Soğukta Bazı Telefonların Şarjının Daha Hızlı Bittiğini Biliyor muydunuz?
Sıcaklık, donma noktasının altına düştüğünde; lityum iyon pilli bataryalara sahip cep telefonlarımız hızlıca şarj kaybederek daha sık şarj edilmeye ihtiyaç duyar ve yine bu pillerin kullanıldığı elektrikli otomobillerde daha kısa sürüş menziline sahip olurlar. Bunun nedeni lityum iyon pillerinin anotlarının soğukta güçsüzleşmesi, daha az şarj tutması ve enerjiyi hızlı şekilde tüketmesidir. Aşırı soğuklarda elektrik performansını arttırmak için, ACS Central Science’da (ACS Merkezi Bilim Dergisi) raporlarını paylaşan araştırmacılar, lityum iyon pilde kullanılan sıradan grafit anotunu, şarj depolama kapasitesini -31 F’ye kadar koruyan girintili çıkıntılı ve karbon temelli bir malzemeyle değiştirdiler.
Lityum iyon pilleri şarjla çalışan elektronikler için mükemmel bir tercihtir çünkü çok fazla enerji depolayabilir ve uzun ömürlüdür. Ancak sıcaklık donma noktasının altına düştüğünde, bu enerji kaynağının elektriksel performansı azalır ve belli soğuklukta herhangi bir yükü iletemez. ABD’nin orta batısında yaşayan bazı insanların kışın en soğuk günlerinde elektrikli arabalarıyla sorun yaşamasının ve bu pilleri uzay araştırmalarında kullanmanın riskli olmasının nedeni budur. Son çalışmalarıyla bilim insanları anottaki grafitin oryantasyonunun, lityum iyon pillerinin soğukta enerji depolama kapasitesinin düşmesinden sorumlu olduğunu belirlediler. Bu nedenle, Xi Wang, Jiannian Yao ve meslektaşları, anotun yük transfer sürecini geliştirmek amacıyla karbon temelli bir malzemeyle yüzey yapısını değiştirmek istediler.
Araştırmacılar yeni materyalin geliştirilmesi için, kobalt içeren, ZIF-67 olarak bilinen, zeolit imidazolat çerçevesini yüksek sıcaklıklara ulaşana kadar ısıttılar. Ortaya çıkan 12 köşeli, girintili çıkıntılı karbon nano küreleri, elektrik yük transferi kapasitesinde mükemmel etki gösterdi. Daha sonrasında ekip madeni para şekline benzer bataryaya sahip materyalin katodunda lityum metali varken, anottaki elektrik performansını test ettiler. Anot, -4 F ile 77 F arasındaki sıcaklıklarda sabit şarj ve deşarj gösterdi ve oda sıcaklığı enerji depolama kapasitesinin %85,9’unu donma noktasının hemen altında tuttu. Buna karşılık, grafit ve karbon nano tüpler de dahil olmak üzere diğer karbon temelli (girintili çıkıntılı olmayan) anotlarla yapılan lityum iyon piller, dondurucu sıcaklıklarda neredeyse hiç şarj olmadı. Araştırmacılar hava sıcaklığını -31 F’ye düşürdüklerinde, geliştirdikleri girintili çıkıntılı nano kürelerle yapılan anot hala şarj edilebiliyordu ve bu esnada, bataryaya verilen yükün yaklaşık %100’ünü serbest bırakabiliyordu. Araştırmacılar, girintili çıkıntılı nano küre malzemesini lityum iyon pillerine dahil etmenin, bu enerji kaynaklarını aşırı düşük sıcaklıklarda kullanma olanaklarını da sağlayacağını söylemektedirler.
Yazarlar, Temel Araştırma Fonları için Merkez Üniversiteler (Çin), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Guangdong Eyaleti Bilim ve Teknoloji Projesi, Kimya ve Kimya Mühendisliği Guangdong Laboratuvarı ve Pekin Jiaotong Üniversitesi’nden desteklenmektedir.
Kaynak : sciencedaily.com
