• ورود کاربران دانشگاهی

  • ثبت نام(مطالعه آنلاین پایان نامه ها)

  • سپندا

    کاربر مهمان
    پنجشنبه 2 آذر 1396| 54.146.50.80 :Your IP
    سامانه پایان نامه های دانشگاه اصفهان (سپندا)



    عنوان :
    طراحی و ساخت مونوسل (تکسلول) باتری وانادیومی با استفاده از کاتالیزور مناسب
    انتشارات : دانشگاه اصفهان
    سال :1393
    زبان : Persian
    شماره سند : 12760
    موضوع :مهندسی انرژیهای تجدیدپذیر
    پژوهشگر : محمد زارعی جلیانی
    توصیفگر لاتین : Vanadium battery ? Carbon nanotube ? Redox battery ? Renewable energies
    توصیفگر فارسی : باتری وانادیومی ◄ نانولولهی کربنی ◄ باتری اکسایشی- کاهشی
    دانشکده : دانشکده علوم و فناوری های نوین، گروه مهندسی انرژی
    مقطع : کارشناسی ارشد

    استاد راهنما : سحر رشید ندیمی، سعید اصغری
    استاد مشاور :
    سال دفاع : 1393
    شماره رکورد : 12760
    شماره راهنما : ENE2 8
    فهرست : فهرست مطالب
    فصل اول: کلیات پژوهش
    1-1- مقدمه 1
    1-2- حقیقت انرژی و جاذبهی انرژیهای تجدیدپذیر 1
    1-3- باتریهای جاری اکسایشی-کاهشی (RFB) 2
    1-4- پیشینه باتری جریانی اکسایشی- کاهشی وانادیوم (VRB) 5
    1-5- مزایای باتری وانادیومی 5
    1-6- کاربردهای مختلف باتری وانادیومی 6
    1-7- عملکرد باتری جاری اکسایشی- کاهشی وانادیوم 7
    1-8- اجزای ساختاری باتری وانادیوم 9
    1-8-1- الکترولیت 9
    1-8-2- غشا 11
    1-8-3- الکترود 12
    1-9- عملکرد نانولوله‌های کربنی به‌ عنوان کاتالیست در باتری وانادیومی 16
    1-10- بررسی پتانسیل سل باتری وانادیومی 16
    1-11- تلفات داخلی باتری وانادیومی 17
    1-11-1- اضافه پتانسیل فعالسازی 18
    1-11-2- اضافه پتانسیل غلظتی 19
    1-11-3- تلفاتIR 20
    1-12- روش‌های مطالعه و مشخصه‌یابی فرایندهای الکترودی در باتری وانادیومی 21
    1-12-1- ولتامتری چرخه‌ای 21
    1-12-2- طیف‌سنجی مقاومت ظاهری(EIS) 21
    1-12-3- معرفی مختصر EIS 22
    1-12-4- منحنی قطبش 24
    1-13- اهداف پژوهش حاضر 24
    فصل دوم: مواد و روش‌ها
    2-1- مواد شیمیایی 25

    2-2- تجهیزات آزمایشگاهی 26
    2-3- سل‌های الکتروشیمیایی جهت آزمایشات ولتامتری چرخه‌ای 26
    2-4- مطالعه طیف‌سنجی مقاومت ظاهری الکتروشیمیایی 26
    2-5- تهیه الکترولیت وانادیوم......... 27
    2-6- تیمار نانولوله‌ی کربنی 27
    2-7- تهیه جوهر کاتالیست 27
    2-8- ساختار سل باتری وانادیومی ساخته شده 28
    2-8-1- غشا 28
    2-8-2- پیش‌تیمار غشای نفیونی 28
    2-8-3- الکترود 29
    2-8-4- صفحات دوقطبی 29
    2-8-5- سایر قسمت‌های سل 30
    تانک‌های ذخیره‌سازی 30
    صفحات جمع کننده جریان 30
    آب بند تفلونی 30
    فک انتهایی 30
    2-8-6- پمپ پریستالتیک 32
    2-8-7- خط جریان الکترولیت و اتصالات سل 32
    2-8-8- کپسول نیتروژن 33
    2-9- مطالعه منحنی قطبش 33
    فصل سوم: نتایج و بحث
    3-1-ولتامتری چرخه‌ای 34
    3-1-1- ولتامتری چرخه‌ای برای الکترود گرافیت 34
    3-1-2- ولتامتری چرخه‌ای برای الکترود نمدکربنی 36
    3-1-3- محاسبه جریان مبادله‌ای با استفاده از منحنی تافل 42
    3-2- اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی 43
    3-2-1- برازش منحنی‌های امپدانس و به دست آوردن مدار معادل 46

