ساخت الکترودهای بدون بایندر به روش ساده
محققان دانشگاه صنعتی تویوهاشی، الکترود لایه نازک کامپوزیتی فسفید قلع/ کربن(Sn4P3/C) تولید کردند که این الکترود با روش رسوب دهی ایروسل ساخته شده است. ذرات کامپوزیتی فسفید قلع/کربن مستقیما با استفاده از فشرده‌سازی ضربه‌ای بدون به کارگیری چسب بر روی زیرلایه فلزی نشانده شدند. پایداری سیکلی فرایندهای شارژ و دشارژ به وسیله‌ی کامپوزیت‌سازی با کربن و کنترل محدوده پتانسیل الکتریکی خروج لیتیوم بهبود یافت. این یافته می‌تواند به تولید باتریهای لیتیوم یونی پیشرفته با ظرفیت بالاتر کمک کند.
باتریهای لیتیوم یونی به طور گسترده‌ای به عنوان منبع انرژی در وسایل الکترونیکی قابل حمل استفاده می‌شوند. این باتری‌ها اخیرا توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند زیرا به دلیل پتانسیلی که دارند می‌توانند در مقیاس بزرگ به عنوان منبع انرژی در وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم‌های ذخیره انرژی‌های تجدید پذیر به کار گرفته شوند. برای ساختن باتریهای لیتیوم یونی با چگالی انرژی بیشتر، به مواد آندی با ظرفیت بالاتر نیاز است.
اگرچه بر روی تعداد کمی از آلیاژهای لیتیوم همچون Li-Si و Li-Sn که ظرفیت تئوری بالاتری نسبت به گرافیت دارند مطالعات گسترده‌ای صورت گرفته است، اما این مواد به دلیل تغییرات زیاد حجمی در حین شارژ و دشارژ، پایداری سیکلی ضعیفی از خود نشان می‌دهند.
فسفید قلع (دانسیته تئوری آن معادل 1255 mAh/g است) با ساختار لایه‌ای که عموما به عنوان ماده آندی آلیاژی با ظرفیت بالا در باتریهای لیتیوم یونی استفاده می‌شود پتانسیل کاری متوسط 0.5ولت در ازای ورود و خروج یون لیتیوم دارد. گزارشات حاکی از آن است مخلوط مواد کربنی با نانوساختارهای فسفید قلع ، پایداری سیکلی را به طور قابل ملاحظه‌ای زیاد می‌کند.
عموما الکترود باتری‌ها به وسیله‌ی پوشش دهی یک دوغاب حاوی مواد فعال الکترودی، افزودنی‌های کربنی رسانا و چسب بر روی فویل‌های فلزی ساخته می‌شوند. برای مخلوط فسفید قلع با کربن کسر وزنی مواد فعال الکترودی 60 تا 70 درصد است زیرا مقادیر زیادی از مواد رسانا و چسب برای حصول پایداری سیکلی افزوده می‌شود. لذا، ظرفیت ویژه بر وزن الکترود (شامل افزودنی‌های کربنی رسانا و چسب) به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. محققان دانشکده مهندسی برق و الکترونیک دانشگاه صنعتی تویوهاشی، الکترودهای آند لایه نازک کامپوزیتی بدون چسب فسفید قلع-کربن را به وسیله رسوب دهی ایروسل با موفقیت تولید کردند.
در این روش ذرات فسفید قلع با ماده‌ی استیلن بلک به وسیله‌ی روش ساده ball-milling مخلوط گشته و سپس ذرات کامپوزیتی تولید شده فسفید قلع-کربن مستقیما بر روی زیر لایه فلزی به وسیله‌ی فشرده‌سازی ضربه‌ای بدون افزودن مواد رسانا و یا چسب نشانده می‌شوند. این روش قادر است مقدار فسفید قلع در کامپوزیت را تا بیشتر از 80 درصد افزایش دهد. علاوه بر این، تغییرات ساختمانی الکترود کامپوزیتی کاهش یافته و پایداری سیکلی به وسیله‌ی کامپوزیت‌سازی با کربن و کنترل رنج پتانسیل الکتریکی خروج لیتیوم بهبود می‌یابد.
توکی موریتاکا نویسنده اول مقاله می‌گوید:
اگرچه بهینه‌سازی شرایط رسوب دهی مشکل بود، اما اطلاعات مفیدی درباره‌ی افزایش پایداری سیکلی الکترود لایه نازک کامپوریتی فسفید قلع-کربن تولید شده با فرآیند رسوب دهی ایروسل به دست آمد. مواد کربنی مخلوط شده نه تنها به عنوان مانعی برای فروپاشی الکترودها در اثر تغییرات حجمی زیاد فسفید قلع عمل می‌کنند بلکه به عنوان مسیری برای هدایت الکترونیکی در میان ذرات ماده فعال پخش شده در کامپوزیت نیز هستند.
یافته‌های این پژوهش می‌توانند برای ساخت باتریهای لیتیوم یونی پیشرفته با ظرفیت بالاتر به کار گرفته شوند. علاوه بر این، الکترود فسفید قلع می‌تواند در باتریهای نسل جدید سدیم یونی با هزینه‌ی بسیار کمتر استفاده گردد زیرا علاوه بر لیتیوم، سدیم هم می‌تواند با واکنش‌های مشابه آلیاژی شدن و غیر آلیاژی شدن در آن ذخیره شده یا خارج گردد.
منبع: www.sciencedaily.com
مترجم: محسن کریم پور
ویراستار: حسین جعفری پور
