سنتز فوم نیکل-اکسیدنیکل به روش الکتروشیمیایی و کاربرد آن در ابرخازن

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 2، دوره 13، شماره 2 - شماره پیاپی 49، شهریور 1398، صفحه 17-25   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

مجید میرزایی^{* 1}؛ چنگیز دهقانیان²

¹دانشگاه تهران- پردیسدانشکده های فنی- دانشکده مهندسی مواد و متالورژی

²دانشگاه تهران- پردیس دانشکده فنی- دانشکده مهندسی مواد و متالورژی

چکیده

این مقاله قابلیت کاربرد فوم نیکل-اکسید نیکل را به عنوان جمع کننده‏ی جریان برای ابرخازن بررسی می کند. فوم Ni-NiO با یک روش ساده‏ی آلیاژ‏زدایی (واکنش جابجایی گالوانیک) ایجاد شد که در طی آن مس از فوم Ni-Cu زدوده شد و در طی عملیات حرارتی فوم Ni-NiO حاصل شد. مشخصه یابی کامل شامل مشخصه یابی های آنالیزی، ساختاری، شیمیایی و الکتروشیمیایی برای فوم مورد نظر انجام می شود. این مشخصه یابی ها با استفاده از XRD، SEM، امپدانس الکتروشیمیایی و تست شارژ و دشارژ انجام می شود. نتایج XRD حضور فازهای نیکل و اکسید نیکل را تایید می کند. همچنین در تست SEM وجود تخلخل های در گستره‏ی میکرو و دندریت های در گستره‏ی نانو مشاهده شد . فوم حاصله در محلول KOH M1، ظرفیت خازنی F/g 924 در دانسیته جریان A/g 1 را دارا بود. علاوه بر این سیکل‏پذیری این الکترود نیز مناسب بود، به طوری که بعد از 3000 سیکل در دانسیته جریان A/g20، 8/81% ظرفیت خود را حفظ کرده است. الکترود فوم ایجاد شده می تواند به عنوان بستر جریان برای رسوب نشانی لایه های بعدی مورد استفاده قرار بگیرد و کاندیدایی برای استفاده در ابرخازن باشد.

کلیدواژه‌ها

فوم Ni-NiO؛ روش الکتروشیمیایی؛ ابرخازن؛ فیلم متخلخل؛ الگوی حباب هیدروژن

مراجع

[1]     ش. خامنه اصل و م. نامدار حبشی، "سنتز گرافن به روش لیزر به منظور ساخت ابرخازن‏های الکتروشیمیایی، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد"، دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 44، صفحه 107-119، بهار 1397.

 

[2]     B. C. Tappan, S. A. Steiner & E. P. Luther, “Nanoporous metal foamsˮ, Angewandte Chemie International Edition, Vol. 49, No. 27, pp. 4544-4565, 2010.

 

[3]     H. C. Shin, J. Dong & M. Liu, “Nanoporous structures prepared by an electrochemical deposition processˮ, Advanced Materials, Vol. 15, No. 19, pp. 1610-1614, 2003.

 

[4]     H. C. Shin & M. Liu, “Copper foam structures with highly porous nanostructured wallsˮ, Chemistry of materials, Vol. 16, No. 25, pp. 5460-5464, 2004.

 

[5]       س. فضلی و م. ا. بحرالعلوم، "بررسی عوامل موثر بر مورفولوژی و ساختار نانویی پوشش‌های آلیاژی نیکل-آهن تهیه شده به روش آبکاری الکتریکی"، فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 36، صفحه 45-37، بهار .

 

[6]     G. Lange, S. Eugénio, R. Duarte, T. Silva, M. Carmezim & M. d. F. Montemor, “Characterisation and electrochemical behaviour of electrodeposited Cu–Fe foams applied as pseudocapacitor electrodesˮ, Journal of Electroanalytical Chemistry, Vol. 737, pp. 85-92, 2015.

 

[7]     I. Sunagawa, “Morphology of crystals: part A: fundamentals part B: fine particles, minerals and snow part C: the geometry of crystal growth by jaap van suchtelenˮ, Springer Science & Business Media, 1995.

 

[8]     K. Fukami & et al., “General mechanism for the synchronization of electrochemical oscillations and self-organized dendrite electrodeposition of metals with ordered 2D and 3D microstructuresˮ, The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 111, No. 3, pp. 1150-1160, 2007.

 

[9]     K. Zhuo, M. G. Jeong & C. H. Chung, “Dendritic nanoporous nickel oxides for a supercapacitor prepared by a galvanic displacement reaction with chlorine ions as an accelerator,ˮ RSC Advances, Vol. 3, No. 31, pp. 12611-12615, 2013.

 

[10] W. Shao, G. Pattanaik & G. Zangari, “Influence of chloride anions on the mechanism of copper electrodeposition from acidic sulfate electrolytesˮ, Journal of The Electrochemical Society, Vol. 1, No. 54, pp. D201-D207, 2007.

 

[11] B. Wei & et al., “Room‐temperature ferromagnetism in doped face‐centered cubic Fe nanoparticlesˮ, small, Vol. 2, No. 6, pp. 804-809, 2006.

 

[12] C. W. Kim & et al., “Surface investigation and magnetic behavior of Co nanoparticles prepared via a surfactant-mediated polyol processˮ, The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 113, No. 13, pp. 5081-5086, 2009.

 

[13] H. Q. Wang & et al., “Porous nano-MnO₂: large scale synthesis via a facile quick-redox procedure and application in a supercapacitorˮ, New Journal of Chemistry, Vol. 35, No. 2, pp. 469-475, 2011.

 

[14] M. Zhi, A. Manivannan, F. Meng & N. Wu, “Highly conductive electrospun carbon nanofiber/MnO₂ coaxial nano-cables for high energy and power density supercapacitorsˮ, Journal of Power Sources, Vol. 208, pp. 345-353, 2012.

 

[15] S. Biswas & L. T. Drzal, “Multilayered nanoarchitecture of graphene nanosheets and polypyrrole nanowires for high performance supercapacitor electrodesˮ, Chemistry of Materials, Vol. 22, No. 20, pp. 5667-5671, 2010.

 

[16] J. Ji & et al., “Nanoporous Ni (OH) ₂ thin film on 3D ultrathin-graphite foam for asymmetric supercapacitorˮ, ACS nano, Vol. 7, No. 7, pp. 6237-6243, 2013.

 

[17] W. Sugimoto, H. Iwata, Y. Yasunaga, Y. Murakami & Y. Takasu, “Preparation of ruthenic acid nanosheets and utilization of its interlayer surface for electrochemical energy storageˮ, Angewandte Chemie International Edition, Vol. 42, No. 34, pp. 4092-4096, 2003.

 

[18] C. C. Hu, K. H. Chang & T. Y. Hsu, “The synergistic influences of OH− concentration and electrolyte conductivity on the redox behavior of Ni (OH) ₂/NiOOHˮ, Journal of The Electrochemical Society, Vol. 155, No. 8, pp. F196-F200, 2008.