شماره ركورد
34803
پديد آورنده
آريا مرادي
عنوان
مطالعه و بررسي كامپوزيت هاي مبتني بر مس، مورد كاربرد در آند باتري هاي ليتيومي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فيزيك ماده چگال
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/11/27
استاد راهنما
محمدرضا زماني ميميان
استاد مشاور
ذبيح اله ذبيحي لهرمي
دانشكده
فيزيك
چكيده
باتري ليتيوم يوني به دليل قيمت مناسب، راندمان بالا و عمر طولاني، در دهه اخير به باتري غالب در بازار تبديل شده است. گرافيت رايج در آند اين باتريها ظرفيت نظري mAh/g 372 دارد كه براي كاربردهاي پرمصرف كافي نيست. سيليكون با ظرفيت نظري mAh/g 4200 جايگزين مناسبي است، اما مشكل اصلي آن تورم 300 % هنگام شارژ-دشارژ است كه باعث كاهش ظرفيت و تخريب آند ميشود. يكي از راهحلها استفاده از كامپوزيت سيليكون با مواد ديگر مانند Si-Cu-C است كه ترابرد الكتروني را بهبود ميبخشد.در ابتدا با استفاده از روش بالميلينگ كامپوزيت SiCuC درست شد، سپس پوشش دهي انجام شد و سل باتري درست شد.آناليزهاي مشخصه يابي و آزمون الكتروشيميايي گرفته شد.در بخش شبكه عصبي ميزان اثر لايه ها و نورون و اثر حجم دادههاي آزمون مورد بررسي قرار گرفت.نمودارهاي رگرسيون و جداول همبستگي و آمار توصيفي بررسي شد. الكترود SiCuC براي كاربرد در باتريهاي ليتيوميوني ارزيابي شده است، اگرچه در چرخههاي ابتدايي افت ظرفيت دارد، اما در چرخههاي طولاني حفظ ظرفيت پايدار و راندمان كولمبي نزديك به 100% (با راندمان اوليه 64/86%) نشاندهنده پايداري الكتروشيميايي مناسب در نرخ C 5/0 است. آزمون نرخدهي در نرخهاي C 1/0 تا C 1 و بازگشت به C 1/0 ، بازيابي ظرفيت به mAh/g 381-453 را نشان داد كه افت ظرفيت در نرخهاي بالا را عمدتاً سينتيكي و حاصل از تخريب ساختاري نيست. آناليز پراش و مپينگ عنصري، توزيع غيريكنواخت كربن (تجمع موضعي)، توزيع يكنواختتر سيليكون، حضور محدود مس و اكسيژن ناچيز را نشان داد. تركيب EDX شامل 55/79% كربن، 42/11% سيليكون، 14/4% مس و 89/4% اكسيژن است. تحليل آماري 3340 داده و معماريهاي شبكه عصبي نشان داد كه افزايش تعداد نورونها و لايهها دقت پيشبيني ظرفيت را بهبود ميبخشد. بهترين عملكرد بر اساس R²، MAE و RMSE مربوط به معماري سهلايه 30 نوروني (با حجم دادههاي آزمون 1/0) و ضعيفترين مربوط به معماري تكلايه 5 نوروني بود.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/21
عنوان به انگليسي
Study and investigation of copper-based composites, used in the anode of lithium batteries
تاريخ بهره برداري
2/16/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اريا مرادي
چكيده به لاتين
Lithium-ion batteries have become the dominant battery in the market over the past decade due to their reasonable cost, high efficiency, and long cycle life. Graphite, commonly used in the anode of these batteries, has a theoretical capacity of 372 mAh/g, which is insufficient for high‑demand applications. Silicon, with a theoretical capacity of 4200 mAh/g, is a suitable alternative; however, its main issue is 300% volumetric expansion during charge–discharge, leading to capacity fading and anode degradation. One solution is to use silicon composites with other materials, such as Si‑Cu‑C, which improve electron transport. Initially, the Si‑Cu‑C composite was prepared using ball milling, followed by coating and battery cell assembly. Characterization and electrochemical tests were performed. In the neural network section, the effects of the number of layers, neurons, and the test data split ratio were investigated. Regression plots, correlation tables, and descriptive statistics were examined. The SiCuC electrode was evaluated for use in lithium‑ion batteries. Although it shows capacity loss in the initial cycles, it exhibits stable capacity retention and a coulombic efficiency close to 100% (with an initial efficiency of 64.86%) over long‑term cycling, indicating good electrochemical stability at 0.5 C. Rate capability tests at rates from 0.1 C to 1 C and back to 0.1 C showed capacity recovery to 381–453 mAh/g, suggesting that the capacity loss at higher rates is mainly kinetic in nature and not due to structural degradation. Diffraction analysis and elemental mapping revealed non‑uniform carbon distribution (local agglomeration), a more uniform silicon distribution, limited copper presence, and negligible oxygen. EDX composition was 79.55% carbon, 11.42% silicon, 4.14% copper, and 4.89% oxygen. Statistical analysis of 3340 data points and neural network architectures showed that increasing the number of neurons and layers improves the capacity prediction accuracy. Based on R², MAE, and RMSE, the best performance was achieved with a three‑layer, 30‑neuron architecture (with a test data volume of 0.1), while the worst performance corresponded to a single‑layer, 5‑neuron architecture.
كليدواژه هاي فارسي
باتري , كامپوزيت , مس , آند باتريهاي ليتيومي , شبكه عصبي
كليدواژه هاي لاتين
Battery , Composite , Copper , Lithium‑ion battery anode , Neural network
Author
Aria Moradi
SuperVisor
Mohammadreza Zamani Mimian