باتری لیتیومی یونی
باتری لیتیومی یونی به یک جزء ضروری در طیف گستردهای از دستگاهها و وسایل نقلیه، از لپتاپها و تلفنهای همراه گرفته تا خودروهای هیبریدی و الکتریکی، تبدیل شده است. مزایای آنها شامل چگالی انرژی بالا، قابلیت شارژ مجدد و وزن سبک (تا ۷۰۱TP3T سبکتر از باتریهای اسید سرب) است؛ ایمنی افزایشیافته بدون تولید محصولات جانبی سمی مانند باتریهای اسید سرب؛ علاوه بر این، آنها محصولات جانبی سمی تولید نمیکنند؛ بنابراین سازندگان آنها بیوقفه برای توسعه مواد کاتد/آند بهتر و الکترولیتهای جامد که ظرفیت بالا و ایمنی باتریها را تضمین میکنند، تلاش میکنند - تنها برای حفظ این مزایا!
نوآوریهای اخیر شامل یک باتری لیتیمی یونی است که به جای استفاده از حلالهای آلی فرّار مانند کبالت در باتریهای لیتیمی یونی کنونی، از پلی(مایع یونی) بهعنوان الکترولیت بهره میبرد. این پیشرفت انقلابی وعده میدهد که با کاهش وابستگی به فلزات گرانقیمت و دردسرساز مانند کبالت در باتریهای لیتیمی یونی امروزی، چگالی انرژی بالاتری را با هزینههای کمتر فراهم کند.
باتریهای یونی لیتیم از یک آند، کاتد، جداکننده و الکترولیت تشکیل شدهاند؛ آند یونهای لیتیم را ذخیره میکند در حالی که کاتد بهعنوان فضای ذخیرهسازی الکترون عمل میکند؛ در حالی که جداکننده جریان الکترون را درون باتری مسدود میکند. در نهایت، یک الکترولیت یونهای لیتیم با بار مثبت را در حین تخلیه بین آند و کاتد و در حین شارژ از طریق فرآیندهای همزمان تعقیب/خروج تعقیب (intercalation/deintercalation) جابجا میکند – این فرآیند در اصطلاح فنی به نام تعقیب/خروج تعقیب شناخته میشود.
یک آند که معمولاً از جنس گرافیت است، با یک کاتد ساخته شده از سولفیدها یا نیتریدهای فلزی غیرقابلاشتعال ترکیب میشود تا یونهای لیتیم را از طریق بینلایهنشینی ذخیره کند، جایی که این یونها بهصورت فیزیکی بین لایههای دوبعدی کربن که گرافیت حجمی را تشکیل میدهند، جای میگیرند. دشارژ سلّول شامل آند است که در نیمهواکنش اکسایش قرار میگیرد و یونهای مثبت لیتیم را آزاد میکند، در حالی که همزمان از طریق مدار خارجی الکترونهای باردار منفی تولید میشوند؛ در طول دشارژ، آند در نیمهواکنش اکسایش قرار میگیرد که یونهای مثبت لیتیم تولید میکند، در حالی که الکترونهای باردار منفی از طریق مدار خارجی به کاتد منتقل میشوند، جایی که نیمهواکنش کاهش رخ میدهد و جریان الکتریکی از مدار خارجی عبور میکند.
انواع مختلفی وجود دارد، مانند باتری لیتیوم-یون ۷۲ ولت، باتری لیتیوم ۱۲ ولت ۲۰ آمپر-ساعت، باتری لیتیوم ۲۰ آمپر-ساعت. واکنشهای اکسایش–کاهش باید در دمای بهینه و شرایط مناسب انجام شوند؛ در غیر این صورت، تغییرات ساختاری قابلتوجه میتوانند ظرفیت باتری را بهطور چشمگیری کاهش داده و چرخهپذیری آن را پایین بیاورند (میزان دفعات شارژ و دشارژ باتری قبل از کاهش ظرفیت)، که ممکن است فشار داخلی سلول را افزایش داده و تهدیدات ایمنی برای دستگاههای همراه مانند تبلتها و گوشیهای هوشمند ایجاد کند.
