Ηλεκτροχημική εναπόθεση οξειδίου του γραφενίου για ενεργειακές εφαρμογές

Ερωτοκριτάκη, Αναστασία; Erotokritaki, Anastasia

dc.contributor.author	Ερωτοκριτάκη, Αναστασία	el
dc.contributor.author	Erotokritaki, Anastasia	en
dc.date.accessioned	2019-07-25T09:22:34Z
dc.date.available	2019-07-25T09:22:34Z
dc.date.issued	2019-07-25
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49158
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16816
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ηλεκτροχημική εναπόθεση	el
dc.subject	Κυκλική βολταμετρία	el
dc.subject	Φασματοσκοπία εμπέδησης	el
dc.subject	Φόρτιση εκφόρτιση	el
dc.subject	Χωρητικότητα	el
dc.subject	Electrochemical deposition	en
dc.subject	Cyclic voltametry	en
dc.subject	Charge discharge	en
dc.subject	Capacitance	en
dc.subject	Conductivity	en
dc.title	Ηλεκτροχημική εναπόθεση οξειδίου του γραφενίου για ενεργειακές εφαρμογές	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Graphene oxide	en
heal.classification	Οξείδιο του γραφενίου	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-17
heal.abstract	Λόγω της υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της μεγάλης ειδικής επιφάνειας, το γραφένιο προσελκύει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον βρίσκοντας εφαρμογές σε τομείς όπως η αποθήκευση ενέργειας σε υπερπυκνωτές. Η απαίτηση για ελαφρές φορητές συσκευές μικρότερων διαστάσεων κάνει την σχετική έρευνα ιδιαίτερα επίκαιρη. Από την άποψη αυτή, η ηλεκτροχημική εναπόθεση αποτελεί εξαιρετικά ελκυστική τεχνική για την ανάπτυξη λεπτών ηλεκτροδίων υπερπυκνωτών. Στην παρούσα εργασία, παρασκευάστηκαν λεπτά υμένια οξειδίου του γραφενίου (GO) σε αγώγιμα υποστρώματα οξειδίου ινδίου κασσιτέρου (indium tin oxide) (ΙΤΟ) με ηλεκτροχημική εναπόθεση για διαφορετικές τιμές τάσης και χρόνου εναπόθεσης, και έγινε περαιτέρω ηλεκτροχημική αναγωγή τους με κυκλική βολταμετρία (CV). Τα ανηγμένα υμένια GO (rGO) χρησιμοποιήθηκαν στην κατασκευή υπερπυκνωτών με στερεό ηλεκτρολύτη, με βάση την υδρογέλη PVA-Na2SO4. Τα υμένια GO και ανηγμένου GO (rGO) εξετάστηκαν με τις τεχνικές SEM, XRD, RAMAN και XPS για συγκριτική ανάλυσή τους, καθώς και για επαλήθευση της ηλεκτροχημικής αναγωγής των τελευταίων. Η ειδική χωρητικότητα των ηλεκτροδίων και των πυκνωτών εκτιμήθηκε με ηλεκτροχημικές μεθόδους. Από τις αναλύσεις XRD προέκυψε ότι, κατά τους πολλαπλούς κύκλους CV, τα φύλλα του οξειδίου του γραφενίου απομακρύνονται μεταξύ τους, λόγω της εισχώρησης και υποστύλωσής τους με ηλεκτρολυτικούς παράγοντες όπως τα ιόντα νατρίου του ηλεκτρολύτη. Τα φάσματα Raman έδειξαν ότι ο δείκτης ΙD/ΙG, που συνδέεται με τις ατέλειες του πλέγματος του γραφενίου, παρέμεινε αρκετά σταθερός ακόμα και μετά από αρκετούς CV κύκλους που σημαίνει ότι δεν προστίθενται καινούριες ατέλειες αλλά και δεν γίνεται αποκατάσταση των sp2 υβριδικών δεσμών του πλέγματος. Η XPS ανάλυση ήταν αυτή που επιβεβαίωσε την αναγωγή των υμενίων GO σε rGO καθώς και την παρουσία του νατρίου στα υμένια rGO. Συνοψίζοντας, η ηλεκτροχημική αναγωγή των ηλεκτροδίων GO μέσω κυκλικής βολταμετρίας οδήγησε σε πενταπλάσια αύξηση της ειδικής χωρητικότητάς τους, φτάνοντας τιμές ~ 10 mF/cm2 και είχε ως επιπλέον θετικό αποτέλεσμα την εισχώρηση ιόντων νατρίου στο πλέγμα του οξειδίου του γραφενίου, προστατεύοντάς το από την επανασυσσώρευση. Αποδείχτηκε ότι ποσοστό 20 % Na2SO4 στον στερεό ηλεκτρολύτη είναι ικανοποιητικό, ώστε οι τιμές της ειδικής χωρητικότητας του ηλεκτροδίου του υπερπυκνωτή από ανηγμένο GO να πλησιάζουν τις τιμές χωρητικότητας του υμενίου που μετρήθηκε σε υδατικό ηλεκτρολύτη Na2SO4.	el
heal.abstract	Owing to high electrical conductivity and a large specific surface area, graphene attracts great research interest finding applications in energy storage sector and specifically in supercapacitors. The requirement for lightweight portable devices of smaller size makes the relative research really interesting and actual. In this respect, electrochemical deposition is an extremely attractive technique for the development of thin supercapacitor’s electrodes. In the present thesis, thin graphene oxide (GO) films were prepared on conductive indium tin oxide (ITO) substrates by electrochemical deposition for different voltage and deposition time, and further electrochemical reduction was performed using circular voltammetry (CV). Reduced GO (rGO) films were used to fabricate supercapacitors with solid electrolyte based on the PVA-Na2SO4 hydrogel. The GO and rGO films were examined using SEM, XRD, RAMAN and XPS techniques for their comparative analysis and for the electrochemical reduction of the latter. The specific capacitance of the electrodes and supercapacitors was evaluated by electrochemical methods. XRD analysis showed that, application of multiple CV cycles led to the enlargement of interlayer spacing between the graphene oxide sheets due to the intercalation of electrolytic agents such as sodium ions. The Raman spectra showed that the ID/IG index, associated with defects in the graphene sheet, remained fairly stable even after a sufficient number of CV cycles, meaning that no new imperfections were added, and no restoration of sp2 carbon bonds occurred. The XPS analysis confirmed the reduction of GO to rGO films, as well as the presence of sodium in rGO films. Summarizing, the electrochemical reduction of GO electrodes by cyclic voltammetry led to a five-fold increase in their specific capacitance, reaching values of ~ 10 mF/cm2. Also, an extra positive result is the penetration of sodium ions into the graphene oxide matrix that protects it from restacking. It has been shown that 20% Na2SO4 in the solid electrolyte is satisfactory so that the specific capacitance values of the supercapacitor electrode fabricated from reduced GO are approaching the capacitance values of electrodes measured using aqueous electrolyte Na2SO4.	en
heal.advisorName	Τσετσέκου, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Τσετσέκου, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Χαλικιά, Ηλιάνα	el
heal.committeeMemberName	Πάνιας, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλευτικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	127 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true