مطالعه و بررسی‌ محاسباتی بر روی حلال¬های یوتکتیک عمیق(DESs) در باتری¬های زینک یون

Abstract

باتری‌های روی- یون دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی بسیار امیدوارکننده‌ای بوده که به دلیل ظرفیت ویژه بالا، ایمنی مناسب و مزایای اقتصادی شناخته شده‌اند. الکترولیت به عنوان رابط میان کاتد و آند عمل کرده و یک محیط عملیاتی مناسب ایجاد می‌کند. با این وجود، استفاده از الکترولیت‌های آبی مشکلات متعددی را برای کاتد (مانند انحلال مواد کاتدی، برهمکنش الکترواستاتیکی و تشکیل محصولات جانبی) و آند (از جمله تشکیل دندریت روی و واکنش‌های جانبی) ایجاد می‌کند. استفاده از افزودنی¬ها، به عنوان یک روش پیشرفته و قابل‌توجه، به‌ منظور حل چالش‌های الکترولیت مورد توجه قرار گرفته‌اند. حلال¬های یوتکتیک عمیق به عنوان افزودنی¬های مناسب شناخته شده و به دنبال آن محاسبه ویژگی¬های شیمیایی آن¬ها با استفاده از تئوری تابعی چگالی (DFT) انجام شد. نرم‌افزار گوسین برای محاسبه تأثیر افزودنی‌های آلی بر بهینه‌سازی محیط و هماهنگی با Zn+2 استفاده می‌شود. با استفاده از این نرم‌افزار، مواد شیمیایی انتخاب‌شده مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته‌اند. بر اساس یافته‌های این مطالعه، پیش‌بینی می‌شود که الکترولیت‌های آبی حلال یوتکتیک عمیق به دلیل ویژگی‌های بسیار سودمند خود، از جمله فشار بخار کم، سمیت پایین، پایداری در فاز مایع در دماهای پایین و مقرون به صرفه بودن به طور ویژه به عنوان الکترولیت‌های مناسب برای باتری‌های روی- یون عمل ‌کنند. بنابراین، مطالعه و طراحی الکترولیت¬های حلال یوتکتیک عمیق بهینه برای باتری‌های روی- یون مناسب است. ابتدا دسته مورد نظر از حلال یوتکتیک عمیق انتخاب شده و سپس به منظور پیش‌بینی عملکرد افزودنی¬ها، سطوح انرژی این ترکیبات با استفاده از روش‌های تئوری تابع چگالی در بسته Gaussian09 با توابع پایه B3LYP/6-311++G(d,p) تعیین می‌شود. این محاسبات نشان می‌دهد تمام حلال¬ها سطح انرژی کمتری نسبت به آب داشته و DES3 نسبت به سایر حلال‌ها مناسب‌تر می‌باشد. هدف اصلی این بررسی، کمک به درک انتقال یونی پایدار و تقویت‌کننده در رابط گرافیت/الکترولیت بوده که به کمک انتخاب افزودنی بهینه انجام می¬گیرد. به کمک محاسبات می¬توان بهترین ترکیب را انتخاب کرده و در بخش تجربی مورد استفاده قرار داد که در کاهش هزینه و زمان بسیار موثر است.