ساخت باتری‌های لیتیم یون با چگالی انرژی بالا در کشور

به گزارش خبرنگار حوزه فناوری گروه علمی پزشكی باشگاه خبرنگاران جوان،  محدثه راستگوی دیلمی، فعال فناور اظهار کرد: به دنبال گرم شدن کره‌ زمین و آب شدن یخ‌های قطبی که در پی استفاده بیش از حد از سوخت‌های فسیلی و نشر گاز‌های گلخانه‌ای به اتمسفر رخ داده است، توجه به پیدایش روش‌ها و طراحی سیستم‌های نوین به منظور تولید و ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی بیش از گذشته حائز اهمیت شده است.

او افزود: به همین دلیل استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر مانند باد، خورشید، زیست توده و امواج دریا به منظور تولید انرژی الکتریکی مورد توجه قرار گرفته است.

به گفته این محقق، طراحی یک سیستم قدرتمند که بتواند انرژی الکتریکی را ذخیره کند و در مکان و زمان مناسب عرضه کند، امکان این را فراهم می‌آورد که بسیاری از مشکلات و نیاز‌های بشر در زمینه حمل و نقل، پزشکی، هوافضا و ارتباطات برطرف شود.

راستگوی دیلمی  با بیان اینکه یکی از مهم‌ترین باتری‌هایی که به طور گسترده‌ای در زندگی روزمره بشر کاربرد دارند، باتری‌های شارژپذیر لیتیم‌یون هستند، گفت: باتری‌های لیتیم‌یون به علت چگالی انرژی بالایشان به طور گسترده‌ای در تجهیزات الکترونیکی قابل حمل مانند دوربین‌ها، تلفن‌های بی سیم، لپ تاپ ها و ... مورد استفاده قرار می‌گیرند.

او ادامه داد: همچنین باتری‌های لیتیوم یون در تجهیزات الکتریکی در صنعت حمل و نقل مانند خودرو‌های الکتریکی هیبریدی کاربرد دارند و در شبکه¬های هوشمند نیز به منظور ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی و جلوگیری از نوسانات برق از باتری‌های لیتیم یون استفاده می شود.

 راستگو دیلمی  بیان کرد: بسیاری از محققان به منظور بهبود عملکرد باتری‌های لیتیم یون، تحقیقات گسترده‌ای را بر روی الکترود کاتدی آن‌ها انجام داده‌اند و تاکنون نیز این تحقیقات ادامه دارد. به دلیل آنکه الکترود کاتدی یکی از کلیدی‌ترین اجزای باتری‌های لیتیم یون است که نقش بسزایی را در عملکرد الکتروشیمیایی باتری‌های مذکور بویژه چگالی انرژی و توان آن‌ها ایفا می‌کند.

این محقق افزود: از طرفی نزدیک به ۲۵ درصد از قیمت باتری‌های لیتیم یون را ترکیبات الکترود کاتدی تشکیل می‌دهند. از این رو معرفی ماده‌ کاتدی با عملکرد الکتروشیمیایی خوب از جمله ظرفیت الکتروشیمیای زیاد، ولتاژ بالا، پایداری سیکلی زیاد، بازده کولمبی بالا و عملکرد سرعتی خوب و همچنین قیمت ارزان می‌تواند گامی موثر برای تولید باتری‌های لیتیم یون به منظور کاربرد‌های تجاری باشد.

او ادامه داد: اخیرا، ترکیبات لایه‌ای غنی از لیتیم با فرمول مولکولی Li۱.۲Mn۰.۵۴Ni۰.۱۳Co۰.۱۳O۲ به عنوان ماده‌ی کاتدی برای باتری‌های شارژپذیر لیتیم یون مطرح شده‌اند. از جمله مزایای ترکیبات کاتدی غنی از لیتیم می‌توان به ظرفیت الکتروشیمیایی بالا و ولتاژ بالای آن‌ها اشاره کرد که این امر منجر به ایجاد چگالی انرژی بالا می‌شود. علاوه بر این در ترکیب مذکور مقدار یون‌های منگنز بیشتر از کبالت و نیکل است که منجر به قیمت ارزان‌تر و سمیت کمتر ترکیب می‌شود.

راستگو دیلمی تاکید کرد: این ترکیبات مشکلاتی از جمله ظرفیت الکتروشیمیایی برگشت‌ناپذیر در سیکل اول، عملکرد سرعتی ضعیف و پایداری گرمایی کم را دارند.

بیشتر بخوانید: کرونا؛ ماموریت‌های آژانس فضایی اروپا را به تعویق انداخت

او با بیان اینکه یکی از پراهمیت‌ترین روش‌ها به منظور کاهش دادن ظرفیت الکتروشیمیای برگشت‌ناپذیر در ترکیبات کاتدی غنی از لیتیم، استفاده از پوشش‌های کارآمد بر روی سطح ذرات کاتدی است، گفت: پوشش‌های اعمال شده می‌توانند به طور قابل توجهی از واکنش‌های جانبی که بین سطح الکترود و الکترولیت رخ می‌دهد، جلوگیری کند به شرط آنکه پوشش‌های مذکور از پایداری شیمیایی و الکتروشیمیایی بالایی در محیط الکترولیت مورد استفاده برخوردار باشند.

این محقق با اشاره به پروژه خود در دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: در این پروژه، ابتدا مورفولوژی‌های متنوعی از این ترکیب با استفاده از روش هیدرو/سالوترمال تهیه شدند.

 ادامه داد: آنالیز‌های ساختاری و الکتروشیمیایی تایید کرد که حلال گلیسرول منجر به تولید ذرات کاتدی با ریخت‌شناسی مناسب می‌شود. سپس برای نخستین بار از پوشش تیتانیم دی اکسید دوپ شده با فلوئور بروی ذرات کاتدی ترکیب غنی از لیتیم استفاده شد.

او ادامه داد: به عبارت دیگر کاتد مذکور با مقدار ۲ درصد وزنی از TiO۲-xFx پوشش داده شد که منجر به ایجاد عملکرد الکتروشیمیایی و پایداری گرمایی قابل توجه‌ای در باتری لیتیم- یون شد. باتری لیتیم-یون ساخته شده ظرفیت الکتروشیمیایی برابر با mAh g-۱، ۱/۳۰۰ در سرعت C۱ و mAhg-۱، ۲۵۷ را در سرعت C۱۰ و پایداری سیکلی برابر با %۵/۹۱ و %۲/۷۳ را بعد از ۵۰۰ سیکل در سرعت‌های C ۱ و C۵ را نشان داد.

به گفته فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر، خوشبختانه تهیه کاتد‌های غنی از لیتیم و ساخت باتری‌های لیتیم-یون آن‌ها با موفقیت در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است. امید این است که بتوان با حمایت بخش‌های دولتی و سازمان‌های زیربط تولید آن‌ها را تا مرحله صنعتی پیش برد.

انتهای پیام/