منابع مقاله با موضوع باتری، BaSO4، باریم، افزایش

سانتیگراد هست قرارگرفتند تا رطوبت سطحی صفحات به زیر 0/3% برسد.
2-3-3-1-1 روش کار محاسبه‌ی متال صفحات منفی
محاسبه‌ی سرب آزاد اکسید استفاده شده برای تهیهی خمیر منفی قبل از کیورینگ (رطوبت دهی):
1- ابتدا 5 گرم از نمونه اکسید وزن کرده و کنار گذاشته میشود،
2- همزمان مقدار 60 سی‌سی اسید استیک 5 در صد داخل بشر 100 سی‌سی ریخته و کمی حرارت داده میشود تا اسید کمی گرم شود،
3- نمونه با احتیاط داخل بشر حاوی اسید استیک ریخته و سپس روی هیتر قرار دادهمیشود تا در اثر حرارت تمامی PbO در اسید استیک حل شود،
4- عمل حرارت دادن تا زمانی که حجم اسید استیک به 40 سی‌سی برسد ادامه دادهشد.
5- سپس بشر از روی هیتر برداشته مایع داخل آن دور ریخته و رسوب ته آن با آب مقطر کاملاً شستشو دادهمیشود و داخل کاغذ صافی موجود در درون قیف که قبلاً آماده‌شده ‌انداخته و با مقدار کافی آب مقطر شسته میشود.
6- کاغذ صافی به همراه رسوب از قیف برداشته داخل آون قرار داده میشود تا کاملاً خشک گردد.
– درصد سرب آزاد از فرمول زیر به دست میاید:
(رسوب وزن ×100)/( وزن اکسید اولیه ( 5gr)) = درصد سرب آزاد

مقدار سرب آزاد صفحات بعد از فرایند کیورینگ:
1- از نمونه‌های خشک‌شده از صفحات منفی توسط شیی نوک‌تیز خمیر از اسکلت جدا میگردد (قسمت‌های میانی صفحات) سپس تمام آن توسط هاون پودر کرده و با الک 120 الک میگردد تا ذرات درشت و الیاف از آن جدا شوند،
2- 10 گرم از نمونه زیر الک وزن کرده و در یک بشر CC200خشک ریختهمیشود. بر روی نمونه داخل بشر چند قطره آب مقطر ریختهمیشود تا به‌صورت گل درآید،
3- ماهی نهایی به 100 سی‌سی استات آمونیوم 30 در صد اضافه شده و بروی هیتر قرار داده میشود تا سولفات آن حل‌شده و سرب آزاد به‌صورت رسوب از آن جدا شود،
4- حرارت دهی آن‌قدر ادامه می‌یابد تا حجم استات آمونیوم به 60 الی 50 سی‌سی برسد،
5- سپس محلول روی رسوب را دور ریخته، رسوب شستشو دادهمیشود و داخل یک قیف که قبلاً داخل آن کاغذ صافی گذاشته‌شده ریخته میشود و کاملاً با آب مقطر شستشو می‌شود تا تمامی استات آمونیوم آن پاک شود،
6- کاغذ صافی حاوی رسوب از قیف درآورده و جهت خشک شدن به داخل آون منتقل می‌شود،
7- پس از خشک شدن، رسوب وزن شد،
در صد متال با فرمول زیر به دست می‌آید:
A: وزن رسوب (A×100 )/M = در صد متال
M: وزن نمونه اولیه: 10 گرم

2-3-3-1-2 محاسبه‌ی رطوبت صفحات کیورشده
ابتدا در مورد صفحات خمیر مالی شده جفت پلیت نصف و وزن یک تک پلیت به‌طور دقیق توسط ترازوی دیجیتالی وزن کرده و ثبت گردید و نمونه داخل آون قرار داده شد. دمای آون روی C°120 تنظیم شد ، پس از گذشت 15 الی 25 دقیقه و بعدازآنکه دمای آون دوباره عدد 120 را نشان داد نمونه از آون خارج و سریعاً وزن شد تا رطوبت هوا را جذب ننماید.
وزن‌ها بعد از آون ثبت‌شده و درصد رطوبت طبق فرمول زیر به دست می‌آید:

100×وزن نمونه بعد از آون _وزن نمونه قبل از آون =در صد رطوبت

صفحات مثبت از الکترودهای آمادهشدهی آذر باتری تامین گردید. نهایتاً الکترودها را جهت مونتاژ به خطوط مونتاژ شرکت آذر باتری ارومیه منتقل شد (شکل 2-4).

