نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

بهبود رفتار الکتروشیمیایی نانولوله های کربنی با سلنیوم و سولفید مولیبدن به‌عنوان موادکاتدی در سیستم های هیبرید باتری-ابرخازن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
رضوان رستمی 1
حسین محمدزاده آیدیشه 2
1 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه جامع امام حسین (ع) ، تهران، ایران
چکیده
سیستم­ های هیبریدی باتری-ابرخازن ابزارهای ذخیره‌کننده الکتریکی می­باشند که می­ توانند به ­طور همزمان چگالی انرژی و چگالی توان بالایی را از خود نشان دهند. در این کار الکترود MoS2-SeCNTs@Gr به‌عنوان کاتد سیستم هیبرید باتری-ابرخازن تهیه گردید. بدین ترتیب که ابتدا نانولوله ­های کربنی چنددیواره عامل‌دار شدند، سپس نانوذرات سلنیوم به‌منظور بهبود هدایت و ظرفیت بر روی نانولوله های کربنی دوپ شدند و همین­طور به‌منظور بهبود ظرفیت و رفتار نانولوله ­های کربنی دوپ ‌شده با سلنیوم، نانوذرات مولیبدن دی سولفید با استفاده از روش هیدروترمال روی ماده مورد نظر ترسیب گردید. رفتار الکتروشیمیایی مواد تهیه شده با استفاده از ولتامتری چرخه ­ای، کرونوپتانسیومتری و امپدانس الکتروشیمیایی مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج نشان داد که مواد تهیه شده دارای رفتار الکتروشیمیایی مطلوبی می ­باشند. به ­طوری­که الکترود تهیه شده توانست ظرفیت ویژه F/g 560 را از خود نشان دهد و 94% از ظرفیت اولیه­ خودش را بعد از 4000 چرخه حفظ کند. درنهایت با استفاده از روش­ های آنالیز میکروسکوپ الکترونی عبوری ، الگوی پراش ایکس  و زاویه تماس سطحی و ...، ریخت شناسی سطحی و ساختار الکترودهای تهیه شده مورد بررسی قرار گرفت.
کلیدواژه‌ها
سیستم هیبریدی
ابرخازن
نانولوله کربنی
سلنیوم
مولیبدن

