فوم گرافیتی فوق‌نازک الکترود باتری خوبی می‌سازد

محققان در آمریکا نشان داده‌اند که فوم گرافیتی فوق‌نازک (UGF) را می‌توان بعنوان نوع جدیدی کاتد عمل‌کننده در باتری‌های یون لیتیوم استفاده کرد. این فوم بسیار رسانا و سبک از نظر الکتروشیمیایی پایدار است، به آسانی و ارزانی قابل تهیه است و حتی ممکن است قابل رقابت با مواد کاتد مرسوم از قبیل ورقه‌های آلومینیومی و نیکلی باشد.


محققان در آمریکا نشان داده‌اند که فوم گرافیتی فوق‌نازک (UGF) را می‌توان بعنوان نوع جدیدی کاتد عمل‌کننده در باتری‌های یون لیتیوم استفاده کرد. این فوم بسیار رسانا و سبک از نظر الکتروشیمیایی پایدار است، به آسانی و ارزانی قابل تهیه است و حتی ممکن است قابل رقابت با مواد کاتد مرسوم از قبیل ورقه‌های آلومینیومی و نیکلی باشد.

 

هنگسینگ جی، یکی از این محققان توضیح داد: «این فوم گرافیتی فوق‌نازک در الکترولیت‌هایی از قبیل کربنات آلی- LiPF6 در پتانسیل‌های بالای ۵ ولت بی‌نهایت پایدار است. این فوم فوق‌سبک همچنین در مقایسه با مواد الکترود مرسوم مانند ورقه‌های آلومینیومی و نیکلی، چگالی‌های انرژی و توان بالاتری دارد.»

 

(a) عکس فوم‌های گرافیتی با هندسه‌های مختلف. (b) تصویر میکروسکوپ الکترونی پیمایشگر از یک پایه داخل این فوم گرافیتی شکسته‌شده که نشان‌دهنده ساختار حفره‌دار و مثلثی است. (d) تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از این فوم گرافیتی.

 

این محققان به رهبری رودنی روآف از دانشگاه تگزاس، این فوم را با فسفات آهن لیتیوم (LFP) به‌وسیله‌ی ریخته‌گری قطره‌ای ازLFP، دوده و فلورید پلی‌وینیلیدن پخش‌شده در یک محلول، بارگذاری کردند. سپس این مخلوط خشک شده و برای ساختن یک باتری کامل بعنوان کاتد با یک جداکننده، آند، الکترولیت و پوسته پیل مجتمع شد. این فرآیند بسیار شبیه فرآیند استفاده شده برای ساختن باتری‌های یون لیتیوم است.

 

ورقه آلومینیوم که بعنوان ماده کاتد در باتری‌های مرسوم استفاده می‌شود، برخلاف رسانایی الکتریکی بالایش، به دلیل ساختار مسطحش نمی‌تواند به‌طورموثری الکترون‌ها را جمع‌آوری کند که این چگالی توان باتری‌های استفاده‌کننده از این ماده را به شدت محدوده می‌کند. مشکل دیگر این است که آلومینیوم در بسیاری از محلول‌های الکترولیتی خورده می‌شود و این پدیده منجر به آهسته شدن خودتخلیه‌کنندگی این کاتد و تنزل کلی باتری می‌شود.

 

این فوم گرافیتی بسیار نازک می‌تواند جایگزین مناسبی برای ورقه‌های آلومینیومی باشد زیرا هیچ‌کدام از این عیب‌ها را ندارد. این ماده گرافیتی شبکه‌ای از پایه‌های بسیار رسانا (حدود Sm-1 105 × ۱،۳ در دمای اتاق) با ارتباطات داخلی تهیه می‌کند که به‌شدت هدایت الکترونی را داخل این کاتد تقویت می‌کند و در نتیجه چگالی توان را بهبود می‌دهد. به‌دلیل اینکه نسبت سطح به حجم این فوم بسیار بالا است، چگالی انرژی آن نیز بالا است.

 

جی گفت: «ما با محاسبه جرم کلی این الکترود، متوجه شدیم که حداکثر ظرفیت ویژه این کاتد از ظرفیت‌های ویژه کاتدهای آلومینیومی و نیکلی به ترتیب ۲۳ و۱۷۰ درصد بالاتر است.»

 

این محققان اکنون برای افزایش چگالی‌های توان و انرژی به دنبال بهینه کردن اندازه خلل و فرج و ضخامت دیواره در این فوم گرافیتی هستند. این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.