سایت صنعت و بازار | اخبار | موفقیتی چشمگیر در ساخت الکترولیت جامد
حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده خبر

موفقیتی چشمگیر در ساخت الکترولیت جامد

تاریخ خبر : ۱۳۹۷/۰۷/۱۵ تعداد بازدید : ۶۱
تعداد رای : ۰
دانشگاه‎ها و آزمایشگاه‎های تحقیقاتی در سرتاسر دنیا در کنار یکدیگر در حال تحقیق بر روی الکترولیت‎های جامد هستند تا نسل جدیدی از باتری‎های لیتیم-یون را ارائه دهند.

کاملاً مشخص است که دست‎یابی به نسل جدید باتری‎های لیتیم-یون نیاز به اشتراک نظرات و تلاش‎های گسترده محققان در سراسر دنیا دارد. در حال حاضر، باتری‎های لیتیم-یون تجاری از الکترود گرافیت به عنوان آند و از اکسید فلزی به عنوان کاتد استفاده می‎کنند. این الکترودها توسط حلال آلی مایع که می‎تواند یون‎های لیتیم را بین الکترودها انتقال دهد، با هم ارتباط دارند. حلال آلی الکترولیت اشتعال آور است و پتانسیل این را دارد که برای باتری خطرآفرین باشد.

در بخش آندی باتری لیتیم-یون که از لایه‎های گرافیت تشکیل شده، یون‎های لیتیم در اثر شارژ در بین لایه‎های مواد وارد شده و در اثر دشارژ از ساختار آنها خارج می‎شوند. محققان باتری در این فکر هستند که جایگزینی آند گرافیت با لیتیم فلزی یون‎های لیتیم بیشتری را در اثر دشارژ به جریان خواهد انداخت و تقریباً ظرفیت باتری را دوبرابر خواهد کرد. اما در حین شارژ باتری لیتیم فلزی، ساختارهای کریستالی با نام دندریت بر سطح فلز تشکیل می‎شوند که در اثر رشد بیش از اندازه و رسیدن به سطح کاتد منجر به اتصال کوتاه باتری خواهند شد. لذا برای حل این مشکل تلاش‎هایی صورت گرفته که مربوط به استفاده از الکترولیت‎های جامد یا نیمه جامد است که می‎توانند مانع از رشد دندریتی بر سطح فلز شده و از طرفی امکان انتقال یون‎های لیتیم بدون هدایت الکترون‎ها را فراهم کنند.

یکی از گزینه‎هایی که اخیراً توجهات زیادی را به خود جلب کرده استفاده از الکترولیت ساخته شده از مواد پلیمری است. این ماده با نام الکترولیت جامد پلیمری (Solid Electrolyte Polymer: SPE) شناخته می‎شود که توسط تیمی در دانشگاه پنسیلوانیا به انجام رسید. نقطه اتکای تیم، استفاده از نافیون بود (یک کوپلیمر بر پایه تترافلوئورواتیلن سولفونه شده) که امکان انتقال یون‎های مثبت (بدون عبور الکترون‎ها) را فراهم می‎کرد. نافیون عمدتاً به عنوان غشای تبادلگر پروتون (PEM) در پیل‎های سوختی هیدروژنی استفاده می‎شود.

ساختار این ماده هنوز در هاله‎ای از ابهام قرار دارد و ممکن است که هیچ‎گاه به درستی فهمیده نشود. زیرا پلیمر نافیون ساختار نامنظمی دارد و مطالعه ساختار آن دشوار است. این ماده حاوی زنجیره‎های جانبی است که بطور تصادفی تشکیل می‎شوند و پایانه‎های آن حاوی گروه‎های سولفونی هستند. گروه‎های سولفونیک اسید با آب وارد واکنش می‎شوند که در اثر این واکنش، کانال‎هایی در پلیمر تشکیل می‎دهند و امکان انتقال کاتیون‎ها را در ساختار پلیمر فراهم می‎کنند. اگر این مسیرهای انتقال به صورت مستقیم باشند، لذا انتقال یون‎های لیتیم در ساختار پلیمر سریع‎تر خواهد شد. محققان توانستند کانال‎های موازی را در ساختار پلیمر ایجاد کنند که باعث نفوذ فوق‎العاده یون‎های لیتیم خواهند شد.

زنجیره‎های موجود در  ساختار نافیون، ساختاری مشابه تارهای مو را تشکیل می‎دهند که گروه‎های سولفونیک اسید در انتهای آنها قرار دارند. این مزیت، این امکان را برای نافیون فراهم می‎کند تا لایه‎های منظم و کانال‎های مستقیمی را ترتیب دهد. انتقال کاتیونی در این حالت بسیار تسریع می‎شود.

هدف از این پروژه ساخت الکترولیت جامدی است که ایمن‎تر از الکترولیت‎های مایع است. در این حالت، باتری‎های لیتیمی حاوی الکترولیت پلیمری جامد، سبک‎تر و ارزان‎تر هستند. اینگونه باتری‎ها ظرفیت دوبرابر و توانایی شارژ بسیار سریع‎تری از باتری‎های رایج لیتیم-یون دارند.

 

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)