ناقشت كلية التربية للعلوم الصرفة في قسم الفيزياء بجامعة البصرة رسالة ماجستير حول تحضير وتشخيص الهياكل النانوية المعتمدة على الكاربون/ أكاسيد المعادن واستخدامها في تطبيقات المكثف الفائق
وتضمنت الرسالة التي قدمها الباحث(محمد عبد الرضا نفاوة) هذه المواد خُضّرت بواسطة طرق كيميائية سهلة وقليلة التكلفة. أولا تحضير صفائح الكرافين النانوية Graphene nanosheets باستخدام طريقة فصل الأغشية الرقيقة باستخدام السوائل Liquid phase exfoliation (LPE) لاستخدامها في صناعة أقطاب المكثف الفائق SC. في هذا الأنموذج حصلنا على استقرارية عالية في الأداء وسعة خزن قيمتها Csp=5.1 F/g، بالإضافة الى كثافة طاقة ED= 1.13 Wh/Kg وكثافة قدرة PD= 8.1 W/Kg. أظهرت صور المجهر الماسح الإلكتروني SEM أن هذه الصفائح مرتبة بشكل جيد وبمتوسط سمك يتراوح بين 24.13 nm الى 29.06 nm. لقد تم تطوير هذا الأنموذج بإضافة الحبيبات النانوية لأوكسيد الخارصين ZnO nanoparticles (NPs) للحصول على متراكب من الكرافين/جسيمات أوكسيد الخارصين النانوية. تم استخدام هذا المركب للحصول على قطب يحدث فيه تفاعل بين الجسيمات النانوية لأوكسيد الخارصين ZnO (NPs) والسائل الالكتروليتي، وهذا ما يرفع من الأداء العام للأنموذج. هذا الأنموذج اظهر استقرارية عالية وسعة خزن وصلت الى Csp= 10.53 F/g وكثافة طاقة ED= 1.71 Wh/Kg وكثافة قدرة PD= 12.35 W/Kg. المركب النانوي لصفائح الكرافين المحضر بطريقة LPE والطبقة المزدوجة لهيدروكسيد الخارصين /الألمنيوم ZnAl-LDHs المحضر بطريقة ترسيب الحمام الكيميائي Chemical bath deposition (CBD) حيث تم إنماء ZnAl-LDHs على قطعة ألمنيوم رقيقة. الغرض من هذا التحضير هو تصنيع أقطاب للمكثف الفائق SC ودراسة خواصها الكهروكيميائية وتشكيل السطح لهذه المواد. هذا القطب اظهر تحسينات كبيرة في أداء أنموذج المكثف الفائق الذي وصلت فيه السعة الى Csp= 139.63 F/g وكثافة الطاقة ED= 2.13 Wh/Kg وكثافة القدرة PD= 15.35 W/Kg. أظهرت القياسات الكهروكيميائية دورة حياة أطول للأنموذج مع ثبات في الأداء العام بعد 2000 دورة شحن وتفريغ. وكما أكدت قياسات مطيافية المقاومة الكهروكيميائية هذه النتائج. لقد قدمت هذه الدراسة إمكانية كبيرة لاستخدام مزيج بين الكرافين وأوكسيد الخارصين أو الطبقة المزدوجة لأوكسيد الخارصين / الألمنيوم كأقطاب للمكثف الفائق SC. كما يمكن استخدام الطرق البسيطة المستعملة في هذه الدراسة لتصنيع أقطاب أخرى من مركبات أخرى من العائلة نفسها لأنظمة تخزين طاقة مستقبلية.
