Akıllı telefonlardan elektrikli araçlara kadar lityum iyon piller modern enerjinin temeli haline geldi, ancak potansiyelleri sınıra yakın. Artan özerkliğe sahip cihazlara yönelik artan talep, araştırmacıların alternatifleri aramasını sağlar.
Princeton Üniversitesi Yardımcı Doçent ve Andlinger Envisor Merkezi ve Çevre çalışanı Kelsey Hatcell önderliğinde bir grup bilim adamı, enerji yoğunluğu, güvenlik ve kompaktlık için lityum-iyon analoglarını aşabilen yıllık katı hal akü-teknolojilerinin çalışmaları hakkında yeni veriler sundu. Araştırma sonuçları, bu tür sistemlerin kitlesel tanıtımını engelleyen ve bunları çözmek için yollar sunan temel mekanizmaları ortaya koymaktadır.
Sıvı elektrolitli geleneksel lityum iyon pillerden farklı olarak, katı hal piller seramik veya polimer elektrolit kullanır. Bu sadece enerji yoğunluğunu arttırmakla kalmaz, aynı zamanda çalışma sıcaklığı aralığını genişletir ve yangın risklerini azaltır. İkinci temel fark, bir anotun olmamasıdır: şarj olurken, lityum iyonları doğrudan bakır arka plana biriktirilir ve ince bir metal tabaka oluşturur.
Hatcell, “Anotu çıkardıktan sonra, lityum folyo karmaşık işleme yöntemleri gerektirdiğinden maliyeti azaltırız ve üretimi basitleştiriyoruz” dedi. Ona göre, bu 800 km’den fazla bir vuruşla elektrikli araçlar yaratmanın, aletlerin özerkliğini ve hatta elektrik havacılığının gelişimini artırmanın yolunu açıyor.
Bununla birlikte, katı elektrolitin sertliği, arka planla temas sorununu yaratır. Yüzeylerindeki mikronöritler, iyonların eşit olmayan çökelmesine yol açar. Çalışmada, bilim adamları baskının bu süreci nasıl etkilediğini gösterdiler. Düşük basınçta (1 MPa’dan az), “sıcak lekeler” yoğun yağış ve zayıf temaslı bölge ile oluşur, burada iyonlar elektrolitten kırılabilen dendritler – iğne yapıları oluşturur. Yüksek basınç (10 MPa’nın üzerinde), homojenliği artırmasına rağmen, çatlaklara yol açan mekanik streslere neden olur. Hatcell, “İdeal, minimal basınçta tek tip teması korumaktır, çünkü elektrolit kusurlarını tamamen dışlamak imkansızdır” dedi.
Önerilen çözüm: Elektrolit ve arka plan arasında karbon ve gümüş nanoparçacıkların ara katman kaplaması. Deneyler, lityum ile alaşımlar oluşturan 50 nm büyüklüğünde gümüş partiküllerin, iyonların ve voltaj dağılımının eşit birikmesini sağladığını gösterdi. Daha büyük parçacıklar (200 nm), 50 döngüden sonra pilin stabilitesini azaltan dişli yapıların büyümesini kışkırtır. Hatcellus Grubu’ndaki postdock Khvan Pak ile “Daha az miktarda partikül yorumlamanın deformasyonunu en aza indirir, bütünlüğünü koruyuyor” dedi.
Çalışmalardaki ilerleme endüstriyel hırslarla senkronize edilmiştir. Samsung, 2027 yılına kadar katı -State Piles’in seri üretimini başlatmayı planlıyor, Toyota – 2030 yılına kadar. Bununla birlikte, Nature Material Review’da vurgulandığı gibi, önemli bir engel – laboratuvar çözümlerinin mevcut üretim zincirlerine entegrasyonu. Müzik konsorsiyumu direktörü Jeff Sakamoto, dokuz kurumdan oluşan 16 bilimsel grubu birleştiren Jeff Sakamoto, “Katı -devlet pilleri enerjiyi döndürebilir, ancak serbest bırakmaları lojistiğin yeniden düşünülmesini gerektiriyor” dedi.
Müziğe yapım teknolojileri için bir yöne yol açan Hatcellus, mevcut çalışmaların atlama için temel oluşturduğundan emindir. “Görev birkaç yıl içinde laboratuvarlardan bitkilere geçmek. Kontakları ve katmanlar arası yapıları optimize etme çalışmalarımız bu yolda önemli bir adımdır ”dedi. Şimdi yılda olmayan katı olmayan -stat piller bir ölçeklenebilirlik kontrol aşamasına uğrar ve buradaki başarı, yeni bir enerji normu haline gelip gelmeyeceklerini veya niş bir çözüm kalıp kalmayacağını belirleyecektir.
