بررسی و مقایسۀ سازوکار نفوذ یون سدیم 〖Na〗^+ و لیتیوم 〖Li〗^+ در ساختار کریستالی NaSICON‌ها

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک دانشگاه امیرکبیر، تهران

2 دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک دانشگاه امیرکبیر، تهران

doi
10.47176/ijpr.23.2.51681
چکیده

طراحی و شناسایی الکترولیت‌های جامد می‌تواند منجر به پیدا کردن باتری‌های حالت جامد ایمن‌تر و کارامد‌تر در محدوۀ دمایی گسترده‌تر برای سلول‌های سوختی شود. برای پیدا کردن الکترولیت‌های جامد بیش از 200،000 ساختاری بلوری پایگاه داده‌ای ICSD (Inorganic Crystal Structure Data base) وجود دارد و در میان آنها بیش از 44000 ساختار تجربی در جستجوی راه حل‌هایی برای پیشرفت در ذخیره‌سازی انرژی در نظر گرفته شده است. بنابراین پیش از ساخت الکترولیت‌های جامد، نیاز به روش‌های محاسباتی جدیدی داریم تا بتوانیم به کمک آن، با سرعت و دقت بیشتری نسبت به گذشته، ساختار مناسب از میان همۀ این ساختار‌های موجود را انتخاب کنیم. جامدات رسانای ابر یونی یکی از اجزای اصلی در ذخیره‌سازی و تبدیل انرژی هستند و توسعۀ این هادی‌های جدید، بدون درک جامع سازوکارهای مهاجرت یون در این ساختارها، غیرممکن است. NaSICON  یک الکترولیت جامد مبتنی بر اکسید با یک چارچوب سه بعدی است.    (NZP) و   (LZP) رومبوهدرال دو نمونۀ اولیۀ همه مواد از نوع NaSICON‌ها هستند. در این پژوهش، ما با رویکرد محاسباتی جدیدی، نشان دادیم که با تغییر یون سدیم با لیتیوم در ساختار NaSICON‌ها، چه میزان انرژی فعالسازی، که نقش تعیین کننده‌ای در طراحی و تولید باتری‌های تمام حالت جامد دارد، تغییر می‌کند و به این پرسش که آیا با این تغییر، مسیر حرکت یون‌های سدیم و لیتیوم در داخل ساختار کریستالی، ثابت می‌مانند یا خیر، پاسخ دادیم.طراحی و شناسایی الکترولیت‌های جامد می‌تواند منجر به پیدا کردن باتری‌های حالت جامد ایمن‌تر و کارامد‌تر در محدوۀ دمایی گسترده‌تر برای سلول‌های سوختی شود. برای پیدا کردن الکترولیت‌های جامد بیش از 200،000 ساختاری بلوری پایگاه داده‌ای ICSD (Inorganic Crystal Structure Data base) وجود دارد و در میان آنها بیش از 44000 ساختار تجربی در جستجوی راه حل‌هایی برای پیشرفت در ذخیره‌سازی انرژی در نظر گرفته شده است. بنابراین پیش از ساخت الکترولیت‌های جامد، نیاز به روش‌های محاسباتی جدیدی داریم تا بتوانیم به کمک آن، با سرعت و دقت بیشتری نسبت به گذشته، ساختار مناسب از میان همۀ این ساختار‌های موجود را انتخاب کنیم. جامدات رسانای ابر یونی یکی از اجزای اصلی در ذخیره‌سازی و تبدیل انرژی هستند و توسعۀ این هادی‌های جدید، بدون درک جامع سازوکارهای مهاجرت یون در این ساختارها، غیرممکن است. NaSICON  یک الکترولیت جامد مبتنی بر اکسید با یک چارچوب سه بعدی است.    (NZP) و   (LZP) رومبوهدرال دو نمونۀ اولیۀ همه مواد از نوع NaSICON‌ها هستند. در این پژوهش، ما با رویکرد محاسباتی جدیدی، نشان دادیم که با تغییر یون سدیم با لیتیوم در ساختار NaSICON‌ها، چه میزان انرژی فعالسازی، که نقش تعیین کننده‌ای در طراحی و تولید باتری‌های تمام حالت جامد دارد، تغییر می‌کند و به این پرسش که آیا با این تغییر، مسیر حرکت یون‌های سدیم و لیتیوم در داخل ساختار کریستالی، ثابت می‌مانند یا خیر، پاسخ دادیم.