Yeni Tip Elektrikli Araç Bataryası, Arabaları 15 Dakikada Şarj Edebilir

Yeni Tip Elektrikli Araç Bataryası, Arabaları 15 Dakikada Şarj Edebilir

Benzin istasyonları birer kalıntıya dönüşme yolunda olabilir. İlk olarak, elektrikli araçların menzil sorununu çözmesi gerekiyordu. Bu imkânsız bir sorun gibi görünüyordu, ancak artık çoğu elektrikli araç benzinli araçlardan daha iyi menzile sahip. Şimdi ise tek sorun şarj süresi. "Doldurma" işleminiz beş dakikalık bir mola değil, aracınızın şarj olması 30-40 dakika sürüyorsa, bu oldukça can sıkıcı olabilir.

Bu gecikme artık elektrikli araç devriminin önündeki en büyük engel. Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST) ve LG Energy Solution'dan bir bilim insanı ekibi, çözümü bulduklarına inanıyor. Çığır açan bir makalede, onlarca yıllık batarya kimyasını altüst eden mantık dışı bir strateji ortaya koyuyorlar. Enerji yoğunluğunun kutsal kasesi olan lityum-metal bir bataryayı yaklaşık 15 dakikada %10'dan %80'e şarj edebiliyorlar.

Yanlış Sorunu Çözmeye Çalışmak

Günümüz elektrikli araçlarının çoğundaki piller lityum iyon pillerdir. Güvenilir ve nispeten güvenlidirler, ancak fiziksel sınırlarına ulaşmaya başlıyorlar. Enerji, anot adı verilen grafit bir yapıda depolanır. Bunu, şarj ve deşarj sırasında lityum iyonlarının girip çıktığı bir otel gibi düşünün. Grafit otelin sınırlı sayıda odası vardır ve bu da pilin depolayabileceği enerji miktarını sınırlar.

Lityum metal piller (LMB'ler) yeni nesildir; daha büyük bir oteldirler ve grafit oteli tamamen ortadan kaldırırlar. Bunun yerine, anot, saf lityum metalden yapılmış basit, ince bir tabakadır. Bu yaklaşım, pilin potansiyel enerji yoğunluğunu önemli ölçüde artırarak, elektrikli araçların tek bir şarjla çok daha uzağa gidebileceğini vaat eder. Ancak bu güzel vaadin korkunç bir kusuru vardır: şarj etme.

LMB'yi çok hızlı şarj etmeye çalıştığınızda, lityum dendrit adı verilen mikroskobik, iğne benzeri oluşumlar oluşturur. Bu dendritler, pil dünyasının tam bir kabusu çünkü o kadar büyüyebilirler ki, pilin pozitif ve negatif taraflarını ayıran bariyeri delerek kısa devreye, felaketle sonuçlanan bir arızaya ve hatta yangına neden olabilirler. En azından, pilin kapasitesini ve ömrünü azaltırlar.

Yıllar boyunca hızlı şarj ve uzun ömürlü lityum metal piller birbirini dışlayan kavramlar gibi görünüyordu. Bilim insanları, daha iyi bir duvar inşa ederek ve dendritlerin herhangi bir hasara yol açmamasını sağlayarak bu sorunu aşmaya çalıştılar. Ancak KAIST ve LG ekibi, herkesin yanlış sorunu çözmeye çalıştığını düşünüyordu. Önemli olan kalkanın ne kadar güçlü olduğu değil, nasıl inşa edildiğiydi.

Yeni Bir Zayıflık Kimyası

Profesör Hee-Tak Kim liderliğindeki araştırmacılar, dendrit oluşumunun nedenini belirlediler. Bu, lityum metalinin homojen olmayan arayüz kohezyonundan kaynaklanıyordu. Temel olarak, hızlı şarjdan kaynaklanan yoğun akım, kimyasal bileşenlerin bir araya gelerek etkisiz bir kalkan oluşturmasına neden oluyordu. Gelişmiş kriyojenik transmisyon elektron mikroskobu (kriyo-TEM) kullanarak, hızlı şarjın yaklaşık 5-8 nanometre boyutlarında dağınık kristal bölgeler oluşturduğunu gözlemleyerek, bunun gerçekleştiğini kelimenin tam anlamıyla görebildiler.

Bu kümelenmenin oluşmasını önlemek için farklı elektrolit formülasyonları denediler. Sonuç olarak, hızlı şarj sırasında bile dendrit oluşumunu baskılayan bir sıvı elektrolite odaklandılar. İronik bir şekilde, en iyi performans, kimyasal anlamda nispeten zayıf olan "zayıf Li-ilişkilendirici anyonlara" sahip elektrolitlerden geldi. Lityum iyonlarına sıkıca tutunmazlar. Ekip, bu zayıflığın en büyük güç olduğunu keşfetti.

Sonuçlar muhteşemdi. En iyi elektrolitlerini kullanan yüksek güçlü bir pil hücresi, yalnızca 12 dakikada %5 ila %70 şarj durumuna ulaştı ve bunu 350'den fazla tekrarlı döngü boyunca başardı. Maksimum sürüş menzili için tasarlanan ve 386 Wh/kg'lık tahmini enerji yoğunluğuna sahip yüksek enerjili bir versiyon, yalnızca 17 dakikada %10 ila %80 şarja ulaştı ve etkileyici bir şekilde 180 döngüye dayandı. [kaynak: 13] Hızlı şarj bariyerini aşmışlardı.

Bir Paradigma Değişimi

Bu araştırma, mükemmel pil arayışında köklü bir değişimi temsil ediyor. Sadece genel performans değil, aynı zamanda bu performansa şu anda kullandığımızdan farklı bir teknoloji kullanarak ulaşmış olmaları da önemli. Yıllardır bu alanda, daha dayanıklı malzemeler ve daha agresif kimyasal reaksiyonlar arayışı hakimdi. KAIST ve LG ekibi, hızlı şarjın zorlu koşulları altında daha incelikli ve hassas bir yaklaşımın gerekli olduğunu gösterdi.

KAIST Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Profesörü Hee Tak Kim bir basın açıklamasında, "Bu araştırma, lityum-metal pillerin arayüz yapısını anlayarak teknik zorluklarının üstesinden gelmek için önemli bir temel oluşturdu. Elektrikli araçlar için lityum-metal pillerin piyasaya sürülmesinin önündeki en büyük engeli ortadan kaldırdı," dedi.

Artık bu yeni teknolojiyle, elektrikli araçlar için son gerçek engel de nihayet aşılabilir.

Kaynak: ZME