-
شماره ركورد
25533
-
شماره راهنما
CHE2 947
-
عنوان
بسپار بر پايه ي بنزوكينون به عنوان آند در باتري هاي يون ليتيوم، سديم و پتاسيم: يك مطالعه ي نظري
-
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
-
رشته تحصيلي
شيمي - شيمي فيزيك
-
دانشكده
شيمي
-
تاريخ دفاع
1404/06/30
-
صفحه شمار
77 ص.
-
استاد راهنما
دكتر اكبر اميدوار سياهكل
-
كليدواژه فارسي
باتري , آند , فلزات قليايي , بسپار , ولتاژ مدار باز , ظرفيت نظري ذخيرهي يون , نظريه تابعي چگالي
-
چكيده فارسي
چكيده
سامانههاي ذخيرهسازي انرژي يكي از چالشهاي اساسي در توسعه منابع انرژي پايدار است. در اين راستا، باتريهاي يون-فلزات قليايي نقش مهمي ايفا ميكنند، اما عملكرد آنها به طور قابل توجهي توسط خواص مواد الكترودي، به ويژه آند، محدود ميشود. اخيراً آندهاي مبتني بر بسپارها به دليل انعطافپذيري ساختاري و فرايند سنتز كم هزينه و آسان، به عنوان گزينهاي اميدواركننده مطرح شدهاند. در سال 2023 و طي يك پژوهش تجربي، عملكرد مادهي آندي مبتني بر بسپار پلي (2 و 5-دي هيدروركسي -1و 4-بنزوكينون-3و 3-متيلن) (PDBM) بررسي شده است. در اين پژوهش، عملكرد مطلوب اين ماده¬ي آندي در باتري يون¬هاي دو و سه ظرفيتي در مقايسه با باتري يون-ليتيوم و يون-سديم به اثبات رسيد. با الهام از اين پژوهش و با استفاده از محاسبات كوانتومي نظريه تابعي چگالي، سازوكار عملكرد ماده¬ي آندي بسپار در باتري¬هاي يون-ليتيوم، يون-سديم بررسي گرديد. همچنين نقش آندي آن در باتري يون-پتاسيم نيز مورد¬ مطالعه قرار گرفت. نتايج اين پژوهش نشان مي دهد كه عملكرد ضعيف اين ماده¬ي آندي در باتريهاي يون-ليتيوم و يون-سديم بهدليل كرنش ساختاري آن و همچنين تمايل يونهاي تك¬ظرفيتي به درخت¬سان شدن در بستر بسپار مي¬باشد. علاوه بر اين، نتايج نشان¬داد كه بسپار مورد مطالعه با كرنش ساختاري كمتر در برابر يون پتاسيم و همچنين تمايل كمتر اين يون¬ها به درخت¬سان شدن موضعي، عملكرد مطلوبتري به عنوان ماده¬ي آندي در باتري يون-پتاسيم دارد. با محاسبهي خواص آندي نظير سد انرژي نفوذ يون، ظرفيت نظري ذخيره¬سازي يون و همچنين ولتاژ مدار باز مشخص گرديد كه اين بسپار، ماده آندي مطلوبي در باتري يون- پتاسيم مي¬باشد. همچنين با هدف ارتقاي عملكرد آندي بسپار، اصلاح ساختاري آن با جايگزيني پل¬هاي متيلن با پل¬هاي دي سولفيد و اتصال گوگرد-فلزات واسطه نظير آهن، كبالت و نيكل بررسي گرديد. نتايج اين تحقيق نشان مي¬دهد كه بسپارهاي طراحي شده با پل هاي دي سولفيد مي¬توانند عملكرد آندي مطلوب تري نسبت به بسپار اوليه در باتري¬هاي يون-پتاسيم نشان دهد.
-
كليدواژه لاتين
Battery , Anode , Alkali metals ion , Polymer , Open circuit voltage , Theoretical ion storage capacity , Density functional theory
-
عنوان لاتين
Benzoquinone-Based Polymer as Anode for Li-, Na-, and K-ion Batteries: A Theoretical Study
-
گروه آموزشي
شيمي فيزيك
-
چكيده لاتين
Abstract
Design of energy storage devices represent a fundamental challenge in developing sustainable energy resources. Accordingly, alkaline metal-ion batteries play a crucial role, but their performance is significantly limited by the anode. Recently, polymer-based anodes have emerged as promising candidates due to their structural flexibility, low cost, and straightforward synthesis processes. Recently, the performance of the poly(2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone-3,6-methylene) polymer (PDBM) as an anode was investigated. This fascinating study demonstrated the efficient performance of this anode material in divalent and trivalent ion batteries compared to lithium-ion (Li-ion) and sodium-ion (Na-ion) batteries. In the present study, using density functional theory (DFT) calculations we investigate the anodic mechanism of PDBM in Li-ion and Na-ion batteries. The application of PDBM as anode in K-ion batteries was also investigated. Our results reveal that the low performance of PDBM in Li-ion and Na-ion batteries due to structural strain and the tendency of Li and Na ions to form drndrites on the polymer. Furthermore, our findings indicate that PDBM exhibits superior performance as an anode material in K-ion batteries. Our results also reveal thet reduced structural strain during K ion interaction and the lower propensity of K ions to form dendrites on the PDBM. Besides, our results including low ion diffusion energy barriers, high theoretical ion storage capacity, and low open-circuit voltage confirmed that PDBM is a highly suitable anode material for K-ion batteries. To further enhance the anodic performance of PDBM, we also explored structural modification by replacing its methylene bridges with disulfide bridges coordinated to transition metals (iron, cobalt, nickel). Our results suggest that the designed anode materials not only improve the performance of pristine PDBM but also represent promising candidates for K-ion batteries
-
تعداد فصل ها
3
-
فهرست مطالب pdf
153058
-
نويسنده
يزدخواستي، نگين
-
لينک به اين مدرک :