Araştırmacılar, belirli bir alana veya ağırlığa daha fazla miktarda güç ve enerji sığdırmaya çalışırken, pil tasarımının sınırlarını zorlarken, üzerinde çalışılan en umut verici teknolojilerden biri, ikisi arasında katı bir elektrolit malzeme kullanan lityum iyon pillerdir. tipik sıvı yerine elektrotlar.
Ancak bu tür piller, elektrotlardan birinde dendrit adı verilen dal benzeri metal çıkıntılarının oluşması ve sonunda elektroliti köprüler ve pil hücresini kısa devre yapması eğilimiyle boğuşmuştur . Şimdi, MIT ve diğer yerlerdeki araştırmacılar, bu tür dendrit oluşumunu önlemenin bir yolunu buldular ve potansiyel olarak bu yeni tip yüksek güçlü pilin potansiyelini açığa çıkarıyorlar.
Bulgular Nature Energy dergisinde , MIT lisansüstü öğrencisi Richard Park, profesörler Yet-Ming Chiang ve Craig Carter ve MIT, Texas A&M Üniversitesi, Brown Üniversitesi ve Carnegie Mellon Üniversitesi’nden yedi kişi tarafından yazılan bir makalede anlatılıyor .
Chiang, katı hal pillerinin iki nedenden dolayı uzun süredir aranan bir teknoloji olduğunu açıklıyor: güvenlik ve enerji yoğunluğu. Ancak, “ilginç olan enerji yoğunluklarına ulaşmanın tek yolu, metal bir elektrot kullanmanızdır” diyor. Ve bu metal elektrodu bir sıvı elektrolit ile birleştirmek ve yine de iyi bir enerji yoğunluğu elde etmek mümkün olsa da , bu, katı bir elektrolitin sağladığı güvenlik avantajını sağlamaz.
Katı hal pilleri yalnızca metal elektrotlarla mantıklıdır, diyor, ancak bu tür pilleri geliştirme girişimleri, sonunda iki elektrot plakası arasındaki boşluğu kapatan ve devreyi kısa devre yapan, bu hücreyi zayıflatan veya etkisiz hale getiren dendritlerin büyümesi nedeniyle engellenmiştir. bir batarya.
Akım akışı daha yüksek olduğunda dendritlerin daha hızlı oluştuğu bilinmektedir – ki bu genellikle hızlı yüklenmeye izin vermek için arzu edilir. Şimdiye kadar, deneysel katı hal pillerinde elde edilen mevcut yoğunluklar, pratik bir ticari şarj edilebilir pil için gerekenden çok daha azdı. Ancak Chiang, bu tür hücrelerin deneysel versiyonlarında depolanabilecek enerji miktarının geleneksel lityum iyon pillerin neredeyse iki katı olduğu için sözün sürdürülmeye değer olduğunu söylüyor.
Ekip, katı ve sıvı haller arasında bir uzlaşma benimseyerek dendrit problemini çözdü. Katı bir elektrolit malzeme ile temas halinde yarı katı bir elektrot yaptılar. Yarı katı elektrot, dendrit oluşumu için ilk tohumları sağlayan küçük çatlaklara yol açabilecek bir katının kırılgan yüzeyinden ziyade, arayüzde bir tür kendi kendini iyileştiren yüzey sağladı.
Fikir, elektrotlardan birinin veya her ikisinin erimiş metalden oluştuğu deneysel yüksek sıcaklık pillerinden ilham aldı. Makalenin ilk yazarı Park’a göre, erimiş metal pillerin yüzlerce derece sıcaklıkları taşınabilir bir cihaz için asla pratik olmayacaktı, ancak çalışma, sıvı bir arayüzün dendrit oluşumu olmadan yüksek akım yoğunluklarını sağlayabileceğini gösterdi. . Park, “Buradaki motivasyon , metal elektrotun kendi kendini iyileştiren bir bileşeni olarak işlev görebilecek bir sıvı fazı eklemek için dikkatle seçilmiş alaşımlara dayanan elektrotlar geliştirmekti ” diyor.
Materyal sıvıdan daha katı, diye açıklıyor, ancak diş hekimlerinin bir boşluğu doldurmak için kullandıkları amalgama benziyor – katı metal, ancak yine de akabiliyor ve şekillendirilebiliyor. Pilin çalıştığı normal sıcaklıklarda, “hem katı faz hem de sıvı faza sahip olduğunuz bir rejimde kalır”, bu durumda sodyum ve potasyum karışımından oluşur. Chiang, ekip, sistemi katı lityum kullanmaya kıyasla 20 kat daha fazla akımda çalıştırmanın, herhangi bir dendrit oluşturmadan mümkün olduğunu gösterdi. Bir sonraki adım, bu performansı gerçek bir lityum içeren elektrotla kopyalamaktı.
Ekip, katı pillerinin ikinci bir versiyonunda, katı bir lityum elektrot ile bir katı elektrolit arasına çok ince bir sıvı sodyum potasyum alaşımı tabakası yerleştirdi . Bu yaklaşımın dendrit probleminin üstesinden gelebileceğini ve daha fazla araştırma için alternatif bir yaklaşım sağlayabileceğini gösterdiler.
Chiang, yeni yaklaşımların, dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılar tarafından araştırılan katı hal lityum pillerin birçok farklı versiyonuna kolayca uyarlanabileceğini söylüyor. Ekibin bir sonraki adımının bu sistemin çeşitli pil mimarilerine uygulanabilirliğini göstermek olacağını söylüyor. Carnegie Mellon Üniversitesi’nde makine mühendisliği profesörü olan ortak yazar Viswanathan, “Bu yaklaşımı gerçekten herhangi bir katı hal lityum iyon pile çevirebileceğimizi düşünüyoruz. Geniş bir yelpazede hücre gelişiminde hemen kullanılabileceğini düşünüyoruz. el cihazlarından elektrikli araçlara ve elektrikli havacılığa kadar çeşitli uygulamalar. “
Alıntıdır bknz: Techxplore