Enerji depolama teknolojilerinde güvenlik ve performansı aynı anda artırmayı hedefleyen çalışmalarda önemli bir aşama kaydedildi. Kennesaw State Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü araştırmacıları, katı hal pillerde lityum iyon hareketini optimize eden yeni bir yöntem geliştirdi.
Geleneksel lityum iyon pillerde kullanılan yanıcı sıvı elektrolitlerin yerini alması beklenen katı hal pilleri, termal kararlılık sunsa da iyonların katı malzeme içinde yavaş hareket etmesi nedeniyle performans sorunu yaşıyordu. Yardımcı Doçent Beibei Jiang liderliğindeki ekip, seramik ve polimer bileşenleri birleştiren kompozit bir yapı ile bu soruna çözüm üretti.
LİTYUM İYONLARI İÇİN ‘OTOYOL’ ETKİSİ
Araştırmacılar, geliştirdikleri kompozit elektrolite kükürt bazlı kimyasal gruplar entegre ederek malzeme arayüzlerindeki direnci düşürmeyi başardı. Bu modifikasyon, seramik ve polimer fazları arasındaki bağı güçlendirerek lityum iyonlarının daha serbest hareket etmesine olanak tanıyor.
Projenin lideri Jiang, geliştirilen teknolojiyi şu metaforla açıkladı: "Lityum iyonları otoyoldaki arabalar gibidir. Bizim yaptığımız kükürt modifikasyonu, bu iyonların daha hızlı hareket edebilmesi için o otoyolu düzleştirmek gibidir. Bu da pilin daha hızlı şarj olabileceği ve daha yüksek performans gösterebileceği anlamına gelir."
TESADÜFİ BİLİMSEL KEŞİF: ZİRKONYUM ETKİLEŞİMİ
Çalışmanın en dikkat çekici yönlerinden biri, laboratuvar testleri sırasında tesadüfen keşfedilen kimyasal bir etkileşim oldu. Öğrencilerin yaptığı erken testlerde, beklenenden çok daha hızlı gerçekleşen bir reaksiyon fark edildi.
Yapılan incelemeler sonucunda, elektrolitin seramik kısmında kükürt ve zirkonyum arasında güçlü bir etkileşim olduğu tespit edildi. Jiang, "Bu güçlü etkileşimi öneren ilk grubuz. Performans artışının ana nedeninin bu olduğuna inanıyoruz" diyerek, sürecin kontrol altına alınarak batarya verimliliğine entegre edildiğini belirtti.
YANGIN RİSKİNE SON
Yeni teknoloji, sadece hızı değil güvenliği de merkeze alıyor. Sıvı elektrolitin çıkarılması ve katı malzemelerin yeniden tasarlanması; aşırı ısınma, kısa devre ve yangın risklerini minimize ediyor.
Bu özellikleriyle teknoloji; elektrikli araçlar, şebeke depolama sistemleri ve tüketici elektroniği için hayati bir alternatif olarak öne çıkıyor.
TİCARİLEŞME VE ÜRETİM HEDEFİ
Ulusal Bilim Vakfı'ndan (NSF) alınan 200 bin dolarlık hibe ve kurum içi fonlarla desteklenen proje, şu anda ‘madeni para tipi’ (coin cell) pil tasarımları üzerinde test ediliyor.
Ekip, tasarımın istikrarlı ve güvenilir olduğunu kanıtladıktan sonra ölçeklendirme ve seri üretim aşamasına geçmeyi hedefliyor. Uzun vadeli testlerin başarılı olması durumunda, bu yeni malzeme yaklaşımının endüstriyel batarya uygulamalarında standartları değiştirebileceği öngörülüyor.
