عنوان پایان‌نامه
بررسی اثر افزودنی بر پایه نایوییم بر ر فتار الکترودی نانو بلورهای ترکیب بین فلزی نیکل -تیتاتیم تهیه شده توسط آلیاژسازی مکانیکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1105;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 63597
- تاریخ دفاع
- ۳۱ خرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- روزبه عباسی
- استاد راهنما
- سیدفرشید کاشانی بزرگ
- چکیده
- در پژوهش حاضر، تولید ترکیب بین‌فلزی نانوساختار برپایه TiNi همراه با افزودنی نایوبیوم با هدف بهبود خواص الکتروشیمیایی و سینتیکی این ترکیبات، به روش آلیاژسازی مکانیکی تحت اتمسفر گاز خنثی میسر شد. آلیاژهای با ترکیب شیمیایی (2/0، 1/0، 05/0، 0 x=) Ti1-xNiNbx و (2/0، 1/0، 05/0 y=) TiNi1-yNby با استفاده از این روش تولید و به کمک روش های مختلف مشخصه یابی مطالعه شدند. تغییرات ایجاد شده در ساختار بلوری محصولات پودری ترکیبات مختلف در حین آسیاکاری به وسیله‌ی پراش سنجی پرتو ایکس دنبال شد. نتایج پراش سنجی پرتو ایکس نشان داد که در آسیاکاری پرانرژی، در تمامی ترکیبات محلول جامد Ni(Ti) در ساعات اولیه آسیاکاری تشکیل شده و پس از 5 ساعت آسیاکاری تشکیل ترکیب بین‌فلزی نانوساختار TiNi شروع می‌شود، اما عنصر نایوبیم به صورت نامحلول در ترکیب باقی می‌ماند. ادامه¬ی آسیاکاری تا 20 ساعت منجر به تشکیل درصد بالایی از فاز آمورف در ترکیب نهایی شد به طوری که محصولات نهایی شامل فاز آمورف به عنوان فاز غالب و ترکیب بین‌فلزی و نایوبیم نانوساختار به صورت آزاد هستند. مطالعه مورفولوژی محصولات آسیاکاری شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی نشان داد که ترکیب دارای افزودنی نایوبیم 1/0 =x در مقایسه با ترکیب بدون افزودنی اندازه ی ذرات نهایی کوچکتری داشت. مطالعات میکروسکوپی الکترونی عبوری پخش شدن نانوبلورهای ترکیب بین‌فلزی برپایه TiNi را در زمینه آمورف تایید کرد. بررسی‌های ترمودینامیکی سامانه‌های دوتایی و سه تایی نیکل-تیتانیم-نایوبیم بر اساس مدل میدما، حضور همزمان دو فاز آمورف و ترکیب بین‌فلزی در محصول نهایی آلیاژسازی مکانیکی به علت اختلاف ناچیز در مقدار انرژی آزاد گیبس تشکیل آن‌ها، را تایید کرد. بررسی های الکتروشیمیایی و سینتیکی ترکیبات آسیاکاری شده به کمک روش های مختلف الکتروشیمیایی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این مطالعات نشان داد که ترکیباتی که در آن‌ها نایوبیم جایگزین نیکل در ترکیب پایه TiNi شده است خواص الکتروشیمیایی و سینتیکی قابل توجهی از خود نشان دادند به طوری که بیشینه ظرفیت دشارژ حدود mAh/g 5/197 برای آلیاژ 1/0 =y بدست آمد. به لحاظ پایداری سیکلی، ظرفیت الکتروشیمیایی و خواص سینتیکی، ترکیب 05/0=y خواص چشمگیری را از خود نشان داد. این مطالعات نشان داد که ترکیبات برپایه TiNiNb می‌توانند گزینه ی مناسبی برای کاربرد در باتری های نیکل-هیدرید فلزی باشند. کلمات کلیدی: TiNi، ترکیب بین‌فلزی، نایوبیم، نانوساختار، آلیاژسازی مکانیکی، محاسبات ترمودینامیکی، مدل میدما، خواص الکترودی.
- Abstract
- The effect of various amount of Nb on the electrode properties of nano-structured TiNi-based hydrogen storage alloys was investigated. Ti1-xNiNbx (x= 0, 0.05, 0.1, 0.2) and TiNi1-yNby (y=0.05, 0.1, 0.2)-based electrodes were synthesized from the milled products using high energy ball milling of elemental powder mixtures under inert gas atmosphere. The milled products were characterized using various techniques. X-ray diffraction analysis revealed that the Ni(Ti) solid solution is formed during the first hours of high energy milling and after 5 h the formation of nano-structured TiNi-based intermetallic compound begins, yet Nb remains insoluble. Prolonged milling resulted in the formation of substantial amount of the amorphous phase. Field emission scanning electron microscopy showed that the particle size of the Nb-substituted TiNi alloy (x= 0.1) compound is smaller than that of the milled TiNi. Transmission electron microscopy investigations showed that the nano-crystalline intermetallic compound is homogenously dispersed in the amorphous phase matrix after 20 h of high energy milling. The thermodynamic calculations based on Miedema Model in the Ni-Ti, Ni-Nb, Nb-Ti binary systems and Ni-Ti-Nb ternary system confirmed the presence of both the nano-crystalline intermetallic and the amorphous phase in the final milled product due to the slight difference in their values of Gibbs free energy of formation. The electrochemical hydriding and kinetic properties of the as-milled alloys were studied using various electrochemical measurements. It was found that the substitution of Nb for Ni in the TiNi-based alloys is beneficial not only to the discharge capacity but also to the cycle stability and kinetic properties of these electrodes. The maximum discharge capacity of ~197.5 mAh/g at 3rd cycle was obtained for the y= 0.05 electrode. The y= 0.05 compound displayed the highest electrochemical hydriding properties in terms of cycle stability and various electrochemical and kinetic parameters. These studies indicates that the ternary TiNiNb hydrogen storage alloys could be a promising candidate for use in the commercial Ni-MH batteries. Keywords: TiNi, Intermetallic compound, Nb, Nano-structured, Mechanical alloying, Thermodynamic calculations, Miedema model, Electrode properties.
