فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

چکیدهسابقه و هدف: باتری‌های قابل شارژ روی-هوا به‌دلیل چگالی انرژی نسبتا بالا، سازگاری با محیط زیست، ایمنی منتج از الکترولیت‌های غیرقابل اشتعال و مقرون به صرفه بودن، به‌عنوان سیستم‌های ذخیره انرژی جایگزین امیدوارکننده‌ای برای باتری‌های لیتیوم-یون امروزی در تامین انرژی به شمار می‌روند. اما، چگالی انرژی عملیاتی شده نسبت به مقدار تئوری در باتری‌های روی-هوا همچنان بسیار پایین‌ است و سینیتیک ضعیف الکتروشیمیایی در واکنش‌های مربوط به کاتد هوا یکی از مهمترین موارد دخیل در این امر می‌باشد. هدف این پژوهش، ارزیابی کارایی الکترودهای کربنی مونولیتیک مشتق شده از چوب درخت نوئل به‌عنوان کاتد هوا در باتری روی-هوا می‌باشد.مواد و روش‌ها: در این پژوهش، از برون چوب هواخشک شده‌ی درخت نوئل به‌عنوان ماده پیش‌ساز الکترودهای کربنی استفاده شد. نخست مقطوعات چوب اولیه، به بلوک‌های عرضی، شعاعی و مماسی با ابعاد 3 *50 * 50 میلی‌متر بریده و با روش پیرولیز آرام در محیطی عاری از اکسیژن، با اعمال برنامه‌های دمایی معین به الکترودهای کربنی یکپارچه تبدیل شدند. تمامی مقطوعات پیرولیز شده با فرایند سمباده زنی به ضخامت حدود 1 میلیمتر تبدیل شدند. در ادامه، اثر دمای بیشینه فرایند پیرولیز (800 و 1000 درجه سانتی گراد) و نوع برش مقطوعات چوبی اولیه بر ویژگی‌های ریخت‌شناسی و فیزیکی-شیمیایی الکترودهای کربنی تولید شده و کارایی الکتروشیمیایی آنها در باتری‌های روی هوا مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج به‌دست آمده تأثیر قابل ملاحظه‌ی دمای بیشینه فرایند پیرولیز و نوع برش مقطوعات چوبی اولیه متناسب با راستای الیاف را بر کارایی الکتروشیمیایی الکترودهای کربنی ساخته شده به‌عنوان کاتد هوا نشان داد. با افزایش دمای بیشینه پیرولیز از 800 به 1000 درجه سانتی‌گراد، عملکرد الکتروشیمیایی الکترودهای کربنی تهیه شده بهبود یافت. همچنین، الکترودهای کربنی مونولیتیک مشتق شده از چوب نوئل با سطح مقطع بزرگ عرضی، ویژگی‌های الکتروشیمیایی برتری را نسبت به همتایان خود (نمونه‌های واجد سطح مقطع‌های بزرگ مماسی و شعاعی) نشان دادند. به طور کلی، باتری‌های مونتاژ شده با الکترود کاتد کربنی واجد سطح مقطع بزرگ عرضی و دمای پیرولیز 1000 درجه سانتی گراد، به‌طور معناداری عملکرد الکتروشیمیایی مطلوب‌تری را در آزمون‌های طیف‌سنجی امپدانس و ولتامتری خطی-جارویی در نشان دادند.نتیجه‌گیری: به‌طور خلاصه بهبود عملکرد الکتروشیمیایی الکترودهای کاتد هوای ساخته شده با افزایش دمای بیشینه‌ی پیرولیز، به توسعه تخلخل ساختاری و سطح ویژه الکترودهای تهیه شده نسبت داده شد. همچنین، در نمونه الکترودهای کربنی مشتق شده از چوب نوئل، با توجه به نقش کلیدی تراکئید‌ها در سوزنی برگان در انتقال جریان مواد در راستای طولی چوب و نیز ضخامت کمتر الکترودهای مونولیتیک کربنی تولید شده نسبت به طول تراکئیدها، به‌نظر می‌رسد انتقال جریان الکترولیت و الکترون‌ در نمونه الکترودهای واجد سطح بزرگ عرضی به صورت مؤثرتری نسبت به دو نوع دیگر انجام شده و لذا کارائی الکتروشیمیایی پیل بهبود یافت.