31574

ساخت و عملكرد الكتروشيميايي كاتد فاقد كبالت نيكل، منگنز، آلومينيوم (NMA) و بررسي نقش آلاييدن نمك كروم در آن به منظور استفاده در باتري‌هاي ليتيوم-يون

كارشناسي ارشد

شيمي تجزيه

1400

1403/06/27

علي غفاري نژاد

-

شيمي

در اين پايان نامه، يك روش ساخت هيدروترمال براي توليد يك دسته جديد از مواد كاتدي با ظرفيت بالا و بدون كبالت، اكسيد‌هاي ليتيوم نيكل منگنز آلومينيوم (LiNi0.9Mn0.05Al0.05O2) و ليتيوم نيكل منگنز آلومينيوم كروم (LiNi0.895Mn0.05Al0.05Cr0.005O2) معرفي شده است. اين ماده كاتدي جديد براي نسل بعدي باتري‌هاي ليتيوم-يون طراحي شده است. هر دو ماده ساخته شده از طريق تحليل پراش پرتو ايكس، داراي بلورينگي و خلوص بالا هستند. آناليزهاي الكتروشيميايي، ساختاري و پس از چرخه‌هاي متعدد بر روي اين ماده NMA و NMA-Cr انجام شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه نيم‌پيل‌ NMA-Li در چگالي جريان C 1/0 ظرفيت تخليه اوليه 173 ميلي‌آمپر ساعت بر گرم داشته و پس از 50 چرخه در محدوده ولتاژي 0/3 تا 4/4 ولت، 81% درصد از ظرفيت اوليه خود را حفظ مي‌كنند. همچنين، نيم‌پيل NMA-Cr، ظرفيت تخليه اوليه 168 ميلي‌آمپر ساعت بر گرم و حفظ ظرفيت 84 درصد پس از 50 چرخه را از خود نشان دادند. علاوه‌بر‌اين، نتايج آزمون امپدانس الكتروشيميايي نشان داد كه نمونه حاوي كروم، نسبت به نمونه NMA، ضريب نفوذ يون‌هاي ليتيوم بالاتري داشته و مقاومتSEI ، محلول و انتقال بار كمتري از خود نشان مي‌دهد. بررسي‌هاي ساختاري و ريخت‌شناسي نيز پس از چرخه‌هاي متعدد نشان مي‌دهد كه ريخت‌شناسي و ساختار بلوري NMA-Cr به نسبت NMA به طور قابل توجهي تخريب نشده است. اين يافته‌ها حاكي از پايداري بالاي اين ماده كاتدي در صورت افزودن نمك كروم به آن است. اين دسته‌بندي جديد از مواد كاتدي بدون كبالت كه حاوي نيكل، منگنز و آلومينيوم به عنوان اجزا اصلي بوده و با روش ساخت بدون آمونياك توليد شده است، يك راهكار اميدواركننده براي توليد پايدار الكترودهاي مثبت باتري‌هاي ليتيوم-يون ارائه مي‌دهد.

1403/08/30

Synthesis and Electrochemical Performance of a Cobalt, Nickel, Manganese, Aluminum (NMA) Layered Oxide Cathode and Investigation of the Role of Chromium Salt Doping for Lithium-Ion Batteries

9/17/2025 12:00:00 AM

This thesis presents a hydrothermal synthesis approach to produce a new class of high-capacity, cobalt-free cathode materials, lithium nickel manganese aluminum oxide (LiNi0.9Mn0.05Al0.05O2) and lithium nickel manganese aluminum chromium oxide (LiNi0.895Mn0.05Al0.05Cr0.005O2). These novel cathode materials are designed for next-generation lithium-ion batteries. Both synthesized materials exhibit high crystallinity and purity. Extensive electrochemical, structural, and post-cycle analyses were conducted on NMA and NMA-Cr materials. Results indicate that NMA-Li half-cells deliver an initial discharge capacity of 173 mAh/g at 0.1C rate and retain 81% of their initial capacity after 50 cycles within a voltage window of 3.0 to 4.4 V. Similarly, NMA-Cr cells exhibit an initial discharge capacity of 168 mAh/g and retain 84% of their initial capacity after 50 cycles. Furthermore, electrochemical impedance spectroscopy revealed that the chromium-doped sample exhibited higher lithium-ion diffusivity and lower resistance of the SEI layer, solution and charge transfer resistance compared to the NMA sample. Post-cycle structural and morphological analyses reveal that the morphology and crystal structure of NMA-Cr remains relatively stable compared to NMA. These findings suggest that the addition of chromium enhances the stability of the cathode material. This new class of cobalt-free cathode materials, primarily composed of nickel, manganese, and aluminum, and synthesized via an ammonia-free route, offers a promising solution for the sustainable production of positive electrodes for lithium-ion batteries.

باتري ليتيوم-يون , كاتد , فاقد كبالت , غني از نيكل , ساخت هيدروترمال , فاقد آمونياك

Li-ion battery , Cathode , Cobalt free , Ni-rich , Ammonia-free , Hydrothermal synthesis

Nima Nikou

Dr. Ali Ghaffarinejad