مواد و ساخت پیشرفته

اگرچه باتری‌های لیتیوم یونی به طور گسترده در بسیاری از کاربردهای مختلف استفاده می‌شوند اما عملکرد آنها باید بهبود یابد تا نیازهای در حال تغییر را برآورده کنند. این مسئله به این دلیل است که اکسید سیلیسیم به عنوان یک ماده آند امیدوارکننده کم هزینه و ظرفیت بالا همچنان دارای معایبی است. این موارد شامل انبساط قابل‌توجه در طول شارژ و هدایت ضعیف است که منجر به کاهش سرعت شارژ می‌شود. بنابراین، برای حل این مشکلات و تضمین عملکرد بهبود یافته و دوام بیشتر برای سیستم‌های باتری لیتیوم یون، بایندرهای (متصل‌کننده‌های) موثر بسیار مهم هستند.

پروفسور نوریوشی ماتسومی از موسسه پیشرفته علم و فناوری ژاپن و همکارانش برای حل این چالش از پلی (وینیل فسفونیک اسید) به عنوان یک اتصال‌دهنده برای الکترودهای میکرو اکسید سیلیسیم استفاده کردند که در مقایسه با سلول‌های معمولی به عملکرد بهتری دست می‌یابد. این تحقیق در ژورنال ACS Applied Energy Materials منتشر شده است. بایندر پلی (وینیل فسفونیک اسید) باید برای افزایش عمر باتری‌های ثانویه لیتیوم یون بسیار مفید باشد.

به ویژه در کاربرد وسایل نقلیه الکتریکی، علاقه شدیدی به ایجاد عمر طولانی برای باتری‌های ثانویه لیتیوم یون وجود دارد. استفاده از پلی (وینیل فسفونیک اسید) جایگزین‌های بهبود یافته‌ای برای چسب‌های تجاری موجود، مانند پلی (اسید اکریلیک) و پلی (وینیلیدین فلوراید) و غیره ارائه می‌دهد. تئوری تابعی چگالی و آزمایشات الکتروشیمیایی برای ارزیابی عملکرد الکترودهای ساخته شده با پلی (وینیل فسفونیک اسید)، پلی (اسید اکریلیک) و پلی (وینیلیدین فلوراید) به عنوان بایندر در این مطالعه استفاده شد.

در مقایسه با پلی (اسید اکریلیک) سنتی (2.03 نیوتن بر متر)، پلی (وینیل فسفونیک اسید) چسبندگی قابل توجهی (3.44 نیوتن بر متر) به پشتیبان مس نشان داد، که دوام باتری لیتیوم یون را تا حد زیادی افزایش داد. پس از دویست چرخه، سلول مبتنی بر پلی (وینیل فسفونیک اسید) تقریباً دو برابر ظرفیت تخلیه در مقایسه با سلول مبتنی بر پلی (اسید اکریلیک) نشان داد. نیم سلول مبتنی بر پلی (وینیل فسفونیک اسید) پس از همان تعداد چرخه به 1300 میلی آمپر اکسید سیلیسیم رسید.

برخلاف بایندرهای پلی (وینیلیدین فلوراید) یا پلی (اسید اکریلیک)، لایه‌برداری از کلکتور فعلی در میکروسکوپ الکترونی روبشی، حتی پس از 200 سیکل شارژ-تخلیه مشاهده نشد. علاوه بر این، حتی با افزایش حجم قابل توجه، آند مبتنی بر اکسید سیلیسیم با اتصال قوی‌تر پلی (وینیل فسفونیک اسید) تثبیت می‌شود که از لایه‌برداری آن جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، یک روش تولید صنعتی برای پلی (وینیل فسفونیک اسید) توسط شرکت پتروشیمی ماریوزن، که محققان آن در این مطالعه شرکت کردند، ابداع شده است.

همکاری مستمر بین موسسه پیشرفته علم و فناوری ژاپن و شرکت پتروشیمی ماریوزن، علاوه بر ادغام تخصص اضافی تولید باتری از این شرکت، ممکن است مسیر را به سوی اجرای عملی تسریع بخشید. ماتسومی همچنین ابراز داشت که یک بایندر صنعتی با کارایی بالا مانند این به توسعه فناوری باتری‌های بسیار بادوام و با چگالی انرژی بالا کمک می‌کند و این امر منجر به پذیرش گسترده‌تر خودروهای برقی در سراسر جهان بدون نگرانی در مورد کاهش عملکرد در یک دوره طولانی‌تر می‌گردد. این مواد همچنین می توانند در آینده برای انواع وسایل نقلیه الکتریکی مانند قطار، کشتی، هواپیما و غیره قابل استفاده باشند.

منبع

ارتباط با ستاد در صفحات تلگرام - اینستاگرام - بله