بهبود عملکرد و سبک سازی باتری های لیتیومی با تهیه الکترودهای نانو کامپوزیت
آجاک: محققان دانشگاه امیرکبیر در قالب رساله دکتری به نانو کامپوزیت هایی رسیدند که کاربرد آن در باتری های قابل شارژ لیتیومی سبب بهبود سیکل پذیری و عملکرد الکتروشیمیایی آنها می شود.
به گزارش آجاک به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، فاطمه پورصالحی دانش آموخته مقطع دکتری با هدایت و راهنمایی دکتر مهران جوانبخت و مشاوره دکتر احمد احمدی دریاکناری طرح پژوهشی با عنوان «بهبود عملکرد باتری های لیتیومی با تهیه الکترودهای نانوکامپوزیتی پیشرفته به روش ترسیب الکتروفورتیک» را اجرا کردند.
پورصالحی علت انتخاب این تکنیک را سبک کردن باتری های لیتیومی و حذف برخی مواد شیمیایی دانست و اظهار داشت: روش متداول در تهیه الکترود باتری های لیتیومی شامل تهیه دوغاب با گرانروی بالا از مواد الکترودی و سپس لایه نشانی آنها با تیغه بر سطح جمع کننده جریان و در نهایت تبخیر حلال است که این تکنیک علاوه بر داشتن معایبی همچون استفاده از حلال سمیNMP، هزینه و زمان پروسه بالایی را شامل می شود.
وی بومی سازی دانش فنی تهیه الکترودهای کاتدی باتری های لیتیومی با روش ترسیب الکتروفورتیک را از دستاوردهای مهم این پژوهش مطرح کرد و اضافه کرد: در این راستا، نسبت به روش متداول و صنعتی لایه نشانی الکترودها، روش پیشنهادی منجر به کاهش هزینه ها با حذف مواد شیمیایی سمی NMP و PVDF، ساده سازی فرآِیند و تجهیزات و کاهش انرژی و زمان ساخت الکترودها در مقیاس آزمایشگاهی می شود.
این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: به کارگیری الکترودهای نانوکامپوزیتی تهیه شده با ساختار پیشرفته نسبت به الکترودهای متداول در باتری های لیتیومی منجر به بهبود سیکل پذیری و عملکرد الکتروشیمیایی می شود.
وی به بیان پروسه اجرای این پروژه پرداخت و اظهار داشت: در این پروژه ما با اعمال جریان الکتریسیته به سوسپانسیون پایدار از اجزا الکترودی (روش ترسیب الکتروفورتیک) و بهینه سازی متغیرها، موفق به دستیابی به پوششی یکنواخت از اجزا بر سطح جمع کننده جریان شدیم و همین طور در ادامه پژوهش با حذف بایندر PVDF، الکترودهای سبک تر، کم هزینه تر و با ساختار منسجم و یکپارچه دست پیدا کردیم. بدین منظور از کربن نانوتیوب چند جداره و صفحات گرافن سولفونه با سطح تماس بالا استفاده کردیم که بتوانند علاوه بر نقش هادی الکتریسیته، نقش بایندر را نیز در ساختار الکترود ایفا کنند.
پورصالحی اظهار داشت: بعد از بهینه سازی های ذکرشده، الکترودهای کامپوزیتی پیشرفته حاوی کربن نانوتیوب و یا گرافن سولفونه در یک مرحله با کمک روش ترسیب الکتروفورتیک تهیه و بهبنه شد.
وی با اعلان اینکه الکترودهای تهیه شده در باتری های قابل شارژ لیتیومی مورد استفاده قرار گرفتند، اضافه کرد: این رساله دکتری در بخش های مختلفی انجام شد که بخش اول شامل کسب دانش فنی تهیه الکترودهای کاتدی با روش ترسیب الکتروفورتیک و مقایسه خاصیت ها، ساختار و عملکرد آنها با الکترودهای متداول تجاری است. در بخش دوم بدنبال حذف بایندر PVDF از ساختار الکترودها بودیم.
این محقق افزود: نوآوری این بخش در استفاده از جایگزین کردن افزودنی هادی متداول کربن بلک با نانولوله های کربنی MWCNT است که علاوه بر هدایت الکتریکی بالا، می توانند نقش بایندر را ایفا کنند.
به گفته وی نتایج بخش اول و دوم این رساله در ژورنال Journal of the Electrochemical Society/ انتشارات IOP در سال ۲۰۲۳ منتشر گردید.
در بخش سوم این رساله نیز الکترودهای کامپوزیتی حاوی گرافن سولفونه و گرافن سولفونه/کربن بلک تهیه و مقایسه شدند که در تهیه این کامپوزیت ها با کمک صفحات گرافن و استفاده از روش ترسیب الکتروفورتیک، مواد فعال الکترودی دربرگرفته شده با صفحات گرافن با هدایت الکتریکی بالا تهیه شدند. علاوه بر این، ذرات کربن بلک و گروه¬های سولفونه مورد استفاده در تهیه ساختار کامپوزیتی به افزایش عمر باتری¬های لیتیومی کمک کردند. نتایج این بخش از رساله بتازگی در ژورنال Electroanalytical chemistry انتشارات الزویر انتشار یافته است.
لازم به ذکر است قبل از شروع این رساله دکتری طی یک طرح پژوهشی، عملکرد باتری های لیتیومی را با تهیه الکترودهای کامپوزیتی برپایه نانوصفحات گرافن به کمک روش الکتروفورتیک بهبود یافت که نتایج آن در ژورنال Solid state chemistry / انتشارات الزویر در سال ۲۰۲۰ به چاپ رسید.
منبع: آجاك
این مطلب آجاک را پسندیدید؟
(0)
(0)
تازه ترینهای مرتبط
نظرات بینندگان در این باره