8410

سنتز فومهاي كربني دوپ شده با بور

كارشناسي

مهندسي مواد و متالورژي

1401

دكتر مهدي ملكي

دكتر هاجر قنبري

1402/03/07

مهندسي مواد و متالورژي

Synthesis of Carbon Foams Doped by Boron

يكي از سيستمهاي ذخيرهسازي انرژي باتري‌هاي ليتيوم-يون هستند كه در حال حاضر در زندگي روزمره اكثر كشورها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. باتري‌هاي ليتيوم يون قابل شارژ از زمان معرفي به بازار، به منبع انرژي ترجيحي براي اكثر دستگاه‌هاي الكترونيكي قابل حمل تبديل شده‌اند. بسياري از تحقيقاتي كه در حال حاضر انجام ميشوند، سعي بر بهبود عملكرد باتريهاي ليتيوم-يون مانند ظرفيت، چرخه‌پذيري، ولتاژ عملياتي و هزينه دارند. انواع مختلف كربن‌ها به عنوان مواد آند باتري ليتيومي استفاده ميشوند. در همين راستا، گرافيت طبيعي و انواع مختلفي از مواد گرافيتي، و همچنين كربنهاي سخت و نرم به طور گسترده براي استفاده به عنوان آند در LIB مورد بررسي قرار گرفتهاند. گرافيت، با ظرفيت ويژه نسبتاً بالا، بازده چرخشي بالا و پايداري بالا، امروزه به عنوان آند در اكثر باتري‌هاي ليتيوم-يون تجاري مورد استفاده قرار مي‌گيرد. فوم كربني يك از مواد پايه كربني متخلخل و حاوي سلولهايي با شكل منظم، پراكنده و همگن است. فوم‌هاي كربني، يك ساختار سهبعدي كربني دارند كه سلول‌هاي آن مي‌توانند داراي حفرات باز يا بسته باشند. از ويژگيهاي برجسته فومهاي كربني، ميتوان به سطح ويژه بالا، وزن سبك، پايداري حرارتي مناسب و رسانايي حرارتي و الكتريكي بالا اشاره كرد كه باعث ميشود در كاربردهاي مختلفي از جمله ذخيرهكننده انرژي حرارتي، جاذب آلاينده، الكترود و باتري ليتيوم-يون مورد استفاده قرار گيرد. در اين پژوهش فوم كربني دوپشده با بور سنتز شد تا كاربرد آن به عنوان اكترود منفي اين باتريها مورد بررسي قرار گيرد. نمونه سنتز شده به كمك آناليزهاي پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيف سنجي رامان و طيفسنجي تبديل فوريه مادون قرمز، از نظر فازي، ريزساختاري، مورفولوژي و پيوندي بررسي شد. همچنين جهت بررسي كاربرد در الكترود باتري، تستهاي باتري از باتري حاوي الكترود ساخته شده از فوم كربني دوپشده با بور انجام گرفت. ظرفيت ويژه بدست آمده در اولين سيكل براي نمونه CF-B5 برابر mAhg-1 523 است. افزون‌براين، اين نمونه ظرفيت ويژه mAhg-1 336 را پس از 40 سيكل از خود نشان داد كه در مقايسه با نتايج بدست آمده از نمونه گرافيت تجاري و ساير نمونه، داراي ظرفيت بالاتر و پايدارتري است.

فوم كربني , دوپينگ بور , باتري ليتيوم-يون