اتانول و متانول و در برخی موارد، فرمالدهید از جمله سوخت های مهم به کار رفته در پیل های سوختی می باشند، و در مبحث تولید انرژی از اهمیت بسزایی برخوردارند. از این رو در دهه های اخیر، بررسی های انجام شده روی آند پیل های سوختی که محل الکترواکسیداسیون این ترکیبات می باشد، بسیار گسترش یافته است. مهمترین فلزاتی که در تهیه ی این الکترودها به کار می روند، عبارتند از: پلاتین و پالادیم. در پروژه ی حاضر تلاش برای تهیه ی الکترودهای اصلاح شده بر پایه ی فلزات ارزان قیمتی نظیر مولیبدن، تنگستن، منگنز و خصوصاً نیکل بوده است. در این کار با استفاده از تکنیک هایی نظیر کرونوآمپرومتری و ولتامتری چرخه ای، الکترونشست فلزات روی بسترهای مختلف انجام گرفته، و سپس رفتار الکتروکاتالیتیکی الکترودهای تهیه شده، برای الکترواکسیداسیون اتانول و فرمالدهید مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین سعی شده واکنش های انجام شده بر روی سطح الکترودها و نیز مکانیسم های ممکن برای الکترواکسیداسیون، تا حد امکان توضیح داده شود. با استفاده از تکنیک کرونوآمپرومتری برخی از پارامتر های سینتیکی برای الکترواکسیداسیون اتانول و فرمالدهید محاسبه شده است. با استفاده از تکنیک امپدانس نیز مقاومت انتقال بار برای برخی الکترودها هنگام الکترواکسیداسیون اتانول و فرمالدهید مطالعه شده است. در ابتدا، الکترواکسیداسیون اتانول به وسیله ی الکترود اصلاح شده ی پلاتینی، توسط ترکیب دو فلزی اکسید نیکل و منگنز بررسی شده است. سپس الکترواکسیداسیون اتانول، و در انتها الکترواکسیداسیون فرمالدهید به وسیله ی الکترود اصلاح شده ی گلاسی کربن توسط نانوذرات اکسید نیکل بررسی شده است. الکترود اصلاح شده به وسیله ی اکسید منگنز و نیکل با روش الکترونشست اکسایشی، دانسیته ی جریان اکسیداسیون قابل قبولی داشته، و مقاومت نسبتاً خوبی در برابر مسمومیت co از خود نشان می دهد، به علاوه مدت زمان لازم برای تهیه ی این الکترود و هزینه ی مربوط به مواد اولیه آن کمتر از الکترودهای مشابه می باشد. مقادیر ضریب نفوذ اتانول برای الکترود اصلاح شده به وسیله ی نانوذرات اکسیدی نیکل روی بستر کربن شیشه ای و نیز k برای مصرف اتانول توسط الکترود مذکور محاسبه شدند الکترود اصلاح شده با نانوذرات اکسیدی نیکل روی بستر کربن شیشه ای به روش احیایی در زمان های کوتاه، فعالیت بسیار بالایی نسبت به الکترواکسیداسیون اتانول از خود نشان می دهد و مسمومیت ناشی از co نیز برای این الکترود بسیار کم است. الکترود ذکر شده در این قسمت قابل مقایسه با الکترودهای پلاتینی و پالادیمی به کار رفته در موارد مشابه بوده و در اغلب موارد از جمله، دانسیته ی جریان اکسیداسیون ، هزینه ی ساخت الکترود و زمان لازم برای تهیه ی الکترود بسیار بهتر از گونه های مشابه پلاتینی و پالادیمی عمل می کند. کاهش دانسیته ی جریان اکسیداسیون این الکترود، طی چرخه های متوالی کم می باشد که این امر نشان از پایداری مناسب این الکترود برای الکترواکسیداسیون اتانول دارد

تحقیقات زیادی در توسعه ابرخازن ها صورت گرفته است. از اهدافی که در این تحقیقات دنبال می شود بهبود در دانسیته انرژی و توان آن هاست. حال برای این کار محققان در تلاش اند با به کارگیری نانوساختارهای هیبریدی اکسید فلزات واسطه- مواد کربنی بهبود قابل ملاحظه ای را در دانسیته انرژی و توان آن ها بوجود آورند. از اکسید فلزی کبالت به دلیل دارا بودن ظرفیت تئوری بالای3500 فاراد بر گرم، دارا بودن حالت-های اکسیداسیون مختلف، قیمت ارزان، سمیت کم در مقایسه با سایر فلزات واسطه همچون روتنیم و ایریدیم استفاده شد. از روش نشست الکتروشیمیایی به دلیل مقرون به صرفه بودن و همینطور توانایی روش برای کنترل مورفولوژی ترکیب و اندازه ی ذرات نانوساختار روی فیبر کربن، و همچنین عدم استفاده از اتصال دهنده ها استفاده شد.

