کاربرد شیشه-سرامیک ها در باتری های حالت جامد

مواد سرامیکی بسته به ترکیب ساختاری می توانند از کریستالی و نیمه کریستالی تا آمورف (شیشه) متغیر باشند. خواص سرامیک ها نتیجه مستقیم ساختار کریستالی و ترکیب شیمیایی آن ها است. در سرامیک های رسانای یونی، یکی از یون های ساختار می تواند با یک سد انرژی کم حرکت کند و در نتیجه، این سرامیک ها دارای رسانایی یونی بالا، قابل مقایسه با نمک های مذاب و الکترولیت های مایع هستند. یکی از کاربردهای مورد توجه سرامیک های رسانای یونی، استفاده در ذخیره سازهای انرژی مانند باتری و خازن است. توسعه سرامیک های رسانای کاتیون لیتیوم که اغلب الکترولیت های جامد نامیده می شوند، یک مسئله کلیدی برای تحقق باتری های لیتیومی تماما حالت جامد است که مشکلات ایمنی ناشی از الکترولیت های مایع متداول را برطرف می کنند. مواد کریستالی مانند اکسید پروسکایت La۰.۵Li۰.۵TiO۳ و تئو-لیسیکون Li۳.۲۵Ge۰.۲۵P۰.۷۵S۴، شیشه-سرامیک مانند Li۷P۳S۱۱ و مواد شیشه ای مانند Li۲S-SiS۲-Li۳PO۴ ، از جمله الکترولیت های حالت جامد هستند که رسانایی یونی در حدود 〖۱۰〗^(-۳) S/cm دارند. با این حال، کاربرد عملی الکترولیت های سرامیکی به دلیل معایب ذاتی آن ها، مانند مقاومت مرز دانه و سازگاری ضعیف الکترود و الکترولیت، محدود شده است. یکی از عواملی که روی خواص الکترولیت های سرامیکی از جمله رسانندگی یونی آن ها اثر می گذارد، چگونگی ساخت آن هاست. یکی از رویکردهای موفق در تولید مواد آمورف و سرامیک-شیشه ای با خواص برتر، سنتز مکانیکوشیمیایی (معمولا آسیاب گلوله ای) است. این روش اگرچه در مقیاس آزمایشگاهی بسیار موفق و کاربردی است، اما همبستگی بین پارامترهای سنتز و محصولات بدست آمده هنوز جای بررسی بیشتر دارد. نگرانی اصلی از حساسیت الکترولیت های جامد حاصل به پارامتر های مکانیکو شیمیایی، مانند نسبت وزن، محیط و سرعت آسیاب گلوله ای و در نتیجه تکرارپذیری محدود ناشی می شود.

Keywords:

سرامیک , ذخیره سازی انرژی , باتری حالت جامد , الکترولیت , شیشه