Lityum Pillerinin Dondurulması Onları Daha Güvenilir ve Bükülebilir Hale Getirebilir
İyonik iletimi arttırmak için dikey olarak hizalanmış ve bağlanmış seramik kanal şeması(Yuan Yang / Columbia Üniversitesi Mühendislik Fakültesi). Solda, seramik parçacıkları, iyon taşınımının düşük iletkenliğe sahip polimer matrisi tarafından engellendiği polimer matrisine rastgele dağılmıştır. Sağdaki dikey hizalanmış ve birbirine bağlı yapı, buz kalıplama yöntemi ile gerçekleştirilebilen iyon taşınımını kolaylaştırır.
Columbia Üniversitesi Mühendislik Fakültesi malzeme bilimi ve mühendisliği bölümünden Yrd. Doç.Dr. Yuan Yang, daha güvenli, daha uzun pil ömrüne ve esnek olabilen akıllı telefonlar gibi yeni olanaklar sunan bükülebilir lityum pillere yol açabilecek yeni bir yöntem geliştirmiştir. Yeni tekniği, taşınabilir elektronikler, elektrikli araçlar ve şebeke seviyesinde enerji depolamasında kullanılan lityum piller için katı elektrolitin yapısını kontrol eden buz kalıplama yöntemini kullanır. Bu çalışma (DOI 10.1021 / acs.nanolett.7b00715) 24 Nisan’da Nano Letters da online olarak yayınlanmıştır.
Sıvı elektrolit şu anda ticari lityum pillerde kullanılmaktadır ve herkesin şu anda farkında olduğu gibi oldukça yanıcı olduğundan bazı dizüstü bilgisayarlarda ve diğer elektronik cihazlarda güvenlik sorunları ortaya çıkmaktadır. Yang’ın ekibi katı elektroliti sıvı elektrolit yerine geçirerek katı haldeki tüm lityum pilleri kullanma fikrini araştırmıştır. Hızlı lityum iyonu yolları sağlayan ve oldukça iletken olan, dikey olarak hizalanmış seramik katı elektrolit yapılarını üretmek için buz kalıplama yöntemini kullanmaya karşı ilgi duymuşlardır. Sulu çözeltiyi, seramik parçacıklarıyla alttan soğutur ve sonra buzun büyümesine ve itmesine izin verip, seramik parçacıklarını konsantre hale getirirler. Daha sonra, katı buzu gaz hale geçirmek için dikey olarak hizalanmış bir yapı bırakarak bir vakum uygularlar. Son olarak, bu seramik yapıyı elektrolite mekanik destek ve esneklik sağlamak için polimerle birleştirirler.
“Taşınabilir elektronik cihazların yanı sıra elektrikli araçlar da, esnek, katı hal lityum pilleri sadece güvenlik sorunlarını çözmekle kalmıyor aynı zamanda taşıma ve depolama için pil enerji yoğunluğunu artırabiliyorlar. Ve bükülebilir cihazlar üretmede büyük söz veriyorlar “diyen Yang’ın, elektrokimyasal enerji depolaması, dönüştürme ve termal enerji yönetimi üzerine yoğunlaşmış araştırma grubu vardır.
Daha önceki çalışmalardaki araştırmacılar, rasgele dağılmış seramik parçacıklarını polimer elektrolit ya da dikey olarak hizalanmayan lif benzeri seramik elektrolitlerde kullanmışlardır. Yang’ın doktora öğrencisi ve makale baş yazarı Haowei Zhai, “Seramik elektrolitin dikey olarak hizalanmış yapısını polimer elektrolit ile birleştirdiysek, lityum iyonları için hızlı bir yol sağlayabileceğimizi ve böylece iletkenliği geliştireceğimizi düşündük” şeklinde belirtmiştir. “Lityum pillerde yanıcı ve toksik olmayan esnek katı elektrolit üretmek için buz kalıplama yöntemini kullanmanın bir ilk olduğuna inanıyoruz. Bu, gelecek nesil şarj edilebilir piller için iyon iletimini optimize etmede yeni bir yaklaşım başlatıyor. ” demiştir.
Araştırmacılar, bu tekniğin prensip olarak pillerin enerji yoğunluğunu iyileştirebileceğini söylüyor: Katı elektroliti kullanarak lityum pilinin şu anda bir grafit katmanı olan negatif elektrodu lityum metal ile değiştirilebiliyor ve bu pilin spesifik enerjisini % 60 ile % 70 oranında artırabilir. Yangand Zhaiplan, kombine elektrolitin niteliklerini en iyi duruma getirme ve esnek katı elektroliti pil elektrotlarıyla bir araya getirerek tam bir lityum pil prototipi üretmeye çalışacaktır.
Yale Üniversitesi kimya bölümünden Yrd.Doç.Dr. Hailiang Wang “Akıllıca bir fikir” diyor. “Rasyonel olarak tasarlanmış yapı, kompozit elektrolitin performansını arttırmaya gerçekten yardımcı olur. Bence bu, umut verici bir yaklaşım. ”
Kaynak : rdmag.com
