مطالعه تابع چگالی انرژی و سطوح انرژی بر روی افزودنی¬های مایع یونی در باتری¬های لیتیوم یون

Abstract

باتری‌های لیتیوم-یون که دارای چگالی انرژی بالا بوده که به عنوان ذخیره انرژی در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در این زمینه، مایعات یونی به‌عنوان یک دسته جدید از مواد ظاهر شده‌اند و به دلیل کاربردهای بالقوه‌ خود، به عنوان افزودنی‌ها در باتری‌های لیتیوم یون توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. الکترولیت‌های مبتنی بر مایع یونی، باتری‌هایی با خواص ویژه مانند پایداری حرارتی، الکتروشیمیایی نسبتاً مناسب‌تر، عملکرد بازدارنده شعله، خواص انحلال‌پذیری قابل تنظیم، فشار بخار ناچیز، ایمنی خوب، چگالی انرژی/قدرت بالا و پایداری طولانی مدت هستند. به طور کلی، پایداری ترمودینامیکی یک الکترولیت اغلب توسط انرژی‌ سطوح HOMO و LUMO آن تعیین می‌شود. ایجاد لایه بین فاز الکترولیت جامد هنگامی اتفاق می‌افتد که پتانسیل ردوکس الکترودهای به کار رفته در باتری فراتر از پنجره الکتروشیمیایی الکترولیت باشد. در باتری‌ها، پایداری الکترولیت منوط به پیشی‌گرفتن سطوح انرژی از انرژی فرمی آند است. در این بررسی، ابتدا یک طبقه از مایعات یونی انتخاب و سپس به منظور پیش‌بینی عملکرد افزودنی‌ها سطوح انرژی این ترکیبات با استفاده از تکنیک‌های تئوری تابعی چگالی (DFT) در بسته Gaussian09 با توابع پایه B3LYP/6-311++G (d, p) تعیین شد. این محاسبات نشان داد مایع یونی دارای گروه بوتیل، سطح انرژی کمتری نسبت به اتیل داشته و BMI مناسب‌تر از دو مایع یونی دیگر می‌باشد. هدف اصلی در این پژوهش، کمک به درک انتقال یونی پایدار و تقویت‌کننده در رابط گرافیت/الکترولیت به کمک به انتخاب افزودنی بهینه است. به کمک محاسبات میتوان بهترین ترکیب را انتخاب کرد و در بخش تجربی مورد استفاده قرار داد که در کاهش هزینه و زمان بسیار موثر است.