20492

۲۰۴۹۲

بررسي عوامل موثر بر سنتز احتراق محلولي تركيب LiMn1.5Ni0.5O4 به منظور كاربرد در باتري هاي ليتيومي

كارشناسي ارشد

استخراج فلزات

۹۵-۹۸

۱۳۹۷/۰۸/۲۷

دكتر سيدمرتضي مسعود پناه - دكتر سميه اعلم الهدي

مواد و متالورژي

تركيب LiMn1.5Ni0.5O4. ازجمله مواد زيادي است كه براي استفاده در كاتد معرفي‌شده‌اند. تاكنون از روش-هاي متفاوتي جهت سنتز نانو ذرات تركيب LiMn1.5Ni0.5O4، ازجمله روش¬هاي سنتز حالت‌جامد، هم رسوبي، هيدروترمال و سنتز احتراق محلولي استفاده‌شده است. در اين ميان استفاده از روش احتراق محلولي بر پايه¬ي واكنش گرمازا مي¬تواند براي سنتز فلزات نانو ساختار، آلياژها، اكسيدها، سولفيدها و... به دليل سادگي و قابليت انطباق روش در شرايط متفاوت و همچنين بازده بالاي محصولات، موردتوجه باشد. در اين پژوهش براي نخستين بار از سوخت‌هاي CTAB، مخلوط گلايسين و CTAB و مخلوط سيتريك اسيد و CTAB با نسبت‌هاي سوختي متفاوت 5/0، 1، 2 و 3 براي سنتز احتراقي تركيب LiMn1.5Ni0.5O4 استفاده‌شده و پس بررسي ريزساختارهاي حاصل، خواص الكتروشيميايي باتري¬هاي حاصل از پودرهاي سنتز شده از جمله ظرفيت، چرخه پذيري، پايداري و مقاومت باتري بررسي‌شده است. در بررسي خواص ريزساختاري پودرهاي حاصل، مشاهده‌شده كه در تمامي حالت¬ها با افزايش نسبت سوخت اندازه ذره نيز افزايش‌ و مساحت سطح ويژه كاهش‌يافته است. همچنين به‌طوركلي با افزايش نسبت سوختي (نسبت سوخت به اكسيد كننده) اندازه بلورك و پارامتر شبكه نيز افزايش‌يافته است كه سبب كاهش در ظرفيت باتري مي-شود. امپدانس حاصل در تمامي حالت‌ها و براي تمامي نسبت¬هاي سوختي در محدوده كيلو اهم بود و با افزايش نسبت سوختي امپدانس نيز افزايش يافت. درنهايت در حالت استفاده از CTAB به‌تنهايي بهترين ظرفيت دشارژ در نرخ شارژ و دشارژ C 1/0 برابر 128 ميلي‌آمپر ساعت بر گرم، همچنين پايداري ظرفيت بعد از 30 چرخه در نرخ C 1 برابر 98 درصد، مربوط به پودرهاي سنتز شده با نسبت سوختي 5/0 با بيشترين مساحت سطح ويژه بود. در حالت استفاده از سوخت¬هاي گلايسين و CTAB بهترين ظرفيت دشارژ در نرخ شارژ و دشارژ C 1/0 برابر 125 ميلي‌آمپر ساعت بر گرم، همچنين پايداري ظرفيت بعد از 30 چرخه در نرخ C 1 برابر 96 درصد، مربوط به پودرهاي سنتز شده با نسبت سوختي 1 بود. در حالت استفاده از سوخت¬هاي سيتريك اسيد و CTAB نيز باتري¬هاي حاصل با نسبت سوختي 5/0 پايداري بسيار خوبي برابر 94 درصد ظرفيت اوليه پس از 100 چرخه از خود به نمايش گذاشتند.

1398/02/26

Solution Combustion Synthesis of LiMn1.5Ni0.5O4 Powders as Cathode Materials for Lithium-Ion Batteries

11/18/2018 12:00:00 AM

Looking for communities’ development human beings have always been looking for new ways to supply their energy. Fossil fuels are considered as the first choice in providing human energy that is criticized for burning greenhouse gas emissions and exacerbating the phenomenon of global warming. Secondary batteries are one of the major advances made by communities to save energy, including lithium-ion batteries due to their unique properties. One of the key determinants of this type of battery is its cathode material. The LiMn1.5Ni0.5O4. Is Among the many materials that are introduced for use as cathode material. So far, different methods have been used to synthesis component LiMn1.5Ni0.5O4 nanoparticles, including solid state, sedimentation, hydrothermal and solution combustion synthesis. In the meantime, the use of a thermally soluble solution combustion method can be considered for the synthesis of nanostructured metals, alloys, oxides, sulfides, etc. due to the simplicity and versatility of the method as well as the high yields of the products. In this study, for the first time, CTAB as fuel, the mixture of glycine and CTAB and the mixture of citric acid and CTAB with different fuel ratios of 0.5, 1, 2 and 3 were used for solution combustion synthesis of LiMn1.5Ni0.5O4, and after reviewing the resulting microstructures, The electrochemical properties of the batteries obtained from synthesized powders have been investigated. It has been observed that in all states, with increasing fuel ratio, the particle size has also increased, and the special surface area has decreased, as well as by generally increasing the fuel ratio, crystallite size and the lattice parameter has also been increased, which would reduces battery capacity. Finally, in the case of using CTAB alone, the best discharge capacity at a charge and discharge rate of 0.1 C is equal to 128 mAh /g, as well as the stability of the capacity after 30 cycles at rate of 1 C of 98% is related to the powders which have been synthesised by fuel ratio of 0.5%. In the case of using mixture of glycine and CTAB, the best discharge capacity at a charge and discharge rate of 0.1 C is equal to 125 mAh /g, and the stability of the capacity after 30 cycles at 1 C rate of 96% is related to the powders which have been synthesised by fuel ratio of 1. The impedance in all modes and for all fuel ratios was in kilo ohms region and increased by increasing the fuel ratio. In the case of using the mixture of citric acid and CTAB fuels, the batteries with a fuel ratio of 0.5 have shown a very good stability of 94% of their initial capacity after 100 cycles.