توسعه وسایل الکترونیکی مانند گوشی های تلفن همراه و لب تاپ ها تقاضا را برای باتری های قابل شارژ افزایش داده است که در این میان باتری های لیتیم-یون از دیگر انواع باتری ها عملکرد و بازده مناسب تری را از خود نشان داده اند و بیشترین تولید را در میان دیگر انواع باتری ها داشته اند. این باتری ها مانند انواع دیگر باتری ها از پیل های الکتروشیمیایی با دو الکترود و ماده الکترولیت تشکیل شده اند. در فرآیند شارژ باتری های لیتیمی، در الکترود مثبت لیتیم به یون لیتیم مثبت و در الکترود منفی یون لیتیم به لیتیم فلزی تبدیل شده و در بین لایه های الکترود قرار می‌گیرد. تحقیقات زیادی در جهت توسعه هر یک از الکترودها و الکترولیت در باتری های لیتیم یون صورت گرفته است و با ورود نانومواد در این تحقیقات تحولات شگرفی در عملکرد این نوع باتری ها به وجود آمده است. این سیر تکاملی با ساخت نانومواد جدید هم چنان ادامه خواهد داشت. در این مقاله تلاش شده با زبانی ساده این نوع باتری ها معرفی شوند و مختصری در مورد استفاده از نانومواد در آن ها توضیح داده شده است.
1- مقدمه
در عصر حاضر صنعت الکترونیک پیشرفت چشمگیری نموده و به دلیل گسترش ارتباطات و فناوری اطلاعات وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند گوشی های تلفن همراه، لب‌تاپ ها و … توسعه یافته اند. تامین انرژی به صورت آسان و مطلوب برای توسعه این وسایل یک ضرورت مهم و انکارناپذیر می باشد. این تا به حدی است که می‌توان باتری را قلب وسایل الکترونیک قابل حمل دانست. همچنین امروزه به دلیل مشکلات ایجاد شده به دلیل آلودگی هوا شرکت های بزرگ خودروسازی سالانه هزینه های زیادی را صرف ساخت خودروهای الکتریکی و هیبریدی می نمایند که از مهم ترین چالش ها در ساخت این خودروها تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز آن ها است. بهترین گزینه برای رفع این مهم استفاده از باتری های قابل شارژ جهت ذخیره سازی انرژی الکتریکی در این خودروها می باشد.
با توجه به موارد ذکر شده در بالا تحقیقات وسیعی در زمینه باتری ها قابل شارژ در مراکز تحقیقاتی دنیا صورت می پذیرد که باعث پیشرفت بسیار سریع باتری های قابل شارژ در چند دهه اخیر شده است. در حال حاضر، باتری های لیتیم-یون در بالای قله این پیشرفت قرار دارند؛ به طوری که در اغلب وسایل الکترونیکی امروزی از باتری های لیتیم-یون استفاده می شود و گروه های تحقیقاتی زیادی در سراسر دنیا در حال تحقیق جهت بهبود عملکرد این نوع باتری ها هستند. شکل (1) نمونه ای از چند باتری لیتیمی ساخته شده در ابعاد مختلف جهت کاربرد های گوناگون را نمایش می دهد. ورود فناوری نانو به تحقیقات باتری های لیتیم-یون باعث جهش در روند پیشرفت این باتری ها گردیده و تحولات بارزی را در عملکرد آنها ایجاد نموده است. در این مقاله مختصری به توصیح عملکرد این باتری ها پرداخته شده است.
