نانوتکنولوژی به دانش، مهندسی و فناوری در مقیاس نانو می گویند. اصطلاحاً به اندازه ی بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر مقیاس نانو میگویند.
دانش نانو و نانوتکنولوژی مطالعه ی کاربرد اشیاء بسیار ریز و استفاده از آن ها در تمام حوزه های علوم نظیر شیمی، زیست شناسی، علوم مواد و مهندسی می باشد.
ریچارد فایمن فیزیک دان، پدر علم نانوتکنولوژی
نانوتکنولوژی چگونه به وجود آمد
ایده و مفهوم علوم نانو و نانو تکنولوژی با سخنرانی فیزیکدانی به اسم ریچارد فاینمن در هم اندیشی انجمن فیزیک آمریکا در موسسه فناوری کالیفرنیا در ۲۹ دسامبر ۱۹۵۹ پا گرفت. او طی سخنرانیش با عنوان: “هنوز حیطه های زیادی در فیزیک باید کشف شوند” به مفهوم نانو پرداخت اما تنها سال ها بعد از این سخنرانی بود که برای اولین بار اصطلاح نانوتکنولوژی مورد استفاده انجمن های علمی قرار گرفت. فاینمن در سخنرانیش از فرآیندی نام برده بود به به آن وسیله دانشمندان می توانستند اتم ها و مولکول های منفرد را دستکاری کرده و کنترل کنند.
حدود ۱۰ سال بعد پروفسور نوریو تونیگوچی در حین بررسی هایی که روی ماشین های فوق العاده دقیق انجام می داد اصطلاح نانوتکنولوژی را رواج داد. البته تا سال ۱۹۸۱ که میکروسکوپ های تونلی روبشی به بازار آمدند و امکان مشاهده اتم های منفرد فراهم شد نانوتکنولوژی کاربرد خاصی نداشت.
مفاهیم پایه در علم نانو و نانوتکنولوژی
تصور اینکه نانوتکنولوژی چقدر کوچک است مشکل است. یک نانو متر یک میلیاردم متر است که آن را با ۹-۱۰ (۱۰ به توان ۹- ) نشان می دهند. برای درک بهتر و ملموستر نانو تکنولوژی به این چند مثال دقت کنید:
- ۲۵ میلیون و ۴۰۰ هزار نانومتر تشکیل یک اینچ را می دهد.
- یک ورقه روزنامه حدود ۱۰۰ نانو متر ضخامت دارد.
- در مقام مقایسه اگر یک سنگ مرمر قطری به اندازه ۱ نانومتر داشته باشد یک متر به اندازه ی قطر زمین خواهد بود.
علم نانو و نانوتکنولوژی مربوط به مشاهده و کنترل اتم ها و مولکولهای منفرد می شود. همه ی موجودات و اشیاء زمین از اتم ها تشکیل شده اند (غذایی که می خوریم، لباسی که می پوشیم، ساختمان ها و خانه هایی که در آن ها زندگی می کنیم و خود بدن ما). اما چیزی به کوچکی اتم امکان ندارد با چشم غیر مسلح مشاهده شود. در واقع امکان ندارد با میکروسکوپ های معمولی هم که در مدارس مورد استفاده قرار می گیرند بتوان اتم ها را مشاهده کرد. تنها حدود ۳۰ سال است که میکروسکوپی اختراع شده که بتواند اشیایی با مقیاس نانو را ببیند.
زمانی که دانشمندان به ابزارهای مناسبی دست یافتند (نظیر میکروسکوپ تونلی رویشی و میکروسکوپ نیروی اتمی) عصر نانوتکنولوژی یا نانو فناوری پا به عرصه ی زندگی گذاشت.
با وجود اینکه نانوتکنولوژی و علم نانو به صورت مدرن علم هایی جدید هستند مواد با مقیاس نانو قرن هاست که مورد استفاده قرار گرفته اند.
در قرون وسطی ذرات کوچک و بزرگ نقره و طلا برای تولید رنگ در پنجره های شیشه ای کلیساها استفاده شده اند. نقاشان آن زمان هم با وجود اینکه چیزی از مقیاس نانو نمیدانستند از این ذرات ریز طلا و نقره برای خلق آثار هنری بسیار زیبا استفاده برده و باعث تغییر کمپوزیسیون مواد شدند.
امروزه دانشمندان و مهندسان کاربردهای زیادی برای ساخت مواد با مقیاس های نانو یافته اند و با استفاده از این مواد و قابلیت های خاص مواد نانویی نظیر توانایی بالاتر، وزن سبک ترو کنترل بیشتر قادر شده اند استفاده های خوبی برای آن مواد بیابند.
معرفی کاربرد نانو در باتری یون لیتیومی
کاربرد فناوری نانو، همان‌طور که بعد از این مجموعه مقالات متوجه می‌شویم، در مقایسه با دیگر حوزه‌هایی که نانوفناوری در آنها حضور دارد مانند صنعت نیمه‌هادی‌ها و داروسازی، تحولات شگفت‌آوری ایجاد نمی‌کند؛ بلکه آنچه باعث اهمیت استفاده از نانوفناوری در باتری می‌شود ضرورت استفاده از باتری است که ما را ناگزیر می‌کند که برای رفع مشکلات آن به سمت فناوری نانو برویم. هدف این بخش بیان تیتروار کاربردهای نانوفناوری در حوزه باتری‌های لیتیومی است. توصیه می‌شود ابتدا این بخش خوانده شود تا فقط آشنایی صورت گیرد و سپس بعد از خواندن مقالات آتی درباره نانو و اجزای مختلف باتری، مجددا این مقاله خوانده شود تا مباحث به طور کامل قابل فهم باشد.
با نانوابعاد کردن، سطح تماس بین الکترود و الکترولیت بیشتر می‌شود. این یک حسن است چون الکترولیت که منیع رسانش یون است راحت‌تر یون را می‌رساند ولی چون نانومواد نسبت سطح به حجم بیشتری دارند، واکنش‌پذیریشان زیادتر است؛ لذا احتمال واکنش‌های ناخواسته بین الکترولیت و الکترود هم زیاد می‌شود. برای حل این مشکل نانو کردن ابعاد، با خود نانوفناوری راه حل‌هایی وجود دارد که ذکر می‌شود. اما نکته مثبتی که حتما با نانوابعاد کردن مواد فعال ایجاد می‌شود کاهش طول لازم برای نفوذ است که توان باتری را افزایش می‌دهد. رابطه بین زمان، طول و ضریب نفوذ به شکل D=L2/t است که در آن L طول مشخصه (در اینجا طول ذره) و t زمان مشخصه و D طول نفوذ است. چون D تقریبا ثابت است، با کاهش ابعاد، زمان نفوذ با مرتبه دوم کاهش می‌یابد که اثر قابل ملاحظه‌ای است. به‌طور مثال برای یک کاتد باتری لیتیومی به نام LiFePO4 وقتی طول ذرات ۲ میکرون است زمان مشخصه ۸۳ ساعت است در حالی‌که برای یک ذره ۴۰ نانومتری همان زمان به ۱۳ ثانیه کاهش می‌یابد. این موضوع نشان می‌دهد که با نانو کردن چقدر می‌توان توان باتری را بالا برد.
۲- نانوابعاد کردن ماده فعال
اگر بخواهیم فهرست‌وار مزایایی را که با نانوابعاد شدن ماده فعال ایجاد می‌شود ذکر کنیم شامل این موارد است:
۱) زمان کمتر لازم برای نفوذ یون لیتیوم و الکترون و در نتیجه توان بالاتر و حتی ظرفیت بهتر،
۲) افزایش فصل مشترک بین الکترود و الکترولیت و بنابراین انتقال بهتر یون‌ها،
۳) تغییر حجم راحت‌تر ماده فعال در اثر ورود و خروج یون لیتیوم بدون ایجاد شکست مکانیکی،
۴) تغییراتی که در ترمودینامیک و میزان حلالیت و ولتاژ حاصل می‌شود،
۵) مطرح شدن مواد فعال جدید و واکنش‌های نو که در حالت میکرو مطرح نبودند، و
۶) کاهش استفاده از مواد غیرفعال الکترود و بنابراین بهبود ظرفیت الکترود.
