Ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών Li-Mn για ενεργειακές εφαρμογές
Οι ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων χρόνων και η ανάπτυξη ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών προϊόντων όπως κινητά, tablet, κάμερες κλπ., έχουν οδηγήσει στην αυξανόμενη ανάγκη για αυτονομία στην ενέργεια. Οι μπαταρίες ιόντων Li έχουν κυριαρχήσει ως διατάξεις αποθήκευσης και παροχής ενέργειας,...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2016
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/9197 |
| id |
nemertes-10889-9197 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Μπαταρίες ιόντων λιθίου Ενεργειακές εφαρμογές Σπινελικές νανοδομές Lithium-ion batteries Spinel nanostructures LiMn2O4 621.312 42 |
| spellingShingle |
Μπαταρίες ιόντων λιθίου Ενεργειακές εφαρμογές Σπινελικές νανοδομές Lithium-ion batteries Spinel nanostructures LiMn2O4 621.312 42 Αγγελοπούλου, Πηνελόπη Ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών Li-Mn για ενεργειακές εφαρμογές |
| description |
Οι ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων χρόνων και η ανάπτυξη ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών προϊόντων όπως κινητά, tablet, κάμερες κλπ., έχουν οδηγήσει στην αυξανόμενη ανάγκη για αυτονομία στην ενέργεια. Οι μπαταρίες ιόντων Li έχουν κυριαρχήσει ως διατάξεις αποθήκευσης και παροχής ενέργειας, αφού χαρακτηρίζονται από υψηλή πυκνότητα ενέργειας, χαμηλό ειδικό βάρος και μεγάλο χρόνο ζωής. Το ενδιαφέρον εστιάζεται στην εύρεση νέων καθοδικών υλικών σε αυτές τις μπαταρίες, που θα εξασφαλίζουν μεγάλες τιμές ειδικής χωρητικότητας σε συνδυασμό με την απλή παρασκευή, τη μεγάλη διάρκεια ζωής, την ασφάλεια και το χαμηλό κόστος. Η σπινελική νανοδομή LiMn2O4 έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον ως θετικό ηλεκτρόδιο στις μπαταρίες ιόντων Li, αφού ανταποκρίνεται σε αρκετές από τις παραπάνω απαιτήσεις.
Σε αυτή τη μεταπτυχιακή εργασία, γίνεται μελέτη των φυσικοχημικών και ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων των σπινελικών νανοδομών LiMn2O4 (καθαρών ή και ενισχυμένων με διάφορα μέταλλα όπως Cu και Al) που παρασκευάστηκαν μέσω της μεθόδου καύσης. Η καύση είναι μία απλή και αποτελεσματική μέθοδος για την παρασκευή μεγάλων ποσοτήτων νανοδομημένων υλικών. Ο βέλτιστος συνδυασμός με βάση τον οποίο παρασκευάστηκαν τα δείγματα είναι: 30% περίσσεια Li, στοιχειομετρική ουρία και θερμοκρασία πύρωσης 600οC. Tα υλικά χαρακτηρίστηκαν με περίθλαση ακτίνων-Χ (ΧRD), ρόφηση/εκρόφηση N2 και ηλεκτρονιακή μικροσκοπία (SEM, TEM), ενώ οι ηλεκτροχημικές μετρήσεις (πειράματα σταθερότητας σε διάφορους ρυθμούς φόρτισης/αποφόρτισης και φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής εμπέδησης (EIS)), πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας εργαστηριακή μοναδιαία κυψελίδα μπαταρίας. Στα πειράματα σταθερότητας, η νανοδομή LiAl0.1Mn1.9O4 εμφάνισε την καλύτερη ηλεκτροχημική συμπεριφορά σε σχέση με τα υπόλοιπα δείγματα, υποδεικνύοντας ότι η είσοδος μιας μικρής ποσότητας ιόντων Al στη σπινελική δομή μπορεί να δώσει υποσχόμενα αποτελέσματα και σε πιο γρήγορους ρυθμούς φόρτισης/αποφόρτισης. Τέλος, ο χαρακτηρισμός όλων των δειγμάτων μετά από ηλεκτροχημικές μετρήσεις, έδειξε ότι η σπινελική δομή παραμένει σταθερή ακόμα και μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης/αποφόρτισης. |
| author2 |
Αυγουρόπουλος, Γεώργιος |
| author_facet |
Αυγουρόπουλος, Γεώργιος Αγγελοπούλου, Πηνελόπη |
| format |
Thesis |
| author |
Αγγελοπούλου, Πηνελόπη |
| author_sort |
Αγγελοπούλου, Πηνελόπη |
| title |
Ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών Li-Mn για ενεργειακές εφαρμογές |
| title_short |
Ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών Li-Mn για ενεργειακές εφαρμογές |
| title_full |
Ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών Li-Mn για ενεργειακές εφαρμογές |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών Li-Mn για ενεργειακές εφαρμογές |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών Li-Mn για ενεργειακές εφαρμογές |
| title_sort |
ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών li-mn για ενεργειακές εφαρμογές |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/9197 |
| work_keys_str_mv |
AT angelopouloupēnelopē anaptyxēspinelikōnnanodomōnlimngiaenergeiakesepharmoges |
| _version_ |
1771297173883846657 |
| spelling |
