بررسي و طراحي مواد الكترودي آلي كارآمد برپايه نانومواد جهت كاربرد در باتريهاي يون سديمي با استفاده از روشهاي محاسباتي مكانيك كوانتمي

دكتري تخصصي

با توجه به محدوديتهاي حاضر براي كاربرد وسيع باتريهاي يون ليتيومي، از قبيل محدوديت منابع ليتيوم و روند افزايشي قيمت آن، لزوم طراحي باتريها يون سديمي به عنوان جانشين احتمالي باتريهاي حاضر، حس ميگردد. مهمترين مسئله جهت كاربرد باتريهاي يون سديمي، طراحي مواد الكترودي مناسب با ويژگيهايي از قبيل زيست تخريب پذير بودن، استحكام مناسب ساختار در برابر ورود و خروج يونهاي سديم، ظرفيت ويژه بالا، توان و عمر چرخهاي مناسب ميباشد. در اين مطالعه كارايي چندين ماده آلي و تركيب آن با زيرلايه گرافن، براي افزايش هدايت الكتريكي و پايداري، جهت كاربرد در الكترود باتري يون سديمي، مورد ارزيابي قرار ميگيرد. همچنين كاركرد زيرلايه نسبتا جديد كربونيتريد گرافيتي، و ساختار آلايش يافته اين ماده با اتم فسفر، و همچنين كامپوزيت آن با گرافن به عنوان ماده الكترودي بررسي ميشود. نتايج حاصل از بررسي مولكولهاي آلي فوران 2 ، 5- دي كربونيتريل، و تتراسيانيد بنزن، نشاندهنده قابليت بالاي اين مولكولها در جذب اتمهاي سديم در محدوده مناسب براي الكترود آندي هستند. اتصال اين مواد به گرافن، جهت رفع معايب و ايجاد پايداري براي اين ساختارها، سبب افزايش كارايي آنها به عنوان ماده الكترودي آندي ميگردد، به طوري كه ظرفيتهايي معادل mAh.g-1245 و mAh.g-1 180 را به ترتيب ارائه ميدهند. محدوده ولتاژ محاسبه شده آنها در حدود 0 تا 2 ولت و مناسب براي كاركرد آندي ميباشد. صفحه كربونيتريد خالص، مقادير انرژي جذب بسيار قوي براي اتمها سديم ارائه ميدهد كه اين مقادير بسيار بالا، قابل كاربرد براي الكترود آند نيست و اصلاح اين ساختار، با اتم فسفر، سبب افزايش هدايت الكتريكي و از طرفي سبب اصلاح ساختار جهت كاركرد آن در الكترود آند خواهد بود.

192413

دانشگاه علم و صنعت ايران

شيمي فيزيك

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل