پديد آورنده :
عسكري، كسري
عنوان :
ساخت و ارزيابي بستر كاتدي جديد براي باتري ليتيم تيونيل كلريد با نانوكاتاليست كبالت بر پايه گرافن
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شيمي فيزيك
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازدهم، 64 ص.
توصيفگر ها :
باتري ليتيم تيونيل كلريد – الكتروكاتاليست - نانو ذرات كبالت – گرافن – گرافن اكسيد كاهشيافته
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/05/20
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/05/21
چكيده فارسي :
باتري¬ ليتيم تيونيل كلريد در ميان تمام باتري¬هاي نوع اول (غيرقابل شارژ) داراي بالاترين انرژي مخصوص است. به لحاظ نظري انرژي مخصوص اين باتري¬ها درصورتيكه از نوع ظرفيت بالا باشند در حدود 500 وات¬ساعت به ازاي هر كيلوگرم از ماده فعال آندي است. پتانسيل مدارباز باتري ليتيم تيونيل كلريد 66/3 ولت است و ولتاژ عملياتي آن در حدود 5/3 تا 3/3 ولت متغير است. محدوده دماي عملياتي اين باتري¬ها از 40- تا 80+ درجه سانتيگراد است و بعضي از طراحي¬هاي اين نوع باتري مي¬تواند تا دماي 145 درجه سانتيگراد قابليت عملياتي خود را حفظ كند. اجزاي تشكيلدهنده باتري ليتيم تيونيل كلريد شامل آند ليتيمي، بستر كاتد كربني بي¬اثر و الكتروليت غيرآبي تيونيل كلريد است. تيونيل كلريد علاوه بر اينكه بهعنوان الكتروليت مايع عمل مي¬كند، نقش ماده فعال كاتدي را نيز دارد. الكتروليت باتري علاوه بر تيونيل كلريد شامل نمك ليتيم تتراكلرو آلومينات (LiAlCl4) نيز است. ازآنجاكه تيونيل كلريد هدايت الكتريكي بسيار پاييني دارد، ضروري است تا با افزودن يك نمك رسانا، انتقال يون¬هاي ليتيم را سرعت بخشيد. نمك ليتيم تتراكلرو آلومينات علاوه بر اينكه بهراحتي در تيونيل كلريد حل مي¬شود، نمك ارزانقيمتي نيز محسوب مي¬شود. در باتري¬هاي تجاري بهمنظور بهبود عملكرد از برخي افزودني¬هايي استفاده مي¬شود. از آن جمله مي¬توان به افزودني¬هايي مانند پلي وينيل كلريد كه براي كاهش تأخير ولتاژ به باتري افزوده مي¬شوند، اشاره كرد. در اين پايان¬نامه، اثردوافزودني¬ مختلف شامل نانو ذرات كبالت بر پايه گرافن اكسيد كاهشيافته و گرافن اكسيد كاهشيافته بهعنوان الكتروكاتاليست فرآيند كاهش الكتروشيميايي تيونيل كلريد در باتري ليتيم تيونيل كلريد موردبررسي قرارگرفته است. براي ساخت بستر كربني كاتد باتري از پودر استيلن بلك 100% فشردهشده و محلول تفلون 60% وزني بهعنوان چسب استفادهشده است. از نانوكاتاليستهاي كبالت بر پايه گرافن اكسيد كاهشيافته و گرافن اكسيد كاهشيافته به دو صورت در باتري ليتيم تيونيل كلريد استفادهشده است. در حالت اول، نانوكاتاليست¬ها تنها بهصورت مكانيكي با بستر كربني كاتد مخلوط شده و عملكرد الكتروشيميايي سيستم مورد ارزيابي قرارگرفته است. در حالت دوم، نانوكاتاليست¬ها در حين فرآيند آماده¬سازي بستر كربني كاتد با آن كامپوزيت شده و در اين حالت نيز عملكرد الكتروشيميايي باتري مورد ارزيابي قرارگرفته است. نتايج ارزيابيها نشان مي¬دهند كه بهره-گيري از الكتروكاتاليست نانو ذرات كبالت بر پايه گرافن به طرز چشمگيري مي¬تواند بر روي عملكرد الكتروشيميايي باتري¬هاي ليتيم تيونيل كلريد اثر گذارد. در حالتي كه از نانوكاتاليست¬ها بهصورت اختلاط مكانيكي با بستر كربني كاتد باتري استفادهشده است، فرآيند انتقال بار بهتر انجامشده و كاهش الكتروشيميايي تيونيل كلريد بهتر انجام مي¬شود. همچنين در حالتي كه نانوكاتاليست¬ها با بستر كربني كاتد بهصورت كامپوزيت يا هيبريد درآمدهاند، علاوه بر بهبود فرآيند انتقال بار، به علت