Pillerin Dünyasında Kompozitin Yeri

Fotoğraf: Chalmers’in kompozit laboratuvarında üretilen çok hücreli bir laminat, yalnızca enerji yoğunluğu değil aynı zamanda yapısal özellikler de sağlamaktadır. (Chalmers Teknoloji Enstitüsü)

Elektrikli araçların geliştirilmesinde mühendislerin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri, motorlara enerji sağlamak için gerekli olan pillerin kütlesidir. Piller ağırdır. Elektrikli araçlar için en gerekli özelliklerden biri olan menzil elde etmek için yeterli pil kapasitesi olması gerekmektedir. Fakat bu durum adeta bir kısır döngü haline gelir. Daha çok pil daha çok kütle anlamına gelir ve daha çok kütle ise menzili düşürmektedir.

İsveç Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar bu probleme bir çözüm olarak sadece enerji depolamakla kalmayıp (24 Wh/kg) aynı zamanda yapısal destek sağlayan (25 GPa sertliğe sahip) bir pil geliştirdiler.

Chalmers’de profesör olan ve KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü ile iş birliği içinde yürütülen araştırma projesinin lideri Leif Asp, “Yapısal piller üretmeye yönelik yapılan önceki girişimler, ya iyi mekanik özelliklere ya da iyi elektrik özelliklere sahip hücreler ile sonuçlandı. Fakat şimdi, karbon fiber kullanarak hem rekabetçi bir enerji depolama kapasitesi hem de sağlamlık özelliklerine sahip yapısal bir pil tasarlamayı başardık.” dedi.

Advanced Energy and Sustainibility Research dergisindeki bir makalede, Asp ve ortak yazarları pili şöyle anlatıyor:

“Yapısal pil kompoziti, bir karbon fiber negatif elektrot ve alüminyum film destekli bir pozitif elektrottan oluşmaktadır. Bu elektrotlar ise bir SBE matris malzemesi içindeki bir cam fiber ayırıcı ile ayrılır. Dolayısıyla, karbon fiberler aktif elektrot malzemesi olan lityum için konak görevi görür, elektronları iletir ve malzemeyi güçlendirir. Benzer şekilde, pozitif elektrot folyosu mekanik ve elektriksel işlevsellik sağlar. Yapısal pil elektroliti, Li-iyon taşınımını kolaylaştırır ve mekanik yükleri lifler, parçacıklar ve katmanlar arasına aktarır. Ayırıcı kalınlığının ve mimarisinin yanı sıra malzeme anizotropisinin çok işlevli performans üzerindeki etkilerini araştırmak için model malzemeler olarak bir Whatman GF/Ave bir GF düz örgü olmak üzere 2 çeşit cam fiber kumaş ayırıcı kullanılmıştır.”

Araştırmacılar şu anda, alüminyum filmin karbon fiber ile yer değiştirildiği ve daha ince bir cam elyaf ayırıcının kullanıldığı yeni bir yapısal pil üzerinde çalışmalarını sürdürüyorlar.

Asp, ilerdeki araştırmaların, enerji yoğunluğu 75 watt-saat/kilogram ve sertliği 75 Gpa olan bir pil ile sonuçlanmasını beklediğini söyledi.

“Eğer tüketici teknolojiye bakarsanız, birkaç yıl içerisinde bugünkü ağırlıklarının yarısı ağırlığında ve çok daha kompakt akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar veya elektrikli bisikletler üretmek mümkün olacak.” diye ekledi.

Kaynak: compositesworld.com