مقدمه:
در مقاله‌ی قبل به کلیات باتری لیتیوم هوا پرداختیم و دیدیم که این باتری بر اساس واکنش‌های اکسایش و کاهش اکسیژن عمل کرده و موجب انتقال انرژی به سمت مدار می‌شود. در این مقاله قصد داریم تا با انواع باتری لیتیوم هوا آشنا بشویم و با مزایا و معایب هرکدام تا حد امکان اشنا شویم.
باتری‌های لیتیوم هوا به دلیل عملکرد منحصر به فردشان، مطابق با نوع الکترولیتهای خود دسته بندی می‌شوند چرا که الکترولیت در این باتری‌ها نقش بسیار مهم و اساسی را بازی می‌کند. این باتری‌ها شامل چهار نوع الکترولیتهای آبی، آلی، هیبریدی و حالت جامد است. شکل زیر انواع این باتری‌ها را بر اساس الکترولیت نشان می‌دهد.
باتری‌های لیتیوم هوا با الکترویت آلی:
پایه این دسته از الکترولیت‌ها، نمک‌های لیتیومی حل شده در آب است. به دلیل واکنش شدید لیتیوم با آب، از نظر ایمنی باید تمهیداتی در نظر گرفته شود. به این منظور معمولاً یک لایه میانی از جنس سرامیک بین آند (لیتیوم) و الکترولیت ایجاد می‌شود. محیط این نوع الکترولیت‌ها می‌تواند اسیدی یا بازی باشد.واکنش پایه در این نوع از باتری‌ها به صورت معادله زیر است:
در این نوع باتری، به دلیل محلول بودن محصول واکنش، مشکل الکترولیتهای آلی وجود ندارد. ولی اشکال این نوع باتری‌ها این است که الکترولیت در طی واکنش مصرف می‌شود (طبق واکنش بالا برای تشکیل هیدروکسید لیتیوم مقداری آب مصرف می‌شود). این نوع باتری‌ها به عنوان باتری‌های اولیه شناخته می‌شوند و غیر قابل شارژ هستند. از این‌رو عمده تحقیقات بر روی باتری‌های با الکترولیت آلی که قابلیت شارژ دارند، متمرکز شده است.
باتری لیتیوم هوا با الکترولیت غیر آبی:
الکترولیتهای این گروه محلول‌های غیرآبی (آلی از نوع اپروتیک) است؛ این نوع الکترولیت به دلیل نبود واکنش لیتیوم با آب، خیلی ایمن‌تر از الکترولیتهای آبی است. حسن دیگر این نوع باتری‌ها قابلیت شارژ مجدد است. دو واکنشی که منجر به تولید انرژی در این نوع از باتری‌ها می‌شوند به شکل زیر است:
در آند در هنگام دشارژ، اکسیداسیون لیتیوم صورت می‌گیرد؛ لیتیوم تبدیل به یون شده و از طریق الکترولیت به سمت کاتد می‌رود. در کاتد اکسیژن احیا می‌شود و با یون لیتیوم تشکیل یک اکسید می‌دهد. دو فرمول پایین واکنش‌ها را نشان می‌دهند.
واکنش کاتدی می‌تواند خیلی پیچیده‌تر از این‌ها باشد ولی در مجموع در آن یک اکسید از لیتیوم که عمدتاً به فرمول شیمیایی متفاوتی است، تشکیل می‌شود. محصول اکسیدی صرف‌نظر از نوع آن و طریقه تشکیل، از احیای اکسیژن ایجاد می‌شود. این محصولات اکسیدی واکنش کاتدی (صرف نظر از فرمول شیمیایی و …)، همگی در الکترولیت آلی غیر قابل حل و همچنین عایق الکترونی هستند.
باتری لیتیوم هوا با الکترولیت هیبریدی:
طبق آن چه که گفته شد، دو نوع الکترولیت قبل دارای معایبی بودند. الکترولیتهای غیرآبی قابلیت انحلال اکسید لیتیوم را ندارند و الکترولیتهای آبی واکنش شدیدی با آب می‌دهند. به منظور برطرف کردن این معایب، نوع جدیدی از باتری‌ها طراحی شد که دارای دو نوع الکترولیت آبی و غیرآبی هستند.
در این نوع، آند (فلز لیتیوم) در تماس با الکترولیت غیرآبی است و کاتد به منظور جلوگیری از رسوب اکسید لیتیوم و مسدود کردن حفرات کاتد، در تماس با الکترولیت آبی است. این دو قسمت توسط یک غشای میانی (LISICON) جدا شده‌اند که البته قابلیت عبور یون‌های لیتیوم از آن وجود دارد.
باتری‌های لیتیوم یون با الکترولیت جامد:
برای بالا بردن ایمنی در باتری‌ها و جلوگیری از واکنش مواد فعال در داخل باتری مانند لیتیم با آب، نوع جامد الکترولیت‌ها ابداع شد که ترکیبی از لایه‌های جامد، جایگزین الکترولیت مایع می‌شود.
جمع بندی:
تا به اینجا با انواع باتری لیتیوم هوا آشنا شدیم و دیدیم که به چهاردسته‌ی کلی تقسیم بندی می‌شوند. کاتالیست در این باتری‌ها نقش بسیار حیاتی و مهمی را بازی می‌کند چرا که واکنش در کاتد نیازمند وجود کاتالیست است تا این واکنش‌ها به بهترین شکل رخ دهد. در مقالات بعدی به بررسی تاثیر کاتالیست بر عملکرد باتری لیتیوم هوا می‌پردازیم.
منبع: edu.nano.ir
