Abstract




 
   

IJE TRANSACTIONS A: Basics Vol. 31, No. 10 (October 2018) 1298-1306   

downloaded Downloaded: 0   viewed Viewed: 337

  CHARACTERISTICS OF POLYANILINE/REDUCED GRAPHENE OXIDE NANOCOMPOSITE AS PROTECTIVE COATING AND CATALYST IN DYE-SENSITIZED SOLAR CELL COUNTER ELECTRODE DEPOSITED ON AISI 1086 STEEL SUBSTRATE
 
N. Sofyan, Aga Ridhova, R. A. Nugraha, A. H. Yuwono and A. Udhiarto
 
( Received: February 24, 2018 – Accepted: April 26, 2018 )
 
 

Abstract    One of the possibilities to mass-produce dye-sensitized solar cell (DSSC) device is if it could be embedded to the area atop metal roof. However, the use of metal substrate is constrained by the corrosion caused by the electrolyte solution used in the DSSC device such as iodide/tri-iodide (I-/I3-). In this study, we propose the utilization of polyaniline/reduced graphene oxide (PANI/RGO) nanocomposite as protective coating and at the same time as catalyst for the DSSC counter electrode on AISI 1086 steel substrates. The work was started by synthesizing PANI and RGO and assembling the PANI/RGO nanocomposite in a DSSC device. The characterization was performed using X-ray diffraction (XRD) for crystal structure, infrared (FTIR) for functional groups, scanning electron microscope (SEM) for surface morphology, potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) for corrosion testing, and semiconductor parameter analyzer (SPA) for the DSSC device performance. The result showed that the decrease of corrosion rates in AISI 1086 steel was proportional to the RGO concentrations in PANI/RGO nanocomposites. The lowest corrosion rate was obtained at the highest RGO composition, i.e. PANI/RGO 8 wt. % with corrosion rate (CR) of 0.2 mm/year and protection efficiency of 80.3 %. The DSSC performance test revealed that PANI/RGO composite could be used as an alternative catalyst for I-/I3- based redox electrolyte in the DSSC solar cell applications in replacement for platinum. The highest power conversion efficiency of 5.38 % was obtained from PANI/RGO 4 wt. %.

 

Keywords    AISI 1086 steel, DSSC counter electrode, Polyaniline, Protective coating, Reduced graphene oxide

 

چکیده    یکی از امکاناتی که برای تولید سلول های خورشیدی حساس شده به رنگ تولید می شود، این است که آیا می توان آن را به سقف منطقه متصل کرد. با این حال، استفاده از بستر فلزی توسط خوردگی ناشی از محلول الکترولیت مورد استفاده در دستگاه سلول خورشیدی حساسیت شده با رنگ، مانند یدید / تریدیدد، محدود شده است. در این مطالعه، ما پیشنهاد استفاده از نانوکامپوزیت گرافن گرافن به عنوان پوشش محافظ و در همان زمان به عنوان کاتالیزور برای الکترودهای متقاطع سلول خورشیدی حساس شده به رنگ بر روی زیربناهای فولادی پیشنهاد می کنیم. این کار با استفاده از سنتز پلیانیلین و کاهش اکسید گرافین و جمع آوری نانوکامپوزیت اکسید گرافنی پلیانیلن / کاهش یافته در دستگاه سلول خورشیدی حساسیت گرفته شده با رنگ آغاز شد. مشخصه ها با استفاده از پراش اشعه ایکس برای ساخت کریستال، مادون قرمز برای گروه های کاربردی، میکروسکوپ الکترونی اسکن برای مورفولوژی سطحی، پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی برای آزمایش خوردگی و تجزیه کننده پارامتر نیمه هادی برای عملکرد دستگاه سلول خورشیدی حساسیت گرفته شده انجام شد. نتایج نشان داد که کاهش میزان خوردگی فولاد متناسب با کاهش غلظت اکسید گرافین در نانوکامپوزیت های پلی اتیلن / کاهش اکسید گرافین بود. کمترین میزان خوردگی در بیشترین میزان کاهش ترکیبات اکسید گرافین، به عنوان مثال 8٪ وزنی گرافن اکسید پلی آنیلین / کاهش یافته با نرخ خوردگی 0.2 میلی متر / سال و بازده حفاظت 80.3٪ بود. تست عملکرد سلول خورشیدی حساسیت نشان داد که کامپوزیت گرافن اکسید پلیانیلین / کاهش می تواند به عنوان یک کاتالیزور جایگزین برای الکترولیت کاهش اکسیداسیون مبتنی بر یدید / تری یید در سلول های خورشیدی سلول خورشیدی مورد استفاده در جایگزین برای پلاتین استفاده می شود. بیشترین بازده تبدیل قدرت از 5.38٪ به دست آمده از پلیانیلین / کاهش گرافن اکسید 4٪ وزن شده است.

