تأثير نقص هاي ساختاري در گرافن عامل دار شده با گروه عاملي –COOH در كارايي ابرخازن پايه گرافني

ابرخازن‌ ها وسيله‌ هاي ذخيره انرژي الكتريكي محسوب مي‌ شوند. مواد بر پايه گرافن، مواد اميد بخشي براي استفاده در الكترود ابرخازن‌ ها هستند. الكترودهاي پايه گرافني برتري ‌هاي بسياري دارند؛ در مقابل، يك محدوديت بزرگ كه مانع از كاربردهاي گسترده و صنعتي‌شان شده، محدود بودن ظرفيت ويژه آن‌ها است. مشخص شده كه عامل محدود كننده در ظرفيت كل الكترودهاي بر پايه گرافن ظرفيت كوانتومي اين دسته از مواد است. در اين پژوهش سعي بر آن بوده تا با استفاده از محاسبه‌ هاي DFT، كارايي مشتق ‌هاي گرافن براي استفاده در ابرخازن‌ها ارزيابي شود و راهكارهايي براي بهبود ابرخازن‌هاي موجود يا طراحي ابرخازن‌هاي جديد ارايه شود. كارايي الكترود متشكل از نانوصفحه‌هاي گرافني عامل‌دار شده با گروه عاملي –COOH و داراي نقص ‌هاي ساختاري تك حفره ‌اي (9-5)، دو حفره‌ اي (5-8-5) و استون ـ والز مورد مطالعه قرار گرفت. نتيجه‌ ها نشان داد كه استفاده از پيكربندي‌ هاي تركيبي از نقص و عامل‌دار شدن با گروه عاملي -COOH، ظرفيت‌ هايي به مراتب بيش ‌تر از هر كدام از پيكربندي‌ هابه تنهايي نشان مي‌ دهد. به‌ طور خلاصه بايد گفت كه با انتخاب هوشمندانه‌ اي از تركيب نقص ساختاري و عامل‌دار كردن مي‌توان ابرخازن‌ هايي نامتقارن و با ظرفيت‌ هاي بالا را طراحي و توليد كرد.

Today, generation and storage of energy are one of the important areas of researches. Like an electrochemical battery, Supercapacitors are used to store electrical energy. Supercapacitors have attracted a great deal of attention thanks to their great advantages such as high power density, no memory effect, long life cycle and good stability. However, low specific energy is still their primary limiting factor for their usage as the electrical storage devices in industrial and commercial applications. Graphene-based materials are promising materials for use in supercapacitor electrodes. Despite many advantages of the graphene-based electrode, the major limitation of the low quantity of specific capacitance due to their low quantum capacitance remain. We explored the variations of quantum capacitance of graphene-based electrodes by functionalization and making defect. Overall, our results demonstrate that with creation of structural defects on functionalized graphene, a significant improvement in electrode capacity will be achieved. Some structural defects increase the capacity at the high voltage magnitudes. In contrast, some other structural defects increase the capacity at the lower voltage magnitudes. So, we could design the asymmetric Supercapacitors with high capacity using clever combination of functionalized graphene and structural defects.