استفاده از کیتوزان به عنوان اتصال دهنده پلیمری موثر در بهبود عملکرد و پایداری باتری های لیتیوم-گوگرد

با پیشرفت فناوری های موبایل و روند الکتریکی سازی خودروها، نیاز به باتری های ثانویه با چگالی انرژی باال و طول عمر بیشتر به شدت احساس می شود. باتری های لیتیوم-یون (LiBs) که به طور گسترده در حال استفاده هستند، با وجود عملکرد خوب خود، به دلیل محدودیت های ذاتی، توانایی پاسخگویی به نیازهای الکتریکی جدید را ندارند. در این میان، باتری های لیتیوم-گوگرد (Li-S) به دلیل ظرفیت باالی ذخیره سازی انرژی و فراوانی گوگرد، به عنوان یک جایگزین امیدوارکننده در نظر گرفته می شوند. با این حال، این فناوری با چالش هایی مواجه است که مانع از رسیدن به بلوغ آن می شود، از جمله تغییرات فازی کاتد و مشکلات مربوط به اثر شاتل پلی سولفیدها که باعث کاهش پایداری و ظرفیت باتری در طول چرخه های شارژ و دشارژ می شود، یکی از مشکلات عمده در باتری های Li-S، تولید پلی سولفیدها در فرآیندهای کاهش است که این ترکیب ها در الکترولیت محلول هستند و می توانند به سمت آند مهاجرت کرده و موجب از دست رفتن ماده فعال شوند. این امر باعث ایجاد رسوبات غیرقابل استفاده بر روی آند و کاهش ظرفیت باتری می شود. عالوه بر این، ساختار گوگرد به عنوان یک ماده عایق و فاقد ساختار بلوری مناسب، باعث مشکلاتی در ایجاد الکترودهای موثر می شود. برای حل این مشکلات، راهکارهایی مانند محصورسازی فیزیکی گوگرد در ماتریس های کربنی و طراحی اتصال دهنده های جدید پیشنهاد شده است. اتصال دهنده ها در این باتری ها نقش اساسی دارند و عالوه بر چسباندن اجزای مختلف به یکدیگر، می توانند از وقوع اثر شاتل پلی سولفیدها جلوگیری کنند، در گذشته اتصال دهنده ها عمدتا به عنوان مواد غیرفعال مورد استفاده قرار می گرفتند، اما امروزه به عنوان اجزای حیاتی برای بهبود پایداری و عملکرد باتری ها شناخته می شوند. یکی از گزینه های امیدوارکننده برای این منظور، استفاده از پلی ساکاریدهای طبیعی به عنوان اتصال دهنده ها است. این پلیمرها دارای گروه های قطبی هستند که می توانند به طور موثر با پلی سولفیدها تعامل کرده و اثر شاتلینگ را کاهش دهند. کیتوزان، به ویژه به عنوان یک پلی ساکارید با ساختار خاص خود، توانایی باالیی در مهار پلی سولفیدها دارد و می تواند به عنوان یک اتصال دهنده موثر در باتری های Li-S عمل کند، این تحقیق به بررسی استفاده از کیتوزان به عنوان اتصال دهنده های پلیمری برای باتری های لیتیوم-گوگرد پرداخته است. کیتوزان به دلیل گروه های آمینی خود، قادر به ایجاد تعاملات قوی با پلی سولفیدها و مهار اثر شاتلینگ است. عالوه بر این، استفاده از کیتوزان اصالح شده با اسید متان سولفونیک، به عنوان یک روش ساده و کارآمد، می تواند مشکلات ویسکوزیته و خواص مکانیکی ضعیف را برطرف کند و به عملکرد بهینه باتری های Li-S کمک کند. این یافته ها نشان می دهند که اتصال دهنده های پلیمری مبتنی بر کیتوزان می توانند گزینه ای موثر برای بهبود عمر و عملکرد باتری های لیتیوم-گوگرد باشند.

کلیدواژه ها:

کیتوزان ، باتری های لیتیومی ، کاتد گوگرد ، آند لیتیومی ، اتصال دهنده ها