Elektrikli araç (EV) ve büyük ölçekli enerji depolama pazarları hızla büyürken, endüstrinin önündeki en büyük engel ‘güvenlik’ ve ‘kapasite’ arasındaki dengeyi sağlamaktı. Güney Kore'deki Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (POSTECH) araştırmacıları, bu soruna ‘manyeto-dönüşüm’ stratejisiyle çözüm getirdi.
Kimya Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Won Bae Kim liderliğindeki ekip, lityum iyon taşınımını düzenlemek için harici bir manyetik alan kullanan yeni nesil bir hibrit anot geliştirmeyi başardı.
DENDRİT TEHLİKESİNE MANYETİK ÇÖZÜM
Lityum metal anotlar, teorik olarak yüksek kapasite sunsalar da şarj döngüleri sırasında "dendrit" adı verilen iğne benzeri yapıların oluşumuna neden olabiliyor. Bu yapılar, pilin ayırıcısını delerek kısa devrelere, yangınlara ve hatta patlamalara yol açabiliyor.
POSTECH ekibi, ‘Bir mıknatıs demir tozlarını hizalayabiliyorsa, neden lityum iyonlarını düzenlemesin?’ fikrinden yola çıktı. Geliştirilen yöntemde, ferromanyetik manganez ferrit anotuna harici bir manyetik alan uygulanıyor.
LORENTZ KUVVETİYLE HOMOJEN DAĞILIM
Süreç sırasında anot içindeki nanopartiküller küçük mıknatıslar gibi hizalanıyor. Manyetik alanda yüklü parçacıklara etki eden ‘Lorentz kuvveti’, lityum iyonlarının yüzey boyunca eşit şekilde dağılmasını sağlıyor.
Bu homojen dağılım, iyonların belirli bölgelerde yoğunlaşmasını önleyerek tehlikeli dendrit oluşumunu engelliyor. Sonuç olarak anot üzerinde pürüzsüz ve yoğun bir lityum metal tabakası oluşuyor.
GRAFİTE GÖRE 4 KAT DAHA VERİMLİ
Geliştirilen hibrit sistem, lityumu hem oksit matrisi içinde hem de yüzeye çökelmiş metalik lityum olarak depolayabiliyor. Bu çift mekanizma, endüstride yaygın olarak kullanılan ticari grafit anotlara kıyasla yaklaşık dört kat daha yüksek enerji depolama kapasitesi sunuyor.
Yapılan testlerde, yeni batarya teknolojisinin 300'den fazla şarj-deşarj döngüsü boyunca yüzde 99'un üzerinde ‘Coulomb verimliliği’ni koruduğu ve mükemmel bir uzun vadeli kararlılık sergilediği görüldü.
YENİ NESİL BATARYALARIN TEMELİ
Araştırmayı yöneten Profesör Won Bae Kim, geliştirdikleri teknolojinin endüstriyel önemine dikkat çekerek şunları kaydetti: "Bu yaklaşım, lityum metal anotların en büyük iki zorluğu olan kararsızlık ve dendrit oluşumunu aynı anda ele alıyor. Bu teknolojinin, kapasiteyi, çevrim ömrünü ve şarj hızını iyileştirerek daha güvenli elektrikli araç bataryaları için bir temel oluşturmasını bekliyoruz."
