عنوان پایان‌نامه
بررسی و رشد نانو لوله های کربنی بر روی فویل مسی و کاربرد آن در باتری های یون لیتیومی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2684;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68782
- تاریخ دفاع
- ۲۶ خرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- سجاد سپه وند
- استاد راهنما
- زینب سنائی
- چکیده
- در این پایان نامه به بررسی و رشد نانولوله های کربنی بر روی بستر مس و کاربرد آنها در باتریهای لیتیم-یون پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا به بررسی شرایط رشد نانولوله های کربنی بر روی بستر مس به روش PECVD پرداخته شده است. به این منظور از کروم به عنوان لایه واسطه و نیکل به عنوان لایه کاتالیست بر روی بستر مس استفاده شده است. در نهایت آرایه‌های منظم و متراکمی از نانولوله های کربنی به طول 300nm و قطر 30nm بر روی بستر مس رشد داده شده است. نتایج حاصل از تست باتری برای این نانولوله های کربنی ظرفیت 0.002mAh/cm2 و بازدهی کلمبی 63 درصد را نشان میدهد. ارائه مدل مناسب برای باتری‌ها می تواند در کاربردهای بسیاری مثلا سیستم تغذیه اتومبیل های هیبریدی مثمرثمر باشد. یکی از مدل‌های معروف باتری، مدل PNGV است. با استفاده از این مدل یک باتری Ni-MH مدل AAA شرکت Energizer مدلسازی شد و پارامترهای مدار معادل باتری به دست آمد. نتایج حاصل از این مدلسازی تطابق بسیار خوبی با نتایج حاصل از اندازه گیری دارد. اکسید مس یکی از موادی است که می تواند در آند باتریهای لیتیم-یون به کار رود، نانوساختارهای اکسید مس را می‌توان به روش حرارتی و یا با استفاده از تبدیل ساختارهای هیدروکسید مس با دما دادن به آنها به دست آورد. در رشد نانومیله‌های اکسید مس به روش حرارتی، موفق به رشد نانومیله هایی به طول 5µm و قطر 100nm شده‌ایم. نتایج تست باتری این نانومیله ها، ظرفیت 350mAh/g و بازدهی 90 درصد را نتیجه داده است، که اعداد قابل توجهی هستند. برای تولید نانوساختارهای هیدروکسید مس از محلول آمونیوم پرسولفات/ سدیم هیدروکسید/آب و محلول آمونیوم هیدروکسید استفاده شده است. با استفاده از این محلول‌ها ساختارهای متنوعی روی بستر مس رشد داده شده است. کاربرد ابرخازنی برخی از این ساختارها مورد بررسی قرارگرفته است، که نتایج حاصله بیشینه ظرفیت 42mF/cm2 و 230F/g را نشان میدهد. واژه‌های کلیدی: باتریهای لیتیم-یون، نانولوله های کربنی، ابرخازن، اکسیدمس
- Abstract
- In this thesis, growth and applications of carbon nanotubes (CNTs) on copper substrates are investigated. First, we studied the growth conditions under which CNTs on copper substrates can be grown by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) method. We demonstrated the usefulness of Chromium and Nickel as the barrier layer and catalyst layers, respectively. By this method, regular and dense CNT arrays with 300nm length and 30nm diameter could be grown on a commercial Copper foil. These arrays were demonstrated to give the capacity of 0.002mAh/cm2 and columbic efficiency of 63% as a potential anode electrode in Li-ion batteries. A good battery equivalent circuit model can be useful in many applications such as supply systems in hybrid vehicles. A very famous model is PNGV. PNGV equivalent circuit parameters were identified for an AAA Ni-MH battery of Energizer Company. Results of this model were remarkably similar to the results obtained from testing the battery experimentally. Copper oxide is a valuable material as a Li-ion battery anode. Copper oxide nanostructures can be fabricated using annealing method or by changing copper hydroxide nanostructures heat treatment. We prospered to fabricate copper oxide nanowires with the length of 5 µm and the diameter of 100nm. Testing these nanostructures as Li-ion battery anodes resulted in specific capacity of 350mAh/g and columbic efficiency of 90% which are considerable. A mixture of Ammonium per sulfate, Sodium hydroxide, water and/or an Ammonium hydroxide solution were utilized to fabricate the copper hydroxide nanostructures. Various other copper hydroxide nanostructures could also be fabricated using the mentioned solutions. Applications of some the synthesized nanostructures in supercapacitors were studied. The best obtained results were 42mF/cm2 and 230F/g. Key words: Li-ion batteries, Carbon nanotubes, supercapaciator, copper oxide
