توسعه باتری‌های لیتیومی با مواد پیشرفته آندی ارزان با تلاش محققان ایرانی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، مهشید ارشادی  دانش آموخته دانشکده شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر در راستای رساله دکتری خود تحت عنوان «ساخت نانوکامپوزیت-های بر پایه ترکیبات گرافن/ Fe3O4جهت کاربرد به عنوان مواد آندی در باتری های لیتیوم-یون» گفت: با توجه به اهمیت روزافزون باتری‌های قابل شارژ به ویژه باتری‌های لیتیوم-یون در تمام جنبه‌های دنیای مدرن کنونی، توسعه روش‌های آسان و مقرون به صرفه تولید اجزای تشکیل دهنده باتری‌های مذکور بسیار ضروری است و باید به عنوان بخشی از اولویت‌های پژوهشی کشور در نظر گرفته شود.

وی افزود: در این میان مواد آندی با توجه به نقش کلیدی آن‌ها در عملکرد بالای سل باتری  لیتیوم-یون، سهم جالب توجهی از تحقیقات مربوط به باتری لیتیوم-یون را به خود اختصاص داده است.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر اضافه کرد: با توجه به مساله چالش‌برانگیز گرمایش جهانی که نگرانی‌های بسیاری از سوی مجامع بین‌المللی برانگیخته است، حرکت به سمت منابع انرژی جایگزین مانند انرژی‌های تجدیدپذیر و حمل و نقل برقی را به ضرورتی انکارناپذیر مبدل ساخته است. 

ارشادی افزود: در این میان توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر و خودروی برقی از نظر عملیاتی و اقتصادی قویاً وابسته به ذخیره‌سازهای انرژی الکتریکی با ظرفیت ویژه بالا و قیمت مقرون به صرفه مانند باتری‌های لیتیوم-یون است. 

وی با تاکید بر اینکه در حال حاضر تحقیقات گسترده ای در زمینه توسعه مواد پیشرفته باتری های لیتیوم-یون می شود، گفت: هر 5 سال تقریبا یک بار نسل مواد باتری های لیتیومی عوض می شود، از این رو مواد جدی با کارایی بهتر و قیمت مناسب تر در الکترودها نقش عمده ای در توسعه باتری های با عملکرد بالا ایفا می کند.

این محقق افزود: تلاش های انجام گرفته تا حد زیادی بر روی بهبود مواد الکترودی فعلی یا کاوش برای مواد الکترودی جدید است؛ اگرچه امروزه گرافیت بعنوان ماده آندی به صورت تجاری در باتری های لیتیوم-یون مورد استفاده قرار می گیرد ولیکن در باتری های نسل جدید گرافیت جای خود را به مواد دیگری از جمله نانوساختارهای کربنی، آندهای تبادلی و آلیاژهای سیلیکون که کارایی بهتری دارند، می دهد. 

ارشادی تاکید کرد: بدین جهت به منظور تولید باتری‌های لیتیوم-یون با قیمت پایین‌تر و نزدیک شدن به اهداف پیش‌بینی شده بین‌المللی، نیاز به مواد آندی با عملکرد مناسب وجود دارد تا امکان تولید انبوه مواد آندی مورد استفاده در باتری‌های لیتیوم-یون به منظور ذخیره‌سازی در مقیاس بالا فراهم آید.

وی یادآور شد: لذا توسعه روش‌های تولید کارآمد، با تجهیزات ساده و ارزان، گامی مهم برای تولید مواد آندی با عملکرد قابل قبول به طریقه مقرون به صرفه است. با در نظر گرفتن این امر که امروزه در کشور نیاز جدی به باتری های لیتیوم-یون است و مهم ترین چالش در این زمینه دستیابی به دانش فنی تولید مواد الکترودی است، از این رو این طرح می تواند در این راستا مورد توجه قرار گیرد. 

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: در این طرح ترکیبات اولیه مواد آندی بر پایه ترکیبات گرافنی برای کاربرد در الکترود باتری های لیتیوم-یون در داخل سنتز و بومی سازی شده است. 

ارشادی ادامه داد: این طرح می تواند شروع کننده  مباحث تحقیقاتی مناسبی در زمینه مواد آندی بر پایه گرافن در داخل کشور باشد. 

وی به معرفی ویژگی های طرح پرداخت و گفت: در این پروژه سعی شده است که از روش های آسان و کم هزینه برای ساخت این مواد استفاده شود. همچنین ساخت نمونه های آزمایشگاهی با امکانات و تجهیزات در دسترس انجام پذیرفته است. 

این محقق با یادآوری به مزیت های رقابتی طرح اظهار داشت: از نتایج بدست آمده از این طرح می توان در جهت ساخت و بومی سازی این نوع از مواد در داخل کشور استفاده کرد.  

ارشادی به کاربردهای طرح اشاره کرد و گفت: به دلیل قیمت ذاتی پایین Fe3O4، نانوکامپوزیت های مبتنی بر گرافن/ Fe3O4با ظرفیت و سیکل پذیری مناسب قابلیت به کارگیری در باتری‌های لیتیوم-یون قابل شارژ مورد استفاده در ذخیره‌سازی انرژی‌ در مقیاس بالا مانند شبکه توزیع برق، ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر و خودروهای برقی را داراست. همچنین مواد ساخته شده در این پروژه می-تواند در ساخت الکترودهای بر پایه گرافن در کاربردهایی نظیر انواع باتری ها، ابرخازن ها، کاتالیست ها و غیره به کار برده شوند.

اساتید راهنمای این طرح دکتر مهران جوانبخت (دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر)، دکتر سید احمد مظفری (سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران) و اساتید مشاور آن دکتر بنیامین ظهیری ‏(بریتیش کلمبیا-کانادا) و  دنیل برندل (اوپسالا-سوئد) بودند.

این رساله دکتری در دانشکده شیمی و مرکز تحقیقات انرژی های تجدید پذیر دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام پذیرفته و از سوی بنیاد ملی نخبگان و ستاد توسعه فناوری نانو حمایت مالی شده است. از نتایج این رساله تاکنون سه مقاله در مجلات بین المللی منتشر شده است.