ساخت کاتد مناسب برای باتری لیتیم سولفور

تیمی از محققان دانشگاه برلین (HZB) برای اولین بار ماده‎ای از نانوذرات تیتانیوم اکسید (Ti4O7) ساختند که در کاتد باتری استفاده شده و مساحت سطح زیادی را ایجاد می‎کند. میزان تخلخل فراوان موجود در این ماده ظرفیت ذخیره زیادی را ایجاد می‎کند که در طی سیکل‎های طولانی تقریباً ثابت می‎ماند.
در حال حاضر، باتری‎های لیتیمی یکی از راه حل‎های اساسی برای ذخیره الکتریسیته هستند. یون‎های لیتیم در این باتری‎ها بین الکترودها در حال مهاجرت هستند و مواد کاتدی و آندی در این باتری‎ها، عمدتاً از فلزات سنگین تهیه می‎شوند که هم سمی بوده و هم گران هستند. 
بنابراین یکی از گزینه‎های پیشنهادی، استفاده از باتری‎های لیتیم-سولفور است که از کاتد سولفور که ارزان بوده و فراوان است، تشکیل می‎شود.

 زمانیکه یون‎های لیتیم در طی دشارژ از آند به سمت کاتد مهاجرت می‎کنند، واکنشی رخ می دهد که گونه لیتیم سولفید (Li2S) را از گونه‎های حد واسط پلی‎سولفید لیتیم بوجود می‎آورد. در طی سیکل‎ها، انحلال گونه‎های پلی‎سولفیدهای لیتیم باعث کاهش ظرفیت باتری در طی چرخه‎های متوالی می‎شود (پدیده‎ای که از آن با عنوان «پدیده شاتل» نام برده می‎شود). به همین دلیل محققان درصدد بهبود ماده کاتدی هستند که بتواند به صورت فیزیکی و شیمیایی، مانع از مهاجرت گونه‎های پلی‎سولفید شود. مثلاً یک راه حل استفاده از نانوذرات TiO2 است. 
در این راستا، نوعی ماده کاتدی ساخته شده که در ساختار آن از نانوذرات Ti4O7 استفاده شده و با وجود نانوحفره‎ها می‎تواند مانع از مهاجرت گونه‎های پلی‎سولفید شود. 
به گفته پروفسور یان لو (Yan Lu): " در این پروژه روش نوینی برای تهیه کاتد تعبیه شده که می‎تواند ساختار شبکه‎ای 3 بعدی را بوجود آورد. " طبق این روش در ابتدا، قالبی از کره‎های پلیمری ریز با سطوح متخلخل تهیه شد و سپس درون محلول تیتانیوم ایزپروپوکسید غوطه‎ور گردید. بدین ترتیب لایه‎ای از Ti4O7 بر سطح کره‎های متخلخل ایجاد می‎شود و تحت عملیات حرارتی قرار می‎گیرد تا باقیمانده ذرات پلیمری از بین بروند."
در مقایسه با سایر مواد کاتدی که از تیتانیوم اکسید ساخته شده‎اند، نانوکره‎های Ti4O7 مساحت سطح بسیار زیادی را ایجاد می‎کنند. بطوریکه 12 گرم از این ماده می‎تواند سطح زمین فوتبال را بپوشاند. 
با استفاده از آنالیز XPS مشخص شد که ذرات سولفور با پیوندهای قوی به سطح اتصال دارند. این عامل سبب می‏شود که ظرفیت ویژه کاتد به ازای هر گرم تا مقدار mAh 1219 در سرعت C 1/0 افزایش یابد. مقدار ظرفیت نیز به ازای هر سیکل به میزان بسیار کمی در حد 094/0 % کاهش می‎یابد. به منظور افزایش هدایت مواد، می‎توان ذرات کربن را بر سطح نانوذرات پوشش‎دهی کرد.
مزیت قابل توجه این پروژه، این است که تمامی مراحل انجام پروژه قابل تجاری‎سازی و افزایش ابعاد هستند. 



filereader.php?p1=main_70f250e2d762fbde8

filereader.php?p1=main_5516adb142fcb18a0
منبع مطلب