شکل 1- نمایی از چند باتری لیتیمی
2- باتری های قابل شارژ
اولین بار در سال 1786 گالوانی شیوه جدیدی برای تولید الکتریسیته به وسیله مواد شیمیایی کشف کرد که بعد ها این پیل ها به پیل های گالوانی (Galvanic Cell) مشهور شدند. از سال 1800 به بعد پیشرفت زیادی در زمینه باتری ها صورت گرفت اما اولین باتری های قابل شارژ سرب اسید که امروزه نیز در خودروها از آن ها استفاده می شود در سال 1859 ساخته شد. تحول بعدی در باتری های قابل شارژ در سال 1960 با ساخت باتری های نیکل-کادمیوم (Ni-Cd) اتفاق افتاد اما این باتری ها نیز در سال 1990 جای خود را به باتری های جدید نیکل-هیدرید فلز (Nickel-Metal Hydride) دادند. چرخه پیشرفت باتری های قابل شارژ با اختراع اولین باتری های لیتیم-یون در سال 1991 و باتری های پلیمر-لیتیم یون در سال 1999 کامل گردید. در سال های اخیر با به کارگیری نانوذرات مختلف در این باتری ها بازده آن ها به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش یافته است. در ادامه عملکرد آن ها معرفی و بررسی شده است..
3- معرفی باتری های لیتیم-یون
باتری وسیله ای است که انرژی شیمیایی را به طور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در واقع یک باتری شامل یک یا چند پیل ولتایی (Voltaic Cell) است که بر اثر واکنش های شیمیایی اکسید و احیا مولد جریان الکتریسیته هستند. هر پیل ولتایی از دو الکترود تشکیل شده است که بین آن ها با الکترولیت پر می شود. الکترولیت محلولی رسانا شامل یون ها است. معمولاً ترکیبات الکتروفعال درون الکترولیت حل می شوند که می توانند با الکترودها واکنش شیمیایی بدهند و انرژی شیمیایی را با انتقال بار در سطح مشترک الکترود-الکترولیت به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.
ولتاژ خروجی یک باتری به طور مستقیم با ماهیت شیمیایی واکنش الکتروشیمیایی پیل در ارتباط است. به عنوان مثال در باتری های سرب-اسید، واکنش شیمیایی هر پیل 2 ولت جریان را تولید می نماید. در باتری های لیتیمی واکنش الکتروشیمیایی صورت گرفته ولتاژ تقریبی 3 ولت را تولید می نماید که تولید این ولتاژ یکی از ویژگی های مهم این نوع باتری ها است. بنابراین با بهره گیری از واکنش های لیتیمی می‌توان با به کارگیری تعداد پیل کمتر به ولتاژ بالاتر دست یافت.
4- اجزا باتری های لیتیم-یون
به طور کلی هر باتری از 3 بخش اصلی الکترود مثبت، الکترود منفی و الکترولیت تشکیل شده است. در باتری های لیتیم-یون، الکترود مثبت یا کاتد از یک ترکیب لیتیم مانند لیتیم کبالت اکسید و الکترود منفی یا آند از کربن ساخته شده و یک لایه جدا کننده در بین آن ها قرار دارد. نمایی از یک پیل باتری لیتیمی در شکل 2 نمایش داده شده است. الکترولیت در باتری های لیتیمی نیز از نمک لیتیم دریک حلال آلی ساخته شده است. استفاده از حلال آلی در نقش الکترولیت به دلیل اشتعال زا بودن نیازمند انجام پاره ای از اقدامات ایمنی است. اقدامات ایمنی و همچنین موارد دیگری که برای بهبود عملکرد باتری های لیتیمی به کار گرفته می شوند، مهندسی ساختار الکترولیت را بسیار پیچیده می نماید. الکترولیت در این باتری ها از مجموعه ای از مواد تشکیل شده که هر کدام وظیفه خاص خود را دارند. نقص در عملکرد هر یک از اجزای الکترولیت باعث نقص در عملکرد کل باتری می شود. در بخش های بعد هر یک از این اجزا به طور کامل شرح داده می شوند.
علاوه بر موارد بالا، باتری های لیتیمی مجهز به مدارهای الکترونیکی محافظ و فیوزهای جهت جلوگیری از عکس شدن قطبیت، اعمال ولتاژ بیش از حد، گرم شدن بیش از حد و موارد ایمنی دیگر هستند.
