تأثیر تنوع روش‏های الکتروشیمیایی بر خواص ابرخازنی لایه نازک گرافن‌اکسید احیا‌شده به روش الکتروشیمیایی

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، پردیس دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، تهران، ایران

10.30501/jamt.2020.185410.1031

چکیده

در تحقیق حاضر، با استفاده از روش‌های ارزان و سازگار با محیط­زیست، گرافن­اکسید (GO)، روی فوم اکسید نیکل، رسوب‌نشانی شد. سپس، ورقه‏های نازک GO، با روش‏های مختلف الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه‌ای (CV)، کرونوآمپرومتری و کرونوپتانسیومتری، احیا شدند. تأثیر روش‌های مختلف رسوب‏نشانی نیز بر خصوصیات ساختاری، مورفولوژی و ابرخازنی لایه نازک ERGO، با استفاده از پراش اشعه­ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی رامان، ولتامتری چرخه‌ای و گالوانواستاتیک شارژ و دشارژ (GCD)، مورد بررسی قرار گرفت. تشکیل ERGO توسط هر سه حالت، با استفاده از الگوهای پراش اشعه­ایکس، تأیید شد و تغییرات قابل ملاحظه‌ای نیز در ساختار و مورفولوژی لایه نازک ERGO، به­علت حالت‏های مختلف رسوب‌نشانی، مشاهده گردید. سپس، خواص ابرخازنی لایه نازک ERGO، در الکترولیت M KOH 1 مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد که حداکثر مقدار ظرفیت خازنی برای حالت‏های ولتامتری چرخه‌ای، روش‌های کرونوآمپرومتری و کرونوپتانسیومتری، به ترتیب، 1380، 1259 و 1995 فاراد بر گرم است که به طور کامل، در توافق با نتایج سطح ویژه و امپدانس است. نتایج، نشان داد که روش جریان ثابت، بهترین روش در احیای گرافن­اکسید است و بیشترین گروه‏های عاملی احیا شده و بیشترین دانسیته‏ نواقص و چروکیدگی صفحات را به خود اختصاص می‏دهد. درنتیجه، این روش، می‏تواند جایگزین روش‏های شیمیایی، برای احیا گرافن­اکسید شود و ضعف عمده‏ روش‏های شیمیایی را که استفاده از مواد سمی در احیا است، برطرف کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1.   Inagaki, M., Konno, H., Tanaike, O., "Carbon materials for electrochemical capacitors", Journal of Power Sources, Vol. 195, No. 24, (2010), 7880-7903. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.06.036
2.   Frackowiak, E., Beguin, F., "Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors", Carbon, Vol. 9, No. 6, (2001), 937-950. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00183-4
3.   Davies, A., Yu, A., "Material advancements in supercapacitors: From activated carbon to carbon nanotube and graphene", The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 89, No. 6, (2011), 1342-1357. https://doi.org/10.1002/cjce.20586
4.   Edwards, R. S., Coleman, K. S., "Graphene synthesis: Relationship to applications", Nanoscale, Vol. 5, No. 1, (2013), 38-51. https://doi.org/10.1039/C2NR32629A
5.   Hummers Jr, W. S., Offeman, R. E., "Preparation of graphitic oxide", Journal of the American Chemical Society, Vol. 80, No. 6, (1958), 1339-1339. https://doi.org/10.1021/ja01539a017
6.   Eda, G., Fanchini, G., Chhowalla, M., "Large-area ultrathin films of reduced graphene oxide as a transparent and flexible electronic material", Nature Nanotechnology, Vol. 3, No. 5, (2008), 270-274. https://doi.org/10.1038/nnano.2008.83
7.   Kundu, M., Liu, L., "Direct growth of mesoporous MnO2 nanosheet arrays on nickel foam current collectors for high-performance pseudocapacitors", Journal of Power Sources, Vol. 243, (2013), 676-681. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.06.059
8.   Min, S., Zhao, C., Chen, G., Qian, X., "One-pot hydrothermal synthesis of reduced graphene oxide/Ni‏(OH)2 films on nickel foam for high performance supercapacitor",Electrochimica Acta, Vol. 115, (2014), 155-164. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.10.140
9.   Wang, H., Casalongue, S. H., Liang, Y., Dai, H., "Ni (OH)‏2 nanoplates grown on graphene as advanced electrochemical pseudocapacitor materials", Journal of the American Chemical Society, Vol. 132, No. 21, (2010), 7472-7477. https://doi.org/10.1021/ja102267j