خط رند ۹۱۲: پژوهشگران موفق به تولید کاتدهای غنی از لیتیوم شدند که در ساخت باتریهای با چگالی بالا به کار می رود.
به گزارش خط رند ۹۱۲ به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، محدثه راستگوی دیلمی، دانش آموخته گرایش شیمی کاربردی مجری طرح «تهیه و بررسی کاتدهای غنی از لیتیم برپایه اکسید لیتیم منگنز نیکل کبالت و پوشش های اکسید فلزی برای استفاده در باتری های لیتیم-یون » اظهار داشت: امروزه به دنبال گرم شدن کره ی زمین و آب شدن یخ های قطبی که به دنبال استفاده بیش از اندازه از سوخت های فسیلی و نشر گازهای گلخانه ای به اتمسفر رخ داده است، توجه به پیدایش روش ها و طراحی سیستم های نوین بمنظور تولید و ذخیره سازی انرژی الکتریکی بیش از گذشته حائز اهمیت شده است. وی ادامه داد: بنا بر این استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند باد، خورشید، زیست توده و امواج دریا بمنظور تولید انرژی الکتریکی مورد توجه قرار گرفته است. بگفته وی از طرفی طراحی یک سیستم قدرتمند که بتواند انرژی الکتریکی را ذخیره کند و در مکان و زمان مناسب عرضه کند، امکان این را فراهم می آورد که خیلی از مشکلات و نیازهای بشر در زمینه حمل و نقل، پزشکی، هوافضا و ارتباطات برطرف شود. وی با اشاره به اینکه یکی از مهم ترین باتری هایی که به شکل گسترده ای در زندگی روزمره بشر کاربرد دارند، باتری های شارژپذیر لیتیم-یون هستند اظهار داشت: باتریهای لیتیم-یون به سبب چگالی انرژی بالایشان به شکل گسترده ای در تجهیزات الکترونیکی قابل حمل مانند دوربینها، تلفنهای بی سیم، لپ تاپها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. وی افزود: همین طور باتری های لیتیوم یون در تجهیزات الکتریکی در صنعت حمل و نقل مانند خودرو های الکتریکی هیبریدی کاربرد دارند و در شبکه های هوشمند نیز بمنظور ذخیره سازی انرژی الکتریکی و جلوگیری از نوسانات برق از باتریهای لیتیم-یون استفاده می شود. دیلمی اشاره کرد: خیلی از پژوهشگران بمنظور بهبود عملکرد باتری های لیتیم-یون، تحقیقات گسترده ای را بر روی الکترود کاتدی آنها انجام داده اند و تابحال نیز این تحقیقات ادامه دارد. به سبب آنکه الکترود کاتدی یکی از کلیدی ترین اجزای باتری های لیتیم-یون است که نقش بسزایی را در عملکرد الکتروشیمیایی باتری های مذکور به ویژه چگالی انرژی و توان آنها ایفا می کند. وی ادامه داد: از طرفی نزدیک به ۲۵ درصد از قیمت باتری های لیتیم-یون را ترکیبات الکترود کاتدی می سازند. بدین جهت معرفی ماده ی کاتدی با عملکرد الکتروشیمیایی خوب همچون ظرفیت الکتروشیمیای زیاد، ولتاژ بالا، پایداری سیکلی زیاد، بازده کولمبی بالا و عملکرد سرعتی خوب و همین طور قیمت ارزان می تواند گامی موثر برای تولید باتری های لیتیم-یون بمنظور کاربردهای تجاری باشد. وی ادامه داد: اخیرا، ترکیبات لایه ای غنی از لیتیم با فرمول مولکولی Li۱.۲Mn۰.۵۴Ni۰.۱۳Co۰.۱۳O۲ بعنوان ماده ی کاتدی برای باتری های شارژپذیر لیتیم-یون مطرح شده اند. همچون مزایای ترکیبات کاتدی غنی از لیتیم می توان به ظرفیت الکتروشیمیایی بالا و ولتاژ بالای آنها اشاره نمود که این امر منجر به ایجاد چگالی انرژی بالا می شود. علاوه بر این در ترکیب مذکور مقدار یون های منگنز بیشتر از کبالت و نیکل است که منجر به قیمت ارزان تر و سمیت کمتر ترکیب می شود. وی اشاره کرد: این ترکیبات مشکلاتی همچون ظرفیت الکتروشیمیایی برگشت ناپذیر در سیکل اول، عملکرد سرعتی ضعیف و پایداری گرمایی کم را دارند.
وی با اشاره به اینکه یکی از پراهمیت ترین روش ها بمنظور کاهش دادن ظرفیت الکتروشیمیای برگشت ناپذیر در ترکیبات کاتدی غنی از لیتیم، استفاده از پوشش های کارآمد بر روی سطح ذرات کاتدی است، اظهار داشت: پوشش های اعمال شده می توانند بطور قابل توجهی از واکنش های جانبی که بین سطح الکترود و الکترولیت رخ می دهد، جلوگیری کند به شرط آنکه پوشش های مذکور از پایداری شیمیایی و الکتروشیمیایی بالایی در محیط الکترولیت مورد استفاده برخوردار باشند. وی با اشاره به پروژه خود در دانشگاه صنعتی امیرکبیر اظهار داشت: در این پروژه، ابتدا مورفولوژی های متنوعی از این ترکیب با استفاده از روش هیدرو/سالوترمال تهیه شدند. وی افزود: آنالیزهای ساختاری و الکتروشیمیایی تایید نمود که حلال گلیسرول منجر به تولید ذرات کاتدی با ریخت شناسی مناسب می شود. سپس برای اولین بار از پوشش تیتانیم دی اکسید دوپ شده با فلوئور بروی ذرات کاتدی ترکیب غنی از لیتیم استفاده شد. بگفته فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر، خوشبختانه تهیه کاتدهای غنی از لیتیم و ساخت باتری های 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. این تحقیقات در چارچوب پایان نامه دکتری محدثه راستگوی دیلمی، دانش آموخته گرایش شیمی کاربردی تحت عنوان «تهیه و بررسی کاتدهای غنی از لیتیم برپایه اکسید لیتیم منگنز نیکل کبالت و پوشش های اکسید فلزی برای استفاده در باتری های لیتیم-یون » انجام شده است؛ نتایج این تحقیقات با راهنمایی دکترمهران جوانبخت و دکتر حمید امیدوار از اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بدست آمده است.
منبع: خط رند ۹۱۲