معایبی هم که نانوابعاد کردن مواد فعال دارد عبارتند از:
۱) سنتز سخت‌تر و پرهزینه‌تر،
۲) وجود فصل مشترک زیاد بین ماده فعال و الکترولیت که فعالیت بالای نانومواد موجب ایجاد واکنش‌های ناخواسته و ناپایداری می‌شود،
۳) چگالی انرژی حجمی نانومواد بدلیل فشردگی کمتر، پایین‌تر است و در مواردی که کاهش حجم مورد نظر است، یک مشکل است، و
۴) احتمال آگلومره شدن در طول سنتز یا در زمان عملکرد باتری.
بهبود هریک از مزایا و کاهش یا رفع هر یک از معایبی که در همین چند سطر گنجانده شده است، حجم عظیمی از تحقیقات را به خود اختصاص داده است. در ذیل به مقدار کمی این مزایا و معایب توضیح داده می‌شود ولی به طور کامل این مباحث در طی مقالات آتی شرح داده می‌شود.۲-۱- مزایای نانوابعاد کردن ماده فعال
وقتی با نانوفناوری طول نفوذ را کاهش می‌دهیم می‌توانیم از مواد فعالی استفاده کنیم که در حالت عادی ظرفیت، پایداری یا …. مشخصات خوبی دارند ولی بدلیل توان پایین نمی‌توان از آنها استفاده کرد؛ به طور مثال کاتدهای اکسید وانادیوم یا فسفات آهن لیتیوم در حالت عادی توان پایینی دارند ولی به‌ترتیب ظرفیت و پایداری خوبی را نشان می‌دهند. با نانوابعاد کردن می‌توانیم توان پایین این کاتدها را بهبود دهیم و بنابراین امکان استفاده از آنها را فراهم کنیم.
بعضی مواد فعال مثل اکسید آهن لیتیوم از رسانش الکترونی خوبی برخوردار نیستند، برای بهبود توان باتری باید از مواد رسانای اضافی همراه با ماده فعال استفاده کنیم. این مواد وزن را افزایش می‌دهند ولی در ظرفیت شرکت ندارند. بنابراین ظرفیت الکترود کاهش می‌یابد؛ ولی با نانوفناوری می‌توان از مقدار کمتری ماده رسانا (حتی با رسانش بالاتر مثل نانولوله کربنی و گرافن) به صورت موثرتر استفاده کرد و نفوذ لازم برای الکترون را کم کرد و بدون کاهش ظرفیت، توان را ارتقا داد.
حتی نانوفناوری با کم کردن مسافت نفوذ یون و الکترون، به صورت مستقیم ظرفیت را هم بهتر می‌کند. چون اغلب مواد فعال رسانش الکترونی و یونی خوبی ندارند، الکترون‌ها و یون‌ها (همان طور که در شکل ۱ نشان داده شده) خصوصا در جریان‌های بالاتر خوب به مرکز نمی‌رسند و ظرفیت مرکز بلااستفاده باقی‌می‌ماند؛ ولی وقتی طول نفوذ را کاهش می‌دهیم کل درصد ماده فعال در ظرفیت شرکت می‌کند.
شکل ۱- نمایش استفاده از ظرفیت بلااستفاده با نانوابعاد کردن ماده فعال
در مورد مزیت پنجم به‌طور مثال می‌توان به کاتد LiFeO2 اشاره کرد که در حالت میکرونی فعالیت پایینی نشان می‌دهد و به‌عنوان ماده فعال کاتد مطرح نیست چراکه فقط ظرفیت ۸mAh/g را نشان می‌دهد که علت آن، سختی تغییر عدد اکسایش آهن در این ترکیب است، ولی با نانو کردن، ظرفیت حدود ۱۰۰mAh/g ایجاد می‌شود و بدلیل قیمت پایین آهن می‌تواند یک گزینه مطرح باشد. از مواد دیگر این دسته می‌توان (TiO2(B و (MnO2(β را نام برد.
