شیمى کاربردى روز

شیمى کاربردى روز

نقش اجزای سلول در عملکرد کاتد آمونیوم وانادات در باتری روی-یون: بررسی تهیه دوغاب، اثر الکترولیت و ضخامت جداکننده

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
گروه شیمی کاربردی، دانشکده شیمی، دانشگاه شیمی، کاشان، ایران
10.22075/chem.2026.40385.2427
چکیده
عملکرد الکتروشیمیایی باتری‌های آبی روی-یون به‌طور مستقیم تحت تأثیر ویژگی‌های اجزای تشکیل‌دهنده آن‌ها و برهم‌کنش‌های میان این اجزا قرار دارد. در این پژوهش، یک کاتد NH4V4O10 با ساختار مونوکلینیک و گروه فضایی C2/m سنتز شد و اثرات هم‌زمان روش آماده‌سازی دوغاب الکترود، ضخامت جداکننده و نوع الکترولیت بر عملکرد الکتروشیمیایی آن، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که آسیاب کردن مواد فعال پیش از تهیه دوغاب، با ایجاد ساختاری یکنواخت‌تر در الکترود، افت ظرفیت را به‌طور مؤثری کاهش می‌دهد. همچنین، افزایش ضخامت جداکننده از 0.142 به 0.276 میلی‌متر موجب بهبود قابل‌توجه پایداری چرخه‌ای سلول شد که این امر به بهبود انتقال یون‌ها و کاهش واکنش‌های جانبی نامطلوب نسبت داده می‌شود. بررسی اثر نوع الکترولیت نیز نشان داد که الکترولیت 1 مولار Zn(OTf)2 در مقایسه با الکترولیت متداول 1 مولار ZnSO4 عملکرد الکتروشیمیایی بهتری ارائه می‌دهد، زیرا ضمن مهار تشکیل محصولات جانبی ناخواسته، مقاومت انتقال بار را به‌طور چشمگیری از 520 اهم به 1.23 اهم کاهش می‌دهد. تحت شرایط بهینه، سلول مونتاژشده ظرفیت دشارژ اولیه 167 میلی‌آمپرساعت بر گرم را در چگالی جریان 0.1 آمپر بر گرم ارائه کرد و پایداری مناسبی را طی 225 چرخه حفظ نمود. این یافته‌ها نشان می‌دهند که فرآیند آماده‌سازی الکترود، طراحی جداکننده و انتخاب الکترولیت نقش تعیین‌کننده‌ای در بهبود پایداری ساختاری و تسریع سینتیک واکنش‌ها در باتری‌های آبی روی-یون مبتنی بر NH4V4O10 ایفا می‌کنند و می‌توانند به‌عنوان راهکارهای عملی برای توسعه سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی روی-یون با عملکرد بالا مورد استفاده قرار گیرند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The Role of Cell Components in the Performance of Ammonium Vanadate Cathodes in Zinc Ion Batteries: Investigating Slurry Preparation, Electrolyte Effects, and Separator Thickness

نویسندگان English

Fatemeh Ostadian Bidgoli
Farshad Boorboor Ajdari
Fereshteh Abbasi
Faculty of Chemistry, Department of Applied Chemistry, University of Kashan, Kashan, Iran.
چکیده English

The electrochemical performance of aqueous zinc-ion batteries is strongly governed by the properties of their components and their interactions. In this study, a monoclinic NH4V4O10 cathode (space group C2/m) was synthesized, and the combined effects of slurry preparation, separator thickness, and electrolyte composition on its electrochemical performance were systematically investigated. The results reveal that pre-grinding the electrode materials before slurry preparation effectively mitigates capacity fading by promoting a more homogeneous electrode structure. Furthermore, increasing the separator thickness from 0.142 mm to 0.276 mm significantly enhances cycling stability by improving ion transport and suppressing undesirable side reactions. The influence of electrolyte chemistry was also examined, demonstrating that a 1 M Zn (OTf)2 electrolyte outperforms the conventional 1 M ZnSO4 electrolyte owing to its ability to inhibit the formation of parasitic by-products and dramatically reduce the charge-transfer resistance from 520 Ω to 1.23 Ω. Under the optimized conditions, the assembled cell delivered an initial discharge capacity of 167 mAh g-1 at 0.1 A g-1 and maintained stable cycling for 225 cycles. These findings highlight the critical influence of electrode processing, separator design, and electrolyte selection on improving the structural stability and reaction kinetics of NH4V4O10-based aqueous zinc-ion batteries, providing practical guidelines for developing high-performance zinc-ion energy storage systems.

کلیدواژه‌ها English

Ammonium vanadate cathode
Electrolyte
Separator
Zinc-ion battery
Cycle life