Bilim İnsanları Kutsal Kâse'yi Buldu: Lityum-Metal Pillerin Arızalanmasının Nedeni Nedir

[™ Admin]

Bilim İnsanları Kutsal Kâse'yi Buldu: Lityum-Metal Pillerin Arızalanmasının Nedeni Nedir

Bilim adamları her zaman lityum metalin pillerde devrim yaratabileceğini biliyorlardı, ancak ölümcül bir kusurları var: genellikle kısa devre yapıyorlar.

Şimdiye kadar bunun neden olduğunu kimse bilmiyordu.

Artık bilim adamları, sonunda daha fazla elektrikli araç üretmek için daha iyi lityum metal piller üretebilirler.

Yeni nesil piliniz için bir anot malzemesi ararken, lityum metalden daha iyisini bulamazsınız. Yüksek kapasitesi, düşük yoğunluğu ve yanmazlığı nedeniyle lityum metal piller, elektrikli araçlar ve genel olarak yeşil teknoloji devrimi için mutlak bir oyun değiştirici olabilir.

Tek bir sorun var: Lityum metal piller, dendrit adı verilen seramik elektrolitteki küçük çatlaklar sayesinde kısa devre yapma eğilimindedir.

Bunun neden olduğunu anlama (ve bu olumsuz sonucu ortadan kaldıran bir pil tasarlama) arayışı, materyal bilimcileri için bir tür Kutsal Kâse'dir ve bilim dünyası belki de Galahad'ını bulmuştur.

Bu hafta, Stanford Üniversitesi'nden araştırmacılar ve SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı, bu dendritlerin neden lityum metal pillerde oluştuğuna dair kanıtlar ortaya çıkardı.

Önceki teoriler, istenmeyen elektron akışının veya başka bir kimya aksiliğinin pilin arızalanmasına neden olabileceğini öne sürdü. Ancak 60'tan fazla deney gerçekleştirdikten sonra araştırmacılar, seramik katı elektrolitte, bazıları yalnızca 20 nanometre genişliğinde (bu arada bir insan saçı 80.000 nanometredir) küçük "nanoskopik" çatlakların, hızlı şarj sırasında basınç altında meydana geldiğini keşfettiler.

Bu çatlaklar, anot ve katot arasında bir lityum-metal “köprü” oluşturarak kısa devreye neden oldu. Sonuçlar Nature Energy dergisinde yayınlandı.

Baş yazar William Chueh yaptığı açıklamada, "Pillerin hafif bir girintisi, bükülmesi veya bükülmesi, malzemelerdeki nanoskopik çatlakların açılmasına ve lityumun katı elektrolitin içine girerek kısa devreye neden olmasına neden olabilir" diyor. "Üretimde ortaya çıkan toz veya diğer safsızlıklar bile arızaya neden olacak kadar stres oluşturabilir."

Araştırmacılar, lityumun neden belirli alanlara girip kısa devreye neden olduğunu anlamak amacıyla minyatür bir pil oluşturmak için bir elektrik probu ve bir elektroliti birleştirdiler. Dinlenirken, lityum anot tasarlandığı gibi çalıştı, ancak herhangi bir girinti, bükülme veya bükülme (üretim süreci sırasında toplanan toz parçacıklarıyla birlikte) arıza olasılığını artırdı.

Baş ortak yazar Xin Xu, süreci çukurlarla karşılaştırdı. Araba lastikleri yağmuru ve karı yoldaki küçük kusurlara çarparak giderek artan bir yapısal arızaya neden olurken, aynı şey lityum metal pillerde de olur (çok daha küçük ölçekte de olsa).

Neyse ki bu, lityum metalin geleceği için bir ölüm çanı değil, aslında harika bir haber.

Şimdi, zaten lityum metal piller tasarlamak için yoğun bir şekilde çalışan mühendisler, bu eksiklikleri gidermek için bu bulguları dikkate alabilirler. Makalenin yazarları ayrıca, artık üretim sırasında elektroliti güçlendirmenin yollarını araştırdıklarını ve seramik bariyeri hasar meydana geldiğinde kendi kendine onaracak şekilde kaplamanın yollarını geliştirdiklerini de belirtiyorlar.

2019'da aynı Stanford laboratuvarı, lityum metal pillerin 160 döngüden sonra yüzde 85 şarj tutması için bir yöntem geliştirdi; bu, daha önce bildirilen yüzde 30'a kıyasla büyük bir gelişme.

"Bu iyileştirmelerin tümü tek bir soruyla başlar: Neden?" ortak yazar Teng Cui diyor. "Bunu öğrendiğimizde, işleri iyileştirebiliriz."

Artık araştırmacılar neden sorusuna ikna edici bir şekilde cevap verdiğine göre, lityum metalin geleceğine ilişkin genel soru "eğer"den çok "ne zaman" gibi görünüyor.

Kaynak: Popular Mechanics