Katı hal pillerde basınçsız dönem başlıyor

Elektrikli araç ve şebeke tipi depolama sistemlerinde ‘devrim’ olarak nitelendirilen katı hal pilleri, yeni bir mimariyle ticari kullanıma bir adım daha yaklaştı. Geliştirilen esnek kompozit elektrolit, dış basınca ihtiyaç duymadan sıvı bazlı pillerin performansını yakalamayı başarıyor.

Küresel batarya pazarında güvenlik ve enerji yoğunluğu rekabeti kızışırken, Çinli bilim insanları pillerin tasarımını kökten basitleştirecek bir buluşa imza attı. Tamamen katı haldeki lityum pillerin en büyük dezavantajı olan kırılganlık ve bileşenler arası temas için gereken yüksek dış basınç ihtiyacı, yeni geliştirilen esnek kompozit katı elektrolit ile ortadan kalkıyor. Bu gelişme, batarya paketlerindeki ağır ve maliyetli sıkıştırma sistemlerine olan ihtiyacı bitirerek üretim süreçlerini hızlandırmayı hedefliyor.

SIVI SEVİYESİNDE İLETKENLİK VE MEKANİK ESNEKLİK

Araştırma ekibi, iyon iletimini mekanik esneklikten ayıran katmanlı bir kompozit mimari oluşturdu. LiMPS olarak adlandırılan ve dikey olarak hizalanmış inorganik nano tabakalardan oluşan bu yeni yapı, polietilen oksit (PEO) katmanlarıyla birleştirildi. Yapılan testlerde 25^o C sıcaklıkta   10,2 mS cm^-1 iyonik iletkenliğe ulaşıldı. Bu değer, geleneksel yanıcı sıvı elektrolitlerle yarışabilecek bir seviyeyi temsil ediyor.

Mangan bazlı versiyonlarda da 6,1 mS cm^-1 iletkenlik elde edilmesi, bu mimari konseptin farklı kimyasal süreçlerde de başarıyla uygulanabileceğini kanıtladı.

BÜYÜK BASINÇ İHTİYACI ORTADAN KALKTI

Mevcut yüksek iletkenliğe sahip katı malzemeler genellikle kırılgan bir yapıya sahiptir ve verimli çalışabilmek için yüzlerce MPa düzeyinde istif basıncı gerektirir. Ancak yeni tasarımın esnek yapısı, pil hücrelerinin döngü sırasında meydana gelen hacim değişikliklerini dış basınç desteği olmadan karşılamasına olanak tanıyor.

Deneylerde, 0,5 MPa'nın altında, yani neredeyse basınçsız ortamda çalışan düğme piller, 600 döngü sonunda kapasitelerinin yüzde 92'sini korumayı başardı. Poşet tipi pillerde ise 0,1 MPa gibi minimum basınçlarda dahi tam performans elde edildi.

HAVAYA KARŞI DAYANIKLI VE GÜVENLİ YAPI

Sülfür bazlı elektrolitlerin en büyük zayıflığı olan nemli havada bozulma ve hidrojen sülfür (H₂ S) gazı yayma sorunu da bu teknolojiyle büyük ölçüde çözüldü. Geliştirilen elektrolit, yedi gün boyunca nemli havaya maruz kalmasına rağmen yüksek iletkenliğini korurken, ihmal edilebilir düzeyde gaz salınımı gerçekleştirdi.

Biyomimetik esnek bir çerçeve içinde oluşturulan sürekli süperiyonik yollar, yüksek iletkenlik ile mekanik uyumluluğun bir arada var olabileceğini gösterdi. Ölçeklendirilebilir olması durumunda bu yaklaşım; elektrikli araçlar, havacılık ve şebeke depolama sistemlerinde montajı basitleştirirken güvenliği maksimuma çıkaracak.