مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

آبکاری الکتریکی نانوذرات سلنیوم برروی نانولوله‌های تیتانیومدی‌اکسید اصلاح‌شده با تنگستن به‌روش اکسایش الکتریکی هم‌زمان برای کاربرد در ابرخازن‌های خورشیدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 پژوهشگر رشتۀ شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان
2 دانشجوی دکتری رشتۀ شیمی، دانشگاه تربیت مدرس
3 دانشیار رشتۀ شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
ابرخازن­ های خورشیدی، سامانه‌­های ذخیرهکنندۀ الکتریکی هستند که می­توانند به‌طور هم‌زمان با نور خورشید و منبع جریان خارجی شارژشوند. در این کار، بااستفادهاز روش اکسایش الکتریکی هم‌زمان، نانولوله های تیتانیوم دی­اکسید آلایششدهبا تنگستن سنتزشد و سپس، بهمنظور بهبود هدایت و رفتار فوتویی الکترود سنتزشده، نانوذرات سلنیوم بااستفادهاز روش ولتامتری­ چرخه­ای طی چرخه‌های مختلف برروی الکترود مورد نظر آبکاری‌شد. رفتار الکتروشیمیایی فوتوالکترودهای سنتزشده درحضور نور و تاریکی، بااستفادهاز روش­های ولتامتری چرخه­ای و پتانسیل‌سنجی زمانی (کرونوپتانسیومتری) بررسی‌شد و نتایج نشانداد که 30 چرخۀ آبکاری الکتریکی رفتار بهتری را نسبتبه بقیۀ الکترودها ازخود نشانداد؛ به‌طوریکه الکترود مورد نظر توانست ظرفیت  mF.cm-2600 و 400 را بهترتیب درحضور نور و تاریکی ازخود نشاندهد و نیز 93% از ظرفیت اولیۀ­ خود را بعداز 4000 چرخه حفظ‌کند. درنهایت، ریخت‌شناسی سطحی و ساختار الکترودهای سنتزشده بااستفادهاز روش­ های آنالیزFe-SEM ، XRD و Contact angle بررسی‌شد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Electrochemical Plating of Selenium Nanoparticles on Titanium Oxide Nanotubes Modified with Tungsten by Simultaneous Anodizing Method for Application in Solar Supercapacitors

نویسندگان English

.H mohammadzadeh Aydisheh 1
.R Rostami 2
.M. M Momeni Hamaneh 3
1 Researcher in Chemistry, Isfahan University of Technology
2 Ph. D. Student of Chemistry, Tarbiat Modares University
3 Associate Professor of Chemistry, Isfahan University of Technology
چکیده English

Solar Supercapacitors are electric storage systems that can be charged simultaneously by sunlight and an external current source. In this work, Titanium dioxide Nanotubes doped with tungsten were synthesized using a simultaneous Anodizing method. To enhance the conductivity and photoelectrochemical behavior of the synthesized electrode, Selenium Nanoparticles were electrochemically plated onto the electrode using cyclic voltammetry through various cycles. The electrochemical behavior of the synthesized photoelectrodes was studied in the presence of light and darkness using Cyclic voltammetry and Chronopotentiometry.
The results showed that 30 cycles of electroplating exhibited better performance compared to other electrodes, achieving capacitances of 600 and 400 mF.cm-2 under light and dark conditions, respectively, while retaining 93% of its initial capacity after 4000 cycles. Finally, the surface morphology and structure of the electrodes were analyzed using Fe-SEM, XRD and
Contact angle techniques.

کلیدواژه‌ها English

Solar Supercapacitor
Titanium Dioxide Nanotubes
Tungsten
Selenium
Electrochemical Anodizing

 

[1]        Hosenuzzaman, M., Rahim, N. A., Selvaraj, J., Hasanuzzaman, M., Malek, A. A., & Nahar, A. (2015). Global prospects, progress, policies, and environmental impact of solar photovoltaic power generation. Renewable and sustainable energy reviews, 41, 284-297.
[2]        Kannan, N., & Vakeesan, D. (2016). Solar energy for future world:-A review. Renewable and sustainable energy reviews, 62, 1092-1105.
[3]        Yaldagard, M. (2023). Factors Affecting the Electrochemical Activity of Catalyst Layer and Performance of Polymer Fuel Cell.
 
