دانشگاه علم و صنعت: الکترود اکسید آهن نانوساختار، راهی برای بهبود عملکرد باتری‌های لیتیومی
با توجه به کاربرد گسترده‌ی این باتری‌ها در صنایع مختلف از قبیل صنایع الکترونیک و هوافضا، نتایج این طرح آزمایشگاهی می‌تواند در آینده‌ی 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 به‌عنوان منبع انرژی قابل‌حمل هستند. با توجه به اهمیت روزافزون ذخیره‌ی 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 آن‌هاست. تاکنون تحقیقات متعددی در زمینه‌ی انتخاب جنس مناسب الکترود انجام شده است.
به گفته‌ی دکتر 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. بدین جهت، اکسید آهن به دلیل دارا بودن شرایط مذکور گزینه‌ی مناسبی برای این منظور به شمار می‌رود. 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.
وی 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.»
اکسید آهن مورد استفاده در این طرح، مگهمیت است که علاوه بر ظرفیت برگشت‌پذیر بالا، ماده‌ای ارزان‌قیمت، در دسترس و غیر سمی است. همچنین روش سنتز استفاده شده جهت تولید این ماده، روشی آسان و کم‌هزینه است.
گل محمد 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 اندازه‌ی تخلخل¬ها با روش‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. سپس خمیری از این ذرات به همراه بایندر و ماده‌ی هادی تهیه و بر روی زیرلایه‌ی 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.»
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، نشان‌دهنده‌ی ظرفیت بسیار بالاتر این باتری‌ها نسبت به باتری‌های متشکل از الکترودهای گرافیتی است.
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر فرهاد گلستانی فرد و دکتر علیرضا میر حبیبی- اعضای هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت- دکتر محمد گل محمد- دانش‌آموخته‌ی دوره‌ی دکترای این دانشگاه- و دکتر اریک کلدر- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی دلفت- است. نتایج این کار در مجله‌یCeramic International (جلد 42، سال 2016، صفحات 4370 تا 4376) به چاپ رسیده است.
No tags for this post.به گفته‌ی دکتر 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. بدین جهت، اکسید آهن به دلیل دارا بودن شرایط مذکور گزینه‌ی مناسبی برای این منظور به شمار می‌رود. 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.
وی 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.»
اکسید آهن مورد استفاده در این طرح، مگهمیت است که علاوه بر ظرفیت برگشت‌پذیر بالا، ماده‌ای ارزان‌قیمت، در دسترس و غیر سمی است. همچنین روش سنتز استفاده شده جهت تولید این ماده، روشی آسان و کم‌هزینه است.
گل محمد 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 اندازه‌ی تخلخل¬ها با روش‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. سپس خمیری از این ذرات به همراه بایندر و ماده‌ی هادی تهیه و بر روی زیرلایه‌ی 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.»
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، نشان‌دهنده‌ی ظرفیت بسیار بالاتر این باتری‌ها نسبت به باتری‌های متشکل از الکترودهای گرافیتی است.
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر فرهاد گلستانی فرد و دکتر علیرضا میر حبیبی- اعضای هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت- دکتر محمد گل محمد- دانش‌آموخته‌ی دوره‌ی دکترای این دانشگاه- و دکتر اریک کلدر- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی دلفت- است. نتایج این کار در مجله‌یCeramic International (جلد 42، سال 2016، صفحات 4370 تا 4376) به چاپ رسیده است.
