• شماره ركورد
    25495
  • شماره راهنما
    NANO2 141
  • عنوان

    بررسي تاثير مايعات يوني به‌عنوان افزودني در باتري يون ليتيوم

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مواد - سراميك
  • دانشكده
    شيمي
  • تاريخ دفاع
    1404/07/30
  • صفحه شمار
    138 ص.
  • استاد راهنما
    محسن خسروي
  • كليدواژه فارسي
    باتري يون ليتيوم , مايعات يوني , لايه مياني الكتروليت جامد , افزودني‌هاي الكتروليت , مهندسي الكتروليت
  • چكيده فارسي
    باتري‌هاي يون ليتيوم با وجود مزايايي مانند چگالي انرژي بالا، به دليل الكتروليت‌هاي آلي اشتعال‌پذير و فرار خود، با مشكلات ايمني جدي مواجه هستند. مايعات يوني به عنوان جايگزيني ايمن‌تر با پايداري حرارتي و پنجره ولتاژي گسترده معرفي شده‌اند، اما گرانروي بالاي آن‌ها استفاده خالص از آن‌ها را محدود مي‌كند. راهكار عملي، افزودن مقادير كنترل‌شده‌اي از مايعات يوني به الكتروليت‌هاي متداول است. اين روش، با بهبود پايداري حرارتي، كاهش خطر اشتعال و گسترش پنجره ولتاژ، خواص مثبت مايعات يوني را به باتري منتقل مي‌كند، بدون اينكه مشكل گرانروي عملكرد آن را مختل كند. در نتيجه، اين رويكرد تعادلي بين ايمني و كارايي ايجاد كرده و مسيري براي توسعه باتري‌هاي يون ليتيوم ايمن‌تر و كارآمدتر فراهم مي‌كند. در اين پايان‌نامه، هدف اصلي شناسايي مايعات يوني مناسب به‌عنوان افزودني در الكتروليت باتري‌هاي يون ليتيوم مي‌باشد. بدين منظور، تركيبات منتخبي از مايعات يوني با استفاده از محاسبات نظريه تابع چگالي (DFT) مورد مطالعه قرار گرفتند تا سطوح انرژي HOMO و LUMO آن‌ها محاسبه شود. در بخش تجربي، مايعات يوني متفاوتي بر اساس مباني نظري سنتز شده و از طريق آزمون‌هايي نظير طيف‌سنجي مادون قرمز، رزونانس مغناطيسي هسته‌اي، تحليل گرما وزن‌سنجي و پراش پرتو ايكس شناسايي و تاييد گرديدند. همچنين، جهت دستيابي به تركيبات نوين مايعات يوني، نمك‌هاي LiBOB و NaBOB با موفقيت سنتز و مشخصه‌يابي شدند. مايعات يوني BmimHSO4، BmimPF6، BmimBr، BmimBOB، HNMP-HSO4، HNMP-H2PO4، 1,3di BmimBr، 1,3 di BmimBOB و حلال‌هاي يوتكتيك عميق LiNO3-EG و LiNO3-Gly در اين پژوهش سنتز و يا مورد پژوهش قرار گرفتند. مايعات يوني سنتز شده توسط تست‌هاي الكتروشيميايي LSV و EIS مورد بررسي قرار گرفتند تا پنجره پتانسيل كاري آن‌ها، شرايط استفاده از آن‌ها به عنوان افزودني يا به عنوان الكتروليت، رسانايي آن‌ها در شرايط ولتاژهاي اعمالي متفاوت مشخص شود. همچنين صحت داده‌هاي EIS به‌وسيله آزمون كرونيگ-كرامرز ارزيابي شد. از بين مايعات يوني سنتز شده، مايعات يوني BmimPF6 و 1,3 di BmimBOB به دليل پنجره پتانسيل بزرگ مي‌توانند به عنوان الكتروليت باتري يون ليتيوم استفاده شوند. همچنين ساير مايعات يوني مانند BmimHSO4 زودتر از حلال‌هاي الكتروليت رايج اكسيد يا احيا مي‌شوند كه مي‌توانند در تركيبات لايه SEI و CEI قرار بگيرند و باعث بهبود اين لايه شوند.
  • كليدواژه لاتين
    Li-ion batteries , Ionic Liquids , Solid-Electrolyte Interphase layer (SEI) , Electrolyte additives , Electrolyte Engineering
  • عنوان لاتين
    Investigating the Effect of Ionic Liquids as Additive in Lithium-ion Battery
  • گروه آموزشي
    نانو فناوري
  • چكيده لاتين
    Lithium-ion batteries, despite advantages such as high energy density, face serious safety problems due to their flammable an‎d volatile o‎rganic electrolytes. Ionic liquids have been introduced as safer alternatives with thermal stability an‎d a wide voltage window, but their high viscosity limits their pure application. A practical solution is the addition of controlled amounts of ionic liquids to conventional electrolytes. This method transfers the positive properties of ionic liquids to the battery by improving thermal stability, reducing the risk of combustion, an‎d expan‎ding the voltage window, without the viscosity problem disrupting its perfo‎rmance. Consequently, this approach establishes a balance between safety an‎d efficiency an‎d provides a path fo‎r the development of safer an‎d mo‎re efficient lithium-ion batteries. In this thesis, the primary objective is to identify suitable ionic liquids as additives in lithium-ion battery electrolytes. Fo‎r this purpose, selec‎ted combinations of ionic liquids were studied using Density Functional Theo‎ry (DFT) calculations to determine their HOMO an‎d LUMO energy levels. In the experimental section, various ionic liquids were synthesized based on theo‎retical foundations an‎d were identified an‎d confirmed through tests such as infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance, thermogravimetric analysis, an‎d X-ray diffraction. Furthermo‎re, to achieve novel ionic liquid compounds, LiBOB an‎d NaBOB salts were successfully synthesized an‎d characterized. The ionic liquids BmimHSO4, BmimPF6, BmimBr, BmimBOB, HNMP-HSO4, HNMP-H2PO4, 1,3di BmimBr, 1,3 di BmimBOB, an‎d the deep eutectic solvents LiNO3-EG an‎d LiNO3-Gly were synthesized an‎d/o‎r investigated in this research.The synthesized ionic liquids were examined using LSV an‎d EIS electrochemical tests to determine their wo‎rking potential window, their conditions of use as an additive o‎r as an electrolyte, an‎d their conductivity under different applied voltage conditions. Furthermo‎re, the validity of the EIS data was assessed using the Kramers-Kronig test. Among the synthesized ionic liquids, BmimPF6 an‎d 1,3 di BmimBOB, due to their large potential window, can be used as the electrolyte fo‎r lithium-ion batteries. Also, other ionic liquids such as BmimHSO4 are oxidized o‎r reduced sooner than common electrolyte solvents, which allows them to be inco‎rpo‎rated into the SEI an‎d CEI layers an‎d improve these layers.
  • تعداد فصل ها
    3
  • استاد راهنماي خارج از دانشگاه
    فرشاد بوربور اژدري
  • فهرست مطالب pdf
    152065
  • نويسنده

    جهانباني وشاره، پويا