شکل 2- 4: سل واحد باتری مونتاژ شده.

2-3-3-1-2 فورماسیون یا شارژ اولیه
باتری‌های آماده‌شده به قسمت شارژ اولیه منتقل شدند. در مرحله شارژ ابتدا تمامی خانه‌های باتری با اسیدسولفوریک با چگالی 1/23 g cm-3 پر شد و سپس بر اساس برنامه شارژ جدول (2-5)، شارژ باتری انجام گردید:

جدول 2- 5: برنامه شارژ باتری استارتی.
مرحله
آمپر
زمان
مرحله اول
10 آمپر
3 ساعت
مرحله دوم
18 آمپر
15 ساعت
مرحله سوم
صفر آمپر
10 دقیقه
مرحله چهارم
15 آمپر
2 ساعت

بعد از اتمام برنامه شارژ، چگالی اسید باتری در تک‌تک خانه‌ها به 1/28 g cm-3 و ولتاژ نهایی خروجی باتری به 12/80 ولت رسید و باتری جهت انجام تست‌های عملکردی وارد آزمایشگاه برق شد.
در ساخت باتری استارتی سربی-اسیدی دیگر که جهت مقایسه نحوه عملکرد آن با باتری تهیه شده از نانوذرات BaSO4 استارتی اقدام به ساخت آن نمودیم نیز، دقیقاً مراحل بالا صورت گرفت با این تفاوت که به فرمولاسیون خمیر منفی آن بجای نانو ذرات BaSO4 ،باریم سولفات با ذرات درشتتر استفاده شد. این باتری نیز بعد از شارژ و رسیدن چگالی اسید تک‌تک خانه‌های آن به 1/28 g cm-3 و رسیدن ولتاژ آن به 12/80 ولت جهت انجام تست‌های عملکردی و مقایسه آن با نانو باتری استارتی سربی-اسیدی وارد آزمایشگاه برق شد.

مطلب مشابه :  منابع و ماخذ پایان نامهعزت نفس، عاطفه مثبت، اوقات فراغت، خانواده گسترده

2-4 سیستم مطالعه‌ای افزودنی الکترولیتی
در این کار تحقیقاتی دو ماده، به‌عنوان افزودنی به الکترولیت محلول H2SO4 برای باتری سرب اسیدی معرفی شدند و اثر آن‌ها بر رفتار الکتروشیمیایی الکترود سرب موردبررسی قرار گرفت. مشخصات ساختاری این مواد در جدول (2-6) نشان داده‌شده است.
PbSO4?Pb
جدول 2- 6: لیست افزودنی الکترولیت محلول SO42H و مشخصات کلی آن‌ها.
نام ماده
فرمول مولکولی
هگزا متا فسفات سدیم

سدیم فلورید
NaF

اثر حضور این مواد بر رفتار الکترود سرب با آلیاژ مشخص ‌شده در جدول (3- 7) درولتامتری با روبش خطی (LSV) و ولتامتری چرخه‌ای (CV) بررسی شد. ولتامتری چرخه‌ای و خطی الکترود سرب در الکترولیت اسید سولفوریک 5 mol dm-3 حاوی این مواد در محدودهی پتانسیل بین -1/5 ولت تا +2/5 ولت بررسی شد.

