13136

13136

بررسي تاثير اندازه ذرات پودر اكسيد آهن دركاتد باتري هاي ليتيمي

كارشناسي ارشد

مواد - شناسايي و انتخاب مواد فلزي

بهمن ماه 1392

بهمن ماه 1392

دكتر عليرضا ميرحبيبي - دكتر حسين عربي

چكيده از زمان ساخت اولين باتري ليتيمي تاكنون تركيبات زيادي به عنوان كاتد در باتري¬هاي ليتيمي مورد استفاده قرار گرفته¬اند. اغلب اين تركيبات اكسيدهاي چند ظرفيتي فلزات واسطه بوده¬اند. در اين تحقيق ابتدا قابليت مگهميت به عنوان اكسيدي واسطه (اكسيدي غير سمي و ارزان) براي ساخت كاتد باتري ليتيمي بررسي، سپس تاثير اندازه ذرات مگهميت بر خواص الكتروشيميايي باتري ساخته شده بررسي شده است. كاتد از مخلوط كردن مواد كاتدي در حلال هاي آلي و نشاندن آن بر روي جمع كننده جريان ساخته مي¬شود. براي ساخت باتري در اين پژوهش سه اندازه ذره مختلف 10nm، 16nm و اندازه ميكروني مگهميت مورد آزمايش قرار گرفت. نتايج آزمايش تغذيه-تخليه در محدوده ولتاژ 1/5V تا 4V و در جريان 20mA/g نشان مي¬دهد كه ظرفيت ويژه با افزايش اندازه ذرات كاهش مي¬يابد. ظرفيت تغذيه و تخليه اوليه به ترتيب براي كاتد 10nm، 201mAh/g و 206mAh/g، براي كاتد 16nm ظرفيت تغذيه و تخليه اوليه به ترتيب 182mAh/g و 186mAh/gو براي كاتد ميكروني اين ظرفيت¬ها بسيار ناچيز و به ترتيب برابر 10mAh/g و 13mAh/g است. آزمايش تغذيه-تخليه در چرخه¬هاي بالاتر تا هفت چرخه نشان دهنده افت ظرفيت تخليه براي دو كاتد 10nm و 16nm به ترتيب برابر 190mAh/g و 170mAh/g در پنج چرخه اول و تقريبا ثابت شدن ظرفيت بعد از چرخه پنجم براي هر دو كاتد است؛ اين آزمايش براي كاتد ميكروني نشان دهنده افت شديد ظرفيت و صفر شدن آن در چند چرخه اول است. بررسي¬هاي طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي نشان دهنده دو مكانيزم اصلي در ورود يون ليتيم به ساختار مگهميت است. اين داده¬ها نشان دهنده احياي سطحي ذرات آهنIII به آهنII در فركانس¬هاي بالا بدون ورود يون ليتيم به ريز ساختار و سپس ورود يون ليتيم به ريز ساختار و احياي هسته ذرات آهن III در فركانس¬هاي پايين است. در اين پژوهش مدار معادل راندلز و عوامل مداري آن براي دو كاتد 10nm و 16nm تعيين شده است كه اين عوامل نيز نشان دهنده ظرفيت بيشتر كاتد 10nm براي ميزباني يون ليتيم است. طيف امپدانس كاتد ميكروني نيز نشان دهنده مقاومت بالاي اين كاتد براي ورود و خروج يون ليتيم است. واژه‌هاي كليدي: باتري ليتيمي، امپدانس، كاتد باتري ليتيمي، مگهميت، اندازه ذرات