عنوان پایان‌نامه
تهی غشای کامپوزی سلولزی برای باتری Zn-AgO
- رشته تحصیلی
- شیمی-شیمی پلیمر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5070;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58440
- تاریخ دفاع
- ۲۹ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- مصطفی جباری
- استاد راهنما
- حسین مهدوی
- چکیده
- باتری روی اکسید نقره (Zn AgO) بیشترین مقدار انرژی بر واحد جرم (انرژی/جرم) را در میان دیگر باتری‌های قلیایی ثانویه دارد؛ به‌همین دلیل جایگاه خاصی در صنایع نظـامی به‌خود اختصاص داده است. این باتری بهترین گزینه برای کاربردهایی نظیر زیردریایی‌هـا، موشک‌ها و اژدرها، صنایع خـاص نظـامی، مخابراتی و الکترونیکی به‌شمار می‌آید که بیشترین چگالی انرژی را به‌همراه توان ویژه‌ی بالا نیاز دارند؛ به‌طوری‌که می‌تواند در حالت C6 یا C7 (شش یا هفت برابر ظرفیت) کار کند. کارایی و طول‌عمر این باتری به‌عوامل مختلفی از جمله کیفیت غشای جداساز آن وابسته است. در این تحقیق، غشای سلولزی اصلاح‌شده برای این باتری تهیه و شرایط خاص آن بهینه‌سازی گردیده است. بدین‌منظور نانوکامپوزیت سلولز/نانولوله‌های کربنی کربوکسیله (cellulose/carboxylated carbon nanotube nanocomposite) برای نخستین بار ساخته و به‌عنوان غشای جداساز باتری به‌کار گرفته شد. غشاء پس از تهیه سه مرحله تقویت گردید: ابتدا به‌منظور افزایش مقاومت در برابر اکسایش، نانوذرات نقره بر روی آن بارگذاری شد تا نانوکامپوزیت سلولز/نقره حاصل شود؛ سپس برای اصلاح ریزحفرات ایجاد شده حین تشکیل غشاء و همچنین به‌منظور تقویت مکانیکی بیشتر، تابکاری در محیطهای مختلف انجام گرفت. در نهایت غشاء به کامپوزیت تمام‌سلولزی (All Cellulose Composite) تبدیل شد. آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE SEM)، پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، خراش (scratch)، دندانه‌زنی (indentation)، طیف‌سنجی فرابنفش مرئی (UV Vis) و فروسرخ (FT IR)، گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC)، آزمون گرماوزن‌سنجی (TGA)، زاویه‌ی تماس (contact angle) و آزمون مقاومت کششی (tensile) برای بررسی و مطالعه‌ی هر یک از مراحل به‌کار رفت. از ویژگی‌های برجسته‌ی غشای حاصل می‌توان به افزایش 129 درصدی مدول الاستیک و 61/5 درصدی سختی و همچنین کاهش مساحت خراش از 1/727 به 1/111 میلیون نانومتر مربع که نشان دهنده‌ی خراشیدگی و تخریب کمتر سطح در مقابل حملات فیزیکی است، اشاره کرد. آزمون عملکرد باتری نتایجی بسیار رضایت‌بخش (افزایش کارایی تا %200) را نشان داد.
- Abstract
- Zinc–Silver Oxide (Zn–AgO) battery which has the highest energy content per mass unit among other secondary alkaline batteries is still the preferred choice where high specific energy/energy density, coupled with high specific power/power density are important for high-rate, weight or size/configuration sensitive applications. The battery has attracted a variety of applications due to their high specific energy, proven reliability and safety, the highest power output per unit weight and volume of all commercially available batteries. Therefore, Zn–AgO battery is the best choice for submarines, missiles, torpedoes, telecommunications and electronics industries which require the highest energy density with high specific power; as it can work at 6C or 7C (six or seven times the capacity). Performance and lifetime of the battery depend on several factors, including the quality of the membrane separator. In this research, a modified composite cellulosic membrane for this battery was prepared and the certain conditions were optimized. For this purpose, a novel cellulose/carboxylated–carbon nanotube nanocomposite prepared for the first time and used as separator membrane in the battery. The membrane was reinforced in three steps after preparation: First, silver nanoparticles were loaded on the membrane in order to increase resistance to oxidation; then annealing were conducted in different conditions for correcting of micro-voids generated during membrane formation as well as obtaining greater mechanical strength. Finally, the membrane converted to an all-cellulose composite (ACC) membrane. The structure, morphology, tribology and mechanical properties of the membranes were characterized by field emission scanning electron microscopy (FE–SEM), X–ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), scratch, indentation, ultraviolet–visible (UV–Vis) and fourier transform infrared (FT–IR) spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), thermal gravimetric analysis (TGA), contact angle and mechanical analyses (tensile strength). Battery performance tests showed very satisfactory results (the performance increased up to 200%).
