Arka Plan:
Çin Bilimler Akademisi, Qingdao Biyoenerji ve Biyoproses Teknolojisi Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, tamamen katı hal lityum pillerde önemli bir atılım gerçekleştirerek, daha uzun pil ömrüne sahip daha küçük elektronik cihazlar hayalini potansiyel olarak gerçekleştirdiler. Bu gelişme, 31 Temmuz'da uluslararası akademik dergi Nature Energy'de yayınlandı.
Cep telefonları, bilgisayarlar ve diğer elektronik cihazlarda kullanılan lityum iyon piller, ağırlıklı olarak sıvı elektrolitler aracılığıyla enerji depolar ve serbest bırakır. Bilim insanları şimdi yeni bir pil türü olan tamamen katı hal lityum pilleri araştırıyorlar. Bunlar, sıvılar yerine katı elektrolitler kullanır ve bu da onları önemli ölçüde daha güvenli hale getirir.
Tamamen katı hal lityum piller ideal görünse de, geliştirilmeleri zorluklarla karşı karşıyadır. Öncelikle, pilin katotundaki malzemelerin farklı kimyasal ve fiziksel özellikleri, mükemmel uyumu zorlaştırır ve bu da enerji yoğunluğunu ve ömrünü tehlikeye atan çoklu arayüz sorunlarına yol açar. Bunu ele almak için araştırma ekibi, yeni bir malzeme geliştirdi: homojenize bir katot malzemesi (lityum titanyum germanyum fosfoselenid).
Geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında, bu bileşik yüksek elektriksel iletkenlik, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun hizmet ömrü gibi avantajlar sunar:
Yüksek elektriksel iletkenlik:Bu yeni malzeme, hem yüksek iyonik hem de elektronik iletkenlik sergileyerek, geleneksel pil malzemelerini (katmanlı oksit katotlar) 1000 kattan fazla aşmaktadır. Bu, iletken katkı maddelerine ihtiyaç duymadan sorunsuz şarj ve deşarj işlemlerini sağlar ve genel pil performansını önemli ölçüde artırır.
Yüksek deşarj kapasitesi:Yeni malzeme, gram başına 250 mAh'lik yüksek bir deşarj kapasitesi sergileyerek, şu anda kullanılan yüksek nikel katot malzemelerini aşmaktadır. Eşdeğer ağırlık veya hacimde, bu malzemeyi içeren piller daha fazla elektrik enerjisi depolayabilir. Bu, yalnızca sık şarj etmeden daha uzun süreli sürekli çalışmayı sağlamakla kalmaz, böylece dayanıklılığı artırır, aynı zamanda pil boyutunu küçülterek daha kompakt cihazların tasarımını kolaylaştırır.
Düşük Hacim Değişimi:Şarj ve deşarj döngüleri sırasında, yeni malzeme yalnızca %1,2'lik bir hacim değişimi sergiler ve bu, geleneksel katmanlı oksit katot malzemelerinde gözlemlenen %50'den önemli ölçüde düşüktür. Bu minimum hacim değişimi, yapısal kararlılığın korunmasına yardımcı olur ve böylece pilin çalışma ömrünü uzatır.
Yüksek enerji yoğunluğu:Bu yeni malzemeyi kullanan tamamen katı hal lityum piller, 390 Wh/kg'lik bir enerji yoğunluğuna ulaşarak, daha önce bildirilen uzun döngülü tamamen katı hal lityum pillere göre 1,3 kat artış göstermektedir.
Uzun Hizmet Ömrü:Bu malzemeyi kullanan tamamen katı hal lityum piller 10.000'den fazla döngüye ulaşır. 5.000 şarj döngüsünden sonra, pil ilk kapasitesinin %80'ini koruyarak, uzun süreler boyunca yeterli güç sağlar.
Bu araştırma, yeni enerji araçları, enerji depolama şebekeleri ve derin deniz/uzay ekipmanları için güvenli ve dayanıklı güç kaynakları sunarak, yüksek enerji yoğunluğuna sahip, uzun ömürlü enerji depolama cihazları geliştirme konusunda önemli teknik destek sağlamaktadır. Yeni enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesi için önemli sonuçlar taşımaktadır.