Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Helmi,Mohamad mohsen Momeni hamaneh,Ezat Keshavarzi
عباس حلمی کهنه شهری (استاد مشاور) محمدمحسن مومنی هامانه (استاد مشاور) عزت کشاورزی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahsa Abareghi
مهسا ابارقی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394

TITLE

Investigation of electrical double layer supercapacitors and selective ions adsorption in charged spherical cavities of porous electrodes by density functional theory
Ion selectivity studied by Density Functional Theory at the Restricted Primitive and Primitive Models inside charged spherical cavities. Results show that, at lower electric potentials counterions accumulate at the wall while coions prefer to aggregate in the middle of the cavity. The capacitance curve has a camel shape at low concentration, while a transition is observed from camel to bell shape with increasing concentration. Also at constant concentration this transition happened with decreasing the cavity size. The effect of electro-neutrality deviation in small charged cavities on the shape of the capacitance curve show that the capacitance curve has a bell shape when electro-neutrality parameter decreases with surface charge. The diffuse potential and diffuse capacitance is strongly affected by ion charge. As the sign of diffuse potential changes with electric potential depending on concentration for electrolytes with divalent counter ions. It causes that the diffuse potential passes from zero which leads to an infinite value for diffuse capacitances. The studies of asymmetric electrolytes for determination of stern capacitance shows that at a constant concentration is a certain surface charge, which the stern thickness changes from half diameter of coion to half diameter of counterion when the size of counterion is larger than coion
در این رساله جذب انتخابی یون مخالف بار دیوار، درون حفره¬ی کروی باردار با استفاده از نظریه¬ی تابعی چگالی مطالعه شده است. در پتانسیل-های الکتریکی کم، یون¬های مخالف بار دیوار در کنار دیوار تجمع می¬یابند و یون¬های موافق بار دیوار، به دلیل دافعه¬ی الکترواستاتیک ترجیح می¬دهند در مرکز حفره تجمع داشته باشند. در پتانسیل الکتریکی زیاد به¬طور ویژه یون¬های مخالف بار دیوار درون حفره جذب می¬شوند. در این شرایط می¬توان از حفره¬های کروی باردار به عنوان یک ابزار انتخاب¬گر یون¬های بار مخالف استفاده کرد. منحنی ظرفیت در یک غلظت ثابت برای حفره¬های بزرگ شکل کوهانی دارد و با کاهش اندازه¬ی حفره شکل زنگوله¬ای نشان می¬دهد. در غلظت ثابت این تبدیل شکل با کاهش اندازه¬ی حفره صورت می¬پذیرد. تبدیل شکل در یک حفره با اندازه¬ی ثابت نیز با افزایش غلظت الکترولیت مشاهده می¬شود. با بزرگ¬تر شدن حفره تبدیل شکل در غلظت¬های بیشتر اتفاق می¬افتد. نتایج این رساله نشان می¬دهد که کمیت فشردگی الکترولیت در غلظت تبدیل شکل، بدون در نظر گرفتن اندازه¬ی حفره تقریبا برابر با 2/0 است. افزایش اندازه¬ی حفره سبب افزایش ظرفیت لایه¬ی دوگانه الکتریکی می¬شود. اگرچه در حفره¬های به اندازه¬ی کافی بزرگ ( حدود 10 برابر قطر مولکول) ظرفیت تغییر چندانی با اندازه¬ی حفره نمی¬کند. به¬طوری¬که مقدار ظرفیت ویژه¬ی انتگرالی برای تمام اندازه¬های حفره برای الکترولیت متقارن در غلظت 25/2 مولار در پتانسیل¬های الکتریکی کم برابر با 1/2 فاراد بر متر مربع است. بررسی اثر انحراف از اصل خنثی بودن بار الکتریکی برروی شکل منحنی ظرفیت نشان می¬دهد هنگامی¬که پارامتر خنثی بودن بار الکتریکی بر حسب بار سطحی کاهش یابد، شکل منحنی ظرفیت زنگوله¬ای شکل است. در حالی¬که شکل کوهانی منحنی ظرفیت هنگامی مشاهده می¬شود که منحنی پارامتر خنثی بودن بار الکتریکی دارای بیشینه مقدار در بار سطحی غیر صفر باشد. از آنجایی¬که خازن لایه¬ی دوگانه¬ی الکتریکی به¬صورت جمع سری خازن¬های اشترن و نفوذ است، تعیین سهم ظرفیت هر کدام از این خازن¬ها در ظرفیت کل در شرایط مختلف حفره و الکترولیت دارای اهمیت است. برای الکترولیت¬های با یون مخالف دو ظرفیتی، علامت پتانسیل زتا با پتانسیل الکتریکی تغییر می¬کند. این تغییر علامت نشان دهنده¬ی این است که پتانسیل زتا در پتانسیل الکتریکی خاصی از صفر می¬گذرد که منجر به بی نهایت شدن ظرفیت نفوذ و در نتیجه صفر شدن سهم آن در ظرفیت کل می¬شود. همچنین مطالعه¬ی ضخامت لایه¬ی اشترن در مورد الکترولیت دارای یون¬های غیرهم¬اندازه نشان می¬دهد که در بارهای سطحی کم یون¬های کوچکتر در کنار دیوار حفره حضور دارند. در صورتی¬که با افزایش بار سطحی یون¬های موافق با بار دیوار علی رغم کوچک بودن از کنار دیوار حفره رانده شده و فقط یون¬های مخالف بار دیوار حضور دارند. با بزرگتر شدن یون¬ها در بار سطحی بیشتری این اتفاق می¬افتد. در این رساله با نظریه تابعی چگالی معادله¬ی پتانسیل الکترواستاتیکی متوسط با توجه به مفاهیم الکترواستاتیکی و ترمودینامیکی به دست آمده است که برابر با حل معادله¬ی پویسن است. با این روش در مختصات کروی همه جمله هایی که در پتانسیل الکترواستاتیکی متوسط ظاهر می¬شود قابل تفسیراست

ارتقاء امنیت وب با وف بومی