Güney Koreli araştırmacılar, elektrikli araçları ultra hızlı şarj ve daha uzun sürüş menzillerine yaklaştırabilecek yeni bir lityum-metal pil teknolojisini ortaya çıkardı. Bu atılım, 25 Şubat’ta Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü tarafından duyuruldu ve yeni nesil pillerdeki en inatçı sorunlardan birini çözmeye yönelik önemli bir adım oldu.
Lityum metal batarya elektrikli araçlar için fırsat olabilir
Dünya çapında elektrikli araç kullanımının hızlanmasıyla birlikte, otomobil üreticileri, kilogram başına daha fazla enerji depolayan ve saatler yerine dakikalar içinde şarj olan piller arıyor. Lityum-metal piller, potansiyel olarak çok daha yüksek enerji yoğunluğu sağlayabildikleri için günümüzün lityum-iyon sistemlerinin umut vadeden bir halefi olarak görülüyor. Bununla birlikte, güvenlik ve dayanıklılık sorunları ticarileşmenin önünde engel teşkil ediyor.
En büyük zorluk şarj sırasında ortaya çıkıyor. Lityum, dendrit olarak bilinen küçük iğne benzeri yapılar oluşturma eğilimindedir. Bu keskin kristaller, pilin iç katmanlarını delerek kısa devrelere, hızlı kapasite kaybına ve hatta yangınlara neden olabilir. Bu sorun, bilim insanlarının arayüzey kararsızlığı olarak adlandırdığı şeyle bağlantılıdır. Elektrotun elektrolitle buluştuğu sınırda meydana gelir. Tekrarlanan şarj ve deşarj işlemleri sırasında bu arayüz düzensiz hale gelir. Lityum daha sonra düzensiz bir şekilde birikir ve dendrit büyümesini ve termal kararsızlığı besler.
Orta dereceli koşullar altında bile, elektrot yüzeyi boyunca kararlı lityum hareketini sürdürmenin zor olduğu kanıtlanmıştır. Birçok araştırma ortamında, santimetre kare başına yaklaşık 4 miliamperlik akım yoğunlukları zaten yüksek kabul edilmektedir. Bu, her 0,16 inç karelik elektrot alanından geçen 4 mA’ya eşittir. Bu kararsızlığın üstesinden gelmek, lityum-metal pillerin gerçek dünyadaki elektrikli araç kullanımı için uygun hale getirilmesi için gerekli olarak yaygın bir şekilde görülmüştür.
Araştırma ekibi, KAIST’ten Prof. Nam-Soon Choi ve Prof. Seungbum Hong liderliğinde, Kore Üniversitesi’nden Prof. Sang Kyu Kwak’ın ekibiyle birlikte çalıştı. Soruna geleneksel malzeme değişikliklerine güvenmek yerine elektronik yapı düzeyinde yaklaştılar.
Ekip, elektrolite tiyofen ekledi. Bu, lityum yüzeyinde “akıllı koruyucu” bir katman olarak tanımladıkları şeyi yarattı. Statik kaplamaların aksine, bu katman elektronik yapısını dinamik olarak yeniden düzenler. Lityum iyonları hareket ettikçe, katman içindeki iç yük dağılımı da buna göre değişir. Araştırmacılar bunu, trafik akışına göre şeritleri ayarlayan akıllı bir trafik sistemine benzettiler. Bu esnek yeniden düzenleme, lityum iyonları için kararlı yollar oluşturarak düzensiz birikmeyi önler.
