طیبه مدرکیان

در جوامع امروزی، برای کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی و جایگزین کردن آن‌ها با منابع انرژی تجدیدپذیر، توسعه وسایل ذخیره انرژی جدید به یکی از مهم‌ترین وظایف دولت‌مردان و دانشمندان تبدیل شده است. در بین وسایل مختلف ذخیره انرژی، ابرخازن‌ها به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود از جمله چگالی توان بالا، سرعت شارژ و دشارژ عالی و همچنین طول عمر طولانی دارای جایگاه ویژه‌ای هستند. اما چگالی انرژی پایین ابرخازن‌ها نسبت به باتری‌ها، چالشی بزرگ برای آینده این فناوری به نظر می‌رسد. برای بهبود چگالی انرژی ابرخازن‌ها، باید الکترودهایی با ساختار و مورفولوژی مناسب ، واکنش‌های ردوکس سریع و پنجره پتانسیل وسیع مورد استفاده قرار گیرند. از این رو ما در این رساله به منظور افزایش کارایی ابرخازن‌ها، الکترودهایی 3 بعدی با کارایی بالا شامل مساحت سطح زیاد، ساختار نانومتخلخل و دیواره‌های نانومتری را طراحی و سنتز نموده و از آن‌ها جهت ساخت ابرخازن‌های نامتقارن در الکترولیت آبی پتاسیم هیدروکسید استفاده نمودیم. در بخش اول، کامپوزیتی از اکسید کبالت ومنگنز بر پایه گرافن اکساید کاهش یافته سنتز شد. بدین صورت که ابتدا بر بستر گرافن اکساید نانومکعب‌های CoMn-PBA که نوعی پلیمر کوئوردیناسیونی می‌باشد سنتز و در مرحله بعد در کوره و اتمسفر هوا بازپخت شده که CoMn-PBA به اکسید کبالت و منگنز و گرافن اکساید نیز به گرافن اکساید کاهش یافته تبدیل شد، که ظرفیت C/g 809 و چگالی انرژی Wh/kg 57.55 بدست آمد؛ در بخش دوم، CoMn-S از تبدیل الکتروشیمیایی CoMn-MOF بدست آمد در این رویکرد خود چارچوب فلز-آلی (MOF) نیز بصورت الکتروشیمیایی بر روی بستر فوم نیکل رشد داده شد. ماده فعال سنتزی ظرفیت C/g 1091 و چگالی انرژی Wh/kg 84.14 را نشان داد و در بخش سوم، هیدروکسیدهای لایه دوگانه بصورت الکتروشیمیایی در سطح فوم نیکل سنتز و با سولفیداسیون جزیی آن هترو‌ساختار Co Mn-LDH / Co Mn –S بدست آمد که از آن برای ساخت ابرخازن استفاده شد که ظرفیت C/g 792.4 و چگالی انرژی Wh/kg 6/82 بدست آمد.