بخشی از مقاله
چکیده
در میان الکترولیت های پلیمری، الکترولیت های پلیمری ژلی از بیشترین هدایت در دمای محیط برخوردارند. در این کار الکترولیت پلیمری ژلی بر پایه پلی متیل متاکریلات - PMMA - که پلیمری آمورف است به وسیله روش قالب گیری از محلول تهیه شد. از حلال دی متیل استامید - DMA - به عنوان منعطف کننده استفاده شده است . سپس به وسیله تست های الکتروشیمیایی شامل ولتامتری روبش خطی - LSV - و امپدانس الکتروشیمیایی - EIS - به بررسی غشای ساخته شده پرداخته ایم.
کلمات کلیدی: باتری یون لیتیم، پلی متیل متاکریلات - PMMA - ، الکترولیت های پلیمری ژلی - - GPE
.1 مقدمه
باتری های یون لیتیم برای اولین بار به منظور تولید باتری هایی با کیفیت بیشتر در سال 1991 توسط شرکت سونی تجاری سازی شدند. این نوع باتری ها به دلیل داشتن دانسیته ی انرژی بالاتر در مقایسه با سایر باتری های قابل شارژ، عملکرد مناسب و نداشتن اثر حافظه به سرعت به عنوان یکی از روش های ذخیره سازی انرژی در محدوده ی وسیعی مانند گوشی های تلفن همراه، کامپیوتر های قابل حمل، دوربین های دیجیتال و وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی در سطح جهانی پذیرفته شدند.[1] باتری های یون لیتیم مانند سایر باتری ها از تبدیل یک واکنش شیمیایی که منجر به تولید انرژی الکتریکی می شود بهره می برند. در این نوع باتری ها تبادل یون لیتیم از طریق مهاجرت بین کاتد و آند و از خلال الکترولیت باعث ایجاد اختلاف پتانسیل شیمیایی بین دو الکترود می شود. همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است درج و درج زدایی یون لیتیم درون بافت مواد فعال کاتدی و آندی نتیجه ی این انتقالات می باشد
الکترولیت رایج مورد استفاده در باتری های یون لیتیم شامل یک نمک لیتیم حل شده - LiBF4 , LiPF6, /L&O… - در حلال های آلی مانند پروپیلن کربنات - PC - اتیلن کربنات - EC - دی اتیل کربنات - DEC - و دی متیل کربنات - DMC - است. استفاده از این الکترولیت های مایع مشکلاتی از قبیل نشت الکترولیت، خطر اشتعال پذیری و انفجار را در پی دارد. با به کار بردن این نوع الکترولیت ها جهت برقرار ماندن مدار و جلوگیری از اتصال کوتاه بین کاتد و آند وجود یک جدا کننده ضروری می باشد. [3] استفاده از الکترولیت های پلیمری غشایی علاوه بر رفع مشکلات عدم ایمنی و نشت الکترولیت منجر به افزایش دوره پذیری و انعطاف باتری ها می شود و امکان ساخت باتری ها در اشکال مختلف را فراهم می آورد.[4] الکترولیت های پلیمری به دلیل داشتن ویژگی هایی از قبیل انعطاف و شکل پذیری نظر پژوهشگران را در سراسر جهان به دلیل کاربرد های متنوع در وسایل الکتروشیمیایی به ویژه باتری های یون لیتیم حالت جامد به خود جلب کرده اند.
الکترولیت های پلیمری در باتری های یون لیتیم علاوه بر جدا کردن کاتد و آند از یکدیگر و جلوگیری از اتصال کوتاه محیطی را برای انتقال یون ها فراهم می آورند. این الکترولیت ها باید از ویژگی هایی مانند هدایت یونی مطلوب، عملکرد الکتروشیمیایی مناسب، ایمنی و پایداری بالا برخوردار باشند. رایج ترین الکترولیت های پلیمری مطالعه شده الکترولیت های پلیمری جامد - SPE - هستند که ترکیباتی از نمک های لیتیم و پلیمر پلی اتیلن اکسید - PEO - با وزن مولکولی بالا می باشند. پلی اتیلن اکسید به دلیل سازگاری با الکترود لیتیم و توانایی حلال پوشی نمک لیتیم به عنوان میزبانی مناسب برای به کار گیری در الکترولیت های پلیمری محسوب می شود. این ترکیب به دلیل بلورینگی بالا هدایت کمی را نشان می دهد به همین دلیل در این کار از PMMA که پلیمری آمورف می باشد استفاده شده است. الکترولیت های پلیمری ژلی یا پلاستیکی شده با جا دادن الکترولیت مایع درون خود خواص بینابینی الکترولیت های مایع و پلیمری و همچنین هدایت یونی باﻻیی را نشان می دهند. [5]
2. روش تجربی
در مراحل تجربی جهت تهیه ی غشای پلیمری از روش قالب گیری از محلول استفاده شد . ابتدا محلول 0.5 M از نمک LiClO4 در حلال دی متیل استامید تهیه شد. مقدار مشخصی از پلیمر PMMA جهت تهیه ی محلول 5 wt% افزوده شد و این محلول به مدت دو ساعت در دمای 60 درجه سانتی گراد تحت هم زدن قرار گرفت؛ محلول شفاف و یکنواخت حاصل در قالبی شیشه ای قالب گیری شد. شکل 2 نمونه ای از الکترولیت پلیمری تهیه شده را نمایش می دهد.
.3 بحث و نتایج
نمونه ی الکترولیت پلیمری تهیه شده با استفاده از روش های ولتامتری روبش خطی و امپدانس از نظر الکتروشیمیایی مورد ارزیابی قرار گرفت. شکل 3 ولتاموگرام روبش خطی را برای سل SS/GPE/Li نشان می دهد. ضمن فرایند اکسیداسیون و احیا تغییرات محسوسی در جریان مشاهده شد. بر این اساس LSV به طور گسترده ای برای تعیین پایداری الکتروشیمیایی الکترولیت ها مورد استفاده قرار می گیرد. بر اساس نتایج حاصل از LSV الکترولیت تهیه شده در برابر Li/Li+ تا 4.6 v پایداری نشان داد و در پتانسیل های بالای این مقدار تجزیه آندی صورت گرفت. یکی از روش های مطلوب برای نمایش امپدانس الکتروشیمیایی نمودار نایکوئیست می باشد. در این منحنی داده ها در مختصات مختلط امپدانس حقیقی - Z" - بر حسب امپدانس موهومی در محدوده ای از فرکانس تحریکی رسم می شوند.
