Index
ورود کاربر
Telegram RSS ارسال به دوستان نسخه چاپی ذخیره خروجی XML خروجی متنی خروجی PDF
کد خبر : 178029
تاریخ انتشار : 13 اردیبهشت 1394 0:0
تعداد مشاهدات : 127

بهبود عملکرد باتری های یون لیتیوم با نانوساختارهای پژوهشگران دانشگاه امیرکبیر

علمي و فناوري - علم و فناوري ايران: پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر در تحقیقات خود موفق به سنتز نانوساختارهای جدیدی شدند که در ساخت باتری های یون لیتیوم قابل کاربرد خواهد بود. این نانوساختار با وجود افزایش ظرفیت باتری ها و روش ساخت ساده، فاقد خطرهای زیست محیطی است. به گزارش سرویس فناوری ایسنا، امروزه باتری های یون لیتیوم کاربردهای بسیار گسترده ای در توسعه خودروهای برقی و هیبریدی، انرژی های تجدیدپذیر، صنایع الکتریکی و الکترونیکی و سفینه های فضایی دارند. در برخی از کشورها، مردم از این نوع باتری ها که طول عمری بالاتر از 20 سال دارند، برای ذخیره سازی برق حاصل از انرژی خورشیدی و بادی استفاده می کنند. به همین منظور سرمایه گذاری های بزرگی در زمینه توسعه و تولید باتری های یون لیتیوم صورت گرفته است. به گفته دکتر مهران جوان بخت از مجریان این طرح، لیتیوم آهن فسفات، کاتدی بسیار ارزان، بدون سمیت و دارای خواص الکتروشیمیایی مناسبی است. با این حال، این ترکیب دارای دو عیب اصلی و ذاتی، یعنی پایین بودن هدایت یونی و الکترونی است. لذا در این تحقیق، بهبود این دو ویژگی مورد نظر قرار گرفته است. جوان بخت در ادامه عنوان کرد: «برای دستیابی به این هدف، در این طرح نانوذرات لیتیوم آهن فسفات با ریخت (مورفولوژی) پاپیونی برای اولین بار در دنیا تهیه شد. این نانوساختار پاپیونی دارای پوشش نانوکربنی است و برای ساخت کاتد موجود در باتری یون لیتیوم مورد استفاده و بررسی قرار گرفته است.» روش سنتز مورد استفاده ساده و با حلال های ارزان قیمت و در دسترس صورت گرفته است. این ترکیب نسبت به سایر ترکیبات کاتدی که بر پایه کبالت و یا نیکل هستند، سمیت و خطر زیست محیطی ندارد. بر اساس نتایج به دست آمده، نانوساختار ایجاد شده موجب کوتاه شدن مسیر نفوذ یون لیتیوم و در نتیجه افزایش هدایت یونی و سرعت شارژ و تخلیه شارژ(دشارژ) باتری می شود. از طرفی نانوپوشش های کربنی ایجاد شده بر روی ذرات، افزایش هدایت الکتریکی این ماده را در پی داشته است. با بهبودهای انجام شده در این ترکیب، ظرفیت ارائه شده توسط باتری نسبت به نمونه مقایسه ای حدود 110 درصد افزایش نشان داده است. این محقق نحوه ساخت و بررسی عملکرد کاتد مدنظر را بدین شرح توضیح داد: «در این پروژه، ماده مورد نظر در سه محیط با حلال های مختلف تهیه و اثر این حلال ها بر نانوساختار نمونه های به دست آمده، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. سپس شرایط بهینه ساخت نانوساختارهای موردنظر به دست آمده و بررسی های الکتروشیمیایی و میکروسکوپی روی نمونه ها انجام شد. در ادامه از نمونه ها یک کاتد تهیه و برای ساخت باتری لیتیوم یون مورد استفاده قرار گرفت. باتری های طراحی و ساخته شده از لحاظ ظرفیت، سرعت شارژ و دشارژ، طول عمر و ... مورد مطالعه قرار گرفتند.» نانوساختارهای تهیه شده ، حاصل خودآرایش یافتگی نانوصفحات لیتیوم آهن فسفات است. این نانوساختارها رفتار الکتروشیمیایی بسیار جالبی دارند و در کنار مزیت های ایجاد شده از قبیل افزایش سطح ویژه، افزودن سطح تماس ماده ی کاتدی با الکترولیت، کاهش مسیر نفوذ یون لیتیوم را نیز فراهم می کنند. لذا این باتری ها در مقایسه با نمونه های مشابه در دنیا سرعت تخلیه شارژ بالاتری دارند. همچنین با کمک طیف امپدانس الکتروشیمیایی، مشخص گردیده که ایجاد نانوپوشش کربنی نیز باعث کاهش 75 درصدی مقاومت انتقال بار و کاهش چشمگیر مقاومت انتقال جرم در آن شده است. جوان بخت در پایان با اشاره به اینکه درحال حاضر این ماده از کشور چین به ایران وارد می شود، افزود: «امید است با دستیابی به دانش فنی تولید این ماده، کشور از واردات آن بی نیاز شده و امکان اشتغال زایی برای نیروهای انسانی متخصص و فارغ التحصیلان رشته های مربوطه فراهم شود.» این تحقیقات با همکاری دکتر مهران جوان بخت، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، حسین غفاریان زحمتکش، دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی تجزیه این دانشگاه و دکتر مهدی قائمی، عضو هیأت علمی دانشگاه گرگان، انجام شده و نتایج آن در مجله Journal of Power Sources (جلد 284، شماره 1، سال 2015، صفحات 339 تا 348) به چاپ رسیده است.