شماره ركورد
33631
پديد آورنده
احسان پورشكورشارمي
عنوان
بررسي عوامل موثر بر پوشش دهي سوسپانسيون كربن بلك عاملدار شده بر مس و مطالعه اثر آند حاصله بر رفتار شارژ-دشارژ باتري
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي- سراميك
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
05/05/1404
استاد راهنما
مهدي داراب- بيژن افتخاري يكتا
استاد مشاور
فرشاد ترابي
دانشكده
مهندسي مواد ومتالورژي
چكيده
باتري ليتيم-يون به عنوان يكي از مهمترين گزينههاي ذخيرهسازي انرژي شناخته ميشود. آند اين باتري و مواد مورد استفاده در آن، طي سالهاي گذشته مورد توجه پژوهشگران قرار گرفتهاند. تاكنون گزينههاي متعددي براي استفاده در آند، نظير نانولولههاي كربني و گرافن، پيشنهاد شده است. در اين ميان، كربن سياه بهدليل قيمت مناسب، دسترسي آسان و ويژگيهاي ساختاري، بهعنوان يكي از گزينههاي جايگزين و قابل استفاده در آند مطرح است. با اين حال، محدوديتهايي از جمله هدايت يوني كم و احتمال وقوع واكنشهاي جانبي، عملكرد اين ماده را با چالش مواجه ساخته است. يكي از روشهاي كاهش اين محدوديتها و بهبود عملكرد، عاملدارسازي كربن سياه به وسيلهي اسيدها و بازهاي قوي است. در اين پژوهش، در دو بخش اثر عاملدارسازي شيميايي بر عملكرد كربن سياه بررسي شد. در بخش اول با استفاده از سه اسيد نيتريك، سولفوريك و فسفريك تحت شرايط يكسان (دماي100 درجه سانتيگراد و زمان 9 ساعت) عاملدارسازي انجام شد. آنگاه، آزمونهاي پراش پرتو ايكس، تبديل فوريه مادون قرمز، طيف سنجي رامان، جذب و واجذب گاز نيتروژن، پتانسيل زتا و تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي روي نمونههاي عاملدار شده و نشده انجام گرفت. سپس، از هر نمونه سلول سكهاي تهيه گرديد و ظرفيت سنجي در دو نرخ جريان ثابت و متغير و امپدانس الكتروشيمايي بر روي آنها صورت گرفت. نمونه عاملدارشده با اسيد فسفريك با عدد ظرفيت 63/979 ، 61/1327 و 27/1345 ميلي آمپر ساعت بر گرم در چرخههاي اول، بيستم و چهلم (با نرخ جريان C 5/0) بهترين عملكرد را در اين بخش نشان داد و درصد بازگشتپذيري آن (در نرخ جريان متغير) نيز بيش از 95 درصد بود. پس از آن نمونه حاوي اسيد سولفوريك با ظرفيتهاي 1018، 87/1139 و 34/1160 ميلي آمپر ساعت بر گرم عملكرد مناسبي داشت. نمونه حاوي اسيد نيتريك نيز ضعيفترين عملكرد در بحث شارژ/دشارژ و امپدانس را از خود نشان داد. در بخش دوم پژوهش، نمونه بهينه بخش اول (عاملدارشده با اسيد فسفريك)، تحت عاملدارسازي شيميايي در دماي بالاتر (200 درجه سانتيگراد) و زمان 9 ساعت قرار گرفت. بر اساس نتايج حاصله، ظرفيت باتري حاصله با بازگشتپذيري مناسب همراه بود و ظرفيتي برابر تقريبا 1410 ميلي آمپر ساعت بر گرم از خود نشان داد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/06/13
عنوان به انگليسي
Studying the Factors Affecting the Suspension of Functionalized Carbon Black on Copper and Investigating its Anode on Charge-Discharge Behavior of Batteries
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احسان پورشكورشارمي
چكيده به لاتين
Lithium-ion batteries represent a critical energy storage technology, with anode materials being a primary focus of recent research efforts. While carbon nanotubes and graphene have been extensively studied as anode candidates, carbon black offers special advantages including low cost, easy availability, and structural properties. However, limitations such as low ionic conductivity and the potential for side reactions have challenged the performance of this material. One method to reduce these limitations and improve performance is chemical functionalization of carbon black using strong acids and bases. In this study, the effect of chemical functionalization on the performance of carbon black was investigated in two parts. In the first part, functionalization was performed using nitric, sulfuric, and phosphoric acids under identical conditions (temperature of 100°C and duration of 9 hours). Subsequently, X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, nitrogen gas adsorption-desorption analysis, zeta potential measurement, and scanning electron microscopy (SEM) imaging were conducted on both functionalized and unfunctionalized samples. Coin cells were then assembled from each sample, and galvanostatic charge-discharge testing at both constant and variable current rates, as well as electrochemical impedance spectroscopy (EIS), were carried out. The sample functionalized with phosphoric acid showed the best performance in this part, with specific capacities of 979.63, 1327.61, and 1345.27 mAh/g in the first, twentieth, and fortieth cycles (0.5C rate), respectively. Its reversibility also exceeded 95%. Following this, the sample containing sulfuric acid showed good performance, with capacities of 1018, 1139.87, and 1160.34 mAh/g. The sample treated with nitric acid exhibited the weakest performance in terms of charge/discharge behavior and impedance. In the second part of the study, the optimized sample from the first part (functionalized with phosphoric acid) underwent chemical functionalization at a higher temperature (200°C) for 9 hours. Based on the obtained results, the resulting battery exhibited good reversibility and demonstrated a specific capacity of approximately 1410 mAh/g.
كليدواژه هاي فارسي
باتري ليتيم-يون , آند , كربن سياه , عاملدارسازي
كليدواژه هاي لاتين
Lithium-ion battery , Anode , Carbon black , Functionalization
Author
Ehsan Poorshakoor Sharemi
SuperVisor
Mahdi Darab- Bijan Eftekhari Yekta