Yenilenebilir enerji ve elektrikli araçlara olan küresel yönelimle birlikte, lityum iyon pillere (LIB) duyulan ihtiyaç rekor seviyelere ulaştı. Bu pillerin maliyetinin yaklaşık yüzde 45’ini oluşturan katot malzemesi, performansın da merkezinde yer alıyor. Özellikle yüksek nikelli katotlar enerji yoğunluğu açısından avantaj sağlasa da, yapısal kararsızlık nedeniyle kullanımda sınırlamalara yol açıyor.
GRADYAN YENİDEN TANIMLANIYOR
Geleneksel katot üretiminde, çekirdekten yüzeye doğru azalan nikel konsantrasyonu sayesinde stabilite artırılmaya çalışılır. Ancak şimdiye kadar bu gradyan sınırlı esneklik sunuyordu. Kore Pusan Ulusal Üniversitesi Kimya Bölümü'nden Doç. Dr. Hyun Deog Yoo ve uluslararası araştırma ekibi, bu soruna devrim niteliğinde bir çözüm geliştirdi.
Yeni matematiksel çerçeve, ortalama bileşim, eğim ve eğrilik gibi gradyan parametrelerinin birbirinden bağımsız biçimde ayarlanmasını mümkün kılıyor. Dr. Yoo, "Yaklaşımımız, katot tasarımına hassasiyet ve esneklik kazandırıyor. Artık sınırlı seçenekler yerine ihtiyaca özel yapı kurabiliyoruz" dedi.
YENİ MATEMATİKSEL MODEL
Araştırmacılar, geleneksel çift tank sisteminde ikinci tankın akış hızını zamana bağlı bir fonksiyonla tanımlayarak bu sorunu aştı. Böylece yalnızca iki tank kullanılarak çok geniş bir konsantrasyon gradyanı aralığı oluşturulabiliyor.
Bu yöntem, otomatik reaktör sistemine entegre edilerek beş farklı tam konsantrasyon gradyanı (FCG) örneği üretildi ve iki ve üç boyutlu görüntüleme teknikleriyle başarıyla doğrulandı.
YÜKSEK DAYANIKLI KATOT
Geliştirilen yüksek nikelli FCG katotlar, benzer bileşime sahip geleneksel katotlara kıyasla daha iyi yapısal ve mekanik kararlılık gösterdi. Elektrokimyasal olarak da başarılı sonuçlar veren yeni tasarım, 300 döngü sonunda kapasitesinin yüzde 93,6’sını korumayı başardı.
Bu oran, bugüne kadar bildirilen en yüksek çevrim kararlılıklarından biri olarak dikkat çekti. Dr. Yoo, "Bu buluş, enerji depolama teknolojilerinde güvenlik, verimlilik ve sürdürülebilirlik açısından yepyeni bir dönemin kapılarını aralayabilir" açıklamasında bulundu.
ENERJİ DEPOLAMADA YENİ SAYFA
Yeni nesil FCG katotların; tıbbi cihazlardan tüketici elektroniğine, elektrikli araçlardan akıllı şebeke sistemlerine kadar birçok alanda daha güvenli ve uzun ömürlü çözümler sunması bekleniyor. Araştırmacılar, bu gelişmenin aynı zamanda yenilenebilir enerjiye geçiş sürecini de hızlandırabileceğini öngörüyor.
