همان طور که از مقالات گذشته فهمیده میشود، باتریهای لیتیوم یون در انواع و اقسام مختلفی ساخته میشوند که هرکدام برای منظوری خاص طراحی شدهاند. یکی از مهمترین انواع باتریهای لیتیوم یون، باتری با آند Li4Ti5O12 است که به اختصار به آن آند LTO گفته میشود. این آند ویژگیهای منحصر به بفردی دارد که باتریهای لیتیوم یون معمولی فاقد آن ویژگیها هستند.
آند LTO چیست
آند Li4Ti5O12 یا همان آند LTO، در دههی 1980 معرفی شد که همانند گرافیت از نوع درجی (Intercalation) است به این معنی که لیتیوم به صورت فیزیکی بین لایههای آند LTO قرار میگیرد. شکل زیر ساختار این آند را به همراه واکنش ذخیرهی لیتیوم نشان میدهد.
آند LTO دارای ظرفیت محدود 175mAh/g است (در مقایسه با 300 گرافیت و 4000 سیلیکون). ولتاژ این آند نیزدر حدود 1.5 ولت نسبت به فلز لیتیوم است. این ولتاژ بالا و ظرفیت کم هر دو موجب میشوند که این آند انرژی خیلی پایینی را به باتری نهایی نسبت دهد ولی با این همه از جنبه تجاری یک قدم جلوتر از سیلیکون است.
ویژگی های آند LTO
سه ویژگی مهم باعث شده که این آند توجه ویژهای را به خود جذب کند، اولین ویژگی، ایمنی باتری ساخته شده با این آند است که این ویژگی در ماشینهای الکتریکی بسیار اهمیت دارد زیرا در این خودروها، شرایط غیر قابل پیشبینی به وجود میآید که این موضوع ایمنی باتری خودرو الکتریکی را میطلبد. ویژگی دیگر این آند، طول عمر سیکلی بالاست که خود از اهمیت بسیار زیادی بر خوردار است و ویژگی سوم هم توان این آند است که بر خلاف انرژی پایین آن، توان بالایی دارد.
" بیشتر بخوانید: ایمنی باتری های لیتیوم یونی "
عدم تشکیل SEI
با توجه به اینکه ولتاژ این آند بالاست، در محدوده پایداری الکترولیت قرار میگیرد بنابراین SEI تشکیل نمیشود. چرا که تشکیل SEI، به دلیل تجزیه شدن الکترولیت در اطراف آند است و اگر ولتاژ اند بالا باشد، الکترولیت تجزیه نمیشود. شکل زیر نمودار شارژ و دشارژ این آند را نشان میدهد.
همانگونه که در شکل اول نشان داده شده در این ترکیب فضای کافی برای قرارگیری یون لیتیوم وجود دارد و تغییر حجم نمیدهد، در حالیکه حتی در گرافیت نیز مقداری تغییر حجم در اثر ورود و خروج لیتیوم دیده میشود. بر خلاف دو آند گرافیتی و سیلیکنی، در این آند یون لیتیوم (نه اتم لیتیوم) ذخیره میشود و واکنش اکسیدایش ناشی از تبدیل تیتانیوم 3 به 4 ظرفیتی است.
ظرفیت و طول عمر بالا آند LTO
این باتری چون نه SEI دارد و نه تغییر حجم میدهد ظرفیت را به خوبی حفظ کرده و طول عمر سیکلی بسیار بالایی درحدود 20000 سیکل دارد. این آند به دلیل این که یک ترکیب اکسیدی است و تغییر حجم ناچیزی را به همراه دارد، بسیار ایمن است. توان این آند به دلیل عدم وجود SEI بالاست چرا که یونهای لیتیوم به راحتی وارد آند شده و یا از آن خارج میشوند. مشکل این آند، ضریب نفوذ پایین یون لیتیوم و رسانش الکترونی ضعیف آن است که نانوساختارها میتوان این مشکلات را رفع نمود.
" بیشتر بخوانید: لایهی SEI در باتری لیتیوم یون "
کاتد باتریهای LTO همانند سایر باتریها از جنس LMO)LiMn2O4) و یا NMC)LiNiMnCoO2) باشد. ولتاژ باتریهای LTO به دلیل بالا بودن ولتاژ آند، پایینتر از سایر باتریهاست به همین دلیل ولتاژ نامینال آنها برابر با 2.4 ولت است. این باتری تا ولتاژ 2.8 ولت شارژ میشود و قادر است تا ولتاژ 1.8 ولت تخلیه گردد.
این باتریها تا دمای 30- درجهی سانتیگراد کار میکنند که باعث میشود در کاربردهای خاص کورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این، در دماهای بالا نیز به خوبی کار کرده و پایداری خوبی از خود به نمایش میگذارد. قیمت این باتری نسبت به سایر باتریها بالاست و درحدود 65Wh/kg است. شکل زیر، یک نمودار مختصر از ویژگیهای این باتری است که برای مقایسه با دیگر باتریها بسیار مناسب خواهد بود.
جدول زیر ویژگیهای این باتری را به صورت خلاصه بیان میکند.
منابع:edu.nano.ir و batteryuniversity.com