الهدف من الرسالة
لدراستنا الحالية عدة أهداف منها تحضير المواد المعتمدة على الكاربون ذات التراكيب النانوية ودراستها وتشخيص خصائصها الكهروكيميائية والسطحية والضوئية، بالإضافة الى تحضير المواد من أكاسيد الفلزات ودراستها وتشخيص خصائصها الكهروكيميائية والسطحية والضوئية. تتضمن الدراسة الحالية تصنيع أقطاب لأنموذج المكثف الفائق SC وتعتمد على أحد مركبات الكاربون وهو صفائح الكرافين النانوية Graphene nanosheets الذي يكون عادة من نوع المكثف الفائق ذي الطبقة المزدوجة DLSC وقياس سعة خزنه للطاقة واستقرارية عمله وديمومتها ومقدار كثافة الطاقة Energy density وكثافة القدرة Power density ومعرفة الجوانب الجيدة والجوانب الأخرى التي من الممكن تطويرها. أما الهدف الآخر فهو صنع أنموذج آخر يعتمد على أكاسيد الفلزات الذي من المؤكد يكون من نوع Pseudocapacitor PC وأيضا إجراء جميع القياسات له لمعرفة الإيجابي والسلبي في عمله ومن خلال النتائج العملية التي تظهر، نهدف الى إيجاد سبل تطوير الأداء للنماذج السابقة وذلك بالدمج بين الكرافين والأكاسيد للحصول على مركب يملك مميزات وخصائص جديدة بإمكانها رفع أداء الأنموذج، حيث سيتم استخدام الأجسام النانوية لأوكسيد الخارصين ZnO nanoparticles (NPs) وتشخيص التطور الحاصل. ومن ثم سوف ندمج بين الطبقة المزدوجة لهيدروكسيد للخارصين- والألمنيوم ZnAl-LDHs، الأنموذج الناتج هو من النوع الهجين الذي يجمع بين المكثف الفائق ذي الطبقة المزدوجة DLSC والنوع الآخر PC، الهدف من الدمج هو الوصول الى أعلى مستوى أداء للأنموذج. وبذلك تكون لنا رؤية واضحة حول أي الأنواع يصلح للتطوير مستقبلا وكل نوع في أي مجال ممكن الاستفادة منه.
استنتجت الرسالة
المكثف الفائق ذو الطبقة المزدوجة DLSC يكون ذا استقرارية عالية وسعة خزن جيدة.
أما المكثف الفائق من نوع Pseudocapacitor تكون استقراريته أقل مما هي عليه في DLSC وسعة خزنه أعلى، النوع الهجين الذي يجمع بين النوعين السابقين يكون ذا نتائج ممتازة من ناحية استقرارية العمل وسعة الخزن. نجاح التعديلات المستخدمة في الجانب العملي في الوصول الى أفضل الشروط التي تمكننا من إنتاج الكرافين والطبقة المزدوجة لهيدروكسيد الخارصين – الألمنيوم ZnAl-LDHs بتشكل سطحي فريد وتركيب بلوري متميز. كل ما قل التركيز المولاري للسائل الالكتروليتي المستخدم (في دراساتنا KOH) زاد عمر الأنموذج وقلت سعته وكل ما زاد تركيزه المولاري زادت السعة لكن قل عمر الأنموذج بسبب التفاعل السريع مع الأقطاب.مركب الطبقة المزدوجة لهيدروكسيد الخارصين - الألمنيوم مع الكرافين Graphene/ZnAl-LDHs مركب ذو نتائج ممتازة من الممكن تطويره مستقبلا للحصول على نتائج أفضل. بالإمكان الحصول على الدائرة المكافئة للأنموذج من خلال رسم نايكوست Nyquist plot ومعرفة قيم العناصر المكونة للدائرة. التطابق الكبير بين قيمة السعة للنماذج المقاسة باستخدام منحنى الفولتية – التيار الدوري ومطيافية المواد الكهروكيميائية. الحصول على تطوير في كل القيم المقاسة مثل السعة، الاستقرارية، كثافة القوة Energy density، وكقافة القدرة Power density من خلال إضافة مواد جديدة والحصول على مركبات لصنع أقطاب المكثف الفائق SC ذي جودة عمل جيدة.
اهم الاخبار
الاكثر مشاهدة
