بخشی از مقاله
چکیده
میزان درج بارالکتریکی در الکترودهائی با تخلخل نانومتري که شامل نانو لوله هاي کربنی می باشند اندازه گیري می شود که البته می توان این میزان جذب بار را به درج لیتیم در داخل نانولوله ها نسبت داد زیرا میزان حذب بار توسط الکترود متخلخل بتنهائی ناچیز میباشد. الکترودهاي ساخته شده از پلاستیک ABS با تخلخل نانو متی می باشد که با روش الکترو لس روي آنها لایه نشانی نقره شده و سپس نانولوله بر روي آنها رسوب داده می شود. اندازه گیریها از افزایش قابل توجه در میزان لیتیم درج شده در االکترود هاي تولید شده حکایت دارد
مقدمه
در حال حاضر کار برروي بهبود باتریهاي لیتیمی قابل بازگشت با استفاده از فناوري نانو به یکی از شاخه هاي علم نانو تبدیل شده که تحقیقات گسترده اي برروي این باتریها در حال انجام است. اسا س کار باتریهاي قابل شارژلیتیوم–یونی - Li-Ion - برجذب و آزاد سازي الکتروشیمیایی لیتیوم درهر دو الکترود استوار است .یک باتري ایده آل ظرفیت انرژي بالا ،زمان شارژ کم و دوره زمانی طولانی دارد.و ظرفیت آن با اشباع لیتیوم در الکترودها تعیین می شود .ظرفیت جذب درنانولوله هاي کربنی - CNTs - اگر همه جایگاههاي درون و برون شبکه اي ،کانالهاي داخلی در دسته لوله ها براي افزودن لیتیوم دردسترس باشند بیشترین مقدار است .
بنابراین کار برروي چگونگی ذخیره کردن لیتیم در شبکه هاي نانولوله اي یکی از تحقیقات مهم در عرصه باتریهاي قابل بازگشت لیتیم - یونی است .[1-4]براي ساخت نانولوله هاي کربنی روشهاي مختلفی از جمله روش تخلیه قوس الکتریکی ،تبخیر لیزري و رسوب گذاري بخار شیمیایی را می توان نام برد ولی هر کدام از این روشها علاوه بر تولید نانولوله ها باعث بوجود آمدن ناخالصی هایی نیز در نانولوله ها می شود که می توان براي خالص سازي آنها از روشهاي اکسیداسیون، برش ، نوسانات امواج فرا صوتی ، خالص سازي مغناطیسی و غیره بهره برد .
آماده سازي الکترود ها
پس از تهیه نانولوله ها براي خالص سازي آنها از روش اسیدي استفاده شده است در این روش از اسید نیتریک شش مولار براي حل کردن ذرات فلزي و از اسید کلریدریک 2/8 مولار براي حل اکسیدهاي فلزي استفاده می کنیم و براي از بین بردن کربنهاي آمورف نیز از حرارت کوره تا 400 ˙C درجه وتا مدت زمان دو ساعت بهره می بریم مطالعه میزان خلوص نانو نوله ها توسط تکنیک TGA بیانگر خلوص بالاي نمونه پس از خالص سازي اسیدي می باشد - شکل - 1 زیرا همانطور که دیده می شود نا حیه احتراق در حوا لی 600 ˙C می باشد در حا لیکه دماي احتراق براي کربن آمرف حدود 450 ˙C می باشد . [5]
پس از خالص سازي نانولوله هاي کربنی ˛و نشاندن نانولوله ها برروي آن مد نظر است که بدین منظور ابتدا از پلاستیک ABS بعنوان بستر خام استفاده می شود بطوریکه با استفاده از مراحل چربی گیري ، اماده سازي اولیه ،اچ کردن ،خنثی سازي و فعال سازي سطح با استفاده از روش الکترولس لایه نقره را برروي پلاستیک قرار میدهیم و سپس با استفاده از از الکترولیز سطح لایه را رشد می دهیم در این حالت الکترودها ئی با ابعاد 2x1 سانتیمتر براي نشاندن نانولوله ها آماده است . شکل ٢ از سطح لایه نقره تصویر SEM را نشان می دهد.براي نشاندن نانولوله ها برروي سطح با استفاده از حمام آلتروسونیک نانولوله ها را در متانول پراکنده کرده و سپس با استفاده از سرنگ آن را برروي سطح نقره اي پخش می کنیم و نهایتا االکترود را خشک می نمائیم .وجود تخلخل در مقیاس نانو متریک باعث تسهیل در اتصالات نا نو لوته ها به نقره شده و نهایتا به بهبود انتقال بار و افزایش کار آرائی می انجامد . [6]
اندازه گیري الکترو شیمیائی
براي اندازه گیري میزان جذب لیتیم از یک سلول سه الکترودي استفاده می کنیم بطوریکه پس از آماده سازيالکترودها محلول الکترولیت یک مولار را با استفاده از مقادیر 2/1278 گرم پورد لیتیم پرکلرات وده گرم اتیلن کربنات و ده سی سی دي متیل کربنات ایجاد می کنیم. در سلول از سه الکترود کار ، کمکی و مرجع استفاده می شود چنانچه الکترود کار نقش آند را و الکترود مرجع از جنس پلاتین به حالت نقطه اي والکترود کمکی به صورت پلاتین 1x1 استفاده می شود - شکل. - 2 پس از تهیه محلول و قرار دادن الکترودها در آن با استفاده از روشهاي الکتروشیمیایی براي تعیین میزان جذب لیتیم استفاده می کنیم .در این مرحله به دلیل سینتیکی بودن باتري مورد استفاده از پتانسیل منفی براي احیا لیتیم درون الکترولیت استفاده می کنیم .
نتا یج
نمودار 1 که نمودار - cv جریان- ولتاژ - را با استفاده از الکترود کار تهیه شده با پوشش نانولوله هاي کربنی رانشان می دهد. این نمودار حاصل از رفت و برگشت جریان در الکترود کار است که در محلول الکترولیت همراه با لیتیم قرار گرفته است و داده ها در گستره 1تا -4 و از -4 تا 1 ولت براي چرخه جمع آوري شده است. هما نطور که در نمودار دیده می شود در شاخه شارژ ˛ قله واضحی در حوالی -3/4v که بیانگر احیا لیتیم ودرج آن در الکترود کار می باشد وجود دارد .[2]
نمودار 2 - نمودار - cpc که بیانگر تغییرات جریان بر حسب زمان است حاصل از قرار گرفتن الکترود با پوشش نا نو لوله در درون محلول الکترولیت همراه با لیتیم است که به منظور اندازه گیري میزان درچ وجانشانی لیتیم در روي الکترود کار انجام شده است. میزان بار بدست آمده دراین نمودار به میزان Q= 987205میکرو کولن - ا ست که در مقایسه با تکرار هما ن آزما یش با الکترود بدون پوشش از نانولوله ها می باشد.Q= 209601 μC ˛ دیده می شود که در حالت حضور نانو لوله ها میزان بار جذب شده تقریبا 5 برابر بیشتر شده که این امر بیانگر نقش قابل توجه نانولوله هاي کربنی در جذب لیتیم می باشد.
نتیجه گیري
با توجه به نمودارهاي بدست آمده در چرخه رفت و برگشت حاصل از جانشانی لیتیم در نانولوله ها - نمودار - 1 و نمودارهاي بدون حضور و با حضور نانولوله ها - نمودار - 2 تفاوت در میزان جریان حدي و میزان بازگشت پذیري در دو نمودار قابل مشاهده است.همچنین میزان بار قرار گرفته برروي الکترود با پوشش نانولوله هاي کربنی
