SUPERVISOR
Dariush Semnani,Behzad Rezaei,Mostafa Youssefi
داریوش سمنانی (استاد راهنما) بهزاد رضائی (استاد مشاور) مصطفی یوسفی (استاد راهنما)
STUDENT
Ehsan Jelokhani Niaraki
احسان جلوخانی نیارکی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Investigating the electrochemical properties of the core-sheath PU/PANI nanofibrous
Nowadays new energies are emerging due to the fossil fuel limitations caused by global warming and environmental pollution. Among other types of new energies, electrochemical batteries are promising alternative. In addition, lithium ion batteries attracted more attentions because of their high specific energy, good performance and long span life. This study focus on investigation of electrochemical properties of lithium ion battery with polyaniline/polyurethane (PU/PANI) nanofibers membrane separator. In this study, certain amount of polyurethane nanofibers was initially dissolve in specified amount of dimethylformamide (DMF) and then PU nanofibers were produced through electrospinning. PU nanofibers morphological structure was investigated by means of both optical and scanning electron microscopes and no significantly difference between nanofiber diameters with different ratios were observed. Furthermore, aniline was synthesized in the presence of polyurethane nanoweb at different aniline concentrations (0.005, 0.01, 0.03 and 0.04 molar in mixture of hydrochloric acid and distilled water) and its morphology was analyzed by absorption of n-butanol method and scanning electron microscope. The former method results revealed that PU/PANI membranes have %68-%91 porosity. PU/PANI nanofiber membrane have been produced by impregnating nanofiber membrane in 1 molar solution of lithium perchlorate (LiClO 4 ) for 24 hours which was provided in dimethyl carbonate/ethyl carbonate (EC/DMC) solvents. The absorption percentage of electrolyte solution results demonstrated that the electrolyte take-up was between %585 and %615 and also by increasing the aniline content in membrane, its electrolyte absorption percentage had lower reduction. Nanofiber membrane ion conductance at 25 ?C temperature was measured using electrochemical impedance spectroscopy technique. The presence of synthesized polyaniline has improved the ion conductance from 0.079 mS/cm to 1.378 mS/cm. The polymeric separator which was polymerized with 0.03 molar of aniline in hydrochloric acid and distilled water (PU/PANI S3 separator) has the best ion conductance, based on its lower mass resistance than other membranes. Results showed that after the first cycle, the current has the same manner as the first cycle after passing three cycles which shows no reduction has occurred. Also the reversibility of this separator showed that it is chemically stable. Electrochemical stability of separators was investigated via CV technique using a cell composed of anode and cathode electrodes. Cyclic voltammetric test results showed that the PU/PANI S3 polymeric separator had larger area under curve than other membranes which could be because of its higher electrical capacity of battery with this separator. The results of charging/decharging test of cells containing PU/PANI separators showed that the cell having PU/PANI S3 separator had the most decharging time which indicates its highest electrical capacity than the others in this study. Based on the results obtained from ion conductance and chemical stability of PU/PANI nanofiber membranes, these membranes have a good potential to be used as polymeric separators in ion lithium batteries. Also, the synthesized membrane with 0.03 molar of aniline had the best results of ion conductance and chemical stability in ion lithium batteries.
محدودیت سوختهای فسیلی نظیر گرمایش زمین و آلودگی محیط زیست، باعث شد تا انرژیهای نو پا به عرصه ی وجود بگذارند. باتری های الکتروشیمیایی جایگزین خوبی در کنار دیگر انرژی های نو می باشند. از این میان، باتری های یون لیتیمی به دلیل انرژی ویژه hy;ی بالا، کارایی مناسب و طول عمر طولانی، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. هدف از این پژوهش بررسی خواص الکتروشیمیایی باتری یون لیتیمی با جداکننده ی غشای نانو لیفی پلی یورتان/پلی آنیلین می باشد. در تحقیق حاضر، در مرحله ی اول نانوالیاف پلی یورتان در مقدار مشخصی دی متیل فرم آمید (DMF) حل شده و نانوالیاف پلی یورتان به روش الکتروریسی تولید شد. بررسی ساختار مورفولوژی نانوالیاف PU، با به کارگیری میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت و تفاوت معناداری در قطر نانوالیاف با درصدهای مختلف مشاهده نشد. در ادامه آنیلین در حضور نانووب پلی یورتان، در غلظت های مختلف آنیلین (005/0، 01/0، 02/0، 03/0 و 04/0 مولار آنیلین در هیدروکلریک اسید و آب مقطر، که به ترتیب نمونه های P1، P2، P3، P4 و P5 نامیده شدند) سنتز درجا گردید و بررسی مورفولوژی، توسط روش جذب n-بوتانول و پردازش تصویر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج اندازه گیری توسط روش n-بوتانول نشان داد که غشاهای PU/PANI از تخلخلی حدود %91-%68 برخوردار می باشند. غشای نانولیفی پلی یورتان/پلی آنیلین، به منظور بررسی درصد جذب الکترولیت، به محلول 1 مولار لیتیم پرکلرات(LiClO 4 ) آغشته گردید. نتایج نشان داد که برداشت الکترولیت در محدوده ی 585% تا 615% قرار دارد و با افزایش مولار آنیلین موجود در غشای حاصل، میزان درصد جذب الکترولیت کاهش داشت. هدایت یونی غشاهای نانولیفی در دمای C° 25 با استفاده از روش طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی اندازه گیری گردید. حضور پلی آنیلین سنتز شده موجب بهبود هدایت یونی از mS/cm 079/0 تا mS/cm 378/1 گردید. جداکننده ی پلیمری P4، با توجه به مقاومت توده ی پایین تر از غشاهای دیگر(P1، P2، P3 و P5)، دارای بهترین هدایت یونی (mS/cm 378/1) می باشد. نتایج بررسی CV نشان داد که بعد از چرخه ی اولیه، جریان به طور آهسته با گذراندن 2 چرخه بر روی چرخه ی قبلی افتاده و با کاهشی روبرو نشد. همچنین برگشت پذیری جداکننده ی مذکور نشان داد که این جداکننده، از لحاظ شیمیایی پایدار می باشد. پایداری الکتروشیمیایی جداکننده ها، توسط روش CV با استفاده از سل متشکل از الکترود آند و کاتد، مورد بررسی قرار گرفت. چنانچه نتایج ولتامتری چرخه hy;ای نشان داد، جداکننده ی پلیمری PU/PANI P4، مساحت زیر نمودار بزرگتری را از غشاهای دیگر (P1، P2، P3 و P5) نشان داد که می توان نتیجه گرفت که بیشترین ظرفیت الکتریکی را دارا می باشد. نتایج حاصل از آزمایش شارژ/دشارژ سل های حاوی جداکننده های پلی یورتان/ پلی آنیلین نشان داد که سل حاوی جداکننده ی PU/PANI P4 دارای بیشترین زمان دشارژ می باشد که بیانگر بیشترین ظرفیت الکتریکی، نسبت های به جداکننده های دیگر این پژوهش می باشد. با توجه به نتایج به دست آمده از هدایت یونی و پایداری شیمیایی غشاهای نانوالیاف PU/PANI، این غشاها از پتانسیل لازم به منظور کاربرد به عنوان جداکننده ی پلیمری در باتری های یون لیتیم برخوردار می باشند. همچنین غشای سنتز شده با 03/0 مولار آنیلین(PU/PANI P4)، بهترین نتایج هدایت یونی و پایداری شیمیایی در باتری های یون لیتیم را برخوردار است.