Helmholtz’un (HZB) adını taşıyan Berlin Malzeme ve Enerji Merkezi’nden bilim adamları, lityum iyon piller için yeni malzemelerin geliştirilmesinde önemli ilerlemeler kaydetti. Araştırma Grubu, yüksek tanınmış kalay köpüğün şarj döngüleri sırasında mekanik stresi geleneksel elektrotlardan çok daha etkili bir şekilde emebileceğini göstermiştir.
Modern lityum iyon piller genellikle çok katmanlı bir grafit elektrot kullanır ve kobalt oksit genellikle anti-elektrot olarak kullanılır. Şarj ve deşarj sırasında, lityum iyonları, malzemenin hacminde önemli değişikliklere neden olmadan grafite geçer. Bununla birlikte, grafit kapasitesi sınırlıdır, bu da alternatif materyallerin aranmasını mevcut araştırma alanı haline getirir.
Alüminyum veya teneke gibi metal elektrotlar potansiyel olarak daha yüksek bir kapasite sağlayabilir. Bununla birlikte, yapısal değişiklikler ve malzemenin yorgunluğu ile ilişkili lityum emilimi ile hacimde önemli ölçüde genişleme eğilimindedirler.
Teneke özellikle çekicidir, çünkü kilogram başına kapasitesi grafitten neredeyse üç kat daha yüksektir. Ayrıca, nadir bir hammadde değildir ve büyük miktarlarda mevcuttur. “Yorgunluğa” daha az eğilimli metal elektrotlar oluşturmanın yollarından biri, ince metal folyo yapmaktır. Başka bir seçenek de gözenekli metal köpüğün kullanılmasıdır.
HZB ekibi, işletim X -Ray görselleştirmesi kullanılarak deşarj ve şarj işlemi sırasında çeşitli tür kalay elektrotları inceledi. Deneylerin bir kısmı Bessy II senkrotronun bamline hattında gerçekleştirildi. HZB’den Dr. Nikolai Kardyilov ve Dr. Andre Hilger tarafından görselleştirme uzmanları ile işbirliği içinde yüksek oranda çözülen radyoskopik X -Ray görüntüleri elde edildi.
Çalışmanın ilk yazarı Bushra Buabadi, “Bu, şarj ve deşarj süreçleri sırasında tenekeye dayalı olarak incelenen elektrotlardaki yapısal değişiklikleri izlememizi sağladı” diyor. Pil uzmanı Dr. Sebastian Riss ile birlikte, lityum iyonlarının heterojen emilimi nedeniyle operasyon sırasında kalay elektrotların morfolojisinin nasıl değiştiğini inceledi.
Francisco Garcia-Morino, teneke elektrotun en iyi versiyonunu yarattı: sayısız bir mikrometre gözenekleri ile kalay köpük. Dr. Rice, “Volumetrik bir genişleme ile böyle kalay köpükdeki mekanik stresin önemli ölçüde azaldığını gösterebildik” diyor. Bu, lityum piller için kalay köpük umut verici malzeme yapar.
Garcia-Morino, otomotiv endüstrisindeki bileşenler için kullanılanlar ve piller için alüminyum kalem de dahil olmak üzere birçok metal kalem inceledi. “Berlin Teknik Üniversitesi’nde geliştirdiğimiz kalay Fones yüksek gözenekliliğe sahip ve elektrotlar için geleneksel malzemelere umut verici bir alternatif” diyor.
Teneke kalemin yapılandırılması, mekanik voltajdaki mümkün olan maksimum azalma için önemlidir. Teknoloji ekonomik açıdan cazip olabilir. Araştırmacılar, “Teneke köpük sıradan kalay folyodan daha pahalı olsa da, pahalı nanoyapıya daha ucuz bir alternatif sunuyor, ancak kapasiteyi artırmanıza izin veren önemli ölçüde daha fazla lityum iyonu depolayabiliyor” dedi.
