Yeni Lityum İyonu Batarya Teknolojisi
Elektrikli arabaların bataryalarının uzun bir sürede şarj olması belki de elektrikli arabaya sahip olanların karşılaştığı en büyük engellerden biridir. Örneğin, en güçlü şarj istasyonunda dahi Tesla, şarj kapasitesinin %80’ini yaklaşık 40 dakikada anca doldurabilmektedir.
Bilim insanları uzun süre boyunca bataryaların şarj olma süresini güvenli bir şekilde azaltmanın fizik kanunları tarafından sınırlandırıldığını düşündüler, ancak Utah Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü Asistan Profesörü Tao Gao tarafından yapılan yeni çalışma ile daha kısa bir zamanda şarj olabilecek bir batarya üretmenin kapıları açıldı.
Bilimsel bir dergi olan Joule, bir haber sayfasında detayları ile Gao’nun çalışmasını yayınladı. Çalışma, Gao, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde MIT Kimya Mühendisliği Profesörü Martin Z. Bazant’ın gözetiminde, doktora sonrası araştırmacı iken gerçekleştirildi. Gao, çalışmaya şimdi Utah Üniversitesi’nde ve hızlı şarj olabilme özelliğine sahip ileri seviyedeki lityum iyon bataryalarını geliştirerek devam etmektedir.
Gao, “Bu anlayış, bu zorluğun üstesinden gelmek için gereken gelecekteki mühendislik çalışmalarının temelini oluşturmaktadır. Şimdi nereye gideceğimizi biliyoruz. Ne yapmamız gerektiğine dair net bir vizyonumuz var.” dedi.
Lityum iyon bataryaları yüksek enerji yoğunluğu, hafifliği ve uzun ömrü sayesinde, taşınabilir elektronikler ve tüm elektrik araçları için popüler bir seçim haline geldi. Ayrıca lityum iyon bataryaları laptop bilgisayarlarda ve solar enerji depolama alanlarında kullanılabilir.
Ancak, lityum iyonlarının grafit partiküllerine hızlıca konulduğu anda meydana gelen yan reaksiyondaki, “Lityum Kaplama” olarak bilinen olgu tarafından lityum iyon bataryalarının hızlı şarj olması engellenmekteydi. Gao, lityum iyon bataryasının işleyişini, masa üzerinde ileri geri vurulan bir pinpon topuna benzeterek anlatmıştır. Şarj olma süresi boyunca top ya da lityum iyonu, pozitif elektrottan negatif elektrota doğru gider. Şarjın olma süresi ile topun hızı birbirine benzerdir. Gao, lityum kaplama, lityum iyonları çok hızlı hareket ettiğinde ve bataryadaki grafit partiküllerinin onları yakalayamayacağı durumlarda oluşacağını, açıkladı. Şarj olma süresince lityum kaplama, tehlike oluşturabilir ve yangın ya da patlamaya sebep olabilir. Dolayısı ile bu, bataryanın hızlı şarj olabilmesini sınırlandırır. Ayrıca bataryanın ömrünü de kısaltabilir.
Gao’nun keşfi, batarya şarj olurken, grafit partiküllerindeki lityum kaplama olgusunu yönetmede fiziğin önemini ortaya çıkarır ve bataryanın çalışmasında lityum kaplamanın rolünün tahmin edilmesine olanak tanır.
Gao, “Biz şarj olma sürecinde negatif elektrotta neler olduğunu gösteren bir deney tasarladık. Biz, bataryada şarj olma süresi boyunca gerçek zamanlı olarak neler olduğunu ve grafit parçacıklarını, negatif elektrottaki materyaller olan, görebildik. Artık fiziği anlıyoruz ve böylece bu bize sınırlandırmayı nasıl ele alabileceğimizi ve bataryanın şarj olabilme gücünü nasıl geliştirebileceğimizi gösterdi.”
Gao, bu yeni anlayışla, yeni teknolojilerin bir araba bataryası üretebileceğine ve üretilecek araba bataryasının bozulmadan normalden beş kat daha hızla tamamıyla şarj olabileceğine ya da yaklaşık on dakikada ve hiçbir tehlike olmadan şarj olabileceğine inandığını, söylemiştir. Ayrıca, akıllı telefonların normalde yaklaşık olarak bir saat on beş dakikadan fazla bir sürede tamamıyla şarj olabildiğini ancak bu çalışma ile bu sürenin sadece on dakika tutacağını, eklemiştir.
Artık Gao ve çalışma arkadaşları lityum iyon şarjının arkasındaki bilimi daha iyi kavrayabilmektedir. Gao, bu bataryaları telefonlarda 3-5 yıl içinde, elektrikli arabalarda ise 5-10 yıla kadar karşılaşacağımızı düşünmektedir.
Kaynak: sciencedaily.com
