نانوذرات باریم سولفات (BaSO4) به­عنوان افزودنی به خمیر مواد فعال منفی (NAM) باتری سرب اسیدی معرفی گردید. ابتدا نانوذرات باریم سولفات با استفاده از گلیسرول به­عنوان عامل کنترل کننده­ی اندازه­ی ذرات سنتز شد. گلیسرول یک ترکیب ساده­ی پلی­ال است و روش­های سنتزی که از آن استفاه می­کنند، سبز هستند زیرا گلسیرول در محیط­های هوازی تخریب می­شود. مشخصه یابی ذرات سنتز شده با میکروسکوپ الکترون پویشی (SEM) و پراش پرتو ایکس (XRD) تکمیل گردید. ذرات باریم سولفات با توزیع اندازه­ی یکنواخت در اندازه­ی نانو تهیه شد. آزمایش­ها با الکترود منفی باتری سرب اسید 12 ولتی تهیه شده از نانوذرات باریم سولفات (BaSO4) انجام گرفت. مشخص شد که الکترود منفی دارای نانوذرات BaSO4 به­طور چشمگیری استارت سرد و ظرفیت اولیه­ی پایدارتری نسبت به الکترود منفی بدون نانوذرات نشان میدهد. بنابراین نانوذرات باریم سولفات عملکرد باتری سرب اسیدی را بهبود می­بخشد. در بخش بعدی این رساله برای اولین بار، اثر حضور سدیم فلورید (NaF) و سدیم هگزامتافسفات (SHMP) به­عنوان افزودنی الکترولیت باتری سرب اسیدی، در تولید هیدروژن و اکسیژن و تولید لایه­ی آندی روی الکترود سرب با آلیاژ مشخص با ولتامتری چرخه­ای و خطی در محلول آبی اسید سولفوریک، مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با حضور این افزودنی­ها در الکترولیت، اورپتانسیل تولید هیدروژن و اکسیژن افزایش می­یابد، و بنابراین ساختار چرخه­ای لایه­ی PbSO4 تغییر میکند. نتایج مشخص می­کند که افزودنی­های پیشنهادی از تجمع پیشرفته­ی سرب سولفات جلوگیری کرده و بنابراین چرخه­ی عمر باتری سرب اسید را افزایش می­دهد. فهرست مطالب 1-1 اساس باتری سرب اسیدی.. 2 1-1- 1 تهیه‌ی صنعتی سرب اکسیدی.. 4 1-1-1-1 دیگ بارتن (Barton-pot). 4 1-1-1-2 آسیاب گلولهای (Ball mill). 5 1-1-2: تهیه‌ی صنعتی الکترودها 7 1-1-3 ساختار مواد الکترود. 8 1-1-3-1 ساختار مواد فعال مثبت (PAM). 8 1-1-3-2 ساختار مواد فعال منفی (NAM). 10 1-1-4 الکترولیت… 12 1-1-5 ساختار سِل و واکنش‌ها 13 1-1-5-1 الکترود مثبت: 14 1-1-5-2 الکترود منفی.. 15 1-1-6 کیورینگ الکترودهای خمیر مالی شده‌ی باتری.. 16 1-1-7 فرایندهای شارژ و دشارژ. 17 1-2 افزودنی‌ها 19 1-2-1 افزودنی به خمیر صفحات منفی.. 19 1-2-1-1اکسپندر. 19 1-2-2 افزودنی به خمیر مثبت… 32 1-2-3 افزودنی الکترولیت… 33 1-3 کاربرد فناوری نانو در باتری سرب- اسید. 34 1-3-1 فناوری نانو. 35 1-3-2 نانوذرات باریم سولفات (BaSO4). 37 4-1هدف از کار حاضر. 39 2-1 مواد و تجهیزات استفاده‌شده. 40 2-2 سنتز نانو ذرات باریم سولفات… 41 2-3 روش‌های بررسی اثر نانو ذرات باریم سولفات… 42 2-3-1 تکنیک‌های آزمایشگاهی و الکتروشیمیایی.. 42 2-3-2 آماده‌سازی خمیر برای باتری سرب اسیدی.. 43 2-3-2-1 محاسبات مواد فعال برای باتری استارتی (SLI) 30Ah در ƞPAM = 50% و ƞNAM = 45%… 43 2-3-2-2 محاسبه­ی محتوای فاز جامد در خمیر. 45 2-3-3 تهیه‌ی باتری جهت بررسی عملکرد آن در حضور نانوذره­ی BaSO4 47 2-3-3-1 تهیه‌ی خمیر منفی.. 48 2-4 سیستم مطالعه‌ای افزودنی الکترولیتی.. 53 3-1 سنتز نانوذرات باریم سولفات… 55 3-1-1 بهینه سازی غلظت واکنش‌دهنده‌ها 59 3-1-2 بهینه‌سازی دمای واکنش…. 61 3-1-3 بهینه‌سازی حجم محلول آماده‌سازی.. 63 3-1-4 بهینه‌سازی دور همزدن.. 65 3-2 بررسی اثر نانوذرات باریم سولفات بر رفتار الکتروشیمیایی و عملکرد باتری سرب اسید. 67 3-2-1 بررسی خواص الکتروشیمی الکترود خمیر کربن/ اکسید سرب در حضور نانوذرات BaSO4 67 3-2-1-1 بهینه‌سازی مقدار پودر اکسید سرب (PbO) با درجه‌ی اکسیداسیون 80%. 68 3-2-1-2 بهینه‌سازی غلظت الکترولیت اسیدسولفوریک (H2SO4). 69 3-2-1-3 بهینه‌سازی مقدار نانوذرهی باریم سولفات در خمیر کربن.. 70 3-2-2 بررسی اثر نانوذرات BaSO4 در بهبود عملکرد باتری سرب اسید.. 73 3-2-2-1 نتایج آنالیز شبکه‌ی مصرفی.. 73 3-2-2-2 نتایج درصد سرب آزاد. 75 3-2-2-1 تست ظرفیت اولیه. 75 3-2-2-2 تست استارت سرد. 77 3-2-2-3 تست شارژ پذیری.. 80 3-3 بررسی تاثیرافزودنیهای الکترولیتی بر عملکرد باتریهای سرب اسید. 81 3-3-1 تولید و احیاء لایه‌ی اکسیدی در سطح الکترود Pb. 83 3-3-1-1 بررسی مکانیسم اثر سدیم فلورید در ولتامتری چرخه‌ای الکترود سرب… 83 3-3-1-2 بررسی اثر سدیم هگزامتافسفات در ولتامتری چرخه‌ای الکترود سرب: 85 3-3-2 پتانسیل تولید هیدروژن.. 86 3-3-3 پتانسیل تولید اکسیژن.. 88 3-3-4 محل و ارتفاع پیک جریان آندی.. 91 3-3-5 برگشت‌پذیری.. 92 نتیجه­گیری.. 94 مراجع: 95 فهرست شکل­ها: شکل1- 1: اجزای تشکیل‌دهنده‌ی باتری سرب اسیدی. 3 شکل1- 2: شمای واحد بارتن. 5 شکل1- 3: شمای انواع واحد بارتن. الف) آسیاب گلوله ای کونیکال، ب) میل اکسید سرب کلرید. 6 شکل1- 4: ساختار دوگانه­ی PAM. 9 شکل1- 5: تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) برای ساختار سه نوع از ذرات PbO2. 9 شکل1- 6: توزیع ساختار ناهمگن در حجم زیاد ذرات PbO2. 10 شکل1- 7: کریستال­های سرب که در شبکه‌ی اسکلتی به هم وصل شده‌اند 11 شکل1- 8: فرایندهای انتقال یون. 12 شکل1- 9: فرایندهای شارژ و دشارژ در باتری سرب اسید. 18 شکل1- 10: فرمول فردونبرگ برای لیگنین. 22 شکل1- 11: تصویری از لایه‌ی PbSO4. 23 شکل1- 12: تغییرات اولیه‌ی پتانسیل در پلاریزاسیونهای سرعت‌بالای صفحه‌ی منفی 28 شکل1- 13: (آ) تصاویر SEM میکرو ساختاری ذرات باریم سولفات 29 شکل1- 14: تغییر در زمان دشارژ ( ظرفیت). 30 شکل1- 15: اثر حضور BaSO4 در NAM در عملکرد ظرفیت سل در چرخه با سرعت دشارژ 20 ساعت [55]. 31 شکل1- 16: تعداد کل چرخه‌های HRPSoC انجام‌شده به‌عنوان تابعی از مقدار BaSO4 در NAM [54]. 31 شکل1- 17: شماتیک سنتز مواد در اندازه‌ی نانو. 36 شکل1- 18: ساختار کریستالی پیش‌بینی‌شده‌ی ارترومبیک باریم سولفات [123]. 38 شکل2- 1: شماتیک الکترود استفاده‌شده برای بررسی اثر نانو ذرات BaSO4 . 42 شکل2- 2: حجم محلول H2SO4 ( 1/4 یا 1/18 g cm-3) نسبت‌های متفاوتی از H2SO4/ LO. [2]. 