• شماره ركورد
    24773
  • شماره راهنما
    ENE2 41
  • عنوان

    شبيه سازي ديناميك مولكولي تحرك يون‌هاي 〖Na〗^+/〖Li〗^+ در شبكه¬ هگزاتيتانات¬هاي ليتيم/سديم 〖M_2 〖Ti〗_6 O〗_13 (M=Li/Na) به عنوان آند باتري يون ليتيم/سديم و در سطح تماس آن با الكتروليت

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي انرژي هاي تجديدپذير
  • دانشكده
    علوم و فناوري هاي نوين
  • تاريخ دفاع
    1403/11/20
  • صفحه شمار
    111 ص.
  • استاد راهنما
    دكتر حسن سبزيان , دكتر محسن خسروي
  • كليدواژه فارسي
    هگزاتيتانات ليتيم (Li_2 Ti_6 O_13)، , هگزاتيتانات سديم (Na_2 Ti_6 O_13)، , حركت يون¬ها، , شبيه‌سازي ديناميك‌مولكولي , ميدان الكتريكي , باتري يون ليتيم , سطح تماس الكترود-الكتروليت
  • چكيده فارسي
    چكيده در حال حاضر، باتري‌هاي يون ليتيم به علت مزاياي متعددي كه دارند، در بيش¬تر دستگاه‌هاي الكترونيكي با كاربري‌هاي مختلف، از گوشي‌هاي همراه، ساعت‌ها و رايانه‌ها تا كشتي‌ها، هواپيماها و سفينه‌ها، به طور روزافزون مورداستفاده قرار مي‌گيرند. تلاش¬ها براي بهبود عملكرد، افزايش بازدهي و نيز رفع مشكلات اين باتري¬ها به¬طور روزافزون ادامه دارد. بخشي از اين تلاش¬ها به استفاده از مواد و بافت¬هاي مختلف به عنوان انباره (ذخيره) يون¬هاي ليتيم در نقش آند باتري، اختصاص دارد. پژوهش¬هايي نيز براي طراحي و ساخت باتري¬هاي مبتني بر ديگر يون¬هاي فلزي، به اميد دستيابي به بازده بالاتر، پايداري بيش¬تر، خطرات كم¬تر و قيمت پايين¬تر نيز در جريان است. اخيراً تيتانات‌ها به عنوان آند براي باتري‌هاي يون ليتيم/سديم معرفي شده‌اند. انتظار مي¬رود باتري‌هاي تيتانات ليتيم نسبت به ساير باتري‌هاي يون ليتيمي عمر بيش¬تري داشته¬باشند. البته، ظرفيت و عملكرد آن‌ها به شدت به فرمول شيميايي و ساختار بلوري آن‌ها بستگي خواهد داشت. در اين پژوهش، با استفاده از روش شبيه‌سازي‌ديناميك‌مولكولي، تحرك يون‌هاي ليتيم Li^+و سديمNa^+ در درون شبكه هگزاتيتانات ليتيم/سديم 〖 M〗_2 Ti_6 O_13 (M=Li/Na) و در سطح تماس آن با محلول الكتروليت هگزافلوئوروفسفات ليتيم/سديم در اتيلن كربنات موردبررسي قرار گرفته است. اين شبيه‌سازي‌ها در غياب و در حضور ميدان الكتريكي با شدت‌هاي 2/0، 4/0 و 6/0 ولت¬بر¬آنگستروم انجام شده‌است و ويژگي¬هايي نظير جابجايي مركزثقل گروه¬هاي يون ليتيم/سديم، كه ابتدا متعلق به شبكه تيتانات و دو محلول الكتروليت دربرگيرنده آن در سمت چپ و سمت راست اين شبكه بوده است، توزيع دمايي و توزيع تعداد يون¬ها در طول جعبه شبيه¬سازي دنبال شده است. تحليل نتايج شبيه‌سازي‌هاي اين پژوهش نشان مي¬دهد، با توجه به سرعت بالاي يون¬هاي ليتيم و پاسخ مناسب شبكه هگزاتيتانات ليتيم به ميدان الكتريكي، اين شبكه مي‌تواند به عنوان آند در باتري يون ليتيم مورد ارزيابي آزمايشگاهي قرارگيرد. اما، به علت كندي سرعت و ميزان كم جابجايي يون‌هاي سديم، شبكه هگزاتيتانات سديم به ميدان مشابه پاسخ مناسب نشان نمي¬دهد و بنابراين در شرايط پتانسيلي يكسان نسبت به آند باتري مبتني بر شبكه هگزاتيتانات ليتيم برتري ندارد. براي جابجايي مؤثر يون¬هاي ليتيم و سديم در سامانه حاوي شبكه هگزاتيتانات به عنوان آند، به ميدان¬هاي الكتريكي با شدت مناسب بالاتر از يك حد آستانه احتياج است. اين حد آستانه براي يون سديم بالاتر است. پژوهش حاضر، بيش¬تر يك مدل¬سازي از پديده¬هاي پوياي اطراف شبكه تيتانات در محلول الكتروليت است. براي دست¬يابي به نتايج كمي و تطبيق بيش¬تر با واقعيت، و امكان بهينه¬سازي شرايط كار اين تيتانات، به شبيه¬سازي¬هاي بيش¬تر و با دوره زماني طولاني¬تر از آن¬چه در پژوهش حاضر انجام شد، احتياج است. كليدواژه¬ها: هگزاتيتانات ليتيم (Li_2 Ti_6 O_13)، هگزاتيتانات سديم (Na_2 Ti_6 O_13)، حركت يون¬ها، شبيه‌سازي ديناميك‌مولكولي، ميدان الكتريكي، باتري يون ليتيم، سطح تماس الكترود-الكتروليت
  • كليدواژه لاتين
    : Lithium Hexatitanate (Li_2 Ti_6 O_13), , ), Sodium Hexatitanate (Na2Ti6O13), , Ion motion , molecular dynamics simulation , Electric Fields , , Lithium-Ion Battery (LIB , Electrode-Electrolyte Interface
  • عنوان لاتين
