مقایسه احیای اکسید گرافن با روش های الکتروشیمیایی جریان ثابت و پالس جریان روی فوم نیکل-اکسید نیکل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

چکیده

در این تحقیق یک روش جدید، غیر سمی و دومرحله‏ای برای ساختن الکترود اکسید گرافن احیا‏شده به روش الکتروشیمیایی (ERGO) روی فوم نیکل- اکسید نیکل معرفی شده است. این روش شامل قطره‌چکانی اکسید گرافن روی فوم نیکل- اکسید نیکل و احیای آن با روش‌های جریان ثابت و پالس جریان کاتدی می‏باشد. ساختار حاصل‌شده به‌وسیله‌ی میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، الگوی پراش پرتو ایکس(XRD) و طیف‏سنجی رامان (Raman spectroscopy) مورد بررسی قرار گرفته شد. اندازه‌گیری‌های امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) نیز برای مطالعه رفتار الکتروشیمیایی الکترود انجام گرفته شد. تصاویر SEM نشان داد که در روش جریان پالسی چروکیدگی صفحه‏های گرافنی سنتز شده افزایش یافته است. آزمون رامان نیز نشان داد که روش جریان پالسی نسبت به روش جریان ثابت برای احیای اکسید گرافن موثرتر می‏باشد و در نهایت نتایج XRD حاکی از افزایش فاصله بین صفحه‌های گرافنی در حالت پالس جریان بود. مقدار مقاومت سری معادل که یکی از مشخصه‏های اصلی در ذخیره‌سازی انرژی می‏باشد، در امپدانس مورد بررسی قرار گرفت و این مقدار در روش جریان پالسی کمتر بود. عملکرد الکتروشیمیایی مناسب الکترود احیا شده با روش جریان پالسی به ساختار متخلخل الکترود برمی‌گردد که یک سطح ویژه‌ی بالا، مسیر نفوذ کوتاه شده برای یون‏ها و مسیرهای انتقال برای الکترون‌ها را فراهم کرده است. عملکرد عالی الکترود باعث شده که این الکترود برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی گزینه‏ی قابل‌دسترس و مناسبی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]. M.inagaki, H. Konno, and O. Tanaike, Carbon materials for electrochemical capacitors. J. power. Sources. 195 (2010), 7880-7903.

[2]. A.Davies, A. Yu, Material advancements in supercapacitors: from activated carbon to carbon nanotube and graphene. Can. J. Chem. Eng. 89(2011), 1342-1357.

[3]. K.kakaei, One-pot electrochemical synthesis of graphene by the exfoliation of graphite powder in sodium dodecyl sulfate and its decoration with platinum nanoparticles for methanol oxidation. Carbon. 51 (2013), 195-201

[4]. S.‏W.Ting, A.‏P.‏Periasamy, S.‏M.Chen, R.‏Saraswathi.‏Direct electrochemistry of catalase immobilized at electrochemically reduced graphene oxide modified electrode for amperometric H2O2 biosensor. Int. J. Electrochem. Sci, 6 (2011), 4438-4453

[5]. X.‏Y.Peng, X.‏X. Liu, D.Diamond, K. T. Lau, Synthesis of electrochemically-reduced graphene oxide film with controllable size and thickness and its use in supercapacitor. Carbon. 49(2011), 3488-3496.‏

[6]. Y.Tang, N. Wu, S.Luo, C. Liu, K.Wang, L. Chen, One‐Step Electrodeposition to Layer‐by‐Layer Graphene–Conducting‐Polymer Hybrid Films. Macromol. rapid .comm. 33 (2012),1780-1786.‏

[7]. H.Zhang, X.Zhang, D.Zhang, X.Sun, H.Lin, C.Wang, Y. Ma, One-step electrophoretic deposition of reduced graphene oxide and Ni‏(OH)‏2 composite films for controlled syntheses supercapacitor electrodes. J. Phys. Chem. B. 117 (2012), 1616-1627.‏

