7783

شبيه سازي ابتدا به ساكن يك نوع مكسين به عنوان آند در باتري هاي يون فلزي

كارشناسي

مهندسي مواد-سراميك

1400

دكتر هاجر قنبري- دكتر سيد مجتبي رضائي ثاني

1401/01/27

مهندسي مواد و متالورژي

Ab-Initio Simulation of a MXene as Anode for Metal-Ion Batteries

با توجه به افزايش روزافزون استفاده از دستگاههاي الكترونيكي، طراحي و ساخت موادي به عنوان الكترود در باتريهاي يون فلزي حائز اهميت است. مكسينها، يك خانوادهي بزرگ از كاربيدهاي فلزي دوبعدي يا كربنيتريدها هستند كه به دليل داشتن سطح ويژهي بالا و قابليت ذخيرهسازي يون در سطح يكي از اصليترين مواد براي استفاده در باتريهاي يون فلزي هستند. ايجاد يا اصلاح گروههاي عاملي در سطح مكسينها، تاثير چشمگيري بر تغيير ظرفيت باتري دارد. با استفاده از شبيهسازيها، پيشبيني تغييرات ويژگيهاي مواد در اثر دستكاري هدفمند مواد در مقياس اتمي امكانپذير است. با استفاده از اين روش ضمن كاهش هزينههاي زياد آزمايشهاي تجربي، ميتوان با دانش و درك عميقتري از مسئله دست به آزمايش، توليد مواد و دستگاههاي جديد زد. در اين پژوهش، ابتدا باتريهاي يون فلزي معرفي و سپس يكي از قويترين و معروفترين روشهاي محاسباتي، نظريهي تابعي چگالي، براي توصيف ويژگيهاي ساختاري و الكتروني مواد شرح داده شدهاست. در اين پژوهش، مكسين دوبعدي TiNbCS2 انتخاب و اثر قرار دادن اتمهاي گوگرد بر سطح مكسين بر ظرفيت و ولتاژ باتريهاي يون فلزي شامل Li، Na، K، Mg، Ca و Al با استفاده از روش نظريهي تابعي چگالي بررسي شد. انرژي جذب مناسب، ولتاژ اندك باتريها و مقادير ناچيز سدانرژي پخش يون در مكسين نشان داد كه TiNbCS2 قابليت استفاده به عنوان آند در باتريهاي يون فلزي را دارد. ظرفيت نظري mAhg-1 247 براي باتري يون ليتيوم،mAhg-1 308 براي باتري يون پتاسيم،mAhg-1 494 براي باتري يون سديم، mAhg-1 988 براي باتري يون منيزيم، mAhg-1 494 براي باتري يون كلسيم و mAhg-1 92 براي باتري يون آلومينيوم گواهي بر عملكرد مناسب اين مكسين درجايگاه آند باتريهاي يون فلزي است. بيشترين غلظت جذب يون بر سطح مكسين مربوط به يونهاي Na و Mg است. ظرفيت به دست آمده براي باتري يون سديم از بسياري از باتريهاي سديمي كه آندي از جنس انواع ديگري از مكسينها دارند، بيشتر است. نتايج حاصل از اين پژوهش، ميتواند ادامهي مسير طراحي و ساخت باتريهاي يون فلزي را روشنتر و هموارتر كند.

باتري يون فلزي، , آند , مكسين , شبيه سازي , نظريه ي تابعي چگالي