سنتز نانومگهمیت و بررسی عملکرد آن بعنوان آند در باتری لیتیومی
پژوهشگر: محمد گل محمد
اساتید راهنما: دکتر فرهاد گلستانی فرد، دکتر علیرضا میرحبیبی
استاد مشاور: دکتر اریک کلدر
دانشگاه علم و صنعت ایران
زمستان ۱۳۹۴
چکیده: در این پژوهش، با روش طراحی آزمایش و بهینه سازی پارامترهای روش هم رسوبی، نانومگهمیت با اندازه متوسط nm۱۱ جهت استفاده به عنوان آند باتری لیتیمی سنتز گردید. بررسی پارامترهای موثر در این روش نشان داد که pH و نسبت Fe۳+/Fe۲+ تاثیر بیشتری بر اندازه ذرات نسبت به دما و زمان دارند. برای بررسی تاثیر اندازه ذرات اولیه بر عملکرد، با افزایش زمان واکنش ذرات با اندازه متوسطnm ۲۲ و ۴۱ تهیه شد. همچنین برای بررسی تاثیر شکل پودر اولیه، با تغییر پارامترهای فرایند سنتز، علاوه بر ذرات شبه کروی، ذرات با اشکال شبه سوزنی و صفحه ای با سطح ویژه نسبتاً مشابه (حدود m۲.g-۱ ۷±۱۱۲) و برای بررسی تاثیر تخلخل، ذرات متخلخل با سطح ویژه m۲.g-۱ ۲۸۵ تهیه گردیدند. در ادامه، دوغابی از ذرات مگهمیت تهیه و لایه آند به روش ریخته گری نواری جهت آزمایش باتری آماده گردید. بررسی تغییرات ظرفیت ویژه نانوذرات مگهمیت به عنوان آند در دانسیته جریان mA.g-۱ ۵۰۰ نشان داد که ظرفیت برگشت پذیر برای نانومگهمیت با اندازه متوسط nm ۱۱ (mAh.g-۱۴۳۰) از نانومگهمیتهای با اندازه متوسط nm ۲۲ و ۴۱(mAh.g-۱ ۳۸۰ و ۲۹۰) بالاتر بود. علت این افزایش میتواند ناشی از سطح ویژه بالاتر و طول نفوذ کوتاهتر یو نلیتیوم باشد.همچنین نتایج آزمایش باتری برای نمونه شبهسوزنی ظرفیت برگشت پذیرmAh.g-۱۵۱۰ را نشان داد که بیشتر از ظرفیت برگشت پذیر نمونه های صفحه ای و شبهکروی) mAh.g-۱۴۷۰، ۴۳۰) است که این امر ناشی از مقاومت بالاتر ذرات شبه سوزنی در رهایی تنش در حین شارژ و دشارژ است. نتایج آزمایش نمونه متخلخل حاکی از ظرفیت ویژه برگشت پذیرmAh.g-۱۷۲۰ بود که به صورت قابل ملاحظه ای بالاتر از سایر ذرات است. علت این امر علاوه بر سطح ویژه بالاتر، وجود تخلخلهایی است که در هنگام شارژ و دشارژ باعث تحمل تغییرات حجمی ذرات گردیده و از جدایش ذرات از یکدیگر و از زیرلایه در الکترود جلوگیری میکنند. در نهایت تغییرات ظرفیت آهن در حین دشارژ مورد بررسی قرار گرفت و روند مکانیزم واکنش لیتیوم با مگهمیت پیشنهاد گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که افزایش سطح ویژه، کنترل شکل ذرات و ایجاد تخلخل در پودر اولیه باعث افزایش ظرفیت برگشت پذیر و سیکل پذیری مگهمیت به عنوان آند شده و امکان استفاده از آن را به عنوان آند در باتری های لیتیومی فراهم میکند.
کلمات کلیدی: باتری لیتیومی، نانومگهمیت، روش هم رسوبی، شکل ذرات، ظرفیت برگشت پذیر