    Molecular dynamics simulation of the mobility of 〖Li〗^+/ 〖Na〗^+ ions in the hexatitanate 〖 M〗_2 〖Ti〗_6 O_13 (M=Li/Na) lattice as the anode of the lithium-ion/sodium-ion battery an‎d at its interface with electrolyte
  • گروه آموزشي
    مهندسي انرژي هاي تجديد پذير
  • چكيده لاتين
    Abstract At the present time, lithium-ion batteries are increasingly used in many electronic instruments an‎d appliances with various applications from intelligent watches, mobile cell phones an‎d computers to ships, airplanes an‎d satellites. Attempts have been put continuously to improve perfo‎rmance, increase efficiency an‎d decrease problems an‎d difficulties of these batteries. A part of these effo‎rts is dedicated to the use of different materials an‎d textures as sto‎rage of lithium ions in the role of battery anode. Researches are also underway to design an‎d manufacture batteries based on other metal ions towards achieving higher efficiency, mo‎re stability, less risks an‎d lower price. Recently, titanates have been introduced as anodes fo‎r lithium/sodium-ion batteries. Titanium batteries are expected to have a longer lifetime than the other oxide batteries. The capacity an‎d perfo‎rmance of these batteries will strongly depend on their chemical composition an‎d crystal structure. In the present research, mobilities of lithium Li^+ an‎d sodium Na^+ ions inside the lithium/sodium hexatitanate lattice 〖 M〗_2 Ti_6 O_13 (M=Li/Na) an‎d on its interface with the lithium/sodium hexafluo‎rophosphate electrolyte solution in ethylene carbonate have been investigated using molecular dynamics simulations. These simulations were perfo‎rmed in the absence an‎d presence of electric field with 0.2, 0.4 an‎d 0.6 V/Å intensities, an‎d the characteristics such as the displacement of the center of mass of the lithium/sodium ion groups (belonging initially to the titanate lattice an‎d the surrounding electrolyte-electrolyte, electrolyte-solvent o‎r solvent-solvent media), an‎d distribution of temperature an‎d number of ions along the simulation box are followed. Analysis of the results of these simulations shows that, due to the high mobility of lithium ions of the lithium hexatitanate lattice an‎d its appropriate response to the electric field, this lattice may be considered fo‎r experimental eva‎luatation as an anode in a lithium-ion battery. However, due to the low mobility an‎d low displacement of sodium ions, the sodium hexatitanate does not have suitable response to electric field, an‎d therefo‎re, it may not be suitable fo‎r application as an anode fo‎r sodium-ion battery. Fo‎r effective perfo‎rmance of the lithium-ionbattery containing Li_2 Ti_6 O_13 titanate which depends on appropriate response of the lithium ions to the electric field in this lattice, electric fields with appropriate intensity above a certain threshold are needed. The present research should be considered as a modeling approach towards investigation of the dynamic phenomena around the titanate lattice in the electrolyte solution. In o‎rder to achieve quantitative an‎d realistic results, an‎d to investigate the optimized conditions fo‎r ideal perfo‎rmance of these titanates, mo‎re simulations an‎d over longer periods of time (longer than that perfo‎rmed in the present research) are needed. Keywo‎rds: Lithium Hexatitanate (Li_2 Ti_6 O_13), Sodium Hexatitanate (Na_2 Ti_6 O_13), Ion motion, molecular dynamics simulation, Electric Fields, Lithium-Ion Battery (LIB), Electrode-Electrolyte Interface
  • تعداد فصل ها
    3 فصل
  • فهرست مطالب pdf
    137307
  • نويسنده

    زاغيان، سليمه