Alternatif EnerjiBilimsel GelişmeDeneyselElektronikKimyaMakalelerMetalurjiNanoteknolojiTeknoloji Haber

Katı Hal Lityum Pilleri Sayesinde Şarj Ömrü 3 Katına Çıkacak

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden bilim insanları yeni nesil bir katı hal pili geliştirdiler. Yeni geliştirdikleri mimari sayesinde önceki tasarımlardaki bazı kısıtlamaların önüne geçilecek. Günümüzde lityum iyon pillerin performanslarını geliştirmek için birçok yöntem deneniyor. İşte bu yöntemlerinden biri,lityum pillerin içeriğindeki sıvı bileşenleri, katı bileşenlerle değiştirmek.

Normal lityum bataryalarda sıvı elektrolitler anot ve katot arasında yük transferini sağlayarak, şarj ve deşarjı gerçekleştirir. Fakat bu sıvı elektrolit çok kararsız olduğundan, bazen pilin yanmasına neden olur, aynı Galaxy Note 7 krizindeki gibi.

Eğer bu sıvı elektroliti, katı bir madde ile değiştirirsek hem daha güvenli , hem yanmaya karşı daha güçlü piller geliştirebiliriz. Günümüzde lityum pillerde anotlar bakır ve grafit karışımından yapılıyor. Trends in Chemistry dergisinde yayınlanan araştırmaya göre bu karışım yerine saf lityum kullanılabilseydi, li-ion pil kimyasındaki enerji dar boğazı çözülebilirdi.

Saf lityum anot büyük bir potansiyele sahip olsa da, bu teknolojinin önündeki engellerin kaldırılması gerekiyor. Örneğin pil yeniden şarj edildiğinde, lityum metalini oluşturan atomlar genişlemesine neden olarak, kullanımla beraber bozunarak metalin küçülmesine neden oluyor. Bu sürekli küçülme elektrolitin çatlamasına neden olarak, malzemelerin kullanımını nerdeyse imkansız hale getiriyor.

İşte MIT’nin yeni batarya mimarisiyle bu problemin aşılabileceği iddia ediliyor. Bu batarya, iyonik elektronik iletken(MIEC- mixed ionic-electronic conductors) katı maddelerin kombinasyonundan ve elektron ve lityum iyon yalıtıcılardan(ELI) oluşuyor. Bu katı bataryanın en kritik parçacısı ise, MIEC’lerden oluşan nanotüp dizilerinin üç boyutlu bal peteği mimarisi üzerine tasarlanmasından oluşuyor.

Bu tüpler katı lityum metaliyle doldurularak, bataryanın anodunu oluşturuyorlar. Bu tüplerin içinde ekstra boşluk olduğundan, lityum metalinin genişleyip, büzüşmesi için ekstra boşluğu oluyor. Böylece madde katı ve sıvı materyal arasında rahatça yürüyebiliyor. Normalde sıvı gibi davransa da, proseste katı kristal yapısında bulunuyor.

Bütün bu olaylar bal peteği yapısındaki anotta gerçekleşiyor ve tüplerin ELI kaplama, bir katı elektrolitle MIEC’ler arasında bağlayıcı gibi davranıyor. Yani batarya şarj olduğunda, lityum metalinin genişleyip, büzüşmesi bu yapılar içinde olduğundan, dış boyutta bir değişim olmuyor.

Yeni geliştirilen katotta nikel ve kobalt kullanımı azaltılarak , pahalı ve zehirli malzemelerden tasarruf edilebilir. Yeni katotta geçiş metallerinin katkısına gerek yok. Bunun yerine oksijenin redoks kapasitesine dayandığından daha hafif ve daha bol bulunan malzemeden üretiliyor. Araştırmacılar yüksek sıcaklıklı erimiş tuzla yüzey işlem uyguladığından, mangan ve lityum zengini metal parçacıkları üreterek yüzeyde koruyucu bir tabaka oluşturuyor. Böylece oksijen kaybı önemli miktarda azaltılıyor.

100 nm’lik nanotüp içinde lityumun geri döndürülebilir kaplama ve soyulması

Bu Pil Tümüyle Katı

Sonuç olarak batarya anodu kimyasal ve mekanik açıdan şarj-deşarj döngülerine karşı oldukça stabil oluyor. Araştırmacılar bu gelişmeyi daha önce geliştirilen deneysel katı pillerine göre önemli bir sıçrama olarak görüyor. Eski denemelerde bir miktar sıvı elektrolit kullanılıyordu.

“Bizim geliştirdiğimiz pil tümüyle katıdır. İçinde herhangi bir sıvı veya jel yok,” diyor MIT’den Malzeme Bilimleri ve Mühendislik Bölümü’nden Prof. Ju Li.

Araştırma ekibinin yürüttüğü deneylerde test edilen katı hal batarya mimarisinin, 100 şarj-deşarja kadar kırılma ibaresi olmadan dayanabildiğini raporladı. Ayrıca, bu yeni teknolojide anotların ağırlığı ,önceki tasarımların çeyreği kadar ve aynı depolama kapasitesine sahiptir.  

Son teknoloji katot tasarımları sayesinde, akıllı telefonların ağırlığı veya boyutu değişmezken, sadece 3 günde bir şarja ihtiyacı olacak.

Araştırma Nature Energy dergisinde yayınlandı.

Kaynak: http://news.mit.edu/2020/solid-batteries-lithium-metal-electrode-0203

Facebook Yorumları
Daha Fazla Göster

Oğuz Sezgin

Bir bilim sever ve kimyager olarak, internetteki eksikliği görerek Gerçek Bilim’i 2012'de kurdum. Bu sitede gördüğünüz pek çok bilim ve teknoloji haberini oldukça ciddi kaynaklardan toplayarak sizin için araştırıyor, çeviriyor ve geliştiriyorum. Gerçek Bilim'deki diğer yazarlar ve ben, her gün baş döndürücü şekilde gelişen bilim ve teknoloji haberlerini size aktarmaktan kıvanç duyarız.

2 Yorum

  1. Geri bildirim: Katı Hal Lityum Pilleri Sayesinde Şarj Süresi 3 Katına Çıkacak - Vonelon.com

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Başa dön tuşu