باتری لیتیوم هوا و مشخصات و بررسی آن

باتری لیتیوم-هوا (Lithium–air battery) (Li-air) از جمله باتری های جدید است که پس از تولید مورد استقبال گسترده ای واقع شد چرا که برخلاف باتری لیتیم-یون تمام اجزای این سل در دسترس نیست و در آن ها از فلز لیتیم در بخش آند و از اکسیژن هوا در بخش کاتد استفاده شده است. به طور خلاصه میتوان گفت این باتری به دليل سبک وزن بودن، ماندگاري طولاني و توان و چگالی انرژی بالايي که دارند مورد استفاده نسبتا زیاد هستند.

مشخصات باتری لیتیوم هوا
ساختار باتری لیتیوم هوا

بنابر پیش بینی های صورت گرفته این سلول ها نسل آینده باتری های موجود در بازار خواهند بود به این خاطر که این باتری ها دارای چگالی انرژی بسیار بالایی نسبت به باتری های لیتیومی (لیتیوم یون) هستند و این ویژگی موجب کاربرد و استفاده روز افزون از این باتری ها گشته است. علت این امر این است که به کار بردن باتری با دانسیته انرژی بالا در اتومبیل های الکتریکی، آنها را قادر میسازد مسافت های بیشتری را طی نمایند.

در این باتری الکترود لیتیوم با پوششی از لیتیوم کربنات پوشانده شده است که در این حالت تنها یون های لیتیوم از آند به درون الکترولیت وارد میشوند و سایر مواد غیرضروری وارد الکترولیت نمیشوند. گفتنی است از اکسایش لیتیوم و احیای اکسیژن انرژی این باتری ها تامین میشود و برحسب نوع الکترولیت که آبی یا آلی باشد نوع واکنش ها و عملکرد آنها متفاوت است.

نحوه عملکرد باتری لیتیوم هوا

در باتری لیتیوم هوا کاتد دارای یک ساختار متخلخل است که غالبا از جنس کربن است و اکسیژن از این منافذ وارد محل واکنش میشود. در این باتری یون لیتیوم از طریق الکترولیت و الکترون ها از طریق کاتد منتقل میشوند و واکنش احیای اکسیژن انجام میشود. جنس الکترود کاتد در این باتری ها بسیار حائز اهمیت است. چرا که این الکترود باید متخلخل باشد که نفوذ اکسیژن از آن طریق انجام شود و باید از جنس فلز رسانا باشد تا انتقال الکترونی انجام شود و خودش وارد واکنش نشود و فقط نقش انتقال دهنده اکسیژن و الکترون را داشته باشد.

گفتنی است باتری‎های لیتیم-هوا به دلیل واکنش پذیری بالای اکسیژن و هوا  دچار تخریب زود هنگام شده و پایداری کمی دارند که تولید کنندگان با استفاده از روش های جدید (نانوکاتالیست ها) در طراحی های جدید در حال رفع این ضعف هستند.

مشخصات باتری لیتیوم هوامقایسه پیل های سوختی و باتری لیتیوم هوا

در این باتری ها به دلیل اینکه تامین اکسیژن از هوا که یک منبع خارجی است انجام میشود، شباهت زیادی به پیل های سوختی دارند چرا که در این پیل ها هم اکسیژن و هیدروژن برای انجام واکنش الکتروشیمیایی از منبع خارجی تامین میشوند. بنابراین میتوان گفت این باتری ها همانند پیل های سوختی دارای چگالی انرژی بالا هستند. همچنین در مقایسه این باتری ها با پیل های سوختی میتوان گفت این باتری دارای مزایای بیشتری از هستند. از جمله این مزایا؛ کم خطرتر بودن فلز لیتیوم نسبت به گاز هیدروژن است چرا که نگهداری و ذخیره گاز هیدروژن خود موضوع مهمی است. علاوه بر این انواع مختلف باتری های لیتیوم هوا دارای قابلیت شارژ مجدد هستند در صورتی که پیل های سوختی غیرقابل شارژ هستند. اما این باتری ها دارای ظرفیت پایینی هستند که مانع از تجاری شدن آنها شده است که تولیدکنندگان با استفاده از فناوری نانو قصد رفع این مشکل را دارند.

انواع باتری‌ لیتیوم-هوا

از آنجایی که در این باتری ها نوع الکترولیت دارای تاثیر مستقیم بر واکنش ها و عملکردهای باتری است دسته بندی ها برحسب نوع الکترولیت صورت میگیرد که بر حسب نوع الکترولیت این باتری ها در چهار نوع آبی، هیبریدی، آلی و حالت جامد قرار میگیرند.

باتری‌های با الکترولیت‌ غیرآبی

الکترولیت های موجود در این باتری ها از نوع محلول های غیرآبی (آلی) است. در این الکترولیت ها به دلیل عدم واکنش لیتیوم با آب ایمنی بیشتری برقرار است و همچنین این باتری ها قابلیت شارژ مجدد دارند. در این باتری ها هنگام تخلیه اکسیداسیون لیتیوم اتفاق می افتد و لیتیوم به یون تبدیل میشود و از طریق الکترولیت به کاتد میرود و در کاتد اکسیژن احیا شده و با یون لیتیوم اکسید تشکیل میدهد. این محصول اکسیدی حاصل از واکنش در الکترولیت آلی غیرقابل حل بوده و عایق الکترونی هستند.

باتری‌های با الکترولیت‌ آبی

کارکرد این باتری ها بر اساس نمک های لیتیومی حل شده در آب است که به دلیل واکنش پذیری بالای لیتیوم با آب از نظر ایمنی باید مراقب های لازم صورت گیرد. به همین خاطر در این باتری ها از یک لایه میانی از جنس سرامیک بین آند (فلز لیتیوم) و الکترولیت استفاده میشود. در این باتری ها محصول واکنش به صورت محلول است به همین خاطر مشکل الکترولیت های آلی در آنها حل شده است ولی تنها مشکلی که در این باتری ها وجود دارد این است که الکترولیت در حین واکنش ها مصرف شده و از پایداری آنها میکاهد.

باتری‌های با الکترولیت‌های هیبریدی

همانطور که گفته شد از معایب باتری های قبلی این است که الکترولیت های غیرآبی قابلیت انحلال اکسید لیتیوم را نداشته و الکترولیت های آبی با آب واکنش شدیدی میدهند. باتری های هیبریدی باتری های جدیدی هستند که به منظور رفع معایب باتری های قبلی تولید شدند. در این باتری ها آند با الکترولیت غیرآبی در تماس است و کاتد در تماس با الکترولیت آبی است و این دو بخش به وسیله یک غشای میانی از یکدیگر جدا شده اند و یون های لیتیوم قابلیت عبور از آن را دارند.

باتری‌های با الکترولیت‌های جامد

این باتری ها به منظور بالا بردن ایمنی در باتری ها و جلوگیری از واکنش مواد فعال داخل باتری مانند واکنش لیتیوم با آب تولید شدند که از مجموعه ای از لایه های جامد تشکیل شده اند.

گوشی جانبی اینستاگرام

همچنین ببینید

اندروید ور چیست؟ همه چیز درباره آن

اندروید ور چیست؟ همه چیز درباره آن

اندروید ور (android wear) به معنای اندروید پوشیدنی، نسخه‌ای از سیستم‌عامل اندروید است که به …

دیدگاهتان را بنویسید

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