چکیده:
با افزایش تقاضا برای دستگاه های الکترونیکی قابل حمل و انعطاف پذیر با چگالی انرژی و توان بالا، توسعه نسل بعدی دستگاه های ذخیره سازی انرژی سبک و انعطاف پذیر، بسیار مهم است. ابر خازن های انعطاف پذیر مبتنی بر پارچه های کربنی یکی از وسایل ذخیره انرژی امیدوارکننده برای این منظور است. در این پژوهش، درکار اول، با استفاده از روش هیدروترمال، اکسیدهای دوتایی منگنز- کبالت با درصد های مختلف بر روی سطح الیاف پارچه کربنی سنتز شد و در کار دوم، اصلاح سطح پارچه های کربنی با استفاده از پوشش های دوتایی منگنز-سریم صورت گرفت. مورفولوژی، ساختار و حالت های اکسید های سطحی تشکیل شده با استفاده از آزمون های مختلف شناسایی از جمله XPS ,XRD و FE-SEM مورد بررسی قرار گرفت. ویژگی های الکتروشیمی نمونه های تهیه شده در یک سیستم سه الکترودی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که در کار اول نمونه Co -Mn/CC (حاوی 50 درصد کبالت و 50 درصد منگنز) از عملکرد بهتری نسبت به سایر نمونه ها برخوردار است به گونه ای که ظرفیت ابرخازنی، چگالی توان و چگالی انرژی بیشتری دارد. در ادامه یک ابرخازن متقارن واقعی، با استفاده از این الکترود ساخته شد. نتایج مطالعات الکتروشیمی نشان داد که ابر خازن ساخته شده از ظرفیت خازنی mF/cm28/80 ، دانسیته انرژی mWh/cm3 041/0 و دانسیته توان mW/cm3 5/0برخوردار بوده و همچنین پایداری خوبی را نشان داد به گونه ای که پس از 10000 چرخه (ده هزار چرخه) شارژ-دشارژ متوالی بیش از 90 درصد ظرفیت خود را حفظ کرد.
در کار دوم نمونه Ce-Mn/CC حاوی (مقادیر مساوی از منگنز و سریم) از عملکرد خازنی بهتری نسبت به نمونه های تهیه شده برخوردار بود. ظرفیت ابرخازنی، چگالی توان و چگالی انرژی بیشتری نسبت به سایر نمونه ها از خود نشان داد. ابرخازن دو الکترودی متقارن ساخته شده با این الکترود نیز دارای ظرفیت خازنی mF/cm233/43، دانسیته انرژیmWh/cm3 024/0و دانسیته توان mW/cm3 306/0 توانست پس از 10000 چرخه شارژ-دشارژ متوالی بیش از 80 درصد ظرفیت خود را حفظ کند.
در کار سوم، اصلاح پارچه های کربنی با استفاده از اکسیدهای سه تایی منگنز- سریم- کبالت انجام شد. برای این منظور چهار الکترود حاوی اکسیدهای سه تایی با درصدهای مختلف تهیه شد و نتایج آزمایش الکتروشیمی نشان داد که نمونه سه تایی حاوی مقادیر یکسان از سه ترکیب، از بهترین عملکرد در مقایسه با سایر نمونه های سه تایی برخوردار است. همچنین عملکرد این الکترود بهتر از الکترودهای دوتایی می باشد.
در ادامه یک ابرخازن واقعی (دو الکترودی) انعطاف پذیر، با استفاده از بهترین الکترود تهیه شد و رفتار خازنی آن بررسی شد. مطالعات نشان داد که ظرفیت خازنی این ابرخازن mF/cm2 2/164 که حدود 1/2 برابر ابرخازن ساخته شده با الکترود دوتایی کبالت-منگنر و حدود 8/3 برابر ابرخازن ساخته شده دوتایی سریم- منگنز می باشد و دارای دانسیته انرژی mWh/cm3 059/0 و دانسیته توان mW/cm3 836/0 بوده و همچنین ابرخازن ساخته شده از انعطاف پذیری خوبی برخوردار بوده و توانست پس از 10000 سیکل بیش از 90 درصد ظرفیت خود را حفظ کند.
واژه های کلیدی: ابرخازن، پارچه کربنی، هیدروترمال، انعطاف پذیر، کبالت اکسید، سریم اکسید، منگنز اکسید