عنوان

اصلاح نانوساختارهای الکترود کربن و اثر برخی از افزودنی‌های الکترولیتی آلی و معدنی بر عملکرد باتری‌های جریانی زوج ردوکس وانادیومی,‮‭Modification of Carbon nanostructures electrode and effect of some organic and inorganic electrolyte additives on performance of Vanadium redox flow batteries‬

Number

‭۲۰۰۴۰پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

اصلاح نانوساختارهای الکترود کربن و اثر برخی از افزودنی‌های الکترولیتی آلی و معدنی بر عملکرد باتری‌های جریانی زوج ردوکس وانادیومی

Parallel Title Proper

‮‭Modification of Carbon nanostructures electrode and effect of some organic and inorganic electrolyte additives on performance of Vanadium redox flow batteries‬

First Statement of Responsibility

/سید ابوالفضل موسوی هاشمی سراسکانرود

Name of Publisher, Distributor, etc.

: شیمی

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۷‬

Name of Manufacturer

، میرزائی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۸۱‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

شیمی گرایش شیمی فیزیک

Date of degree

‮‭۱۳۹۷/۰۸/۰۹‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

هدف اصلی این پروژه تشدید توان خروجی و افزایش راندمان کولنی و انرژی باتری‌های جریانی زوج ردوکس وانادیومی از طریق بهینه‌سازی الکترولیت، اصلاح الکتروکاتالیستی الکترودهای مثبت و منفی بوده است .برای دستیابی به این هدف اسیدهای آلی و معدنی به‌عنوان افزودنی الکترولیت انتخاب شدند .این افزودنی‌ها پایداری محلول ‮‭۲M‬ وانادیوم ‮‭(V)‬ را افزایش دادند .در ادامه پروژه روش‌های اصلاح متعدد و نیز الکتروکاتالیست های مختلف برای بهینه‌سازی عملکرد الکتروشیمیایی قطب‌های مثبت و منفی باتری‌های جریانی زوج ردوکس وانادیومی موردبررسی قرار گرفتند .انواع روش‌های شناسایی نظیر‮‭SEM -FE‬، ‮‭XRD‬ ، ‮‭XPS‬ ، ‮‭FTIR‬ و ‮‭Raman‬ برای شناسایی الکترودهای تهیه‌شده مورداستفاده قرار گرفتند و سپس مطالعات الکتروشیمیایی سه الکترودی و دو الکترودی از نمونه‌های آماده‌شده انجام شدند .پس از دستیابی به نتایج مناسب برای واکنش زوج ردوکس های وانادیوم، نمونه‌های آماده‌شده درون سلول باتری تحت آزمون‌های شارژ-دشارژ، منحنی بیشینه توان و پایداری چرخه‌ای موردبررسی قرار گرفتند .در این پروژه الکترودهای پنبه کربنی به‌عنوان گزینه اصلی ماده اولیه الکترود توسط روش‌های حرارتی و کوره پلاسمایی اصلاح شدند .هدف از اصلاح آماده‌سازی سطح برای ترسیب الکتروکاتالیست ها و نیز افزایش گروه‌های اکسیدی الیاف کربنی بود .الکتروکاتالیست های اختصاصی قطب‌های مثبت و منفی باتری وانادیومی با روش‌های مختلف مانند هیدروترمال، ترسیب لیزری پالسی و الکترو-پاشش بر روی سطح الیاف پنبه کربنی تثبیت شدند .نمونه پنبه کربنی اصلاح‌شده با نیتروژن و اکسید تنگستن در قطب مثبت باتری جریانی زوج ردوکس وانادیومی توانست به بیشینه توان خروجی ‮‭۳۶۰‬ میلی وات بر سانتی‌مترمربع دست یابد و در دانسیته جریان ‮‭۲۰۰‬ میلی‌آمپر بر سانتی‌مترمربع ‮‭۵۰۰‬ میلی‌آمپر ساعت ظرفیت خروجی داشته باشد .برای بهبود خواص و افزایش توان الکترود اصلاح‌شده با اکسید تنگستن روش ترسیب لیزری پالسی برای ترسیب نانولایه اکسید تنگستن بر روی سطح به کار رفت .نمونه ترسیب لیزری پالسی اکسید تنگستن در چگالی جریان ‮‭۶۰‬ میلی‌آمپر بر سانتی‌مترمربع بالای ‮‭۸۰‬ بهره‌وری نشان داد .برای نمونه اکسید تنگستن بیشینه توان ‮‭۵۵۰‬ میلی وات بر سانتی مربع به‌دست‌آمده است .که ‮‭۲/۳‬ برابر نمونه شاهد است .نانوصفحات اکسیدگرافن در ادامه با روش الکتروپاشش بر روی الیاف پنبه کربنی پوشش داده شدند .این الکترودها رفتار الکتروکاتالیستی فوق‌العاده‌ای برای واکنش زوج ردوکس وانادیوم نشان دادند .نهایتا الکتروکاتالیست بیسموت تنگستنات برای اصلاح الکترود منفی به کار رفت .بیسموت تنگستنات علاوه بر رفتار الکتروکاتالیستی برای واکنش زوج ردوکس وانادیوم ‮‭(II/III)‬ به‌عنوان سم کاتالیستی برای واکنش مزاحم آزادسازی هیدروژن عمل کرد .به‌کارگیری هم‌زمان الکتروکاتالیست اکسید تنگستن ترسیب لیزری در قطب مثبت و بیسموت تنگستنات در قطب منفی بیشینه توان خروجی را به بیش از ‮‭۷۰۰‬ میلی وات بر سانتی‌مترمربع افزایش داد که در عمل از مقدار محدودکنندگی غشا نفیونی عبور کرد و از مقادیر گزارش‌شده در منابع بیشتر بود .در قسمت دیگری از این پروژه پارامترهای اپراتوری سلول باتری وانادیومی توسط روش سطح رویه‌ای بهینه‌سازی شدند و جریان ‮‭۲۳۰‬ میلی‌آمپر بر سانتی مربع به‌عنوان جریان بهینه برای دستیابی به بیشینه راندمان انرژی به دست آمد