    3-3- ساخت تک‌سلول باتری وانادیومی 53
    3-4- مشخصه‌یابی مونوسل باتری وانادیومی ساخته‌شده 54
    3-4-1- تعیین جریان شارژ مناسب با استفاده از منحنی قطبش... 54
    3-4-2- تعیین دبی بهینه برای چرخش الکترولیت با استفاده از منحنی قطبش 56
    3-4-3- بررسی تأثیر غلظت الکترولیت بر قطبش انتقال جرم 58
    3-4-4- محاسبه‌ی بازده مونوسل باتری وانادیومی با استفاده از منحنی شارژ- تخلیه 61
    فصل چهارم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها
    4-1- نتیجه‌گیری ........................................................................................................................................................65
    4-2- پیشنهادهایی برای مطالعات آینده ................................................................................................................67
    مراجع ...........................................................................................................................................................................68


    چکیده :
    چکیده: باتری اکسایشی- کاهشی وانادیوم از جمله سیستم‌های نوین ذخیره‌سازی انرژی است که قابلیت‌های منحصر بفردی در کاربردهای نیروگاهی و غیره دارد. امروزه استفاده از این سیستم در کنار نیروگاه‌های خورشیدی، بادی و نیروگاه‌های حرارتی رشد قابل ملاحظه‌ای داشته و با توجه به مزیت‌های بالقوه و بالفعل این فناوری، آینده‌ی بسیار خوبی برای آن پیش‌بینی می‌شود. فن‌آوری ساخت چنین سیستم‌هائی در اختیار چند کشور معدود و پیشرفته نظیر آمریکا، انگلیس، استرالیا و ژاپن می‌باشد. با این وجود در کشور ما نیز تلاش¬هایی در جهت بومی‌سازی این فناوری صورت گرفته است و امید است با گسترش تحقیقات در این زمینه ایران نیز به جرگه کشورهای صاحب این فناوری بپیوندد. همچون دیگر باتری‌ها، الکترودها در باتری اکسایش- کاهشی وانادیوم نقش مهمی ایفا می‌کنند. مواد معمولی که در الکترودهای باتری وانادیومی بکار می‌روند مواد کربنی از جمله نمد کربنی، ورق کربنی و پودر گرافیت می‌باشد. زیرا این مواد فواید قابل توجهی چون سطح ویژه بالا، گستره وسیع پتانسیل عملیاتی، پایداری و قیمت مناسب را دار می‌باشند. به هرحال سینتیک و برگشت‌پذیری ضعیف مواد کربنی، کاربردشان را در باتری‌های وانادیومی محدود می‌کند. اگرچه تلاش‌های زیادی برای اصلاح و بهبود خواص الکتروشیمیایی مواد انجام شده است، اما الکترود‌‌های اصلاح شده در باتری وانادیومی به صورت کاربردی استفاده نمی‌شوند و یا عملکرد خیلی خوبی در باتری ندارند. هدف از این مطالعه، طراحی و ساخت منوسل باتری وانادیومی با استفاده از کاتالیزور نانولوله‌ی کربنی است. بدین منظور ابتدا مطالعات الکتروشیمیایی در خصوص اصلاح الکترود نمدکربنی انجام شد. مطالعات با بررسی ولتامتری چرخه‌ای و بیناب‌نگاری امپدانس الکتروشیمیایی روی الکترود نمد کربنی برهنه و الکترودهای نمدکربنی اصلاح‌شده با نانولوله‌ی کربنی، تیمار حرارتی- اسیدی و ترکیب نانولوله‌ی کربنی و تیمار حرارتی- اسیدی آغاز شد. نتایج مطالعات الکتروشیمیایی برای الکترود نمدکربنی نشان داد که اگرچه نانولوله‌ی کربنی به تنهایی اثر چشم‌گیری در برگشت‌پذیری سامانه ندارد ولی می‌تواند رفتار الکترود نمدکربنی را به حالت برگشت‌پذیر نزدیک کند. اثرگذاری نانولوله‌ی کربنی بیشتر درمورد جریان مشهود بود که توانست باعث افزایش جریان فارادایی شود. تیمار حرارتی- اسیدی اثرگذاری متفاوتی داشت یعنی با این‌که قادر به افزایش جریان سامانه نبود ولی به‌طور چشم‌گیری در خصوص برگشت‌پذیری، تأثیر مطلوب داشت. بنابراین الکتروکاتالیزور نانولوله‌ی کربنی در قیاس با تیمار حرارتی- اسیدی یک اثرگذاری مکمل روی الکترود نمدکربنی نشان داد و پیش‌بینی می‌شد که ترکیب این دو اصلاح باعث بهبود برگشت‌پذیری و افزایش جریان فارادایی شود که نتایج مطالعات الکتروشیمیایی برای الکترود نمدکربنی همین موضوع را تأیید کرد. پس از اتمام مطالعات الکتروشیمیایی، ساخت مونوسل باتری وانادیومی با استفاده از الکترودهای نمدکربنی اصلاح شده با نانولوله‌ی کربنی و تیمار حرارتی- اسیدی، انجام شد. نتایج حاصل از منحنی‌های قطبش نشان می‌دهد که دبی بهینه برای چرخش الکترولیت برابر 10 میلی‌لیتر بر دقیقه و جریان مناسب شارژ 200 میلی‌آمپر است. با استفاده از داده‌های منحنی شارژ- دشارژ مونوسل باتری وانادیومی ساخته شده، زمان شارژ و دشارژ باتری و بازده عملکرد محاسبه شد. این مونوسل با دبی 10 میلی‌لیتر بر دقیقه و جریان 200 میلی‌آمپر، در مدت زمان حدود 80 دقیقه شارژ می‌شود و با همین جریان طی 53 دقیقه دشارژ می‌گردد. این باتری دارای بازده انرژی 2/44 درصد، بازده کولنی 6/66 درصد و بازده ولتاژ 3/66 درصد است. کلید واژه‌ها: باتری وانادیومی، نانولوله‌ی کربنی، باتری اکسایشی- کاهشی، انرژی‌های تجدیدپذیر