موضوعات

[1] Xing F., Bi Z., Su F., Liu F., Wu Z.S., Unraveling the Design Principles of Battery-Supercapacitor Hybrid Devices: From Fundamental Mechanisms to Microstructure Engineering and Challenging Perspectives, Adv. Energy Mater, 12: 2200594‏ (2022).
[2] Mohammed A.S., Atnaw S.M., Salau A.O., Eneh J.N., Review of Optimal Sizing and Power Management Strategies for Fuel Cell/Battery/Super Capacitor Hybrid Electric Vehicles, Energy Rep, 9: 2213-2228 (2023).
[3] Aydisheh H.M., Momeni M.M., Photoelectrodes Based on Selenium-Polypyrrole-Vanadium Pentoxide Nanowire Films for High-Performance Lightweight Symmetric Photo-Supercapacitors: A Flexible Photo-Rechargeable Electrical Energy Storage Device, Electrochim. Acta, 467:143066 (2023).
[4] Shi J., Xu B., Shen Y., Wu J., Energy Management Strategy for Battery/Supercapacitor Hybrid Electric City Bus Based on Driving Pattern Recognition, Energy, 243: 122752 (2022).
[5] Man Yu., Qiang Yu., Meiying Li., Joint Estimation for Battery Capacity and the State of Charge Based on Variable Time Scale, Iran. J. Chem. Chem. Eng., 40(6): 1943-1959 (2021).
[6] تارقلی، احسان.، موسوی خوشدل، سید مرتضی.، رحمانی‌فر، محمدصفی.، تأثیر نقص های ساختاری در گرافن عامل دار شده با گروه عاملی –COOH در کارایی ابرخازن پایه گرافنی،  نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 35(3): 33 تا 42 (1395).
[7] معلی، علی.، نوعی، مازیار.، خضعلی، فریدون.، مالکی، افسانه.، اثر میدان الکتریکی بر عملکرد باتری یون سدیم بر مبنای آند بور ـ نیترید با استفاده از نظریه تابع چگالی،  نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 40(3):
121 تا 128 (1400).
[8] فرجی، مسعود.، رزمی، یوسف.، فیلم پالادیم ـ نانو لوله های کربنی ـ گرافیت ـ پلی وینیل کلراید انعطاف پذیر برای کاربرد به عنوان الکتروکاتالیست مناسب در احیای اکسیژن در پیل سوختی میکروبی،  نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 42(2): 55 تا 64 (1402).
 [9] Su F., Qin J., Das P., Zhou F., Wu Z. S., A High-Performance Rocking-Chair Lithium-Ion Battery-Supercapacitor Hybrid Device Boosted by Doubly Matched Capacity and Kinetics of the Faradaic Electrodes, Energy Environ, 14: 2269-2277 (2021).
[10] Kalantari K., Asgari E., Synthesis of ZnO-ZnS Nanocomposite and its Application in Photocatalytic Degradation of Direct Red 80 Dye, Iran. J. Chem. Chem. Eng., 22: 98-109 (2023).
[11] Rahman M.M., A Comprehensive Review on Perovskite Solar Cells Integrated Photo‐supercapacitors and Perovskites‐Based Electrochemical Supercapacitors, Chem. Rec, 24: e202300183 (2024).
[12] Srikesh G., Samson Nesaraj A., Wet Chemical Synthesis of Graphene Containing Co / Mn Co-doped NiONanocrystalline Materials: Efficient Electrode for Electrochemical Supercapacitors, Iran. J. Chem. Chem. Eng., 40(5): 1406-1413 (2021).
[13] Mohammad Alipour F., Babazadeh M., Vessally E., Hosseinian A., A Computational Study on the Some Small Graphene-Like Nanostructures as the Anodes in Na−Ion Batteries, Iran. J. Chem. Chem. Eng., 40(3): 691-703 (2021).
[14] Ahmed D.S., Haider A.J., Mohammad M.R., Comparison of Functionalization of Multi-Walled Carbon Nanotubes Treated by Olive Oil and Nitric Acid and their Characterization, Energy Procedia, 36: 1111-1118 (2013).
[15] Hoa L.T.M., Characterization of Multi-Walled Carbon Nanotubes Functionalized by a Mixture of HNO3/H2SO4, Diam. Relat. Mater, 89: 43-51 (2018).
[16] Upadhyay A.N., Tiwari R.S., Singh K., Optical and Electrical Properties of Carbon Nanotube-Containing Se85Te10Ag5 Glassy Composites, Phil. Mag, 96: 576-583 (2016).
[17] Thirupathi B., Pongen Y.L., Kaveriyappan G.R., Dara P.K., Rathinasamy, S., Vinayagam, S., Sundaram T., Hyun B.K., Durairaj T., Sekar S.K.R., Padina Boergesenii Mediated Synthesis of Se-ZnO Bimetallic Nanoparticles for Effective Anticancer Activity, Front. microbiol, 15: 1358467 (2024).
[18] Peng S., Li L., Wu H.B., Madhavi S., Lou X.W., Controlled Growth of NiMoO4 Nanosheet and Nanorod Arrays on Various Conductive Substrates as Advanced Electrodes for Asymmetric Supercapacitors, Adv. Energy Mater, 5: 1401172 (2015).
[19] Chen X., Ding J., Jiang J., Zhuang G., Zhang Z., Yang P., Preparation of a MoS2/Carbon Nanotube Composite as an Electrode Material for High-Performance Supercapacitors, RSC Adv, 8: 29488-29494 (2018).
[20] Chen P.S., Hu Y., Li S.Y., Mazurkiewicz-Pawlicka M., Małolepszy A., Preparation of a MoS2/Carbon Nanotube Nanocomposite by Hydrothermal Method for Supercapacitor, Int. J. Electrochem. Sci, 19: 100523 (2024).
[21] Tian Y., Du H., Zhang M., Zheng Y., Guo Q., Zhang H., Luo J., Zhang X., Microwave Synthesis of MoS2/MoO2@CNT Nanocomposites with Excellent Cycling Stability for Supercapacitor Electrodes, J. Mater. Chem. C, 7: 9545-9555 (2019).
[22] Pandit B., Karade S.S., Sankapal B.R., Hexagonal VS2 Anchored MWCNTs: First Approach to Design Flexible Solid-State Symmetric Supercapacitor Device, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9: 44880-44891 (2017).
[23] KA S.R., Shajahan A.S., Chakraborty B., Rout C.S., The Role of Carbon Nanotubes in Enhanced Charge Storage Performance of VSe 2: Experimental and Theoretical Insight from DFT Simulations, RSC Adv, 10: 31712-31719 (2020).