هدف در باتری رسیدن به ظرفیت تئوری ماده فعال است. گفته شد ظرفیت باتری به ظرفیت آند و کاتد بستگی دارد. ظرفیت هر الکترود، خودش به مقدار ماده فعال موجود در الکترود بستگی دارد. قبلا بیان شد در هر الکترود، اجزای دیگری مثل بایندر و جمع‌کننده جریان و … وجود دارد. بنابراین هرچه مقدار ماده فعال موجود در الکترود بیشتر باشد، ظرفیت الکترود بیشتر می‌شود. در الکترودهای معمول، از پودرهای میکرونی ماده فعال همراه با بایندر و یک رسانا مانند کربن استفاده می‌شود که برروی یک جمع‌کننده جریان قرار می‌گیرند. بایندر برای اتصال و حفظ یکپارچگی این پودرها، و کربن برای حفط اتصال الکتریکی استفاده می‌شود. با مزیت ششم نانوفناوری می‌توان مستقیما ماده فعال را به شکل نانوسیم بر روی جمع‌کننده جریان رشد دهیم و نیاز به حفظ اتصال از طریق بایندر و رسانا را کاهش دهیم یا با همین مزیت یک الکترود تهیه کرد که ما را از جمع‌کننده جریان بی‌نیاز کند (اصطلاحا free standing) یا مقدار وزنی جمع‌کننده را کاهش دهد.
درباره ظرفیت خود ماده فعال هم نانوفناوری تاثیر دارد. حداکثر ظرفیت یک ماده فعال، همان ظرفیت تئوریش هست که از طریق محاسباتی که در مقالات قبلی بیان شد بدست می‌آید. اما در عمل بدلیل مشکلات پایداری، رسانش ضعیف الکترونی و یونی و … ظرفیت ماده فعال بندرت برابر مقدار تئوریش می‌باشد، ولی با نانوفناوری با مزیت ۱ و ۲ می‌توان ظرفیت را به تئوری نزدیک کرد. اما نانوابعاد کردن، عیب ۲ (ناپایداری) را در پی‌دارد که موجب ناپایداری می‌شود. برای حل آن باید سراغ نانوپوشش‌ها و نانوافزودنی‌ها رفت که در ادامه بیان می‌شود.
در ارتباط با ظرفیت مواد فعال یک اتفاق جالب رخ می‌دهد و آن، ذخیره یون لیتیوم در سطح است که باعث می‌شود ظرفیتی علاوه بر ظرفیت تئوری در ماده فعال ایجاد شود. این ظرفیت به مقدار تئوری اضافه می‌شود. این پدیده را می‌توان جزء مزیت ۵ دانست. این خاصیت نانوفناوری نسبتا جدید و خیلی جذاب است.
مورد ۴ بیشتر از اینکه یک مزیت باشد، یک خاصیت است و نشان می‌دهد که نانو نه تنها بر کاهش اور پتانسیل‌ها (که علل سنیتیکی دارند)، بلکه بر تغییر پتانسیل شیمیایی و در نتیجه آن ولتاژ ترمودینامیکی باتری هم تاثیرگذار است. به‌طور مثال نانوابعاد کردن پتانسیل را از ۱ تا ۱۰۰ میلی‌ولت افزایش می‌دهد. چون مطالب مربوط به این مبحث نیاز به پیش‌زمینه‌هایی دارد در اینجا صحبت نمی‌شود، همچنین در مقابل با اثرات سنیتیکی نانو، اهمیت کاربردی ندارد.۲-۲- معایب نانوابعاد کردن ماده فعال
گفته شد نانوفناوری در عین وجود مزیت‌ها، دارای معایبی مانند پایین بودن انرژی حجمی، احتمال ایجاد واکنش‌های ناخواسته (بدلیل سطح بیشتر) و … است ولی ناچاریم برای بهبود مشکلاتی مثل ظرفیت و توان پایین و … به سراغ نانوفناوری برویم. جالب اینست که حل خیلی از این مشکلات هم با خود نانوفناوری صورت می‌گیرد. به‌طور مثال برای حل مشکل واکنش بین الکترولیت و ماده فعال می‌توان نانوپوششی ماده‌ای که در مقابل الکترولیت پایدار است، استفاده نمود تا از تماس مستقیم الکترولیت و ماده فعال جلوگیری کرد، یا برای چگالی حجمی پایین از مواد مزومتخلخل (Mesoporous) و مزوکریستال، که در آن ذرات بزرگ ثانویه با ابعادی میکرونی ولی به ترتیب در اولی تخلخل‌ها و در دیگری ذرات اولیه نانومتری دارند، یا از ساختارهای سلسله مراتبی (hierarchical) استفاده کرد. شکل‌های زیر دو نمونه ساختار سلسله مراتبی را نشان می‌دهد. با این ساختارها می‌توان مشکل اگلومره شدن را از بین برد، چگالی حجمی پایین را حل کرد، و چون تماس بین الکترود و الکترولیت کم می‌شود، می‌توان پایداری را افزایش داد. این حوزه در واقع معماری نانوساختارها (Nano-architecture) است و یکی از حوزه‌هایی است که مقالات با کیفیت خوب را به خود اختصاص داده است.
