باتری لیتیوم هوا

باتری لیتیوم هوا چیست و دارای چه مشخصاتی می باشد ؟

باتری لیتیوم هوا (Lithium–air battery) (Li-air) یکی از تکنولوژی های جدید در صنعت باتری سازی است که در بازار و هنگام عرضه طرفداران زیادی پیدا کرد. دلیل این استقبال این است که این باتری بر خلاف باتری های لیتیوم یونی که اجزای سلول آن پوشیده است و در دسترس نیست، در این باتری از آندی با جنس فلز لیتیوم و کاتد آن به جنس هوا می باشد. این باتری داراری مزایای زیادی نسبت به باتری های لیتیوم یونی است که برخی از آن ها عبارتند از :

  •  سبک وزن بودن
  • ماندگاری طولانی
  • توان و چگالی انرژی بالا

باتری لیتیوم هوا

اجزء باتری لیتیوم هوا :

با توجه به بررسی تکنولوژی در آینده می توان گفت باتری لیتیوم هوا می تواند به عنوان باتری نسل های آینده محسوب شود. با یک بررسی می توان به این نتیجه پی برد که باتری لیتیوم هوا دارای چگالی انرژی بسیار بالایی نسبت به باتری لیتیوم یون می باشد، همین امر باعث می شود صنعت باتری سازی روی این باتری ها سرمایه گذاری نماید. یکی از کاربرد هایی که این باتری دارد، استفاده در تولید خودروهای برقی است که با یک بار شارژ مسافت طولانی را طی نماید.

ذخیره انرژی با ظرفیت زیاد و ماندگاری شارژ از دانسیته بالای انرژی این باتری است.

ساختار این باتری به گونه ای طراحی شده که الکترود لیتیومی با یک لایه از لیتیوم کربنات پوشیده می شود. این باعث می شود فقط یون های لیتیوم که همان آند می باشد وارد الکترولیت شود و مواد غیر ضروری دیگر نتوانند وارد الکترولیت شوند. از این اکسید شدن لیتیوم و به وجود آمد اکسیژن ، انرژی باتری های لیتیوم ایر تأمین می شود.

الکترولیت های آلی و آبی می توانند واکنش و عملکرد متفاوتی داشته باشند.

باتری های لیتیوم هوا چگونه عمل می کنند ؟

این باتری ها دارای یک کاتد با ساختار متخلخل می باشند که معمولاً از جنس کربن استفاده می شود، در این باتری ها اکسیژن از منافذ کربن وارد محیط واکنش می گردد. در باتری های لیتیوم هوا الکترولیت به جریان یون لیتیوم کمک می کند در حالی که الکترون ها را کاتد منتقل می کند.

در نهاید بعد از این واکنش احیاء اکسیژن انجام خواهد شد.

مهمترین چیزی که در عملکرد این باتری ها تأثیر دارد، جنس الکترود کاتد می باشد؛ زیرا متخلخل بودن آن باعث می شود اکسیژن نفوذ پیدا کند و اگر از فلزهای رسانا انتخاب شود می تواند الکترون ها را به راحتی انتقال دهد در صورتی که خودش وارد فرآیند واکنش نشود.

در واقع کاند تنها کاری که باید انجام دهد، انتقال اکسیژن و الکترون است.

البته نباید این نکته را نادیده گرفت که این نوع باتری ها به علت واکنش پذیری بالای اکسیژن موجود در هوا خیلی زود خراب شده و عمر طولانی ندارند. البته این مشکل ممکن است به وسیله فناوری نانو و استفاده از نانوکاتالیست ها از بین خواهد رفت.

باتری لیتیوم هوا

مقایسه پیل های سوختی و باتری لیتیوم هوا :

اکسیژن این نمونه باتری ها به وسیله یک منبع خارجی تأمین می شود که می توان گفت به میزان زیادی شبیه به پیل های سوختنی عمل می کنند. در پیل های سوختنی نیز اکسیژن و هیدروژن مورد نیاز برای واکنش الکتروشیمیایی از منبع خارجی به دست می آید. همین فرآیند به آن ها کمک می کند که چگالی انرژی بالایی داشته باشند. البته باتری های لیتیوم هوا دارای مزایای بیشتری هستند.

یکی از این مزایا کم خطر بودن آن ها نسبت به پیل های سوختنی است.

در این باتری ها از فلز لیتیوم استفاده شده که از گاز هیدروژن کم خطرتر می باشد.

همچنین باید توجه داشته باشید که ذخیره کردن و نگهداری از گاز هیدروژن موضوع راحتی نیست.