    چکیده انگلیسی :
    Abstract Vanadium redox flow battery is one of the new energy storage systems with unique capabilities in power applications. Nowadays, the use of these systems along with solar, wind and thermal power plants has significant growth. It is predicted a great future for this technology, with regard to the actual and potential benefits of this thchnology. manufacturing technology of these systems is in the hands of a few countries such as America, Britain, Australia and Japan. However, some efforts have been devoted for indigenization of this technology and we hope that Iran join to the group of countries with this technology by expanding researches in this field. As in other batteries, electrodes also play an important role in VRFB. The typical electrode materials for VRFB are carbon materials such as carbon felt, carbon paper and graphite powder, since they maintain remarkable advantages such as high specific surface area, wide operation potential range, stability and reasonable cost. However, the poor kinetics and reversibility of the carbon materials restrict their applications in VRFB. Although plenty of efforts have been devoted to modify the materials to enhance their electrochemical properties, the modified electrodes are not used in VRFB practically or not show excellent performance in the battery. The purpose of this study is designing and fabrication of vanadium battery mono-cell using carbon nanotube electro-catalyst. In this regard, electrochemical studies was done for modifying of carbon felt electrode. Initial studies began by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy studies on bare and modified carbon felt electrodes. Results of electrochemical studies on carbon felt electrode showed that although the carbon nanotube has no significant effect on reversibly of system, but it can drive the behavior of carbon felt electrode to reversible state. Impact of carbon nanotube was more evident about current, which could increase Faraday current of system. Acid-heat treatment had a different effectiveness on carbon felt electrode, means that it couldn't increase the current of system, but had a desired effect on reversibility of system. So carbon nanotube electro-catalyst indicated a supplement effect on carbon felt electrode in comparison with acid-heat treatment. It was predicted that the combination of these two modification improved the reversibly and increased the Faraday current of system. Results of electrochemical studies on carbon felt electrode confirmed this prediction. After completion of electrochemical studies, vanadium battery mono-cell was fabricated using carbon felt electrodes, modified by carbon nanotube and acid-heat treatment. The results of polarization curves indicated that the optimal electrolyte flow rate was 10 ml/min and charge current of 200 mA was appropriate for charging the mono-cell. Charge time, discharge time and operation efficiency was calculated by using of charge-discharge curve of fabricated vanadium battery mono-cell. This mono-cell is charged in 80 minutes and discharge in 53 minutes by 10 ml/min flow rate and 200 mA charge current. Energy efficiency, coulombic efficiency and voltage efficiency of this battery is 44.2%, 66.6% and 66.3% respectively. Keywords: Vanadium battery, Carbon nanotube, Redox battery, Renewable energies  


    کلید واژه ها :
    باتری وانادیومی ◄ نانولولهی کربنی ◄ باتری اکسایشی- کاهشی,Vanadium battery ◄ Carbon nanotube ◄ Redox battery ◄ Renewable energies

    اسفند1393
    0

    صفحه اول : University of Isfahan Faculty of Advance Sciences and Technologies Department of Renewable Energy Engineering M.Sc. Thesis Designing and fabrication of vanadium battery monocell by appropriate catalyst Supervisors: Dr. Sahar Rashidnadimi Dr. Saeed Asghari By: Mohammad Zarei Jelyani March 2015
    فصل اول : 1-24
    فصل دوم : 25-33
    فصل سوم : 34-64
    فصل چهارم : 65-72
    فصل پنجم :
    فصل ششم :