20045

۲۰۰۴۵

بررسي و طراحي مواد الكترودي آلي كارآمد برپايه نانومواد جهت كاربرد در باتريهاي يون سديمي با استفاده از روشهاي محاسباتي مكانيك كوانتمي

دكتري تخصصي

شيمي فيزيك

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۹/۲۴

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

شيمي

با توجه به محدوديتهاي حاضر براي كاربرد وسيع باتريهاي يون ليتيومي، از قبيل محدوديت منابع ليتيوم و روند افزايشي قيمت آن، لزوم طراحي باتريها يون سديمي به عنوان جانشين احتمالي باتريهاي حاضر، حس ميگردد. مهمترين مسئله جهت كاربرد باتريهاي يون سديمي، طراحي مواد الكترودي مناسب با ويژگيهايي از قبيل زيست تخريب پذير بودن، استحكام مناسب ساختار در برابر ورود و خروج يونهاي سديم، ظرفيت ويژه بالا، توان و عمر چرخهاي مناسب ميباشد. در اين مطالعه كارايي چندين ماده آلي و تركيب آن با زيرلايه گرافن، براي افزايش هدايت الكتريكي و پايداري، جهت كاربرد در الكترود باتري يون سديمي، مورد ارزيابي قرار ميگيرد. همچنين كاركرد زيرلايه نسبتا جديد كربونيتريد گرافيتي، و ساختار آلايش يافته اين ماده با اتم فسفر، و همچنين كامپوزيت آن با گرافن به عنوان ماده الكترودي بررسي ميشود. نتايج حاصل از بررسي مولكولهاي آلي فوران 2 ، 5- دي كربونيتريل، و تتراسيانيد بنزن، نشاندهنده قابليت بالاي اين مولكولها در جذب اتمهاي سديم در محدوده مناسب براي الكترود آندي هستند. اتصال اين مواد به گرافن، جهت رفع معايب و ايجاد پايداري براي اين ساختارها، سبب افزايش كارايي آنها به عنوان ماده الكترودي آندي ميگردد، به طوري كه ظرفيتهايي معادل mAh.g-1245 و mAh.g-1 180 را به ترتيب ارائه ميدهند. محدوده ولتاژ محاسبه شده آنها در حدود 0 تا 2 ولت و مناسب براي كاركرد آندي ميباشد. صفحه كربونيتريد خالص، مقادير انرژي جذب بسيار قوي براي اتمها سديم ارائه ميدهد كه اين مقادير بسيار بالا، قابل كاربرد براي الكترود آند نيست و اصلاح اين ساختار، با اتم فسفر، سبب افزايش هدايت الكتريكي و از طرفي سبب اصلاح ساختار جهت كاركرد آن در الكترود آند خواهد بود.

1397/11/21

Exploring and design of efficient organic electrode compounds based on nano-materials for sodium ion batteries using quantum mechanics computational methods

2/10/2019 12:00:00 AM

Due to present problems facing lithium ion batteries such as, limited resources of lithium and increasing price of lithium, the designing of sodium-ion batteries as a probable institution of Li-ion batteries, is interesting. The most important problem in Na-ion battery application is designing of suitable electrode material which is biodegradable, sustainability of the structure during ion insertion/extraction, high capacity and high power density. In this study, the efficiency of some organic materials and their couples with graphene as a substrate has been evaluated in order to usage in Na-ion batteries electrodes. Carbon nitride and its doped structure with phosphorous atom, and its composite with graphene have been investigated. The results of the study, indicated that the FUDCN and TCNB molecules could adsorb the Na atoms with high capability and in the voltage range for anodic usage. The anchoring of these materials to the graphene sheet leads to overcoming the limiting factors and increment of the electrical conductivity, and higher efficiency of compounds. The voltage range is 0-2V and is proper for anodic usage. Pristine carbonitride surface, showed the high binding energy values for sodium adsorption wich is not compatible with anodic range and the modification the sheet with P atom resulted in increment of electrical conductivity and more compatible structure for anodic usage.