یکی دیگر از مزایای باتری های لیتیوم هوا قابل شارژ بودن آن هاست، ولی پیل های سوختنی غیر قابل شارژ می باشند. البته باتری های لیتیوم هوا دارای ظرفیت پایینی هستند و به همین دلیل هنوز به بازار عرضه نشده و این مشکل قرار است با نانو مواد حل شود.

انواع باتری‌ لیتیوم هوا :

معمولاً در این باتری ها الکترولیت نقش زیادی در باتری دارد و و می تواند به میزان زیادی روی فرآیند و عملکرد باتری تأثیر بگذارد.

به همین علت تقسیم بندی این باتری ها بر اساس الکترولیت انجام می شود.

انواع مختلف باتری های لیتیوم هوا بر اساس نوع الکترولیت عبارتند از :

  • الکترولیت های نوع آبی
  • هیبریدی
  • الکترولیت های آلی
  • حالت جامد

الکترولیت‌ آلی در باتری های لیتیوم ایر :

وقتی در باتری های لیتیوم هوا از الکترولیت های آلی و یا غیر آبی استفاده شود، از آنجایی که واکنش لیتیوم با آب وجود ندارد می توان گفت ایمنی در این باتری ها بیشتر است.

ویژگی دیگر باتری لیتیوم ایر غیر آبی قابل شارژ بودن آن هاست.

زمانی که واکنش اکسیداسیون لیتیوم رخ دهد، تخلیه باتری صورت می گیرد و در واقع یون لیتیوم آزاد شده و به وسیله الکترولید به سمت کاتد می رود و با به وجود آمدن اکسیژن، یون لیتیوم اکسید هم تولید می شود. در واقع لیتیوم اکسید طی یک واکنش در الکترولیت آلی غیر قابل حل و عایق الکترونی رخ داد.

باتری لیتیوم هوا

الکترولیت‌ آبی :

زمانی که در مورد باتری های لیتیوم هوا با الکترولیت آبی صحبت می کنیم، حتماً باید به این نکته توجه داشته باشیم که اساس این نوع باتری نمک های لیتیومی است که در آب حل شده است.

این باتری ها باید تحت مراقبت بیشتری باشند، زیرا لیتیوم با آب بسیار واکنش پذیر است.

به علت برقراری ایمنی در این نوع باتری ها از سرامیک بین آند و الکترولیت استفاده می کنند. از آنجایی که تولید انرژی در اثر حل شدن لیتیوم در یک ماده آبی است، دیگر با مشکل باتری های الکترولیت آلی مواجه نمی شویم اما این باتری ها نیز دارای پایداری کمی هستند زیرا الکترولیت در طی فرآیند واکنش حل می شود.

باتری‌ های لیتیوم هوا با الکترولیت ‌های هیبریدی :

در باتری های لیتیوم هوا با الکترولیت های غیر آبی و آلی حل شدن اکسید لیتیوم غیر ممکن بود.

همچنین در این نوع باتری با الکترولیت آبی به علت واکنش پذیری بالا خطر ایجاد می شد.

به همین دلیل پژوهشگران در پی تولید باتری هایی بودند که عیب های دو نوع باتری زیر را از بین ببرد.

به همین دلیل در صنعت باتری سازی شاهد تولید باتری های لیتیوم هوایی بودیم که از الکترولیت های هیبریدی استفاده می کند.

در این نمونه باتری های جدید شما دو واکنش متفاوت را مشاهده می کنید.

در این باتری ها آند با الکترولیت غیرآبی در تماس است و کاتد در تماس با الکترولیت آبی است.

علاوه بر این دو بخش این باتری با یک پرده میانی جدا شده اند.

البته از این غشاء یون های لیتیوم به راحتی عبور می کنند.

باتری های لیتیوم ایر با الکترولیت ‌های جامد :

این نمونه از باتری های فوق برای اینکه ایمنی بالاتر رود تولید شدند.

با استفاده الکترولیت های جامد می توان از واکنش فعال به راحتی جلوگیری کرد.

البته واکنش های درون باتری لیتیوم با آب می باشد که با چندین لایه جامد از هم جدا شدند.

این باتری ها با وجود مزایایی که این باتری ها دارند، هنوز به طور کامل و بی نقص تولید نشده اند و این تکنولوژی در صنعت باتری سازی در حال تحقیق و بررسی است.

این تولیدات هنوز تجاری نشده اند و باید اندکی برای تولید انبوه صبر کرد.

شما می توانید نظر خود را در این مورد با ما و دیگر کاربران باتری بازار به اشتراک بگذارید.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اسکرول به بالا