ساخت کاتد پلیمری برای باتری‌های سدیم یون
در باتری‌های نسل بعد به جای استفاده از یون لیتیوم، از یون های فلزات قلیایی و یا یون‌های چند ظرفیتی استفاده خواهد شد. با این حال، یک چالش بزرگ برای این نوع از الکترودها، توسعه الکترودهای پایدار است که تراکم انرژی بالایی دارند و جریان شارژ و دشارژ مناسبی را فراهم می‌کنند. به تازگی دانشمندان یک کاتد با عملکرد بالا از یک پلیمر آلی را به منظور استفاده در باتری‌های با هزینه کم، سازگار با محیط‌زیست و باتری‌های پایدار سدیم یون گزارش کرده‌اند.
ترکیبات آلی به عنوان مواد مورد استفاده در الکترود باتری‌ها مناسب هستند زیرا آن‌ها حاوی فلزات سنگین و گران‌قیمت نمی‌باشند اما عیب آن‌ها این است که این نوع مواد در الکترولیت مایع حل می‌شوند و باعث می‌شود که الکترودها ناپایدار شوند.
در این راستا محققان دانشگاه مریلند، یک پلیمر آلی به عنوان ماده‌ای با ظرفیت بالا، شارژپذیری سریع و نامحلول در الکترولیت را برای کاتد باتری معرفی کرده‌اند. با توجه به تحقیقات صورت گرفته در این تیم، پلیمر ساخته شده، پایداری مناسبی برای ظرفیت از خود نشان داد و برای یون‌های منیزیم و آلومینیوم، نتایج قابل قبولی به دست آمد.
این تیم تحقیقاتی ترکیب شیمیایی hexaazatrinaphthalene (HATN) را معرفی کردند که قبلاً در باتری‌های بر پایه‌ی لیتیوم و ابرخازن‌ها مورد آزمایش قرار گرفته بود. با این حال، مانند بیشتر مواد آلی، HATN در الکترولیت حل شد و کاتد را در طول فرایند شارژ و دشارژ ناپایدار کرد.
برای حل این مشکل، دانشمندان توضیح دادند که برای تثبیت ساختار این نوع ماده، میتوان با ایجاد یک ارتباط بین مولکول‌های فردی از این ناپایداری جلوگیری کرد. آن‌ها یک ساختار پلیمری از ماده‌ی HATN با نام PHATN به دست آوردند که ظرفیت‌های بالایی برای یون‌های سدیم، آلومینیوم و منیزیم را فراهم آورد.
پس از مونتاژ باتری، دانشمندان با استفاده از الکترولیت با غلظت بالا، کاتد PHATN را آزمایش کردند. آن‌ها عملکردهای الکتروشیمیایی بسیار خوبی برای یون‌های غیر لیتیومی مشاهده کردند.
محققان این مقاله گزارش دادند که باتری سدیم یون را میتوان در ولتاژهای بالا تا ۳.۵ ولت شارژ کرد و ظرفیت بیش از 100mAh/g را حتی پس از ۵۰۰۰۰ سیکل حفظ کرد و باتری‌های منیزیم و آلومینیوم نیز نتایج قابل قبولی از خود نشان دادند.
محققان تاکید کردند که این ماده، یک ترکیب پلیمری بر پایه‌ی HATN است که در ذخیره‌ی انرژی بی‌خطر بوده و انرژی بالایی را از خود به نمایش می‌گذارد و در برابر الکترولیت مایع پایداری بی‌نظیری داشته است.
منبع:A Pyrazine‐Based Polymer for Fast‐Charge Batteries
تاریخ انتشار:سپتامبر 2019
ویراستار: حسین جعفری پور