شکل2- نمای شماتیک از یک سل باتری لیتیم یون
5- عملکرد باتری های لیتیم یون
با توجه به موارد ذکر شده در بالا اگر فرض کنیم که یک نمونه از باتری لیتیمی دارای الکترود مثبت لیتیم-کبالت اکسید و الکترود منفی گرافیتی باشد، در فرایند شارژ (Charging) در الکترود مثبت نیم واکنش:
و در الکترود منفی نیم واکنش:
رخ می دهد. در مجموع می توان گفت که در فرایند شارژ، لیتیم فلزی موجود در ساختار الکترود مثبت به یون لیتیم تبدیل شده و یون های لیتیم موجود در الکترولیت در بین لایه های کربن (گرافیت) ذخیره می شود. چنین فرآیند هایی که در کل شارژ باتری را باعث می شوند، نیازمند صرف انرژی (الکتریکی) هستند. در فرایند تخلیه شارژ (Discharging) عکس واکنش های فوق صورت گرفته و انرژی الکتریکی ذخیره شده آزاد می شود. شکل 3 فرایند شارژ و تخلیه شارژ را نمایش می دهد.
شکل 3- فرایند شارژ و تخلیه شارژ در باتری های لیتیمی
6- الکترودهای باتری های لیتیم-یون
6-1- الکترود مثبت
الکترود های مورد استفاده در باتری های قابل شارژ باید دارای واکنش برگشت‌پذیر، هدایت الکتریکی بالا و واکنش الکتروشیمیایی سریع باشند. همچنین الکترودها باید ساختاری پایدار داشته و در چرخه های مختلف شارژ و تخلیه شارژ دست خوش تغییر نشوند.
تحقیقات زیادی برای دستیابی به الکترودی با ویژگی های مناسب انجام گرفته و گستره وسیعی از الکترودها طراحی و ساخته شده است. یکی از انواع الکترودهای مورد استفاده لیتیم-کبالت اکسید است. این نوع الکترود به صورت تجاری در دسترس است و باتری های ساخته شده با این الکترود دارای ظرفیت مناسب (ظرفیت یک باتری مقداری از الکتریسیته است که باتری می تواند ذخیره کند)، انرژی و توان بالا و طول عمر نسبتاً مناسب است.
در ابتدا برای سنتز این ماده از ترکیب کردن اکسیدها و کربنات‌های مناسب و سپس حرارت دادن تا دمای بالای 900 درجه سانتیگراد استفاده می شد. در نهایت مواد سنتز شده به یکدیگر سایید شده و پرس می شدند که باعث تولید الکترودهایی با ساختار غیریکنواخت می‌گردید. با پیشرفت روش های جدید سنتز نانو مواد مانند سل-ژل (Sol-gel) الکترودهای جدید با ذرات همگن و یکنواخت ساخته شده اند که عملکردی بسیار مطلوب‌تر دارند. امروزه تحقیقات زیادی برای ساخت نانومواد جدید جهت استفاده در باتری های لیتیمی در سراسر دنیا انجام می شود که هر روز باتری هایی با طول عمر بیشتر و بازده بالاتر تولید می شود. شکل 4- الف نمای کلی یک الکترود مثبت را نمایش می دهد.
دسته دیگری از مواد که می توانند نامزد استفاده به عنوان الکترود مثبت باتری های لیتیم یون باشند، نانو لوله ها و نانو سیم ها در اندازه‌های مختلف هستند. به عنوان مثال نانو لوله اکسید وانادیوم (V2O5) و نانو سیم هایی که در بین ساختار لایه ای خود پذیرنده لیتیم هستند از این دسته اند. ساختارهایی مانند نانو سیم LiCoO2 و Li(Ni1/2Mn1/2)O2 تهیه شده و به عنوان میزبان بین لایه‌ای در الکترود مثبت باتری های لیتیم یون مورد استفاده قرار گرفته است. این دسته از الکترودها قابلیت بسیار خوبی را از جمله افزایش بازده، افزایش قدرت و سرعت نسبت به مواد توده‌ای از خود نشان می دهند.
