شماره راهنما :
1533 دكتري
پديد آورنده :
بني طبا، نوشين
عنوان :
تحليل رفتار الكتروشيميايي غشاهاي جامد نانوليفي جهت كاربرد به-عنوان الكتروليت قابل استفاده در باتري هاي ليتيم يون
گرايش تحصيلي :
تكنولوژي نساجي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، 178 ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
داريوش سمناني
استاد مشاور :
بهزاد رضايي
توصيفگر ها :
باتري ليتيم يون , الكتروليت نانوليفي , رسانايي يوني , نرم كننده , پركننده
استاد داور :
عبدالكريم حسيني، محمد محسن مومني، محمد كريمي
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/10/24
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/10/25
چكيده فارسي :
چكيده در سالهاي اخير باتريهاي ليتيمي توجه بسياري از پژوهشگران را بهخود جلب نمودهاند الكتروليت با انتقال يونها ميان دو الكترود نقش مهمي را در باتريهاي ليتيم يون ايفا مينمايد در باتريهاي تجاري از الكتروليتهاي مايع بهدليل برخورداري از رسانايي يوني مطلوب استفاده ميگردد اگرچه مسائل ايمني در رابطه با احتمال نشت حاللهاي اشتعالپذير در الكتروليتها از بزرگترين نگرانيها در زمينهي توسعهي باتريهاي ليتيمي ميباشد بهمنظور غلبه بر مشكالت ذكر شده در سالهاي اخير توجه زيادي به توليد الكتروليتهاي جامد و بهخصوص الكتروليتهاي پليمري معطوف شده است الكتروليتهاي پليمري غالبا بهفرم يك فيلم نازك پليمري توليد ميشوند و از ثبات انعطافپذيري و ايمني بااليي برخوردارند اگرچه عليرغم ويژگيهاي مطلوب رسانايي يوني پايين سبب محدوديت بكارگيري آنها در كاربردهاي عملي شده است اخيرا مطالعههايي در اين زمينه نشان دادهاند كه ساختارهاي نانوليفي بهواسطهي برخورداري از ويژگي هاي منحصربفرد نانوالياف و وجود حفرههاي زياد در ساختار نسبت به فيلمهاي پليمري از رسانايي يوني باالتري برخوردار ميباشند در اين رساله بهمنظور بررسي عاملهاي موثر بر ويژگيهاي الكتروليتهاي نانوليفي ابتدا تاثير غلظتهاي پليمر نمك و نرم كننده بر ويژگيهاي مختلف الكتروليتهاي نانوليفي مورد ارزيابي قرار داده شد سپس تاثير پركنندههاي متفاوت از جمله پركنندههاي خنثي سراميكي تيتانيومدياكسيد سيليكوندياكسيد آلومينيوماكسيد و زينكاكسيد نانوذرات رس گرافناكسيد كربننانوتيوب و گرافن اكسيد اصالح شده بر ويژگيهاي الكتروليتهاي نانوليفي بررسي گرديد عالوهبراين تاثير غلظت و نوع نرمكننده بر ويژگيهاي ذكر شدهي الكتروليتهاي نانوليفي ارزيابي گرديد تاثير آرايش يافتگي الياف و چگالي سطحي اليهي نانوليفي رفتار الكتروليتهاي نانوليفي نيز بررسي شد بهمنظور بررسي بيشتر انتقال يون در ساختارهاي نانوليفي نيز ساختارهاي نانوليفي حاوي نانوالياف دو جزئي پوسته مغزي تهيه و بررسي گرديد بهعالوه تاثير حضور نانوذرات كربننانوتيوب و سيليكوندياكسيد بر ويژگيهاي نانوالياف دو جزئي پوسته مغزي مطالعه شد بر طبق نتايج حاصل از بررسيهاي انجام شده كاهش غلظت پليمر و افزايش غلظتهاي نمك و نرمكنندهي پروپيلنكربنات رسانايي يوني را تا 1 0 05 mS cm افزايش داده است افزودن پركنندههاي تيتانيومدياكسيد سيليكوندياكسيد آلومينيوماكسيد زينك اكسيد و نانوذرات رس به الكتروليت نانوليفي سبب افزايش رسانايي يوني از 1 0 0096 mS cm بهترتيب به 1 0 045 mS cm 1 0 035 mS cm 1 0 059 mS cm 1 0 087 mS cm و 1 0 016 mS cm گرديد عالوهبراين با افزودن پركنندههاي كربن نانوتيوب و گرافناكسيد به الكتروليت نانوليفي رسانايي يوني بهترتيب تا 1 0 048 mS cm و 1 0 057 mS cm افزايش يافت افزودن گرافناكسيد اصالح شده نيز سبب افزايش رسانايي يوني تا 1 0 28 mS cm گرديد در ميان پركنندههاي ذكر شده نانوذرات كربن نانوتيوب گرافناكسيد و گرافناكسيد اصالح شده باالترين پايداري در دورههاي متوالي شارژ دشارژ را نمايش دادند بررسي تاثير نرم كنندهها نشان دهندهي بهبود رسانايي يوني تا 1 0 21 mS cm با افزودن 57 اتيلنكربنات و 52 پروپيلنكربنات بود عالوهبراين افزايش آرايشيافتگي الياف سبب كاهش رسانايي يوني از 1 0 171 mS cm به 1 0 021 mS cm گرديد كاهش قطر متوسط نانوالياف تا حد بهينه سبب كاهش امپدانس الكتروليتهاي نانوليفي گرديد شكلگيري الياف ظريفتر موجب افزايش حداقل چگالي سطحي الزم براي بكارگيري الكتروليت نانوليفي توليدي گرديد با مطالعهي ويژگيهاي ساختار نانوالياف دو جزئي پوسته مغزي مشاهده گرديد كه در ساختار نانوالياف انتقال يون نهتنها در سطح بيروني نانوالياف انجام ميگيرد بلكه از درون ساختار نانوالياف نيز انجام ميشود با گنجاندن نانوذرات كربننانوتيوب و سيليكوندياكسيد بهترتيب در مغزي و پوستهي نانوالياف رسانايي يوني از 1 0 09 mS cm به 12 0 1 mS cm و پايداري دورهاي از 07 به 58 ارتقا يافت روند خطي رسانايي يوني نسبت به دما در تمامي نمونههاي الكتروريسي شده نشاندهندهي پيروي الكتروليتهاي نانوليفي از رفتار آرنيوس ميباشد بررسيهاي انجام شده نشان ميدهند كه ساختارهاي نانوليفي ميتوانند گزينهي مناسبي براي ايفاي نقش بهعنوان الكتروليت بدون حالل در باتريهاي ليتيميون باشند كلمات كليدي باتري ليتيميون الكتروليت نانوليفي رسانايي يوني نرمكننده پركننده
