• شماره ركورد
    34105
  • پديد آورنده

    الهه لشگري

  • عنوان
    بررسي نظري خواص و رفتار الكترود هاي بر پايه واناديوم اكسايد مورد استفاده در باتري هاي الحاقي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    فيزيك حالت جامد
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1404/7/27
  • استاد راهنما
    اميرحسين احمدخان كردبچه محمد جواد اشراقي
  • استاد مشاور
    محمد مهدي كلانتريان حميد اميدوار
  • دانشكده
    فيزيك
  • چكيده
    اين پژوهش به بررسي اكسيد واناديم ارتورومبيك V₂O₅، به عنوان يك ماده‌ي الكترودي چندمنظوره براي باتري‌هاي چند ظرفيتي يوني (Multivalent ion-intercalation) شامل سلول‌هاي ليتيوم-يون، پتاسيم-يون، كلسيم-يون، منيزيم-يون، روي-يون، آلومينيوم-يون و سديم-يون مي‌پردازد. با بهره‌گيري از نظريه تابع چگالي (DFT) در چارچوب تقريب گراديان تعميم‌يافته (GGA) و همچنين GGA+U با مقادير U برابر با 3 و 5 eV ، پايداري ساختاري، ولتاژهاي درج (intercalation voltages) ، ساختار نواري الكترونيكي و توانايي نرخ (rate-capability) براي تركيبات LiV₂O₅، KV₂O₅، CaV₂O₅، MgV₂O₅، ZnV₂O₅، AlV₂O₅ و NaV₂O₅ به صورت سيستماتيك تحليل شده است. تغييرات ساختاري پس از استخراج يون‌ها معياري براي پايداري ساختاري در نظر گرفته شد. ولتاژ سلول به‌صورت نظري با دو روش برآورد گرديد: انرژي دروني و ولتاژ فرمي. نتايج نشان دادند كه V₂O₅ به عنوان آند براي سلول‌هاي Zn و Al مناسب است، در حالي كه براي ساير سلول‌هاي بين‌نشاني به‌عنوان كاتد كارايي دارد. رسانايي الكتريكي با در نظر گرفتن گاف ذاتي و غير ذاتي (intrinsic & extrinsic band gaps) بررسي شد. توانايي نرخ الكتريكي با دو روش تحليل شد, دلتا و انتقال حامل بار در باندهاي چگالي حالات .(CCTB) ارزيابي‌ها نشان داد كه V₂O₅ ويژگي‌هاي الكتريكي مطلوبي به عنوان يك الكترود دارد. پروفايل ولتاژ و بازه ولتاژ نيز با استفاده از يك روش نوين كه اخيراً پيشنهاد شده، تخمين زده شد. در مجموع، اين مطالعه نشان مي‌دهد كه بهترين كاربرد V₂O₅ به‌عنوان الكترود در ميان سلول‌هاي بررسي‌شده به ترتيب مربوط به باتري‌هاي ليتيوم-يون، سديم-يون و منيزيم-يون و پتاسيم-يون است. با توجه به شعاع اتمي بزرگ‌تر سديم و پتاسيم و محدوديت گزينه‌هاي جايگزين آن‌ها، اين نتيجه‌گيري براي توسعه‌ي باتري‌هاي Na/K/Mg اهميت ويژه‌اي دارد. اين پژوهش اصول طراحي الكترودهاي اكسيد فلزات واسطه را پيش مي‌برد و نقش حياتي انتخاب كاتيون را در بهينه‌سازي ميزبان‌هاي بين‌نشاني براي نسل آينده باتري‌ها برجسته مي‌كند.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/09/12
  • عنوان به انگليسي
    theoretical investigation of behaviour of electrodes based on vanadium oxide in intercalation batteries
  • تاريخ بهره برداري
    11/22/2025 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    الهه لشگري

  • چكيده به لاتين
    This comprehensive investigation eva‎luates orthorhombic vanadium oxide, V2O5, as a versatile electrode material for multivalent ion-intercalation batteries, including Li-ion, K-ion, Ca-ion, Mg-ion, Zn-ion, Al-ion, an‎d Na-ion cells. Using first-principles Density Functional Theory (DFT) with Generalized Gradient Approximation (GGA) an‎d Hubbard-corrected GGA+U (U = 3 an‎d 5 eV), we systematically analyze the structural stability, intercalation voltages, electronic ban‎d structure, an‎d rate-capability of LiV₂O₅, KV₂O₅, CaV₂O₅, MgV₂O₅, ZnV₂O₅, AlV₂O₅, an‎d NaV₂O₅. Structure changes after extraction of the intercalationg ions is a criterion for structure stability. The cell voltage is estimated theoretically using two approaches, namely internal energy an‎d Fermi. These eva‎luations show that V2O5 is an appropriate anode for Zn an‎d Al –ion cells an‎d suitable catode for the other intercalation cells. Electrical conductibity is investigated considering intrinsic an‎d extrinsic ban‎d gaps. Electrical rate-capability is studied using two approaches namely Delta an‎d charge carrier transfer in DOS ban‎ds (CCTB). The eva‎luations showed appropriate electrical properties for V2O5 as an intercalation electrode. Voltage-profile an‎d voltage-range are estimated using a novel recently proposed approach. Overall, this study suggests that among the eva‎luated intercalation cells the best usage of V2O5 as an electrode belongs to Li-ion, Na-ion, an‎d K-ion batteries, respectively. Considering atomic radius of Na an‎d K an‎d their limited options, this conclusion is important to develop Na/K-ion batteries. The work advances design principles for transition-metal oxide electrodes, emphasizing the critical role of cation selec‎tion in optimizing intercalation hosts for next-generation batteries.
  • كليدواژه هاي فارسي
    باتري ليتيوم يون , شارژ و دشارژ , انرژي
  • كليدواژه هاي لاتين
    intercalate , energy , zinc-ion batteries
  • Author
    Elaheh Lashgari
  • SuperVisor
    Amirhossein Ahmadkhan Kordbacheh