بررسی اثر دما روی خواص الکتروشیمیایی دی اکسید منگنز الکترولیتی

تولید دی اکسید منگز الکترولیتی ‏‎(emd)‎‏ با خواص برتر الکتروشیمیایی و کاربرد آن در صنایع مختلف خصوصا ساخت باتریهای الکالاین قابل شارژ ‏‎(ram)‎‏ این امکان را فراهم می کند که کیفیت باتری ها از نظر قابلیت شارژ مجدد بهبود قابل ملاحظه ای پیدا کند.روشهای مختلف تولید این ماده از طریق ترسیب آندی از محلول اسیدی سولفات منگنز در دمای 2+-95 درجه سانتیگراد در بسیاری از منابع گزارش شده است. تحقیقات اخیر نشان می دهند که تولید emd در اتوکلاو در دمای بالاتر از نقطه جوش آب (در 130 -120 درجه سانتیگراد و ‏‎1/5-2atm‎‏ ) خواص الکتروشیمیایی بهتری را برای این ماده در پی دارد.(1)در کار فعلی سنتزهای متعددی جهت تولید emd از طریق الکترولیز روی دو نوع الکترودهای استوانه ای شکل از جنس تیتانیم و سرب انجام شد، انتقال حرارت از یک ظرف محتوی روغن سیلیکون با دمای 150 - 100 درجه سانتیگراد به آند استوانه ای محتوی الکترولیت صورت می گرفت. با محاسبات انجام شده مشخص شد دمای سطح داخلی آند نزدیک به دمای حمام روغن و دمای الکترولیت در حد نقطه جوش آب ثابت بود. هدف از انجام این الکترولیزها بررسی تاثیرات انتقال حرارت با دماهای بالاتر از نقطه جوش آب در فشار محیط از دیواره آندی الکترود روی خواص دی اکسید منگنز الکترولیتی تولید شده بود. بدین منظور emd تولید شده به عنوان ترکیب کاتدی در باتریهای کوچک ‏‎ram‎‏ استفاده و باتریهای ساخته شده به وسیله دستگاه اتوماتیک شارژ و دشارژ از طریق ثبت داده ها به کامپیوتر متصل به دستگاه، تحت جریان ثابت شارژ و دشارژ می شدند. کلیه ترکیبات کاتدی و آندی نمونه ها یکسان و فقط در نوع نمونه emd متفاوت بودند. نتیجه ها نشان می دهد که نمونه های emd تولید شده در دمای روغن 131 درجه سانتی گراد روی الکترود سربی و 137 درجه سانتی گراد روی الکترود تیتانیومی، ظرفیت تجمعی بیشتری دارند. در نمونه های سنتز شده در دمای 150 درجه سانتی گراد روی هر دو الکترود یک افت در مقدار ظرفیت تجمعی باتری نسبت به نمونه های سنتز شده در دمای 131 و 137 درجه سانتیگراد دیده می شود. این نشان می دهد که در بهبود خواص الکتروشیمیایی emd یک دمای بهینه وجود دارد. علاوه بر مطالعه خواص الکتروشیمیاییemd های تولید شده به وسیله ساخت باتری از طیف های ‏‎xrd‎‏ و تصاویر ‏‎sem‎‏ نیز استفاده شد. نتایج نشان می دهد که دمای بالا، درجه بلوری و سختی بلور را افزایش می دهد که این عامل به نوبه خود خواص بهتر الکتروشیمیایی این ماده را در پی دارد. علت کاهش این خواص در دمای 150 درجه سانتی گراد را می توان احتمالا ناشی از محبوس شدن بخار آب و اکسیژن و همچنین یونهای منگنز ‏‎(ii)‎‏ در داخل شبکه بلوری و در نتیجه کاهش درجه بلوری emd دانست.مسئله مهم دیگر تغییر ترکیب کاتدی باتری با افزودن مقادیر کمی از ماده فعال سطحی تریتون 100 - ‏‎x‎‏ و بایندر پلی تترافلوئورواتیلن ‏‎(ptfe)‎‏ بود. بررسی ها نشان داد که افزایش تریتون 100 - ‏‎x‎‏ به ترکیب کاتدی در بالا بردن توان الکتروشیمیایی باتری موثر است. همچنین در این تحقیق طیف سنجیهای امپدانس الکتروشیمیایی روش مناسبی جهت بررسی خواص الکتروشیمیایی دی اکسید منگنز تشخیص داده شد. نتایج این تحقیق نیز وجود یک دمای بهینه به هنگام سنتز emd را تایید می کند.