بهبود عملکرد و سبک سازی باتری های لیتیومی با الکترودهای نانوکامپوزیت
به گزارش نیو وبلاگ، گروهی از متخصصان دانشگاه صنعتی امیرکبیر در چارچوب رساله دکتری به نانو کامپوزیت هایی دست پیدا کردند که کاربرد آنها در باتری های قابل شارژ لیتیومی باعث بهبود سیکل پذیری و عملکرد الکتروشیمیایی این باتری ها می شود.
به گزارش نیو وبلاگ به نقل از ایسنا، فاطمه پورصالحی، دانش آموخته مقطع دکتری با هدایت و راهنمایی پروفسور 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 اجرائی 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 وPVDF، 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 اجزای 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 به 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 بهینه 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 ی ایشان، نتایج بخش اول و دوم این رساله در Journal of the Electrochemical Society از انتشارات IOP در سال ۲۰۲۳ منتشر گردید.
پورصالحی اضافه کرد: 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 گروههای سولفونه مورد استفاده در تهیه ساختار کامپوزیتی به افزایش عمر باتری های لیتیومی کمک کردند. نتایج این بخش از رساله در مجله Electroanalytical chemistry از انتشارات الزویر بتازگی انتشار یافته است.
به نقل از دانشگاه امیرکبیر، وی اشاره کرد: 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 بخشیدیم که نتایج آن در مجله Solid state chemistry از انتشارات الزویر در سال ۲۰۲۰ به چاپ رسید.
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب