Yeni Polimer Malzeme Pillerin Kendi Kendine İyileşmesine, Geri Dönüştürülebilir Olmasına Yardımcı Olabilir
Fotoğraf: Malzeme bilimi ve mühendislik profesörü Christopher Evans (sağ) ve yüksek lisans öğrencisi Brian Jing, hem kendi kendini onaran hem de geri dönüştürülebilen sağlam bir pil elektroliti geliştirdi.
Lityum-iyon piller, bir pilin sıvı elektrolitlerini tutuşturabilen ve patlamalara ve yangınlara yol açabilecek dahili kısa devreler geliştirmekle ünlüdür. Illinois Üniversitesi’ndeki mühendisler, hasardan sonra kendi kendine iyileşebilen katı polimer bazlı bir elektrolit geliştirdiler ve malzeme sert kimyasallar veya yüksek sıcaklıklar kullanılmadan da geri dönüştürülebilir.
Üreticilerin geri dönüştürülebilir, kendi kendini onaran ticari piller üretmelerine yardımcı olabilecek yeni çalışma, American Chemical Society Dergisi’nde yayınlandı.
Araştırmacılar, lityum iyon pillerin çoklu şarj ve deşarj döngülerinden geçtikçe, dendrit adı verilen küçük, dal gibi katı lityum yapıları geliştirdiklerini söyledi. Bu yapılar pil ömrünü kısaltır, sıcak noktalara ve kısa devrelere neden olur ve bazen pilin iç kısımlarını delecek kadar büyür, bu da elektrotlar ve elektrolit sıvılar arasında patlayıcı kimyasal reaksiyonlara neden olur.
Araştırmacıların belirttiğine göre, kimyagerler ve mühendisler tarafından lityum iyon pillerdeki sıvı elektrolitlerin seramik veya polimerler gibi katı maddelerle değiştirilmesi yönünde bir baskı yapıldı. Bununla birlikte, bu malzemelerin çoğu sert ve kırılgandır, bu da zayıf elektrolit-elektrot teması ve azaltılmış iletkenlik ile sonuçlanır.
Malzeme bilimi ve mühendisliği yüksek lisans öğrencisi ve çalışma ortak yazarı Brian Jing, “Katı iyon iletken polimerler, sıvı olmayan elektrolitlerin geliştirilmesi için bir seçenektir.” diyor. “Ancak bir pil içindeki yüksek sıcaklık koşulları çoğu polimeri eritebilir ve yine dendrit ve arızaya neden olabilir.”
Jing, “Geçmişte yapılan çalışmalar, kauçuğumsu bir lityum iletken oluşturmak üzere çapraz bağlanmış bir polimer lifler ağı kullanarak katı elektrolitler üretmiştir. Bu yöntem dendritlerin büyümesini geciktirir; ancak bu malzemeler karmaşıktır ve hasardan sonra geri kazanılamaz veya iyileştirilemez.” diyor.
Bu sorunu çözmek için, araştırmacılar, çapraz bağlanma noktasının değişim reaksiyonlarına girebileceği ve polimer ipliklerini değiştirebileceği bir ağ polimer elektroliti geliştirdiler. Araştırmacılar, lineer polimerlerin aksine, bu ağların aslında ısınma üzerine sertleştiğini ve bunun dendrit problemini potansiyel olarak en aza indirebileceğini söyledi. Ek olarak, hasardan sonra kolayca parçalanabilir ve ağa bağlı bir yapıda çözülebilir, böylece geri dönüştürülebilir hale gelirler ve kendi kendini iyileştirdikleri için hasar gördükten sonra iletkenliği geri yüklerler.
Jing, “Bu yeni ağ polimeri, geleneksel polimer elektrolitlerinde görülmeyen ısıtma ile hem iletkenliğin hem de sertliğin arttığı olağanüstü bir özelliği göstermektedir.” dedi.
Malzeme bilimi ve mühendislik profesörü ve başyazar Christopher Evans, “Çoğu polimer parçalanmak için güçlü asitlere ve yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyar.” dedi. “Malzememiz oda sıcaklığında suda çözünür, bu da onu enerji tasarrufu çok olan ve çevre dostu bir işlem haline getirir.”
Araştırmacılar, ekibin yeni malzemenin iletkenliğini araştırdığını ve gelecek vaat eden etkili bir akü elektroliti olarak potansiyelini bulduğunu, ancak bugün kullanılanlarla karşılaştırılabilir akülerde kullanılmadan önce daha fazla çalışma gerektiğini kabul ettiğini belirttiler.
Evans, “Bu çalışma başkalarının test etmesi için ilginç bir platform sunuyor.” diyerek şöyle devam etti: “Polimerimizde çok spesifik kimya ve çok spesifik bir dinamik bağ kullandık, ancak bu platformun iletkenlik ve mekanik özellikleri değiştirmek için diğer birçok kimyayla kullanılmak üzere yeniden yapılandırılabileceğini düşünüyoruz.”
Kaynak : sciencedaily.com
