Elektrikli araçlar, insansız hava araçları ve enerji depolama sistemleri gibi alanlarda daha fazla enerji depolayan ve uzun ömürlü piller ihtiyacı artarken, Güney Koreli araştırmacılar bu ihtiyaca yanıt verecek yeni bir çözüm geliştirdi. Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (POSTECH) ile Sogang Üniversitesi’nden bilim insanları, lityum iyon pillerdeki en büyük sınırlamalardan biri olan elektrot ve elektrolit arayüzündeki kararsız yapıyı hedef aldı.
SİLİKONUN POTANSİYELİ YÜKSEK
Günümüzde çoğu pilde kullanılan grafit, uzun vadeli kararlılık sağlasa da enerji kapasitesi açısından sınırlı kalıyor. Silikon ise lityum iyonları yaklaşık 10 kat daha fazla depolayabiliyor. Ancak bu malzeme şarj ve deşarj sırasında büyük oranda genişleyip daraldığı için zamanla pil performansı düşüyor.
KİLİTLİ YAPI GELİŞTİRİLDİ
Araştırmacılar, bu sorunu aşmak için elektrot ile elektrolit arasında kovalent bağlar oluşturan yerinde Kilitli Elektrot-Elektrolit (IEE) sistemini geliştirdi. Bu sistem, bileşenleri sadece temas ettirmek yerine, adeta tuğlaları harçla birbirine bağlar gibi kimyasal olarak sabitliyor. Bu sayede silikonun mekanik genleşme ve daralma sorunlarına rağmen yapının kararlılığı korunuyor.
PERFORMANS FARKI BÜYÜK
Elektrokimyasal testlerde IEE sisteminin performansı çarpıcı biçimde öne çıktı. Geleneksel piller birkaç şarj-deşarj döngüsünden sonra kapasite kaybederken, IEE sistemi uzun vadeli kararlılığını korudu. Özellikle kese hücresinde 403,7 Wh/kg ve 1.300 Wh/L enerji yoğunluğu elde edilerek ticari pillerin yüzde 60 üzerindeki gravimetrik enerji yoğunluğuna ulaşıldı. Bu da elektrikli araçların menzilini artırma ve akıllı cihazların daha uzun süre çalışmasını sağlama potansiyeli anlamına geliyor.
TİCARİLEŞMEYE YAKIN TEKNOLOJİ
Araştırmayı yöneten uzmanlar, bu yaklaşımın yeni nesil enerji sistemlerinde hem yüksek enerji yoğunluğu hem de uzun ömür sağlamak için önemli bir adım olduğunu vurguluyor. IEE stratejisinin, silikon bazlı pillerin ticarileşmesini hızlandırabilecek kilit bir teknoloji olabileceği ifade ediliyor.
