Elektrikli araçlara, yenilenebilir enerji depolamaya ve taşınabilir elektroniklere olan talep artmaya devam ederken, araştırmacılar günümüzün lityum-iyon pillerinden daha fazla enerji depolayabilen, daha düşük maliyetli ve daha uzun ömürlü pil teknolojileri arıyorlar. En umut vadeden adaylar arasında, bol ve ucuz bir malzeme olan kükürde dayanırken önemli ölçüde daha yüksek teorik enerji yoğunluğu sunan lityum-kükürt (Li-S) piller yer alıyor.
COF-grafen hibriti pil sektörü için fırsatlar sunuyor
Bu avantajlara rağmen, Li-S piller, “polisülfit mekik etkisi” olarak bilinen kalıcı bir sorun nedeniyle laboratuvarın ötesine geçmekte zorlanmıştır. Şimdi, Tohoku Üniversitesi ve işbirliği yapan kurumlardan bir araştırma ekibi, bu uzun süredir devam eden zorluğun üstesinden gelmeye yardımcı olabilecek ve pratik lityum-kükürt pillerini ticarileşmeye bir adım daha yaklaştırabilecek yeni bir moleküler olarak tasarlanmış malzeme geliştirdi.
Lityum-kükürt piller, deşarj sırasında kükürtün çözünür lityum polisülfitlere dönüştürüldüğü ve şarj sırasında tekrar kükürte dönüştürüldüğü bir dizi kimyasal reaksiyon yoluyla elektrik üretir. Bu çok adımlı reaksiyon, Li-S pillerinin geleneksel lityum-iyon pillerden çok daha fazla enerji depolamasını sağlar. Ancak, çalışma sırasında oluşan çözünebilir lityum polisülfitler, kükürt katottan lityum anota göç edebilir. Polisülfit mekik etkisi olarak bilinen bu istenmeyen hareket, aktif madde kaybına, yan reaksiyonlara, kendi kendine deşarj olmaya ve hızlı kapasite düşüşüne neden olur. Sonuç olarak, pilin ömrü ve verimliliği önemli ölçüde azalır.
Yıllardır araştırmacılar, fiziksel bariyerler kullanarak bu göçü engellemeye çalışmışlardır, ancak bu yaklaşımlar genellikle pil performansını tehlikeye atmaktadır. Ancak Li-S pillerine muazzam enerji depolama potansiyeli veren kimya, aynı zamanda en büyük zayıflıklarını da yaratmaktadır. Döngü sırasında oluşan ara lityum polisülfitler, gezgin yolcular gibi davranırlar: elektrolitte çözündükten sonra, kükürt katottan kaçabilir, ayırıcıdan geçebilir ve lityum metal anota ulaşabilirler. Basın açıklamasına göre, bu kontrolsüz göç, parazitik yan reaksiyonlar, aktif kükürtün tükenmesi, kararsız arayüz katmanlarının büyümesi, kendi kendine deşarj ve tekrarlanan kullanımla pil kapasitesinin sürekli aşınması da dahil olmak üzere bir dizi zararlı süreci başlatıyor.