شکل ۲ یک نانوساختار سلسله مراتبی را نشان می‌دهد. شکل A نانولوله‌های MnO2 را که به‌عنوان یک ماده فعال است، نشان می‌دهد. در شکل B همان نانولوله‌ها با بزرگنمایی بالا است و مشخص شده این نانولوله‌ها ابعاد میکرونی ولی شعاع داخلی در حد نانومتری دارند و خود این نانولوله‌ها از نانوصفحات اولیه کوچک MnO2 تشکیل شده‌اند.
شکل ۲- یک ساختار سلسله مراتبی از MnO2 ، شکل A بزرگنمایی کم و شکل B بزرگنمایی زیاد.
شکل ۳ یک ساختار مزومتخلخل از اکسید کبالت همراه با نمودار عملکرد سیکلی را نشان می‌دهد. نمودار سیکلی a مربوط به یک ساختار مزومتخلخل و نمودار b مربوط به نانوذرات است. همان‌طور که مشاهده می‌شود و به‌دلایلی که در بالا بیان شد، ظرفیت باتری در طول سیکل‌های کاری برای مزومتخلخل بهتر از نانوذرات است.
شکل ۳- یک ساختار سلسله مراتبی از MnO2 : شکل A بزرگنمایی کم، شکل B بزرگنمایی زیاد.
شکل ۴ در قسمت A اجتماعی از نانوذرات اگلومره را در مقایسه با قسمت B که در آن نانوسیم‌ها به صورت خودآرایی تشکیل یک نانوکره را می‌دهند نشان می‌دهد. تصویری که از خودآرایی نانوسیم‌ها حاصل شده نشان می‌دهد که ساختار دارای تخلخل است. تفاوت‌های مورفولوژی کاملا واضح است، درباره تفاوت‌های الکتروشیمیایی در مقالات مربوطه بحث می‌شود.
شکل ۴- A یک اجتماع از ذرات اگلومره بی‌نظم، B اجتماع منظم از نانوسیم‌ها و تشکیل میکروکره.
در شکل ۵ دو نمونه مزوکریستال نشان داده شده است که در (a) از نانو‌صفحه‌ها و در (b) از نانوسیم‌ها تشکیل شده است. در این نانوساختارها و اشکال دیگر به دلیل عدم اگلومره، ظرفیت قابل دسترس افزایش می‌یابد.
شکل ۵- دو نمونه مزوکریستال، (a) ساخته شده از نانوصفحات، (b) ساخته شده از نانوسیم‌ها.
