Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Monir-vaghefi,Kaivan Raissi,Ahmad Saatchi,Hossein Tavanai
سيدمحمود منيرواقفي (استاد مشاور) کيوان رئيسي (استاد راهنما) احمد ساعت چي (استاد راهنما) حسين توانايي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Jafar Moazeni
جعفر موذني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
: Lithium ion batteries are ideal power sources for portable electronic devices and electrical vehicles. The carbon anode presently used in commercial lithium ion batteries has a relatively low capacity. It's required that the capacity of anode materials verge on 1000 mAh/g. On other hand, these materials must have low cast and be available. Manganese oxides materials are a good choice that used as anode and cathode materials in lithium ion batteries. Mangense oxides materials have high capacity and good cyclic behavior but they suffer from low conductivity and high capacity lost in first cycle due to conversion reaction with lithium. To solve this problem, active carbon nanofiber/manganese oxide composite are used. Active carbon nanofibers are produced via electrospinning from polyacrylonitril/dimethylformamid solution using a homemade electrospinning setup and then pyrolyzed in N 2 atmosphere at 850°C. The diameters of carbon nanofibers are varied from 150 to 250 nanometer as revealed by scanning electron microscope (SEM). Manganese oxides are deposited on active carbon nanofibers surface by electroless from an aqueous permanganate solution and influence of permanganate solution pH and deposition time on thickness, morphology and uniformity of deposited manganese oxide are surveyed. It's showed that the pH plays a very important role in determining the uniformity and kinetic behavior of deposited manganese oxide and at nearly neutral pH, the self-limiting redox reaction of carbon nanofibers substrates with permanganate produces conformal nanoscale manganese oxide deposits throughout the nanofibers network. The manganese oxide coating contributes additional capacitance to the carbon nanofibers. Such bare carbon nanofibers produce 190 mAh/g capacitance at first cycle while the capacity of carbon nanofibers/manganese oxide composite was 850 mAh/g at first cycle. One of the electrode materials degradation mechanisms in lithium ion batteries is fracture of electrode particles due to intercalation-induced stress. At this research a model with the analogy to thermal stress modeling is proposed to determine intercalation induced stress and its effect on concentration profile. Intercalation-induced stress is calculated within cylindrical and spherical geometry with a constant diffusion flux assumed at the particle surface. It was found that the intercalation induced stress in cylindrical geometry is less than the spherical geometry. Simulation results show that whatever the charge/discharge rate and particle size be lower the intercalation induced stress will be lower. Key words: Lith ium ion battery, carbon nanofiber, electrospinning, manganese oxide, electroless, diffusion induced stress.
چکيده باتري هاي يون ليتيم يکي از منابع مناسب تامين انرژي براي وسايل الکترونيکي قابل حمل و خودروهاي الکتريکي هستند. در حال حاضر باتري هاي يون ليتيم تجاري از کربن به عنوان ماده آند استفاده مي کنند که ظرفيت پاييني دارد و نياز است که ظرفيت ماده آند به مرز mAh/g 1000 نزديک شود . از طرف ديگر لازم است که استفاده از ماده مزبور از نظر اقتصادي نيز مقرون به صرفه باشد. اکسيدهاي منگنز يکي از گزينه هاي مناسب هستند که هم به عنوان کاتد و هم به عنوان آند در باتري هاي يون ليتيم استفاده شده اند. اکسيدهاي منگنز هم رفتار سيکلي و ظرفيت ذخيره ليتيم خوبي داشته و هم در دسترس و ارزان هستند. از طرفي اکسيد هاي منگنز داراي هدايت پايين و افت ظرفيت زياد در سيکل اول هستند. در اين تحقيق، براي رفع اين مشکل از کامپوزيت اکسيد منگنز/نانوالياف کربن فعال استفاده شد. نانوالياف مورد استفاده به روش الکتروريسي از محلول پلي اکريلونيتريل/دي متيل فرماميد توسط يک دستگاه دست ساز توليد شده و سپس در دماي 850 درجه سانتيگراد و در اتمسفر نيتروژن پيروليز شدند. قطر نانوالياف کربن طبق آنچه که ميکروسکوپ الکتروني روبشي ( SEM ) نشان داد، برابر با 250-150 نانومتر بود. اکسيد منگنز به روش الکترولس از يک محلول آبي پرمنگنات روي سطح نانوالياف کربن فعال پوشش داده شد و اثر دو پارامتر pH محلول الکترولس و زمان پوشش دهي بر مورفولوژي، ضخامت و يکنواختي پوشش اکسيد منگنز در داخل شبکه نانوالياف کربن فعال بررسي شد. يکنواختي و رفتار سينتيکي رسوب اکسيد منگنز به شدت به pH محلول پرمنگنات وابسته بود به طوري که در pH اسيدي يک لايه ضخيم از اکسيد منگنز سطح خارجي نانوالياف را مي پوشاند ولي در pH خنثي، واکنش خود محدود کننده تجزيه پرمنگنات منجر به تشکيل يک پوشش يکنواخت و در ضخامت نانومتري از اکسيد منگنز روي تمام سطح نانوالياف کربن فعال تشکيل مي شود. ضخامت اکسيد منگنز رسوبي از 30 نانومتر در 1 دقيقه پوشش دهي تا 200 نانومتر در 20 ساعت پوشش دهي متغير است و رفتار سينتيکي رسوب اکسيد منگنز در زمان هاي مختلف پوشش دهي از تابع لگاريتمي پيروي کرد. آزمون کرونوپتانسيومتري نشان داد که پوشش اکسيد منگنز منجر به ظرفيت بيشتر نانوالياف کربن فعال مي شود به طوري که ظرفيت ذخيره سازي ليتيم در نانوالياف کربن بدون پوشش در سيکل اول mAh/g 190 بوده که با پوشش دادن نانوالياف کربن فعال توسط اکسيدمنگنز ظرفيت آن به mAh/g 850 افزايش مي يابد. يکي از دلايل افت ظرفيت در باتري هاي يون ليتيم خرد شدن و شکست ماده آند و کاتد در اثر تنش هاي ناشي از نفوذ ليتيم در ساختار آنها است. در اين پروژه با استفاده از مدلسازي مشابه حرارتي تنش هاي ناشي از نفوذ، تنش هاي وارد شده به ساختار ماده در اثر ورود ليتيم و همچنين پروفيل غلظتي متاثر از اين تنش ها محاسبه شدند. مدل تنش هاي ناشي از نفوذ روي دو هندسه کروي و استوانه اي و با فرض وجود يک شار نفوذي ثابت از يون هاي ليتيم روي سطح انجام شد و نشان داده شد که تنش هاي ناشي از نفوذ در هندسه استوانه اي کمتر از هندسه کروي است. نتايج شبيه سازي نشان داد که هر چه ابعاد ذره کوچکتر و نرخ شارژ/دشارژ کمتر باشند، تنش هاي ناشي از نفوذ نيز کمتر مي شود. کلمات کليدي باتري هاي يون ليتيم، نانوالياف کربن، الکتروريسي، اکسيد منگنز، الکترولس، تنش هاي ناشي از نفوذ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی