المستخلص
يقدم هذا العمل دراسـة شاملة حول تحضير وتوصيـف مسـاحيق نانوية من ( (LiMn1-xMxO2 حيث (M= Cr, Mg) باستخدام طريقة اليوريا. الهدف الرئيس من هذا البحث هو استكشاف الخصائص التركيبية، والحرارية، والكهروكيميائية للمواد المحضرة، ومن ثم استخدامها كأقطاب كاثود لبطاريات أيون الليثيوم، والتي لها تطبيقات محتملة في أنظمة تخزين الطاقة المتقدمة.
تم فحص الخصائص التركيبية للمواد المحضرة باستخدام تحليل حيود الأشعة السينية (XRD). أكدت نتائج التصنيع الناجح لمركب LiMnO2 في الطور المكعب, مع وجود مجموعة فراغية (Fd-3m، رقم 227) ومعاملات شبيكة بلورية قريبة من القيم القياسية. تم ملاحظة دمج ايونات كل من الكروم والمغنيسيوم في الشبيكة البلورية لـ LiMnO2 من خلال انحراف القمم وتغيرات الشدة في أطياف XRD ، مما يؤكد إستبدال ايونات المنغنيز بايونات الكروم والمغنيسيوم بشكل منتظم. تم حساب حجم البلورات للعينات المحضرة باستخدام معادلة ديباي شرر، وأظهرت النتائج تغيرًا طفيفًا في حجم الجسيمات عند استبدال أيونات الكروم والمغنيسيوم .كذلك أكد تحليل مطيافية الأشعة تحت الحمراء (FTIR) على دمج أيونات الكروم والمغنيسيوم ونجاح عملية التفاعل بين العناصر المستبدلة في بنية .LiMnO2
أظهرت الدراسة المورفولوجية، التي أجريت باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح الباعث للمجال (FESEM)، تغيرات ملحوظة في شكل الجسيمات وحجمها بعد إضافة أيونات الكروم والمغنيسيوم. أدى إدخال الكروم إلى تكوين جسيمات نانوية شبه مكعبة مع زيادة المسامية، بينما أسفر أضافة المغنيسيوم عن تطوير جسيمات غير منتظمة الشكل مع تكتل بسيط.
تم فحص الاستقرار الحراري باستخدام (TGA)، حيث تم تحليل أنماط فقدان الوزن مع زيادة درجة الحرارة من درجة حرارة الغرفة حتى (°C800). أشارت النتائج إلى أن عملية التحلل تحدث على مراحل متعددة، ويرجع ذلك أساسًا إلى تبخر المذيبات حتى التبلور النهائي لأكاسيد المعادن المنتجة. كذلك لوحظ أن العينات المدعمة بالكروم أظهرت فقدانًا أقل للوزن واستقرارًا حراريًا أعلى مقارنة بالعينات المدعمة بالمغنيسيوم.
أجريت الفحوصات الكهروكيميائية من خلال اختبار الفولتمتر الدوري (CV)، وتقنية الشحن والتفريغ الجلفوستاتيكي(GCD) ، والتحليل الطيفي للممانعة الكهروكيميائية(EIS) ، وقياسات الاحتفاظ بالسعة (CR) للبطاريات المصنعة بهدف تطوير بطاريات ذات كفاءة عالية وأداء متقدم. كشفت قياسات CV عن قمم الأكسدة والاختزال المرتبطة بانتقالات Mn³⁺/Mn⁴⁺، وأظهرت أن تطعيم الكروم حسن من تماثل الشحن والتفريغ، مما قلل من الاستقطاب وعزز القابلية للانعكاس الكهروكيميائي. أكدت تحليلات الشحن والتفريغ أن الكاثود (LiMn0.25Cr0.75O2) أظهر أعلى سعة نوعية، مما يشير إلى أدائه الفائق في تخزين الطاقة. أظهرت تحليلات EIS أن الكاثودات المطعّمة بالكروم تمتلك مقاومة انتقال شحن (Rct)أقل، مما يدل على زيادة في انتشار أيونات الليثيوم. على العكس من ذلك، أظهرت العينات المطعّمة بالمغنيسيوم مقاومة أعلى للمحلول ولكنها ساهمت في تعزيز استقرار البنية.
