چکیده
مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) : جداکننده‌های مبتنی بر پلی‌وینیلیدن‌فلوراید[1] (PVDF) و [2]MOF-808 برای باتری‌های لیتیوم-یون ساخته شده است و به‌طور کامل از منظر خواص مورفولوژی و حرارتی، جذب و حفظ الکترولیت، ویژگی‌های آبدوست سطحی مشخصه‌یابی گردیده است. تأثیر جداکننده‌های PVDF/MOF-808 بر عملکرد الکتروشیمیایی باتری‌های لیتیوم-یون ارزیابی شده است. غشاهای PVDF/MOF-808 دارای یک ساختار کاملاً متخلخل با توزیع یکنواخت و متصل از اندازه حفرات در مقیاس ماکروحفرات تا مزوحفرات[3] می‌باشند. قرار گرفتن نانوذرات MOF مبتنی بر Zr، موجب افزایش تخلخل و مساحت سطح جداکننده شده و جذب الکترولیت و هدایت یونی را ارتقا می‌دهد. در نهایت، وجود پرکننده‌های MOF-808 حفظ الکترولیت مایع را بهبود می‌بخشد و همچنین از ازبین رفتن ظرفیت در سیکل‌هایی با نرخ جریان بالا جلوگیری می‌نماید. در واقع، آزمایش‌های شارژ-تخلیه انجام‌شده در دو نیم سل با مواد فعال Li/C-LiFePO4 و جهت مقایسه عملکرد دو جداکننده متفاوت PVDF خالص و PVDF/MOF-808 انجام گردید که بر طبق نتایج ظرفیت تخلیه برای جداکننده اصلاح شده PVDF-MOF-808 ، 68میلی‌آمپر ساعت را با نرخ جریان 2C و برای جداکننده پلیمری PVDF خالص صفر میلی‌آمپر ساعت ارائه گردید. نمونه جداکننده اصلاح شده PVDF همراه با 10 درصد وزنی از MOF-808(PVDF/10 wt% MOF-808) رفتاری پایدار در فرآیند چرخه شارژ و تخلیه در دراز مدت با راندمان کولن[4] نزدیک به 100٪ را نشان می‌دهد. بنابراین، در این بررسی نشان داده شده است که غشاهای کامپوزیتی با توجه به عملکرد جداکننده‌های معمولی برای کاربرد در باتری‌های لیتیوم-یون بهتر می‌باشند، زیرا در این قبیل جداکننده‌های کامپوزیتی یک سیستم با توزیع حفرات منظم در اندازه ساختار حفرات، هم در مقیاس مزو و هم در مقیاس ماکرو با ساختار حفرات MOFs ارائه میگردد که میل به سازگاری[5] با الکترولیت را به‌طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد.
نتیجه‌گیری
این بررسی نشان می‌دهد که نانوذرات MOF-808 را می‌توان به‌عنوان پرکننده فعال برای اصلاح حفرات جداکننده‌های PVDF در مقیاس ماکرو و مزو استفاده نمود. قراردادن نانوذرات MOF-808، اندکی بر ساختار نامتقارن ماکرو و مزو متخلخل غشاهای PVDF تأثیر می‌گذارد و تخلخل کل و مساحت سطح آنها را افزایش می‌دهد. این امر در MOF-808نیز به‌عنوان یکی از اجزای فعال جداکننده‌ها که به‌طور کامل با سطح غشاهای متخلخل در تماس میباشد، مشخص شده است. پس از قرارگیری، نانوذرات MOF-808 بر شیمی منافذ ساپورت‌های PVDF تأثیر می‌گذارد و ترشوندگی و ظرفیت ذخیره‌سازی الکترولیت را به سیستم اضافه می‌نماید. به‌طور مشترک، ویژگی‌های ساختاری، سطحی و هدایتی جداکننده‌های کامپوزیتی، مسیرهای انتقال لیتیوم را در کل سیستم تسهیل نموده و سبب افزایش پایداری نرخ جریان‌پذیری با سرعت بالا در سل در دراز مدت میگردد.
وجود MOF-808 در جداکننده‌هایPVDF، مقاومت جداکننده‌ها و سیستم‌های جداکننده-الکترولیت را کاهش می‌دهد. مستقل از بارگذاری MOF-808، غشاها دامنه پایدار الکتروشیمیایی گسترده‌ای را حفظ می‌نمایند. ارزیابی ظرفیت تخلیه سل‌ها نشان می‌دهد که جداکننده‌های PVDF/MOF-808 تغییری را در نرخ جریان‌های بالا ایجاد می‌نمایند و از ازبین‌رفتن ظرفیت کامل سل، همانطور که برای جداکننده PVDF رخ می‌دهد، جلوگیری می‌کنند. علاوه‌بر این، جداکننده MOF 10 پایداری چرخه شارژ-تخلیه خوبی را در مراحل بالاتر از سیکل بیستم نشان می‌دهد و این امر درحالی است راندمان کولن را نزدیک به 100٪ حفظ می‌نماید. پس از اتمام فرآیند جریان پذیری و چرخه‌های شارژ-تخلیه، مقادیر مقاومت سل‌های مبتنی‌بر PVDF/MOF-808 نسبت به جداکننده‌های پلیمری خالص کمتر میباشد.
اثبات مطالعه مفهومی ارائه شده در این پژوهش امیدوار کننده است، زیرا با آغاز کار سیستم‌های توسعه یافته PVDF/MOF-808، و با در نظر گرفتن انعطاف پذیری شیمیایی ارائه شده توسط MOFها، فرصت‌های زیادی برای اصلاح ساختار و شیمی جداکننده‌های پلیمری به منظور تنظیم برهمکنش خاص الکترولیت-پلیمر به وجود می‌آید.
[1] Polyvinylidene fluoride (PVDF)
[2] Metal-organic framework
[3] Mesopores
[4] Coulombic efficiency
[5] Affinity
[6] Separator membranes
غشاهای جداکننده[6]
Reference
Valverde, A., Gonçalves, R., Silva, M. M., Wuttke, S., Fidalgo-Marijuan, A., Costa, C. M., … & Fernández de Luis, R. (2020). Metal–organic framework based PVDF separators for high rate cycling lithium-ion batteries. ACS Applied Energy Materials, 3(12), 11907-11919.
ترجمه و ویرایش : شیرین میران موسوی
هانیه میران موسوی
