تیتانیوم دی سولفید چیست؟

تیتانیوم دی سولفید یک ترکیب غیر آلی به شکل یک ماده جامد زرد طلایی با هدایت الکتریکی بالا می باشد. این ماده به گروهی از ترکیبات به نام دی چالکوژنیدهای فلز انتقالی تعلق دارد که از استوکیومتری ME2 تشکیل شده است و به عنوان ماده کاتدی در باتری های قابل شارژ استفاده شده است.

این ترکیب با داشتن ساختار لایه ای شش ضلعی (hcp) بسته، مشابه یدید کادمیوم (CdI2) می باشد. لایه ها از پیوندهای کووالانسی Ti-S تشکیل شده اند و لایه های منفرد TiS2 توسط نیروهای ون در والسی، که نیروهای بین مولکولی نسبتاً ضعیفی هستند، به هم متصل می شوند.

خواص پودر دی سولفید تیتانیوم توسط پراش اشعه ایکس سنکروترون فشار بالا (XRD) در دمای اتاق مورد مطالعه قرار گرفته است. در فشار محیط، این ماده مانند نیمه هادی رفتار می کند در حالی که در فشارهای زیاد 8 گیگاپاسکال ماده به صورت نیمه فلزی رفتار می کند.

سلول واحد دی سولفید تیتانیوم 407/3 در 695/5 آنگستروم است. کاهش اندازه سلول بیشتر از آنچه در MoS2 و WS2 مشاهده شده بود، نشان می دهد که دی سولفید تیتانیوم نرم و قابل فشردگی است. رفتار فشرده سازی دی سولفید تیتانیوم ناهمسانگرد است.

لایه های نازک دی سولفید تیتانیوم توسط فرآیند سل-ژل از ایزوپروپوکسید تیتانیوم و پس از آن پوشش چرخشی تهیه شده است. این روش مواد آمورفی را ارائه می دهد که در دمای بالا به TiS2 شش ضلعی متبلور می شوند، جهت گیری تبلور در جهات [001]، [100] و [001] می باشد. این نوع فیلم ها به دلیل مساحت زیاد، برای کاربردهای مرتبط با باتری جذاب هستند.

نانولوله های این ماده را می توان با استفاده از تغییر مسیر TiCl4 / H2S سنتز کرد. بر اساس تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، این لوله ها دارای قطر خارجی 20 نانومتر و قطر داخلی 10 نانومتر هستند. طول متوسط نانولوله ها 5/2 میکرومتر بود و نانولوله ها توخالی بوده اند.

گزارش شده است که نانولوله های TiS2 با نوک انتهای باز تا 2.5 درصد وزن هیدروژن را در دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار گاز هیدروژن 4 مگاپاسکال ذخیره می کنند. میزان جذب و دفع آنها سریع است، که برای ذخیره هیدروژن جذاب است. فرض می شود که اتم های هیدروژن به گوگرد متصل می شوند.نانو خوشه ها یا نقاط کوانتومی دی سولفید تیتانیوم به دلیل محصوریت کوانتومی و نسبت سطح به حجم بسیار، خاصیت الکترونیکی و شیمیایی متمایزی دارند. نانو خوشه ها را می توان با استفاده از میسل سنتز کرد.

نانو خوشه ها از محلول TiCl4 در یدید تریدودسیل متیل آمونیوم یدید (TDAI) تهیه می شوند، که به عنوان ساختار میسل معکوس عمل می کنند و رشد نانو خوشه ها را در همان واکنش عمومی همان نانولوله ها ایجاد می کنند. هسته ای شدن فقط به دلیل عدم حل شدن گونه های باردار در محیط پیوسته که به طور کلی یک روغن بی اثر ثابت ثابت دی الکتریک است، در داخل فضای میسل رخ می دهد.

دی سولفید تیتانیوم به عنوان ماده کاتدی در باتری های قابل شارژ در سال 1973 توسط M. Stanley Whitingham توصیف شد و dichalcogenides گروه IV و V توجه به رسانایی الکتریکی بالا را به خود جلب کرد. در باتری توصیف شده اولیه از یک آند لیتیوم و یک کاتد دی سولفید تیتانیوم استفاده شده است.

این باتری از چگالی انرژی بالایی برخوردار بوده و انتشار یون های لیتیوم به داخل کاتد دی سولفید تیتانیوم برگشت پذیر بوده و باعث می شود باتری قابل شارژ باشد. تیتانیوم دی سولفید به این دلیل انتخاب شد که سبک ترین و ارزان ترین کالکوژنید است.دی سولفید تیتانیوم همچنین دارای سریعترین سرعت انتشار یون لیتیوم در شبکه بلوری است. مشکل اصلی، تخریب کاتد پس از چندین بار بازیافت بوده که این فرایند برگشت پذیر امکان شارژ مجدد باتری را فراهم می کند.

استفاده از کاتد های TiS2 برای استفاده در باتری های لیتیوم حالت جامد همچنان مورد توجه است، به عنوان مثال، برای وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی و وسایل نقلیه الکتریکی پلاگین به کار برده می شود. برخلاف باتری های حالت جامد، اکثر باتری های لیتیومی از الکترولیت های مایع استفاده می کنند که به دلیل اشتعال پذیری، موارد ایمنی ایجاد می کنند.

گرچه تیتانیوم دی سولفید از هدایت الکتریکی، چگالی انرژی و قدرت بالایی برخوردار است، ولتاژ تخلیه آن در مقایسه با سایر باتری های لیتیوم که کاتدها دارای پتانسیل های کاهش بیشتری هستند، نسبتاً کم است.