26636

بررسي عوامل موثر بر چرخهپذيري ماده كاتدي Na3V2(PO4)3 به منظور كاربرد در باتري‌هاي سديم‌-يون

كراشناسي ارشد

مهندسي مواد - شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1400

1401/3/2

سيد مرتضي مسعودپناه

مهندسي مواد و متالورژي

كاتد مورد بررسي در اين پايان نامه جزئي از ساختارهاي نايسيكون ¬ مي‌باشد كه در گروه كاتد‌هاي پلي‌آنيوني قرار گرفته و فرمول شيميايي آن Na3V2(PO4)3 مي¬باشد. در اين پژوهش با استفاده از روش سنتز احتراق محلولي به كمك سوختهايي چون سوخت ستيل تري متيل آمونيوم برمايد (CTAB) و پلي وينيل پيروليدون (PVP) ، استفاده از حلالهاي مختلف چون اتانول، متانول و گليسيرول و استفاده از افزودني چون اسيد سيتريك و تركيب آن¬ها با مواد سازنده ماده كاتدي، نمونههاي مورد نظر سنتز شدند. نمونه‌هاي سنتز شده توسط آناليز‌هاي پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپهاي الكتروني روبشي و عبوري، آناليز رامان و آناليز سطح ويژه مشخصه‌يابي شدند. در ادامه توسط آناليزهاي نرخ‌پذيري، چرخه‌پذيري، ولتامتري چرخه‌اي و طيف‌سنجي امپدانسي مورد بررسي قرار گرفتند. ظرفيت اوليه نمونههاي CTAB mmol 1 و CTAB mmol 5/1 در C 1/0 به ترتيب برابر با mAhg-1 27/123 و 29/108 بدست آمدند. درصد حفظ ظرفيت براي نمونههاي CTAB mmol 1 و CTAB mmol 5/1 به ترتيب بعد از 50 چرخه 90% و 91% بدست آمدند. در قسمت دوم آزمايش، به بررسي اثر مقدار سوخت PVP بر عملكرد ماده كاتدي سنتز شده پرداخته شد. استفاده از ماده PVP با مقدار mmol 5/1 ظرفيت اوليه mAhg-1 05/92 در C 1/0 و PVP mmol 1 ، ظرفيت اوليه mAhg-1 84/101 را از خود نشان دادند. PVP با مقدار mmol 5/1 توانست 96% از ظرفيت اوليه خود را بعد از 50 چرخه در نرخ جريان C1 حفظ كند در حاليكه نمونه PVP mmol 1 79% حفظ ظرفيت از خود نشان داد. در ادامه در سنتز ماده كاتدي با مقدار CTAB mmol 1 به همراه حلالهاي مختلف، مشاهده شد ماده سنتز شده در حلال گليسيرول ظرفيت اوليه mAhg-1 53/113 ، حلال اتانول ظرفيت اوليه mAhg-1 24/105 و حلال متانول ظرفيت اوليه mAhg-1 35/100 را در C 1/0 از خود نشان دادند. حلال متانول منجر به بهبود پايداري كاتد سنتز شده، نسبت به حلالهاي متانول و گليسيرول شده است اما همچنان نمونه CTAB mmol 1 سنتز شده در حلال آب از پايداري چرخهپذيري بهتري نسبت به سه حلال ديگر برخوردار است ( ميزان حفظ ظرفيت براي چهار حلال آب، متانول، اتانول و گليسيرول به ترتيب برابرند با 90% ، 82% ، 77% ، 70% ) . با استفاده از افزودني اسيد سيتريك به نمونه CTAB سنتز شده در آب، ظرفيت اوليه mAhg-1 8/107 در C 1/0 بدست آمد و در پايداري كاتد سنتز شده با CTAB mmol 1 بهبود چشمگيري حاصل شد و اين كاتد توانست بعد از 50 چرخه در نرخ جريان C1، 98% از ظرفيت اوليه خود را حفظ كند.

1401/03/28

Investigation of different parameters affecting the cycling properties of Na3V2 (PO4) 3 cathode material for use in sodium-ion batteries

5/23/2023 12:00:00 AM

Sodium-ion batteries have been proposed as a promising alternative to lithium-ion batteries due to the abundance and wide distribution of sodium sources as well as similar electrochemical performance. The cathode studied in this dissertation is part of NASICON structures, which is in the group of poly-anionic cathodes and its chemical formula is Na3V2 (PO4)3. In this study, by the use of CTAB, PVP as fuel, the use of various solvents such as ethanol, methanol and glycerol and the use of additives such as citric acid and their combination with cathode materials, the samples were synthesized. The initial capacities of CTAB 1mmol and CTAB1.5 mmol at 0.1 C were equal to 123.27 and 108.29 mAhg-1, respectively. The capacity retention percentages for CTAB 1mmol and CTAB 1.5 mmol were obtained after 50 cycles of 90% and 91%, respectively. In the second part of the experiment, the effect of PVP fuel on the performance of the synthesized cathode material was investigated. The use of PVP material with a value of 1.5 mmol showed an initial capacity of 92.05 mAhg-1 at 0.1C and PVP 1 mmol showed an initial capacity of 101.84 mAhg-1. PVP with a value of 1.5 mmol was able to maintain 96% of its initial capacity after 50 cycles at 1C, while the PVP 1 mmol retained 79% of its capacity. Subsequently, in the synthesis of cathodic material with the amount of CTAB 1 mmol with different solvents, it was observed that the material synthesized in glycerol solvent showed initial capacity of 113.53 mAhg-1, ethanol solvent showed initial capacity 105.24 mAhg-1 and methanol solvent showed initial capacity equal to 100.35 mAhg-1 at 0.1C. Methanol solvent has improved the stability of the synthesized cathode compared to methanol and glycerol solvents, however, the CTAB 1 mmol synthesized in aqueous solvent showed better cyclic stability than the other three solvents. Capacity maintenance rate For the water solvents, methanol, ethanol and glycerol are equal to 90%, 82%, 77%, 70%, respectively. Using the citric acid as additive to the CTAB sample synthesized in water, the initial capacity of 107.8 mAhg-1 was obtained at 0.1C and the stability of the cathode synthesized with CTAB 1 mmol was significantly improved and this cathode was able to maintain 98% of its initial capacity after 50 cycles at the 1C.

باتري , سديم يون , سنتز شيميايي , ساختار متخلخل

battery , sodium-ion , chemical synthesis

roham talei jeid

morteza masoudpanah