ترجمه عملکرد خازنی مخلوطی دودویی از مایعات یونی کربن الکترود

توضیحات

 عنوان فارسی: دینامیک مولکولی مطالعه شبیه سازی از عملکرد خازنی از مخلوطی دودویی از مایعات یونی در نزدیکی یک کربن الکترود پیاز مانند

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

Molecular Dynamics Simulation Study of the Capacitive Performance of a Binary Mixture of Ionic Liquids near an Onion-like Carbon Electrode

چکیده

مخلوط اکوئیمولار  1-متیل-1-پروپیل پیرولیدینیوم بیس- (تری فلورو متیل سولفونیل) ایمید ([C3mpy] [Tf2N])، 1-متیل-1-بوتیل پیپریدینوم بیس- (تری فلوئورومتیل سولفونیل) ایمید ([C4mim] [Tf2N ]) توسط دینامیک مولکولی کلاسیک (MD) شبیه سازی بررسی شده است. اندازه گیری دیفرانسیل کالریمتری اسکنی (DSC) تایید کردند که مخلوط باینری از هر یک از مایعات یونی خالص در دمای اتاق مایعات یونی (RTILs) از خود نشان می دهند. علاوه بر این، مخلوط باینری منجر به هدایت بالاتر RTILs ساده در محدوده درجه حرارت پایین تر است. به منظور مطالعه عملکرد خازنی در ابرخازنها، شبیه سازی مخلوط انجام شد، و RTILs ساده به عنوان الکترولیت در نزدیکی یک کربن (OLC) الکترود پیاز مانند در دماهای مختلف مورد استفاده می شود. خازن دیفرانسیل استقلال پتانسیل الکتریکی اعمال شده برای سه الکترولیت را نشان می دهند که در توافق با کار قبلی در الکترودهای OLC در یک RTILs مختلف است. وابستگی مثبت دما خازن دیفرانسیل مشاهده شد، و با ضخامت لایه های الکتریکی دوبل (EDL) تحت سلطه قرار گرفت، که در اثبات در شبیه سازی MD اولین بار است.

بخش: تبدیل انرژی و انبارداری؛ انرژی و هزینه ی حمل و نقل

مایع های یونی در دمای اتاق (RTILs) الکترولیت های امیدوار کننده در دستگاه های ذخیره سازی انرژی هستند. استفاده از RTILs در خازن الکتریکی لایه (EDLCs، همچنین به نام ابرخازنها) انرژی الکتریکی را در قالب لایه الکتریکی  (EDL) ذخیره می کنند دوبرابر می کند، علاقه ی روزافزون تحقیقاتی را با توجه به زندگی دیگر چرخه، چگالی توان بالاتر و شارژ سریع تر / تخلیه نرخ الکترولیتی به خود جلب کرده است. ابزار فعلی RTILs توسط محدوده درجه حرارت عامل را محدود می کند که اکثرا  در بین 293-353 K قرار می گیرد.  برای اینکه ابرذخیره کننده ها تحت شرایط سخت آب و هوای سرد (به طور خاص مورد استفاده قرار محدود، درجه حرارت عنوان کم تر از منفی 50 ° C، مربوط به حد پایین تر برای کاربردهای خودرو) فعالیت کنند، مایعات یونی با نقطه ذوب پایین تر هنگام حفظ ظرفیت خازنی ضروری است. در این راستا، مخلوط های باینری RTILs دمای ذوب کاهش یافته تری از هر یک از RTILs های تمیز و گسترده تر وسیعی از مایع نشان می دهند، در نتیجه باعث اجرای در دمای پایین RTILs می شود. این RTILs مخلوط با نقطه ذوب کاهش یافته نیز به عنوان مایعات یونی یوتکتیک نامیده می شود، از آنجایی که غلظت انتخاب شده با نقاط یوتکتیک در نمودار فاز مطابقت دارد.

