بررسي مشتقات كربن نيتريد گرافيتي به عنوان ماده الكترودي باتري ليتيم-هوا به روش محاسبات مكانيك كوانتومي

كارشناسي ارشد

يكي از چالش¬هاي بزرگ بشر، نياز به ابزارهاي ذخيره سازي انرژي الكتريكي با چگالي انرژي و چرخه پذيري بالاست. باتري¬هاي ليتيمي يكي از مهم ترين ابزار¬هاي ذخيره انرژي هستند و در اين ميان، باتري¬هاي ليتيم-هوا ويژگي¬هاي منحصر به فردي دارند كه آن¬ها را بسيار برجسته و متمايز مي¬كند. چگالي انرژي بسيار بالاي اين نوع باتري(Wh/kg 11400) كه چيزي نزديك به چگالي انرژي بنزين است، بزرگترين مزيت آن است ولي هنوز برخي كاستي¬ها نظير اضافه پتانسيل بالا و چرخه¬پذيري پايين در اين باتري وجود دارد كه مانع صنعتي شدن آن شده است. در اين تحقيق، با استفاده از تغييرات انرژي آزاد، اضافه پتانسيل فرايند تخليه حاصل از استفاده از كربن نيتريد گرافيتي به عنوان كاتد باتري ليتيم-اكسيژن در چرخه اول شارژ-تخليه به كمك روش DFT بررسي شده است كه V 38/0 به دست آمده است. با توجه به جذب قوي ليتيم بر روي كربن نيتريد گرافيتي، پيش بيني مي¬شود كه ليتيم در فرايند تخليه از ساختار كاتد جدا نخواهد شد. بنابراين، اضافه پتانسيل فرايند تخليه در چرخه دوم شارژ-تخليه با فرض باقي ماندن ليتيم اوليه بر روي كاتد محاسبه شده است كه مقدار آن برابر با V 80/0 است. در ادامه، به منظور كاهش اضافه پتانسيل ايجاد شده و هم¬چنين كاهش انرژي جذب ليتيم بر روي كربن نيتريد گرافيتي، عناصري مانند گوگرد، اكسيژن و فسفر بر روي كربن نيتريد گرافيتي دوپ شده¬اند و اضافه پتانسيل آن¬ها بررسي شده است كه به ترتيب V 41/0، V 68/0 و V 70/0 به دست آمده است. با توجه به اضافه پتانسيل¬هاي به دست آمده و هم¬چنين انرژي جذب ليتيم بر روي ساختار¬هاي مورد بررسي، كربن نيتريد گرافيتي كه روي آن گوگرد دوپ شده¬است، مي¬تواند گزينه مناسبي براي استفاده به عنوان كاتد باتري ليتيم-هوا باشد.

195236

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر رضا دانش طلب

نانو شيمي

دكتر شيد مرتضي موسوي خوشدل