آماده سازی و مشخصه یابی الکترود کامپوزیت نانو الیاف کربن و آلیاژ قلع برای آند باتری های یون لیتیم

باتری های یون لیتیم به عنوان مهم ترین منبع انرژی قابل حمل در عصر حاضر شناخته می شوند. انتخاب جنس آندی با ظرفیت بالا تر و سیکل پذیری بهتر دو چالش عمده بر سر راه توسعه روز افزون این باتری ها می باشد. آلیاژ قلع انتیموان در آند باتری های یون لیتیم مورد استفاده و در حال توسعه است. این آلیاژ به عنوان کاندیدی برای جایگزینی مواد کربنی مطرح شده است که رفتار سیکلی بسیار خوبی در باتری های یون لیتیمی داشتند ولی ظرفیت آن ها بسیار محدود بود. آلیاژ قلع انتیموان از طرف دیگر ظرفیتی قابل قبول به عنوان ماده آندی دارد، ولی با وجود اینکه به علت مکانیزم پیچیده ای که در واکنش با یون لیتیم دارد نسبت به قلع خالص سیکل پذیری بسیار بهتری دارد، هنوز در سیکل های طولانی دچار افت ظرفیت و شکست می گردد. بدین معنی که در اثر انبساط/انقباض ناشی از ورود/خروج یون لیتیم به درون ساختار خود خرد شده، ظرفیت خود را از دست می دهد. برای جلوگیری از خرد شدن آلیاژ در اثر تغییر حجم ها تحقیقات زیادی انجام گرفته است. نانومتری کردن ساختار یکی از روش های ایجاد خواص الکتروشیمیایی و سیکل پذیری بهتر در ماده آندی است. راه حل دیگر استفاده از مواد متخلخل است که با ایجاد فضا برای انبساط های ساختار می تواند در بهبود سیکل پذیری ماده مفید واقع شود. البته هیچ یک از این اقدامات نتوانسته است نقص سیکل پذیری آلیاژ قلع انتیموان را کاملاً برطرف نماید. پراکنده کردن ذرات فوق ریز در بستر متخلخل کربنی راه حلی بسیار موثر در این راه است. این روش نه تنها مزایای روش های دیگر که به آن ها اشاره شد را دارد، بلکه در چنین کامپوزیتی زمینه کربنی از ترکیب مجدد ذرات ریز آلیاژ جلو گیری می کند. همچنین از آنجایی که کربن خود با سیکل پذیری خوبی پذیرای یون لیتیم است، با مکانیزم فعال/فعال بدون کاهش ظرفیت کل ماده، تنش های انبساطی آلیاژ قلع را دفع می نماید. هدف از تحقیق حاضر ساخت چنین کامپوزیتی از طریق پوشش دهی الکتریکی آلیاژ قلع انتیموان بر روی زیرلایه ای از نانو الیاف کربن است. زیرلایه نانو الیاف کربن از طریق الکتروریسی پلیمرpan و سپس عملیات حرارتی مخصوص آن بدست آمد. با مشخصه یابی الیاف کرین حاصله و کنترل پارامتر های الکتروریسی و عملیات حرارتی سعی بر آن شد که روشی نو برای ساخت الکترود باتری یون لیتیمی با این روش ابداع گردد. پوشش دهی الکتریکی آلیاژ قلع انتیموان بر الیاف کربن حاصل شده مرحله بعدی ساخت ماده آندی بود. در آخر آزمون های شارژ و دشارژ در سل یون لیتیمی تحت اتمسفر کنترل شده بر روی الکترودهایی که با این روش تولید شده بودند انجام گرفته شد و بدین ترتیب ماده آندی کامپوزیتی با ظرفیت و سیکل پذیری قابل قبولی برای باتری های یون لیتیم معرفی گردید.