برای دستیابی به عملکرد الکتروشیمیایی بهتر، الکترولیت های متشکل از RTILs مخلوط در باتری های لیتیوم و سلول های خورشیدی حساس به رنگ استفاده شده است. یک مطالعه اخیر نشان داد که یک مخلوط اکوئی مولار RTIL های پیپریدینیوم و مبتنی بر پیپریدینیوم  با BIS آنیون یکسان (فلوئوروسولفونیل) ایمید (FSI) به عنوان الکترولیت در نزدیکی یک کربن پیاز مانند exohedral (OLC) الکترود گسترش طیف درجه حرارت عملیات و افزایش هدایت در دمای پایین از خود نشان داد. به دلیل اجراهای چنین مخلوط های یوتکتیکی برای ذخیره سازی انرژی و دستگاه های تبدیل، درک رفتار مولکولی در نزدیکی سطح الکترود با آلت کمانی سطح به خوبی تعریف شده از اهمیت زیادی برای پیشرفت بیشتر در این زمینه برخوردار است. از این رو، از نظر علمی جالب است تا تاثیر درجه حرارت بر رفتار خازنی مخلوط های دوتایی نزدیک به سطح الکترود OLC را درک کنیم. چنین الکترودهایی هندسه ی سطح ساده تری از بسیاری از کربن متخلخل ها به نمایش می گذارند، که به طور معمول به عنوان الکترود در ابرخازنها استفاده می شود. الکترودها OLC بدون منفذ می تواند به عنوان ذرات تقریبا کروی دارای یک ساختار پوسته فولرین متحدالمرکز و نشان دهنده ی توزیع اندازه ذرات باریک توصیف شوند. بنابراین، مدل اکسوهدرال ساده توصیف کننده ی سطوح OLCs یک مرجع مناسب برای تحقیق در مورد مسائل دمای مثبت در ارتباط با مخلوط یوتکتیک RTILs روی کربن الکترود با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) ارائه می دهد. علاوه بر این، الکترود OLC به عنوان یک ماده الکترود بسیار عالی با سرعت شارژ بالا و تراکم قدرت گزارش شده است. چنین الکترودهایی دارای منحنی منحصر به فرد دیفرانسیل موازی خازن بالقوه (C-V) به جای bell- ، camel- مشترک یا منحنی مقعر هستند. این ویژگی تا حد زیادی به نفع عملکرد پایدار ابرخازنها است.

تا به امروز، تاثیر درجه حرارت بر روی خازن دیفرانسیل با استفاده از  الکترولیت RTIL هم به صورت تجربی و با روشهای محاسباتی بررسی شده است. بسیاری از کار تجربی نشان می دهد که طرفیت خازن با افزایش درجه حرارت افزایش می یابد (وابستگی به دما مثبت)، روندی نیز در نمک های مذاب با درجه حرارت بالا مشاهده شده اند. با این حال، روند مخالف (بستگی منفی به درجه حرارت) برای RTILs در یک الکترود جیوه ای و نمک های مذاب در الکترود منیزیم مایع پیدا شد. در مقابل، مطالعات نظری بستگی به درجه حرارت منفی برای الکترودهای گرافیت در شبیه سازی MD و RTILs نزدیک الکترود فلزی در مونت کارلو (MC) شبیه سازی از مدل اولیه محدود شده پیش بینی کرده اند، در حالی که شبیه سازی MC، نظریه تابعی را چگال می کنند (DFT)، و میانگین تقریب کروی (MSA) نظریه پیش بینی وابستگی به دما به شکل زنگ را اصلاح می کنند. تا کنون، یک توضیح به طور گسترده قابل قبولی برای این پدیده پیشنهاد شده است.

از این رو، در این کار، شبیه سازی اتمی MD ، همانطور که قبلا برای ابرخازن استفاده کننده از الکترولیت RTIL در گرافیت مسطح و سطح الکترود فلزی گزارش شده، 17،28،29 اینجا به مدل RTILs خالص و مخلوط به عنوان الکترولیت در نزدیکی یک الکترود OLC به عنوان یک تابع درجه حرارت به کار گرفته شد. الکترولیت مایع یونی مورد استفاده در این مطالعه [C3mpy] [Tf2N] ، [C4mim] – [Tf2N]، و مخلوط اکوئیمولار این دو مایعات یونی هستند. راه اندازی شبیه سازی دقیق در حمایت از اطلاعات (SI) ارائه شده است. هدف از این کار این است که چگونگی تحت تاثیر قرار دادن الکترولیت باینری در دماهای مختلف و قرار گرفتن ریزساختار EDL و خازن دیفرانسیل ابرخازنها بر اساس OLC تفسیر می شوند. نتایج همچنین نشان می دهند که الکترولیت های باینری RTIL رسانایی بالاتری از هر یک از RTILs مرتب نشان می دهد؛ منحنی C-V مخلوط دوتایی نزدیک به OLC یک شکل شبیه به  RTILs مرتب آشکار می کند و ارزش خازن دیفرانسیل با افزایش دما افزایش می یابد؛ وابستگی به دمای خازن به میکروساختار EDL مرتبط است، که به طور عمده به ضخامت EDL تحت سلطه مربوط می شود.

توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.