سنتز برخی نانوساختارهای اکسیدهای فلزی نظیر اکسید مس و کامپوزیت آنها و بررسی کاربرد آنها در سیستمهای ذخیره کننده انرژی الکتریکی
چکیده
در این رساله، نانوساختارهای اکسید مس با مورفولوژیهای مختلف (کروی، میلهای و ذرهای) به کمک امواج فراصوت و با کنترل پارامترهای واکنش نظیر نسبت مولی مواد واکنش دهنده، مدت زمان اعمال امواج فراصوت، دمای واکنش و دمای پخت سنتز شدند. ساختار نمونههای سنتز شده از طریق طیف سنجی پراش اشعه ایکس (xrd) و آنالیز گرماوزن سنجی (tga) مورد مطالعه قرار گرفت و مورفولوژی نمونهها با تکنیک میکروسکپ الکترونی روبشی (fesem) بررسی شد. مطالعات الکتروشیمیایی این نانوساختارها با روش ولتامتری چرخهای (cv) در سرعت روبشهای مختلف انجام و ظرفیت ویژه نمونهها محاسبه شد. بر اساس نتایج، رفتار الکتروشیمیایی و شبه خازنی اکسید مس به طور معنی داری با تغییر مورفولوژی تغییر میکند. در ادامه با هدف بهبود کارایی و ظرفیت ویژه اکسید مس، کامپوزیتی از این اکسید فلزی با گرافن اکسید سنتز شد و ساختار آن با روشهای xrd، رامان، ftir، edx و طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (xps) مطالعه شد. از fesem و میکروسکپ الکترونی عبوری (tem) نیز برای شناسایی مورفولوژی نمونهها بهره گرفته شد. رفتار الکتروشیمیایی این کامپوزیت با روشهای cv، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (eis) و شارژ-دشارژ در جریانهای ثابت (cp) به عنوان ماده فعال ابرخازنی بررسی شد. بر اساس نتایج حاصل، ظرفیت نمونه کامپوزیت در چگالی جریان ma/g 100 دو برابر اکسید مس و گرافن اکسید به دست آمد (f/g 245). همچنین بررسی عمر چرخهای سیستم طی 1000 چرخه متوالی نشان دهنده 79% ماندگاری ظرفیت بود. در بخش بعد، نانوساختارهای اکسید دو فلزی cuco2o4 سنتز و ساختار و مورفولوژی آنها با xrd، edx و fesem مورد بررسی قرار گرفت. مطالعه رفتار الکتروشیمیایی این ترکیب به روش cv، eis و cp نشان دهنده رفتار بسیار خوب این ترکیب به عنوان مادهای جدید برای کاربرد در ابرخازنها است. ظرفیت ویژه cuco2o4 در چگالی جریان ma/g 1000 برابر با f/g 338 به دست آمد. همچنین توان ویژه این سیستم برابر با kw/kg 105/22 به دست آمد که نشان دهنده توان بالای آن است. مطالعات عمر چرخهای طی 5000 چرخه در چگالی جریانهای مختلف نیز حاکی از پایداری بسیار مناسب نانوساختارهای cuco2o4 در چرخههای متوالی شارژ-دشارژ است.