Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar ince, esnek bir katı elektrolit geliştirdiler. Bu, yeni nesil piller için enerji yoğunluğunu iki katına çıkarabilmelidir.
Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndaki (ORNL) ekip, mevcut çalışma için önceki çalışmaları temel aldı ve sonuçları ACS Enerji Mektubu’nda yayınlandı. Kullanılan polimer bağlayıcı artık sülfit katı elektrolitlerle kullanım için optimize edilmiştir. Bu çalışmanın amacı, hem iyonik iletimi hem de yapısal gücü optimize etmek için mümkün olan en iyi film kalınlığını belirlemekti.
Mevcut katı hal elektrolitleri iyonları ileten plastik bir polimer kullanıyor ancak iletkenlikleri sıvı elektrolitlerden çok daha düşük. Bu nedenle iletkenliği arttırmak için bazen polimer elektrolitlere sıvı elektrolitler eklenir. Daha sonra yarı katı elektrolitlerden veya yarı katı hal hücrelerinden söz edilir. Ancak ORNL, yanıcı sıvı elektrolit ortadan kaldırıldığında güvenlik gibi katı hal hücrelerinin tam potansiyelini ortaya çıkarmak için tamamen katı hal teknolojisine odaklanıyor.
ORNL tarafından kullanılan sülfit katı elektrolit, sıvı elektrolitle karşılaştırılabilecek bir iyonik iletkenliğe sahiptir. ORNL’den Guang Yang, “Bu çok çekici” diyor. “Sülfit bileşikleri, lityumun şarj/deşarj işlemi sırasında ileri geri hareket etmesine izin veren iletken bir yol yaratıyor.”
Araştırmacılar, polimer bağlayıcının moleküler ağırlığının, dayanıklı katı hal elektrolit filmler üretmek için kritik öneme sahip olduğunu keşfettiler. Daha kısa polimer zincirlerine sahip hafif bağlayıcılardan yapılan filmler, elektrolit malzeme ile temas halinde kalmak için gerekli güce sahip değildir. Bunun aksine, daha uzun polimer zincirlerine sahip daha ağır bağlayıcılardan yapılan filmler daha yüksek yapısal bütünlüğe sahiptir. Ayrıca iyi bir iyon iletken film üretmek için daha az uzun zincirli bağlayıcıya ihtiyaç vardır.
Yang, “İyonları iletmediği için polimer bağlayıcıyı en aza indirmek istiyoruz” diye açıklıyor. “Bağlayıcının tek işlevi, filmdeki elektrolit parçacıklarını sabitlemektir. Daha fazla bağlayıcı kullanılması filmin kalitesini artırır ancak iyonik iletimi azaltır. Tersine, daha az bağlayıcı kullanmak iyonik iletimi iyileştirir ancak film kalitesinden ödün verir.”
Elektrokimyasal empedans spektroskopisinden taramalı elektron mikroskobundan X-ışını spektroskopisine kadar çeşitli araştırmalarla polimer film ve iletkenlik geliştirilebilir. Yang, “Bu ayrıntıları anlayarak elektrolitin iyonları etkili bir şekilde iletme ve stabilitesini koruma yeteneğini geliştirmeyi başardık” dedi. “Bu ayrıntılı analiz, daha güvenilir ve verimli katı hal pilleri geliştirmek için kritik öneme sahiptir.”
Sonuç: Araştırmacıya göre enerji yoğunluğunun ikiye katlanarak “kilogram başına en az 500 watt saat” olması gerekiyor. Hücreler, elektrikli otomobillerin yanı sıra dizüstü bilgisayarlar veya akıllı telefonlarda da enerji yoğunluğunu (ve dolayısıyla iki şarj işlemi arasındaki kullanım süresini) artırabilmelidir.
Yazıları posta kutunda oku