13932

مروري بر تركيبات مواد پايه ‌كربني به‌كار رفته به منظور بهبود خواص آندهاي سيليكوني باتري‌هاي ليتيومي

1400

دكتر مهدي ملكي-دكتر هاجر قنبري

دكتر ابوالحسن ايماني

باتري‌هاي ليتيومي ، يكي از ابزارهاي ذخيره‌سازي انرژي است كه امروزه به صورت گسترده به عنوان يك منبع انرژي پاك در وسايل الكترونيكي قابل حمل مانند گوشي‌هاي ‌همراه و رايانه‌هاي همراه و وسايل حمل‌ونقل برقي و هيبريدي، مورد استفاده قرار ميگيرند. افزايش استفاده از باتري‌هاي ليتيومي، باعث شده‌است كه پژوهش‌هاي زيادي روي افزايش ظرفيت و تعداد چرخه شارژ و تخليه باتري‌ها و طول عمر باتري‌ها صورت پذيرد. در باتري‌هاي تجاري، از آندهاي گرافيتي با ظرفيت ويژه تئوري mAh g-1 372 استفاده مي‌شود و مواد گوناگوني مانند ‌كالكوژيندهاي فلزات انتقالي، سيليسيوم و اكسيد سيليسيوم كه داراي ظرفيت ويژه تئوري بالايي هستند، قابليت جايگزيني به جاي آندهاي گرافيتي تجاري را دارند. از اين ميان، سيليسيوم با ظرفيت تئوري ويژه mAh g-1 4200، داراي بالاترين ظرفيت ويژه تئوري است. با اين وجود، استفاده از اين آند، به دليل انبساط بالا در هنگام چرخه شارژ و تخليه (حدود سه برابر)، تغيير مورفولوژي به دليل انبساط حجمي، ناپايداري فاز مرزي جامد با الكتروليت و هدايت الكتريكي پايين، محدود شده‌است. به جهت رفع اين چالش‌ها، سازوكارهاي مختلفي، مورد بررسي قرار گرفته‌است كه يكي از اين سازوكارها، محبوس كردن ذرات سيليسيوم در يك ماده زمينه از جنس كربن است تا بتوان انبساط حجمي ناشي از فرايند شارژ و تخليه را كنترل كرد. افزون‌بر كنترل انبساط حجمي، حضور كربن در كامپوزيت‌هاي سيليسيوم/كربن، سبب افزايش هدايت الكتريكي و كنترل مرز جامد تشكيل شده با الكتروليت، مي‌شود. روش‌هاي مختلفي براي ساخت كامپوزيت‌هاي سيليسيوم/كربن بررسي شده‌است كه برخي از اين روش‌ها، عبارتند از؛ روش‌هاي آسياي مكانيكي با انرژي بالا ، افشانه‌اي ، رسوب شيميايي فاز بخار و الكتروريسي . علاوهبر روش‌هاي ساخت مختلف، از مواد پايه كربني گوناگوني مانند گرافيت، كربن بي‌نظم، نانولوله‌هاي كربني، الياف كربني و اكسيد گرافن احيا شده در كامپوزيت‌هاي سيليسيوم/كربن استفاده شده‌است. در اين پژوهش، تلاش شده‌است كه پس از بررسي مختصر باتري‌هاي ليتومي و استفاده از آند‌هاي سيليسيومي در اين باتري‌ها و روش‌هاي مختلف سنتز كامپوزيت‌هاي پايه كربني سيليسيوم، به تركيبات كربني مختلفي كه در ساخت كامپوزيت‌هاي پايه كربني سيليسيوم مورد استفاده قرار گرفته‌است، پرداخته شود.

9/5/2022 12:00:00 AM

84240

1403/08/01

A review of the carbon based material compositions used to improve the properties of silicon anodes of lithium-ion batteries.

باتري ليتيومي , آندهاي سيليسيوم/كربن

lithium-ion battery , carbon/silicon anodes