چکیده:
در این رساله از اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزی، مواد کربنی، پلیمرهای هادی، و فلزات واسطه به عنوان کامپوزیتهای سنتز شده در ابرخازنها به منظور افزایش دانسیتهی انرژی با حفظ دانسیتهی توان آنها استفاده شد. کامپوزیتها بصورت درجا روی الکترودها سنتز شدند، دارای ویژهگیهایی از جمله ساختارمتخلخل، دیوارههای نانومتری که منجر به افزایش مکانهای فعال، مسیر نفوذ الکترولیت کم، واکنشهای ردوکس سریع و پنجره پتانسیل وسیع بودند. در بخش اول این رساله، نانوذرات ZnFe2O3 روی نانوصفحههایMoS2@rGO گل مانند سنتز شد. الکترود ساخته شده با این کامپوزیت به عنوان قطب مثبت و کربن فعال به عنوان قطب منفی برای ساخت ابرخازن نامتقارن مورد استفاده قرار گرفت، ابرخازن ساخته شده ظرفیت ویژه 3078 فاراد برگرم، دانسیتهی انرژی 57 وات ساعت برکیلوگرم، دانسیته توان 687 وات بر کیلوگرم و پایداری چرخهای 88 درصد بعد از 4000 سیکل را نشان داد.
در بخش دوم این رساله، گرافن اکسید عامل دار شده با نانولولههای توخالی پلی آنیلین(PANI)، به عنوان بستری برای هسته زایی و رشد چارچوب فلز - آلی نیکل(Ni-MOF) مورد استفاده قرار گرفت. نانولولههای پلی آنیلین باعث افزایش رسانایی و هدایت الکتریکی Ni-MOF گردید. ظرفیت ویژه ابرخازن نامتقارن ساخته شده با این الکترود( Ni-MOF@PANI-GO 592 کولن بر گرم، دانسیتهی توان 74 وات ساعت برکیلوگرم و دانسیتهی انرژی 849 وات بر کیلوگرم میباشد. حفظ 78 درصد از ظرفیت اولیه پس از 20 برابر افزایش در دانسیته جریان نشان از قابلیت سرعت پذیری خوب نانومواد سنتز شده می باشد.
برای ایجاد ساختارهایی با رسانایی بالاتر و پایدارتر ساختارهای چند لایهای و ساختارهای سه فلزی با استفاده از روش سنتز مستقیم مورد توجه قرار گرفت. این ساختارها چگالی انرژی و توان بالایی ایجاد و مقرون به صرفه برای تجاری شدن میباشند. در بخش سوم رساله، یک ساختار دو لایهای چند فلزی(FeSe2@CuFeS2) سنتزشد. مورفولوژی مناسب این ساختار باعث انتشار سریع الکترولیت، مساحت سطح فعال بالا و رسانایی بالا شده که ابرخازن هیبریدی ساخته شده با این نانوکامپوزیت ظرفیت ویژه 423 فاراد بر گرم، دانسیته ی انرژی 152 وات ساعت بر کیلوگرم، دانسیته ی توان 1607 وات بر کیلوگرم و پایداری چرخهای 91 درصد بعد از 3000 سیکل را از خود نشان داد.
در بخش چهارم رساله، نانوکامپوزیتی متشکل از منگنز دی اکسید (MnO) و چارچوب فلز - آلی (Ni-CoMOFs) سنتز شد. نانوگل های MOF به عنوان یک ساختار متخلخل و دارای سطح ویژه بالا، امکان جذب و ذخیره بیشتر یون ها را فراهم می کنند، در حالی که MnO به عنوان یک بستر رسانا، هدایت الکتریکی را بهبود می بخشد و پایداری مکانیکی سامانه را افزایش می دهد. هم افزایی میان MnO و MOF در این کامپوزیت، باعث دستیابی به ظرفیت ذخیره سازی انرژی بالا، رسانایی الکتریکی مطلوب و پایداری چرخه ای میشود. ظرفیت ویژه 1400 فاراد برگرم و پایداری چرخه ای 89 درصد بعد از 4000 سیکل را از خود نشان میدهد.

کلمات کلیدی: ابرخازن، سنتزدرجا، چارچوب فلزی - آلی، نانولوله_های پلی آنیلین، گرافن، ساختارهای چند لایه و ساختارهای چند فلزی