Otomotivden mobil elektroniğe kadar geniş bir yelpazede enerji depolama çözümlerinin geleceği olarak görülen ‘tamamen katı hal piller’ (ASSB), ticarileşme yolunda dev bir adım attı. Paul Scherrer Enstitüsü (PSI) araştırmacıları, geleneksel lityum iyon pillere kıyasla daha güvenli, daha hızlı şarj olan ve daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip bu pillerin pratik uygulamaya geçişini engelleyen temel sorunları çözdü.
Sıvı elektrolit içermediği için yanma riski taşımayan bu yeni nesil piller, şimdiye kadar ‘dendrit oluşumu’ (kısa devreye neden olan metalik yapılar) ve arayüzey kararsızlığı nedeniyle laboratuvar ortamından çıkıp seri üretime geçmekte zorlanıyordu.
İKİ KRİTİK SORUNA TEK ÇÖZÜM
PSI Pil Malzemeleri ve Tanılama Grubu Başkanı Mario El Kazzi liderliğindeki ekip, hem elektroliti yoğunlaştıran hem de lityum arayüzünü stabilize eden hibrit bir üretim süreci geliştirdi. Advanced Science dergisinde yayımlanan çalışmaya göre, sülfür bazlı ‘arjirodit’ (LPSCl) minerali kullanılarak geliştirilen bu yöntem, batarya içinde hızlı iyon taşınımını garanti altına alıyor.
Geleneksel yöntemlerde katı elektroliti yoğunlaştırmak için ya çok yüksek basınç ya da 400 dereceyi aşan sıcaklıklar gerekiyordu; bu da malzemenin bozulmasına veya maliyetin artmasına neden oluyordu.
MALİYET DÜŞÜREN ‘NAZİK SİNTERLEME’ YÖNTEMİ
PSI ekibi, yüksek ısı yerine endüstriyel açıdan daha ekonomik olan ‘nazik sinterleme’ yöntemini benimsedi. Mineral, sadece 80 santigrat derece gibi orta bir sıcaklıkta sıkıştırılarak homojen ve yoğun bir yapı elde edildi. Bu yöntemle:
Enerji Tasarrufu: Düşük işlem sıcaklığı sayesinde üretimdeki enerji maliyetleri azalıyor.
Dayanıklılık: Lityum dendritlerinin nüfuz edemeyeceği kadar sıkı, ancak iyon geçişine izin veren ideal bir mikro yapı oluşturuluyor.
Ekip ayrıca, anot ile elektrolit arasına vakum altında sadece 65 nanometre kalınlığında bir lityum florür (LiF) kaplaması ekleyerek, bataryanın ömrünü kısaltan ‘ölü lityum’ oluşumunu engelledi.
1500 DÖNGÜDE REKOR PERFORMANS
Geliştirilen prototip pillerle yapılan laboratuvar testleri, ticari kullanım için umut verici sonuçlar ortaya koydu. Bataryalar, 1500 şarj-deşarj döngüsünden sonra bile orijinal kapasitesinin yaklaşık yüzde 75'ini korumayı başardı.
Çalışmanın baş yazarı Jinsong Zhang, "Bu değerler bugüne kadar bildirilen en iyi sonuçlar arasında. Katı hal pillerin, enerji yoğunluğu ve dayanıklılık açısından geleneksel pilleri yakında geride bırakabileceğini görüyoruz" dedi.
ENDÜSTRİYEL ÜRETİME HAZIR
Proje lideri Mario El Kazzi ise geliştirilen yöntemin sadece teknik değil, ekonomik avantajlarına da dikkat çekti. İşlemin enerji ve maliyet tasarrufu sağladığını vurgulayan Kazzi, "Yaklaşımımız, endüstriyel üretim için pratik bir çözümdür. Birkaç küçük ayarlama ile seri üretime başlanabilir" ifadelerini kullandı. Bu gelişme, özellikle elektrikli araç üreticilerinin menzil ve güvenlik beklentilerini karşılamada kritik bir rol oynayacak.
