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