Lityum pillerle ilgili yapฤฑlan son araลtฤฑrmayla ilgili makale Nature Communications dergisinde yayฤฑmlandฤฑ. Piller, cep telefonlarฤฑndan akฤฑllฤฑ saatlere ve sayฤฑlarฤฑ giderek artan elektrikli araรงlara kadar gรผnlรผk hayatฤฑn bรผyรผk bir kฤฑsmฤฑna enerji saฤlฤฑyor. Bu cihazlarฤฑn รงoฤu lityum-iyon pil teknolojisi olarak bilinen iyi bilinen pil kimyasฤฑnฤฑ kullanฤฑyor. Lityum-iyon piller ilk piyasaya sรผrรผldรผklerinden bu yana uzun bir yol kat etmiล olsalar da, kฤฑsa รถmรผr, aลฤฑrฤฑ ฤฑsฤฑnma ve belirli hammaddeler iรงin tedarik zinciri zorluklarฤฑ gibi bazฤฑ tanฤฑdฤฑk dezavantajlarฤฑ da var.
ABD Enerji Bakanlฤฑฤฤฑ’nฤฑn (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarฤฑ’ndaki bilim insanlarฤฑ, batarya yapฤฑmฤฑnda yeni malzemeleri test ederek bu sorunlara รงรถzรผm arฤฑyor. Bu malzemelerden biri de sรผlfรผr. Sรผlfรผr son derece bol ve uygun maliyetli ve geleneksel iyon bazlฤฑ pillerden daha fazla enerji tutabilir.
Yeni รงalฤฑลmada araลtฤฑrmacฤฑlar, sรผlfรผr bazlฤฑ batarya araลtฤฑrmalarฤฑnฤฑ, batarya iรงinde enerji depolama kapasitesi ekleyen bir katman oluลturarak ve sรผlfรผr bataryalarda korozyona neden olan geleneksel bir sorunu neredeyse ortadan kaldฤฑrarak geliลtirdiler.
Argonne’un Geliลmiล Foton Kaynaฤฤฑ’nda ฤฑลฤฑn hattฤฑ bilimcisi olan Wenqian Xu, “Bu sonuรงlar, redoks aktif bir ara katmanฤฑn Li-S pil geliลimi รผzerinde bรผyรผk bir etkisi olabileceฤini gรถsteriyor. Bu teknolojiyi gรผnlรผk hayatฤฑmฤฑzda gรถrmeye bir adฤฑm daha yaklaลtฤฑk.”
Gelecek vaat eden pil tasarฤฑmฤฑ, sรผlfรผr iรงeren bir pozitif elektrot (katot) ile bir lityum metal negatif elektrotu (anot) eลleลtiriyor. Bu bileลenlerin arasฤฑnda elektrolit ya da iyonlarฤฑn pilin iki ucu arasฤฑnda geรงmesini saฤlayan madde yer alฤฑyor.
ฤฐlk lityum-sรผlfรผr (Li-S) akรผler, sรผlfรผr tรผrlerinin (polisรผlfรผrler) elektrolit iรงinde รงรถzรผnerek korozyona neden olmasฤฑ nedeniyle iyi performans gรถstermedi. Bu polisรผlfit mekik etkisi pil รถmrรผnรผ olumsuz etkiliyor ve pilin yeniden ลarj edilme sayฤฑsฤฑnฤฑ azaltฤฑyor.
Bu polisรผlfit mekiklemesini รถnlemek iรงin, รถnceki araลtฤฑrmacฤฑlar katot ve anot arasฤฑna redoks-inaktif bir ara katman yerleลtirmeyi denediler. “Redoks-inaktif” terimi, malzemenin bir elektrotta olduฤu gibi reaksiyonlara girmediฤi anlamฤฑna geliyor. Ancak bu koruyucu ara katman aฤฤฑr ve yoฤun, bu da pil iรงin birim aฤฤฑrlฤฑk baลฤฑna enerji depolama kapasitesini azaltฤฑyor. Ayrฤฑca mekiklemeyi de yeterince azaltmaz. Bu durum, Li-S bataryalarฤฑn ticarileลtirilmesinin รถnรผnde bรผyรผk bir engel teลkil etti.
Araลtฤฑrmacฤฑlar bu sorunu รงรถzmek iรงin gรถzenekli sรผlfรผr iรงeren bir ara katman geliลtirdi ve test etti. Laboratuvarda yapฤฑlan testler, aktif olmayan ara katman yerine bu aktif ara katmana sahip Li-S hรผcrelerinde baลlangฤฑรง kapasitesinin yaklaลฤฑk รผรง kat daha yรผksek olduฤunu gรถsterdi. Daha da etkileyici olanฤฑ, aktif ara katmana sahip hรผcreler 700 ลarj-deลarj dรถngรผsรผ boyunca yรผksek kapasiteyi korudu.
Argonne kimyagerlerinden ve makalenin ortak yazarlarฤฑndan Guiliang Xu ลunlarฤฑ sรถyledi: “Redoks-aktif katmana sahip hรผcrelerle yapฤฑlan รถnceki deneyler yalnฤฑzca mekik etkisini bastฤฑrdฤฑ, ancak bunu yaparken, katman fazladan aฤฤฑrlฤฑk eklediฤi iรงin belirli bir hรผcre aฤฤฑrlฤฑฤฤฑ iรงin enerjiden feragat ettiler. Buna karลฤฑn, bizim redoks-aktif katmanฤฑmฤฑz enerji depolama kapasitesine katkฤฑda bulunuyor ve mekik etkisini bastฤฑrฤฑyor.”
Redoks-aktif katmanฤฑ daha fazla incelemek iรงin ekip, Argonne’un Geliลmiล Foton Kaynaฤฤฑ’nฤฑn 17-BM ฤฑลฤฑn hattฤฑnda deneyler gerรงekleลtirdi. Bu katmana sahip hรผcrelerin X-ฤฑลฤฑnฤฑ ฤฑลฤฑnlarฤฑna maruz bฤฑrakฤฑlmasฤฑndan elde edilen veriler, ekibin ara katmanฤฑn faydalarฤฑnฤฑ tespit etmesini saฤladฤฑ.
Veriler, redoks-aktif bir ara katmanฤฑn mekiklemeyi azaltabileceฤini, batarya iรงindeki zararlฤฑ reaksiyonlarฤฑ azaltabileceฤini ve bataryanฤฑn daha fazla ลarj tutma ve daha fazla dรถngรผ boyunca dayanma kapasitesini artฤฑrabileceฤini doฤruladฤฑ.
Wenqian Xu ลunlarฤฑ sรถyledi: “Bu sonuรงlar, redoks aktif bir ara katmanฤฑn Li-S pil geliลimi รผzerinde bรผyรผk bir etkisi olabileceฤini gรถsteriyor. Bu teknolojiyi gรผnlรผk hayatฤฑmฤฑzda gรถrmeye bir adฤฑm daha yaklaลtฤฑk.”
Ekip ileride redoks-aktif ara katman teknolojisinin bรผyรผme potansiyelini deฤerlendirmek istiyor. Guiliang Xu, “Bunu รงok daha ince, รงok daha hafif hale getirmeye รงalฤฑลmak istiyoruz” dedi.
