وناقشت المجموعة العلمية لجامعة أمير كبير للتكنولوجيا، اطروحة طالبة الدكتوراه فاطمة بورصالحي، تحت إشراف مهران جوانبخت واستشارة أحمد أحمدي درياكناري، بعنوان "تحسين أداء بطاريات الليثيوم من خلال إعداد أقطاب نانوية مركبة متقدمة باستخدام طريقة الترسيب الكهربائي".

وقالت بورصالحي إن سبب اختيار هذه الطريقة هو تخفيف بطاريات الليثيوم والتخلص من بعض المواد الكيميائية، وأضافت: "الطريقة الشائعة لإعداد الأقطاب الكهربائية لبطاريات الليثيوم تتضمن تحضير خليط ذو لزوجة عالية من مواد الأقطاب الكهربائية، ثم وضعها في طبقات باستخدام شفرة على سطح جامع التيار، وأخيراً تبخير المذيب. بالإضافة إلى وجود عيوب مثل استخدام المذيب السام NMP، فإن هذه الطريقة تنطوي على تكلفة عالية ووقت معالجة طويل".

واعتبرت أن توطين المعرفة التقنية لإعداد أقطاب الكاثود لبطاريات الليثيوم باستخدام طريقة الترسيب الكهربائي هو أحد الإنجازات المهمة لهذا البحث، وتابعت: في هذا الصدد، مقارنة بالطريقة التقليدية والصناعية لترسيب الأقطاب الكهربائية، تؤدي الطريقة المقترحة إلى خفض التكلفة من خلال التخلص من المواد الكيميائية السامة مثل NMP وPVDF، وتبسيط العملية والمعدات، وتقليل الطاقة والوقت اللازمين لتصنيع الأقطاب الكهربائية على نطاق المختبر.

وأضافت المتخرجة من جامعة أمير كبير للتكنولوجيا: "إن استخدام أقطاب النانو المركبة المعدة ببنية متقدمة مقارنة بالأقطاب التقليدية في بطاريات الليثيوم يؤدي إلى تحسين قابلية التدوير والأداء الكهروكيميائي".

وقد شرحت عملية تنفيذ هذا المشروع وقالت: "في هذا المشروع، ومن خلال تطبيق التيار الكهربائي على تعليق مستقر لمكونات الأقطاب الكهربائية (طريقة الترسيب الكهربائي) وتحسين المتغيرات، نجحنا في تحقيق طلاء موحد للمكونات على سطح جامع التيار. كما أنه من خلال مواصلة البحث، بإزالة رابط PVDF، حققنا أقطابًا كهربائية أخف وزناً وأقل تكلفة ذات بنية متماسكة ومتكاملة". ولتحقيق هذه الغاية، استخدمنا أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران وصفائح الجرافين المسلفنة ذات مساحة سطح تماس عالية، والتي يمكن أن تلعب دور الرابط في بنية القطب الكهربائي بالإضافة إلى دور الموصل الكهربائي.

وأضافتت بورصالحي: "بعد التحسينات المذكورة أعلاه، تم تحضير أقطاب مركبة متقدمة تحتوي على أنابيب الكربون النانوية أو الجرافين المسلفن وتم تحسينها في خطوة واحدة باستخدام طريقة الترسيب الكهربائي".

وأوضحت أن الأقطاب الكهربائية المحضرة استخدمت في بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن، وتابعت: "تم تنفيذ أطروحة الدكتوراه هذه على عدة أجزاء، يتضمن الجزء الأول منها اكتساب المعرفة التقنية لإعداد أقطاب الكاثود عن طريق الترسيب الكهربائي ومقارنة خصائصها وبنيتها وأدائها مع الأقطاب الكهربائية التجارية التقليدية. وفي الجزء الثاني، سعينا إلى إزالة رابط PVDF من بنية الأقطاب الكهربائية".

وأضافت الباحثة: "إن الابتكار في هذا القطاع يتمثل في استبدال الكربون الأسود المضاف الموصل التقليدي بأنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران، والتي بالإضافة إلى التوصيل الكهربائي العالي يمكنها أن تعمل أيضًا كمادة رابطة".

وذكرت أن نتائج الجزأين الأول والثاني من هذه الأطروحة نشرت في مجلة Journal of the Electrochemical Society/IOP Publishing في عام 2023.

وفي الجزء الثالث من هذه الأطروحة، تم تحضير ومقارنة أقطاب كهربائية مركبة تحتوي على الجرافين المسلفن والجرافين المسلفن/ الكربون الأسود. في تحضير هذه المركبات، بمساعدة صفائح الجرافين وباستخدام طريقة الترسيب الكهربائي، تم تحضير مواد نشطة للأقطاب الكهربائية مغطاة بصفائح الجرافين ذات الموصل للكهربائية العالية. وبالإضافة إلى ذلك، ساعدت جزيئات الكربون الأسود ومجموعات السلفونات المستخدمة في تحضير البنية المركبة على زيادة عمر بطاريات الليثيوم. وقد نُشرت نتائج هذا الجزء من الأطروحة مؤخرًا في مجلة Electroanalytical Chemistry/Elsevier Publishing.

وقبل البدء بأطروحة الدكتوراه هذه، خلال مشروع بحثي، قمنا بتحسين أداء بطاريات الليثيوم عن طريق تحضير أقطاب كهربائية مركبة تعتمد على صفائح الجرافين النانوية باستخدام الطريقة الكهربية، ونشرت نتائجها في مجلة Solid State Chemistry / Elsevier Publishing في عام 2020.