افزايش ظرفيت و طول عمر باتري‌هاي ليتيم-هوا با نانوچندسازه MnFe2O4/C به‌عنوان كاتاليست و مايع يوني [C2mim][BF4] به‌عنوان الكتروليت

Increasing in the capacity and lifetime of lithium-air batteries using nano-composite of MnFe2O4/C as catalyst and ionic liquid of ]C2mim]BF4] as electrolyt

امروزه باتري‌هاي قابل باردارشدن ليتيم-هوا در وسايل با قابليت ذخيره انرژي كاربرد گسترده‌اي پيداكرده‌اند. به‌منظور افزايش كارايي و طول عمر اين نوع باتري‌ها، استفاده از كاتاليست و الكتروليت، امري ضروري است. بنابراين، كاتاليستي از جنس فلز-اكسيد فلزات واسطه بر پايه كربن MnFe2O4/C در ساخت كاتد باتري استفاده‌شده است. به‌منظور افزايش ايمني، طول عمر و ظرفيت باردارشدن- بي‌بارشدن باتري، از مايع يوني 1-اتيل-3-متيل ايميدازوليم تترافلوئوروبورات [C2mim][BF4] به‌عنوان الكتروليت استفاده‌شده است. ويژگي‌هاي كاتاليست به كمك روش‌هاي طيف‌سنجي فروسرخ تبديل فوريه (FTIR)، تجزيه وزن‌سنجي گرمايي (TGA)، پراش پرتو ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) بررسي شد. نتايج نشان داد كه كاتاليست ساختاري همگن دارد و ميانگين اندازه ذره‌هاي آن 30 نانومتر است. كاتاليست در ابعاد نانو و الكتروليت يوني با رسانايي بالا سبب شده كه ظرفيت بي‌بارشدن باتري با و بدون كاتاليست به ترتيب برابر با 2360 و mAh g-1 815 در چگالي جريان 1/0 ميلي‌آمپر/سانتي‌متر باشد. در چگالي جريان 2/0 ميلي‌آمپر/سانتي‌متر، ظرفيت بي‌بارشدن براي باتري با و بدون كاتاليست به ترتيب برابر با 710 و mAh g-1 535 به‌دست آمد. افزايش تعداد چرخه‌هاي باردارشدن-بي‌بارشدن در حضور كاتاليست (بيش از 1000 بار) نسبت به باتري بدون كاتاليست (بيشتر 3 بار) نشان‌دهنده كارايي كاتاليست مورداستفاده است. به دليل پايداري گرمايي الكتروليت يوني، طول عمر باتري حدود 2 برابر نسبت به باتري با الكتروليت آلي معمول بيشتر است. كاهش تفاوت پتانسيل بين فرايندهاي باردار و بي‌بارشدن نيز يكي از مزيت‌هاي باتري ساخته‌شده است. نتايج نشان داد كه كاتاليست MnFe2O4/C، سبب افزايش قابل‌توجهي در ظرفيت بي‌بارشدن باتري شده است

Abstract: Today, air-lithium rechargeable batteries have wide applications in devices with energy saving capabilities. To increase performance and lifetime on these batteries, use of a catalyst and electrolyte are necessary. So, use of a catalyst from metal-transitional metals oxide based on carbon MnFe2O4/C with high surface in construction of battery cathode. To increase safety, lifetime and battery charging-discharging capacity, an ionic liquid of 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [C2mim]BF4] as electrolyte may be used. Properties of catalyst by using common techniques such as FTIR, TGA/DTG, XRD, and SEM were examined. Results showed that catalyst had porous, homogeneous structure, and particles size of 30 nm. Use of a catalyst at nanodimensions and ionic electrolyte with high conductivity caused to discharge capacity of battery to 2360 mAh g-1 and for battery without any catalyst to 815 mAh g-1 at current density of 0.1 mA cm-1. At current density of 0.2 mA cm-1 discharge capacities for battery with catalyst 710 mAh g-1 and without catalyst 535 mAh g-1 were obtained. Increase in discharge-charge cycles in presence of catalyst (>1000 times) compared with battery without catalyst (up to 3 times) represent performance of used catalyst. Due to ionic electrolyte stability, lifetime of battery about 2 times more than rather battery with common electrolyte. Decrease in difference between discharge and charge processes potential is one of the advantages of battery. Results showed that the use a catalyst of MnFe2O4/C caused to significantly increasing in battery discharge capacity