[8]. S.Bittolo Bon, L.Valentini, J. M.Kenny, L.Peponi, R.Verdejo, M.‏A.‏Lopez‐Manchado, Electrodeposition of transparent and conducting graphene/carbon nanotube thin films. phys status solidi A. 207 (2010), 2461-2466.‏

[9]. C.‏Y.Su, A.‏Y.‏Lu, Y.Xu, F.‏R.Chen, A.‏N.Khlobystov, L.‏J.‏Li, High-quality thin graphene films from fast electrochemical exfoliation. ACS nano 5 (2011), 2332-2339.‏

[10]. M.Zhou, Y.Wang, Y.Zhai, J.Zhai, W.Ren, F.Wang, S. Dong. Controlled synthesis of large‐area and patterned electrochemically reduced graphene oxide films." Chem–A Euro. J15 (2009), 6116-6120.‏

[11]. X.Zhang, D. Zhang, Y.Chen, X.Sun, Y.Ma, Electrochemical reduction of graphene oxide films: Preparation, characterization and their electrochemical properties. Chinese.sci.bull. 57 (2012): 3045-3050.‏

[12]. H.Yu, J.He, L. Sun, S.Tanaka, B.Fugetsu, Influence of the electrochemical reduction process on the performance of graphene-based capacitors. Carbon. 51 (2013), 94-101.

[13] م. میرزایی، چ. دهقانیان، سنتز فوم نیکل-اکسیدنیکل به روش الکتروشیمیایی و کاربرد آن در ابرخازن، نشریه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، 1397.

[14]. M.Kundu, L. Liu, Direct growth of mesoporous MnO2 nanosheet arrays on nickel foam current collectors for high-performance pseudocapacitors. J. Power Sources. 243 (2013),676-681.‏

[15]. C.Shanthi, S.Barathan, R.Jaiswal, R. M.Arunachalam, S.Mohan, The effect of pulse parameters in electro deposition of silver alloy. Mater. Lett. 62 (2008), 4519-4521.

[16]. W.Zhou, X.Cao, Z.Zeng, W.Shi, Y.Zhu, Q.Yan, , ... & H.Zhang, "One-step synthesis of Ni‏3‏S‏2 nanorod@ Ni‏(OH)‏2 nanosheet core–shell nanostructures on a three-dimensional graphene network for high-performance supercapacitors." Energ. Environ. Sci. 6 (2013), 2216-2221.

[17]. G.Zhou, D.‏W.Wang, L.‏C.Yin, N.Li, F. Li, H. M. Cheng, Oxygen bridges between NiO nanosheets and graphene for improvement of lithium storage. ACS nano. 6 (2012), 3214-3223.‏

[18]. T‏.Öznülüer, D.Ümit, H.‏Ö.Doğan. Fabrication of underpotentially deposited Cu monolayer/electrochemically reduced graphene oxide layered nanocomposites for enhanced ethanol electro-oxidation." Appl. Catal. B: Environ. 235 (2018), 56-65.‏

[19]. A. B.López-Oyama, M. A.Domínguez-Crespo, A. M.Torres-Huerta, , E.Onofre-Bustamante, R.Gámez-Corrales, N.Cayetano-Castro, A. C. Ferrel-Álvarez, Dataset on electrochemical reduced graphene oxide production: Effect of synthesis parameters. Data in brief, 21(2018) 598-603.

[20] I. H. Lo, J. Y.Wang, K. Y. Huang, J. H.Huang, W. P. Kang, "Synthesis of Ni (OH)‏2 nanoflakes on ZnO nanowires by pulse electrodeposition for high-performance supercapacitors." J. Power. Sources‏.308 (2016): 29-36.‏

[21]. M.Liu, J.Chang, Y.Bai, J.Sun, An advanced asymmetric supercapacitor based on a novel ternary graphene/nickel/nickel oxide and porous carbon electrode with superior electrochemical performance." RSC. Adv. 5 (2015), 91389-91397.‏