ABD: Yeni jel bazlı elektrolit, anot içermeyen elektrikli araç pillerinin performansını artırıyor ve kapasitesinin %80'ini koruyor

ABD: Yeni jel bazlı elektrolit, anot içermeyen elektrikli araç pillerinin performansını artırıyor ve kapasitesinin %80'ini koruyor

Columbia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi'ndeki araştırmacılar, anot içermeyen lityum iyon piller için güvenliklerini ve ömürlerini artıran yeni bir jel elektrolit geliştirdiler. Bunu geliştirmek için araştırmacılar, polimer elektrolitler ve lityum iyonları arasındaki etkileşimleri nano ölçekte yeniden düşünmek zorunda kaldılar.

Elektrikli araçlara olan artan talep, insanlık tarafından geliştirilen en yüksek enerji yoğunluğuna sahip enerji depolama çözümü olan lityum iyon pillerle karşılanıyor. Anot içermeyen lityum iyon piller, anot içeren muadillerine göre daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha düşük maliyet vaat ediyor.

Ancak, kararsız lityum kaplama ve elektrot-elektrolit arayüzündeki reaksiyonlar gibi sorunlar nedeniyle teknoloji potansiyeline ulaşamadı; bu sorunlar pil ömrünü kısaltıyor ve güvenlik endişelerini artırıyor.

Columbia Üniversitesi'nde uygulamalı fizik ve matematik doçenti olan Yuan Yang liderliğindeki bir araştırma ekibi, bu soruna bir jel elektrolitinde çözüm buldu.

İyon Çözünmesinin Yeniden Şekillendirilmesi

Araştırmacılar, elektrolit tasarımlarında, çözücü moleküllerini çekerken lityum iyonlarını seçici olarak iten parazitik tuz-fobik bir polimer ağı kullandılar. Bu tür bir sistemin avantajı, elektrolitin nano ölçekte farklı bileşimlere ayrılmasıdır. Bu, lityum yüzeyinde koruyucu bir tabaka oluşmasına olanak tanır.

Önceki denemelerde, araştırmacılar yüksek oranda florlanmış elektrolitler kullanmış ancak bu ayrımı bu kadar etkili bir şekilde başaramamışlardır. Jel polimerde, lityum iyonları çözücü moleküllerinden daha çok anyonlarla daha güçlü bir şekilde koordinasyon kurmaya zorlanır.

Jel elektrolitin rolünü daha iyi anlamak için araştırmacılar, jel ağının ince, inorganik açıdan zengin bir ara faz oluşumunu desteklediğini ve bunun da daha düzgün, daha yoğun lityum birikimini sağladığını bulmak için spektroskopi, kriyojenik elektron mikroskobu ve moleküler simülasyon gibi teknikler kullandılar.

Ayrıca, anot içermeyen hücrelerde aktif lityumu tüketen parazitik reaksiyonları bastırarak, bu tasarımla ilişkili uzun vadeli sorunların üstesinden gelmeye yardımcı olur.

Pillerde İyileştirmeler

Laboratuvarda, araştırmacılar yeni jel elektrolitin gerçek dünya koşullarına yakın şartlarda kapasitesinin %80'inden fazlasını koruduğunu buldular. Ancak hepsi bu değil. Elektrolit ayrıca pilin termal kararlılığını da iyileştirdi.

Araştırmacılar kötüye kullanım testleri yaptığında, jel elektrolit içeren çok katmanlı poşet hücreler, herhangi bir termal kaçış olmadan kapsamlı delmeye dayanabildi. Buna karşılık, geleneksel sıvı elektrolitli piller test sırasında tutuştu veya patladı.

Çalışmaya katılan doktora sonrası araştırmacı Shengyu Cong, "Bu sonuçlar, polimer kimyasının çözünme yapısını ve arayüzey kararlılığını kontrol etmek için güçlü ve yeterince araştırılmamış bir kaldıraç olabileceğini gösteriyor" dedi.

Araştırma ayrıca, pil performansındaki iyileştirmelerin yeni elektrolit formülasyonları geliştirmek yerine nano ölçekli ortamlar tasarlayarak elde edilebileceğini de gösteriyor.

Yang basın bülteninde, "Güvenliği ve dayanıklılığı doğrudan elektrolit mimarisine yerleştirerek, anot içermeyen pilleri gerçek dünya kullanımına daha da yaklaştırabiliriz" diye ekledi.

Araştırmacılar, yaklaşımlarının lityum-iyon pillerin ötesindeki pil teknolojilerine de genişletilebileceğinden eminler. Bu, daha yüksek yoğunluklu, daha ucuz ve daha güvenli depolama çözümlerinin önünü açabilir.

Kaynak: IE