Austin Texas Üniversitesi Cockrell Mühendislik Fakültesi’nde profesörlük yapan ve lityum iyon pilin ortak mucidi olan 94 yaşındaki John Goodenough liderliğindeki mühendislerden oluşan bir ekip; el tipi mobil cihazlar, elektrikli otomobiller ve sabit enerji depolaması için daha güvenli, daha hızlı şarj edilebilen ve daha uzun ömürlü olan ilk katı hal pili hücresini icat etti.

Cockrell School’un kıdemli araştırma görevlisi olan Maria Helena Braga ile çalışan Goodenough’un en yeni atılımı ile; yanıcı olmayan, yüksek volumetrik enerji yoğunluğu ile uzun bir çevrim ömrüne (düşük pil ömrü), hızlı şarj ve deşarj hızına sahip düşük maliyetli, tümüyle katı halde olan bir pil geliştirildi. Mühendisler yeni teknolojilerini Energy & Environmental Science dergisinde yayımlanan yeni bir makalede açıkladılar.

Goodenough, “Maliyet, emniyet, enerji yoğunluğu, şarj ve deşarj hızı ile çevrim ömrü, pille çalışan otomobillerin büyük ölçüde benimsenmesi için kritik önem taşımaktadır ve günümüz pillerinde yaşanan sorunların çoğunu keşfettiğimiz bu pilin çözdüğüne inanıyoruz” dedi.

Araştırmacılar, geliştirdikleri yeni pil hücrelerinin günümüzde kullanılan lityum iyon pillerinin en az üç katı kadar daha fazla enerji yoğunluğuna sahip olduğunu gösterdiler. Bir pil hücresinin enerji yoğunluğu, elektrikli bir arabanın sürüş mesafesi ile test edilir; bu nedenle, daha yüksek bir enerji yoğunluğu, bir arabanın, iki şarj süresi arasında daha fazla mil kullanılabilmesi anlamına gelir. UT Austin pil formülü, daha uzun ömürlü pillere eşit olarak daha fazla sayıda şarj ve deşarj döngüsüne ve daha hızlı bir şarj dolumuna (saat yerine dakikalar) olanak vermektedir.

Günümüzün lityum iyon pilleri, anot (pilin negatif tarafı) ile katot (pilin pozitif tarafı) arasında lityum iyonlarını taşımak için sıvı elektrolitleri kullanmaktadır. Bir pil hücresi çok hızlı bir şekilde şarj edilirse, sıvı elektrolitlerin arasında dendrit veya “metal kılları” oluşup çapraz hale gelebilir, bu da patlamaya ve yangınlara neden olabilecek kısa devreye neden olabilmektedir. Sıvı elektrolitler yerine, araştırmacılar, dendrit oluşumu gözlenmeyen bir alkali metal anot olan cam elektrolitlere doğru yönelmişlerdir.

Geleneksel bir pilde kullanımı mümkün olmayan alkali metal bir anodun (lityum, sodyum veya potasyum) kullanılması, katotun enerji yoğunluğunu arttırır ve uzun bir çevrim ömrü sağlar. Deneylerde, araştırmacıların geliştirdikleri hücrelerin, düşük hücre direncine karşılık 1.200’den fazla döngüye sahip olduğu kanıtlanmıştır.

Ek olarak, katı cam elektrolitler -20˚C sıcaklıkta çalışabilir veya yüksek iletkenlik gösterebilir, bu sebeple arabalarda bulunan bu tür bir pil, sıfıraltı derece hava koşullarında iyi bir performans sergileyecektir. Bu pil, 60 ˚C altında çalışabilen tümüyle katı halde bulunan bir pildir.

Braga, Portekiz’deki Porto Üniversitesi’nde iken meslektaşları ile katı cam elektrolitlerini geliştirmeye başlamıştı. Yaklaşık iki yıl önce, Goodenough ve UT Austin’de araştırmacı olan Andrew J. Murchison ile işbirliği yapmaya başladı. Braga, Goodenough’ın katı cam elektrolitlerin bileşimi ve özelliklerini anlamasını sağladı ve bu durum, UT Austin Office of Technology Commercialization tarafından patenti alınan elektrolitlerin yeni bir pil versiyonunun ortaya çıkması ile sonuçlandı.

Mühendislerin cam elektrolitleri, dendritler olmaksızın hem katot hem de anot tarafında alkali metalleri plaka haline getirme ve sıyırma olanağı tanımakta, bu durum da pil hücresi üretimini basitleştirmektedir. Bir diğer avantajı ise pil hücrelerinin toprak dostu malzemelerden yapılabilmesidir.

Braga, “Cam elektrolitler, lityum için düşük maliyetli olan sodyumların yerini almaktadır. Sodyum da geniş ölçüde deniz suyundan ekstrakte edilmektedir.” dedi.

Goodenough ve Braga pillerle ilgili araştırmalarını sürdürmeye devam ediyor ve birkaç patent üzerinde çalışıyorlar. Kısa vadede, elektrikli araçlar ve enerji depolama aygıtlarında yeni materyaller geliştirmek ve test etmek için pil üreticileriyle birlikte çalışmayı umuyorlar.

Kaynak : sciencedaily.com