| Περίληψη: | Λόγω της σημαντικής αύξησης της ανάγκης για ενέργεια και την πίεση για ανάπτυξη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, συστήματα όπως οι υπερπυκνωτές σαν ηλεκτροχημικά μέσα αποθήκευσης ενέργειας έχουν τραβήξει το ενδιαφέρον τόσο του επιστημονικού τομέα όσο και του τομέα της βιομηχανίας. Το γραφένιο είναι από τα δημοφιλέστερα υλικά στην εποχή μας λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων του, κάτι που το κάνει να βρίσκει εφαρμογές σε διατάξεις αποθήκευσης ενέργειας σχετικά εύκολα, προσδίδοντας βελτιωμένες ιδιότητες. Οι ιδιότητες των μέσων αποθήκευσης ενέργειας που προκύπτουν είναι αρκετά ενθαρρυντικές ως προς τον κύκλο ζωής την ταχύτητα φόρτισης και την ενεργειακή πυκνότητα, με το γραφένιο να παίζει σημαντικό ρόλο για την επίτευξή τους. Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία που έχει ως στόχο την σύγκριση και την αύξηση της ειδικής χωρητικότητας χρησιμοποιώντας γραφένιο με διαφορετικές ιδιότητες από διαφορετικούς παρασκευαστές, το μέσο αποθήκευσης ενέργειας είναι οι υπερπυκνωτές. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας παρασκευάστηκαν ηλεκτρόδια, σε υπόστρωμα χαλκού, τα οποία αποτελούνται από Graphene nanoplatelets (GNPs) μαζί με το πολυμερές polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) στο ρόλο του συνδετικού υλικού (Binder), με τα ποσοστά να είναι 90% GNPs & 10% PVDF. Για την Παρασκευή των ηλεκτροδίων χρησιμοποιήθηκε διαλύτης N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP).
Τα διάφορα GNPs ήταν από διαφορετικές εταιρείες με διαφορετικά χαρακτηριστικά το ένα με το άλλο. Μελετήθηκε η επίδραση στην ειδική χωρητικότητα διαφόρων GNPs στα ηλεκτρόδια ενός υπερπυκνωτή. Οι μέθοδοι χαρακτηρισμού που χρησιμοποιήθηκαν ήταν scanning electron microscopy (SEM) με την βοήθεια της οποίας χαρακτηρίστηκε η επιφάνεια. Με την χρήση της μεθόδου Brunauer–Emmett–Teller (BET) μετρήθηκε η ειδική επιφάνεια και συγκρίθηκε με την θεωρητική ειδική επιφάνεια του παραγωγού, μια πολύ σημαντική ιδιότητα το μέγεθος της χωρητικότητας του ηλεκτροδίου. Όπως και με την χρήση της φασματοσκοπίας RAMAN αξιολογήθηκε η ποιότητα των GNPs βρίσκοντας πως είναι μερικών στρωμάτων. Τέλος η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για να τον χαρακτηρισμό της ηλεκτροχημικής συμπεριφοράς των ηλεκτροδίων ήταν η κυκλική βολταμετρία κάνοντας δύο ειδών πειράματα, στο πρώτο χρησιμοποιήθηκε μία διάταξη τριών ηλεκτροδίων και χρήση υδατικού αλκαλικού ηλεκτρολύτη ΚΟΗ, ενώ στο δεύτερο μία διάταξή δύο ηλεκτροδίων και χρήση υδατικού οργανικού ηλεκτρολύτη TEABF4 (η οποία είναι και πιο κοντά σε διατάξεις του εμπορίου). Τέλος η μέγιστη τιμή που της ειδικής χωρητικότητας που βρέθηκε ήταν 128 Fg-1 για την διάταξη των τριών ηλεκτροδίων ενώ για την διάταξη δύο ηλεκτροδίων έφτασε μέχρι τα 100 Fg-1. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης είναι ενθαρρυντικά ως προς την ανάπτυξη παρόμοιων υλικών που έχουν υψηλή απόδοση στο πεδίο της αποθήκευσης ενέργειας και μπορούν να εφαρμοστούν σε φορητές συσκευές που βασίζονται στα νανοσύνθετα υλικά.
|
|---|
