Daha Yüksek Enerjili Pillere Doğru
Şekil : Li5La3Nb2012 kristal katmanının kesitsel bir SEM görüntüsü ve şekil (b), 1300 K’lik bir sıcaklıkta ?3 (2-1-1) = (1-21) için elde edilen Li, La, Nb ve O çerçeve atomlarının hesaplama yoluyla simüle edilmiş yörüngelerini göstermektedir.
Araştırmacılar, lityum iyon pil verimliliğini artırmak için yeni bir yol geliştirdiler. Kübik kristal tabakanın büyümesiyle, bilim adamları pilin elektrotları arasında ince ve yoğun bir bağlantı tabakası oluşturdu.
Japonya’daki Shinshu Üniversitesi Malzeme Kimyası Bölümü’ndeki Enerji ve Çevre Bilimleri Merkezi’nden Profesör Nobuyuki Zettsu ve merkezin müdürü Profesör Katsuya Teshima araştırmaya öncülük etti.
Yazarlar sonuçlarını bu yıl Ocak ayında Scientific Reports’da çevrimiçi olarak yayınladılar.
“Sıvı elektrolitlerin, düşük lityum taşıma sayısı, katı / sıvı arayüzündeki karmaşık tepkime ve termal kararsızlık gibi bazı öz nitelikleri nedeniyle mevcut elektrokimyasal cihazların herhangi birinde aynı anda yüksek enerji ve güç elde etmek mümkün değildi, “dedi Nobuyuki Zettsu, makalenin ilk yazarı olarak.
Lityum iyon piller tekrar şarj edilebilir ve cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, elektrikli el aletleri gibi güç aygıtlarına güç sağlar ve elektrik şebekesi için dahi güç depolar. Sıcaklık akışlarına karşı özellikle hassastırlar ve yangınlara hatta patlamalara neden olduğu bilinmektedir. Sıvı elektrolit sorunlarına tepki olarak, bilim adamları sıvı içermeyen daha iyi bir tam katı hal pil üretmeye çalışıyorlar.
Zettsu, “Tüm katı hal pillerin beklenen avantajlarına rağmen, güç karakteristikleri ve enerji yoğunlukları, uzun menzilli elektrikli araçlar gibi teknolojilerde kullanılmasına izin verecek şekilde geliştirilmelidir” dedi. “Tümüyle katı hal pillerin düşük hız kapasiteleri ve düşük enerji yoğunlukları, kısmen, sıvı elektrolitlerle karşılaştırılabilir yüksek ikonik iletkenlik gösteren uygun katı-katı heterojen arabirim oluşturma teknolojilerinin eksikliğinden kaynaklanmaktadır.”
Zettsu ve ekibi, büyüdükçe elektrotu katı bir halde birleştiren bir alt tabaka üzerinde bir çözücü (akı) olarak kullanılan erimiş LiOH’de granat tipi oksit katı elektrolit kristallerini büyüttü. Kübik olarak büyüyen bilinen spesifik bir kristal bileşiği, araştırmacıların katmandaki kalınlığı ve bağlantı alanını kontrol etmesine izin verir, bu da seramik bir ayırıcı olarak işlev görür.
Zettsu, “Elektron mikroskopisi gözlemleri, yüzeyin iyi tanımlanmış çok yüzlü kristallerle yoğun olarak örtülmüş olduğunu ortaya koydu. Her kristal komşu olanlarla bağlantılı.” diye yazdı.
Zettsu, ayrıca elektrolit tabakasını elektrot tabakası üzerine istiflendiğinde yeni büyüyen kristal tabakanın ideal seramik ayırıcı olabileceğini de belirtti.
Zettsu, “Bu arayüzde yan reaksiyonlara karşı dayanıklılığımız yaklaşımımızın, ince ve yoğun bir arayüze sahip ideal seramik ayırıcıların üretilmesine yol açabileceğine inanıyoruz” diyerek, Zettsu, bu deneyde kullanılan seramiklerin katı pillerde kullanılamayacak kadar kalın olduğunu belirtti. “Ancak, elektrot tabakası 100 mikron kadar ince yapılabildiği sürece istif katmanı sağlam bir pil gibi çalışacaktır.”
Yüz mikron, yaklaşık bir insan saçı genişliğinde ve günümüze ait lityum iyon pillerde standart elektrot tabakasının iki katından biraz daha az.
Zettsu, “Tüm katı hal piller, enerji depolama aygıtları için umut vadeden adaylar” dedi. Zettsu, araştırmacılar ve özel şirketler arasındaki birkaç işbirliğinin, Tokyo’daki 2020 Olimpiyat oyunlarında tüm katı hal pil örneklerini görüntüleme nihai hedefi ile halihazırda sürmekte olduğunu belirtti.
Zettsu ve diğer araştırmacılar 2022 yılına kadar elektrikli araç kullanımı ve giyilebilir cihazlar için prototip hücreleri imal etmeyi planlıyorlar.
Bu proje ile ilgili diğer çalışmacılar arasında Tohoku Üniversitesi Malzeme Araştırma Enstitüsü araştırmacıları, Nagoya Teknoloji Enstitüsü Malzeme Bilimi Sınır Araştırma Enstitüsü ve Malzeme Bilimi Ulusal Enstitüsü araştırmacılar yer alıyor.
Kaynak : sciencedaily.com
