باتری، پیلی الکتروشیمیایی است که یک جفت الکترود به همراه یک الکترولیت در آن قرار دارد. الکترودها کاتد و آند نامیده می‌شوند. آند باتری‌های لیتیمی، دارای یک ماده فعال است و می‌تواند در طول تخلیه یون لیتیم آزاد کند. در این باتری‌ها مسئله اصلی یافتن یک الکترود برای کاتد است. در این اختراع از نانولوله‌های کربنی با قطر ۵ تا ۳۰ نانومتر در ساختار پلیمرهای به کار رفته در کاتد استفاده شده است، که در نتیجه هدایت کاتد افزایش یافته و سرعت شارژ بیشتر می‌شود.
معرفی پتنت با عنوان: باتری‌های لیتیمی و الکترودهای آن
عنوان پتنت: باتری‌های لیتیمی و الکترودهای آن
عنوان انگلیسی: Lithium battery and electrode
شماره پتنت: US7029794
نام پدیدآورندگان:
Ogura; Shizuo, Mokudai; Hidehisa, Murata; Makoto, Davies; Barrie Linton
تاریخ ثبت: April/18/ 2006
چکیده
باتری‌های نوع دوم (Secondary batteries) به باتری‌هایی اطلاق می‌شوند که قابلیت چندین نوبت شارژ و تخلیه را داشته باشند. امروزه به‌دلیل ولتاژ و چگالی جریان بالای باتری‌های لیتیم نوع دوم، مطالعات وسیعی روی آنها صورت می‌گیرد. آند باتری‌های لیتیمی، دارای یک ماده فعال است و می‌تواند در طول تخلیه، یون لیتیم آزاد کند. ماده فعال موجود در این باتری‌ها ممکن است لیتیم فلزی باشد که همراه آن ماده‌ای وجود دارد که دارای قابلیت ترکیب شدن با لیتیم را داراست. آند می‌تواند گرافیت، آلومینیوم و یا آلیاژی از آلومینیوم باشد.
مسئله اصلی در این باتری‌ها یافتن یک الکترود برای کاتد است. در برخی از باتری‌ها کاتدی از جنس ترکیبات دی‌سولفور با فرمول R-S-S-R معرفی شده است (US5833048) که به جای گروه R از ترکیبات آلی آروماتیک و آلیفاتیک استفاده شده است و پیوند S-S در این کاتدها با یک واکنش احیا شکسته و به نمک تبدیل می‌شود. در فرایند تخلیه، این پیوندS-S مجدداً با واکنش اکسیداسیون ایجاد می‌گردد. در کارهای بعدی با استفاده از احیا کننده مناسب، چگالی جریان باتری تا ۱۵۰Wh/Kg افزایش می‌یابد، ولی سرعت شارژ باتری به دلیل کند بودن عمل اکسیداسیون پیوند S-S در دمای اتاق همچنان کم است. برای رفع این مشکل از پلیمرهای هادی استفاده شد (US5324594) که این کار باعث افزایش سرعت شارژ در دمای معمولی را افزایش داد.
در این اختراع از نانولوله‌های کربنی با قطر پنج تا ۳۰ نانومتر در ساختار پلیمرهای به کار رفته در کاتد، استفاده شده است، که در نتیجه هدایت کاتد افزایش یافته و سرعت شارژ بیشتر می‌شود. لازم به ذکر است که نوع پلیمرهای به کار رفته نیز با کارهای قبلی متفاوت است. در این اختراع ترکیبات آلی پنج تا هفت عضوی دارای حلقه هتروسیکل که اتم‌های گوگرد و نیتروژن دارند، استفاده شده است.
هر دو گروه هتروسیکل‌های اشباع و غیراشباع می‌توان قابل استفاده است؛ ولی نوع اشباع آن مناسب‌تر است. ترکیب ۱-۳-۴- تیودیازول یکی از مهم‌ترین ترکیبات آلی در این اختراع محسوب می‌شود. ساختار پلیمرهای به کار رفته می‌تواند متخلخل باشد که با تغییر کنترل شرایط پلیمریزاسیون می‌توان به این ساختار رسید.
مزایا
با استفاده از نانولوله‌های کربنی درون ساختار پلیمر، مقاومت داخلی ماتریکس کاهش یافته و در نتیجه سرعت عملکرد باتری افزایش محسوسی دارد.
تفاوت ساختار نانولوله‌های کربنی با گرافیت، موجب افزایش توان ذخیره‌سازی انرژی، در نتیجه افزایش ظرفیت باتری می‌گردد.