چكيده انگليسي :
176 Evaluating the electrochemical behavior of solid state nanofibrous membranes applicable as electrolyte for lithium ion batteriesAbstract In recent years lithium secondary batteries have been extensively investigated due to the great demands for theproduction of high powered batteries with the potential for use in a wide variety of applications Lithium ion batteries arecomposed of positive and negative electrodes a separator and an electrolyte Electrolyte as the component of transportingionic charge carriers between the electrodes plays a significant role in lithium ion batteries High ionic conductivity lackof interaction with electrodes proper thermal and mechanical stabilities are the desirable characteristics of an idealelectrolyte Liquid electrolytes are determined as the most applied electrolytes due to their high ionic conductivities However safety issues related to the possible leakage of flammable solvents in liquid electrolytes are the huge concerns inthe development of battery technology In order to overcome the mentioned obstacles much attention has been devoted tofabrication of all solid state electrolytes specifically solid polymeric electrolytes SPEs during the past few years Numerous advantages including appropriate chemical and mechanical stabilities flexibility good compatibility withlithium metal safety and many more can be obtained by using the SPEs However poor ion conductivity has restrictedSPE s applications So far many efforts have been made to enhance the ionic conductivity of SPEs including addition ofvarious fillers and plasticizers polymeric structure improvement increasing of the salt concentration and many more Theprevious researches have focused on the preparation of the SPEs using the film casting method Recnthly electrospinninghas been introduced by some researchers as an effective method for the fabrication of solvent free polymer electrolytesapplicable in lithium ion batteries Herein we report the synthesis and characterization of all solid state polymeric electrolytes based on electrospunnanofibers These nanofibers were composed of polyethylene oxide PEO as the matrix lithium perchlorate LiClO4 asthe lithium salt and ethylene carbonate EC and propylene carbonate PC as the plasticizers The effects of polymer saltand plasticizer concentrations on morphological mechanical and electrochemical characteristics were investigated Inaddition the effects of various fillers including titanium dioxide TiO2 silica SiO2 alumina Al2O3 zinc oxide ZnO nano clay multi walled carbon nanotube MWCNT graphene oxide GO and three synthesized GO based fillers modified with ruthenium and polyoxometalate containing Cu Ni and Co Cu POM@Ru rGO Ni POM@Ru rGO andCo POM@Ru rGO were studied on properties of the electrospun electrolytes Moreover the effects of plasticizer andfiber orientation were investigated on the mentioned characteristics Also the morphological and electrochemical propertiesof the electrospun and solution casted membranes with various surface densities were compared with each other Furthuremore core shell nanofibers were fabricated to evaluate the ion transportation in the electrospun electrolytes Theeffect of SiO2 and CNT fillers were also investigated on various characteristics of the core shell nanofibers In each section the as spun electrolyte with the highest ion conductivity was compared with the SPE with similar chemical composition synthesized through the film casting method
استاد راهنما :
داريوش سمناني
استاد مشاور :
بهزاد رضايي
استاد داور :
عبدالكريم حسيني، محمد محسن مومني، محمد كريمي
