کریستالوگرافی اشعه ایکس،سیستم هدایت پلی تیوفن به منظور افزایش هدایت الکترونی نانو ذرات در باتری لیتیومی

در چند دهه ی گذشته تلاش های زیادی برای بهبود هدایت الکترونیکی و خصوصیات الکتروشیمیایی این ماده کاتدی صورت گرفته است که از آن جمله میتوان به کاهش اندازه ذرات، دوپه کردن با یون های فلزی، قرار دادن پوششی که هدایت الکترونی را افزایش دهد (اغلب کربن) اشاره کرد . پوشش کربنی اگر چه موجب افزایش هدایت الکترونی می شود، ولی منجربه دانسیته انرژی پایین نیز می گردد زیرا خود کربن از لحاظ الکتروشیمیایی غیرفعال است . پلی تیوفن (PTh) یک پلیمر هادی بوده و قرار دادن پوششی از آن بر روی ماده کاتدی تا حدود زیادی خصوصیات الکتروشیمیایی آن را بهبود می بخشد. طوری که مقاومت انتقال شارژ الکترود کاتد را کاهش داده و موجب افزایش ظرفیت قابل بازگشت شود می همچنین نوع کامپوزیت ((PTh/LiFePO۴چرخه بارگذاری بهتری را نسبت به نوع خالص LiFePO۴ داراست.تاکنون مواد مختلفی به عنوان الکترود مثبت برای باطری های لیتیومی قابل شارژ مورد تحقیق قرار گرفته است. ترکیبات اینترکلشن مانند اکسید فلزات انتقالی، به خصوص LiCoO۲، LiNiO۲و LiMn۲O۴ به دلیل ولتاژ بالا و قابلیت شارژ مجدد خوب به طور وسیعی گسترش یافته اند، در حالی که LiCoO۲ ماده کاتدی معمول مورد استفاده است. بعضی از مشکلات این ترکیب مانند سمی بودن و قیمت بالا موجب شده است که محققان به دنبال مواد جایگزین باشند ترکیب LiMn۲O۴ به عنوان یک جایگزین برای LiCoO۲ در نظر گرفته می شود اما این ترکیب دارای ظرفیت پایین و واکنش پذیری بالا با الکترولیت در دمای بالاتر از C°۵۵ است. جایگزین دیگر برای LiCoO۲ ،اکسید لیتیم- نیکل است اما سنتز LiNiO۲ با + Ni و Li ۲ +استوکیومتری لایه ای بسیار مشکل و مانع اصلی بر سر راه تجاری شدن این ماده بوده است. علاوه بر این، تشابه اندازه یون های کمک به تشکیل ساختار سه بعدی سنگ نمکی به جای ساختار دو بعدی لایه ای میکند. با توجه به مشکلات در ترکیبات LiCoO۲ و LiNiO۲ میتوان وسیله بهینه سازی آنها به ترکیبات بهتری دست یافت. یکی از روش های افزایشی پایداری سیکلی، پوشش دادن ذرات مواد کاتدی با مواد غیر فعال دیگری نظیر Al۲O۳ ،TiO۲ ،ZrO۲ ،MgO ،SnO۲ است که این اکسیدها بر روی کاتد تشکیل اکسیدهای جانشینی می دهند، یعنی به صورت جزئی کاتیون هایی نظیر: Zn ،Mg ،Al و... جانشین مکانهای Ni و Co در شبکه می شوند و باعث پایداری ساختار و افزایش ظرفیت سیکل گذاری می شوند که این پایداری سیکلی به جلوگیری از انتقالات فازی یا جلوگیری از تغییرات طول شبکه در طی مدت سیکل گذاری نسبت داده می شود، علاوه بر این حضور پوشش های اکسیدی خنثی بر روی سطح ذرات کاتدی می تواند از تماس مستقیم مواد اکتیو با الکترولیت جلوگیری کند و انحلال یا تجزیه مواد کاتدی را محدود کند.

کلیدواژه ها:

باتریهای لیتیومی ، پلی تیوفن ، کاتد ، سل ژل ، XRD