Central South Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, hava hasarına dayanıklı bir sodyum iyon pil katodu geliştirdiler ve bu sayede teknolojinin gerçek dünyadaki kullanımını uzun süredir sınırlayan önemli bir kusuru giderdiler. Sodyum iyon piller, büyük ölçekli enerji depolama için düşük maliyetli bir alternatif olarak kabul edilir, ancak havaya karşı hassasiyetleri sürekli bir sorun olmuştur.
Pillerde nem ve karbondioksit en büyük bozucu etkiye sahip
Neme ve karbondioksite maruz kalma, katodu bozan, iyon hareketini engelleyen ve performansı düşüren yan reaksiyonları tetikleyebilir. Bu istikrarsızlık, sodyum iyon pillerin kontrollü ortamlar dışında kullanımını, depolanmasını ve dağıtımını zorlaştırmıştır. Sonuç olarak, maliyet avantajlarına rağmen, daha yerleşik pil teknolojileriyle rekabet etmekte zorlanmışlardır.
Yeni çalışma, katodu yapısal düzeyde yeniden tasarlayarak bu sorunu ele alıyor. Ekip, tek tip bir malzeme kullanmak yerine, yüzeyden çekirdeğe doğru bileşimi ve özellikleri değiştiren radyal bir gradyan tanıttı. Bu yapıyı oluşturmak için araştırmacılar önce iç ve dış bölgelerde farklı kimyasal bileşimlere sahip bir çekirdek-kabuk öncüsü sentezlediler. Yüksek sıcaklıkta işleme sırasında, bu katmanlar kademeli olarak birleşerek keskin bir arayüz yerine sürekli bir gradyan oluşturdu.
Son malzeme, karışık fazlı bir dış katmana ve daha kararlı bir iç çekirdeğe sahiptir. Dış bölge, geçiş metallerinin oksidasyon durumunu artırarak su ve karbondioksit ile reaksiyonları bastırmaya yardımcı olur. Bu, çevresel hasara karşı koruyucu bir bariyer görevi görür. Aynı zamanda, iç yapı güçlü sodyum depolama kapasitesini koruyarak performansın kararlılık için feda edilmemesini sağlar. Bu çift işlevli tasarım, katodun bozulmaya karşı direnç gösterirken verimli bir şekilde çalışmasını sağlar.
Elektrokimyasal testler, dayanıklılıkta önemli bir iyileşme gösterdi. 200 şarj ve deşarj döngüsünden sonra, modifiye edilmiş katot kapasitesinin yaklaşık %80’ini korudu. Buna karşılık, geleneksel bir versiyon benzer koşullar altında yalnızca yaklaşık %21’ini korudu.