[4]        Kalantari, K., & Asgari, E. (2023). Synthesis of ZnO-ZnS Nanocomposite and its Application in Photocatalytic Degradation of Direct Red 80 Dye. Iranian Chemical Engineering Journal, 22(129), 98-109, [In Persian].
[5]        Rahman, M. M. (2024). A Comprehensive Review on Perovskite Solar Cells Integrated Photo‐supercapacitors and Perovskites‐Based Electrochemical Supercapacitors. The Chemical Record, 24(1), e202300183.
[6]        Kumar, B. A., Ran, F., Maram, P. S., & Sangaraju, S. (2024). Progressive horizons of energy generation and storage: Nook and cranny of photo-supercapacitors. Journal of Energy Storage, 97, 112876.
[7]        Zohdi, S. H., & Mansouri, S. (2023). Modeling and Optimization of Selectivity and Activity of Co/Al2O3 Catalyst in the Fischer Tropsch Synthesis. Iranian Chemical Engineering Journal, 22(129), 26-38, [In Persian].
[8]        Kumar, B. A., Ran, F., Maram, P. S., & Sangaraju, S. (2024). Progressive horizons of energy generation and storage: Nook and cranny of photo-supercapacitors. Journal of Energy Storage, 97, 112876.
[9]        Aydisheh, H. M., & Momeni, M. M. (2023). Photoelectrodes based on selenium-polypyrrole-vanadium pentoxide nanowire films for
high-performance lightweight symmetric photo-supercapacitors: A flexible photo-rechargeable electrical energy storage device. Electrochimica Acta, 467, 143066.
[10]      Altaf, C. T., Colak, T. O., Rostas, A. M., Mihet, M., Lazar, M. D., Iatsunskyi, I., ... & Sankir, N. D. (2023). GO/ZnO-based all-solid-state
photo-supercapacitors: Effect of GO: ZnO ratio on composite properties and device performance. Journal of Energy Storage, 68, 107694.
[11]      Bagheri, N., Aghaei, A., Ghotbi, M. Y., Marzbanrad, E., Vlachopoulos, N., Häggman, L., ... & Kulesza, P. J. (2014). Combination of asymmetric supercapacitor utilizing activated carbon and nickel oxide with cobalt polypyridyl-based dye-sensitized solar cell. Electrochimica Acta, 143, 390-397.
[12]      Popoola, I. K., Gondal, M. A., Popoola, A., Oloore, L. E., & Younas, M. (2023). Inorganic perovskite photo-assisted supercapacitor for single device energy harvesting and storage applications. Journal of Energy Storage, 73, 108828.
[13]      Momeni, M. M., Aydisheh, H. M., & Lee, B. K. (2022). Effectiveness of MnO2 and V2O5 deposition on light fostered supercapacitor performance of WTiO2 nanotube: novel electrodes for photo-assisted supercapacitors. Chemical Engineering Journal, 450, 137941.
[14]      Goldstein, J. I., Newbury, D. E., Michael, J. R., Ritchie, N. W., Scott, J. H. J., & Joy, D. C. (2017). Scanning electron microscopy and X-ray microanalysis. springer.
[15]      Ramirez, F. C. R., Ramakrishnan, P., Flores-Payag, Z. P., Shanmugam, S., & Binag, C. A. (2017). Polyaniline and carbon nanotube coated pineapple-polyester blended fabric composites as electrodes for supercapacitors. Synthetic Metals, 230, 65-72.
[16]      Isacfranklin, M., Yuvakkumar, R., Ravi, G., Velauthapillai, D., Pannipara, M., & Al-Sehemi, A. G. (2021). Superior supercapacitive performance of Cu 2 MnSnS 4 asymmetric devices. Nanoscale Advances, 3(2), 486-498.
[17]      Ahmed, F., Pervez, S. A., Aljaafari, A., Alshoaibi, A., Abuhimd, H., Oh, J., & Koo, B. H. (2019). Fabrication of TiO2-nanotube-array-based supercapacitors. Micromachines, 10(11), 742.
[18]      Selvakumar, M., & Bhat, D. K. (2012). Microwave synthesized nanostructured TiO2-activated carbon composite electrodes for supercapacitor. Applied Surface Science, 263, 236-241.
[19]      Kuchi, C., Narayana, A. L., Hussain, O. M., & Reddy, P. S. (2020). Electrospun TiO2 nanofiber electrodes for high performance supercapacitors. Materials Research Express, 7(1), 015098.
[20]      Jiang, L., Ren, Z., Chen, S., Zhang, Q., Lu, X., Zhang, H., & Wan, G. (2018). Bio-derived three-dimensional hierarchical carbon-graphene-TiO2 as electrode for supercapacitors. Scientific reports, 8(1), 4412.
[21]      Zhang, L., Song, Q., Wang, C., Liu, X., Jiang, X., & Gong, J. (2020). The electrode materials of supercapacitor based on TiO2 nanorod/MnO2 ultrathin nanosheet core/shell arrays. Journal of Nanomaterials, 2020(1), 6642236.
[22]      Yang, Y., Kim, D., Yang, M., & Schmuki, P. (2011). Vertically aligned mixed V2O5–TiO2 nanotube arrays for supercapacitor applications. Chemical Communications, 47(27), 7746-7748.
[23]      Hai, Z., Akbari, M. K., Xue, C., Xu, H., Solano, E., Detavernier, C., ... & Zhuiykov, S. (2017). Atomically-thin WO3/TiO2 heterojunction for supercapacitor electrodes developed by atomic layer deposition. Composites Communications, 5, 31-35.
[24]      Zhao, Y., Xu, L., Huang, S., Bao, J., Qiu, J., Lian, J., ... & Li, H. (2017). Facile preparation of TiO2/C3N4 hybrid materials with enhanced capacitive properties for high performance supercapacitors. Journal of Alloys and Compounds, 702, 178-185.