شکل 4- نمای کلی الف) الکترود مثبت ، ب) الکترود منفی
6-2- الکترود منفی
ترکیبات کربنی می تواند ساختارهای متفاوت و در نتیجه خصوصیاتی متفاوت داشته باشند. گرافیت که یکی از متداولترین ساختارهای کربن است، دارای لایه های کربنی با هیبرید Sp2 می باشد. گرافیت دارای هدایت الکتریکی بالا در درون لایه ها می باشد که به دلیل تحرک الکترون‌های π (الکترون های غیر مستقر) می باشد. در مقابل هدایت الکتریکی گرافیت در بین لایه‌ها کم می باشد. این ساختار ویژه کربن در گرافیت باعث می شود که لیتیم بتواند به راحتی در بین لایه های آن قرار گیرد و واکنش تبادل الکترون را انجام دهد. شکل 4- ب نمای کلی یک الکترود منفی را نمایش می دهد.
7- الکترولیت و افزودنی ها
مهم ترین تفاوت بین پیل های معمولی و باتری های لیتیم استفاده از حلال‌های آلی بجای آب به عنوان پایه الکترولیت است. در باتری های لیتیمی یون +Li ارتباط الکتریکی بین دو الکترود را بر قرار می‌نماید و در دو الکترود تبادل الکترون انجام می دهد. برای حصول پایداری و یکنواختی در خروجی باتری و همچنین برای محافظت الکترودها و عوامل دیگر، علاوه بر نمک لیتیم، مواد دیگری نیز به الکترولیت اضافه می شود. از این مواد تحت عنوان افزودنی ها (Additive) یاد می شود. البته این مواد کمتر از 5 درصد از کل محلول الکترولیت را تشکیل می دهند اما همین مقدار کم نقش حیاتی در عملکرد باتری داشته و عدم وجود آن ها موجب از کار افتادن سریع باتری می شود. الکترولیت مایع معمولا محلول استاندارد لیتیم هگزافلوئوروفسفات (LiPF6) در مخلوطی از آلکیل کربنات ها (Alkyl Carbonates) مثل اتیلن کربنات، دی اتیل کربنات و … می باشد.
معرفی و آنالیز باتری لیتیوم-یون را مطالعه کنید.
در باتری های لیتیم-یون با الکترولیت مایع، لایه الکترولیت جامد (, SEI Solid Electrolyte Interface) در سطح مشترک الکترولیت و الکترود تشکیل می شود. در واقع بعد از ساخت پیل این لایه الکترولیتی جامد به طور خود بخود بر سطح الکترود تشکیل می شود. تشکیل یک لایه پایدار و مقاوم از اهمیت بالایی برخوردار است. تشکیل SEI با ساختاری نارسانا، ناپایدار و … می تواند کارآیی باتری را تضعیف نماید. همچنین با مصرف برگشت ناپذیر یون های الکترولیت، طول عمر باتری را کاهش داده و باتری را غیرقابل شارژ می کند. استفاده از افزودنی ها، برگشت ناپذیری پیل را کاهش داده، از تشکیل گاز در مسیر تشکیل SEI ممانعت نموده و باعث طولانی تر شدن عمر باتری شوند. همچنین افزودنی‌ها باعث بهبود پایداری دمایی LiPF6 در حلال های آلی شده و از حل شدن مواد کاتد در مواقعی که باتری بیش از حد شارژ می شود محافظت می نمایند. برخی از افزودنی ها خواص فیزیکی الکترولیت مثل هدایت یونی، ویسکوزیته، توانایی ترشدگی برای جداکننده های پلی‌الفینی و … را بهبود می دهند. برخی دیگر با کاهش آتشگیری الکترولیت آلی، ارتقا تحمل باتری در مقابل شارژ شده گی بیش از حد (Overcharge) موجب امنیت بیشتر باتری ها می شوند. در این حالت افزودنی باعث ختم عملکرد باتری در مواردی که از باتری به طور نامناسب استفاده می شود می گردد. این مواد به طور موثری باعث تشکیل SEI با ساختارهای بهبود یافته می شوند که تاثیرات مخرب کمتری بر عملکرد کل باتری می گذارد. بر این اساس افزودنی ها را می‌توان به طور کلی به 5 دسته تقسیم نمود که عبارتند از:
1- بهبود دهنده‌های سطح SEI
تحقیقات وسیع و گسترده‌ای که با استفاده از روش های طیف سنجی مختلف صورت گرفته مشخص نموده است که SEI از تجزیه حلال‌ها و نمک‌های الکترولیت تولید می گردد. این اجزا شامل Li2CO3، لیتیم آلکیل کربنات، لیتیم آلکوکسید، بخش‌های نمکی دیگر مثل LiF برای الکترولیت‌های با پایه LiPF6 می‌باشند. اگر بخواهیم به طور ساده نحوه تشکیل SEI را توضیح دهیم به طور کلی دو مکانسیم برای کاهش الکتروشیمیایی حلال های با پایه کربنات می توان در نظر گرفت. به عنوان مثال برای حلال اتیلن کربنات مکانیسم های پیشنهاد شده در شکل 5 می تواند رخ دهد.
