Σύνθεση και μελέτη νανοϋβριδικών υλικών οξειδίου του γραφενίου για εφαρμογές στον τομέα αποθήκευσης ενέργειας – υπερπυκνωτές - Σιόζιος, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I), 2018)
Οι υπερπυκνωτές, γνωστοί και ως ηλεκτροχημικοί πυκνωτές, θεωρούνται ως ένα από τα πιο σημαντικά αντικείμενα μελέτης που αφορούν τον ηλεκτρισμό και την ενεργειακή αποθήκευση. Τα κυρία στοιχεία τους περιλαμβάνουν τα ηλεκτρόδια, τον ηλεκτρολύτη και το διαχωριστή. Αποθηκεύουν ενέργεια με νανοσκοπικό διαχωρισμό φορτίου στην ηλεκτροχημική διεπιφάνεια μεταξύ ηλεκτρολύτη και ηλεκτροδίου. Επίσης προσφέρουν γρήγορους ρυθμούς φόρτισης και αποφόρτισης. Έχουν διακεκριμένα πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών πυκνωτών και αυτά περιλαμβάνουν τις ικανότητες υψηλής ισχύος, τη μεγάλη διάρκεια, το μεγάλο εύρος θερμοκρασιακής λειτουργίας, το χαμηλό βάρος, την ευέλικτη συσκευασία και τη χαμηλού κόστους συντήρηση. Ο κύριος στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός πετυχημένου υψηλής απόδοσης υπερπυκνωτή χρησιμοποιώντας ιδιότητες που προκύπτουν συνδυάζοντας υλικά δηλαδή, συνδυασμός υλικών που έχουν ως βάση τον άνθρακα, μεταλλικά νανοσωματίδια και αγώγιμα πολυμερή, περιλαμβάνοντας το οξείδιο του γραφενίου (GO), τα νανοσωματίδια χαλκού και αργύρου και την ενισχυμένη πολυανιλίνη (PANI) με 4-δωδεκυλοβενζολοσουλφονικό οξύ (DBSA). Μελετήθηκε η ειδική χωρητικότητα του κάθε υλικού για να διαπιστωθεί ποιο υλικό αποδίδει την καλύτερη. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία στο οξείδιο του γραφενίου αποτέθηκαν νανοσωματίδια χαλκού και αργύρου με ενισχυμένη πολυανιλίνη με αγκιστρωμένο 4-δωδεκυλοβενζολοσουλφονικό οξύ για το σχηματισμό νανοσωματιδίων. Οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες του οξειδίου του γραφενίου μελετήθηκαν με τη μέθοδο της κυκλικής βολταμμετρίας η οποία αποκάλυψε πως εμφανίζει εξαιρετική συμπεριφορά ως πυκνωτής. Τα σύνθετα δοκιμάστηκαν για εφαρμογή ως υλικά υπερπυκνωτή μέσω της ποτενσιοστατικής – γαλβανοστατικής σταθερού ρεύματος φόρτισης/ αποφόρτισης και η ειδική τους χωρητικότητα υπολογίστηκε στα 192,8 F/g και στα 206,4 F/g για το GO/Cu/DBSA-PANI και το GO/Ag/DBSA-PANI, αντιστοίχως. Τα συγκεκριμένα υλικά επιδεικνύουν καλές δομικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες για εφαρμογές ως υλικά υπερπυκνωτών.