1باتری های لیتیوم-اکسیژن (Li-O2) بیشترین دانسیته ی ویژه ی انرژی نظری را، در میان سایر سامانه ها ذخیره ساز های انرژی، در اختیار دارند و بنابراین می توانند پاسخی مناسب به نیاز روز افزون بشریّت به این سامانه ها به شمار آیند. یکی از اجزای اصلی باتری های Li-O2، کاتد است. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر حضور مولیبدن دی سولفید (MoS2)، به عنوان الکتروکاتالیزگر در کاتد، بر ظرفیت ویژه ی باتری Li-O2، با مورد آزمایش قرار دادن دو نمونه ی دارای MoS2 و فاقد آن بوده است. برای رسیدن به این مهم، کامپوزیت گرافیت/MoS2 به روش گرمابی سنتز شد و از آنالیز های پراش اشعه ی ایکس (X-ray diffraction, XRD)، طیف سنجی رامان (Raman spectroscopy)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (transform infrared spectrometer, FTIRFourier )، جذب-واجذب نیتروژن (N2 adsorption-desorption) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (scanning electron microscopy, SEM) برای مطالعه ی فازی، پیوندی، حفره ای و مورفولوژی سطحی این نمونه استفاده شد. در مرحله ی بعد، نمونه ی کامپوزیتی به عنوان کاتد باتری Li-O2 به کار گرفته شد و ظرفیت ویژه ای برابر با 912 mA h g-1 از خود نشان داد که به نقش به سزای حضور MoS2 در افزایش تقریبی 17/5 برابری ظرفیت باتری، نسبت به نمونه ی فاقد آن، اشاره دارد.

پلی آنیلین به روش شیمیایی تهیه و در حلال -N متیل پیرولیدون حل شده و فیلمهایی به ضخامت 80 و 100 میکرومتر از آن تهیه شد. از دوپه شدن این فیلمها در محلولهای اسیدی (HCl) با دو غلظت متفاوت در زمانهای دوپه شدن مختلف فیلمهای پلی آنیلین رسانا بدست آمد. از این فیلم ها، صفحات مربعی شکل به ابعاد یک سانتی متر تهیه شد و از فیم های دارای ضخامت و زمان دوپه شدن یکسان به عنوان صفحات رسانا و از کاغذ آغشته به پارافین به عنوان دی الکتریک خازن استفاده شد. در این کار پژوهشی مراحل مختلف ساخت خازن پلی آنیلین رسانا، نتایج اندازه گیریها و محاسبات ظرفیت خازن ساخته شده بر اساس انتشار صفحه مانند دوپه کننده و همچنین پایداری ظرفیت آن در خلا و محیط اتمسفر گزارش شده است. از نتایج معلوم می شود که ظرفیت با افزایش زمان دوپه شدن افزایش می یابد و در مورد فیلمهای پلی آنیلین نارسانای با ضخامت کمتر زودتر به مقدار بیشینه خود می رسد. مقدار بیشینه ظرفیت در شرایط کار در این پژوهش در حدود 42 پیکوفاراد اندازه گیری شد.

ابرخازن های الکتروشیمیایی انرژی را در میدان الکتریکی تشکیل شده در دو لایه الکتروشیمیایی در مرز الکترود-الکترولیت ذخیره می کنند. استفاده از الکترودهای با سطح تماس بالا در ابرخازن، منجر به افزایش بسیار زیاد ظرفیت ذخیره انرژی آن ها در مقایسه با خازن معمولی می شود. مطالعه حاضر یک مدل ریاضی به منظور بررسی اثر ضخامت و تخلخل الکترودها بر روی عملکرد ابرخازن دولایه ارائه می نماید. این مدل بر مبنای معادلات بقای اجزا برای گونه های محلول و بقای بار الکتریکی در الکتروشیمی ابرخازن می باشد و فرضیات معمول مانند غلظت یکنواخت در طول سلول و ظرفیت مخصوص مستقل از ولتاژ در مدل حاضر در نظر گرفته نشده است. مدل حاضر قادر به پیش بینی با دقت منحنی ولتاژ دشارژ ابرخازن در مقایسه با داده های آزمایشگاهی می باشد و قابلیت بکارگیری در بررسی اثر پارمترهای ساختاری بر روی عملکرد ابرخازن را دارد. نتایج بدست آمده برای شرایط کارکرد در نظر گرفته شده در مطالعه حاضر نشان می دهد که استفاده از الکترود با ضخامت بیشتر در محدوده 45 تا 70 میکرومتر، باعث افزایش ظرفیت مخصوص ابرخازن می شود، در صورتی که افزایش ضخامت الکترود بیش از 70 میکرومتر، موجب کاهش ظرفیت مخصوص می گردد. استفاده از الکترود های با تخلخل بیشتر نیز موجب افزایش ظرفیت مخصوص ابر خازن می شود، به صورتی که اگر تخلخل الکترود دو برابر شود، ظرفیت مخصوص تقریبا 5 درصد افزایش می یابد.

در این تحقیق رفتار ابرخازنی فیلم لایه نازک ماده ردوکسی و مایع کاتوسن بر روی الکترود میکرو فیبر کربنی (Cat/CMF) در الکترولیت آبی سولفات سدیم مطالعه شده است. سطح الکترود اصلاح شده برای تشخیص کیفیت تشکیل فیلم ماده ردوکسی و محتوی عنصر آهن آن با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی فروشکست القایی لیزری (LIBS)، طیف بینی مادون قرمز بازتاب کلی تضعیف شده (ATR-IR) و تبدیل فوریه ارزیابی شد و کارایی الکترودها و ظرفیت ویژه آنها تکنیک های با ولتامتری سیکلی (CV)، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و شارژ-دشارژ گالوانواستاتیک (GCD) در سیستم سه الکترودی ارزیابی و مقایسه شدند. آزمون های الکتروشیمیایی نشان داد که فرایندهای الکترودی تحت کنترل فرایند نفوذ با ضریب انتقال کاتدی نزدیک به 48/0 است و مقاومت انتقال بار الکترود اصلاح شده نیز در مطالعات EIS تا 23 برابر بهبود می یابد. به صورت نوعی، ظرفیت ویژه الکترود Cat/CMF در دانسیته جریان A/g 55/0 برابر F/g 76/39 است. در دانسیته جریان A/g 83/0 رفتار ابرخازنی لایه نازک خودانباشته کاتوسن دارای دانسیته انرژی Wh/kg 5/2 در دانسیته توان W/kg 8/373 می باشد. همچنین ظرفیت ویژه خازنی در شارژ-دشارژهای متوالی تا 3000 سیکل، تقریبا 30% کاهش می یابد.