یکی از اشکلات نانوفناوری، همان‌طور که اشاره شد، سنتز سخت‌تر و پرهزینه‌تر بدلیل فعالیت سطحی است. سرمایه‌گذاری در تولید تا حدودی هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، ولی حل این مشکل با ارایه و بهینه کردن سنتز و ساختن ساختارهای با خواص عالی‌تر با روش‌های آسان‌تر یکی از حوزه‌های تحقیقاتی مهم است. به‌عنوان مثال، دیگر ثابت شده که مواد نانومتری سیلیکون در مقایسه با میکرونی خواص بهتری برای آند ارایه می‌دهند (در مقالات مربوط به آند توضیح داده می‌شود)، ولی هنوز هم مقالات زیادی در این حوزه چاپ می‌شود که مربوط به ساخت کم هزینه‌تر و مقیاس‌پذیرتر این مواد است. مثلا نانوساختارهای یک بعدی سیلیکون را می‌توان هم با روش رسوب‌دهی شمیمیایی بخار تولید کرد و هم با روش الکتروریسی، ولی روش دوم خیلی ارزان‌تر است و قابلیت صنعتی شدن دارد. به‌علاوه هر کدام از روش‌ها نتایج متفاوتی از ابعاد نانومواد، خلوص، بلورینگی و … ارایه می‌دهند. همچنین در هر روش سنتز نیز با تغییر پارامترهای سنتز همچون دما، فشار، غلظت‌ها و … نتایج متفاوتی حاصل می‌شود. تقریبا در تمامی حوزه‌هایی که نانوفناوری در آنها شرکت دارد از جمله باتری، ارتباط پیوسته‌ای بین خصوصیات و سنتز وجود دارد و این دو تا حد زیادی از هم تفکیک‌ناپذیرند و مقالات خیلی خوبی در ارتباط با روش سنتز مناسب با خواص عالی است.۳– تقسیم‌بندی نانو در باتری
اگر بخواهیم یک تقسیم‌بندی برای کاربرد نانوفناوری در باتری لیتیومی داشته باشیم می‌توان دو گروه کلی در نظر گرفت: ۱) استفاده از نانومواد در بهبود عملکرد اجزای باتری مثل آند، کاتد و … ، ۲) استفاده از نانوفناوری برای ساختن باتری‌های متفاوت مانند باتری‌های قابل انعطاف، نانوباتری و باتری‌های سه بعدی و …
مباحث گروه دوم در مقایسه با گروه اول خیلی کمتر و پراکنده‌تر است. البته ارتباط پیوسته‌ای با گروه اول دارد، ولی در مقایسه با گروه اول که یک جزء باتری را تحت تاثیر قرار می‌دهد و در نتیجه کل عملکرد کل باتری را تغییر می‌دهد، به‌صورت تقسیم‌بندی جداگانه‌ای در مجموعه مقالات مربوطه مورد بررسی قرار می‌گیرد. ساخت باتری‌های جدید با اشکال گوناگون، به‌طور مثل ساخت نانوباتری یا ساخت باتری‌های قابل انعطاف یا ساخت باتری‌ها با ویروس و … که حوزه جدیدتر و ابتکاری‌تری در مقایسه با گروه اول است. بحث ما در این جا معطوف به گروه اول است. همچنین درباره کاربرد نانوفناوری در الکترولیت نیز، چون مطالب خیلی متفاوت از مباحث مربوط به الکترودها (آند و کاتد) است، به طور جداگانه در مقاله مربوطه بحث می‌شود.
۴– نانومواد غیرفعال در باتری
گروه اول کاربرد فناوری نانو در باتری، خودش به دو دسته تقسیم می‌شود: دسته اول نانوسایزکردن ماده فعال موجود در الکترود که در مطالب قبلی بحث شد، دسته دوم استفاده از نانوفناوری برای ارتقای عملکرد الکترودها (کاتد یا آند) از طریق اضافه کردن نانومواد دیگری غیر از ماده فعال، یا استفاده از نانوپوشش‌هاست. به‌طور مثال افزودنی‌هایی با ابعاد نانو مثل نانوکربن، گرافن، نانولوله کربنی و … رسانش الکترونی بهتر را در پی‌دارند، یا استفاده از پوشش‌هایی در ضخامت نانو بر روی ماده فعال جهت جلوگیری از واکنش‌های ناخواسته با الکترولیت، تعدیل تنش، فراهم آوردن پایداری و …. برای آن است. به‌طور مثال برای کاتد LiFePO4 مقدار رسانش الکترونی ضعیف است با استفاده از پوشش کربنی رسانا بر روی ذرات آن یا استفاده از مواد کربنی رسانا به عنوان افزودنی، رسانش را بهبود می‌دهند، یا کاتد LiCoO2 در جریان‌های بالا در مجاورت الکترولیت ناپایدار است، برای پایداری آن از پوششی با ضخامت نانو از جنس اکسید استفاده می‌شود. اگر بخواهیم زمینه تحقیقاتی نانو در این دسته را با ذکر مثال بیان کنیم در همان کاتد LiFePO4 مشخص شده که پوشش کربنی، رسانش و در نتیجه توان، ظرفیت و … را افزایش می‌دهد، اما یکی از حوزه‌های تحقیقاتی چگونگی ایجاد این پوشش است که ارزان، موثر و … باشد؛ بنابراین تحقیقات در حوزه روش‌های سنتز اهمیت فراوانی دارد. از طرفی همان پوشش و مواد افزودنی را چگونه اضافه کنیم تا موثرتر باشد، بنابراین مهندسی و معماری نانوساختارها یکی از حوزه‌های تحقیقاتی مهم و تهیه این ساختارهای مهندسی شده هم یک موضوع جالب است. برای روشن شدن مطلب، شکل ۶ را در نظر بگیرید. در این شکل دو نوع ساختار مهندسی شده نانو برای کاتد LiFePO4 که از نانولوله کربنی برای بهبود رسانش استفاده شده، نشان داده شده است. هر کدام از این ساختارها علاوه‌بر تفاوت در عملکرد، روش سنتز متفاوتی دارند که نشان‌دهنده اهمیت سنتز است.
