17603

17603

توليد فيلم‌هاي نانو متخلخل پلي‌پروپيلن مورداستفاده در باتري‌هاي ليتيم يون به‌عنوان غشاء جداكننده الكترودها

كارشناسي ارشد

مهندسي نانو مواد - نانو فناوري

ارديبهشت 1396

دكتر عليرضا زاهدي

دكتر محمد فصيحي

فناوريهاي نوين

چكيده نياز دنياي امروز به تأمين انرژي باعث جهت دهي تحقيقات به سمت توليد باتري و ساير ابزارهاي توليد كننده انرژي شده است. امروزه باتري‌هاي يون ليتيم بيشترين استفاده را در وسايل قابل حمل مثل موبايل و لپ تاپ و... رادارند. ابزارهاي ديگري نيز وجود دارند كه نيازمند باتري هستند و هر يك براي عملكرد خود به مقدار مشخصي انرژي نياز مندند. از جمله اجزاي اصلي باتري‌هاي ليتيم- يون جداكننده آند و كاتد است. نقش اصلي جداكننده، جلو گيري از اتصال كوتاه آند و كاتد و همچنين همزمان با آن قابليت انتقال يون‌هاي ليتيم را داشته باشد. تا كنون از جمله متداول‌ترين موادي كه به‌عنوان تشكيل‌دهنده جداكننده مورداستفاده قرار مي‌گرفتند فيلم‌هاي متخلخل پلي اتيلن PE و پلي‌پروپيلن PP و يا فيلمي تشكيل شده از لايه‌هاي تركيبي اين دو بود. از لحاظ ابعادي (ضخامت فيلم و يا حفراتي كه در داخل فيلم وجود دارد) كارهاي انجام شده با اين جنس پليمر بيشتر در سايز ميكرو انجام مي‌گيرد. با توجه به ويژگي‌هاي برجسته اي كه پليمر پلي‌پروپيلن دارد، هدف اين پروژه توليد و بررسي فيلمي از جنس پلي‌پروپيلن با منافذي نانومتري بوده كه طبق تحقيقات انجام شده اين عمل در مواردي مي‌تواند باعث بهبود عملكرد جداكننده در باتري ليتيم- يون مي‌شود. در پژوهش از دو روش اصلي توليد فيلم جداكننده با هدف تهيه غشاء جداكننده نانو حفره استفاده شد. چارچوب اصلي انجام آزمايشات بر اساس فرآيند خشك و روش جدايي فاز( فرآيند مرطوب) طرح‌ريزي و اجراء شد. جهت بهبود فرآيند ايجاد حفره از فيلم‌هاي آلياژي پلي‌پروپيلن/ پلي‌استايرن استفاده گرديد. اين امر اين اجازه را مي‌داد كه بتوان همزمان نمونه فيلم‌هاي اوليه در هر دو فرآيند به منظور توليد جداكننده استفاده كرده و پس از مقايسه روش بهينه را برگزيد. در اين پژوهش از تصويربرداري ميكروسكوپ الكتروني روبشي SEM و نرم افزار Image J براي تحليل تصاوير همچنين آزمون‌هاي مربوط به تعيين درصدحفره و همچنين آزمون تعيين ضخامت، براي مقايسه، تحليل و بررسي و همچنين مشخص كردن نمونه‌هاي بهينه استفاده شد. با استفاده از نتايج به دست آمده مي‌توان گفت كه براي نمونه فيلم‌هاي آلياژي كه شرايط خاصي را دارا باشند مطابق با روش حلالي (استفاده از حلال فاز متفرق) مي‌توان به غشايي با ضخامت حدود 20 ميكرومتر و درصد حفره حدود 26 % و حفراتي نانومتري دست پيدا كرد. افزودن پلي استايرن به PP هم در فرآيند خشك و هم در فرآيند مرطوب سبب افزايش درصد حفرات تشكيل شده گرديد. با مقايسه مشخصات غشاء مذكور با مشخصات يكي از متداولترين جداكننده هاي باتري ليتيم يون مي‌توان اين ادعا را داشت كه غشاء مذكور قابليت استفاده در باتري ليتيم يون را به عنوان جداكننده آند و كاتد دارد. واژه‌هاي كليدي: باتري ليتيم-يون ، جداكننده ، سامانه‌هاي نانو پليمر، پلي‌پروپيلن، غشاء نانو حفره

1396/04/19

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Many advances have been made in battery tech-nology in recent years, both through continued improvement of specific electrochemical systems and through the development and introduction of new battery chemistries. Nevertheless, there is still no one “ideal” battery that gives optimum performance under all operating conditions. Similarly, there is no one separator that can be considered “ideal” for all battery chemistries and geometries. The One of main parameters in lithium-ion batteries is separating the anode and cathode separator prevents short circuit the anode and cathode, and also at the same time is able to transfer of ions. The most common substances as constituent separator are porous films of polyethylene and/or polypropylene. The aim of this study is production of nonporous polypropylene film which improves performance separator ion battery is lithium-ion this two main ways separator film production with the aim of preparation of nanoporous membrane separator used. The main framework tests the drying process and phase separation method (wet process) was planned and executed. To improve the process of creating holes of alloy films polypropylene polystyrene was used. This allowed that can be typical early films in both process in order to produce separators used and then compare the optimal method chosen. In this research imaging scanning electron microscope and software Image J to analyze images also tests to determine percent cavity as well as tests to determine the thickness, for comparison, analysis and also specify samples were optimized. With the results it can be said that for examples alloy films that certain conditions to have in accordance with solvent method (using solvent dispersed phase) can to lead thick about 20 micrometers and percentage of holes and about 26% nanoporous achieved. Add polystyrene the PP The drying process and in the wet increase percent cavities was composed. With comparison view the membrane with specifications one of the most common lithium ion battery separator can this claim was that the membrane usability lithium-ion battery as separating the anode and cathode. Keywords: lithium-ion batteries, separators, systems nano-polymer, polypropylene, nano-pore membrane