• شماره ركورد
    34014
  • پديد آورنده

    زهرا آسياِِيي فرد

  • عنوان
    بررسي نظري خواص و رفتار الكترود هاي بر پايه تيتانيوم اكسايد در باتري هاي الحاقي با استفاده از نظريه تابعي چگالي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    فيزيك ماده چگال
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1404/6/26
  • استاد راهنما
    دكتر اميرحسين احمدخان كردبچه-دكتر اميرعلي يوز باشي
  • استاد مشاور
    دكتر محمد مهدي كلانتريان
  • دانشكده
    فيزيك
  • چكيده
    با افزايش تقاضا براي سيستم‌هاي ذخيره‌سازي انرژي پيشرفته، تحقيق بر روي مواد الكترودي نوين از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين ميان، دي‌اكسيد تيتانيوم (TiO₂) در فاز آناتاز، به دليل خواص فيزيكي و شيميايي مطلوب، فراواني بالا، هزينه پايين، و سازگاري با محيط زيست، به‌عنوان گزينه‌اي اميدبخش براي باتري‌هاي قابل شارژ مطرح است. پژوهش حاضر با هدف درك عميق‌تر عملكرد اين ماده، به بررسي جامع خواص و رفتار الكترودهاي مبتني بر آناتازTiO₂ براي طيف وسيعي از باتري‌هاي يون‌فلزي شامل يون‌هاي تك‌ظرفيتي (Li⁺, Na⁺, K⁺)، دوظرفيتي (Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺) و سه‌ظرفيتي (Al³⁺) مي‌پردازد. براي اين منظور، از محاسبات دقيق مبتني بر نظريه تابعي چگالي (DFT) با تقريب‌هاي GGA و GGA+U استفاده شد تا مدلي دقيق از رفتار ماده ارائه گردد. در اين تحقيق، خواص ساختاري، پايداري، مشخصات الكتروشيميايي و الكتريكي الكترودهاي الحاقي( شامل LiTiO2, NaTiO2 KTiO2, MgTiO2, CaTiO2, AlTiO2, ZnTiO2) در طول فرآيند ورود و خروج يون به‌طور كامل مورد مطالعه قرار گرفت. ولتاژ سلول با دو رويكرد انرژي فرمي و داخلي محاسبه گرديد. نتايج نشان داد كه ولتاژهاي پيش‌بيني‌شده توسط رويكرد فرمي بالاتر از مقادير تجربي گزارش‌شده هستند. همچنين قابليت نرخ، با استفاده از رويكردهاي دلتا و (CCTB)، تعيين شد و پيش‌بيني‌ها حاكي از قابليت نرخ بالا براي تمامي الكترودها به استثناي KTiO₂ است.. در مجموع، يافته‌ها نشان داد كه سلول يون‌ ليتيوم بهترين عملكرد را در ميان گزينه‌هاي بررسي‌شده دارد. اين پژوهش، ضمن ارائه يك راهنماي كاربردي براي مطالعات آينده بر روي الكترودهاي TiO₂، چارچوبي نظري براي غربالگري و طراحي مواد الكترودي الحاقي جديد در باتري‌هاي نسل بعدي فراهم مي‌آورد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/08/16
  • عنوان به انگليسي
    eva‎luation of Anatase TiO2 as the electrode of intercalation batteries: a DFT study
  • تاريخ بهره برداري
    9/22/2025 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    زهرا اسيائي فرد

  • چكيده به لاتين
    With the growing deman‎d for advanced energy storage systems, research into novel electrode materials is of particular importance. Among these, anatase-phase titanium dioxide (TiO₂) has emerged as a promising can‎didate for rechargeable batteries due to its favorable physical an‎d chemical properties, high abundance, low cost, an‎d environmental compatibility. Aiming for a deeper understan‎ding of its performance, the present study comprehensively investigates the properties an‎d behavior of anatase TiO₂-based electrodes for a wide range of metal-ion batteries, including monovalent (Li⁺, Na⁺, K⁺), divalent (Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺), an‎d trivalent (Al³⁺) ions. To this end, precise calculations based on Density Functional Theory (DFT) with the GGA an‎d GGA+U approximations were employed to provide an accurate model of the materialʹs behavior. In this research, the structural, stability, electrochemical, an‎d electrical properties of the intercalated electrodes (from LiTiO₂ to ZnTiO₂) were thoroughly studied throughout the ion inser‎tion an‎d extraction process. The cell voltage was calculated using two approaches: Fermi energy an‎d internal energy. The results indicated that the voltages predicted by the Fermi energy approach are higher than reported experimental values. The rate capability was determined using the Delta an‎d Charge Carrier Transfer in Ban‎ds (CCTB) approaches, with predictions indicating a high rate capability for all electrodes except for KTiO2 .Overall, the findings revealed that the lithium-ion cell exhibits the best performance among the options studied. While providing a practical guide for future studies on TiO₂ electrodes, this research also establishes a theoretical framework for screening an‎d designing new intercalation electrode materials for next-generation batteries.
  • كليدواژه هاي فارسي
    دي اكسيد تيتانيوم , باتري الحاقي , باتري ليتيومي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Titanium dioxide , intercalation battery , Li-ion battery
  • Author
    Zahra Asiaee fard
  • SuperVisor
    Dr. Amirhossein Ahmadkhan Kordbacheh -Dr. Amirali Youzbashi