47 شکل2- 3: پلیت‌های مثبت و منفی استفاده‌شده در مونتاژ باتری. 50 شکل2- 4: واحدهای باتری مونتاژ شده. 52 شکل 3- 1: ساختار گلیسرول. 54 شکل 3- 2: لیپوزوم گلیسرولی که یون‌های SO4-1 را به سبب پیوند هیدروژنی احاطه کرده است. 55 شکل 3- 3: مکانیسم تشکیل نانوذرات BaSO4. 56 شکل 3- 4: مکانیسم ممانعت فضایی گلیسیرین و کنترل اندازه‌ی نانوذرات BaSO4. 57 شکل 3- 5: تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM)، برای بهینه‌سازی غلظت واکنش‌دهنده‌ها. 59 شکل 3- 6: تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) مربوط به بهینه‌سازی دمای واکنش. 61 شکل 3- 7: تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) ب برای بهینه‌سازی حجم محلول آماده‌سازی. 63 شکل 3- 8: تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM)، در بهینه سازی دور همزن مغناطیسی. 65 شکل 3- 9: نتیجه­ی XRD نمونهی باریم سولفات سولفات. 65 شکل 3- 10: ولتاموگرامهای ولتامتری چرخه‌ای الکترود خمیر کربن برای بهینه‌سازی پودر اکسید سرب. 68 شکل 3- 11: ولتاموگرام ولتامتری چرخه‌ای برای بهینه‌سازی غلظت الکترولیت.. 69 شکل 3- 12: نمودارهای ولتامتری چرخه‌ای برای بهینه‌سازی مقدار نانوذره‌ی باریم سولفات BaSO4. 71 شکل 3- 13: نمودار کالیبراسیون مقدار نانوذره‌ی BaSO4. 71 شکل 3- 14: ولتاموگرام چرخه‌ای مقایسه‌ای BaSO4 معمولی با نانوذرات BaSO. 72 شکل 3- 15: نمودار ولتاژ بر حسب زمان به‌منظور شبیه‌سازی استارت ماشین ثبت‌شده است. 76 شکل 3- 16: نمودار ولتاژ نسبت به زمان. برای تعیین t6v. 78 شکل 3- 18: ولتاموگرام چرخه‌ای در محلول الکترولیت در حضور و عدم حضور افزودنی الکترولیت. 83 شکل 3- 21: پتانسیل احیا هیدروژن در غلظت‌های متفاوتی از افزودنی الکترولیت.. 87 شکل 3- 25: ارتفاع پیک جریان اکسیداسیون Pb در حضور افزودنی‌های الکترولیتی پیشنهادی با غلظت‌های متفاوت……..90 شکل 3- 26: محل پیک اکسیداسیون Pb به PbSO4 در حضور افزودنی الکترولیتی پیشنهادی در غلظت‌های متفاوت………92 شکل 3- 27: نمودار اختلاف‌پتانسیل (برگشت‌پذیری) بر اساس غلظت افزودنی الکترولیتی پیشنهادی……………………………..93 فهرست جدول‌ها: جدول1- 1: چگالی ویژه نسبی­ی اسیدسولفوریک و شرایط شارژ در باتری سرب اسید. 13 جدول1- 2: انواع مختلف کربن استفاده‌شده در ترکیب اکسپنذرها. 25 جدول1- 3: خصوصیات ساختاری PbSO4، BaSO4، SrSO4. 27 جدول1- 4: روش‌های متنوعی برای سنتز مواد در اندازه‌ی نانو. 37 جدول2- 1: لیست مواد استفاده‌شده. 40 جدول2- 2: لیست تجهیزات استفاده‌شده. 41 جدول2- 3: وزن مولکولی و حجم مولی مواد فعال لازم برای محاسبات [4]. 46 جدول2- 4: درصد وزنی مواد تشکیل‌دهنده‌ی خمیر منفی. 48 جدول2- 5: برنامه شارژ باتری استارتی نوع A و B.. 53 جدول2- 6: لیست افزودنی الکترولیت محلول H2SO4 و مشخصات کلی آن‌ها. 54 جدول3- 1: مشخصات محلول‌های استفاده‌شده برای بهینه سازی غلظت واکنش دهنده ها. 59 جدول3- 2: شرایط آزمایشی برای بهینه سازی دمای واکنش. 61