Ηλεκτροχημική σύνθεση και χαρακτηρισμός λεπτών υμενίων (thin films) οξειδίων του μαγγανίου και του μολυβδαινίου και εφαρμογή τους σε ηλεκτρόδια υπερπυκνωτών

Πανοπούλου, Ελένη; Panopoulou, Eleni

dc.contributor.author	Πανοπούλου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Panopoulou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2022-07-27T09:29:11Z
dc.date.available	2022-07-27T09:29:11Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55512
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23210
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	Ηλεκτροχημεία	el
dc.subject	Υπερπυκνωτές	el
dc.subject	Οξείδια του μαγγανίου	el
dc.subject	Οξείδια του μολυβδαινίου	el
dc.subject	λεπτά υμένια	el
dc.subject	Electrochemistry	en
dc.subject	Supercapacitors	en
dc.subject	Manganese oxides	en
dc.subject	Molybdenum oxides	en
dc.subject	Thin films	en
dc.title	Ηλεκτροχημική σύνθεση και χαρακτηρισμός λεπτών υμενίων (thin films) οξειδίων του μαγγανίου και του μολυβδαινίου και εφαρμογή τους σε ηλεκτρόδια υπερπυκνωτών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτροχημεία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-02-25
heal.abstract	Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται η σύνθεση λεπτών υμενίων οξειδίων του μαγγανίου και του μολυβδαινίου από υδατικά διαλύματα αλάτων τους, με την τεχνική της ηλεκτροεναπόθεσης χρησιμοποιώντας ηλεκτρολυτικό σύστημα τριών ηλεκτροδίων. Τα άλατα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν άλατα υπερμαγγανικών και μολυβδαινικών ανιόντων. Μελετάται ο μηχανισμός σχηματισμού των οξειδίων αυτών και προσδιορίζονται οι χωρητικές τους ιδιότητες. Οι χωρητικές ιδιότητες των υμενίων των οξειδίων του μαγγανίου και του μολυβδαινίου δύναται να καταστήσουν τα αντίστοιχα ηλεκτρόδια ικανά να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτροχημικούς υπερπυκνωτές. Οι ηλεκτροχημικοί υπερπυκνωτές, ως ενεργειακές διατάξεις, έχουν προσελκύσει αυξημένο ενδιαφέρον λόγω της υψηλότερης πυκνότητας ισχύος και της μεγάλης διάρκειας ζωής τους σε σύγκριση με τις μπαταρίες και την μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα σε σύγκριση με τους συμβατικούς πυκνωτές. Τα υλικά με βάση τα οξείδια του ρουθηνίου έχουν μελετηθεί εκτενώς ως ηλεκτρόδια υπερπυκνωτών, καθώς διαθέτουν τις υψηλότερες τιμές ειδικής χωρητικότητας. Παρόλα αυτά, το περιορισμένο απόθεμα τους καθώς και το πολύ υψηλό κόστος τους καθιστά περιορισμένες τις δυνατότητες εφαρμογής τους. Για αυτό το λόγο οι μελέτες έχουν στραφεί σε άλλα οξείδια μετάλλων ώστε να αντικαταστήσουν τα οξείδια του ρουθηνίου. Τα οξείδια του μαγγανίου και του μολυβδαινίου, τα οποία και μελετώνται στην παρούσα εργασία έχουν ήδη τραβήξει την προσοχή των ηλεκτροχημικών ερευνών, λόγω του χαμηλού κόστους και των ιδιοτήτων τους. Στην εργασία αυτή θα γίνει ηλεκτροχημική σύνθεση των οξειδίων με αναγωγή των υπερμαγγανικών και μολυβδαινικών ανιόντων, σε αντίθεση με τη συνήθη πρακτική που βασίζεται στην οξείδωση των κατιόντων μαγγανίου και μολυβδαινίου. Η ηλεκτροχημική αναγωγή των αντίστοιχων ανιόντων είναι εφικτή είτε αυθόρμητα - με απλή εμβάπτιση του κατάλληλου μεταλλικού υποστρώματος μέσα στον ηλεκτρολύτη, είτε με κυκλική βολταμμετρία και γαλβανοστατικά. Κατά την ηλεκτροχημική σύνθεση των οξειδίων προέκυψαν ομοιόμορφα λεπτά υμένια. Η χωρητικότητα των ηλεκτροδίων αυτών προσδιορίσθηκε με πειράματα κυκλικής φόρτισης – εκφόρτισης και πειράματα διαδοχικής γαλβανοστατικής φόρτισης – εκφόρτισης. Συμπερασματικά, προέκυψε ότι τα οξείδια του μαγγανίου που η σύνθεση τους έγινε με καθοδική αναγωγή υπερμαγγανικών ανιόντων παρουσιάζουν υψηλές τιμές ειδικής χωρητικότητας τόσο σε όξινους όσο και σε αλκαλικούς ηλεκτρολύτες. Ενώ, τα οξείδια του μολυβδαινίου που η σύνθεση τους έγινε με καθοδική απόθεση μολυβδαινικών ανιόντων δεν παρουσιάζουν ικανοποιητικές χωρητικές ιδιότητες στα συστήματα που μελετήθηκαν.	el
heal.abstract	This study presents the synthesis of thin films of manganese and molybdenum oxides from aqueous solutions of their salts, with the technique of electrodeposition using a three-electrode electrolytic system. The salts used were salts of permanganate and molybdenum anions. The mechanism of formation of these oxides is studied and their capacitive properties are determined. The capacitive properties of manganese and molybdenum oxides’s films can make the respectively electrodes capable for use on electrochemical supercapacitors. Electrochemical supercapacitors, as energy devices, have attracted increased interest due to their higher power density and longer cycle life compared to batteries and higher energy density compared to conventional capacitors. Materials based on Ruthenium oxides have been extensively studied as supercapacitors’s electrodes as they have the highest specific capacitance. However, their limited stock as well as their very high cost limited their implementation potential. For this reason, studies have turned to other metal oxides to replace the oxides of ruthenium. Manganese and molybdenum oxides studied in the present research have already caught the attention of electrochemical studies due to their low cost and properties. In the present study, the electrochemical synthesis of the oxides will take place by reduction of the permanganate and molybdenum anions, in contrast to the usual practice based on the oxidation of the manganese and molybdenum cations. Electrochemical reduction of the respective anions can occur- spontaneously- by simple immersion of the appropriate metal substrate in the electrolyte, with Circular Voltammetry and with Galvanostatic composition. During the electrochemical synthesis of the oxides, uniform thin films were formed. The capacitance of these electrodes was determined by Cyclic Charge-Discharge experiments and sequential Galvanostatic Cyclic Charge-Discharge experiments. In conclusion, it turned out that the manganese oxides synthesized by cathodic reduction of permanganate anions presents high values of specific capacitance in both acidic and alkaline electrolytes. Whereas, the molybdenum oxides that were synthesized by cathodic deposition of molybdenum anions does not presents satisfactory capacitive properties in the systems studied.	en
heal.advisorName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ). Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	53 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false