‌ افزایش ظرفیت و طول عمر باتری‌های لیتیم-هوا با نانوچندسازه MnFe2O4/C به‌عنوان کاتالیست و مایع یونی [C2mim][BF4] به‌عنوان الکترولیت

Abstract

امروزه باتری‌های قابل باردارشدن لیتیم-هوا در وسایل با قابلیت ذخیره انرژی کاربرد گسترده‌ای پیداکرده‌اند. به‌منظور افزایش کارایی و طول عمر این نوع باتری‌ها، استفاده از کاتالیست و الکترولیت، امری ضروری است. بنابراین، کاتالیستی از جنس فلز-اکسید فلزات واسطه بر پایه کربن MnFe₂O₄/C در ساخت کاتد باتری استفاده‌شده است. به‌منظور افزایش ایمنی، طول عمر و ظرفیت باردارشدن- بی‌بارشدن باتری، از مایع یونی 1-اتیل-3-متیل ایمیدازولیم تترافلوئوروبورات [C₂mim][BF₄] به‌عنوان الکترولیت استفاده‌شده است. ویژگی‌های کاتالیست به کمک روش‌های طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، تجزیه وزن‌سنجی گرمایی (TGA)، پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد. نتایج نشان داد که کاتالیست ساختاری همگن دارد و میانگین اندازه ذره‌های آن 30 نانومتر است. کاتالیست در ابعاد نانو و الکترولیت یونی با رسانایی بالا سبب شده که ظرفیت بی‌بارشدن باتری با و بدون کاتالیست به ترتیب برابر با 2360 و mAh g^-1 815 در چگالی جریان 1/0 میلی‌آمپر/سانتی‌متر باشد. در چگالی جریان 2/0 میلی‌آمپر/سانتی‌متر، ظرفیت بی‌بارشدن برای باتری با و بدون کاتالیست به ترتیب برابر با 710 و mAh g^-1 535 به‌دست آمد. افزایش تعداد چرخه‌های باردارشدن-بی‌بارشدن در حضور کاتالیست (بیش از 1000 بار) نسبت به باتری بدون کاتالیست (بیشتر 3 بار) نشان‌دهنده کارایی کاتالیست مورداستفاده است. به دلیل پایداری گرمایی الکترولیت یونی، طول عمر باتری حدود 2 برابر نسبت به باتری با الکترولیت آلی معمول بیشتر است. کاهش تفاوت پتانسیل بین فرایندهای باردار و بی‌بارشدن نیز یکی از مزیت‌های باتری ساخته‌شده است. نتایج نشان داد که کاتالیست MnFe₂O₄/C، سبب افزایش قابل‌توجهی در ظرفیت بی‌بارشدن باتری شده است.