شکل 5- دو مکانیسم پشنهادی برای تشکیل SEI
در اینجا RAنشان دهنده رادیکال آنیون(Radical Anion) است. هر دو مکانسیم در فرایند تشکیل SEI حضور داشته و در رقابت با یکدیگر می‌باشند. وقتی که فرایند یک بیشتر اتفاق افتد کاهش حلال آلی محصولات گازی بیشتری را تولید نموده (گاز اتیلن)، SEI تشکیل شده شامل مقادیر فراوان Li2CO3 بوده و ناپایدار می باشد. برعکس در مکانسیم دوم محصولات گازی کمتری ایجاد شده و تولیدات حاصل به طور مناسبی در الکترولیت نامحلول می باشند و در نتیجه تشکیل SEI پایدار و متراکم می نمایند. بنابراین در پیل‌های لیتیم-یون مطلوب این است که مکانسیم دوم بیشتر رخ دهد زیرا تولید گاز در مکانسیم اول باعث کاهش پایداری و یکنواختی SEI می شود.
این نوع از افزودنی ها در فرایند تشکیل SEI دخالت نموده و این فرایند را با مکانیسم دوم شرح داده شده در بالا (شکل 5) پیش می برند. تحقیقات زیادی بر روی عوامل موثر بر این دو مکانسیم انجام شده است که به عنوان یک نتیجه ریخت شناسی (Morphology) و شیمی سطح گرافیت و فعالیت کاتالیزوری آن بر مسیر مکانسیم بسیار موثر هستند. اثر کاتالیستی گرافیت به شدت به موقعیت گرافیت وابسته است و جنس SEI تشکیل شده را تغییر می¬دهد به طوری که SEI تشکیل شده در لبه های (Edges) یک گرافیت پیرولیتی (Pyrolitic Graphite) غنی از مواد معدنی است در حالی که SEI در قائده های صفحه ای (Basal Plane) غنی از مواد آلی می باشد. اصلاح سطح گرافیت با روش های مختلف فیزیکی و شیمیایی باعث بهبود پدیده کاتالیستی می شود. به عنوان مثال اکسیداسیون ملایم و پوشش فیزیکی بعضی مواد بر روی سطح گرافیت به طور موثری تشکیل SEI را تسهیل نموده و تولید گاز را در مراحل اولیه قرارگیری لیتیم در بین لایه های گرافیت کاهش می دهد.
2- عوامل محافطت کننده کاتد
زوال و کاهش بازده کاتد از نقطه نظر الکترولیت از دو فاکتور منشا می گیرد: اول وجود آب و ناخالصی های اسیدی و دوم اکسیداسیون برگشت ناپذیر حلال های الکترولیت. از آنجایی که میزان آب و ناخالصی های اسیدی (HF) در الکترولیت قبل از ساخت پیل به دقت کنترل می شود اساساً این ناخالصی‌ها در طول فرایند شارژ و به ویژه در مواقع فراشارژ (Overcharging) تولید می شوند.
