بهينه ‌سازي آرايش و ساخت نانو لوله‌ هاي اكسيد تيتانيم جهت بهبود عملكرد آند باتري هاي يون ليتيومي

Optimization of the arrangement and fabrication of titanium oxide nanotubes to improve the performance of lithium ion batteries anode

در اين مقاله توليد آند هايي از جنس نانو لوله ‌هاي اكسيد تيتانيم عمودي به روش آندايز تحليل و بهينه ‌سازي شده است. پارامتر هاي اختلاف پتانسيل و فاصله بين دو الكترود در فرآيند آندايز مورد بررسي قرار گرفته ‌اند و اثر اين پارامتر ها روي مورفولوژي و ساختار آند بررسي شده است. صفحات آندي ساخته شده، توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميدان، طيف ‌سنج پراش انرژي پرتو ايكس و پراش اشعه مورد بررسي قرار گرفته ‌اند. نتايج به‌ دست ‌آمده گوياي آن است كه با افزايش اختلاف پتانسيل از 20 تا 50 ولت قطر نانو لوله‌ هاي آندايز شده از 50 تا 155 نانومتر افزايش مي يابد ولي پس از رسيدن به ولتاژي معين، ساختار نانو لوله ‌ها از بين رفته و تخلخل هاي نانو/ميكرو ايجاد مي‌شود. با افزايش اختلاف پتانسيل اعمالي از 20 تا 50 ولت ضخامت ديواره نانو لوله هاي آندايز شده به‌ صورت خطي از 20 تا 50 نانومتر افزايش مي‌يابد. همچنين با افزايش مدت زمان اختلاف پتانسيل اعمالي، طول نانو لوله‌ ها افزايش مي‌يابد؛ اما ضخامت و قطر نانو لوله‌ ها ثابت باقي مي‌ماند. با افزايش فاصله بين دو الكترود از 0.5 تا 4.5 سانتي متر، ضخامت ديواره ‌ها از 57 به 13 نانومتر كاهش مي‌يابد. بنابراين با كنترل پارامتر هاي مذكور مي‌توان به حالت بهينه آندايز نانو لوله ‌ها، جهت سرعت نفوذ بيشتر و سريع‌تر يون‌ هاي ليتيوم دست ‌يافت. نتايج اين تحقيق در دست‌يابي به عملكرد بهينه باتري‌ هاي يون ليتيوم مفيد است.

In this paper, the production of anodes of vertical titanium oxide nanotubes is analyzed and optimized by anodizing method. The parameters of the potential difference and the distance between the two electrodes in the anodize process are investigated and the effect of these parameters on morphology and anode structure has been investigated. The produced anodic plates, have been investigated by field-scattering electron microscope, X-ray diffraction spectrometer and radiation diffraction. The results indicate that by increasing the applied voltage from 20 to 50 Volt, the anodized nanotube diameter will increase from 50 to 155 nanometre, and after a certain voltage, the structure of the nanotubes is destroyed and nano / micro porosity is created. Also, by increasing the voltage from 20 to 50 volt, the wall thickness of the nanotubes increases from 20 to 50 nanometre. As the duration of the voltage increases, the length of the nanotubes increases; but the thickness and diameter of the nanotubes remain constant. As the gap between the two electrodes increases from 0.5 to 4.5 CM, the thickness of the walls decreases from 57 to 13 nanometre. Thus, by controlling the above mentioned parameters, the optimum state of the anodized nanotubes can be achieved to obtain a more and faster penetration of lithium ions. The results of this research are very useful in improving the performance of lithium ion batteries.