27564

مطالعه ترموديناميكي فرايند OER در سطح الكترود نانوذرات NiO اصلاح شده به منظور كاربرد در باتري‌هاي ليتيم-هوا به روش محاسبات تابعي چگالي

كارشناسي ارشد

شيمي فيزيك

1398

1401/7/12

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

شيمي

يكي از بزرگترين چالش هاي پيش روي بشر، توليد و ذخيره انرژي است. براي ذخيره انرژي ابزار هاي مختلفي به كار گرفته شده است كه باتري ها يكي از ابزار هاي مهم ذخيره انرژي الكتريكي هستند. باتري هاي ليتيمي يكي از مهم ترين ابزار هاي ذخيره انرژي هستند كه كاربرد هاي زيادي مانند استفاده در ابزار هاي قابل حمل(تلفن همراه، لپ تاپ و ...)، ابزار پزشكي، حمل و نقل و ... دارند. از سوي ديگر باتري هاي نوظهور فلز-هوا در مرحله تحقيق و توسعه قرار دارند و از آن ها به عنوان جانشين هاي باتري هاي ليتيم-يون ياد مي¬شود. در اين ميان، باتري¬هاي ليتيم-هوا ويژگي¬هاي منحصر به فردي دارند كه آن ها را بسيار برجسته و متمايز مي¬كند. چگالي انرژي بسيار بالاي اين نوع باتري(Wh/kg 11400) كه چيزي نزديك به چگالي انرژي بنزين است، بزرگترين مزيت آن است ولي هنوز برخي كاستي ها در اين باتري وجود دارد كه مانع صنعتي شدن آن شده است. بزرگترين مشكل حال حاضر اين نوع باتري، اضافه پتانسيل بالا، چرخه¬پذيري پايين و در نتيجه عمر پايين آن است. براي بهبود ويژگي¬هاي اين نوع باتري، روش¬هاي محتلفي استفاده شده است كه يكي از مهم ترين آن¬ها بهبود خواص كاتد، براي كاهش اضافه پتانسيل و افزايش چرخه پذيري است. در اين تحقيق نيز اضافه پتانسيل فرايند احياي اكسيژن حاصل از استفاده از نيكل اكسيد به عنوان كاتد باتري ليتيم-اكسيژن به كمك روش DFT بررسي قرار گرفته است كه V9741/0 به دست آمده است. در ادامه، به منظور بررسي اضافه پتانسيل ايجاد شده، عنصر كربن بر روي نيكل اكسيد دوپ شد و اضافه پتانسيل آن¬ نيز مورد بررسي قرار گرفته است. دز پايان نيز با استفاده از نتايج حاصل از محاسبات انرژي آزاد نانوساختار نيكل اكسيد، اضافه پتانسيل ايجاد شده توسط اين نانو ساختار و همچنين ساختار اصلاح شده آن در باتري‌هاي ليتيم-هوا بدست آمد.

1401/09/12

Thermodynamic investigation of the OER process on the electrode surface of modified NiO nanoparticles in order to use in lithium-air batteries by quantum mechanical calculation method

10/4/2023 12:00:00 AM

One of the biggest challenges facing mankind is energy production and storage. Various tools have been used to store energy, and batteries are one of the important tools for storing electrical energy. Lithium batteries are one of the most important energy storage tools that have many applications such as being used in portable tools (mobile phones, laptops, etc.), medical tools, transportation, etc. On the other hand, emerging metal-air batteries are in the research and development stage and they are called as substitutes for lithium-ion batteries. In the meantime, lithium-air batteries have unique features that make them stand out. The very high energy density of this type of battery (Wh/kg 11400), which is close to the energy density of gasoline, is its biggest advantage, but there are still some shortcomings in this battery that prevent its industrialization. The biggest current problem of this type of battery is its high overpotential, low cycleability and, as a result, its low life. To improve the characteristics of this type of battery, various methods have been used, one of the most important of which is to improve the properties of the cathode, to reduce overpotential and increase cyclability. In this research, the overpotential of the oxygen reduction process resulting from the use of nickel oxide as the lithium-oxygen battery cathode has been investigated using the DFT method, which has been obtained as 0.9741 V. Next, in order to investigate the created overpotential, the carbon element was doped on nickel oxide and its overpotential was also investigated. The final dose was obtained by using the results of the free energy calculations of the nickel oxide nanostructure, the overpotential created by this nanostructure and also its modified structure in lithium-air batteries.

باتري هاي ليتيم-هوا , نيكل اكسيد , كاتد

lithium-air batteries , nickle oxide , cathode

atabak touri

Dr Seyed Morteza Mousavi-Khoshdel