کاربرد نانو اکسید روی (ZnO) در باتری‌های نسل جدید (لیتیوم-گوگرد و باتری‌های حالت جامد)
مقدمه
نانو اکسید روی (ZnO) به دلیل هدایت الکترونی بالا ، پایداری حرارتی عالی و ساختار نانو، به یکی از مواد کلیدی در توسعه باتری‌های پیشرفته تبدیل شده است. در این مقاله، تمرکز بر دو فناوری به‌روز است:
- باتری‌های لیتیوم-گوگرد (Li-S)
- باتری‌های حالت جامد (SSBs)
1-نانو ZnO در باتری‌های لیتیوم-گوگرد (Li-S)
- چالش‌های باتری لیتیم گوگرد
- پدیده شاتل پلی‌سولفید: مهاجرت ترکیبات گوگردی بین الکترودها که باعث کاهش عمر چرخه‌ای می‌شود.
- رسانایی پایین گوگرد: محدودیت در انتقال الکترون
راهکار نانو اکسید روی
جاذب پلی‌سولفیدها: نانوذرات ZnO با گروه‌های سطحی هیدروکسیل (-OH) ، پلی‌سولفیدها را جذب و از شاتل جلوگیری می‌کنند.
کاتدهای هیبریدی: ترکیب گوگرد/نانو ZnO/گرافن ظرفیت را به ۱۲۰۰ mAh/g می‌رساند ( در مقابل ۴۰۰ mAh/g باتری‌های لیتیوم-یون معمولی )
۲- نانو ZnO در باتری‌های حالت جامد (SSBs)
مزایای باتری‌های حالت جامد:
- ایمنی بالا (عدم نشت الکترولیت مایع)
- چگالی انرژی فوق‌العاده (~۵۰۰ Wh/kg).
نقش نانو ZnO:
- الکترولیت‌های کامپوزیتی: نانو ZnO به عنوان پرکننده سرامیکی در الکترولیت‌های پلیمری (مثل PEO) استفاده می‌شود و:
- هدایت یونی را تا ۱10-3 S/cm بهبود می‌بخشد.
- پایداری مکانیکی را افزایش می‌دهد.
- آندهای سیلیکونی: پوشش نانو ZnO از انبساط سیلیکون (~۳۰۰%) هنگام شارژ جلوگیری می‌کند.
- نتایج آزمایشگاهی
- باتری‌های SSB با الکترولیت PEO/ZnO در دمای ۶۰°C پس از ۲۰۰ چرخه، ۹۲% ظرفیت اولیه را حفظ می‌کنند.
۳. مکانیسم‌های عملکرد نانو ZnO در سطح اتمی
ساختار: شبکه کریستالی نانو اکسید روی (wurtzite ) باعث می‌شود یون‌های لیتیوم به راحتی در حفره‌های اکتاهدرال حرکت کنند.
فوتولومینسانس: نانو ZnO تحت UV، الکترون‌های آزاد تولید می‌کند که انتقال بار در الکترودها را تسریع می‌نماید.
۴. چالش‌ها و راهکارهای صنعتی
الف) تولید انبوه
روش‌های سنتز
- سل-ژل (هزینه پایین، اما کنترل اندازه ذرات سخت است)
- پلاسمای حرارتی (مناسب برای تولید انبوه با خلوص ۹۹٫۹%)
ب) سمیت
نانو ZnO در صورت استنشاق می‌تواند به ریه آسیب بزند. راهکار:
- پوشش‌دهی با سیلیکا یا پلی‌اتیلن‌گلیکول (PEG)
شرکت نانو مواد گستران پارس به عنوان بزرگترین تولید کننده نانو اکسید روی در ایران آماده تامین این محصول ارزشمنددر دو گرید آزمایشگاهی و صنعتی می باشد.
شما می توانید برای خرید این محصول به آدرس آن در سایت شرکت مراجعه نموده و یا با شماره تماس های کارشناسان شرکت تماس حاصل نمایید.
