آماده سازی و مشخصه یابی الکترود کامپوزیت نانوالیاف کربن و سیلیسیم برای آند باتریهای یون لیتیم

برای کاهش حجم و وزن باتری های یون لیتیمی همگام با تحولات روز افزون صنایع الکترونیکی قابل حمل، مشکلات عمده ای به خصوص در یافتن ماده آندی مناسب وجود دارد. سیلیسیم با ظرفیتی نزدیک به ده برابر کربن به عنوان مهم ترین ماده برای جایگزینی مواد کربنی که از دیرباز به صورت تجاری در آند باتری های یون لیتیمی استفاده شده اند، شناخته می شود. مشکل تمامی موادی که ظرفیت بالایی برای پذیرش یون لیتیم دارند این است به خاطر تغییرات حجمی شدید واکنش آن ها با لیتیم نمی توانند سیکل های مکرر شارژ و دشارژ را به عنوان آند باتری های یون لیتیم انجام دهند. چرا که آن ها در ابتدائی ترین سیکل ها دچار شکست می شوند و ظرفیت بالای خود را بسیار سریع، از دست می دهند. در تحقیقات گسترده ای که برای رفع این مشکل انجام گرفته است، یکی از مهم ترین راهکار ها فوق ریز کردن اندازه ذرات سیلیسیم برای کاهش مقدار مطلق انبساط های ناشی از انجام سیکل های شارژ است. همچنین استفاده از کامپوزیت های کربن/ سیلیسیم با آلیاژ سازی مکانیکی و نیز پراکنده سازی سیلیسیم در بستر های متخلخل کربنی، تا حدودی موثر بوده است. در این تحقیق سعی شده است که چنین کامپوزیتی از طریق پوشش دهی سیلیسیم بر روی بستر فوق متخلخل نانو الیافی ایجاد گردد. لایه نازک نانوالیافی یک بار به صورت نانوالیاف کربن فعال و بار دیگر به صورت نانوالیاف پایه پلیمری تثبیت شده و پوشش داده شده با نیکل، به عنوان زیرلایه تحت پوشش دهی الکتریکی سیلیسیم قرار گرفت. اولین مرحله تولید هر دو نوع زیرلایه نانوالیافی، تولید لایه نانوالیاف پایه پلیمری پلی آکریلونیتریل( pan) بود. این لایه از طریق الکتروریسی pan به صورت محلول در dmf به دست آمد. در ادامه، نانوالیاف pan الکتروریسی شده تحت عملیات حرارتی قرار گرفت. pan در طی مراحل مختلف این عملیات حرارتی، ابتدا تثبیت شد و سپس تا به دست آمدن نانوالیاف کربن رسانا که سطحی فعال دارد، تحت تحولات ساختاری شدیدی قرار گرفت. در آخرین مرحله دو کامپوزیت ساخته شده از طریق فوق، تحت ارزیابی الکتروشیمیایی در سل باتری لیتیمی قرار گرفتند. کامپوزیت نانو الیاف کربن/ سیلیسیم با ظرفیتی قابل قبول به عنوان یک ماده آندی جدید معرفی گردید. کامپوزیت سیلیسیم و نانو الیاف پوشش داده شده با نیکل (که با لیتیم وارد واکنش نمی گردد) عملکرد الکتروشیمیایی بسیار خوب پوشش سیلیسیم را نشان داد. در پایان پیشنهاد هایی عملی برای بهبود افزایش ظرفیت کامپوزیت نانو الیاف کربن/ سیلیسیم ارائه گردید.