Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmood Monir-vaghefi,Kaivan Raissi,Ahmad Saatchi,Hossein Tavanai
سیدمحمود منیرواقفی (استاد مشاور) کیوان رئیسی (استاد راهنما) احمد ساعت چی (استاد راهنما) حسین توانایی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Jafar Moazeni
جعفر موذنی

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.
باتری های یون لیتیم یکی از منابع مناسب تامین انرژی برای وسایل الکترونیکی قابل حمل و خودروهای الکتریکی هستند. در حال حاضر باتری های یون لیتیم تجاری از کربن به عنوان ماده آند استفاده می کنند که ظرفیت پایینی دارد و نیاز است که ظرفیت ماده آند به مرز mAh/g 1000 نزدیک شود . از طرف دیگر لازم است که استفاده از ماده مزبور از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد. اکسیدهای منگنز یکی از گزینه های مناسب هستند که هم به عنوان کاتد و هم به عنوان آند در باتری های یون لیتیم استفاده شده اند. اکسیدهای منگنز هم رفتار سیکلی و ظرفیت ذخیره لیتیم خوبی داشته و هم در دسترس و ارزان هستند. از طرفی اکسید های منگنز دارای هدایت پایین و افت ظرفیت زیاد در سیکل اول هستند. در این تحقیق، برای رفع این مشکل از کامپوزیت اکسید منگنز/نانوالیاف کربن فعال استفاده شد. نانوالیاف مورد استفاده به روش الکتروریسی از محلول پلی اکریلونیتریل/دی متیل فرمامید توسط یک دستگاه دست ساز تولید شده و سپس در دمای 850 درجه سانتیگراد و در اتمسفر نیتروژن پیرولیز شدند. قطر نانوالیاف کربن طبق آنچه که میکروسکوپ الکترونی روبشی ( SEM ) نشان داد، برابر با 250-150 نانومتر بود. اکسید منگنز به روش الکترولس از یک محلول آبی پرمنگنات روی سطح نانوالیاف کربن فعال پوشش داده شد و اثر دو پارامتر pH محلول الکترولس و زمان پوشش دهی بر مورفولوژی، ضخامت و یکنواختی پوشش اکسید منگنز در داخل شبکه نانوالیاف کربن فعال بررسی شد. یکنواختی و رفتار سینتیکی رسوب اکسید منگنز به شدت به pH محلول پرمنگنات وابسته بود به طوری که در pH اسیدی یک لایه ضخیم از اکسید منگنز سطح خارجی نانوالیاف را می پوشاند ولی در pH خنثی، واکنش خود محدود کننده تجزیه پرمنگنات منجر به تشکیل یک پوشش یکنواخت و در ضخامت نانومتری از اکسید منگنز روی تمام سطح نانوالیاف کربن فعال تشکیل می شود. ضخامت اکسید منگنز رسوبی از 30 نانومتر در 1 دقیقه پوشش دهی تا 200 نانومتر در 20 ساعت پوشش دهی متغیر است و رفتار سینتیکی رسوب اکسید منگنز در زمان های مختلف پوشش دهی از تابع لگاریتمی پیروی کرد. آزمون کرونوپتانسیومتری نشان داد که پوشش اکسید منگنز منجر به ظرفیت بیشتر نانوالیاف کربن فعال می شود به طوری که ظرفیت ذخیره سازی لیتیم در نانوالیاف کربن بدون پوشش در سیکل اول mAh/g 190 بوده که با پوشش دادن نانوالیاف کربن فعال توسط اکسیدمنگنز ظرفیت آن به mAh/g 850 افزایش می یابد. یکی از دلایل افت ظرفیت در باتری های یون لیتیم خرد شدن و شکست ماده آند و کاتد در اثر تنش های ناشی از نفوذ لیتیم در ساختار آنها است. در این پروژه با استفاده از مدلسازی مشابه حرارتی تنش های ناشی از نفوذ، تنش های وارد شده به ساختار ماده در اثر ورود لیتیم و همچنین پروفیل غلظتی متاثر از این تنش ها محاسبه شدند. مدل تنش های ناشی از نفوذ روی دو هندسه کروی و استوانه ای و با فرض وجود یک شار نفوذی ثابت از یون های لیتیم روی سطح انجام شد و نشان داده شد که تنش های ناشی از نفوذ در هندسه استوانه ای کمتر از هندسه کروی است. نتایج شبیه سازی نشان داد که هر چه ابعاد ذره کوچکتر و نرخ شارژ/دشارژ کمتر باشند، تنش های ناشی از نفوذ نیز کمتر می شود. کلمات کلیدی باتری های یون لیتیم، نانوالیاف کربن، الکتروریسی، اکسید منگنز، الکترولس، تنش های ناشی از نفوذ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی

Loading...