Illinois Teknoloji Enstitüsü ve Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki bir ABD araştırmacı ekibi, potansiyel olarak enerji yoğunluğunda benzinle eşleşebilecek bir lityum-hava pili yaratarak pil teknolojisinde çığır açan bir sıçrama yaptı.
Çoğu lityum bazlı pil, enerji potansiyellerini kısıtlayan bir veya iki elektronlu kimyasal reaksiyonlarla sınırlandırılmıştır. Geleneksel olarak, lityum-hava pilleri çalışma sırasında lityum süperoksit (veya lityum peroksit oluşturur ve bu da enerji çıkışını sınırlar. Bu yeni tasarım, bu sınırları aşarak oda sıcaklığında dört elektronlu bir reaksiyonu başarıyla tetikler ve bunun yerine lityum oksit üretir. Bu dört elektronlu reaksiyon, önemli ölçüde daha yüksek enerji depolamasına olanak tanır ve lityum-hava pillerini güç yoğunluğu açısından fosil yakıtlarla rekabet edecek bir yola sokar.
Katı lityum hava pili atılımı
Bu atılımın merkezinde, lityum açısından zengin nanopartiküllerle gömülü katı hal seramik-polimer elektrolit yer almaktadır. Çoğu lityum iyon pilde kullanılan yanıcı sıvı elektrolitlerin aksine, bu kompozit elektrolit hem güvenliği hem de performansı artırarak sızıntı risklerini ortadan kaldırır ve uzun vadeli pil reaksiyonlarını dengeler.
Bu yeni mimari ayrıca katalizör olarak trimolibden fosfit içerir ve bu da zaman içinde reaksiyon kararlılığını korurken nadir dört elektron transferini kolaylaştırır. Bu kararlılık karşılığını verir; testler pilin oda sıcaklığında minimum bozulma ile 1.000’den fazla şarj-deşarj döngüsüne dayanabileceğini gösterir; bu, gerçek dünya uygulamaları için kritik bir ölçüttür.
Araştırmacılar başarılarını doğrulamak için Enerji Bakanlığı’nın Nanoölçekli Malzemeler Merkezi’ndeki kriyojenik transmisyon elektron mikroskobu (kriyo-TEM) kullandılar. Görüntüleme, lityum oksidin geri dönüşümlü oluşumunu ve parçalanmasını doğruladı ve dört elektron mekanizmasının tasarlandığı gibi çalıştığını kesin olarak kanıtladı.
1.200 Wh/kg’lık tahmini enerji yoğunluğuyla, bu lityum-hava pili şu anda bugüne kadarki herhangi bir şarj edilebilir pilin en yüksek teorik kapasitesine sahiptir. Bu pratikte ne anlama geliyor?
Elektrikli araçlar tek bir şarjla önemli ölçüde daha uzağa gidebilir, benzinle çalışan bir arabanın menziline yaklaşabilir veya onu aşabilir, aynı zamanda daha hafif ve daha verimli olabilir. Yenilenebilir enerji depolaması daha kompakt ve uygun maliyetli hale gelebilir, güneş ve rüzgar gibi aralıklı kaynaklara dayanan elektrik şebekelerinin dengelenmesine yardımcı olabilir.
