Katmanlı Kompozitler Daha Uzun Ömürlü Piller Oluşturmaya Yardımcı Olabilir
Fotoğraf : Lityum metal anot ve lityum metal batarya elektrolidi arasındaki elektrokimyasal arayüz, bataryanın performansını arttıran reaktif bir polimer kompozit kullanılarak dengelenir.
Penn State’teki araştırmacılara göre, enerji yoğunluğu, performans ve güvenliği arttırılmış şarj edilebilir lityum metal piller, yeni geliştirilen katı elektrolit fazı (SEI) sayesinde mümkün olabilir.
Daha yüksek enerji yoğunluğu olan lityum metal pillere olan talep artmaktadır (elektrikli taşıtlarda, akıllı telefonlarda ve uçaklarda kullanım) ve SEI’nin istikrarı, lityum metal pillerin gelişimlerini engelleyen kritik bir konudur. SEI, pilin lityum elektrodunun yüzeyinde oluşan, elektrotu izole eden ve lityum iyonları ileten bir tuz tabakasıdır.
Penn State’teki makine ve kimya mühendisliği profesörü Donghai Wang, “Bu katman lityum pillerin gelişimi için çok önemlidir ve doğal bir süreçle pildeki lityum ile elektrolit arasındaki reaksiyondan oluşur. Ancak katmanın düzensiz davranışları birçok soruna neden olmaktadır. ”
Wang, “Lityum metal pillerin daha uzun süre dayanmamasının nedeni fazlar arası düzensizlik ve büyümedir. “ Bu projede, çok daha iyi bir SEI oluşturmak için polimer kompozit kullandık.”
Kimya doktora öğrencisi Yue Gao liderliğindeki gelişirilen SEI, polimerik bir lityum tuzu, lityum florür nanopartikülleri ve grafen oksitin ince katmanlarından oluşan reaktif bir polimer kompozittir.
Mallouk, “Kararlı bir lityum ara yüzü elde etmek için çok sayıda moleküler seviyenin kontrol edilmesi gerekmektedir. Yue ve Donghai’nin tasarladığı polimer, lityum metal yüzeyine pençe benzeri bir bağ oluşturmak için reaksiyona girer. Böylece lityum yüzeye, elektrolitteki moleküller ile reaksiyona girmemesi için istediğini vermiş olur. Kompozit içindeki nano tabakalar, dendritlerin lityum metalden oluşmasını önlemek için mekanik bir bariyer görevi görür. ”
Kimya ve mühendislik tasarımı arasındaki bu iş birliği sayesinde, araştırmacıların atom ölçeğinde lityum yüzeyini kontrol etmelerini sağlanmıştır. Mallouk, “Pilleri üretirken moleküler seviyeye kadar kimyagerler gibi düşünmüyoruz, ancak burada kimyacılar gibi düşünmemiz gerekliydi ” dedi.
Reaktif polimer kompozit kullanımı lityum metal pillerin ağırlık ve üretim maliyetini düşürerek, pillerin gelişimine ve kullanımına katkı sağlamıştır.
Wang, “Daha istikrarlı bir SEI ile, mevcut pillerin enerji yoğunluğunu iki katına çıkarmak, daha uzun süre dayanmasını ve daha güvenli olmasını sağlamak mümkün” dedi.
Kaynak : materialstoday.com
