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