Βελτιστοποίηση Μπαταριών Ψευδαργύρου - Αέρα και Σύνθεση Πολυμερικών Διαχωριστικών Μεμβρανών για την Αποφυγή Σχηματισμού Δενδριτών

Βαγενάς, Μιχαήλ; Vagenasm, Michael

dc.contributor.author	Βαγενάς, Μιχαήλ	el
dc.contributor.author	Vagenasm, Michael	en
dc.date.accessioned	2020-05-26T16:54:12Z
dc.date.available	2020-05-26T16:54:12Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50666
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18364
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μπαταρίες Ψευδαργύρου-Αέρα	el
dc.subject	ORR	el
dc.subject	OER	el
dc.subject	Ηλεκτροϊνοποίηση	el
dc.subject	Πολυαιθυλενιμίνη	el
dc.subject	Διαχωριστές	el
dc.subject	Zinc-Air Batteries	en
dc.subject	ORR	en
dc.subject	OER	en
dc.subject	Electrospinning	en
dc.subject	Polyethyleneimine	en
dc.subject	Separators	en
dc.title	Βελτιστοποίηση Μπαταριών Ψευδαργύρου - Αέρα και Σύνθεση Πολυμερικών Διαχωριστικών Μεμβρανών για την Αποφυγή Σχηματισμού Δενδριτών	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-15
heal.abstract	Οι μπαταρίες ψευδαργύρου-αέρα έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή τα τελευταία χρόνια, κυρίως λόγω της μεγάλης ενεργειακής τους πυκνότητας, που τις κατατάσσει στις υψηλές θέσεις μεταξύ των υποψηφίων για χρήση σε ανερχόμενες φορητές εφαρμογές. Η αφθονία των υλικών κατασκευής τους, η φιλικότητα προς το περιβάλλον, η ασφάλεια κατά τη χρήση και το χαμηλό κόστος των μπαταριών αυτού του τύπου, είναι μερικοί ακόμα παράγοντες που ενισχύουν το ερευνητικό ενδιαφέρον. Στα πρώτα κεφάλαια της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή της ενός κελιού ψευδαργύρου-αέρα , ενώ στη συνέχεια δίδεται έμφαση στα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κάθοδο του κελιού ως καταλύτες των σχετικά αργών αντιδράσεων που διέπουν τη λειτουργία του κελιού, τόσο κατά τη φόρτιση, όσο και κατά την εκφόρτιση. Συγκεκριμένα, το διοξείδιο του μαγγανίου (MnO2), αλλά και μείγμα MnO2 - νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs) χρησιμοποιούνται ως καταλύτες. Γίνεται επίσης μελέτη και αξιολόγηση των ηλεκτροκαταλυτικών ιδιοτήτων των Metal Organic Frameworks (MOF) και ειδικότερα των ουσιών HKUST-1 και Ni-MOF-74. Για την αξιολόγηση της απόδοσης του κελιού και των ουσιών που χρησιμοποιούνται ως καταλύτες, πραγματοποιούνται ηλεκτροχημικές μετρήσεις οι οποίες περιλαμβάνουν γαλβανοδυναμική πόλωση φόρτισης και εκφόρτισης, καθώς και γαλβανοστατικούς κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης μικρής και μεγάλης διάρκειας. Στα κελιά ψευδαργύρου-αέρα τείνουν να αναπτύσσονται δενδριτικές δομές στην επιφάνεια της ανόδου μετά από αρκετές επαναλήψεις εκφόρτισης και επαναφόρτισης, οδηγώντας στη μείωση της απόδοσης των μπαταριών και τελικά στη διακοπή της λειτουργίας τους. Για την αποφυγή βραχυκυκλώματος, εφαρμόζονται συνήθως διαχωριστικές μεμβράνες πολυπροπυλενίου, οι οποίες λειτουργούν ως φυσικός φραγμός κατά την επέκταση του οξειδίου του ψευδαργύρου από την άνοδο προς την κάθοδο. Στην παρούσα εργασία μελετάται επίσης η χρήση εναλλακτικών μεμβρανών πολυαιθυλενιμίνης (PEI).Κατά την πειραματική διαδικασία παρουσιάζεται η σύνθεση μεμβρανών που περιέχουν PEI, μέσω της μεθόδου της ηλεκτροϊνοποίησης. Τέλος, τα δείγματα μελετώνται με τεχνικές μικροσκοπίας, οι οποίες επιτρέπουν τον χαρακτηρισμό του δικτύου ινών, ως προς τη διάμετρο των ινών και ως προς το πορώδες τους.	el
heal.abstract	Zinc-Air Batteries have attracted major attention in recent years, mainly due to their high energy density. Abundance of construction materials, environmental friendliness, safety in use and the low cost of this type of batteries are some other factors that place them among the top candidates for emerging mobile applications. Design and construction of zinc-air battery cell is initially presented. Then, the materials used within the cell catalyzing the relatively slow reactions that govern cell operation, both during charge and discharge are examined. MnO2 and MnO2-CNTs are used as catalysts and also the electrolytic properties of Metal Organic Frameworks (MOF) and in particular HKUST-1 and Ni-MOF-74 are also been studied and evaluated. In order to evaluate the performance of the cell and substances used as catalysts, electrochemical measurements are performed which include galvanodynamic charge and discharge polarization, as well as charge-discharge cycles. In ZABs, dendrites tend to form on zinc electrode during cycling, causing internal short-cut and battery deterioration. PP separators are typically utilized as physical barriers, in order to avoid Zn precipitates to reach the air-anode. Novel Polyethyleneimine membranes are also synthesized through electrospinning. SEM and CLSM microscopy are conducted in order to evaluate separator’s fiber network.	en
heal.advisorName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Χριστοφόρου, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false