بررسي خواص ريزساختاري و الكتروشيميايي ماده كاتدي LiVPO4F سنتز شده به روش احتراق محلولي به منظور كاربرد در باتري‌هاي ليتيوم-يون

كارشناسي ارشد

امروزه باتري‌ها يكي از پيشرفت‌هاي جوامع براي ذخيره‌ي انرژي مورد استفاده مي‌باشند. از اين ميان، باتري‌هاي ليتيوم-يوني خواص منحصربه‌فرد و قابل‌توجهي دارند. خواص الكتروشيميايي باتري‌هاي ليتيوم-يوني عمدتاً وابسته به ماده كاتدي مي‌باشند كه در ميان انواع مواد كاتدي، ساختارهاي چند آنيوني از ساختارهاي جذاب و جديد مي‌باشند. LiVPO4F در اين دسته‌بندي جاي مي‌گيرد كه داراي ساختار تاووريت مي‌باشد. اين كاتد ولتاژ بالا (Li/Li+ vs. 1/4 ولت)، عمر با چرخه طولاني، پايداري حرارتي عالي و ساختار بلوري پايداري را توليد مي‌‌كند. اين ماده ظرفيت نظري 156 ميلي‌آمپر ساعت بر گرم را توليد مي‌كند و همچنين يكي از بالاترين زوج‌هاي اكسايش-كاهش (V4+/V3+) را در ميان تركيبات پلي‌آنيوني شناخته شده را نشان مي‌دهد. در اين پژوهش، ماده LiVPO4F به روش احتراق محلولي و به كمك سوخت CTAB و سپس كلسينه در دماي 800 درجه سانتي‌گراد سنتز شد. براي بهبود عملكرد الكتروشيميايي و افزايش رسانايي الكتروني اين كاتد، منابع مختلف كربني شامل 20 درصد وزني كربن سوپر پي،20 درصد وزني ساكاروز، 10 درصد وزني نانولوله‌هاي كربني چند‌ديواره و 5 درصد وزني اكسيد گرافن كاهش‌يافته با اين تركيب، كامپوزيت شدند. براي بررسي‌هاي ساختاري و شيميايي، آزمون‌هاي آناليز گرمايي، پراش پرتو ايكس، طيف‌سنجي فوتوالكترون اشعه ايكس، طيف سنجي رامان، آزمون سطح ويژه، تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري انجام گرفت. پس از ساخت باتري‌هاي حاصل از پودرهاي سنتز شده، آزمون‌هاي الكتروشيميايي شارژ-دشارژ اوليه، ولتامتري چرخه‌اي و امپدانس براي هر پنج نمونه انجام شد. نتايج نشان داد كه كاتد اوليه LVPF/C ظرفيت دشارژ اوليه 79 ميلي‌آمپر ساعت بر گرم با نرخ 1C و بازده چرخه‌ي 2/80 درصد پس از 50 چرخه را دارا مي‌باشد. بهترين كاتد كامپوزيتي LVPF/rGO بود كه ظرفيت دشارژ اوليه آن، 121 ميلي‌آمپر ساعت بر گرم با نرخ 1C و بازده چرخه‌ي 52/97 درصد پس از 70 چرخه بدست آمد. به همين منظور، آزمون نرخ توانايي براي كاتد LVPF/rGOدر نرخ جريان‌هاي متفاوت طي 50 چرخه انجام گرفت و عملكرد بازگشتي مناسبي را از خود نشان داد. همچنين با بررسي امپدانس الكتروشيميايي، كاهش مقاومت 74/67 درصدي از كاتد اوليه LVPF/C تا كاتد LVPF/rGO مشاهده شد.

205833

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مواد

دكتر سيد مرتضي مسعودپناه-دكتر مسعود هاشمي نياسري