مساحت سطح موثر بالای فیبر کربنی متخلخل و تماس مناسب آن با نانوساختارهای نیکل اکسید/هیدروکسید این امکان را فراهم می آورد تا ماده ی الکترودی نیکل هیدروکسید توسط یک روش الکتروشیمیایی نسبتاً ساده در یک مرحله و بدون چسب شیمیایی سنتز شوند. ماده ی الکترودی جدید، نیکل هیدروکسید-فیبر کربنی متخلخل، توسط روش های میکروسکوب الکترونی روبشی (sem)، آنالیز عنصری (edx)، پراش پرتو ایکس (xrd) و آنالیز وزن سنجی حرارتی (tga) مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین عملکرد الکتروشیمیایی آن به عنوان الکترود برای ابرخازن ها توسط روش های مختلف الکتروشیمیایی ولتامتری چرخه ای (cv)، شارژ-دشارژ گالوانوستاتیک، اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی (eis) در سیستم سه الکترودی و دو الکترودی مورد بررسی قرار گرفت. ظرفیت بیشینه یf.g-1 2/553 در سرعت روبش پتانسیل mv.s-1 10 برای نانوساختار نیکل هیدروکسید-فیبر کربنی متخلخل بدست آمد. از ویژگی های ماده ی مورد نظر به عنوان الکترود در ابرخازن ها علاوه بر ظرفیت مخصوص قابل ملاحظه ی آن، قابلیت پاسخ دهی سریع و پایداری چرخه ای بالا می باشد به طوری که طی 1000 چرخه ی شارژ-دشارژ متوالی حدوداً 100% ظرفیت خازنی اولیه خود را حفظ می کند. به طور کلی، نتایج تجربی در این کار نشان می دهد که الکترود نیکل هیدروکسید-فیبر کربنی متخلخل با توجه به ساده و ارزان بودن تهیه ی آن از یک طرف و عملکرد خازنی مناسب آن از طرفی دیگر یک کاندیدای جذاب برای الکترود خازن های الکتروشیمیایی می باشد.

در سالهای اخیر، ابرخازن های الکتروشیمیایی به عنوان یک سیستم ذخیره انرژی جذاب به دلیل دانسیته توان بالا و پایداری زیاد در مقایسه با باتری ها و دانسیته انرژی بالاتر از خازن های معمولی مورد توجه قرار گرفته است. این موضوع توانایی آن را در کاربرد در وسایل الکتریکی، وسایل الکتریکی قابل حمل و دیگر نشان می دهد. مواد مختلفی برای استفاده در ابرخازن های الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار گرفته است مانند کربن، پلیمرهای هادی و اکسید فلزات واسطه، در میان این مواد منگنز اکسید با توجه به خصوصیاتی مانند ظرفیت خازنی بالا، قیمت کم، فراوانی طبیعی و سازگاری با محیط زیست علاقه قابل توجهی را به عنوان ماده مورد استفاده در ابرخازن ها به خود جلب کرده است. اگرچه هدایت الکتریکی پایین منگنز اکسید سرعت شارژ و دشارژ آن را برای کاربرد در توان های بالا محدود می کند، برای اصلاح هدایت پایین منگنز اکسید افزودنی های با هدایت بالا مثل نانولوله های کربنی، مواد گرافیتی لایه ای، گرافن اکسید و پودر کربن با منگنز اکسید ترکیب شده است. بنابراین، تلاش شده است تا منگنز اکسید به صورت فاصله دار روی موادی با هدایت الکتریکی بالا ترسیب شود. این ترکیب هدایت الکترون و انتقال الکترولیت را در فیلم الکترود آسان می کند که در پی آن رفتار خازنی منگنز اکسید بهبود می یابد. فیبرهای کربنی به دلیل برخورداری از ساختار سه بعدی، مساحت بالا، پایداری شیمیایی و هدایت الکتریکی به عنوان یک الکترود امید بخش در ساخت ابرخازن ها به کار می