nemertes-10889-91972022-09-05T06:57:55Z Ανάπτυξη σπινελικών νανοδομών Li-Mn για ενεργειακές εφαρμογές Αγγελοπούλου, Πηνελόπη Αυγουρόπουλος, Γεώργιος Αυγουρόπουλος, Γεώργιος Νεοφυτίδης, Στυλιανός Μπουρόπουλος, Νικόλαος Αggelopoulou, Pinelopi Μπαταρίες ιόντων λιθίου Ενεργειακές εφαρμογές Σπινελικές νανοδομές Lithium-ion batteries Spinel nanostructures LiMn2O4 621.312 42 Οι ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις των τελευταίων χρόνων και η ανάπτυξη ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών προϊόντων όπως κινητά, tablet, κάμερες κλπ., έχουν οδηγήσει στην αυξανόμενη ανάγκη για αυτονομία στην ενέργεια. Οι μπαταρίες ιόντων Li έχουν κυριαρχήσει ως διατάξεις αποθήκευσης και παροχής ενέργειας, αφού χαρακτηρίζονται από υψηλή πυκνότητα ενέργειας, χαμηλό ειδικό βάρος και μεγάλο χρόνο ζωής. Το ενδιαφέρον εστιάζεται στην εύρεση νέων καθοδικών υλικών σε αυτές τις μπαταρίες, που θα εξασφαλίζουν μεγάλες τιμές ειδικής χωρητικότητας σε συνδυασμό με την απλή παρασκευή, τη μεγάλη διάρκεια ζωής, την ασφάλεια και το χαμηλό κόστος. Η σπινελική νανοδομή LiMn2O4 έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον ως θετικό ηλεκτρόδιο στις μπαταρίες ιόντων Li, αφού ανταποκρίνεται σε αρκετές από τις παραπάνω απαιτήσεις. Σε αυτή τη μεταπτυχιακή εργασία, γίνεται μελέτη των φυσικοχημικών και ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων των σπινελικών νανοδομών LiMn2O4 (καθαρών ή και ενισχυμένων με διάφορα μέταλλα όπως Cu και Al) που παρασκευάστηκαν μέσω της μεθόδου καύσης. Η καύση είναι μία απλή και αποτελεσματική μέθοδος για την παρασκευή μεγάλων ποσοτήτων νανοδομημένων υλικών. Ο βέλτιστος συνδυασμός με βάση τον οποίο παρασκευάστηκαν τα δείγματα είναι: 30% περίσσεια Li, στοιχειομετρική ουρία και θερμοκρασία πύρωσης 600οC. Tα υλικά χαρακτηρίστηκαν με περίθλαση ακτίνων-Χ (ΧRD), ρόφηση/εκρόφηση N2 και ηλεκτρονιακή μικροσκοπία (SEM, TEM), ενώ οι ηλεκτροχημικές μετρήσεις (πειράματα σταθερότητας σε διάφορους ρυθμούς φόρτισης/αποφόρτισης και φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής εμπέδησης (EIS)), πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας εργαστηριακή μοναδιαία κυψελίδα μπαταρίας. Στα πειράματα σταθερότητας, η νανοδομή LiAl0.1Mn1.9O4 εμφάνισε την καλύτερη ηλεκτροχημική συμπεριφορά σε σχέση με τα υπόλοιπα δείγματα, υποδεικνύοντας ότι η είσοδος μιας μικρής ποσότητας ιόντων Al στη σπινελική δομή μπορεί να δώσει υποσχόμενα αποτελέσματα και σε πιο γρήγορους ρυθμούς φόρτισης/αποφόρτισης. Τέλος, ο χαρακτηρισμός όλων των δειγμάτων μετά από ηλεκτροχημικές μετρήσεις, έδειξε ότι η σπινελική δομή παραμένει σταθερή ακόμα και μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης/αποφόρτισης. The rapid technological advances of recent years and the development of portable energy devices such as cellular phones, tablets, cameras etc., lead to an increasing need for power autonomy. Lithium-ion batteries have received much attention as energy storage medium and power source, due to their high energy density, low specific weight and long lifetime. Battery industry focuses on finding new cathode materials with high specific capacity, simple preparation, long lifetime, safety and low-cost as well. Spinel-type LiMn2O4 nanostructure has become an attractive candidate as positive electrode in lithium-ion batteries, since it meets many of those requirements. In the present master thesis, the physicochemical and electrochemical properties of LiMn2O4 spinel nanostructures (undoped and doped with copper and aluminum ions) prepared via the combustion method are investigated. Combustion synthesis is a very simple and effective method for the production of large quantities of nanostructured materials. The samples were synthesized under the optimal conditions of 30% Li excess, stoichiometric urea and calcination temperature of 600oC. The materials were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), N2 adsorption/desorption, electron microscopy (SEM, TEM), while electrochemical measurements (rate capability experiments and electrochemical impedance spectroscopy (EIS)) were performed at ambient temperature using a unit battery cell. Analysis of the rate capability experiments suggested that the LiAl0.1Mn1.9O4 nanostructure exhibits the best electrochemical performance, indicating that the incorporation of a small amount of aluminum ions into the spinel structure can give promising results even at high charge/discharge rates. The electrochemical results of the long-term, showed that the spinel structure is very stable even after many charge/discharge cycles. 2016-03-03T08:42:22Z 2016-03-03T08:42:22Z 2015-10-30 Thesis http://hdl.handle.net/10889/9197 gr 0 application/pdf |
