Tek Kristal Piller Elektrikli Araçları Milyonlarca Kilometre Çalıştırabilir

[™ Admin]

Tek Kristal Piller Elektrikli Araçları Milyonlarca Kilometre Çalıştırabilir

Elektrikli otomobiller zaten benzinli ve dizel otomobillerle karşılaştırılabilir bir menzile sahip, ancak pillerin ekstra bir sorunu var: zamanla bozuluyorlar. Şimdi, Kanada'daki Dalhousie Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından yürütülen yeni bir çalışma daha iyi bir yol olabileceğini öne sürüyor. Araştırmacılar, "tek kristal elektrotların" onlarca yıl boyunca elektrikli araçlara (EV'ler) milyonlarca mil güç sağlayabileceğini buldular. Başka bir deyişle, EV pil bozulması artık pratik bir endişe olmayacaktı.

Ulaşım ve enerji sistemlerimizin elektriklendirilmesi güvenilir, uzun ömürlü pillere bağlıdır. Aslında, piller bu geçişi yavaşlatan en büyük darboğazlardan biridir. Lityum iyon piller enerji depolamada devrim yarattı, ancak performansları yıllarca kullanımdan sonra düşüyor.

ABD yasalarına göre, yoldaki EV'lere güç veren lityum iyon pillerin, 8 yıllık çalışmadan sonra orijinal tam şarjlarının %80'ini tutabilmesi gerekiyor. Birçok bilim insanı bunun yeterli olmadığını düşünüyor. Piller onlarca yıl dayanabilseydi, bu sadece arabalar için değil, aynı zamanda elektrik kullanımımız için de bir oyun değiştirici olurdu. Kullanılmış piller, rüzgar veya güneş enerjisini depolayarak şebeke enerji sistemlerinde ikinci bir hayat kazanabilir.

Tek kristal elektrot pilleri tam da burada devreye giriyor.

Bu piller, tek tek, büyük kristal yapılardan oluşan malzemeler kullanırken, geleneksel piller genellikle kümelenmiş polikristal parçacıklardan oluşur. Yeni çalışmada, Toby Bond liderliğindeki bir ekip ticari, tek kristal pillerin dayanıklılığını değerlendirdi. Araştırmacılar bunların geleneksel pillerden çok daha dayanıklı olduğunu buldu.

Dayanıklı, tek kristal piller

Tek kristal pil, altı yıl boyunca kapsamlı bir şekilde çevrime tabi tutuldu ve 20.000'den fazla çevrimi tamamladı, bu da 8 milyon kilometrelik EV kullanımına eşdeğer. Tüm bunlardan sonra, %80 kapasiteye ulaştı - geleneksel EV pillerinin genellikle 2.400 çevrimden sonra ulaştığı kapasite. 2,5 yıl sonra, tek kristal piller kapasitelerinin %96'sını korudu.

Araştırmacılar ayrıca pillerin gerçekçi koşullarda aşınma ve yıpranmaya maruz kaldıklarında içinde neler olduğunu da karakterize ettiler.

Toby Bond, "Araştırmamızın ana odağı, bir pilin içindeki hasar ve yorgunluğun zamanla nasıl ilerlediğini ve bunu nasıl önleyebileceğimizi anlamaktı" diyor.

Yüksek çözünürlüklü bilgisayarlı tomografi (BT) taramaları, yoğun şekilde döngüye alınmış hücrelerde kapsamlı katot mikro çatlakları olduğunu ortaya koydu. Pilin şarj edilmesi ve deşarjı, esasen pil malzemesindeki lityum atomlarını birbirinden ayırır. Bu, malzemenin genleşmesine ve büzülmesine neden olur ve bu da çatlaklara yol açar. Bond, "Sonunda, elektrot esasen toz haline gelene kadar çok çatlak oluştu" diyor.

Bu çatlaklar, elektrodun yapısal bütünlüğünü bozarak aktif malzemeyi azaltır ve lityum iyonlarının artık akamayacağı ölü bölgeler oluşturur. Buna karşılık, tek kristalli katotlar çok daha az çatlama gösterdi ve bu da daha dayanıklı piller için potansiyellerini güçlendirdi. "Görüntülerimizde, yepyeni bir hücreye çok benziyordu. Neredeyse farkı anlayamadık."

Araştırma ayrıca, yüzey kaplamalarının ve elektrolit katkı maddelerinin bozulmayı azaltabileceğini öne sürüyor. Alümina kaplamalar ve dikkatlice seçilmiş katkı maddelerinin bozulmayı yavaşlattığı gösterildi. Özellikle, kısmi derinlik döngüsü (%25'e kadar DoD) tam pil döngüsüne kıyasla bozulmayı azaltır, bu da pili daha sık şarj etmenin iyi bir fikir olabileceğini gösterir.

Teknoloji zaten mevcut

İyi haber şu ki, bu tür pil zaten burada. Elektrikli arabalarda yaygın olarak kullanılmıyor ve üretimi ölçeklendirilmiyor, ancak teknoloji mevcut. Bu yeni çalışma, ne kadar iyi çalıştığını değerlendirmek için daha iyi bir metodolojiyi açıkladı.

Araştırmacılar, ticari hücreleri gerçekçi koşullar altında incelemenin önemini vurguluyor (burada yapıldığı gibi). Laboratuvarda üretilen hücreler yerine gerçek dünyadaki ticari hücreleri kullanarak, çalışma sonuçların gerçek kullanım koşullarına uygulanmasını sağladı. Laboratuvarda üretilen hücreler yararlı veriler sağlarken, genellikle sahada görülen nüanslı bozulma modellerini kopyalamakta başarısız oluyorlar.

Bond, "Bence bu tür çalışmalar, bunların ne kadar güvenilir olduğunu vurgulamaya yardımcı oluyor ve bu pilleri üreten ve kullanan şirketlerin uzun vadeli plan yapmasına yardımcı olmalı," diye ekliyor.

Tek kristal katotlardan optimize edilmiş döngü stratejilerine kadar, bu çalışmadan elde edilen içgörüler, daha sürdürülebilir, elektrikli bir dünya hedefimiz için iyi haberler. Bu bulgular ticari uygulamalara girdikçe, daha verimli ve dayanıklı EV pillerinin vaadi gerçeğe yaklaşıyor.

Bond, "Bu araçların mümkün olduğunca uzun süre dayanması gerekiyor, çünkü onları ne kadar uzun süre kullanırsanız, karbon ayak izindeki iyileştirme o kadar iyi oluyor," diyor.

"Ağır Döngülü Li-ion Hücrelerinde Bozunmanın Karmaşık ve Mekansal Olarak Heterojen Doğası" adlı çalışma Journal of the Electrochemical Society'de yayınlandı.

Bu hikaye ilk olarak ZME Science'da yayınlandı. Her gün daha akıllı olmak ister misiniz? Bültenimize abone olun ve en son bilim haberleriyle güncel kalın.

Kaynak: ZME Science