فصل سوم:
بحث و نتیجهگیری

3-1 سنتز نانوذرات باریم سولفات
چنانچه قبلاً نیز اشاره شد، در این رساله روشی نوین جهت سنتز نانوذرات باریم سولفات (BaSO4) ارائه‌شده است. این روش سنتز از نوع تهنشین سازی ذرات BaSO4 در محلول آبی از سدیم سولفات (Na2SO4) و کلرید باریم دو آبه (BaCl2.2H2O)، است. در این روش سنتز از محلول آماده‌سازی که مادهی سازندهی اصلی آن گلیسیرین است، استفاده‌شده است. گلیسیرین ترکیب سادهی پلیاُل (شکر الکلی) است. گلیسیرین ترکیبی بیرنگ، بیبو، ویسکوز و غیر سمی است. این ترکیب دارای گروههای هیدروکسیل آزاد است (شکل 3-1) دیده می‌شود که مسئول انحلال‌پذیری آن در آب است و سبب آب‌دوست بودن این ترکیب‌شده است [138]. علاوه بر این‌ها گلیسرول در محیط‌های هوازی به‌صورت زیستی تخریب می‌شود و بنابراین آلودگی محیط‌زیست ندارد و سنتز نانوذرات به این روش، سازگار با محیط‌زیست است.

شکل 3- 1: ساختار گلیسرول.

اساس و پایه‌ی کنترل اندازه‌ی ذرات در این روش سنتز نانوذرات باریم سولفات، رابطه‌ی فون لیمان است:
RS= (Q-S)/S (3-1)
Q غلظت لحظهای است و S غلظت تعادلی است. RS تابعی از فوق اشباع نسبی است. هرچه فوق اشباع نسبی بالا باشد، سرعت هسته‌زایی نسبت به رشد هسته بالاتر بوده و بنابراین رسوب سنتز شده ذرات ریزتری خواهد داشت. واکنش‌های رسوبی عموماً آهسته هستند؛ بنابراین حتی هنگامی‌که واکنشگر را قطره‌قطره به محلول آنالیت بیفزاییم، احتمالاً فوق اشباع لحظه‌ای ایجاد می‌شود که پس از یک دوره‌ی کوتاه با تشکیل رسوب به حالت پایدار می‌رسند.
شواهد تجربی نشان می‌دهد که اندازه‌ی یک رسوب با متوسط فوق اشباع نسبی رابطه‌ی معکوس دارد. برای داشتن رسوب با ذرات ریز، بایستی غلظت لحظه (Q) بالا و غلظت تعادلی (S) کم باشد. برای کاهش S با افزودن حلال‌های آلی میزان تمایل دو گونه به هم را کاهش داده و حلالیت تعادلی را کاهش می‌دهیم و همچنین با تنظیم دما هم می‌تواند بسته به نوع واکنش (گرماگیر یا گرمازا) حلالیت تعادلی را کاهش داد. برای افزایش Q محلول را هم زده و غلظت گونه را افزایش می‌دهیم.
وجود اجسام خارجی در سیستم (مانند ژلاتین برای باریم سولفات و پتاسیم بنزوئات برای یدید نقره) از دیگر روش‌های کاهش اندازه‌ی رسوب است، به این طریق که زمان القا را افزایش داده و از رشد بلور جلوگیری می‌کند.
گلیسیرین ترکیبی غیر الکترولیتی است، به این معنی که با حفظ ساختار مولکولی خود در آب حل می‌شود (تبدیل به یون نمی‌شود).
گلیسرول، لیپوزوم55 های کوچک (در سایز نانو) می‌سازد [139] که هم‌سطح داخلی و هم‌سطح خارجی لیپوزوم را همان‌طوری که در شکل (3-2) نشان داده‌شده است، تشکیل می‌دهد.