رود و فوم نیکلی که یک ماده تجاری با هدایت الکتریکی بالا، وزن کم و ساختار سه بعدی است، مساحت سطحی بالایی را فراهم می کند که می تواند به عنوان یک الکترود مناسب به عنوان بستر به کار رود. روشهای مورد استفاده برای تهیه فیلم منگنز اکسید غالبا بر پایه مخلوط کردن پودر منگنز اکسید با یک اتصال دهنده و یک افزودنی هادی بر روی یک بستر هادی می باشد. تکنیک ترسیب الکتروشیمیایی مزایایی را نسبت به سایر روش دارد : مورفولوژی، وزن و ضخامت فیلم به آسانی با کنترل جریان، ترکیب حمام و دمای حمام قابل کنترل است. در کار حاضر فیبر کربنی متخلخل شده به روش الکتروشیمیایی به عنوان بستر برای ترسیب الکتروشیمیایی نانوساختارهای منگنز اکسید برای رفتار ابرخازنی فارادایی مورد استفاده قرار گرفت. همچنین فوم نیکلی به عنوان بستر برای ترسیب الکتروشیمیایی کاتدی نانوصفحه های منگنز اکسید انتخاب گردید اما در ابتدا فوم نیکلی با نانوذرات مس به منظور بالا بردن هدایت الکتریکی منگنز اکسید تزیین گردید. مورفولوژی سطح الکترود منگنز اکسید ترسیب شده روی فیبر کربنی متخلخل و الکترود منگنزاکسید ترسیب شده روی فوم نیکلی تزیین شده با مس به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. همچنین از آنالیز وزن سنجی حرارتی، تفرق اشعه ایکس (edx) و پراش پرتو ایکس برای بررسی ساختار و ترکیب الکترود تهیه شده استفاده گردید. کارآیی الکتروشیمیایی الکترود منگنز اکسید ترسیب شده روی فیبر کربنی متخلخل و الکترود منگنزاکسید ترسیب شده روی فوم نیکلی تزیین شده با مس با روش¬های ولتامتری چرخه ای، شارژ- دشارژ گالوانواستاتیک و طیف¬سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مطالعه شد. حداکثر ظرفیتf.g-1 778 در دانسیته جریان -1 a.g 2 برای الکترود منگنز اکسید ترسیب شده روی فیبر کربنی متخلخل به دست آمد. علاوه بر ظرفیت بالای حاصل شده برای الکترود جدید تهیه شده، این الکترود توانایی تخلیه سریع بار را داشت و همچنین پایداری چرخه ای بالایی را نشان داد به طوری که بعد از 1000 چرخه شارژ- دشارژ در دانسیته جریان -1 a.g 20 بیش از 94% ظرفیت اولیه خود را حفظ کرد. برای الکترود منگنز اکسید ترسیب شده روی فوم نیکلی تزیین شده با مس برای جرم کمی از منگنز اکسید، ظرفیت خازنی f.g-1 678 و ظرفیت سطحی mf.cm-2 7/99 در سرعت روبش mv.s-1 5 به دست آمد. پایداری چرخه ای این الکترود با ولتامتری چرخه ای در سرعت روبش mv.s-1 200 بررسی شد و پایداری چرخه ای عالی 88% را پس از 2000 چرخه نشان داد. استفاده واقعی از ابرخازن ها نیاز به ظرفیت های سطحی بالا دارد. بنابراین، در این کار ما یک روش ساده و موثر را برای تهیه منگنز اکسید با جرم زیاد روی الکترود فوم نیکلی اصلاح شده با مس برای ابرخازن های الکتروشیمیایی پیشنهاد کردیم. الکترود nf/cu/mno2 ( جرم منگنز اکسید: mg 4/3) ظرفیت خازنی سطحی بالای mf.cm-2 557 (f.g-1 4/163) را نشان داد. توانایی برای توسعه موثر الکترودهای به کار رفته در ابرخازن های الکتروشیمیایی با جرم بالای ماده فعال می تواند راهگشای فرصت هایی برای ابرخازن ها با ظرفیت سطحی و دانسیته انرژی بالا باشد.