کاربرد غشای بر پایه پلی‌(وینیل‌ کلرید) به‌عنوان جداکننده در ابرخازن‌ها: سنتز و بررسی کارایی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 بابل، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، دانشکده مهندسی شیمی، صندوق پستی 484

2 آمل، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، آزمایشگاه تحقیقاتی الکتروشیمی پیل سوختی و مواد پیشرفته، کد پستی 4615664616

10.22063/jipst.2026.35779.2426

چکیده

فرضیه: غشاهای بر پایه پلی‌(وینیل‌ کلرید) (PVC) آب‌دوستی محدودی دارند و تاکنون به‌عنوان جداکننده در ابرخازن‌ها  استفاده نشده‌اند. با وجود پایداری شیمیایی مطلوب و قیمت کم، محدودیت‌های ذاتی این غشاها (از جمله آب‌گریزی) می‌تواند کاربرد آن را در سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی بر پایه ابرخازن محدود کند. این مطالعه به بررسی استفاده از غشا PVC خالص در این کاربرد و تحلیل کارایی آن می‌پردازد.
روش‌ها: در این مطالعه، غشای PVC خالص 11 درصد وزنی با روش وارونگی فاز ساخته و آزمون‌های مختلفی از جمله اندازه‌گیری زاویه تماس، اندازه متوسط حفره، تخلخل و شار آب برای تعیین ویژگی‌های آن انجام شد. سپس آزمون‌های الکتروشیمیایی EIS ،CV و GCD برای تعیین مقاومت انتقال یون غشا و پایداری عملکرد آن به‌عنوان جداکننده در یک ابرخازن انجام شد.
یافته‌ها: زاویه تماس 86.17 درجه، آب‌گریزی متوسط غشا را نشان داد در حالی که اندازه متوسط حفره‌ها (5.7 نانومتر) و تخلخل بالا (91.8 درصد) باعث تسهیل انتقال یون در ساختار غشا می‌شود. همچنین شار عبور آب خالص مطلوب (87.5 لیتر بر مترمربع بر ساعت) نفوذپذیری مناسب غشا را تأیید کرد. تصاویر SEM از سطح مقطع غشا، تخلخل با حفرات انگشتی شکل را نشان داد که تاییدکننده نفوذپذیری مناسب غشاست. آزمون امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) مقاومت رسانایی یونی کم غشا را نشان داد (0.17 اهم) که مؤید مناسب بودن غشا برای کاربرد در ابرخازن‌هاست. همچنین، غشا در یک ابرخازن شامل دو صفحه مسی پوشش یافته با کربن فعال مونتاژ شده و کارایی آن با استفاده از آزمون‌های ولت‌سنجی چرخه‌ای (CV) و شارژ–تخلیه گالوانواستاتیکی (GCD) بررسی شد که نتایج حاکی از برگشت‌پذیری و پایداری در شارژ و تخلیه ابرخازن بود. این نتایج، پتانسیل زیاد غشای PVC خالص را به‌عنوان جداکننده‌ای مؤثر و مقرون‌به‌صرفه در ابرخازن‌ها نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Application of polyvinyl chloride-based membrane as the separator in supercapacitors: synthesis and performance studies

نویسندگان [English]

  • Faezeh Koozehgar Kaleji 1
  • Gholamreza Bakeri 1
  • Mohammad Soleimani 2
1 Chemical Engineering Faculty, Babol Noshirvani University of Technology, P.O. Box 484, Babol, Iran
2 . Fuel Cell Electrochemistry and Advanced Material Research Laboratory, Faculty of Engineering Modern Technologies, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Polyvinyl chloride (PVC)-based membranes have limited hydrophilicity and so far, have not been used as the separator in supercapacitors. Despite their favorable chemical stability and low cost, the inherent limitations of these membranes (including hydrophobicity) could limit their application in supercapacitor-based energy storage systems. This study investigates the utilization of pure PVC membrane in this application and evaluates its performance.
Methods: Pure PVC membrane at 11% (by wt) was fabricated using the phase inversion method and various tests including contact angle measurement, average pore size, porosity and water flux were performed to determine its properties. Then, the electrochemical tests EIS, CV and GCD were performed to determine the ion transport resistance of the membrane and its performance stability as the separator in a supercapacitor.
Findings: The contact angle of 86.17o indicated moderate hydrophobicity of the membrane, while the average pore size (5.7 nm) and high porosity (91.8%) facilitated the ion transport in the membrane structure. In addition, the suitable pure water flux (87.5 L/m2/h) confirmed the proper permeability of the membrane. SEM images of the membrane cross-section showed porosity with fingerlike pores, confirming the proper permeability of the membrane. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed low resistance for ionic conductivity of the membrane (0.17 ohms), confirming the suitability of the membrane for application in supercapacitors. Furthermore, the membrane was assembled in a supercapacitor consisting of two copper plates coated with activated carbon and its performance was investigated using cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge-discharge (GCD) tests, which indicated reversibility and stability in charging and discharging of the supercapacitor. These results demonstrate the high potential of pure PVC membrane as an efficient and cost-effective separator in supercapacitors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Supercapacitor
  • polyvinyl chloride polymer (PVC)
  • ionic conductivity
  • hydrophilicity
  • membrane separator

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار