Sintesis dan pencirian grafin oksida yang terubah suai secara kimia untuk aplikasi superkapasitor

Abstract

Superkapasitor merupakan peranti penyimpanan tenaga yang boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi kerana mempunyai kestabilan kitaran yang panjang, ketumpatan kuasa dan kadar cas dan nyahcas yang tinggi. Bahan elektrod adalah satu daripada bahagian yang penting dalam superkapasitor. Walau bagaimanapun, ketumpatan tenaga dan kapasitans spesifik (Csp) yang rendah telah membataskan penggunaannya. Dalam kajian ini, grafin oksida terturun (rGO) telah disintesiskan melalui kaedah tindak balas gelombang mikro. Kaedah gelombang mikro adalah tindak balas kimia pemanasan yang cekap, cepat dan seragam. Sampel rGO terhasil daripada grafin oksida (GO) menggunakan agen penurun hijau (natrium kolat) pada suhu di antara 120 - 180 °C selama 1 jam. Kesemua sampel telah menunjukkan prestasi elektrokimia yang lebih baik dengan kehadiran kumpulan berfungsi yang mengandungi baki oksigen dan pemulihan kecacatan pada lembaran rGO. Penambahan sulfur heteroatom telah meningkatkan ketumpatan tenaga melalui pendopan kekisi karbon grafin. Natrium sulfida hidrat digunakan sebagai agen pendopan untuk menghasilkan sampel sulfur terdop grafin oksida terturun (S-rGO) dengan kepekatan sulfur yang berbeza pada suhu 140 °C selama 30 minit. Csp bagi S-rGO menunjukkan sifat kapasitif yang baik dan optimum. Seterusnya, ammonium tetratiomolibdat ((NH4)2MoS4) ditambah ke dalam S-rGO untuk menghasilkan molibdenum disulfida (MoS2) bagi meningkatkan prestasi elektrokimia elektrod. Sampel molibdenum disulfida-grafin oksida terturun (MoS2-rGO) dihasilkan dengan kepekatan (NH4)2MoS4 yang berbeza pada 140 °C selama 30 minit. Sifat elektrokimia bagi elektrod rGO, S-rGO dan MoS2-rGO telah dinilai menggunakan kaedah sistem tiga elektrod. Csp bagi rGO yang diperolehi pada suhu 140 °C adalah 182.5 F g-1 pada 0.1 A g-1 dengan retensi kapasitans dikekalkan pada 104.1% selepas 5000 kitaran. Csp bagi sulfur dan (NH4)2MoS4 yang optimum pada 0.25 M dan 0.01 M adalah 237.6 dan 561.3 F g-1 pada 0.1 and 0.8 A g-1 dengan retensi kapasitans dikekalkan pada 106 dan 92% selepas 10000 kitaran, masing-masing. Akhir sekali, peranti superkapasitor asimetri telah direka bagi elektrod S-rGO dan MoS2-rGO dengan ketumpatan tenaga dan ketumpatan kuasa bagi elektrod S-rGO dan MoS2-rGO adalah 10.11 Wh kg-1 dan 800 W kg-1 ; 39.90 Wh kg-1 dan 800 W kg-1 , masing-masing. Hasil kajian ini telah menunjukkan peningkatan prestasi elektrokimia rGO yang ketara dengan kehadiran sulfur dan MoS2 dalam aplikasi superkapasitor.