30813

ساخت كامپوزيت كربن/ سيليسيوم به منظور كاربرد آند باتري ليتيمي

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي- مهندسي مواد - سراميك

1399

1402/11/28

دكتر سيد محمد ميركاظمي - دكتر مهدي ملكي

مهندسي مواد

امروزه نياز به ذخيره انرژي الكتريكي يكي از مسائل مهم است. دستگاه‌هايي مانند پمپ‌هاي انسولين، دستگاه‌هاي ارتباط جمعي قابل حمل و منابع ذخيره‌سازي انرژي الكتريكي براي مناطق دور افتاده، اين نياز را بيش از پيش عيان مي‌كنند.. ماده فعال آند (الكترود منفي)، نقش مهمي در تعيين ظرفيت ويژه باتري دارد. مشهورترين آند باتري ليتيمي، گرافيت است كه هدايت الكتريكي و پايداري چرخه شارژ و تخليه مطلوبي دارد. اما ظرفيت ويژه تئوري كمي دارد. از اين‌رو عنصر سيليسيم با ظرفيت ويژه تئوري كم‌نظير مورد توجه قرار گرفته‌است. اما به علت انبساط حجمي حدود %300 به هنگام ليتيم‌دار شدن و ناپايداري طي چرخه‌هاي متناوب، دچار افت ناگهاني ظرفيت مي‌گردد. عيب ديگر اين عنصر، هدايت الكتريكي كم آن است. در اين مطالعه تجربي، ابتدا توضيحي اجمالي در مورد اجزا و نحوه كار باتري‌هاي ليتيمي داده شده است. در ادامه خواص دو عنصر سليسيم و كربن به عنوان آند باتري ليتيمي مورد بررسي قرار گرفته‌اند. سپس روش ساخت كامپوزيت بيان شدهاست. سيليكا به روش هيدروترمال، با رسوب دادن سيليكاي موجود در TEOS در محلول بازي و كلسينه كردن آن به دست آمد. سپس سيليكا احياي منيزيوترمي شد. كامپوزيت پايه كربن/ سيليسيم با دو منبع سيليسيم مذكور و يك منبع سيليسيم تجاري خريداري شده، به صورت تشكيل امولسيون با افزودن فاز آبي (حاوي منبع سيليسيم) به فاز آلي (منبع كربن) و در ادامه خشك شدن، پايدارسازي و پيروليز ساخته‌شد. نتايج مشخصه‌يابي و آزمون ظرفيت ويژه باتري براي 5 نمونه منتخب سنتز شده مورد بحث قرار گرفت. بيش‌ترين ظرفيت ويژه تخليه ثبت شده mAh/g 470 كه براي نمونه حاوي %30 سيليكا بوده است.

1403/02/16

fabrication of carbon/ silicon composite for lithium ion battery anode application

2/16/2025 12:00:00 AM

Today, the need of energy storage is important. Devices like insulin pumps, portable communication devices, and electricity storing sources for out-lands mark this need more than before. The active material of anode (negative electrode), has an essential role in battery. The very well-known lithium ion battery anode is graphite, which has decent electrical conductivity and charge/discharge cycle stability. But it lacks high theoretical capacity. on the other hand, Silicon has an exceptionally high capacity but also very high volume expansion (300%) during lithiation and low stability during continuous cycles, which lead to the sudden drop of capacity. In this study, first, a general introduction to battery parts and the way it works is made. Then, the properties of two elements including Si and C as a promising material for LiB anode are investigated. After that, the synthesis process of composite is explained. Silica was made by hydrothermal method, the existing silica in TEOS solution was precipitated in a basic solution and calcined. It was reduced afterwards. The C/Si composite was made by two fore-said and one commercial Si source. An emulsion was made by adding the aqua phase (Si source) to the organic (C source) phase. It was then dried, stabilized and pyrolyzed. The results of tests and analysis for 5 best samples were investigated further. The sample with 30% Silica had the discharge capacity of 470 mAh/g.

كامپوزيت , سيليكون , كربن , آند

composite , Silicon , Carbon , anode

MohammadHossein Alvandnazhad

Dr.Seyyed Mohammad Mirkazemi - Dr.Mahdi Maleki