یک مکانسیم پیشنهادی برای تولید آب این است که حلال به طور الکتروشیمیایی با اکسیژن آزاد شده از کاتد اکسید شده و تولید آب و CO2 می‌نماید. آب حاصل نیز موجب هیدرولیز LiPF6 به محصولات اسیدی مثل HF و POF3 می شود. از آنجایی که HF منبع اصلی انحلال مواد کاتد است، در سال های اخیر تلاش های زیادی در جهت گسترش افزودنی های تمیز کننده آب و اسید صورت گرفته است. از مواد قابل استفاده برای این منظور ترکیبات آلی با پایه آمین مانند بوتیل آمین برای جذب ناخالصی اسید می باشد. همچنین می توان از ترکیبات با پایه کربودی آمید مانند N,N دی سیکلوهگزیل کربودی آمید که با آب واکنش داده و از تولید اسید جلوگیری می کند نیز استفاده نمود.
3- نمک‌های پایدار کننده LiPF6
ناپایداری گرمایی الکترولیت هایی که بر پایه LiPF6 هستند به دلیل دو فاکتور مهم می باشد: اولاً ثابت تعادل واکنش تولید PF5 بزرگ بوده (LiPF6↔LiF+PF5) و ثانیاً واکنش پذیری PF5 حاصل با حلال های آلی بسیار بالا می باشد. بر این اساس PF5 قادر خواهد بود تا یک سری از واکنش ها را با اکثر اجزای SEI مثل Li2CO3 RCO2Li ,ROCO2Li انجام دهد. در این صورت حتی در غیاب آب و اسیدهای ناخالص دیگر می تواند پایداری سطح گرافیت را از بین ببرد.
اولین تلاش ها برای حل کردن دو مشکل بالا انحلال کمتر از 0.05 درصد وزنی LiF درون الکترولیت با پایه LiPF6 بود که تولید گاز را کاهش می دهد. این بهبود بخشیدن را می توان به ممانعت از واکنش تجزیه‌ای به وسیله مقدار زیادی از LiF بر اساس اصل تعادلات شیمیایی نسبت داد (اصل لوشاتلیه- Le Chatelier’s Principle). مشکل دوم یعنی واکنش پذیری بالای PF5 را با اضافه کردن مقادیر کم باز لوئیس می توان حل نمود. باز لوئیس ساختاری الکترون دهنده است که کمبود الکترونی PF5 (اسید لوئیس) را جبران نموده و واکنش پذیری آن را کاهش می دهد.
4- عوامل محافظت کننده امنیت
نگرانی امنیت مانع اصلی در بکارگیری باتری های لیتیم یون هنگام استفاده در وسایل نقلیه و وسایل الکترونیکی است. این نگرانی از حضور الکترولیت های مایع کاملا اشتعال پذیر در باتری ها نشات است. بنابراین تحقیقات وسیعی بر روی افزودنی های بازدارنده آتش انجام شده است. ترکیبات آلی فلورینه شده فسفات یکی از مهمترین بازدارنده‌های آتش در باتری های لیتیم یون هستند که به دلیل وجود فسفر در ساختار با به دام اندازی رادیکال های ناشی از فرایندهای زنجیره ای احتراق مانع از گسترش احتراق می شوند.
5- بهبود دهنده‌های رسوب Li
این نوع افزودنی ها برای بهبود بازده چرخه‌ای لیتیم فلزی (تبدیلات متناوب لیتیم فلزی به یون در واکنش های بین کاتد و آند) در باتری های قابل شارژ مورد استفاده قرار گرفته اند. این نوع افزودنی ها اهمیت زیادی در پیشرفت باتری های با قدرت بالا دارند. در حقیقت کاهش قدرت باتری های لیتیم مربوط به رسوب صفحات لیتیم در آند گرافیتی است. رشد نامطلوب این ساختار‌ها در SEI در مواقع شارژ در زمآن های طولانی با جریان ثابت یا در سرعت های بالا و دماهای پایین رخ می دهد.
