Παραγωγή και χαρακτηρισμός ηλεκτροδίων πυκνωτών ηλεκτροχημικής διπλοστοιβάδας από νανοσωματίδια άνθρακα

Πέλεχας, Λάμπρος Σπυρίδων; Pelechas, Lampros Spyridon

dc.contributor.author	Πέλεχας, Λάμπρος Σπυρίδων	el
dc.contributor.author	Pelechas, Lampros Spyridon	en
dc.date.accessioned	2022-11-02T08:56:39Z
dc.date.available	2022-11-02T08:56:39Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56070
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23768
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Ηλεκτρόδια νανοσωματιδίων άνθρακα ηλεκτροχημικών πυκνωτών	el
dc.subject	Carbon nanomaterial electrodes for electrochemical capacitors	en
dc.title	Παραγωγή και χαρακτηρισμός ηλεκτροδίων πυκνωτών ηλεκτροχημικής διπλοστοιβάδας από νανοσωματίδια άνθρακα	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-06-23
heal.abstract	Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας ήταν η παραγωγή ηλεκτροδίων νανοϋλικών άνθρακα υψηλής ηλεκτρικής χωρητικότητας ώστε να χρησιμοποιηθούν ως υπερπυκνωτές ηλεκτροχημικής διπλοστοιβάδας σε διατάξεις αποθήκευσης ενέργειας. Τα νανοϋλικά άνθρακα που επιλέχθηκαν προκειμένου να παρασκευαστούν τα ηλεκτρόδια ήταν νανοσωλήνες πολλαπλών τοιχωμάτων (MWCNTs) και νανοπλακίδια γραφενίου (GNPs) σε μορφή σκόνης, που τροποποιήθηκαν με επεξεργασία σε πλάσμα οξυγόνου ή/και με χημική οξείδωση σε όξινο διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου, ώστε να βελτιωθεί η διασπορά τους σε διαλύτες. Τα επεξεργασμένα αλλά και τα αρχικά νανοϋλικά μελετήθηκαν μορφολογικά με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (FE-SEM) και η ικανότητα διασποράς τους ελέγχθηκε στους διαλύτες αιθανόλη/νερό (70/30 v/v), γ- Βουτυρολακτόνη (GBL) και Ν Μεθυλοπυρρολυδόνη (NMP). Τα τροποποιημένα νανοσωματίδια χρησιμοποιήθηκαν για τη σύνθεση αερογέλης άνθρακα, ως ενεργού υλικού των προς κατασκευή ηλεκτροδίων, με τη μέθοδο παρασκευής τριδιάστατων δομών ιεραρχικής πορώδους αερογέλης άνθρακα (3D HPCA). Κατόπιν ανάμιξής της με αγώγιμο άνθρακα (carbon black) και συνδετικό υλικό, προέκυψε πάστα, η οποία εφαπλώθηκε σε υπόστρωμα πλέγματος ανοξείδωτου χάλυβα, που αποτέλεσε την αγώγιμη μεταλλική επαφή του προκύπτοντος ηλεκτροδίου. Ο χαρακτηρισμός των ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων των ηλεκτροδίων αερογέλης άνθρακα έγινε με χρήση της μεθόδου της κυκλικής βολταμμετρίας σε ηλεκτρολύτη θειικό οξύ 1 M. Τα δείγματα των παρασκευασθέντων ηλεκτροδίων μελετήθηκαν σε εύρος δυναμικών που προσδιορίστηκε έτσι ώστε να μην πραγματοποιούνται φαρανταϊκές αντιδράσεις. Για να εξεταστεί η χωρητική συμπεριφορά των ηλεκτροδίων, λήφθηκαν κυκλικά βολταμμογραφήματα σε διάφορους ρυθμούς σάρωσης δυναμικού (1 – 100 mV/s) και προσδιορίστηκε η οριακή (μέγιστη) τιμή του χωρητικού ρεύματος στο ανοδικό δυναμικό κατωφλίου της φαρανταϊκής αύξησης του ρεύματος (λόγω οξείδωσης του νερού) σε κάθε καμπύλη (0,450 mV vs. MSE). Στη συνέχεια, από τις μέγιστες τιμές ρεύματος υπολογίστηκε η χωρητικότητα για κάθε ρυθμό σάρωσης και μέσω ολοκλήρωσης των καμπυλών φόρτισης υπολογίστηκε η ισχύς και η ενέργεια που αποθηκεύει/αποδίδει το κάθε δείγμα. Διαπιστώθηκε ότι η επεξεργασία τροποποίησης των νανοσωματιδίων άνθρακα βελτιώνει τη διασπορά τους στους διαλύτες της μεθόδου μέσω προσθήκης επιφανειακών λειτουργικών ομάδων ενώ δεν επιφέρει παρατηρήσιμες αλλαγές στη δομή τους. Τα παρασκευασθέντα ηλεκτρόδια χρησιμοποιήθηκαν με επιτυχία ως πυκνωτές ηλεκτροχημικής διπλοστοιβάδας και επέδειξαν σταθερές φυσικοχημικές ιδιότητες εντός του ηλεκτρολύτη θειικού οξέος καθ’ όλη τη διάρκεια των μετρήσεων. Τα ηλεκτρόδια με ενεργό υλικό αερογέλη άνθρακα ‘επεξεργασμένα με πλάσμα GNPs’ και ‘οξειδωμένα GNPs’ παρουσίασαν χωρητικότητες 24,7 και 30,8 F/g αντίστοιχα για ρυθμό σάρωσης δυναμικού ίσο με 1 mV/s. Τα ηλεκτρόδια με ενεργό άνθρακα αερογέλη ‘επεξεργασμένα με πλάσμα MWCNTs’ παρουσίασαν τη μεγαλύτερη χωρητικότητα, 47,2 F/g, συγκρίσιμη με υλικά αναφοράς στη βιβλιογραφία, ενώ ταυτόχρονα, εξαιτίας του μεγαλύτερου παραθύρου δυναμικού λειτουργίας τους σε σχέση με τα υπόλοιπα δείγματα επέδειξαν και τη μεγαλύτερη ηλεκτρική ισχύ.	el
heal.advisorName	Bouroushian, Mirtat	en
heal.advisorName	Καρούσος, Διονύσιος	el
heal.advisorName	Φάββας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Bouroushian, Mirtat	en
heal.committeeMemberName	ΚΥΡΙΤΣΗΣ, ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΑΡΓΥΡΟΥΣΗΣ, ΧΡΗΣΤΟΣ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	101 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false