References    Sofyan, N., Ridhova, A., Yuwono, A.H., and Udhiarto, A., “Fabrication of solar cells with TiO2 nanoparticles sensitized using natural dye extracted from mangosteen pericarps”, International Journal of Technology, Vol. 8, No. 7 (2017) 1229-1238.Narayan, M.R., “Review: Dye Sensitized Solar Cells based on Natural Photosensitizers”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, No. 1, (2012) 208-215.Sofyan, N., Situmorang, F.W., Ridhova, A., Yuwono, A.H., and Udhiarto, A., “Visible light absorption and photosensitizing characteristics of natural yellow 3 extracted from Curcuma Longa L. for dye-sensitized solar cell”, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 105, (2018), 0120731-0120736.Li, Z., Chen, L., Meng, S., Guo, L., Huang, J., Liu, Y., Wang, W., and Chen, X., “Field and temperature dependence of intrinsic diamagnetism in graphene: Theory and experiment”, Physical Review B, Vol. 91, No. 9, (2015), 0944291-0944295.Badiei, E., Sangpour, P., Bagheri, M., and Pazouki, M., "Graphene Oxide Antibacterial Sheets: synthesis and characterization, IJE Transactions C: Aspects, Vol. 27, No. 12, (2014), 1803-1808.Emirua, T. F. and Ayele, D. W., “Controlled synthesis, characterization and reduction of graphene oxide: A convenient method for large scale production”, Egyptian Journal of Basic and Applied Sciences, Vol. 4, No. 1, (2016), 74-79.Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S.V., Grigorieva, I.V., Firsov, A.A., “Electric field effect in atomically thin carbon films”, Science, Vol. 306, No. 5696, (2004), 666-669.Pei, S., Cheng, H-M., “The reduction of graphene oxide”, Carbon, Vol. 50, (2012), 3210-3228.Wang, H., Lin, J., and Shen, Z.X., “Polyaniline (PANi) based electrode materials for energy storage and conversion”, Journal of Science: Advanced Materials and Devices, Vol. 1, (2016), 225-255.Stejskal, J., and Gilbert, R.G., “Polyaniline. Preparation of a conducting polymer”, Pure and Applied Chemistry, Vol. 74, No. 5, (2002), 857-867. Vadiraj, T. K. and Belagali, S., “Characterization of Polyaniline for Optical and Electrical Properties”, IOSR Journal of Applied Chemistry, Vol. 8, No. 1, (2015), 53-56.He, B., Tang, Q., Wang, M., Chen, H., and Yuan, S., “Robust Polyaniline–Graphene Complex Counter Electrodes for Efficient Dye-Sensitized Solar Cells”, ACS Applied Materials and Interfaces, Vol. 6, No. 11, (2014), 8230-8236.Jeong, G. H., Kim, S. J., Han, E. M., and Park, K. H., “Graphene/Polyaniline Nanocomposite Multilayer Counter Electrode by Inserted Polyaniline of Dye-Sensitized Solar Cells”, Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. 620, No. 1, (2015), 112-116.Wang, G., Zhuo, S. and Xing, W., “Graphene/polyaniline nanocomposite as counter electrode of dye-sensitized solar cells”, Materials Letters, Vol. 69, (2012), 27-29.Cai, K., Zuo, S., Luo, S., Yao, C., Liu, W., Ma, J., Mao. H and Li, Z., “Preparation of polyaniline/graphene composites with excellent anti-corrosion properties and their application in waterborne polyurethane anticorrosive coatings”, RSC Advances, Vol. 6 No. 98, (2016), 95965-95972.Chang, C-H., Huang, T-C., Peng, C-W., Yeh, T-C., Lu, H-I, Hung, W-I, Weng, C-J., Yang, T-I, and Yeh, J-M., “Novel anticorrosion coatings prepared from polyaniline/graphene composites”, Carbon, Vol. 50, No 14, (2012), 5044-5051.Mahato, N. and Cho, M. H., “Graphene integrated polyaniline nanostructured composite coating for protecting steels from corrosion: Synthesis, characterization, and protection mechanism of the coating material in acidic environment”, Construction and Building Materials, Vol. 115, (2016), 618–633.Vaezi, M.R., Nikzad, L., and Yazdani, B., “Synthesis of CoFe2O4-polyaniline nanocomposite and evaluation of its magnetic properties”, IJE Transactions B: Applications, Vol. 22, No. 4, (2009), 381-386.Zhou, T. N., Qi, X. D. and Fu, Q., “The preparation of the poly(vinyl alcohol)/graphene nanocomposites with low percolation threshold and high electrical conductivity by using the large-area reduced graphene oxide sheets”, Express Polymer Letters, Vol. 7, No. 9, (2013), 747-755.Liu, Y., Li, Y., Zhong, M., Yang, Y., Wen, Y., and Wang, M., “A green and ultrafast approach to the synthesis of scalable graphene nanosheets with Zn powder for electrochemical energy storage”, Journal of Materials Chemistry, Vol. 21, (2011), 15449-15455.Shanmugam, V., Manoharan, S., Anandan, S., Murugan, R., “Performance of dye-sensitized solar cells fabricated with extracts from fruits of ivy gourd and flowers of red frangipani as sensitizers”, Spectrochim Acta A: Moleculer and Biomoleculer Spectroscopy, Vol. 104, (2013), 35-40.Mostafaei, A. and Zolriasatein, A., “Synthesis and characterization of conducting polyaniline nanocomposites containing ZnO nanorods”, Progress in Natural Science: Materials International, Vol. 22, No. 4, (2012), 273-280.Sokolova, M. P., Smirnov, M. A., Kasatkin, I. A., Dmitriev, I. Y., Saprykina, N. N., Toikka, A. M., Lahderanta, E., and Elyashevich, G. K., “Interaction of Polyaniline with Surface of Carbon Steel”, International Journal of Polymer Science, Vol. 2017, (2017), 1-9.Jha, A. R., “Solar Cell Technology and Applications”, Boca Raton: CRC Press Taylor and Francis Group, (2009).





International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir