Gelenekleri Bozuyor: Alışılmadık Bir Malzeme Seçimi İnanılmaz Uzun Ömürlü Piller Sağlıyor
Fotoğraf: Lityum Kükürt Piller
Son birkaç on yılda mobil teknoloji, giyilebilir elektronik cihazlar ve çok çeşitli taşınabilir cihazların kullanımındaki muazzam artış, dünya çapında bilim insanlarını şarj edilebilir pillerdeki bir sonraki buluşu aramaya itti. Sıvı bir elektrolite batırılmış kükürt esaslı katot ve lityum anottan oluşan lityum kükürt piller (LSB’ler), düşük maliyetleri, toksik olmaması ve kükürt bolluğu nedeniyle her yerde bulunan lityum-iyon pilin yerini almayı vaat ediyor.
Bununla birlikte, pillerdeki kükürt kullanımı iki nedenden dolayı zordur. İlk olarak, “deşarj” döngüsü sırasında, katotta çözünür lityum polisülfitler (LiPS) oluşur, elektrolite dağılır ve akünün kapasitesini aşamalı olarak düşürdükleri anodlara kolayca ulaşırlar. İkincisi, kükürt iletken değildir. Bu nedenle, kükürdü barındırmak ve aynı zamanda LiPS’yi katotta tutmak için iletken ve gözenekli bir konakçı malzeme gereklidir. Yakın geçmişte, karbon esaslı konak yapıları iletkenliklerinden dolayı araştırılmıştır. Ancak, karbon bazlı konakçılar LiPS’i yakalayamazlar.
Advanced Energy Materials’da yayınlanan yeni bir çalışmada, Daegu Gyeongbuk Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden bilim insanları, “trombosit düzeninde mezogözenekli silika (pOMS)” adlı yeni bir konak yapı önerdiler. Seçimleri konusunda sıra dışı olan şey, düşük maliyetli bir metal oksit olan silikanın aslında iletken olmamasıdır. Bununla birlikte, silika oldukça polardır ve LiPS gibi diğer polar molekülleri çeker.
İletken karbon bazlı bir maddenin pOMS yapısına uygulanması üzerine, yapının gözeneklerindeki ilk katı kükürt elektrolite çözülür ve buradan LiPS üretmek için indirgenecek iletken karbon bazlı maddeye doğru yayılır. Bu şekilde, kükürt silika iletkenliğine rağmen gerekli elektrokimyasal reaksiyonlara etkili bir şekilde katılır. Bu arada, pOMS’un polar doğası, LiPS’nin katoda yakın ve anottan uzakta kalmasını sağlar.
Bilim insanları ayrıca pOMS yapısı ile karşılaştırmalı deneyler yapmak için polar olmayan, oldukça iletken bir geleneksel gözenekli karbon konakçı yapısı inşa ettiler. Çalışmaya önderlik eden Prof Jong-Sung Yu şunları söylüyor: “Karbon konakçılı piller, polar olmayan karbon ve LiPS arasındaki zayıf etkileşim nedeniyle kısa sürede düşecek yüksek başlangıç kapasitesi sergiliyor. Silika yapısı sürekli döngü sırasında çok daha fazla kükürt tutuyor; bu, 2000 döngüye kadar çok daha fazla kapasite tutma ve kararlılık sağlar.”
Yine de, tüm bu düşünülen, belki de bu çalışmadan türetilecek en önemli içgörü LSB’ler için konakçı yapıların daha önce düşünüldüğü kadar iletken olması gerekmemesidir. Prof Yu şöyle diyor: “Hiç kimse iletken olmayan silikanın yüksek verimli bir kükürt konakçısı olabileceğini ve hatta son teknoloji karbon konakçılardan daha iyi performans gösterebileceğini düşünmemiş olabileceğinden, sonuçlarımız şaşırtıcı.” Bu çalışma LSB’ler için ana malzeme seçimini genişletmekte ve yeni nesil kükürt pillerin gerçekleştirilmesinde paradigma değişikliğine yol açabilmektedir.
Kaynak: sciencedaily.com
