در دانشگاه علم و صنعت صورت گرفت؛

بهبود عملکرد باتری‌های لیتیومی با فناوری نانو

محققان دانشگاه علم و صنعت با همکاری محققی از کشور هلند موفق شدند با تولید الکترود نانوساختار از جنس اکسید آهن، عمر مفید باطری‌های لیتیومی را افزایش دهند.

کد خبر: ۱۰۲۳۸۴

تاریخ: ۱۸ اسفند ۱۳۹۴ - ۱۴:۱۷

با توجه به کاربرد گسترده‌ی این باتری‌ها در صنایع مختلف از قبیل صنایع الکترونیک و هوافضا، نتایج این طرح آزمایشگاهی می‌تواند در آینده‌ بسیاری از این صنایع، به‌طور مستقیم و غیرمستقیم مؤثر باشد.

باتری‌های لیتیومی از خانواده باتری‌های قابل شارژ محسوب می‌شوند. امروزه باتری‌های لیتیومی یکی از اولین انتخاب ها برای استفاده به عنوان منبع انرژی قابل‌حمل هستند. با توجه به اهمیت روزافزون ذخیره‌ انرژی در صنایع مختلف، بهبود عملکرد این نوع باتری‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

یکی از عوامل تعیین‌کننده در موضوع ظرفیت و طول عمر این نوع باتری‌ها، جنس الکترود مورد استفاده در آنها است. تاکنون تحقیقات متعددی در زمینه‌ انتخاب جنس مناسب الکترود انجام شده است.

به گفته‌ محمد گل محمد مجری طرح، ارزان بودن، غیر سمی بودن و ظرفیت و پایداری بالا از مشخصه‌های اصلی الکترود مورد استفاده در باتری‌های لیتیومی است. براین اساس اکسید آهن به دلیل دارا بودن شرایط مذکور گزینه‌ مناسبی برای این منظور به شمار می‌رود.

وی افزود: در این راستا، اکسیدهای آهن با ساختارهای متفاوت توسط محققان مورد بررسی قرار گرفته‌اند. یکی از عیوب این الکترودها کاهش ظرفیت آنها پس از دوره‌های مکرر شارژ- تخلیه است. هدف از انجام این طرح، غلبه بر عیب مطرح ‌شده از طریق ایجاد تخلخل‌های نانومتری در اکسید آهن بوده است.

این محقق با اشاره به تغییرات حجم الکترود طی دوره‌های مکرر شارژ- تخلیه به‌عنوان عامل اصلی کاهش ظرفیت آنها گفت: اعمال حفرات نانومتری در الکترود موجب کاهش قابل توجه تخریب ناشی از تغییرات حجم و همچنین افزایش سطح مؤثر آن‌ها می‌شود.

گل محمد خاطرنشان کرد: اکسید آهن مورد استفاده در این طرح، مگهمیت است که علاوه بر ظرفیت برگشت‌ پذیری بالا، ماده‌ای ارزان‌قیمت، در دسترس و غیر سمی است. همچنین روش سنتز استفاده شده برای تولید این ماده، روشی آسان و کم‌هزینه بشمار می رود.

وی در خصوص روند دست‌یابی به اهداف این طرح افزود: ابتدا اکسید آهن مگهمیت متخلخل از طریق روش رسوبی با استفاده از گلیسیرین به عنوان حلال واسط سنتز شد. در ادامه فازهای به دست آمده، مکانیزم تشکیل مگهمیت، ریزساختار و اندازه‌ تخلخل ها با روش‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت.

این محقق گفت: سپس خمیری از این ذرات به همراه بایندر و ماده‌ هادی تهیه و بر روی زیرلایه‌ مسی ریخته‌گری دوغابی شد. در نهایت با استفاده از لیتیوم به عنوان الکترود مرجع، باتری ساخته و عملکرد آن در دانسیته جریان‌های مختلف ارزیابی شد.

گل محمد اضافه کرد: نتایج بررسی‌های ساختاری انجام شده از تشکیل اکسید آهن مگهمیت تک فاز متخلخل حکایت دارند. همچنین ارزیابی‌های صورت گرفته بر باتری لیتیومی ساخته شده از الکترودهای از جنس اکسید آهن متخلخل، نشان‌دهنده‌ ظرفیت بسیار بالاتر این باتری‌ها نسبت به باتری‌های متشکل از الکترودهای گرافیتی است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های فرهاد گلستانی فرد و علیرضا میر حبیبی اعضای هیات علمی دانشگاه علم و صنعت، محمد گل محمد دانش‌آموخته‌ دوره‌ دکترای دانشگاه علم و صنعت و اریک کلدر عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی دلفت است.

نتایج این پژوهش در مجله‌ Ceramic International (جلد ۴۲، سال ۲۰۱۶، صفحات ۴۳۷۰ تا ۴۳۷۶) به چاپ رسیده است.