Lityum-İyon Piller Nanoelmaslar ile Güvenli Olacak

Yeni bir araştırmaya göre, lityum tabanlı pillere eklenen mikroskopik elmaslar, enerji depolama aygıtlarında yangın ve patlamaları önlemeye yardımcı olabilir. Araştırmacılar bu ilerlemeyle, bugünkü lityum iyon pillerden 10 kat daha fazla enerji depolayabilecek saf lityum elektrotlu, lityum tabanlı pillerin temelini oluşturmaya da bir adım daha yaklaştı.

A- A+

04.09.2017 tarihli yazı 8877 kez okunmuştur.

Lityum tabanlı pillerin güvenliği büyük bir önem taşımaktadır. Bu piller ısınma ile cihaza zarar verebilir, hatta patlayabilirler. Bu tür tehlikelerin ortaya çıkmasının temel nedeni, bir lityum-iyon pilin pozitif ve negatif yarılarını ayıran bariyerin delinmesidir. Bu nedenle pil kısa devre olur. Pilde meydana gelen sıcaklık artışı 60°C’yi geçer ve pil sıcaklık artışına dayanamayıp patlar. Dendrit adı verilen yapılar, bir pil elektrodu parçalandığında oluşur ve metal iyonları elektrodun yüzeyine çöker. Dendrit oluşumunu önlemek için günümüzün lityum esaslı pilleri saf bir lityum metal elektrot kullanmazlar. Bunun yerine lityum ile doldurulmuş grafitten yapılmış bir elektrod kullanıyorlar. Grafit dendrit büyümesini baskılamaya yardımcı olsa da bu gibi elektrotlar da saf lityumun yalnızca yaklaşık 1/10’unun enerjisini depolayabilir.

Drexel Üniversitesinden araştırmacılar, her biri sadece 5 nanometre genişliğinde olan nanoelmas kristallerinin dendrit oluşumunu önlemeye yardımcı olabileceğini keşfettiler. Bulgularını geçen hafta Nature Communications dergisinde ayrıntılı bir şekilde yayınladılar.

► İlginizi Çekebilir: Dünyanın En Büyük Lityum-İyon Pili

Nanoelmaslar, genellikle elektrokaplama endüstrisinde dendrit büyümesini baskılamak için kullanılır. Bu kristaller yüzeylere biriktirildiklerinde doğal olarak birlikte pürüzsüz bir film oluştururlar ve bu da diğer malzemelerin bu yüzeyleri dendritlerin büyümesini önleyen daha düzgün bir biçimde kaplamasına yardımcı olur. Bilim insanları, patlayıcı bir maddeyi kapalı ortamda patlatarak düşük maliyetli bir şekilde nanoelmaslar oluşturdular. Daha sonar bu nanoelmasları, lityum-iyon pillerde tipik olarak kullanılan elektrolit çözeltisiyle karıştırarak cihazlardaki elektrik yük akışına yardımcı olmasını sağladılar.

Deneylerde araştırmacılar, lityum iyonlarının nanoelmaslarla kolayca bağlanabileceğini ve düzgün bir şekilde elektrotlara kaplandığını gördüler. Nanoelmasların, 100 saatlik boşaltım ve 200 saatlik şarj sırasında dendrit oluşumunu tamamen bastırdıklarını keşfettiler.

► İlginizi Çekebilir: Lityum-İyon Pillerin Performansı Manyetik Alanla Artacak

Philadelphia Drexel Üniversitesi'nden malzeme bilimi araştırmacılarından olan Yury Gogotsi, "Bu çalışma, pillerin emniyetini artırmak için önemli bir yere sahip ve saf metal anotların yalnızca lityum değil, aynı zamanda çinko, sodyum ve şarj edilebilir pillerde kullanılma ihtimalini arttırma yönünde önemli bir adım attığımızı düşünüyoruz." dedi. Gelecekte araştırmacılar nanoelmas katkıların, pillerdeki performansını daha da artıracaklardır.

Kaynak:

►spectrum.ieee