ABD'de sodyum iyon pillerde çığır açtı: Yeni yöntem 400 döngüye olanak sağlıyor

[™ Admin]

ABD'de sodyum iyon pillerde çığır açtı: Yeni yöntem 400 döngüye olanak sağlıyor

ABD Enerji Bakanlığı'nın Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim insanları, sodyum iyon pillerini daha etkili hale getirmede önemli bir ilerleme kaydettiler.

Bu pillerin yaygın olarak kullanılmasını engelleyen büyük bir sorunu çözmek için yeni bir yol geliştirdiler - şarj-deşarj döngüleri sırasında katotta oluşan çatlaklar nedeniyle performansın düşmesi sorunu.

Bu yeni gelişme, sodyum iyon pillerinin yaygın olarak kullanılan lityum iyon pillerin pratik bir alternatifi haline gelmesine yardımcı olabilir.

Bu değişiklik, dünyanın lityum iyon piller için ihtiyaç duyulan lityumun sınırlı arzı ve artan maliyetleriyle ilgili artan sorunlarla karşı karşıya kalması nedeniyle kritik önem taşıyor.

Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda kimyager olan Gui-Liang Xu, "Sodyum iyon piller, sodyumun daha bol miktarda bulunması ve daha düşük maliyeti nedeniyle lityum iyon pillere karşı çekici bir alternatif olarak ortaya çıkıyor" dedi.

Yenilikçi katot tasarımı

Argonne araştırmacıları, pilin hayati bir parçası olan katodu geliştirmek için çalıştılar. Nikel, kobalt ve manganez gibi benzersiz bir metal bileşimine sahip bir sodyum iyon oksit malzemesi kullanarak bir katot ürettiler.

Araştırmacılar, "Önemli olan, bu metallerin tek tek katot parçacıklarında eşit olarak dağılmamış olmasıdır. Örneğin, nikel çekirdekte görünür; bu çekirdeği çevreleyen kobalt ve manganez, bir kabuk oluşturur," diye açıkladılar.

"Bu elementler farklı amaçlara hizmet eder. Manganez açısından zengin yüzey, parçacığa şarj-deşarj döngüsü sırasında yapısal kararlılığını verir. Nikel açısından zengin çekirdek, enerji depolama için yüksek kapasite sağlar."

Kararlılığı ve enerji çıkışını iyileştirmek için onu manganez açısından zengin bir yüzey ve nikel açısından zengin bir çekirdekle yapılandırdılar.

Ancak, ilk testler, 250 santigrat derece kadar düşük sıcaklıklarda bile çekirdek-kabuk sınırında ve çekirdeğin kendisinde çatlaklar oluştuğunu ortaya koydu.

Bilim insanları, "Bu çatlaklar çekirdekte ve çekirdek-kabuk sınırında belirdi ve daha sonra yüzeye taşındı. Açıkça, metal gradyanı bu çatlaklara yol açan önemli bir zorlanmaya neden oldu," diye vurguladılar.

Nedeni ortaya çıkarmak için X-ışını analizi

Bu çatlakların neden oluştuğunu anlamak için araştırmacılar, katodun yapısı oluşturulurken yapısını incelemek için gelişmiş X-ışını teknikleri kullandılar.

Çatlakların nasıl oluştuğunu izlemek için öncül malzeme ve sodyum hidroksit karışımını 600 santigrat dereceye kadar ısıttılar.

Araştırma ekibi, katodu oluşturulurken ısıtma hızının kritik olduğunu keşfetti.

"Çatlaklar dakikada beş derecelik bir ısınma hızıyla oluştu, ancak dakikada bir derecelik daha yavaş bir hızda oluşmadı" diye vurguladılar.

Bu ısıtma sürecini yavaşlatarak çatlakların oluşmasını önleyebildiler. Bu basit değişiklik, katodun performansını önemli ölçüde iyileştirerek 400'den fazla şarj-deşarj döngüsü boyunca yüksek enerji kapasitesini korumasına olanak tanıdı.

Potansiyel etki ve gelecekteki araştırmalar

Bu çığır açan buluş, yalnızca düşük maliyetli ve uzun ömürlü değil, aynı zamanda lityum iyon pillerle karşılaştırılabilir potansiyel olarak yüksek enerji yoğunluğuna sahip sodyum iyon piller için de yolu açıyor.

Argonne Seçkin Üyesi Khalil Amine, "Sadece düşük maliyet ve uzun ömürle değil, aynı zamanda birçok lityum iyon pilde bulunan lityum demir fosfat katotla karşılaştırılabilir enerji yoğunluğuyla gelecekteki sodyum iyon piller için beklentiler çok iyi görünüyor" dedi.

Katot bileşimini optimize etmek ve nikel kullanımını ortadan kaldırmak için daha fazla araştırma devam ederken, sodyum iyon pilleri için beklentiler her zamankinden daha parlak görünüyor.

Bu gelişmenin daha sürdürülebilir ve uygun fiyatlı elektrikli araçlardan verimli şebeke ölçeğinde enerji depolamaya kadar geniş kapsamlı etkileri olabilir.

Kaynak: IE