فراوری کاتدهای غنی از لیتیوم برای ساخت باتریهای با چگالی بالا - پسرک کامپیوتری

وی اضافه کرد: به همین دلیل استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند باد، خورشید، زیست توده و امواج دریا به منظور فراوری انرژی الکتریکی مورد توجه قرار گرفته است.

به گفته 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 بسیاری از مسائل و نیازهای بشر در زمینه حمل و نقل، پزشکی، هوافضا و ارتباطات رفع گردد.

وی با بیان اینکه یکی از مهم ترین باتری هایی که به طور گسترده ای در زندگی روزمره بشر کاربرد دارند، باتری های شارژپذیر لیتیم-یون هستند گفت: باتریهای لیتیم-یون به علت چگالی انرژی بالایشان به طور گسترده ای در تجهیزات الکترونیکی قابل حمل مانند دوربینها، تلفنهای بی سیم، لپ تاپها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

وی ادامه داد: همچنین باتری های لیتیوم یون در تجهیزات الکتریکی در صنعت حمل و نقل مانند خودروهای الکتریکی هیبریدی کاربرد دارند و در شبکه های هوشمند نیز به منظور ذخیره سازی انرژی الکتریکی و جلوگیری از نوسانات برق از باتریهای لیتیم-یون استفاده می گردد.

دیلمی خاطر نشان کرد: بسیاری از محققان به منظور بهبود عملکرد باتری های لیتیم-یون، تحقیقات گسترده ای را بر روی الکترود کاتدی آنها انجام داده اند و تا به امروز نیز این تحقیقات ادامه دارد. به دلیل آنکه الکترود کاتدی یکی از کلیدی ترین اجزای باتری های لیتیم-یون است که نقش بسزایی را در عملکرد الکتروشیمیایی باتری های مذکور بویژه چگالی انرژی و توان آنها ایفا می نماید.

وی اضافه کرد: از طرفی نزدیک به 25 درصد از قیمت باتری های لیتیم-یون را ترکیبات الکترود کاتدی تشکیل می دهند. 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 مناسب می تواند گامی موثر برای فراوری باتری های لیتیم-یون به منظور کاربردهای تجاری باشد.

وی اضافه کرد: اخیرا، ترکیبات لایه ای غنی از لیتیم با فرمول مولکولی Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2 به عنوان ماده کاتدی برای باتری های شارژپذیر لیتیم-یون مطرح شده اند. از جمله 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 گردد. علاوه بر این در ترکیب مذکور مقدار یون های منگنز بیشتر از کبالت و نیکل است که منجر به قیمت مناسب تر و سمیت کمتر ترکیب می گردد.

وی تاکید نمود: این ترکیبات مسائلی از جمله ظرفیت الکتروشیمیایی برگشت ناپذیر در سیکل اول، عملکرد سرعتی ضعیف و پایداری گرمایی کم را دارند.

وی با بیان اینکه یکی از پراهمیت ترین روش ها به منظور کاهش دادن ظرفیت الکتروشیمیای برگشت ناپذیر در ترکیبات کاتدی غنی از لیتیم، استفاده از پوشش های کارآمد بر روی سطح ذرات کاتدی است، گفت: پوشش های اعمال شده می توانند به طور 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 گفت: در این پروژه، ابتدا مورفولوژی های متنوعی از این ترکیب با استفاده از روش هیدرو/سالوترمال تهیه شدند.

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

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

این تحقیقات در قالب سرانجام نامه دکتری محدثه راستگوی دیلمی، دانش آموخته گرایش شیمی کاربردی تحت عنوان تهیه و آنالیز کاتدهای غنی از لیتیم برپایه اکسید لیتیم منگنز نیکل کبالت و پوشش های اکسید فلزی جهت استفاده در باتری های لیتیم-یون صورت گرفته است؛ نتایج این تحقیقات با هدایت دکترمهران جوانبخت و دکتر حمید امیدوار از اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر بدست آمده است.