Tuz uzun yıllardır eti korumak için kullanılmıştır ama şimdi Cornell Üniversitesi’nden araştırmacılar lityum temelli pillerin anot elektroduna belirli bir miktar tuz eklemenin hücre bozulması ile ilgili problemleri çözerek kullanım ömürlerini artırdığını buldular. Bu ilerleme diğer metal temelli kimya yapılarına da uyarlanabilir. Örneğin daha hafif ve daha enerji yoğunluğu olan lityum-kükürt hücreler için bu durum geçerli olabilir. Araştırmacılara göre en az üç yıl içinde bunun ticari uygulamalarını görebileceğiz.
Metal temelli bir batarya yapılırken, anot malzemesinin mümkün olduğunca eşit oranda tortulaşması çok önemlidir. Batarya birkaç şarj ve deşarj etme döngüsünden sonra ömrünü tüketmeye başlar. Çünkü kusurların en ufağı bile dendritler olarak bilinen zararlı mikroskopik kristallerin oluşmasına sebebiyet verecektir. Bu dendritler bataryanın aşırı ısınmasına neden olan elektrodun yüzeyi üzerinde bir iç kısa devre üretebilir. Ve eğer ısınma giderek kontrol dışına çıkarsa, bu tehlikeli ısı kaçaklarına yol açabilir. Ayrıca, eğer ısı kristalin kendisini eritirse, bu “artık” bölgeleri veya elektriksel olarak bağlantısı kesilmiş metal bölgeleri oluşturur. Bunun sonucunda zamanla hücre kapasitesinde yavaş ama istikrarlı bir azalma oluşur.
Çoğu araştırmacı için dendritik büyütme lityum-iyon bataryaların da olduğu bir çok metal temelli batarya için büyük bir sorun olmaktadır. Buna yönelik çalışmalar yapılsa da bu sorunu ortadan kaldıracak bir çözüm bulunamadı.
Şimdi, Cornell Üniversitesi’nde Prof. Lynden Archer liderliğindeki bir araştırma grubu bu zararlı kristallerin büyümesini engelleyebilen yeni bir yaklaşıma sahipler. Bu tortulaşma sürecinin kimyasal kararlılığı incelendikten sonra, bilim insanları elektrolite halojenür tuzları eklemeye karar verdiler. Beklendiği gibi, bu lityum bataryanın anotu üzerine bir nanoyapılı kaplama oluşturdu. İşte oluşan bu kaplama dendritlerin oluşumunu engellemede çok etkili oldu. Araştırmacılar göre, bu gelişme bataryanın döngü ömründe çok önemli bir artış sağladı. Bunu sayı ile ifade etmek gerekirse, dendritik büyümenin olduğu lityum piller 65 saatlik şarj olma/deşarj olma döngüsüne sahip iken tuz eklenen lityum pillerde bu 1800 saate çıkıyor.
Bu çalışma Nature Materials dergisinin son basımında yayınlandı.
Gökhan Atmaca, MSc. facebook.com/anadoluca | twitter.com/kuarkatmaca
Kaynak:
http://www.gizmag.com/long-lasting-lithium-ion-battery/33402/
Photo: Shutterstock
