علی بهاری

بشر امروزی به دنبال ذخیره سازهای انرژی می باشد که از انرژی های پاک و بدون آلودگی استفاده کند. به همین دلیل دستگاه‌های ذخیره‌ساز انرژی با عملکرد بالا مانند ابرخازن‌ها مورد توجه جامعه‌ی بشری قرار گرفته است. در کار حاضر، الکترود نانوکامپوزیت فریت زیرکونیوم-کبالت/ اکسید گرافن کاهش یافته ی آلاییده با نیتروژن )FTIRتهیه شد تا در ابرخازن‌ها استفاده شود. آزمون‌های تبدیل فوریه‌ی زیر قرمز ( )ZCoFe2O4/NRGO( برای بررسی پیوندها و گروه های عاملی نمونه های آماده شده مورد استفاده قرار گرفتند. درصد مواد تشکیل دهنده به وسیله ی طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX ) مشخص شد که وجود ذرات نیتروژن را در نانوکامپوزیت نشان داد. جهت حصول اطمینان از تشکیل ساختار بلوری و ماهیت بلوری نمونه های سنتز شده از آزمون پراش پرتو ایکس (XRD ) استفاده شد. آنالیز جذب و واجذب نیتروژن به وسیله‎ی (BET )، همچنین ویژگی های ریخت شناسی و ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM ) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM ) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. مساحت سطح ویژه ی فعال نانوکامپوزیت ۴۶۸/۶۸ متر مربع بر گرم بدست آمد. مقایسه ی آن با فریت زیرکونیوم- کبالت (ZrCoFe2O4)، فریت کبالت (CoFe2O4)، فریت زیرکونیوم (ZrFe2O4) و اکسید گرافن کاهش یافته ی آلاییده با نیتروژن (NRGO ) نشان داد که در نانوکامپوزیت اتصال خوبی بین الکترولیت و ماده ی فعال الکترودی برقرار است که نفوذ یون های الکترولیت به داخل مواد الکترودی را آسان تر می کند. بنابراین مقاومت، پایین آمده و منجر به عملکرد الکتروشیمیایی خوب در ابرخازن می شود. همچنین بین ۲ تا ۵۰ نانومتر، توزیع تخلخل ها بیشتر بوده که نشان دهنده ی ساختار مزو تخلخل می باشد. در بخش بعدی این پژوهش، کاربرد نانوکامپوزیت با استفاده از ولتامتری چرخه‎ای (CV )، شارژ – دشارژ گالوانوستاتیک (GCD ) و مقاومت ظاهری الکتروشیمیایی (EIS ) مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه های حاصل از این آزمون های الکتروشیمیایی نشان داد که نانو کامپوزیت ما دارای توانایی ذخیره ی انرژی عالی با هر دو ساز و کار فاراده و غیر فاراده است و آنالیز شارژ – دشارژ نشان داد نانوکامپوزیت حاضر با ظرفیت ویژه ی ۳۰۷ فاراد بر گرم در چگالی جریان ۱ آمپر بر گرم، دارای بیشترین مقدار ظرفیت ویژه ی ابرخازنی نسبت به سایر نمونه های تهیه شده می باشد و ۹۷ درصد از ظرفیت اولیه ی خود را بعد از ۵۰۰۰ چرخه ی شارژ – دشارژ حفظ کرده و پایداری چرخه ای بسیار خوبی از خود نشان می دهد. آنالیز EIS، مقاومت بسیار کم نانوکامپوزیت را نشان داد. در این پژوهش همچنین ابرخازن نامتقارن (ASD ) ZrCoFe2O4/NRGO//NRGO مورد بررسی قرار گرفت که ظرفیت ویژه ی ۱۳۷ فاراد بر گرم، چگالی انرژی (انرژی ذخیره شده در واحد حجم یا جرم که به ترتیب دارای یکای وات ساعت بر لیتر و وات ساعت بر کیلوگرم می باشد) ۷/۴۲ وات ساعت بر کیلوگرم و چگالی توان (توان قابل دریافت به ازای واحد حجم یا جرم که به ترتیب دارای یکای وات بر لیتر و وات بر کیلوگرم می باشد) ۵/۶۱۸ وات بر کیلوگرم در چگالی جریان ۱ آمپر بر گرم بدست آمد. با توجه به نتایج بدست آمده، نانوکامپوزیت تهیه شده، عملکرد ابرخازنی مناسبی برای استفاده در دستگاه های ذخیره ی انرژی دارد.