شکل ۶- a) و b) با هسته نانولوله کربنی و دیواره LiFePO4 ، و شکل c) نانوذرات LiFePO4 متصل به نانولوله کربنی
و در آخر ذکر لازم به ذکر است در این مقالات و در مقالات پژوهشی دیگر خیلی از لفظ ماده فعال استفاده نمی‌شود ولی منظور از آند و کاتد همان ماده فعال آند و کاتد است.
بحث و نتیجه‌گیری
در این مقاله مزایای نانو ابعاد کردن ماده فعال بیان شد. مشخص شد که نانوفناوری با کاهش طول نفوذ، تعدیل تنش و مزایای دیگر می‌تواند ظرفیت و توان بالایی را فراهم کند یا به‌طور غیرمستقیم با مزایای ذکر شده امکان استفاده از مواد فعالی که ایمنی، پایداری و قیمت پایینی دارند را فراهم کند. معلوم شد نانوفناوری معایبی هم دارد که این معایب با نانوپوشش‌ها و نانوساختارهای مهندسی شده قابل رفع است. درباره نانومواد غیرفعال که برای بهبود رسانش و … حضور دارند، صحبت شد. در کل مباحث نیز بر اهیمت سنتز نانومواد و مهندسی ساختار الکترودها در ابعاد نانو تاکید شد.
منابـــع و مراجــــع
۱٫ Peng, Kui-Qing, et al. “Silicon nanowires for advanced energy conversion and storage.” Nano Today 8.1 (2013): 75-97.
۲٫ Song, Min-Kyu, et al. “Nanostructured electrodes for lithium-ion and lithium-air batteries: the latest developments, challenges, and perspectives.” Materials Science and Engineering: R: Reports 72.11 (2011): 203-252.
۳٫ Kim, Hansu, Eung-Ju Lee, and Yang-Kook Sun. “Recent advances in the Si-based nanocomposite materials as high capacity anode materials for lithium ion batteries.” Materials Today 17.6 (2014): 285-297.
۴٫ Tiwari, Jitendra N., Rajanish N. Tiwari, and Kwang S. Kim. “Zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional nanostructured materials for advanced electrochemical energy devices.” Progress in Materials Science 57.4 (2012): 724-803.
۵٫ Kim, Chunjoong, et al. “Critical size of a nano SnO2 electrode for Li-secondary battery.” Chemistry of materials 17.12 (2005): 3297-3301.
۶٫ Scrosati, Bruno, and Jürgen Garche. “Lithium batteries: Status, prospects and future.” Journal of Power Sources 195.9 (2010): 2419-2430.
۷٫ Malini, R., et al. “Conversion reactions: a new pathway to realise energy in lithium-ion battery—review.” Ionics 15.3 (2009): 301-307.
۸٫ Lee, Yun Sung, et al. “Synthesis of nano-crystalline LiFeO 2 material with advanced battery performance.” Electrochemistry communications 4.9 (2002): 727-731.
۹٫ Uchaker, Evan, and Guozhong Cao. “Mesocrystals as electrode materials for lithium-ion batteries.” Nano Today 9.4 (2014): 499-524.
۱۰٫ Mukherjee, Rahul, et al. “Nanostructured electrodes for high-power lithium ion batteries.” Nano Energy 1.4 (2012): 518-533.
۱۱٫http://edu.nano.ir
