WASHINGTON STATE ÜNIVERSITESI Araştırmacıları, Lityum metal pillerde endişe yaratan bir güvenlik sorununu hedef aldılar. Yüksek enerjiye sahip bataryalar, gelecek nesil enerji depolama çözümleri için kullanılabilecek. WSU Mekanik ve Malzeme Mühendisliği Bölümünden Prof. MinKyu Song önderliğindeki çalışmada araştırmacılar, bataryaların lityum anotları etrafında koruyucu bir katman oluşmasını sağlayacak bir formül sayesinde bataryaların standart şartlar altında daha uzun süre çalışabilmesini sağladılar.
Lityum metal, batarya teknolojisi açısından bir “rüya malzeme” olarak görülüyor. Bunun sebebi; bilinen katı metaller arasında en yüksek enerji yoğunluğuna sahip olması yani bu bataryaların günümüzde cihazların çoğunda bulunan Lityum-iyon pillere göre iki kat daha uzun süre çalışabilmeleri ve daha fazla enerji barındırabilmeleri. Li-ion pillerde grafit anot ve lityum kobalt oksit katot arasında lityum iyonları hareket eder. Lityum-metal pil ise yüksek enerjili lityum metalinden üretiliyor.
“Lityum metalini doğrudan kullanabilirsek bataryalarda enerji yoğunluğunu büyük ölçüde arttırabiliriz” diyor Song. Liyum metalinin avantajları onlarca yıldır bilinmesine rağmen, araştırmacılar şu ana kadar onu güvenli bir şekilde kullanmayı başaramamışlardı. Elektronlar cihazın devreleri boyunca pildeki anot ve katot arasında hareket ederlerken lityum metalinde çam ağacına benzer aşağıya doğru dallanmalar oluşuyor. Bu uzantılar cihazda kısadevre, patlama, hatta yangın meydana gelene kadar uzamaya devam ediyor.
Hiç alev almasalar bile lityum-metal piller şarj yeteneklerini kısa sürede yitiriyorlar. WSU araştırma ekibi geliştirdiği bataryada katot olarak, delikli karbon bir yapı içine sarılmış SeS2 (selenyum disülfid) kullandı (bu kimyasal aynı zamanda kepek şampuanlarında da kullanılıyor ve toksik değil). Sıvı elektrolitlere, genelde yeni nesil lityum bataryalarda kullanılması planlanan iki malzemeyi eklediler. Bu iki malzeme karşılıklı etkileşime girerek lityum metalin yüzeyinde iletken ve koruyucu bir katman oluşturdu. Song, bu katmanın sağlamlığı nedeniyle yukarıda bahsettiğimiz dallanmaların oluşmasını da engellediğini ve sağlıklı bir döngü ortamı meydana geldiğini belirtiyor. Elektronik cihazlarda kullanılan genel akım yoğunluklarında test edildiğinde, bu korumalı lityum metal anot ile üretilen bir pilin 500 kez tekrar şarj edilebildiği ve yüksek verimliliğini koruduğu görüldü
Prof. Song “Bu benzersiz koruyucu katman, döngü sırasında morfolojik olarak lityum anotta neredeyse hiç değişikliğe neden olmazken lityum dendritlerin (uzantıların) oluşumunu ve istenmeyen yan reaksiyonları da etkin olarak önledi” diyor
Araştırmacılar, bu teknolojinin hem ölçeklenebilir, hem de düşük maliyetli olduğunun, ticari üretime geçildiğinde bu formülün gerçek potansiyelinin mevcut olduğunun altını çiziyorlar. En az on yıl daha göremeyeceğimiz, katı elektrolitlerle üretilen Solid State lityum bataryaların tersine, lityum-metal pillerde üretim hatlarında değişiklik yapmaya da gerek yok. Dolayısıyla yüksek kapasiteli, uzun ömürlü lityum-metal piller tüketici elektroniğine daha çabuk ulaşabilecek.
Araştırmacılar pil içindeki malzemelerin performanstan ve güvenlikten ödün vermeden daha uzun süre dayanmasını sağlamak için bu batarya teknolojisi üzerinde çalışmaya devam ediyorlar.
Yorum Ekle