multi-layered nanostructures.
استاد راهنما :
علي اصغر انصافي
استاد مشاور :
اسماعيل حيدري
استاد داور :
محمد سراجي , محسن مومني , اسماعيل شمس سولاري