افزايش سطحفعال در دسترس براي فرآيند كاهش الكتروشيميايي، كاهش تيونيل كلريد به لحاظ سينتيكي با سرعت بيشتري انجام مي¬شود. فعاليت كاتاليستي نانو ذرات كبالت علاوه بر سطح زياد آنها به ساختار آرايش الكتروني اوربيتال¬هاي d اتم كبالت نيز مربوط مي¬شود. پس از ارزيابي عملكردي باتري¬¬هاي مونتاژ شده محتوي اين الكتروكاتاليست¬ها، نتايج به وضوح نشان مي¬هد كه اصلاح بستركربني كاتد باتري ليتيم تيونيل كلريد به وسيله افزودن 4 تا 6 درصد وزني از الكتروكاتاليست كبالت بر پايه گرافن اكسيد كاهش يافته كاملاً نتيجه بخش بوده و مي¬تواند ظرفيت دشارژ باتري را بين 13 تا 17 درصد (بسته به نحوه افزودن الكتروكاتاليست به باتري) ارتقاء بخشد.
چكيده انگليسي :
The lithium/thionyl chloride (Li/SOCl2) cell has one of the highest specific energies of any developed primary (non-rechargeable) battery. Large capacity, low rate (low power) cells have been built that can deliver a practical specific energy of 500 Wh/kg. The system has an open circuit voltage of 3.66 V and typically operates in the 3.3 to 3.5 V range. Li/SOCl2 batteries perform well over a wide temperature range (-40 to 80°C) and are still functional at temperatures as high as 145°C. The lithium/thionyl chloride cell consists of a lithium anode, an inert carbon cathode and a non-aqueous electrolyte. SOCl2 is both the liquid electrolyte and the active cathode material - the material that undergoes reduction upon the discharge of the battery. The electrolyte is composed of thionyl chloride, (SOCl2), lithium chloride, (LiCl), and aluminum trichloride, (AlCl3). As SOCl2 has a very low conductivity, it is necessary to add conductive salts to facilitate Li+ ion transport. Typically LiAlCl4 (LiCl and AlCl3) is used, both because it is readily soluble in SOCl2, and because it is relatively inexpensive. Commercial cells also include proprietary additives to improve cell performance. Additives such as polyvinyl chloride for control of voltage delay. In this thesis, the effect of adding graphene-based cobalt nanoparticles to the cathode support on electrochemical reduction of thionyl chloride in lithium thionyl chloride battery has been investigated. Acetylene black (100% compressed) and PTFE dispersion (60 wt%) were applied for preparation of cathode support composite material. For the preparation of the cathode substrate, Co/rGO nanocatalyst was applied in two procedures: a) Mechanical mixing and subsequently evaluating the electrochemical performance of the battery and b) preparation of composite and then performing the electrochemical measurements. Obtained results showed that adding Co/rGO nanocatalyst in both procedures significantly enhances the battery electrochemical performance. This effect remarkably can be observed in second procedure due to synergism effect of both enhancing the charge transfer process and surface area increasement. This catalytic activity of cobalt atoms can be related to the electronic configuration of d orbitals.
استاد راهنما :
محمد ژياني
استاد مشاور :
امير عبدالملكي , حسن حداد زاده
استاد داور :
محمدمحسن مومني هامانه , بهزاد رضائي