شکل 3- 2: لیپوزوم گلیسرولی که یون‌های SO4-1 را به سبب پیوند هیدروژنی احاطه کرده است.
سطح خارجی لیپوزوم به خاطر آب‌دوست بودن گلیسرول ایجادشده و سطح داخلی آن به سبب پیوند هیدروژنی گروه OH گلیسرول با اکسیژن‌های یون SO42- است. مکانیسم اثر گلیسرول بر تشکیل نانوذرات باریم سولفات در شکل (3-3) نشان داده‌شده است. گروهای OH گلیسرول با یون‌های SO42- پیوند هیدروژنی برقرار کرده و سبب ایزوله کردن این یون از سایر محلول می‌شود. زمانی که محلول کلرید باریم به سیستم اضافه می‌شود، نیروی الکترواستاتیک بین یون‌های Ba2+ و SO42- سبب باز شدن لیپوزوم گلیسرولی اطراف شده و رسوب باریم سولفات ایجاد می‌شود.

شکل 3- 3: مکانیسم تشکیل نانوذرات BaSO4.

بعد از تشکیل رسوب BaSO4 پیوندهای هیدروژنی بین گروه OH گلیسرول و O های BaSO4 با ممانعت فضایی، از نزدیک شدن یون‌های SO42- یا BaSO4 های دیگر، جلوگیری کرده و به‌این‌ترتیب از رشد رسوب‌های تشکیل‌شده جلوگیری می‌کند.
رشد رسوب فقط از طرف باریمِ BaSO4 ممکن است که بعد از تشکیل رسوب دو موکولی BaSO4 امکان رشد بیشتر رسوب به دلایل ممانعت فضایی لیپوزومهای گلیسرولی، وجود ندارد (شکل 3-4).

مطلب مشابه :  پرسش نامه، کارکنان دانشگاه، بر عملکرد سازمان، عملکرد سازمان

شکل 3- 4: مکانیسم ممانعت فضایی گلیسیرین و کنترل اندازه‌ی نانوذرات BaSO4.

.
Ksp مربوط به تشکیل BaSO4 برابر با1/1.10-10 است. افزودن ایزوپروپیل الکل برای افزایش خاصیت آلی محلول است. حلالیت رسوب‌های معدنی در حضور حلال‌های آلی کاهش میابد. پس Ksp باریم سولفات مقدار گفته‌شده، در حضور محلول آماده‌سازی پیشنهادی، دیگر قابل استناد نخواهد بود. کاهش حلالیت BaSO4 سبب کاهش غلظت لحظه‌ای آن شده و بنا بر قانون فون لیمان سبب افزایش فوق اشباع نسبی می‌شود. همان‌طور که قبلاً نیز اشاره شد، افزایش فوق اشباع نسبی به رسوب‌های کوچک‌تر خواهد انجامید.
وجود اسیدکلریدریک برای کاهش انرژی سطح ذرات افزوده می‌شود. مطالعات نشان می‌دهد حضور یون‌های H+ و OH- سبب کاهش انرژی سطح ذرات شده و مانع از رشد آن‌ها می‌شود [120].

3-1-1 بهینه سازی غلظت واکنش‌دهنده‌ها
بهینه‌سازی غلظت واکنش‌دهنده در رسوب‌گیری نانوذرات BaSO4 به روش یکی در یک زمان انجام گرفت.
غلظت مواد اولیه طبق جدول (3-1) بهینه‌سازی شد. بهترین نانوذرات باریم سولفات زمانی به دست آمد که غلظت هر دو واکنش‌دهنده باهم افزایش یابد.

جدول 3- 1: مشخصات محلول‌های استفاده‌شده برای بهینه‌سازی غلظت واکنش‌دهنده‌ها.
تصویر SEM مربوطه
غلظت محلول آبی
BaCl2.2H2O (mol L-1)
غلظت محلول آبی
NaSO4 (mol L-1)
حجم محلول آمادهساز
ی (mL)
اندازهی تقریبی ذرات سنتزی
(nm)
الف
0/01
0/01
5
500
ب
0/01
0/02
5
300
ج
0/02
0/02
5
146/4
د
0/04
0/04
5
80/99