Text of Note

The main purpose of this project was to enhance power and increase columbic and energy efficiencies of Vanadium redox flow batteries (VRFBs) by optimization of electrolyte and electrocatalyst modification of positive and negative electrodes. Organic and inorganic acids were used as electrolyte additive, to achieve this goal. These additives increased stability of 2M solution of vanadium (V). Different modification methods and many electrocatalysts were used to optimize electrochemical performance of VRFBs positive and negative electrodes. Characterization methods of FE-SEM , XRD , XPS , FT-IR and Raman were used to analyze samples and then electrochemical tests were performed. Samples with high catalytic performance for vanadium redox couples reaction, were selected and analyzed in single cell for charge-discharge, maximum power plot and stability tests. In this project the main graphite felt electrodes were modified by thermal and plasma treatments. The purpose of modification was to prepare surface for deposition of electrocatalysts and intensify oxide functional groups on surface. Specific electrocatalysts for positive and negative electrodes of VRFBs were deposited by different methods such as Hydrothermal, Pulsed laser deposition (PLD) and electro-spray. Felt electrode modified with nitrogen and tungsten oxide as positive electrode achieved maximum power density of 360 mW/cm2 and could produce 500 mAh capacity at current density of 200 mA/cm2. In order to improve tungsten oxide electrode properties and power, PLD was used to deposit nano-layer of WO3 on fibers surface. PLD-WO3 could achieve above 80 efficiency at current density of 60 mA/cm2. Maximum power output of 550 mW/cm2 was obtained for PLD-WO3. This number was 3.2 times higher than pristine sample. Graphene oxide nano-sheets were deposited on felt fibers by electrospray method. Graphene oxide modified electrodes showed excellent performance towards vanadium redox couples reaction. Finally, bismuth tungstate electrocatalyst was used to modify negative electrode. Bi2WO6 was hindering hydrogen evolution reaction besides acting as electrocatalyst for vanadium (II/III) redox reaction. Application of PLD-WO3 as positive and Bi2WO6 as negative electrodes produce maximum power above 700 mW/cm2 in which the membrane was limited the peak current and this number was higher than that of literature. In other part of this project VRFB operational parameters were optimized by response surface methodology (RSM) and discharge current density of 230 mA/cm2 was obtained as optimum current

Parallel Title

‮‭Modification of Carbon nanostructures electrode and effect of some organic and inorganic electrolyte additives on performance of Vanadium redox flow batteries‬

موسوی هاشمی سراسکانرود، سید ابوالفضل

Mousavi Hashemi Saraskanrou, Seyed Abolfazl

حسینی، میرقاسم، استاد راهنما

آقاجانی، حسین، استاد مشاور

احدزاده، ایرج، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی