Elektrikli araçların ortaya çıkışı, yüksek enerji yoğunluklu lityum iyon pillere olan talebi artırdı. Bu, büyük şarj depolama kapasitesine sahip anotların* geliştirilmesine yol açtı. Ne yazık ki, bu depolama kapasitesi birden fazla şarj/deşarj döngüsünde azalma eğilimi göstererek pil ömrünü azaltır.
Kısa pil ömrü, döngü sırasında anodda elektrik kontaklarının bozulmasına ve yapısal çökmeye neden olan geri dönüşü olmayan bir hacim değişikliğinden kaynaklanır. Şarj sırasında lityum iyonları katottan hareket eder ve anottaki nanoparçacıklarla birleşir. Boşaltma sırasında lityum iyonları katoda geri döner. Zamanla, anottaki nanopartiküller elektrot-elektrolit arayüzünde çatlar ve kümelenir. Bu, elektrik bağlantısının kesilmesine neden olarak anotun depolayabileceği veya taşıyabileceği yük miktarını azaltır.
21 Mart 2022’de Journal of Materials Chemistry A‘da çevrimiçi olarak yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada, Güney Kore’deki Gwangju Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (GIST) araştırmacılar, pilin döngü performansını iyileştirmek için geleneksel anotları değiştirmek için yeni bir yöntem geliştirdiler. Profesör Hyeong-Jin Kim şöyle diyor;
“Bu alanda çalışan araştırma gruplarından biri olarak, pil endüstrisinin hızlı büyümesine paralel olarak enerji yoğunluğunu artırabilecek bir elektrot süreci geliştirmek istedik”
Araştırmacılar tarafından geliştirilen yöntem, nanoparçacıkları elastik ağ benzeri bir yapı içinde kapsülleyerek anodu güçlendiriyor ve hacim değişikliklerine karşı daha dayanıklı hale getiriyor.
Yaklaşımlarını göstermek için araştırmacılar, bir polimer (poliviniliden florür) bağlayıcı tarafından bir arada tutulan silikon nanoparçacıkları içeren geleneksel bir anot kullandılar. Ağ benzeri yapıya uyum sağlamak için, bir tavlama işlemi kullanarak anodu ısıtarak bağlayıcıyı çıkardılar. Nanopartiküller arasındaki boşluk daha sonra, silikon nanopartikülleri bir arada tutan ve çatlamalarını önleyen bir ağ oluşturmak üzere kuruyan indirgenmiş grafen oksit (rGO) çözeltisi ile dolduruldu. Ek olarak, ağ elektronlar için iletken bir yol sağlayarak nanopartiküllerin lityum ile bağlanmasına izin verdi.
Araştırmacılar, anot yüzeyini rGO ile kaplamak için “dönerek kaplama” adı verilen bir teknik kullandılar. rGO kaplaması, magnezyum ve galyum metal oksitlerin (MGZO) eklendiği çinko oksitten oluşan koruyucu bir tabakanın biriktirilmesi için bir tohum tabakası görevi gördü. Bu MGZO katmanı, anoda yapısal stabilite sağladı.
Profesör Kim şöyle açıkladı;
“Test üzerine, modifiye edilmiş anot, birkaç şarj/deşarj döngüsünden sonra bile şarjının çoğunu koruyabilir. Yapı, 500 döngüden sonra 1566 mA hg -1 gibi yüksek bir depolama kapasitesini korudu ve pil ömrüne bağlı olarak %91 kulombik verimlilik gösterdi. Bu, tek seferde uzun mesafeler kat etmemizi sağlayan elektrikli araçların önünü açabilir.”
Araştırmacılar bir silikon anot kullanırken, geliştirilen yöntem Sn, Sb, Al ve Mg gibi diğer anot malzemelerine uygulanabilir. Ayrıca, anotlar nasıl üretildiklerine bakılmaksızın değiştirilebilir, bu da onu pil ömrünü iyileştirmek için evrensel olarak uygulanabilir bir yöntem haline getirir.
* Doğru akım üreticinin pozitif kısmına bağlı olan elektrota anot ve negatif kutbuna bağlanan elektroda katot denir.
Kaynak : 