چنانچه از تصاویر SEM در شکل (3-5) مشخص است، هرچه غلظت واکنش‌دهنده‌ها افزایش میابد. اندازهی نانوذرات BaSO4 کاهش میابد. این پدیده به دلیل افزایش فوق اشباع در غلظت‌های بالای واکنش‌دهنده‌ها رخ می‌دهد. طبق رابطهی فون لیمان (رابطهی 1-3)، هرچه غلظت لحظهای مادهی حل‌شده بالا باشد، فوق اشباع نسبی بالا رفته و رسوب متمایل به کلوئیدی شدن می‌شود. تصاویر SEM بدست آمده، با نرمافزار مربوط به خود دستگاه، اندازه ی نسبی ذره های حاصل را (ستون آخر جدول (3-1)) نشان داد. نتیجهی حاصل نشان میدهد که نانوذرات بدست آمده از شرایط آزمایشی نشان داده شده در ردیف (د) اندازهی ذرهی کوچکتر حدود 81 نانومتر است و توزیع اندازهی یکنواخت دارد.

شکل 3- 5: تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM)، برای بهینه‌سازی غلظت واکنش‌دهنده‌ها.

3-1-2 بهینه‌سازی دمای واکنش
کنترل دمای واکنش در حین رسوب‌گیری نانوذرات BaSO4 عامل تعیین‌کننده‌ای است؛ و بایستی در طول انجام رسوب‌گیری و تا پایان انجام واکنش‌های مربوطه، مقدار آن ثابت بماند. اثر دما بر واکنش‌های رسوب‌گیری، متنوع است و به ذات واکنش وابسته است. دلیل آن به اصل لوشاتلیه مربوط است. طبق این اصل، اگر واکنشی گرماگیر باشد، با کاهش دما تمایل گونه‌ها به واکنش باهم، کم می‌شود. به‌این‌ترتیب حلالیت تعادلی واکنش کم‌تر می‌شود. طبق رابطه‌ی فون لیمان، کاهش حلالیت تعادلی سبب افزایش فوق اشباع لحظه‌ای شده و سرعت هسته‌زایی نسبت به رشد هسته بیشتر می‌شود؛ و درنتیجه رسوب با اندازهی کوچک‌تر حاصل می‌شود. واکنش BaCl2.2H2O با NaSO4 واکنش گرماگیر است. واکنشهای نشان داده شده در جدول (3-2) برای بهینه سازی دمای واکنش انجام گرفت.
تصویر SEM مربوطه
غلظت BaCl2.2H2 (mol L-1)
غلظت NaSO4
(mol L-1)
حجم محلول آمادهسازی
(cm3)
دمای واکنش
(°C )
اندازهی تقریبی ذرات سنتزی (nm)
الف
0/01
0/01
5
25
600
ب
0/01
0/01
5
10
500
ج
0/01
0/01
5

209
جدول 3- 2: شرایط آزمایشی برای بهینه‌سازی دمای واکنش.

همانطوریکه از تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) مشخص است. شکل (3-6)، کاهش دما اثر مثبتی در کاهش اندازهی نانوذرات BaSO4 خواهد گذاشت. ولی برای اینکه شرایط واکنش سخت نشود دماهای پایین‌تر از صفر درجهی سانتیگراد بررسی نگردید، زیرا محیا کردن این دما و کنترل آن تا پایان واکنش دشوار است و عیب روش سنتز محسوب خواهد.
نتایج حاصل از تخمین اندازهی ذرات باریم سولفات سنتز شده چنانچه در ردیف آخر جدول (3-2) نشان داده شده، کاهش چشمگیر اندازهی ذرات سنتز شده از 600نانومتر در 25 درجهی سانتیگراد به 209 نانومتر در0 درجهی سانتی گراد را نشان میدهد.

شکل 3- 6: تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) مربوط به بهینه‌سازی دمای واکنش.

3-1-3 بهینه‌سازی حجم محلول آماده‌سازی
برای بررسی اثر حجم محلول آماده‌سازی، دو آزمایش در شرایط مشخص‌شده در جدول (3-3)، انجام‌گرفته است.

جدول 3- 3: شرایط واکنش

Leave a Comment