سنتز و مشخصه یابی ساختاری مواد کاتدی Li[Li₀.₂₀Mn₀.₅₄Ni₀.₁₃Co₀.₁₃]O₂ آلایش شده با Zn و Cd برای بهبود عملکرد الکتروشیمیایی باتری های لیتیوم-یون

مقدمه و اهداف: تقاضای روزافزون برای باتری های پرانرژی، پژوهش روی کاتدهای غنی از لیتیوم با ظرفیت بالا را سرعت بخشیده است. بااین حال، این کاتدها از معایبی چون رسانایی الکترونی و یونی پایین رنج می برند که به نوبه خود بر عملکرد شیمیایی آن ها تاثیر منفی می گذارد. برای رفع این مشکلات، افزودن ناخالصی با یون های فلزی یک راه موثر می باشد که این مطالعه نیز با هدف بررسی اثر ناخالصی های Zn و Cd روی ساختار و عملکرد الکتروشیمیایی کاتد Li[Li₀.₂₀Mn₀.₅₄Ni₀.₁₃Co₀.₁₃]O₂ (LMNCO) صورت گرفت.مواد و روش ها: کاتدهای LMNCO بدون ناخالصی و همچنین آلایش شده با Zn و Cd با استفاده از روش سل–ژل سنتز شدند. برای بررسی ساختاری کاتدهای تهیه شده از آنالیز های مشخصه یابی مختلف شامل ICP-OES ،FTIR ،XRD و FESEM/EDX استفاده شد. برای بررسی عملکرد الکتروشیمیایی، اندازه گیری های شارژ/دشارژ گالوانواستاتیک انجام گرفت. یافته ها: نتایج آنالیز XRD نشان داد که کاتدهای آلایش شده با Zn و Cd از ساختار لایه ای α-NaFeO₂، نظیر آنچه برای کاتد آلایش نشده مشاهده شد، بهر ه مند هستند. هم چنین، فرآیند آلایش باعث انبساط جزئی پارامترهای شبکه ای a و c گردید، فاکتورهایی که قادر هستند فضای بیشتری برای ورود و خروج یون های لیتیوم به/از کاتد فراهم کنند. طبق اندازه گیری های الکتروشیمیایی، هر دو ناخالصی Zn و Cd بهبود چشمگیری در ظرفیت دشارژ (به ترتیب ۲۷۳/۷ mAh/g و ۲۸۱/۳) نسبت به نمونه بدون ناخالصی (۲۴۹/۷ mAh/g) نشان دادند. نتیجه گیری: یافته های ما نشان می دهند آلایش کاتد Li(Li۰.۲Mn₀.₅₄Ni₀.₁₃Co₀.₁₃)O₂ با Zn و یا Cd، می تواند به طور موثری خواص الکتروشیمیایی آن را بهبود بخشد و در نتیجه می تواند راهبردهای طراحی امیدبخشی برای نسل های پیشرفته باتری های لیتیوم-یون ارائه دهد.

کلیدواژه ها:

باتری های لیتیوم-یون ، مواد کاتدی ، آلایش کردن ، سل-ژل ، مواد نانوساختار