توصيفگر ها :
ابرخازن , پراشن بلو , ذخيرهسازي انرژي , هگزاسيانوفراتهاي فلزي
چكيده فارسي :
پراشن بلو رنگدانه قابل سنتزي است كه به دليل خواص منحصر بفردش كاربرد هاي متنوعي در علوم مختلفي مانند پزشكي و ذخيره انرژي دارد. هدف از انجام اين تحقيق اصلاح و بهينه سازي خواص ساختاري و مورفولوژيكي پوشش هاي نيكل- كبالت هگزاسيانوفرات (پراشن بلو) بر بستر گرافيتي جهت دستيابي به بيشينه ظرفيت ذخيره سازي انرژي است. در اين راستا، با تنظيم دقيق پارامترهاي حمام سنتز به روش هم رسوبي، شامل نسبت مولي واكنشدهندهها، زمان و دماي واكنش و افزودن اتانول به حمام سنتز، ساختار و مورفولوژي نانومكعبهاي PBA متخلخل با موفقيت اصلاح شدند. الكترودهاي PBA توسط طيفسنجي پراش اشعه ايكس، طيفسنجي مادون قرمز فوريه، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و آزمونهاي الكتروشيميايي ولتامتري چرخهاي و طيفسنجي امپدانس الكتروشيميايي مشخصهيابي شدند. نتايج نشان دادند كه نسبت مولي تري سديم سيترات و دماي سنتز تأثير زيادي بر اندازه نانومكعب ها، مورفولوژي و عملكرد الكتروشيميايي الكترودها دارد. الكترود PBA سنتز شده در دماي صفر درجه سانتي گراد، مدت زمان 48 ساعت و مقدار تري سديم سيترات برابر با mg 387 از بهترين خواص ذخيره انرژي برخوردار بود. اين الكترود با اندازه ذرات مكعبي متوسط حدود nm120، ظرفيت ويژه جرمي برابر با F/g 1150 را در الكتروليت نيم مولار سولفات سديم نشان داد. در نهايت الكترود سنتز شده در شرايط بهينه جهت ساخت ابرخازنهاي متقارن و نامتقارن مورد استفاده قرار گرفت. ابرخازن متقارن با دارا بودن دامنه ولتاژ كاري 1/2 ولت و بازده كلمبي نزديك به 100 درصد در تمامي چگالي جريان ها و همچنين توانائي حفظ ظرفيت 91% در طي 3000 سيكل شارژ و دشارژ، توانست LEDهاي آبي، سبز و قرمز را به ترتيب به مدت زمان 3 دقيقه و 10 ثانيه، 6 دقيقه و 40 ثانيه و 8 دقيقه و 11 ثانيه روشن نگه دارد. همچنين ابرخازن متقارن داراي چگالي توان W·kg⁻¹ 2625 و چگالي انرژي W·h·kg⁻¹ 75/43 بوده كه نشان دهنده برتري ابرخازن ساخته شده نسبت به بسياري از مطالعات قبلي مي باشد.
چكيده انگليسي :
The objective of this research is to modify and optimize the structural and morphological properties of nickel-cobalt hexacyanoferrate (Prussian blue) coatings on a graphite substrate to achieve maximum energy storage capacity. In this endeavor, the structure and morphology of porous cobalt-nickel hexacyanoferrate (CoNiHCF) cubes were successfully modified by precisely adjusting the parameters of the synthesis bath using the co-precipitation method, including the molar ratio of the reactants, the reaction time and temperature, and the addition of ethanol to the synthesis bath. The CoNiHCF electrodes were characterized by X-ray diffraction spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and the electrochemical tests of cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that the molar ratio of trisodium citrate and the synthesis temperature have a significant impact on the structure, morphology, and electrochemical performance of the electrodes. The CoNiHCF electrode synthesized at zero degrees Celsius, with a duration of 48 hours and a trisodium citrate quantity of 387 mg, possessed the best energy storage properties. This electrode, with an average particle size of about 120 nanometers, demonstrated a specific gravimetric capacity of 1150 F/g in a 0.5 molar Na₂SO₄ electrolyte. Finally, the electrode synthesized under the optimal conditions was used to construct symmetric and asymmetric supercapacitors. The symmetric supercapacitor, with an operating voltage range of 1.2 volts and a Coulombic efficiency close to 100 percent at all current densities, along with a capacity retention of 91 percent over 3000 charge-discharge cycles, was able to illuminate blue, green, and red LEDs for 3 minutes and 10 seconds, 6 minutes and 40 seconds, and 8 minutes and 11 seconds, respectively. Furthermore, the symmetric supercapacitor exhibited a power density of 2625 W·kg⁻¹ and an energy density of 43.75 W·h·kg⁻¹, which indicates the superiority of the fabricated supercapacitor compared to many previous studies.