22815

بررسي خواص ريزساختاري و ويژگي هاي الكتروشيميايي ماده كاتدي Na3V2(PO4)3 سنتز شده به روش احتراق محلولي به منظور كاربرد در باتريهاي سديم-يون

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

1399/6/26

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه - دكتر مسعود هاشمي نياسري

دكتر استفان آدامز

مواد و متالورژي

افزايش روزانه مصرف انرژي منجر به افزايش تقاضاي جهاني به سوختهاي فسيلي شده است. به دليل تجديد ناپذيري و مشكلات زيست محيطي ناشي از سوخت¬هاي فسيلي، استفاده از منابع انرژي تجديد¬پذير در دهه گذشته مورد توجه جامعه جهاني قرار گرفته است. باتريهاي ليتيوم يون به عنوان دستگاه¬هاي ذخيره¬ساز انرژي به دليل چگالي انرژي و سرعت شارژ بالاتر نسبت به ساير سيستمهاي ذخيره¬ساز انرژي مورد توجه قرار گرفته¬اند. كمبود منابع ليتيم و قيمت بالاي آنها در جهان، موجب شده تا محققان به فكر يافتن جايگزين مناسب براي اين گروه از باتري¬ها باشند. باتريهاي سديم-يون به دليل فراواني و توزيع گسترده منابع سديم و همچنين عملكرد الكتروشيميايي مشابه به عنوان جايگزيني اميدوار كننده براي باتريهاي ليتيوم-يون مطرح شده¬اند. كاتد مورد بررسي در اين پايان نامه جزئي از ساختارهاي نايسيكون ¬ ميباشد كه در گروه كاتدهاي پليآنيوني قرار گرفته و فرمول شيميايي آن Na3V2(PO4)3 مي¬باشد. در اين پژوهش به كمك افزودني هاي CTAB، گلايسين و اسيد سيتريك به عنوان سوخت و تركيب آن¬ها با مواد سازنده ماده كاتدي، به بررسي اثر اين مواد در عملكرد الكتروشيميايي ماده كاتدي پرداخته مي شود. در دماي احتراق°C 350 به مدت 15¬دقيقه محترق مي¬گردند. پودر حاصل به منظور افزايش بلورينگي در دماي °C850 و به مدت 6 ساعت در اتمسفر آرگون كلسينه شده¬اند. با بررسي ريزساختار مشخص گرديد با افزايش CTAB اندازه ذرات كاهش يافته و سطح ويژه افزايش يافته است. همچنين در ماده كاتدي با نسبت¬هاي مختلف گلايسين و CTAB مقدار بهينه گلايسين نسبت مولي 4/0 تشخيص داده شد و ساختار متخلخل ايجاد شد. تركيب اسيد سيتريك و CTAB¬ موجب شد ذرات در محدوه اندازه بزرگ قرار گرفته و كاربردي براي پژوهش پيش روي نداشته باشند. براي ماده كاتدي با افزودني CTAB در نرخ جريان C1، ظرفيت دشارژ در چرخه اول براي نمونه¬هاي 2/0، 4/0 و 8/0 معادل88، 109 و mAhg-1112 گزارش شد. زماني كه از نسبت¬هاي 2/0، 8/0 و 4/0گلايسين تست شارژ و دشارژ در نرخ جريان C1 گرفته شد به ترتيب ظرفيت دشارژ اوليه 98، 105وmAhg-1113از خود به نمايش گذاشتند. در نمونه به همراه اسيد سيتريك ظرفيت دشارژ اوليه در نرخ جريانC1/0 و C1 به ترتيب105.8 mAhg-1101.1 گزارش گرديده است.

1399/09/23

Investigation of microstructural and electrochemical properties of Na3V2 (PO4) 3 cathode material synthesized by solution-combustion method for use in sodium-ion batteries

9/16/2020 12:00:00 AM

As a result of increasing energy demand, which has led to damaging effects to the environment. Green energy sources have become a growing global attention over the past decade. Lithium-ion batteries have been considered as energy storage devices due to their high energy density and higher charging speed than other energy storage systems. Due to the recent speculation concerning the availability of lithium reserves, which will lead to the increase in the price of lithium by multiple folds in the long term especially for large-scale storage systems, it has become essential to investigate sodium-ion (Na-ion) battery as a promising replacement because of the abundance and wide distribution of sodium resources. The cathode studied in this thesis is a part of NASICON structures which is in the group of poly anionic cathodes and is displayed as Na3V2 (PO4) 3. In this study, by adding CTAB, glycine and citric acid, the cathode materials were synthesized by solution combustion method at a combustion temperature of 350 ° C for 15 minutes. To increase crystallinity heated at 850 ° C for 6 h in argon atmosphere. By examining the microstructure, it was found that with increasing CTAB, the particle size decreased and the specific surface area increased. Also, in the sample with the combination of glycine and CTAB, the optimal amount of glycine with a molar ratio of 0.4 was detected and a porous structure was obtained. The combination of citric acid and CTAB caused the particles to be in the large size range and have no application for research. When charge and discharge tests were taken from different glycine ratios at the 1C rate, the initial discharge capacity for 0.2, 0.4 and 0.8 molar ratios showed 98, 105 and 113 mAhg-1, respectively. When CTAB was used as fuel, discharge capacity was reported at 1C rate in the first cycle for samples 0.2, 0.4 and 0.8 equivalent to 88, 109 and 112 mAhg-1. Also in the samples 0.4 CTAB and 0.4 glycine and 0.8 CTAB at a high 10C rate 96 and 88.7 mAhg-1 capacity were obtained.