Elektrikli araçları batarya ömrünü kısaltmadan hızlı şarj etmek, batarya araştırmalarında en zorlu problemlerden biri olmuştur. Adelaide Üniversitesi’ndeki bir ekip, bu sorunun üstesinden gelmenin bir yolunu bulduklarını söylüyor. Yeni batarya hücrelerinin %85 şarj seviyesine ulaşması sadece altı dakika sürdü ve bu süre zarfında kilogram başına 240,4 watt-saat enerji yoğunluğu sağladılar.
Adelaide batarya projesiyle dikkat çekti
Bu sonuç, Üniversitenin Kimya Mühendisliği Okulu’nda ARC Endüstri Onursal Üyesi olan Profesör Shi-Zhang Qiao liderliğindeki ve Imperial College London’dan araştırmacılarla birlikte çalışan bir ekip tarafından elde edildi. Mevcut yüksek kapasiteli bataryaların (silikon anotlu ve lityum anotlu tipler) sorunu, hızın bir bedeli olmasıdır. Kapasite hızla azalır ve hızlı şarj, bu bozulmayı hızlandıran ve güvenlik endişelerini artıran ısı üretir.
Profesör Qiao: “Mevcut modeller ayrıca hızlı şarj sırasında ısı üretimini artırır, bu da batarya bozulmasını ve güvenlik risklerini daha da kötüleştirebilir. Şimdiye kadar, enerji yoğunluğundan ve çevrim ömründen ödün vermeden 10 dakika içinde %90’dan fazla şarj elde etmek zorlu bir görevdi” dedi.
Standart yaklaşımlar, hücre içinde iyonların hareket ettiği ortam olan elektrolitin yeniden işlenmesini içerir. Ancak elektrolitteki değişiklikler tüm sistemi etkiler ve başka yerlerde iyonik iletkenliği tehlikeye atma eğilimindedir. Qiao’nun ekibi, elektrolitin tamamını değiştirmek yerine yalnızca elektrot yüzeyini hedef aldı. Bu yöntem, şarj sırasında belirli anyonları pil arayüzüne çeken katalitik bölgeler olarak kükürt boşluklarını kullanır ve içine hızlı lityum iyonu taşıma yolları yerleştirilmiş, kompakt, lityum florür açısından zengin bir koruyucu tabaka (katı elektrolit ara fazı) oluşumunu teşvik ediyor.
Profesör Qiao: “Elektrot yüzeyindeki katalitik bölgeler, anyonları pil arayüzüne çeker ve hızlı şarj ve uzun vadeli kararlılık için kritik olan sağlam bir inorganik koruyucu tabakanın oluşumunu teşvik eder. Genellikle tüm elektrolit sistemini etkileyen geleneksel elektrolit mühendisliğinin aksine, bu strateji reaksiyonları yalnızca arayüzde düzenleyerek iyonik iletkenlikten ödün vermeden hızlı şarj imkanı sağlıyor” dedi. Silikon anot, yaklaşık %99,94’lük ortalama bir Coulomb verimliliğine (ne kadar yükün geri çekilebileceği) ulaştı. 10 dakika sonra hücreler %91,4’e ulaştı.
