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