اصولا چرخه پذیری ضعیف لیتیم فلزی به دو فاکتور نسبت داده می شود: 1- واکنش پذیری بالای لیتیم با حلال‌های الکترولیت 2- ریخت شناسی ضعیف لیتیم صفحه ای شده مثل تشکیل دندریت‌های سوزن مانند و لیتیم اسفنجی متخلخل. مورد اول به خواص ذاتی لیتیم مربوط است و بنابراین بیشتر تحقیقات در بخش دوم یعنی اصلاح مرفولوژی لیتیم تمرکز یافته است. یک ایده مناسب بر این است که یک لایه سطحی یون-هادی و یا یک لایه آلیاژی لیتیم-فلز تشکیل گردد تا رسوب یکنواخت لیتیم را تسهیل نماید.
تحقیقات نشان داده است که غلظت‌های پایین در حد ppm ترکیبات آلی مثل، پلی سولفیت‌ها، SO2, CO2 در بهبود اثر چرخه‌ی لیتیم موثر هستند. همچنین سورفاکتانت های (Surfactants) یونی و غیر یونی برای بهبود بازده چرخه‌ای باتری های لیتیمی پیشنهاد می شود.
تحولات الکترولیت ها
الکترولیت ها نیز دستخوش تحولات بسیاری شده و سیر تکاملی سریعی را طی نموده‌اند. در ابتدا در ساختار باتری های لیتیومی از الکترولیت‌های مایع استفاده می‌شده که بعد با افزودن نانومواد به آن ها عملکردشان بهبود داده شده است. در تحول بعدی از الکترولیت های پلیمری استفاده شد و در مراحل بعد نیز، الکترولیت های پلیمری با افزودن نانو مواد تکامل یافتند.
در نگاه اول ممکن است شگفت انگیز به نظر برسد که چگونه نانو مواد می توانند بر خواص متعارف الکترولیت های مایع مورد استفاده در باتری های لیتیم یون تاثیر بگذارند. این در حالی است که شواهد و مدارک زیادی در بهبود عملکرد باتری ها با استفاده از این مواد وجود دارد. به عنوان مثال اضافه کردن نانو پودرها از ترکیباتی مانند Al2O3، SiO2 و ZrO2 به الکترولیت غیرآبی می تواند هدایت الکتریکی را تا 6 برابر افزایش دهد. شکل6 نمودار افزایش هدایت الکترولیت را با اضافه کردن نانومواد نمایش می دهد.
شکل 6- هدایت کامپوزیت های مختلف بر اساس کسر حجمی (Φ) از اکسیدهای مختلف
بحث در مورد هر یک از انواع الکترولیت ها و افزودنی ها بسیار وسیع است به طوری که هر کدام از آن ها به عنوان یک زمینه تحقیقاتی قابل بررسی است. در اینجا تنها به معرفی پرداخته شده است و توضیح درباره ساختار و نحوه عملکرد هر سامانه به دلیل گستردگی و پیچیدگی بحث در مقالات بعدی ارائه می‌گردد.
8- بحث و نتیجه‌گیری
باتری های لیتیم-یون نقش اساسی در توسعه وسایل الکترونیکی قابل حمل دارند، بنابراین تحقیقات وسیعی برای توسعه آن ها صورت گرفته است. این نوع از باتری های قابل شارژ مانند دیگر انواع باتری ها از پیل های الکتروشیمیایی تشکیل شده‌اند. هر پیل نیز به نوبه خود از دو الکترود تشکیل شده که به وسیله الکترولیت با یکدیگر ارتباط می گیرند. هر یک از اجزا دارای ساختار ویژه و منحصر به فرد می باشند. در این میان، نانو مواد تحولات شگرفی را در بازده و طول عمر باتری های لیتیمی ایجاد نموده اند. در این مقاله با رویکرد آموزشی به توضیح کلی در مورد هر یک از اجزا و عملکرد آن ها پرداختیم. در مقالات بعد، جزئیات هر بخش به طور کامل به همراه نقش نانو مواد در مسیر پیشرفت آن ها بیان خواهد شد.