توسعه باتری‌های لیتیومی با مواد پیشرفته آندی ارزان

به گزارش ایسنا، دکتر مهشید ارشادی، دانش آموخته دانشکده شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر در راستای رساله دکتری خود تحت عنوان «ساخت نانوکامپوزیت‌های بر پایه ترکیبات گرافن/ Fe۳O۴جهت کاربرد به‌عنوان مواد آندی در باتری‌های لیتیوم-یون» گفت: با توجه به اهمیت روزافزون باتری‌های قابل شارژ به ویژه باتری‌های لیتیوم-یون در تمام جنبه‌های دنیای مدرن کنونی، توسعه روش‌های آسان و مقرون به صرفه تولید اجزای تشکیل دهنده باتری‌های مذکور بسیار ضروری است و باید به عنوان بخشی از اولویت‌های پژوهشی کشور در نظر گرفته شود.

وی افزود: در این میان مواد آندی با توجه به نقش کلیدی آن‌ها در عملکرد بالای سل باتری لیتیوم-یون، سهم جالب توجهی از تحقیقات مربوط به باتری لیتیوم-یون را به خود اختصاص داده است.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر اضافه کرد: با توجه به مسئله چالش‌برانگیز گرمایش جهانی که نگرانی‌های بسیاری از سوی مجامع بین‌المللی برانگیخته است، حرکت به سمت منابع انرژی جایگزین مانند انرژی‌های تجدیدپذیر و حمل و نقل برقی را به ضرورتی انکارناپذیر مبدل کرده است.

ارشادی افزود: در این میان توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر و خودروی برقی از نظر عملیاتی و اقتصادی قویاً وابسته به ذخیره‌سازهای انرژی الکتریکی با ظرفیت ویژه بالا و قیمت مقرون به صرفه مانند باتری‌های لیتیوم-یون است.

محقق طرح با تاکید بر اینکه در حال حاضر تحقیقات گسترده‌ای در زمینه توسعه مواد پیشرفته باتری‌های لیتیوم-یون می‌شود، گفت: هر ۵ سال تقریبا یک بار نسل مواد باتری‌های لیتیومی عوض می‌شود، از این رو مواد جدی با کارایی بهتر و قیمت مناسب‌تر در الکترودها نقش عمده‌ای در توسعه باتری‌های با عملکرد بالا ایفا می‌کند.

وی افزود: تلاش‌های انجام گرفته تا حد زیادی بر روی بهبود مواد الکترودی فعلی یا کاوش برای مواد الکترودی جدید است؛ اگرچه امروزه گرافیت بعنوان ماده آندی به صورت تجاری در باتری‌های لیتیوم-یون مورد استفاده قرار می‌گیرد، ولیکن در باتری‌های نسل جدید گرافیت جای خود را به مواد دیگری از جمله نانوساختارهای کربنی، آندهای تبادلی و آلیاژهای سیلیکون که کارایی بهتری دارند، می‌دهد.

وی تاکید کرد: بدین جهت به منظور تولید باتری‌های لیتیوم-یون با قیمت پایین‌تر و نزدیک شدن به اهداف پیش‌بینی شده بین‌المللی، نیاز به مواد آندی با عملکرد مناسب وجود دارد تا امکان تولید انبوه مواد آندی مورد استفاده در باتری‌های لیتیوم-یون به منظور ذخیره‌سازی در مقیاس بالا فراهم آید.

ارشادی افزود: لذا توسعه روش‌های تولید کارآمد، با تجهیزات ساده و ارزان، گامی مهم برای تولید مواد آندی با عملکرد قابل قبول به طریقه مقرون به صرفه است. با در نظر گرفتن این امر که امروزه در کشور نیاز جدی به باتری‌های لیتیوم-یون است و مهمترین چالش در این زمینه دستیابی به دانش فنی تولید مواد الکترودی است، از این رو این طرح می‌تواند در این راستا مورد توجه قرار گیرد.

دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: در این طرح ترکیبات اولیه مواد آندی بر پایه ترکیبات گرافنی برای کاربرد در الکترود باتری‌های لیتیوم-یون در داخل سنتز و بومی‌سازی شده است.

وی ادامه داد: این پروژه می‌تواند شروع کننده مباحث تحقیقاتی مناسبی در زمینه مواد آندی بر پایه گرافن در داخل کشور باشد.

وی با اشاره به معرفی ویژگی‌های طرح گفت: در این پروژه سعی شده است که از روش‌های آسان و کم هزینه برای ساخت این مواد استفاده شود. همچنین ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی با امکانات و تجهیزات در دسترس انجام پذیرفته است.

ارشادی با اشاره به مزیت های رقابتی طرح، گفت: از نتایج بدست آمده از این طرح می‌توان در جهت ساخت و بومی سازی این نوع از مواد در داخل کشور استفاده کرد.  

وی با اشاره به کاربردهای پروژه گفت: به دلیل قیمت ذاتی پایین Fe3O4، نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر گرافن/ Fe3O4 با ظرفیت و سیکل پذیری مناسب قابلیت به کارگیری در باتری‌های لیتیوم-یون قابل شارژ مورد استفاده در ذخیره‌سازی انرژی‌ در مقیاس بالا مانند شبکه توزیع برق، ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر و خودروهای برقی را داراست. همچنین مواد ساخته شده در این پروژه می‌تواند در ساخت الکترودهای بر پایه گرافن در کاربردهایی نظیر انواع باتری‌ها، ابرخازن‌ها، کاتالیست‌ها و غیره به کار برده شوند.

به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، اساتید راهنمای پروژه دکتر مهران جوانبخت (دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر)، دکتر سید احمد مظفری (سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران) و اساتید مشاور این پروژه دکتر بنیامین ظهیری ‏(بریتیش کلمبیا-کانادا) و  دنیل برندل (اوپسالا-سوئد) بوده‌اند. این رساله دکتری در دانشکده شیمی و مرکز تحقیقات انرژی‌های تجدید پذیر دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام پذیرفته و از سوی بنیاد ملی نخبگان و ستاد توسعه فناوری نانو حمایت مالی شده است. از نتایج این رساله تاکنون سه مقاله در مجلات بین‌المللی منتشر شده است.

انتهای پیام